Для чего нужны сепараторы в котельных? Устройство и назначение сепаратора непрерывной продувки Основные параметры и технические характеристики.

Непрерывная продувка барабанных котлов имеет целью поддержание в допустимых пределах концентрацию солей в котловой воде и получение пара

надлежащей чистоты.

Для уменьшения потерь тепла с непрерывной продувкой в тепловой схеме котельной применяются сепараторы (расширители) непрерывной продувки. Давление в расширителе значительно ниже, чем в барабане котла, поэтому часть продувочной воды в нём испаряется за счет аккумулированного в ней тепла. Образовавшийся в расширителе вторичный пар обычно направляется в деаэратор. Отсепарированная вода, имеющая температуру насыщения при давлении в расширителе непрерывной продувки, затем используется в тепловой схеме котельной.

На рисунке 5 приведена схема использования тепла продувочной воды в тепловой схеме котельной.

Тепло продувочной воды, покидающей сепаратор непрерывной продувки, экономически целесообразно использовать при количестве этой воды больше 0,28 кг/с (или 1000 кг/ч). Эту воду обычно пропускают через теплообменник подогрева сырой воды.

Вода из сепаратора, если он имеется, подается в продувочный колодец, где охлаждается до температуры 25…40 0 С, а затем сбрасывается в канализацию.

Количество вторичного пара, образующегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса расширителя

Рис. 5. Схема использования теплоты непрерывной продувки: 1 – барабан котельного агрегата; 2 – расширитель непрерывной продувки; 3 – подогреватель сырой воды;
4 – продувочный колодец; 5 – насос сырой воды; 6 – сброс в канализацию

Откуда имеем:

. (5)

- – количество (расход) вторичного пара, выделяющегося из продувочной воды, кг/с;

- – количество продувочной воды, удаляемой из котлов при продувке, кг/с, ;

- – величина непрерывной продувки в процентах от суммарной паропроизводительности котельной (принимается в пределах
от 2 до 10 %);

- – энтальпия продувочной воды, равная энтальпии кипящей воды в барабане котла при давлении котла (см. по марке котла), кДж/кг;

- – энтальпия кипящей воды при давлении в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг;

- – энтальпия влажного насыщенного пара при давлении в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг;

В отличие от ставших уже традиционными фильтров, сепараторы, не создавая гидравлического сопротивления, способны снижать количество воздуха и газов и удалять из системы самые мелкие частицы. Отсутствие воздуха и шлама в теплоносителе значительно увеличивает эффективность работы системы в целом и приборов отопления в частности.

За счет устранения турбулентности и создания областей с ламинарным потоком или зоной покоя увеличиваются скорость осаждения частиц окислов и скорость подъема пузырьков воздуха. Конструкция сепаратора обеспечивает торможение вихревых потоков, в результате чего пузырьки поднимаются вверх в воздушную камеру, а частицы шлама опускаются вниз в специальный резервуар. При помощи автоматического неблокируемого клапана сепарированный воздух выводится наружу. Частицы грязи удаляются через сливной кран. Возможна полная автоматизация процесса удаления шлама с помощью электромагнитного клапана и таймера.

Сепаратор способен в течение 50 циклов убирать практически 98 % частиц размером до 30 микрон, и с увеличением количества проходов воды через сепаратор количество удаленных частиц возрастает, а размер уменьшается. Речь идет об удалении частиц размером от 5 до 30 микрон. Практически удаляются все частицы, которые тяжелее воды. Теоретически мы можем предложить сложную многоступенчатую установку на основе фильтров, с такими же характеристиками. Но такое устройство обойдется крайне дорого — надо поставить специальную насосную группу, которая преодолеет то сопротивление, которое окажет фильтрующий элемент, и обслуживание такой установки станет достаточно трудоемким. А здесь у каждого сепаратора неизменное гидравлическое сопротивление.

