В современных котельных системах, где вода служит основным теплоносителем, ее качество напрямую влияет на долговечность и эффективность оборудования. Растворенные в воде кислород и углекислый газ провоцируют коррозию металлических компонентов, снижая надежность системы. Для устранения этих газов используется деаэратор — устройство, которое играет ключевую роль в подготовке воды. Рассмотрим, что представляет собой деаэратор в котельной, каков его принцип работы, какие существуют виды и задачи, а также чем отличаются деаэраторы в паровых и водогрейных котельных.
Что такое деаэратор в котельной
Деаэратор — это специализированное устройство, предназначенное для удаления растворенных газов из питательной или подпиточной воды перед ее подачей в котел. Основная цель — минимизировать содержание кислорода и углекислого газа, которые вызывают коррозию трубопроводов, теплообменников и других элементов котельного оборудования. Процесс деаэрации, основанный на термическом или вакуумном воздействии, позволяет снизить концентрацию этих веществ до безопасных значений, продлевая срок службы системы.
Деаэраторы применяются в энергетике, промышленности и коммунальном теплоснабжении. Без них котельные рискуют столкнуться с частыми поломками, снижением КПД и увеличением затрат на ремонт. Устройство работает за счет нагрева воды и взаимодействия ее с паром, что приводит к выделению газов из жидкости. Этот процесс не только защищает оборудование, но и стабилизирует химические параметры теплоносителя.
Принцип работы деаэратора
Принцип работы деаэратора основан на физическом законе, согласно которому растворимость газов в воде уменьшается с ростом температуры. Устройство создает условия, при которых кислород и углекислый газ переходят из растворенного состояния в газообразное и выводятся из системы. Процесс можно описать следующим образом:
-
Вода поступает в деаэрационную колонну через форсунки или распределительные тарелки. Это увеличивает площадь контакта жидкости с паром.
-
Горячий пар подается в колонну, нагревая воду до температуры близкой к точке кипения (обычно 100–105°C для атмосферных деаэраторов). При этом растворимость газов резко снижается.
-
Выделившиеся пузырьки кислорода и углекислого газа поднимаются вверх и удаляются через вентиляционный клапан.
-
Обработанная вода собирается в аккумуляторном баке, откуда насосы подают ее в котел.
Для усиления эффекта деаэрации применяются различные конструктивные решения: распыление воды, барботаж (продувка паром через слой жидкости) или использование насадок для увеличения площади контакта воды и пара. В некоторых случаях процесс дополняется химической обработкой, связывающей остаточный кислород.
В котельных с высокими требованиями к качеству воды деаэрация может происходить в несколько этапов, включая предварительный нагрев и финальную дегазацию. Это обеспечивает максимальную чистоту теплоносителя и защиту оборудования.
Виды деаэраторов
Деаэраторы классифицируются по нескольким признакам: давлению, конструкции и способу взаимодействия воды и пара. Рассмотрим основные типы:
По давлению греющего пара
-
Атмосферные деаэраторы. Работают при давлении около 0,12 МПа и температуре 100–105°C. Просты в эксплуатации, подходят для небольших котельных с невысокими требованиями к чистоте воды.
-
Вакуумные деаэраторы. Функционируют при пониженном давлении (7,5–50 кПа) и температуре 40–90°C. Используются в системах, где нагрев до высоких температур нежелателен, например, в некоторых водогрейных котельных.
-
Деаэраторы повышенного давления. Работают при давлении 0,6–0,8 МПа и температуре до 170°C. Отличаются высокой эффективностью и применяются в крупных промышленных котельных и на тепловых электростанциях.
По конструкции
-
Колонные (струйные или тарельчатые). Компактные устройства с вертикальной колонной, где вода распределяется по тарелкам или распыляется через форсунки. Обеспечивают интенсивный контакт с паром.
-
Барботажные. Горизонтальные модели, в которых пар проходит через слой воды, вызывая активное выделение газов. Подходят для больших объемов теплоносителя.
-
Пленочные или с насадками. Вода стекает тонкой пленкой по специальным поверхностям, увеличивая площадь взаимодействия с паром.
По способу взаимодействия воды и пара
Различают струйные, барботажные, пленочные и комбинированные (струйно-барботажные) модели. Выбор зависит от производительности системы, типа котла и эксплуатационных условий.
Каждый тип деаэратора подбирается с учетом специфики котельной. Например, деаэратор повышенного давления оптимален для паровых котлов с давлением 0,6–0,8 МПа, тогда как атмосферные модели подходят для систем с давлением до 0,12 МПа.
Основные задачи деаэраторов
Деаэратор в котельной выполняет несколько критически важных функций, обеспечивая надежность и экономичность работы системы:
-
Защита от коррозии. Удаление кислорода и углекислого газа предотвращает электрохимические реакции, разрушающие металл. Концентрация кислорода снижается до уровня менее 0,005 мг/л, что значительно продлевает срок службы котельного оборудования.
-
Повышение КПД. Деаэрированная вода не образует паровых пробок в трубопроводах, что улучшает теплообмен и снижает энергопотери.
-
Стабилизация параметров теплоносителя. Устранение газов и поддержание стабильного уровня pH минимизируют риск образования накипи и колебаний давления в системе.
-
Снижение эксплуатационных затрат. Защита оборудования от коррозии и накипи уменьшает расходы на ремонт и замену компонентов.
Без деаэрации котельные сталкиваются с ускоренным износом, частыми авариями и снижением эффективности. Деаэратор становится незаменимым звеном в обеспечении долговечности и безопасности работы.
Чем деаэратор в паровой котельной отличается от водогрейной?
Паровые и водогрейные котельные имеют разные требования к подготовке воды, что влияет на выбор и работу деаэратора. Основные отличия заключаются в следующем:
-
Температурный режим. В паровых котельных деаэрация обычно происходит при более высоких температурах (100–170°C), так как вода доводится до кипения для генерации пара. В водогрейных котельных нагрев может быть ограничен (40–90°C), что делает вакуумные деаэраторы более подходящими.
-
Типы деаэраторов. В паровых котельных чаще используются деаэраторы повышенного давления или атмосферные, тогда как в водогрейных могут применяться вакуумные модели или альтернативные методы, такие как обратный осмос.
-
Назначение. В паровых котельных деаэрация критически важна, так как кислород и углекислый газ особенно активно вызывают коррозию при высоких температурах и давлении. В водогрейных котельных требования к деаэрации менее строгие, и в некоторых случаях возможно использование химической обработки вместо термической.
-
Конструктивные особенности. В паровых котельных деаэраторы часто устанавливаются на высоте, чтобы предотвратить попадание пара в насосы. В водогрейных системах таких требований меньше, и конструкция может быть проще.
В водогрейных котельных деаэрация иногда заменяется другими методами очистки, такими как фильтрация или добавление реагентов. Однако вакуумные деаэраторы находят применение там, где требуется экономия энергии при низких температурах.