Установка нагрева и очистки воды

 

Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: установка нагрева и очистки воды, содержащая тепловой трансформатор, связанный с турбиной, соединенной с последовательно установленными конденсатором и подогревателем, нагреватель, соединенный с многоступенчатым испарителем, связанным с насосом питательной воды, дополнительно содержит бункер сыпучего материала с элеватором, центрифугу, индикатор кислотности, весы, гидрофоры с разгрузочными клапанами и нейтрализатор. 19 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к турбостроению.

Известна установка для защиты атмосферы от промышленных загрязнений [1, 2] Недостатками этой установки являются то, что при золоулавливании часть золы прорывается в атмосферу, и не производится очистка дымовых газов от оксидов серы. Очистка в мокрых скрубберах требует сложной дополнительной установки для нейтрализации продуктов сгорания.

Известна установка водоподготовки котловой воды, содержащая натрий-катионитовый фильтр и деаэратор [3] Недостатками этой установки являются потребление большого количества поваренной или калиевой соли в фильтрах и постоянный контроль котловой воды на содержание активных газов О₂ и СО.

Целью изобретения является очистка дымовых газов от оксидов серы и твердых частиц непосредственно на лопатках турбины с последующей конденсацией пара в потоке воды, подача воды на нейтрализацию энергией дымовых газов с повышением температуры и кислотности, получение питательной воды с параллельной дегазацией.

Цель достигается тем, что в установку нагрева и очистки воды, содержащую турбину с конденсатором, гидрофоры, нагреватель, нейтрализатор и каскад испарителей, с целью автоматизации процесса нагрева и очистки воды введены бункер сыпучего материала с элеватором, центрифуга, индикатор кислотности, весы и разгруженные клапаны.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и газоплотным котлам с высоким давлением дымовых газов (0,3 МПа и выше) перед турбиной.

На фиг. 1 показана схема включения установки нагрева и очистки воды; на фиг. 2 изображены гидрофоры; на фиг. 3 изображен кулак; на фиг. 4 привод; на фиг. 5 бункер с элеватором; на фиг. 6 вид А стержневого аппарата на фиг. 5; на фиг. 7 разрез Б-Б на фиг. 6; на фиг. 8 механизм регулирования заслонки; на фиг. 9-11 механизм привода подвижной полки; на фиг. 12-14 регулятор уровня; на фиг. 15 показана схема управления клапанами бункера; на фиг. 16 представлен нагреватель с автоматами питания и расхода; на фиг. 17 нейтрализатор с каскадом испарителей; на фиг. 18 фильтр в работе; на фиг. 19 показана очистка фильтра.