Конструкция доведена до совершенства — размер самого прибора и устройство подбиралось сначала на основе теоретических расчетов, потом проверялось на практике, таким образом, чтобы конструкция прибора была оптимальной. Расчетные значения габаритов сепараторов откорректированы на основе многолетнего практического опыта, мы можем предложить оборудование для самых разных условий, например, для систем охлаждения, где скорость потока значительно выше, чем 1 м/с. При применении сепараторов обслуживание систем существенно облегчается — нет необходимости спускать воздух вручную после запуска. Для сложных систем цена возрастает, но в стоимости системы в целом, она составляет несопоставимо низкую долю от того экономического эффекта, который даст применение сепараторов.

Каким образом решается вопрос применения сепараторов в России с точки зрения проектировщиков?

Что происходило ранее проектировщики, проектируя систему отопления, создавали очень большой запас по давлению в системе отопления. И так далее по цепочке. В итоге мы получали систему, далекую от совершенства с невозможностью нормальной балансировки, и с энергосбережением имеющей мало общего. При применении сепараторов совсем незачем добавлять сверхнормативные напорные показатели в проект для того, чтобы вода просто циркулировала. Можно поставить сепаратор воздуха гарантировано не будет завоздушивания и вы получите высокоэффективную систему. Используя, например, сепараторы грязи, вы убираете все частицы, которые находятся и в зоне стандартной фильтрации, и вне этой зоны.

Сегодня узлы отопительных систем конструктивно рассчитываются все ближе граничным параметрам. От «коэффициента запаса» сегодня повсеместно отказываются. Уменьшаются не только трубопроводы и другие элементы отопительной системы, но также, например, и сам водяной поток вдоль нагреваемых внутренних поверхностей и через клапаны. Десятилетиями сохраняется постоянная тенденция по созданию отопительных котлов с более высоким коэффициентом полезного действия. Кроме всего прочего, это приводит к довольно значительному снижению объема циркулирующей воды. Поэтому элементы системы гораздо чувствительней, чем это было раньше, реагируют на находящийся в системе воздух и шлам.

Что дает применение систем сепарации для крупных котельных?

Принципиально — это решение проблем, связанных с механическими примесями. Безусловно, надо отметить, что в системе с постоянными утечками эффективность работы сепараторов не может быть реализована на 100 %. Ни для кого не секрет, что котельная может быть переоборудована сколько угодно раз, а вот переоборудовать так быстро сети невозможно. Реконструируя котельное оборудование, власти и владельцы должны задумываться о сетях в комплексе. Включая в систему фильтр, мы понимаем, что постепенно он будет «зарастать». Если мы не будем его обслуживать в той мере, в какой это необходимо, мы можем получить абсолютную непроходимость этого фильтра. Поэтому, применяя наше оборудование, вы избавляетесь от мелкой спрессованной взвеси,

осевшей на стенках теплообменника. Снижая скорость «шламовой коррозии» можно ожидать, что и нерастворимые соли жесткости будут в меньшей степени поражать системы с гладкой поверхностью труб сложно реагировать. Очистить теплообменник, чиллер стоит примерно от 500 до 3000 долларов. Но помещая реагенты в систему, вы должны абсолютно четко представлять, чем вы рискуете. И к вопросу об оксидной пленке. Оксидная пленка практически нерастворима. Прибор постоянно испытывает линейное расширение, и вся оксидная пленка покрывается сначала микро, а потом и макротрещинами и сама становится источником загрязнения. Алюминиевые приборы эффективны при определенных условиях и имеют особенность покрываться этой пленкой, которая имеет в своем составе достаточно твердые частицы, и когда она начинает разрушаться и попадать в теплоноситель, вы получаете настоящий абразив.

Аргументом в пользу применения сепараторов является то, что возможно при обслуживании системы отопления, принять на работу человека с более низкой квалификацией. Для обслуживания такого оборудования вполне достаточно, чтобы человек просто подходил, открывал вентиль, и на этом обслуживание и заканчивалось.

Для каких отраслей предназначены сепараторы?

