Установка для деаэрации воды

 

Изобретение относится к области удаления из воды коррозионно-активных газов. Целью изобретения является повышение экономичности и надежности работы. Установка для аэрации воды содержит источник постоянного тока, электролизер, десорбер, поглотители кислорода и углекислоты, нагнетатель, ресивер, электрохимический генератор, регулирующий вентиль, линию отвода газов, нагнетательную линию, байпасный трубопровод, основной трубопровод, регулирующую арматуру, альтернативный источник водорода, накопитель кислорода, линию выхода кислорода из электролизера, регулировочные вентили, коррозионный датчик и дополнительный водяной трубопровод. В десорбере осуществляется контакт обрабатываемой воды с рабочим веществом - электролитическим водородом. Водород, барботируя воду, десорбирует из нее коррозионные газы. Изобретение позволяет повысить КПД электрохимического генератора. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для удаления из воды коррозионно-активных газов и может быть использовано в процессах подготовки питательной и подпиточной воды для промтеплоэнергетического оборудования.

Известна установка для деаэрации воды, содержащая десорбер с патрубками подвода и отвода обрабатываемой воды, рабочего газа и продуктов десорбции, нагреватель, а также электролизер с патрубками отвода кислорода, электрохимический генератор с патрубками подвода кислорода и водорода с десорбированными газами, систему охлаждения электролизера и генератора, источник тока низкого напряжения. Электролизер электрически соединен с источником тока, а последний соединен с электрохимическим генератором. Патрубок отвода водорода с десорбированными газами десорбера и патрубок отвода кислорода электролизера соединены с соответствующими подводящими патрубками электрохимического генератора. В качестве рабочего вещества в установке используется электролитический водород, имеющий высокую чистоту до 99,99% . Для чего патрубок отвода водорода электролизера соединен трубопроводом с патрубком подвода рабочего газа десорбера. В устройстве полностью используется теплота электрохимических реакций, снижается мощность источника постоянного тока, технологическая схема становится экологически чистой.

В установке десорбируются все коррозионно-активные газы - кислород, углекислый газ, сероводород, аммиак и т. п.

Недостатком работы такой установки является значительный расход электроэнергии на получение рабочего вещества - электролитического водорода-даже при условии компенсации части затрат с помощью электрохимического генератора. При этом работа электрохимического генератора связана с потерями водорода при продувках катодной камеры и, кроме того, не используется часть кислорода в генераторе, поскольку за счет продувок получается некоторый избыток кислорода. Работа установки затруднена при переменных режимах работы необходимостью согласования работы системы электролизер-генератор, которые выбираются и устанавливаются на максимальную мощность, определяемую по максимальному расходу воды. В установке отсутствует элемент, по которому можно было бы судить о качестве обработки воды, т. е. о надежности ее работы.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков, т. е. повышение экономичности и надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что установка для деаэрации воды, включающая десорбер, электролизер, электрохимический генератор с системами охлаждения, снабженные соответствующими трубками и связанные между собой по водороду и кислороду, источник постоянного тока, связанный с электрохимическим генератором и электролизером, дополнительно содержит поглотители коррозионно-активных газов, нагнетатель и ресивер, последовательно расположенные на линии отвода газов из десорбера, причем ресивер нагнетательной линией подключен к десорберу через байпасный трубопровод электролизера, а электрохимический генератор соединен с электролизером основным трубопроводом.

Кроме того, установка включает накопитель кислорода, подключенный к линии выхода кислорода из электролизера, дополнительный источник водорода, подключенный к ресиверу трубопроводом с установленными на обоих трубопроводах регулировочными вентилями.

Поглотитель кислорода снабжен охлаждающей системой, соединенной с системами охлаждения электролизера и электрохимического генератора, а поглотители кислорода и углекислого газа соединены между собой дополнительным водяным трубопроводом.

На выходе десорбера по воде установлен коррозионный датчик, подключенный к двигателю нагнетателя и к источнику постоянного тока импульсными линиями.