Установка нагрева и очистки воды содержит тепловой трансформатор 1, камеру 2 распыла и испарения воды, турбину 3, зону 4 конденсации, воду в конденсаторе 5, турбокомпрессор 6, двигатель 7 внутреннего сгорания (ДВС), циклонный сепаратор 8, дилатометрический регулятор 9, бак 10 раствора щелочи, нагреватель 11 котловой водой, теплообменник 12 конденсации, нагреватель 13 водой охлаждения ДВС, подогреватель 14 воды перед гидрофорами, конденсатор 15 выпара, насос 16 охлаждения ДВС, выпускной коллектор 17 ДВС, пневмомоторы 18, 19, 89, водяные гидрофоры 20, 46, щелочные гидрофоры 21, теплообменник газоплотного котла 22, насос 23 циркуляции котла, нагреватель 24, теплообменник нагревателя, дегазацию 25, теплообменник 26 первой ступени конденсации, теплообменник 27 второй ступени конденсации, теплообменник 28 третьей ступени конденсации, теплообменник 29 четвертой ступени конденсации, отсек 30 питательной воды, нейтрализатор 31, бункер 32 сыпучего материала (СМ), элеватор 33, шламовая цистерна 34, насос 35 питательной воды, кран 36 подачи газа, кран 37 подачи воды, шестерни 38, 50, 52, 54, 78, 80, 83, 85, 87 привода, буферную пружину 39, клапаны 40, 43, 44, 45, 58, 60, 62, 65, 67, 146, 160, 162, кулак 41, редуктор 42, поплавки 47, 51, 82, сетку 48, кран 49 подачи воды на нагреватель, вал 53, сигнальную камеру 55, подвижные полки 56, 61, 66; бункер 57, запаса СМ, заслонки 59, 68, трубку 63, расход 64 СМ, бункер 69 элеватора, плиту 70, стержни 71, отверстия 72, червячный вал 73, червячную шестерню 74, пружины 75, 93, 107, 108, 109, 112, 115, 116, 190, ось 76, привод 77 золотников, груз 79, упор 81, привод 84, стойку 86, сигнал 88, крышку 90, регулирующие вентили 91, 113, 114, 142, 165, золотник 92 запаса, силовые сильфоны 94, 95, золотник 96 пневмомотора, тягу 97, золотники 98, 99 заполнения, магистраль 100 сжатого воздуха, бачки 101-102 регулируемого объема, мембраны 103, 104, 121, золотники 105, 106 расхода, управляющие золотники 110, 111, регулирующую гайку 118, корпус 117 бункера, пружины 119, 147; штуцер 120, подвижное сопло 125, трубку 126 газа на пневмомотор, трубу 127 СМ на стержневой аппарат, неподвижное сопло 128, деталь 129 с каналом, лопатки турбины 130, сетки 131, 157, 178, центрифугу 132, отбойное кольцо 133, вентилятор 134, отверстия 135, оси 136 центрифуги, регулятор 137 воды; труба 138 подачи щелочного раствора, индикатор 139 кислотности, разгруженные клапаны 140, 163, 168, 170, 172, 179, 182, поплавок 141, весы 143, золотник 144 весов, золотник 145 щелочного раствора, деталь 148 выброса, трубу 149, клапаны 150, 151 щелочного раствора, змеевик 152 подогрева, нейтрализаторы 154, 155, тарелки 156, жалюзи 158, водомерное стекло 159, фильтр 161, регулирующий теплообменник 164, сборник 166 конденсата, распределитель 167 конденсата, основные теплообменники 169, 173, конденсат 171 второй ступени, конденсат 174 третьей ступени, эжекторы 176, 177, трубку 180 струйную, объем 181 медленной циркуляции, тарелки 183, регулятор 184 нагрузки испарительной установки, отверстие 185 в перегородке, коробку 185, отверстия 187, 189, подвижную коробку 188, поршень 191, заполнитель 192, кран 193.

На фиг. 1 ДВС 7 и газоплотный котел 22 одной стороной соединяются с турбокомпрессором 6, другой с выпускным коллектором 17. Выпускной коллектор 17 через дилатометрический регулятор 9 соединен с циклонным сепаратором 8. Циклонный сепаратор 8 соединен с одной стороны с тепловым трансформатором 1, а с нижней стороны с гидрофорами 20, 21, с бункерами 32 и со шламовой цистерной 34. Тепловой трансформатор 1 соединен последовательно с камерой 2 распыла и испарения воды, с турбиной 3, с зоной 4 конденсации и с одной стороны с баком конденсатора 5, а другой с атмосферой. Бак конденсатора 5 соединен с теплообменником 12 и с распылителем зоны 4 конденсации, а также с подогревателем 14. Подогреватель 14 соединен трубопроводами с дилатометрическим регулятором 9, нагревателями 11, 13 и с тепловым трансформатором 1, а также с гидрофорами 20 воды и дальше с нагревателем 24. Бункер 32 соединен с элеватором и трубопроводами с нагревателем 24. Нагреватель 24 соединен последовательно с нейтрализатором 31, с дегазацией 25, с теплообменником 26 первой ступени, с теплообменником 27 второй ступени, с теплообменником 28 третьей ступени, с теплообменником 29 четвертой ступени и отсеком 30 питательной воды. Бункер 32 и каскад испарителей соединены со шламовой цистерной 34. Насос 35 питательной воды соединен всасыванием с отсеком 30, а нагнетанием последовательно с теплообменниками 28, 27, 26, с дегазацией 25 с подогревателем 14. Насос 16 охлаждения ДВС соединен с ДВС 7 и нагревателем 13. Насос 23 соединен с котлом 22 и нагревателем 11.