В общем это системы отопления, системы охлаждения, высокотехнологичные системы ГВС. Почему с оговоркой высоктехнологичные? Потому что у нас в системах ГВС принято считать, что можно использовать воду, неподготовленную, из водопровода,

которая подается непосредственно в теплообменник. Но вод «сырой воды» в теплообменник, усиливает коррозионные процессы в несколько раз, потому что вода из водопровода — абсолютно не подготовлена, она насыщена кислородом. Конечно, можно применить теплообменник из нержавеющей стали, но создать все коммуникации из нержавейки в системе стоит очень дорого, и экономически нецелесообразно. Гораздо проще пойти по цивилизованному пути и применять схемы ГВС с баком накопителем, использующимися во всем мире.

Существующая система ЖКХ только начинает разворачиваться к современным технологиям и когда люди, вкладывая деньги в этот сектор начинают просчитывать все затраты в течение жизненного цикла оборудования они обязательно приходят к необходимости применения сепараторов. Это касается не только ЖКХ, но и всех тех отраслей и процессов, где необходимо удаление воздуха и шлама из жидкостных систем. Сепараторы эффективны и в системах, где в качестве теплоносителя используются и этиленгиколи.

Циклонного типа, предназначен для разделения пароводяной смеси при продувке паровых котлов на пар и воду за счет действия центробежных сил, обусловленных тангенциальным вводом воды в сепаратор.

Сепаратор непрерывной продувки Ду-300: 1 - вход продувочной пароводяной смеси Ду-150; 2 - выход пара Ду-80; 3 - дренаж Ду-15; 4 - выход отсепарированной воды Ду-40.

Устройство и принцип работы

Сепаратор непрерывной продувки Ду-300 представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с плоскими или эллиптическими донышками, подводящим сплющенным патрубком или патрубком кругового сечения и паро- и водоотводящими патрубками и поплавковым регулятором, который автоматически поддерживает уровень воды. Закрутка потока осуществляется за счет организованного подвода пароводяной смеси на внутреннюю стенку сепаратора или за счет установки внутренних направляющих устройств. Обычно расход продувочной воды на сепаратор составляет от 1% до 5% производительности котла.

Разделение на пар и воду происходит в средней части сепаратора. Пар, сохраняя вращательное движение, направляется в паровое пространство и отводится через патрубок, расположенный на верхнем днище. Вода стекает по внутренней поверхности сепаратора в водяной объем и отводится через патрубок, расположенный в нижней части корпуса. На нижнем днище предусмотрен штуцер для отвода воды из сепаратора при его отключении и для периодической очистки нижней части водяного объема от шлама и загрязнений.

На цилиндрической части корпуса приварены две опоры для установки сепаратора и сопло для тангенциального подвода пароводяной смеси продувочной воды котла в сепаратор. В верхнем донышке сепаратора установлен патрубок с фланцем для выхода отсепарированного пара, а в нижнем донышке — штуцер с вентилем для спуска воды из сепаратора при его отключении и для осуществления возможности периодического вывода из нижней части водяного объёма шлама и загрязнений.

В нижней цилиндрической части корпуса имеется поплавковый регулятор уровня воды в сепараторе и указатель уровня. С помощью указателя уровня ведется визуальное наблюдение за уровнем воды. Поплавковый регулятор уровня предназначен для автоматического поддержания постоянного уровня воды в сепараторе.

Сепаратор непрерывной продувки циклонного типа предназначен для разделения продувочной воды котла на пар и воду образующейся из продувочной воды паровых котлов при снижении её давления от внутрикотлового до давления в сепараторе и с целью последующего использования тепла воды и пара. Разделение происходит за счёт действия центробежных сил, обусловленных тангенциальным вводом воды в сепаратор. После этого к потребителю поступает пар высокой степени сухости.

Сепараторы могут применяться в системах конденсата с целью сокращения расхода потребляемого пара и потерь тепла с отводимой пароконденсатной смесью.

В сепараторах помимо тангенциального подвода конденсата (продувочной воды) установлены вертикальные жалюзийные каплеуловители для осушки пара вторичного вскипания.

