RU2171230C1 - Water degasification apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: water purification equipment. SUBSTANCE: apparatus has degasifier casing with water supplying nozzle head. Water is impinged by baffle and directed into collector and further into accumulator via Rashig rings. Electrolyser positioned in front of degasifier is adapted for changing water acidity. Nozzle head is equipped with collector having shoe mounted in supersonic unit bath. Apparatus is designed for removal of solute gasses from process and sewage water and may be used in industrial and municipal heating systems and hot water supply systems. EFFECT: increased efficiency, enhanced reliability in operation, reduced power consumption and wider operational capabilities. 2 cl

Description

Изобретение относится к технике очистки воды, технологических жидкостей и производственных сточных вод от растворенных газов. Может быть использовано в промышленных и коммунальных отопительных системах, в системах подачи горячей воды для удаления растворенных газов. The invention relates to techniques for purifying water, process liquids and industrial wastewater from dissolved gases. It can be used in industrial and municipal heating systems, in hot water supply systems to remove dissolved gases.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является устройство для дегазации жидкости, включающее вертикальную дегазационную колонну, закрытую с обоих концов и снабженную вентиляционной трубой и патрубком подачи воды, емкость для накопления дегазированной воды с патрубком отвода воды потребителю, форсуночную головку (1). The closest analogue to the claimed invention is a device for degassing liquids, including a vertical degassing column, closed at both ends and equipped with a ventilation pipe and a water supply pipe, a tank for accumulating degassed water with a water pipe to the consumer, an nozzle head (1).

Задача изобретения - повышение эффективности дегазации, надежности функционирования дегазатора и повышение его экономичности
Поставленная задача достигается тем, что в изобретении реализуются дополнительные механизмы воздействия на дегазируемую жидкость до ее подачи в дегазатор, а также тем, что увеличивается время пребывания дегазируемой жидкости в зоне дегазации. Это обусловлено следующими соображениями:
1. Известно, что кислотность воды влияет на ее дегазационные свойства (2). В частности, уменьшение параметра pH позволяет повысить эффективность дегазации. Изменение параметра кислотности воды можно обеспечить путем электрического воздействия на воду, пропуская ее между двумя электродами. На выходе из электролизной установки вода, отбираемая от одного из электродов, имеет повышенное значение pH по сравнению с pH воды, подаваемой на электролиз. У другого же электрода вода будет иметь пониженное значение pH. При определенных значениях рабочих режимов электролиза, как показали эксперименты, удается после слияния этих потоков вновь добиться на короткое время (10-15 минут) значительного изменения показателя pH воды по сравнению с показателем pH воды, подаваемой на электролиз, причем как в одну, так и в другую сторону. Время поддержания измененного значения показателя pH (его повышенное значение, например) вполне достаточно для протекания процесса дегазации в дегазаторе.The objective of the invention is to increase the efficiency of degassing, the reliability of the functioning of the degasser and increase its efficiency
The problem is achieved by the fact that the invention implements additional mechanisms of action on the degassed liquid before it is fed to the degasser, as well as by the fact that the residence time of the degassed liquid in the degassing zone is increased. This is due to the following considerations:
1. It is known that the acidity of water affects its degassing properties (2). In particular, a decrease in the pH parameter improves the degassing efficiency. Changing the acidity parameter of water can be achieved by electrically acting on water, passing it between two electrodes. At the outlet of the electrolysis unit, the water taken from one of the electrodes has a higher pH value compared to the pH of the water supplied to the electrolysis. At the other electrode, the water will have a lower pH value. At certain values of the operating modes of electrolysis, as shown by experiments, it is possible after merging these flows to again achieve for a short time (10-15 minutes) a significant change in the pH of water compared to the pH of the water supplied to the electrolysis, both in one and On the other side. The time to maintain a changed pH value (its increased value, for example) is quite sufficient for the degassing process to take place in a degasser.

2. В прототипе к предлагаемому изобретению предлагалось подавать жидкость в объем дегазатора через форсуночную головку, например, от утилизируемых ракетных двигателей. Однако известно, что на процесс каплеообразования форсуночными головками ЖРД (жидкостных ракетных двигателей) существенно влияют механические вибрации самой головки (3). Поэтому целесообразным является использование этого механизма для интенсификации процесса каплеобразования в вакуумном дегазаторе. Для этого форсуночная головка подачи дегазируемой жидкости должна быть оснащена вибратором, воздействующим на головку. Сама форсуночная головка должна быть размещена в дегазаторе с возможностью малых продольных колебаний без нарушения герметичности дегазационной полости. 2. In the prototype of the invention, it was proposed to supply liquid to the degasser volume through the nozzle head, for example, from utilized rocket engines. However, it is known that the droplet formation process by the nozzles of LRE (liquid rocket engines) is significantly affected by mechanical vibrations of the head itself (3). Therefore, it is advisable to use this mechanism to intensify the process of droplet formation in a vacuum degasser. For this, the nozzle head for supplying a degassed liquid must be equipped with a vibrator acting on the head. The nozzle head itself must be placed in the degasser with the possibility of small longitudinal vibrations without violating the tightness of the degassing cavity.