При соответствующем соединении электролизера и электрохимического генератора в последний будет поступать чистый электрохимический водород без десорбированных газов, что повысит КПД генератора до максимума ( ≈ 80% ), исключит процесс продувки генератора и потери рабочего вещества - водорода с ними. Избыток кислорода, образующийся в установке, будет поступать в накопитель кислорода, а не теряться. Применение поглотителей коррозионно-активных газов позволяет рециркулировать рабочее вещество через десорбер с помощью нагнетателя, уменьшить устанавливаемые мощности генератора и электролизера и обеспечить переменные режимы работы.

Использование ресивера с альтернативным источником водорода в ряде случаев позволит регулировать работу устройства.

Применение коррозионного датчика на выходе из десорбера по воде обеспечит регулировку устройства при постоянных и переменных режимах работы.

На чертеже изображена установка для деаэрации воды.

Установка включает источник 1 постоянного тока, электролизер 2 с разделительной мембраной 3, десорбер 4, поглотители 5 и 6 соответственно кислорода и углекислоты, нагнетатель 7, ресивер 8, электрохимический генератор 9, регулирующий вентиль 10, линию 11 отвода газов, нагнетательную линию 12, байпасный трубопровод 13, основной трубопровод 14, регулирующую арматуру 15 и 16, дополнительный источник 17 водорода, накопитель 18 кислорода, линию 19 выхода кислорода из электролизера, регулировочные вентили 20 и 21, коррозионный датчик 22 и дополнительный водяной трубопровод 23.

Десорбер 4 соединен линией 11 отвода газов с поглотителями 5 и 6 коррозионно-активных газов и нагнетателем 7. Выбор типа поглотителей определяется свойствами коррозионных газов, содержащихся в исходной воде и десорбирующихся из нее. Поглотители 5 и 6 соединены дополнительным водяным трубопроводом 23. Нагнетательная линия 12 ресивера подключена к байпасному трубопроводу 13 электролизера 2. В свою очередь электролизер 2 соединен основным трубопроводом 14 и линией 19 выхода кислорода с генератором 9. Генератор 9 и электролизер 2 соединен электрически с источником 1 постоянного тока. Коррозионный датчик 22 соединен импульсными линиями (условно показаны пунктиром) с источником постоянного тока и нагнетателем 7. Разделительная мембрана 3 делит рабочее пространство электролизера на катодную и анодную части соответственно полярности источника 1 постоянного тока.

Установка работает следующим образом. Поток исходной воды последовательно проходит через охлаждающие системы электрохимического генератора 9, электролизера 2 и поглотителя 5 кислорода, где подогревается до температуры деаэрации за счет теплоты электрохимических реакций и поступает в десорбер 4. В десорбере 4 осуществляется контакт обрабатываемой воды с рабочим веществом - электролитическим водородом, который получается в катодной части электролизера 2 и по байпасному трубопроводу 13 через регулирующий вентиль 10 подводится к десорберу 4. Однако количество водорода, подающееся через байпасный трубопровод, составляет незначительную величину от требуемого количества рабочего вещества для деаэрации воды. Основной поток рабочего вещества получают из газовой смеси после десорбера 4. Десорбер 4 может быть любого известного контактного типа, предпочтительнее барботажный тип. Водород, барботируя воду, десорбирует из нее все коррозионные газы. Смесь этих газов с водородом по линии 11 отвода газов из десорбера 4 подается на поглотитель 5 кислорода, где из газовой смеси выжигается десорбированный из воды кислорода. Далее в поглотитель 6 из газовой смеси удаляется углекислый газ. Очищенный таким образом водород нагнетателем 7 через ресивер 8 по нагнетательной линии 12 и байпасному трубопроводу 13 возвращается на десорбцию в десорбер 4. Соотношение между расходами водорода, поступающими в десорбер 4 из электролизера 2 и через нагнетательную линию 12, поддерживается с помощью датчика 22, при этом основной поток рабочего вещества рециркуляционный. Количество водорода, образующегося в электролизере, необходимо лишь для компенсации водорода, который прореагирует с десорбированным кислородом в поглотителе 5 для поддержания необходимой концентрации водорода в обработанной воде, и некоторое количество водорода может быть использовано в электрохимическом генераторе 9 для снижения затрат электроэнергии на получение водорода в электролизере 2. Последний поток водорода должен быть определен технико-экономическим расчетом. Таким образом, водород, полученный в электролизере 2, разветвляется на два потока. Один идет по основному трубопроводу 14 в генератор 9, а другой - через регулирующий вентиль 10, где изменяется его давление, и байпасный трубопровод 13 подается в смеси с рециркуляционным водородом в десорбер 4. Целесообразно в смеси иметь как можно больше рециркуляционного водорода, поскольку пропорционально его увеличению уменьшится установленная мощность электролизера и генератора. Количество рециркуляционного водорода, проходящего через десорбер 4, регулируется производительностью нагнетателя 7 по сигналу датчика 22. При увеличении расхода рециркуляционного водорода снижается расход водорода через регулирующий вентиль 10. При пуске установки и при переменных режимах работы водорода должен накапливаться в ресивере 8. Избыток кислорода по линии 19 и через вентиль 20 поступает в накопитель 18. Это может быть любая известная система, например, баллонная. Далее в баллонах кислород может быть отправлен потребителям, что повысит экономичность устройства.