На фиг. 2 гидрофоры 20 и 46 (21) соединены трубопроводами, имеющими на концах сетки 48 с газовым краном 36, и с водяным краном 37. Клапаны 44 и 45 взаимодействуют с корпусами 20 и 46 и с поплавками 47, 51 посредством гибких соединений. Корпуса 20 и 46 соединены газовой стороной с пневмомотором 18 и клапанами 40 и 43, а водяной стороной с краном 49. Пневмомотор 18 взаимодействует с редуктором 42 и кулаком 41. На фиг. 4 показано взаимодействие кулака 41 с клапанами 40 и 43. Кулак 41 взаимодействует посредством буферной пружины 39 с шестерней 38.

На фиг. 4 шестерня 38 взаимодействует с кранами 37 и 36 и также с шестерней 52, валом 53, шестернями 54, 50, взаимодействующими с краном 49.

На фиг. 5 в корпусе бункера 32 сверху находится бункер 57 запаса с сигнальной камерой 55, подвижной полкой 56 и клапаном 58, к которому снизу крепится объем 117 со шнеком элеватора 33 и заслонкой 59. К объему 117 снизу крепятся левый расходный бункер с клапанами 60 и 62 и подвижной полкой 61 и правый расходный бункер с клапанами 65 и 67 и подвижной полкой 66, соединенными снизу с расходом 64, к которому крепится камера заслонки 68 с трубкой 63. Камера заслонки 68 соединена с одной стороны с циклонным сепаратором 8, а с другой посредством трубы 124 с нагревателем 24. Шнек элеватора 33 взаимодействует с пневмомотором 89, с корпусом, имеющим отверстия 72 и, со стержневым аппаратом 71, взаимодействующим, в свою очередь, с плитой 70. Бункер 69 элеватора крепится к стержневому аппарату 71 и трубой 127 сообщается с нагревателем 24. Пневмомотор 89 соединен трубой 126 с нагревателем 24. На фиг. 6, 7 показано положение стержней 71 относительно ребер шнека элеватора 33.

На фиг. 8 заслонка 68 крепится к оси 76 и взаимодействует последовательно через пружину 75 с червячной шестерней 74 и червяком 73.

На фиг. 9-11 подвижная полка 56 своей осью воздействует на шестерню 80, которая взаимодействует с шестерней 78. На оси шестерни 78, взаимодействующей с корпусом, имеется рычаг с грузом 79, взаимодействующий с упорами 81. Ось полки 56 взаимодействует с корпусом сигнальной камеры и с приводом 77 золотника.

На фиг. 12-14 поплавки 82 крепятся к шестерням 85 и 87, взаимодействующим с шестерней 83 и стойкой 86. Шестерня 83 взаимодействует со стойкой 86 и с приводом 84.

На фиг. 15 подвижная полка 56 взаимодействует с сигналом 88, взаимодействующим, в свою очередь, посредством привода 77 с золотником 92, взаимодействующим посредством пружины 93 с корпусом бункера 32. Золотник 92 соединен отверстиями 92 а и 92 б с сигналом 88, с осью крышки 90, клапаном 58 и трубопроводом с отверстиями 110 а и 111 а и далее с атмосферой, посредством золотников 110 б и 111 б с магистралью 100 сжатого воздуха. Сильфоны 94 и 95 взаимодействуют с заслонкой 59 и золотником 96, а посредством тяги 97 с золотниками 98, 99 и далее посредством пружин 107, 198 с корпусом бункера 32. Золотники 98а и 99а соединены с воздушной магистралью 100 и с полостью клапанов 60, 65. Золотники 98б и 99б соединены также с полостью клапанов 60, 65 и посредством блокирующих золотников 105в и 106в с атмосферой. Золотники 96а и 96б соединены с байпасным вентилем 91 пневмомотора 89. Объем сильфона 94 золотниками 110в и 111г соединен с воздушной магистралью 100, а золотником 110з и вентилем 113 с атмосферой. Объем сильфона 95 золотниками 111в и 110г соединен с воздушной магистралью 100, а золотником 111з и вентилем 113 с атмосферой. Объемы мембран 103 и 104 объединены соответственно с объемами бачков 101 и 102 и соединены золотниками 110е и 111е с воздушной магистралью 100, а золотниками 110д и 111д и вентилем 114 с атмосферой. Вентиль 114 взаимодействует с осью заслонки 68. Золотники 110ж и 111ж посредством золотников 105а и 106а соединены с полостью клапанов 62 и 67 и с воздушной магистралью 100. Блокирующие золотники 105б и 106в соединяют полость клапана 62 с атмосферой. Блокирующие золотники 106б и 105в соединяют полость клапана 67 с атмосферой. Пружины 109 и 112 взаимодействуют с корпусом 32 и соответственно с блокирующими золотниками 105 и 106. Подвижные полки 61 и 66 взаимодействуют соответственно с золотниками 110 и 111 и их пружинами 115 и 116.

