Устройство для дегазации горячей воды в системе отопления

Устройство для дегазации горячей воды в системе отопления

Реферат

Изобретение относится к технике очистки воды от растворенных газов и может быть использовано в промышленных и коммунальных отопительных системах.

Известен "Дегазатор горячей воды с форсуночной ее подачей" (патент RU №2196113, МПК C 02 F 1/20 // C 02 F 103:02, опубл. 10.01.2001 г.), содержащий цилиндрический корпус с патрубками подачи воды на дегазацию, отвода паровоздушной смеси, подачи дегазированной воды потребителям, систему отсоса паровоздушной смеси с водо-воздушным эжектором, блок форсуночных головок и регулятор уровня воды. При этом клапан-регулятор состоит из корпуса, выполненного в виде цилиндрического стакана с перфорацией стенки у его дна и кольцевой проточкой на внутренней его поверхности, и поршня, вложенного в стакан с возможностью его перемещения по поверхности стакана и выполненного в виде цилиндрической полой обечайки с двумя цилиндрическими буртиками. Один из буртиков выполнен на торце обечайки, а диаметр другого буртика равен диаметру кольцевой проточки стакана. При этом полость цилиндрической обечайки формирует входную полость клапана, которая имеет гидравлическую связь через перфорационные отверстия стакана с выходной полостью клапана, образованной юбкой, закрепленной на стакане выше зоны перфорации, а входная полость клапана-регулятора имеет также гидравлическую связь с одной из двух полостей, образованных поверхностью цилиндрической полой обечайки. В эту гидравлическую связь встроен электрогидравлический клапан, управляемый сигналами, вырабатываемыми датчиком уровня воды в дегазаторе, а другая из этих полостей имеет газодинамическую связь с окружающей средой через отверстие, выполненное в стенке стакана.

Известно также "Устройство для дегазации горячей воды" (патент RU №2196738, МПК C 02 F 1/20 // C 02 F 103:02, опубл. 20.01.2003 г.), содержащее вертикальную дегазационную колонну с патрубком подачи горячей воды на дегазацию, патрубком отвода горячей воды потребителю, сигнализатор уровня воды, патрубком отсоса паровоздушной смеси, клапан-регулятор подачи воды на дегазацию, охладитель выпара, газоотсасывающий тракт, охладитель рабочей жидкости, нагнетательный насос с электроприводом, бак для рабочей жидкости, при этом газоотсасывающий тракт выполнен в виде двух параллельных газогидравлических трактов, имеющих общий исток по паровоздушной смеси и общий сток для использования рабочей жидкости и сконденсировавшегося выпара, со встроенным в каждый тракт водоструйным эжектором с отличающимся на порядок расходом рабочей жидкости и установленным в тракт с водоструйным эжектором наибольшего расхода клапаном регулятором, причем водоструйный эжектор с наименьшим расходом расположен по уровню выше водоструйного эжектора с наибольшим расходом, при этом электропривод нагнетательного насоса выполнен регулируемым, патрубок отсоса паровоздушной смеси установлен клапан поплавкового типа.

Известно также "Устройство для дегазации горячей воды" (патент RU №2196737, МПК C 02 F 1/20 // C 02 F 103:02, опубл. 20.01.2003 г.), содержащее дегазационную колонну с патрубками подачи воды на дегазацию, отвода паровоздушной смеси, подачи дегазированной воды потребителям, сигнализатор уровня воды в колонне, охладитель выпара, систему отсоса паровоздушной смеси, при этом система отсоса паровоздушной смеси выполнена в виде двух параллельно смонтированных водовоздушных эжекторов с отличающимися на порядок расходными характеристиками, при этом патрубки отвода эжектируемой смеси для каждого из водовоздушных эжекторов имеют общий вход, газодинамически связанный с патрубком отвода паровоздушной смеси из дегазационной колонны, а камеры смешения водовоздушных эжекторов подстыкованы к общей магистрали слива и каждый из водовоздушных эжекторов имеет свой нагнетательный насос, причем включение и выключение электрического привода нагнетательного насоса для сопла большей производительности управляется сигналами, вырабатываемыми сигнализатором уровня воды в дегазационной колонне.