Когда экономически невыгодно использовать генератор или требуется уменьшить его мощность, то в систему включают альтернативный источник 17 водорода, который через регулирующий вентиль 21 может выполнить подпитку рециркуляционной системы водородом. При этом в установке может отпасть необходимость в генераторе. При сжигании десорбированного кислорода в поглотителе 5 образуется вода, которую целесообразно использовать в поглотителе 6, для чего эти элементы соединяют водяным трубопроводом 23. В качестве нагнетателя 7 используют вентилятор, производительность которого не должна быть меньше расхода рециркуляционного водорода, а давление должно превышать потери давления в рециркуляционном контуре.

При переменных режимах работы требуемое качество воды будет достигаться, в основном, за счет рециркуляционного потока водорода. Поэтому установленная мощность электролизера и генератора может быть уменьшена примерно на 30% , а применение альтернативного источника водорода позволит еще уменьшить их установленную мощность, а в ряде случаев и полностью исключить из схемы генератор.

Установка для деаэрации воды обеспечивает сокращение издержек производства на 30% . (56) Авторское свидетельство СССР N 1090663, кл. C 02 F 1/20, 1982.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ , содеpжащая десоpбеp с тpубопpоводом отвода газа, электpолизеp и электpохимический генеpатоp с системами охлаждения, снабженные патpубками и соединенные между собой по водоpоду и кислоpоду, основной тpубопpовод, источник постоянного тока, электpически связанный с электpохимическим генеpатоpом и электpолизеpом, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности pаботы, она снабжена поглотителями кислоpода и углекислого газа, нагнетателем, байпасным тpубопpоводом и pесивеpом, пpи этом поглотители кислоpода и углекислого газа, нагнетатель и pесивеp pасположены последовательно на тpубопpоводе отвода газа, pесивеp пpисоединен к байпасному тpубопpоводу, байпасный тpубопpовод одним своим концом пpисоединен к десоpбеpу, а дpугим к электpолизеpу, а электpохимический генеpатоp и электpолизеp непосpедственно соединенный между собой основным тpубопpоводом.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена накопителем кислоpода, пpисоединенным к выходу кислоpода из электpолизеpа, дополнительным источником водоpода, подключенным к pесивеpу, и pегулиpовочными вентилями, установленными на выходе кислоpода из электpолизеpа и на выходе из альтеpнативного источника водоpода.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена охлаждающей системой, pасположенной в поглотителе кислоpода и соединенной с системами охлаждения электpолизеpа и электpохимического генеpатоpа.

4. Установка по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что она снабжена водяным тpубопpоводом, один конец котоpого соединен с поглотителем кислоpода, а дpугой - с поглотителем углекислого газа.

5. Установка по пп. 1 - 4, отличающаяся тем, что она снабжена коppозионным датчиком и импульсными линиями, соединяющими коppозионный датчик с нагнетателем и с источником постоянного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1