На фиг. 16 мембрана 121 закреплена в корпусе и взаимодействует с соплом 125. Объем патрубка 124 соединяется посредством отверстий в детали 123 с отверстиями 122 сопла 125. Подвижное сопло 125 взаимодействует посредством пружины 119 с нажимной гайкой 118. Сверху на мембрану 121 воздействует давление со штуцерами 120, а снизу давление с патрубка 124. Неподвижное сопло 128 крепится к корпусу 24 и соединено каналами в деталях 129 и 148 с внутренним объемом центрифуги 132. Трубка 149 крепится к корпусу 24 и к детали 148 и совместно с отверстием 153 соединяет водяной объем нагревателя 24. Центрифуга 132 имеет отверстия 135, вентилятор 134, турбину 130 и крепится на подшипниках к оси 136. Канал в оси 136 соединяет регулятор 137 с объемом центрифуги 132. Поплавковый регулятор крепится внутри объема 24 с возможностью измерения уровня воды и воздействует на регулятор 137. Индикатор 139 кислотности крепится одной стороной к корпусу 24, а другой взаимодействует с клапанами 150 и 151, соединяющими водяной объем нагревателя и змеевик с золотником 145. Разгруженный клапан 140 взаимодействует с поплавком 141 посредством штока и клапанными седлами в корпусе 24. Теплообменник 25 с тарелками расположен между поплавком 141 и клапаном 140. Объем поплавковой камеры 141 имеет регулирующий вентиль 142. Весы 143 представляет собой подвижную емкость и воздействуют на золотники 144, 145 и клапан 146, взаимодействующий посредством пружины 147 с регулирующей гайкой и корпусом 24. Объем весов 143 сообщается каналом с золотником 144.

На фиг. 17 нейтрализатор содержит отсек 154 нейтрализации воды из весов и отсек 155 нейтрализации основного потока воды после клапана 146. Тарелки 156 крепятся в специальной выгородке корпуса испарителей. Жалюзи 158 установлены поперек течения пара и воды с тарелок 156. Водомерное стекло 159 установлено верхней частью в паровом пространстве, а нижней в водяном объеме испарителя первой ступени. Клапаны 160 и 162 взаимодействуют с клапанными седлами в корпусе. Фильтр 161 установлен между первой и второй ступенями испарителя. Разгруженные клапаны 163. 168, 172 идентичны клапану 140 и установлены соответственно в теплообменниках 26, 27, 28. Теплообменник 164 разбит перегородками по вертикали на неравные объемы. Сборник 166 конденсата крепится к корпусу испарителя и соединен трубой с поплавковым регулятором и со струйной трубкой 180 в отсеке. Объем 181 отделен от струйной трубки 180 перегородкой с отверстием. Распределитель 167 конденсата крепится к стенке испарителя, а снизу к нему крепится сетка 157 поперек объема. Теплообменники 169 и 173 крепятся над отсеками 171 и 174. Клапаны 170, 175, 179 и 182 идентичны и крепятся к стенкам отсеков 171 и 174 конденсации и воды. Теплообменник 29 и сетка 178 под ним установлены в отсеке 29 над сборником конденсата, расположенным над испарителем воды и его тарелками 183. Сборник конденсата соединен трубой с отсеком 30 питательной воды. Нижняя часть объема с тарелками 183 соединена со шламовой цистерной 34.

На фиг. 18 и 19 в объеме 181 отсека крепится снизу коробка 186 с отверстиями 185, 187. Внутри коротки 186 установлена подвижная коробка 188 с отверстиями 189, взаимодействующая с днищем коробки 186 посредством пружины 190 и поршня 191 посредством штока. Поршень 191 взаимодействует также с корпусом коробки 186. Кран 193 взаимодействует с корпусом коробки 186.