Недостатками всех выше перечисленных устройств являются:

во-первых, низкая эффективность отвода паровоздушной смеси, так как перепад давления при отводе не превышает 0,5 атм;

во-вторых, нет возможности повысить pH (увеличить щелочность) в процессе дегазации;

в-третьих, невозможно разрушить биологическую составляющую воды в процессе дегазации, которая при осаждении на теплопередающих конструкциях (например, теплообменниках) создает осадок, который ухудшает процесс теплопередачи в четыре раза больше, чем неорганические осадки той же толщины (см. стр.19 последний абзац журнал "Трубопроводы и экология" №4, 2002 год, 32 стр.);

в-четвертых, нет возможности удаления твердых фракций из системы отопления;

в-пятых, охладитель выпара бесполезно расходует тепловую энергию;

в-шестых, дегазация вода производится до подачи ее потребителям, то есть на участке системы отопления с максимальной температурой (95°С), что при работе с отопительной системой не эффективно (см. М.П.Вукалович "Теплофизические свойства воды и водяного пара", М.: Энергия, 1966 г., 160 стр.).

Все это в совокупности отрицательно влияет на экономичность отопительной системы, а также на состояние стальных и чугунных элементов (см. стр.19-21 журнала "Трубопроводы и экология" №4, 2002 год, 32 стр.) либо требует дополнительных материальных затрат.

Технической задачей данного изобретения является создание экономичного, эффективно работающего устройства для дегазации горячей воды в отопительной системе, повышающей щелочность воды, разрушающей биологическую составляющую, экономно расходуя тепло, выделяемое на охладителе выпара, оборудованное конструктивными элементами для удаления твердых фракций, образующихся в процессе нагрева воды.

Техническая задача решается устройством для дегазации горячей воды в системе отопления, содержащим накопительную емкость с сигнализатором уровня жидкости и патрубком подачи дегазированной воды потребителям, патрубки подачи воды для дегазации и отвода паровоздушной смеси, магистраль слива в накопительную емкость, охладитель выпара, системы дегазации и отсоса паровоздушной смеси, первый и второй эжекторы различной производительности, причем каждый из них имеет свой нагнетательный насос, а нагнетательный насос первого эжектора, наибольшей производительности, выполнен регулируемым.

Новым является то, что первый и второй эжекторы способны создавать высокоскоростные потоки, в том числе и сверхзвуковые, при этом система отсоса паровоздушной смеси образована вторым эжектором с нагнетательным насосом и охладителем выпара, который выполнен в виде теплообменника, подогревающего воду, добавляемую в систему отопления после прохождения через потребителей для поддержания уровня воды в накопительной емкости, определяемой сигнализатором, при этом система дегазации образована первым эжектором, патрубком подачи воды для дегазации от потребителей на первый эжектор, патрубком отвода паровоздушной смеси, связывающим зоны разрежения первого и второго эжекторов, магистралью слива, дополнительно оборудованной фильтром, в накопительную емкость дегазированной воды от первого эжектора, причем патрубок подачи воды для дегазации оборудован регулируемым нагнетательным насосом первого эжектора, который установлен для поддержания постоянного перепада давления на первом эжекторе, при этом патрубок подачи дегазированной воды потребителям дополнительно оборудован последовательно насосной станцией с управляемой производительностью, напрямую зависящей от уровня жидкости в накопительной емкости, определяемого сигнализатором, и подогревателем воды, причем охладитель выпара дополнительно оборудован сливным патрубком, сбрасывающим излишки воды, скапливаемые в охладителе выпара, в воду, добавляемую в систему отопления.

На чертеже показана схема устройства для дегазации горячей воды в системе отопления.