Сепаратор применяется в схемах с деаэратором атмосферного типа (избыточное давление в деаэраторе 0,02 МПа)

Наименование и условное обозначение сепаратора:
СНП -0,15-0,06 – сепаратор непрерывной продувки с ёмкостью -0,15 м3 и c рабочим давлением – 0,06 МПа.

Основные параметры и технические характеристики

Устройство и принцип работы

Сепаратор представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд (см. Рис.1) с плоскими или эллиптическими донышками, подводящим сплющенным патрубком или патрубком кругового сечения и паро- и водоотводящими патрубками и поплавковым регулятором, который автоматически поддерживает уровень воды. Закрутка потока осуществляется за счет организованного подвода пароводяной смеси на внутреннюю стенку сепаратора или за счет установки внутренних направляющих устройств. Обычно расход продувочной воды на сепаратор составляет от 1% до 5% производительности котла.

Разделение на пар и воду происходит в средней части сепаратора. Пар, сохраняя вращательное движение, направляется в паровое пространство и отводится через патрубок, расположенный на верхнем днище. Вода стекает по внутренней поверхности сепаратора в водяной объем и отводится через патрубок, расположенный в нижней части корпуса. На нижнем днище предусмотрен штуцер для отвода воды из сепаратора при его отключении и для периодической очистки нижней части водяного объема от шлама и загрязнений.

Рис. 1. Сепаратор непрерывной продувки
А – подвод продувочной воды; Б – отвод отсепарированного пара; В – дренаж; Г – отвод отсепарированной воды.
1 – задвижка выхода отсепарированной воды; 2 – регулятор уровня воды; 3 – сопло для входа продувочной пароводяной смеси; 4 – опоры; 5 – патрубок для выхода пара; 6 – верхнее и нижнее донышко; 7 – корпус сепаратора; 8 – указатель уровня воды; 9 – задвижка на дренаж.

На цилиндрической части корпуса приварены две опоры 4 для установки сепаратора и сопло 3 для тангенциального подвода пароводяной смеси продувочной воды котла в сепаратор. В верхнем донышке сепаратора установлен патрубок с фланцем 5 для выхода отсепарированного пара, а в нижнем донышке - штуцер с вентилем 9 для спуска воды из сепаратора при его отключении и для осуществления возможности периодического вывода из нижней части водяного объёма шлама и загрязнений.

В нижней цилиндрической части корпуса имеется поплавковый регулятор уровня воды в сепараторе 2 и указатель уровня 8. С помощью указателя уровня ведется визуальное наблюдение за уровнем воды. Поплавковый регулятор уровня предназначен для автоматического поддержания постоянного уровня воды в сепараторе.

Схема работы поплавкового регулятора уровня приведена на рис. 2. Верхнее положение поплавка можно зафиксировать поворотом рукоятки фиксатора на угол 30 град.

Рис.2. Схема работы поплавкового регулятора уровня

Сопло, подводящее продувочную воду в сепаратор, имеет на выходе сплющенное сечение, что усиливает центробежный эффект за счет получения режима предварительно расслоенного течения пароводяной смеси. Первичное разделение пароводяной смеси начинается вне сепаратора, в подводящем трубопроводе низкого давления (см. рис. 3), выполненном из одинакового диаметра с соплом. Разделение пароводяной смеси на пар и воду, начавшееся в подводящем трубопроводе, заканчивается в сепараторе.

Рис. 3. Схема подключения сепаратора к непрерывной продувке котлов.
1 – ввод непрерывной продувки котлов; 2 – трубопроводы высокого давления; 3 – узел регулирования продувки котлов; 4 – ограничительные шайбы; 5 – отключающая арматура; 6 – подводящий трубопровод низкого давления; 7 – подводящий патрубок (сопло); 8 – выход пара; 9 – дренаж; 10 – выход отсепарированной воды.

Пар направляется в паровое пространство, а отделившаяся вода стекает по внутренней стенке сепаратора в водяной объем.