3. Известно, что насадки, например, в виде колец Рашига позволяют увеличивать время пребывания жидкости в зоне дегазации (2). В прототипе (1) время пребывания жидкости в зоне дегазации увеличивалось за счет использования в коллекторе 6 винтовой плоскости 7. Но полость самого коллектора можно заполнить теми же кольцами Рашига и это существенно увеличит время пребывания жидкости в зоне дегазации, улучшит эффективность дегазации. Более того, при струйной подаче воды в зону дегазации на кольца Рашига обычно происходит интенсивное перемещение колец под действием динамического напора струй, истирание колец, крошки которых, попадая в насосы, выводят их из строя. При механических перемещениях кольца Рашига истирают стенки дегазационных колонн, по этой причине наблюдались аварии термовакуумных дегазаторов. Подача воды на дегазацию через форсуночные головки эти недостатки устраняет полностью - кольца Рашига остаются абсолютно неподвижными. 3. It is known that nozzles, for example, in the form of Rashig rings, can increase the residence time of the liquid in the degassing zone (2). In the prototype (1), the residence time of the liquid in the degassing zone was increased due to the use of a screw plane 7 in the collector 6. But the cavity of the collector itself can be filled with the same Rashig rings and this will significantly increase the residence time of the liquid in the degassing zone, and improve the degassing efficiency. Moreover, when jet water is supplied to the degassing zone on Rashig rings, the rings usually move intensively under the influence of the dynamic pressure of the jets, abrasion of the rings, crumbs of which, getting into the pumps, disable them. With mechanical movements of the Rashig ring, the walls of the degassing columns are abraded, for this reason accidents of thermal vacuum degassers were observed. The supply of water for degassing through the nozzle heads eliminates these drawbacks completely - the Raschig rings remain completely stationary.

Таким образом, сказанное позволяет улучшить степень дегазации жидкости, не изменяя размеров дегазационной колонны, повысить надежность функционирования и экономичность дегазатора. Thus, the foregoing makes it possible to improve the degree of degassing of the liquid without changing the size of the degassing column, to increase the reliability of operation and the economics of the degasser.

На чертеже представлена схема устройства для дегазации жидкости (общий вид в разрезе). The drawing shows a diagram of a device for degassing liquids (General view in section).

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 с патрубком подачи воды 2, из патрубков 3,4,5 отвода парогаза, коллектора 6 отвода распыленной воды с перфорированной винтовой плоскостью 7, емкости 8 для накопления дегазируемой воды с патрубком 9 отвода воды потребителю. На патрубке подвода воды 2 установлена форсуночная головка 10. В верхней части дегазатора размещен завихритель распыленной воды, состоящий из отражателя 11 и системы пластинчатых направляющих 12, выполненных по винтовой линии на внутренней поверхности корпуса. The device consists of a cylindrical body 1 with a water supply pipe 2, from pipes 3,4,5 of steam and gas removal, a collector 6 of sprayed water removal with a perforated screw plane 7, a container 8 for accumulating degassed water with a pipe 9 of water discharge to the consumer. A nozzle head 10 is installed on the water supply pipe 2. In the upper part of the degasser there is a swirl of sprayed water, consisting of a reflector 11 and a system of plate guides 12 made along a helical line on the inner surface of the housing.