Устройство для дегазации горячей воды в системе отопления содержит накопительную емкость 1 с сигнализатором уровня жидкости 2 и патрубком подачи дегазированной воды потребителям 3, патрубки подачи воды для дегазации 4 и отвода паровоздушной смеси 5, магистраль слива 6 в накопительную емкость 1, охладитель выпара 7, системы дегазации 8 и отсоса паровоздушной смеси 9, первый 10 и второй 11 эжекторы различной производительности, причем каждый из них имеет свой нагнетательный насос соответственно 12 и 13, а нагнетательный насос 12 первого эжектора 10, наибольшей производительности, выполнен регулируемым. Первый 10 и второй 11 эжекторы способны создавать высокоскоростные потоки, в том числе и сверхзвуковые, при этом система отсоса паровоздушной смеси 9 образована вторым эжектором 11 с нагнетательным насосом 13 и охладителем выпара 7, который выполнен в виде теплообменника, подогревающего воду, добавляемую в систему отопления после прохождения через потребителей для поддержания уровня воды в накопительной емкости 1, определяемой сигнализатором 2. Система дегазации 8 образована первым эжектором 10, патрубком подачи воды для дегазации 4 от потребителей на первый эжектор 10, патрубком отвода паровоздушной смеси 5, связывающим зоны разрежения первого и второго эжекторов (не показаны), магистралью слива 6, дополнительно оборудованной фильтром 14, в накопительную емкость 1 дегазированной воды от первого эжектора 10. Патрубок подачи 4 воды для дегазации оборудован регулируемым нагнетательным насосом 12 первого эжектора 10, который установлен для поддержания постоянного перепада давления на первом эжекторе 10. Патрубок подачи дегазированной воды потребителям 3 дополнительно оборудован последовательно насосной станцией 15 с управляемой производительностью, напрямую зависящей от уровня жидкости в накопительной емкости 1, определяемого сигнализатором 2, и подогревателем воды 16. Охладитель выпара 7 дополнительно оборудован сливным патрубком 17, сбрасывающим излишки воды, скапливаемые в охладителе выпара, в воду, добавляемую в систему отопления. Нагреватель 16 может быть любой известной конструкции. Регулирование подачи добавляемой через охладитель выпара 7 осуществляется регулируемой задвижкой 18, которая открывается при снижении уровня жидкости в накопительной емкости 1, определяемой сигнализатором 2.

Устройство работает следующим образом.

Во время заполнения системы отопления водой запускаются нагнетательные насосы 12 и 13. В результате вода температурой 5-20°С подается по патрубку подачи воды для дегазации 4 в систему дегазации 8, где на входе первого эжектора 10 создается постоянное давление не менее 5 атм при помощи регулируемого нагнетательного насоса 12. При этом первый эжектор 10 создает высокоскоростной поток воды с зоной разрежения (не показана), с которой соединена через патрубок отвода паровоздушной смеси 5 зона разрежения (не показана) второго эжектора 11 системы отсоса паровоздушной смеси 9. Затем дегазированная вода от первого эжектора 10 по магистрали слива 6 через фильтр 14, который улавливает не растворенные в воде вещества, поступает в накопительную емкость 1, из которой вода при помощи насосной станции 15 поступает по патрубку подачи дегазированной воды 3 к потребителям через нагреватель 16, где вода нагревается до 95°С. Причем накопительная емкость 1 выполнена такого объема, чтобы производить бесперебойную подачу горячей воды потребителям, независимо от количества ее потребления. В результате расхода или потерь воды потребителями уровень в накопительной емкости 1 снижается, что определяется сигнализатором 2, который подает сигналы на открывание регулируемой задвижки 18 для подачи добавляемой воды в систему отопления и на насосную станцию 15, регулируя ее производительность в зависимости от потребления горячей воды, которая определяется динамикой изменения уровня воды в накопительной емкости 1. Добавляемая вода, проходя через охладитель выпара 7 и получая нагретую воду по сливному патрубку 17, по которому сбрасываются излишки воды, конденсируемые в охладителе выпара 7, предварительно подогревается. После потребителей вода температурой примерно 70°С смешивается с добавляемой водой, в результате температура воды снижается до 55-60°С. После чего вода опять по патрубку подачи воды для дегазации 4 в систему дегазации 8 и цикл дегазации повторяется. Циркуляция в системе отопления обеспечивается насосной станцией 15.

Соединение, которое используется в предлагаемом изобретении, первого 10 и второго 11 эжекторов, создающих высокоскоростные потоки (в том числе сверхзвуковые) с температурой не выше 65°С (так как график линии насыщения воды газом не является прямолинейным, см. М.П.Вукалович "Теплофизические свойства воды и водяного пара", М.: Энергия, 1966 г., 160 стр.), обеспечивает оптимальный и наиболее экономичный процесс вскипания воды в зоне разрежения первого 10 эжектора, например, для двукратного снижения давления (получения критического спада):

для температуры 60°С (0,19918/0,10085=1,97, где 0,19918 и 0,09581 давления [кг/см³], соответствующие 60°С и 46°С), нужно затратить энергию, равную нагреву воды на 14°С (60°C минус 46°C);

для температуры 30°С - средней температуры добавляемой воды после прохождения охладителя выпара 7 во время заполнения (0,04242/0,02195=1,93, где 0,04242 соответствует 30°С, а 0,02195 -19°C), то есть разница составляет 11°С;

для температуры 90°С - средней температуры воды после прохождения охладителя нагревателя 16 (0,8619/0,4451=1,94, где 0,8619 соответствует 95°С, а 0,4451 -78°C), то есть разница составляет 17°С.