Порядок установки

Монтаж сепаратора производится в соответствии с технической документацией, разработанной специализированными проектными организациями и требованиями инструкции по монтажу.

Подключение сепаратора непрерывной продувки в схему паровой котельной следует выполнить в соответствии со схемой, приведенной на рис. 4.

Рис. 4. Схема подключения сепаратора в схему паровой котельной.
1 – паровой котёл; 2 – сепаратор непрерывной продувки; 3 – водоводяной теплообменник; 4 – фильтр химводоочистки; 5 – подвод сырой воды; 6 – бак; 7 – деаэратор.

Для предотвращения возможного повышения давления в сепараторе следует предусмотреть установку гидрозатвора на отводящем трубопроводе вблизи сепаратора до запорного органа. На отводящем паропроводе от сепаратора к деаэратору запорную арматуру не устанавливать.

Сепаратор устанавливается в вертикальном положении на заранее смонтированные опорные балки. Далее устанавливаются контрольно-измерительные приборы, предохранительные устройства, поплавковый регулятор уровня и производится обвязка трубопроводами.

Установка сепаратора должна обеспечивать возможность осмотра, ремонта и очистки его как с внутренней, так и с наружной стороны, должна исключать опасность его опрокидывания. Зависание сепаратора на подсоединяющих трубопроводах не допускается.

При монтаже для удобства обслуживания сепаратора могут быть устроены площадки и лестницы, которые не должны нарушать прочности, устойчивости и возможности свободного осмотра и очистки наружной поверхности.

После установки и крепления сепаратора, обвязки и оснащения его арматурой, необходимо выполнив гидравлическое (пневматическое) испытание. После гидравлического испытания проводится промывка сепаратора и трубопроводов, проверка работоспособности арматуры, поплавкового регулятора уровня, предохранительного клапана, после чего сепаратор включается в работу.

Техническое обслуживание и эксплуатация

Условием нормальной я надежной эксплуатация сепаратора является обеспечение непрерывного отвода пара и воды из сепаратора и поддержание давления в сепараторе в установленных пределах. Это достигается при исправном состоянии поплавкового регулятора уровня и гидрозатвора.

Сепаратор должен находиться под постоянным наблюдением обслуживающего персонала. За исправным состоянием регулятора уровня следует установить надлежащий контроль:

• один раз в смену проверять подвижность поплавка и связанных с ним деталей поворотом рукоятки фиксатора клапана слива;
• не реже 3-х раз в смену производить контроль за давлением пара;
• не реже 3-х раз в смену производить контроль за наличием нормального уровня конденсата в корпусе по водоуказательному стеклу.
• не реже одного раза в смену производить продувку указателя уровня в зависимости от качества продувочной воды.

Надежная эксплуатация гидрозатвора должна быть обеспечена конструкцией и соблюдением требований инструкции по его техническому обслуживанию.

При полном отключении сепаратора от продувочных линий, в целях предотвращения возможного в этом случае соединения деаэратора с атмосферой через сепаратор, клапан регулятора уровня и задвижку на выходе воды из сепаратора следует полностью перекрыть.

Периодическая ревизия сепаратора должна производиться как с профилактическими целями, так и для выявления причин возникших неполадок.

Осмотр и очистка корпуса сепаратора должны производиться не реже одного раза в 2-3 года во время останова сепаратора для текущего и капитального ремонта.

Сепараторы непрерывной продувки должны подвергаться техническому освидетельствованию после монтажа, до пуска в работу, периодически в процессе эксплуатации и в необходимых случаях внеочередному освидетельствованию.

При длительном ремонте, а также недостаточной плотности отключающей арматуры ремонтируемое оборудование следует отглушить. Толщина заглушек должна соответствовать параметрам рабочей среды.

При ослаблении болтов на фланцевых соединениях необходимо соблюдать осторожность с тем, чтобы находящиеся внутри сепаратора и трубопроводов пар и вода не могли вызвать ожоги у людей.