Подача воды в форсуночную головку 10 осуществляется через коллектор 14, установленный герметично, но с возможностью продольного перемещения в плоскости корпуса 1, другой конец которого выполнен в виде пятки 15, размещенной в жидкостной ванне 17 источника ультразвуковых колебаний 16. Подача воды в коллектор 14 осуществляется через патрубок 2, в который она поступает из электролизера 13. Для механической развязки коллектора 14 и электролизера 13 в патрубок 2 встроен компенсатор 19, выполненный в виде сильфона с малой жесткостью на изгиб. Полость коллектора 6 содержит кольца Рашига 18, размещенные на винтовой плоскости 7. The water supply to the nozzle head 10 is carried out through a collector 14, mounted hermetically, but with the possibility of longitudinal movement in the plane of the housing 1, the other end of which is made in the form of a heel 15, placed in the liquid bath 17 of the ultrasonic vibrations source 16. The water is supplied to the collector 14 through pipe 2, into which it comes from the electrolysis cell 13. For mechanical isolation of the collector 14 and the cell 13, a compensator 19 is built into the pipe 2, made in the form of a bellows with low bending stiffness. The cavity of the collector 6 contains a ring Rashig 18, placed on a helical plane 7.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После запуска вакуумного насоса, не показанного на чертеже, и понижения давления в дегазаторе до величины, соответствующей условию закипания воды, производится подача дегазируемой воды под давлением 0,1-0,6 МПа через электролизер 13, компенсатор 19, патрубок и коллектор 14 в форсуночную головку 10. Форсуночная головка 10 создает каскад "кинжальных" струй, которые соударяются с отражателем 11, раскручивая его. Отразившись от элементов крыльчатки, основная масса воды за счет специально спрофилированной части лопаток крыльчатки распыляется и направляется через приемную щель в коллектор 6, где по поверхности колец Рашига 18, размещенных на винтовой перфорированной пластине 7, вода стекает в емкость 8. Вода, не попавшая в коллектор 6, стекает по цилиндрической поверхности корпуса. При этом с целью увеличения времени пребывания жидкости в условиях вакуума пластинчатыми направляющими 12 производится закрутка потока жидкости как на внутренней поверхности корпуса 1, так и внутри коллектора 6. Поскольку течение жидкости как в корпусе 1 дегазатора, так и в коллекторе 6, протекает с интенсивным газовыделением, выделившийся газ отводится через патрубки 3, 4, 5, причем для газодинамической связи различных зон коллектора 6 в винтовой плоскости 7 выполнена перфорация. Отвод деаэрированной воды из емкости 8 производится через патрубок 9. Более того, ввиду эжектирующих свойств струй жидкости в так называемой донной области возникает область пониженного давления, в которой наиболее интенсивно происходят процессы газовыделения, для отвода которых используется патрубок 4, при этом донная область ограничена обечайкой, не обозначенной позицией на чертеже. After starting the vacuum pump, not shown in the drawing, and lowering the pressure in the degasser to a value corresponding to the condition of boiling water, degassed water is supplied under pressure of 0.1-0.6 MPa through the electrolyzer 13, compensator 19, pipe and manifold 14 into the nozzle the head 10. The nozzle head 10 creates a cascade of "dagger" jets that collide with the reflector 11, untwisting it. Reflected from the elements of the impeller, the bulk of the water is sprayed and directed through the receiving slit to the collector 6 through the specially profiled part of the impeller blades, where water flows into the reservoir 8. On the surface of the Rashig rings 18 placed on the screw perforated plate 7, water that does not enter the collector 6 flows down the cylindrical surface of the housing. Moreover, in order to increase the residence time of the liquid under vacuum conditions, the plate guides 12 swirl the fluid flow both on the inner surface of the housing 1 and inside the manifold 6. Since the fluid flows both in the degasser housing 1 and in the manifold 6, with intense gas evolution , the evolved gas is discharged through nozzles 3, 4, 5, moreover, for gas-dynamic communication of different zones of the collector 6, perforation is performed in the screw plane 7. The deaerated water is discharged from the tank 8 through the nozzle 9. Moreover, due to the ejecting properties of the liquid jets in the so-called bottom region, a region of reduced pressure arises, in which the gas evolution processes are most intensive, and the nozzle 4 is used to drain them, while the bottom region is limited by the shell not indicated by the position in the drawing.

Исходя из физико-химических свойств воды, подаваемой на дегазацию, она может перед дегазацией подвергаться электромагнитной обработке в электролизере 13, а на саму форсуночную головку оказываться ультразвуковое акустическое воздействие с помощью источника ультразвуковых колебаний 16. Параметры как одного, так и другого воздействия, определяются опытным путем для каждого конкретного случая. Based on the physicochemical properties of the water supplied for degassing, it can be subjected to electromagnetic treatment in the electrolyzer 13 before degassing, and ultrasonic acoustic exposure can be applied to the nozzle head itself using a source of ultrasonic vibrations 16. The parameters of one or the other are determined by the experimental path for each case.