При работе эжекторов 10 и 11 в режиме сверхзвукового потока воды вырабатывается дополнительная тепловая энергия (539 ккал на килограмм воды, то есть при мощности нагнетательного насоса 13 второго эжектора 11 в 1,5 кВт ежесекундный подвод с паром в систему отсоса паровоздушной смеси 9 тепла равен 360 кал в секунду - получено опытным путем), которая также идет на предварительный подогрев добавляемой воды. В результате для подогрева добавляемой воды требуется меньше энергии на нагрев, что экономит энергетические и материальные ресурсы. После прохождения через предлагаемую систему дегазации 8 растворенные в воде соли меняют свою структуру и становятся нерастворимыми (особенно карбонатные соли кальция) и нерастворимые соли при помощи фильтра 14 удаляются, что значительно снижает вероятность засорения твердыми фракциями системы отопления.

В результате использования предлагаемого устройства для дегазации горячей воды получены следующие сравнительные результаты: исходные - взятые из патрубка подачи воды для дегазации 4 и полученные - взятые из магистрали слива 6 при первом цикле дегазации:

a) остаточное содержание растворенного кислорода не превышает 20 мкг/л при исходном содержании 9 мг/л;

b) свободная углекислота отсутствует при исходном содержании 10 мг/л;

c) кислотность составила pH 8,5 при исходном pH, равном 7, то есть повысилась щелочность воды;

d) биологическая составляющая, образованная наличием в воде взвеси органического происхождения, уменьшилась в три и более раз в зависимости от составляющих (например, получили 607 кое/мл при исходном 1840 кое/мл, а Коли-индекс составил 28 при исходном 210);

e) снизилось содержание карбонатных солей на 15%.

При постоянной циклической дегазации горячей воды полученные результаты были следующие:

a) содержание растворенного кислорода отсутствует;

b) свободная углекислота отсутствует;

c) кислотность составила pH 8,5;

d) биологическая составляющая отсутствует;

e) замер содержания карбонатных солей не проводился.

В результате после месячной эксплуатации системы отопления следы коррозии - неорганические и органические отложения на стенках - отсутствуют полностью, исходя из этого видно, что затраты на обслуживание значительно сократятся.

Использование предлагаемого устройства для дегазации горячей воды экономно при использовании и обслуживании в системе отопления из-за рачительного использования тепловой энергии и оптимального режима дегазации с одновременным снижением вредного воздействия на трубы (увеличение щелочности, уменьшение биологической составляющей, удаление твердых фракций).

Устройство для дегазации горячей воды в системе отопления содержит накопительную емкость с сигнализатором уровня жидкости и патрубком подачи дегазированной воды потребителям, патрубки подачи воды для дегазации и отвода паровоздушной смеси, магистраль слива в накопительную емкость, охладитель выпара, системы дегазации и отсоса паровоздушной смеси, первый и второй эжектора различной производительности, причем каждый из них имеет свой нагнетательный насос, а нагнетательный насос первого эжектора, наибольшей производительности, выполнен регулируемым, отличающееся тем, что первый и второй эжектора способны создавать высокоскоростные потоки, в том числе и сверхзвуковые, при этом система отсоса паровоздушной смеси образована вторым эжектором с нагнетательным насосом и охладителем выпара, который выполнен в виде теплообменника, подогревающего воду, добавляемую в систему отопления после прохождения через потребителей для поддержания уровня воды в накопительной емкости, определяемого сигнализатором, при этом система дегазации образована первым эжектором, патрубком подачи воды для дегазации от потребителей на первый эжектор, патрубком отвода паровоздушной смеси, связывающим зоны разрежения первого и второго эжекторов, магистралью слива, дополнительно оборудованной фильтром, в накопительную емкость дегазированной воды от первого эжектора, причем патрубок подачи воды для дегазации оборудован регулируемым нагнетательным насосом первого эжектора, который установлен для поддержания постоянного перепада давления на первом эжекторе, при этом патрубок подачи дегазированной воды потребителям дополнительно оборудован последовательно насосной станцией с управляемой производительностью, напрямую зависящей от уровня жидкости в накопительной емкости, определяемого сигнализатором, и подогревателем воды, причем охладитель выпара дополнительно оборудован сливным патрубком, сбрасывающим излишки воды, скапливаемые в охладителе выпара, в воду, добавляемую в систему отопления.