Предполагается, что ДВС 7 и газоплотный котел 22 работают каждый на своем топливе, причем топливо при сжигании дает высокое содержание оксидов серы, например для ДВС это высокосернистый мазут М-20, М-40, а для котла каменный уголь. При этом сжигание угля организовано так, что с дымовыми газами на циклонный сепаратор 8 уходит до 5% золы и твердых частиц продуктов сгорания.

Дымовые газы из ДВС 7 или из газоплотного котла 22, или одновременно из того и другого проходят через выпускной коллектор 17, грея сжимаемый в нижней полости ДВС воздуха. Затем они движутся через дилатометрический датчик 9 температуры и попадают в циклонный сепаратор 8, где очищаются от твердых частиц продуктов сгорания. Очищенный дымовой газ до 95% объема движется в тепловой трансформатор, нагревает воду и затем смешивается с ней в камере распыла и испарения воды, причем параметры скорости истечения парогазовой смеси увеличиваются, а температуры снижаются.

С этой энергией парогазовая смесь работает, отдает значительную часть своей энергии на вращение ротора турбины, приводя в работу турбокомпрессор 6, обеспечивающий сжатым воздухом ДВС 7 и котел 22. После турбины 3 отработавшая парогазовая смесь с достаточно высокими скоростными характеристиками попадает в зону 4 конденсации, где в потоке воды пар конденсируется и образовавшаяся при этом эмульсия вращает колесо турбонасоса. Вода, насыщенная оксидами серы и твердыми частицами продуктов сгорания, при этом отделяется и сливается в бак конденсатора 5, дымовые газы, подсушенные во влагоотделителе, уходят в атмосферу.

Центробежный насос турбонасоса обеспечивает циркуляцию этой воды через холодильник 12, распылитель, зону конденсации и колесо турбонасоса.

Питательная вода из отсека 30 насосом 35 подается через теплообменники 28, 27, 26 испарителя и теплообменник 25 дегазатора нагревателя 24 и нагревается. Затем, проходя по змеевику подогревателя 14, она охлаждается до ≈50^оС и идет на дилатометрический датчик 9, откуда попадает на теплообменник 13, нагреваемый водой ДВС 7. Питательная вода попадает также последовательно или параллельно в теплообменник 11, нагреваясь при этом до 130^оС и выше.

Пройдя змеевик теплового трансформатора, нагретая до более высокой температуры вода на большой скорости истекает в камеру 2 распыла и испарения воды, разгоняя дымовые газы, при этом она испаряется. На лопатках турбины довольно тщательно перемешиваются пар и газ, при этом пар насыщается оксидами серы. С тем чтобы питательная вода была нейтральной (рН 7) или щелочной (рН > 7), применяется установка нагрева и очистки воды.

Из циклонного сепаратора 8 твердые отсепарированные частицы удаляются периодической продувкой в шламовую цистерну 34 и постоянно удаляются с дымовыми газами для работы в гидрофорах воды 20, щелочного раствора 21 и нагрева воды в нагревателе 24.

По мере расхода питательной воды в отсеке 30 вода с оксидиями из бака 5 конденсации поступает в бак подогревателя 14, где нагревается от змеевика с питательной водой и затем попадает в гидрофоры 20, где давление воды повышается до давления, близкого в циклоне 8, при этом вследствие пробулькивания горячего газа температуры и кислотность воды еще несколько повышаются. С этими параметрами вода идет в подогреватель.

Дымовые газы проходят бункер 32 с СМ, смешиваются с ним и продуваются сквозь воду в нагревателе 24, нагревая и очищая воду от накипеобразующих и растворимых солей. СМ, насыщенный солями, сыпется на элеватор 33 бункера 32, а дымовые охлажденные газы, отработав на пневмодвигателе бункера 32 и на лопатках турбины нагревателя 24, уходят в атмосферу через конденсатор 15 выпара. Нагретая и насыщенная оксидами серы вода дегазируется в теплообменнике 25.