Более того, использование форсуночных головок со шнековыми центробежными форсунками позволяет отказаться в конструкции дегазатора от разбрызгивателя 11, поскольку сами форсунки позволяют обеспечить качественное распыление жидкости. Но в этом случае целесообразно форсуночную головку разместить вверху дегазационной колонны, причем корпус 1 дегазатора необходимо закрыть сверху отражателем, например, в виде конуса, вершина которого расположена на расстоянии 1,5-2 диаметра форсуночной головки от плоскости распыла. Отражательный конус пунктирно показан на чертеже. В этом случае вода, распыленная форсуночной головкой либо за счет собственного движения, либо скатываясь по поверхности конуса, окажется в полости коллектора 6. Moreover, the use of nozzle heads with screw centrifugal nozzles eliminates the design of the degasser from the sprayer 11, since the nozzles themselves allow for high-quality liquid atomization. But in this case, it is advisable to place the nozzle head at the top of the degassing column, and the degasser body 1 must be closed with a reflector on top, for example, in the form of a cone, the apex of which is located at a distance of 1.5-2 diameter of the nozzle head from the spray plane. The reflective cone is dotted in the drawing. In this case, the water sprayed by the nozzle head either due to its own movement, or sliding along the surface of the cone, will be in the cavity of the collector 6.

Таким образом, предлагаемые мероприятия позволяют повысить эффективность дегазации жидкости, повысить надежность эксплуатации дегазатора и его экономичность. Реализация этих предложений только в виде использования форсуночной головки с центробежными шнековыми форсунками позволила снизить содержание остаточного кислорода в 1,5 раза по сравнению с обычным вариантом работы термовакуумного дегазатора. Thus, the proposed measures can improve the efficiency of degassing liquids, increase the reliability of operation of the degasser and its efficiency. The implementation of these proposals only in the form of using a nozzle head with centrifugal screw nozzles made it possible to reduce the residual oxygen content by 1.5 times in comparison with the usual version of the thermal vacuum degasser.

Источники информации
1. SU, авторское свидетельство, 1414410, кл. B 01 D 19/00, 1988 (прототип).Sources of information
1. SU, copyright certificate, 1414410, cl. B 01 D 19/00, 1988 (prototype).

2. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей - М, Энергоиздат, 1982, с. 200. 2. Lapotyshkina N. P., Sazonov R. P. Water treatment and water-chemical regime of heating networks - M, Energoizdat, 1982, p. 200.

3. Волков Е.В., Головков Л.Г., Сырицин Т.А. Жидкостные ракетные двигатели - М. Воениздат, 1970, с. 590. 3. Volkov EV, Golovkov LG, Syricin T.A. Liquid rocket engines - M. Voenizdat, 1970, p. 590.

Claims (2)

1. Устройство для дегазации воды, содержащее цилиндрический корпус с патрубками подачи воды и отвода парогаза, емкость для накопления дегазированной воды с патрубками отвода воды потребителю, форсуночную головку, отличающееся тем, что оно снабжено отражателем, расположенным коаксиально корпусу коллектором с перфорированной винтовой плоскостью и размещенными на ней кольцами Рашига, ультразвуковой ванной, установленным на патрубке подачи воды электролизером, позволяющим изменять кислотность дегазируемой воды, гидравлически соединенным с патрубком подачи воды коллектором, на одном конце которого размещена форсуночная головка, а другой выполнен в виде пятки, расположенной в ультразвуковой ванне, демпфером колебаний в виде сильфонов, установленным между коллектором и электролизером. 1. A device for water degassing, comprising a cylindrical body with water supply and steam gas outlet pipes, a tank for accumulating degassed water with water drain pipes to the consumer, an nozzle head, characterized in that it is provided with a reflector located coaxially to the body with a perforated screw plane and placed on it with Rashig rings, an ultrasonic bath, mounted on the water supply pipe by an electrolyzer, which allows changing the acidity of the degassed water, hydraulically connected m with a water supply pipe manifold at one end of which is placed the nozzle head, and the other is designed as a heel situated in an ultrasonic bath, the oscillation damper in the form of bellows mounted between the collector and the electrolyzer. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форсуночная головка размещена в верхней части корпуса и в ней используют шнековые центробежные форсунки, причем отражатель выполнен в виде конуса и установлен в верхней части корпуса на расстоянии 1,5-2 диаметра форсуночной головки от плоскости распыла. 2. The device according to claim 1, characterized in that the nozzle head is placed in the upper part of the housing and screw centrifugal nozzles are used in it, the reflector made in the form of a cone and installed in the upper part of the housing at a distance of 1.5-2 diameter of the nozzle head from spray planes.