Раствор щелочи из бака 10, пройдя гидрофоры 21, поступает в змеевик нагревателя 24, нагревается водой, циркулирующей в объеме нагревателя 24, и вместе с этой водой поступает на нейтрализатор 31, где при нейтрализации воды дополнительно выделяются газы. В теплообменнике 26 первого отсека испарителя происходит дегазация и конденсация пара. В связи с тем, что при этом конденсат сильно загрязнен, он поступает на вторичное испарение. Уровень в баке конденсата под теплообменником 26 изменяется в соответствии с изменениями питательной воды в отсеке 30, при этом изменяется и давление перед теплообменником 26. Это изменение давления используется для регулирования интенсивности работы нагревателя 24. Конденсат, полученный в отсеках 27, 28 и 29, собирается в один поток и направляется в отсек 30 питательной воды. Грязная вода фильтруется в отсеках испарителя, и остатки ее сливаются в шламовую цистерну 34. Газы из всех отсеков испарителя поступают на конденсатор 15 выпара и подсушенные удаляются в атмосферу. Отсек 29 охлаждается забортной водой.

Вода на гидрофоры 20, 46 (щелочной раствор на гидрофоры 21) подается с давлением h_вод.ст. от уровня воды в баке конденсатора 5 и в баке 10. Принцип работы водяных 20, 46 и щелочных 21 гидрофоров идентичен. Газ поступает через кран 36, а вода через кран 37. Уходит вода через кран 49. Газ через клапан 44 и 45, пневмомотор 18 или клапаны 40 и 43 уходит в атмосферу.

Левый гидрофор 20 заполнен водой до давления h_вод.ст. Клапан 44 закрыт прижатым поплавком 47, кран 37 открыт. В правом гидрофоре 46 показан момент открывания клапана 45 поплавком 51. Газ с давлением, равным примерно газу в циклонном сепараторе 8, начинает поступать на пневмомотор 18, и скорость вращения его ротора возрастает от нуля до максимальной, при этом вращение червячной шестерни в его редукторе 42 также возрастает. Это вращение передается на кулак, который, вращаясь против часовой стрелки (на фиг. 3 по часовой), начинает закрывать клапан 40 и закручивать буферную пружину 39. В момент, когда пружина 39 преодолеет сопротивление кранов 36, 37, 49, начинают вращаться шестерни 38, 52, 54, 50 и начинается переключение кранов 36, 37, 49 и клапанов 40, 43.

Клапан 40 закрывается, клапан 43 открывается, и газ из гидрофора 46 удаляется через клапан 43. Краны 36 и 37 поворачивают на 90^о до упора против часовой стрелки, а кран 49 по часовой стрелке. Пневмомотор 18 и редуктор 42 тормозятся, закручивая буферную пружину 39, и вся система готова для старта в противоположную сторону.

Вода начинает заливаться в гидрофор 46, поплавок 51 всплывает и закрывает клапан 45, при этом вода промывает отверстия в сетке 48. Газ начинает поступать через сетку 48 в левый гидрофор 20 и вытеснять воду через кран 49.

На фиг. 5 показан бункер 32 СМ (молотый кокс, асбест, смесь различных веществ, на которых активно осаждаются накипеобразующие и растворимые соли). Он состоит из бункера 57 запаса, имеющего подвижную полку 56, сигнальную камеру 55 и клапан 58, из объема 117 шнека 33 и качающейся заслонки 59, из левого расходного отсека с клапаном 60 загрузки, подвижной полкой 61 и клапаном 62 расхода, из правого расходного отсека с клапаном 65 загрузки, подвижной полкой 66 и клапаном 67 расхода, из расходного отсека 64 с трубкой 63 и камерой смешения с заслонкой 68. Бункер 57 запаса заполнен СМ и закрыт крышкой 90 и клапаном 58. Шнек 33, вращаясь, подает СМ на заслонку 59, повернутую в сторону открытого клапана 60, поднятая полка 61 которого дает сигнал о заполнении отсека, клапан 62 закрыт. В правом отсеке клапан 65 загрузки закрыт, опущенная полка 66 дает сигнал расхода, клапан 67 открыт и СМ пополняет расходный отсек 64. Дымовые газы с горячими частицами продуктов сгорания движутся в камеру смещения, где отжимают заслонку 68, смешиваются с СМ и попадают в нагреватель 24 чеpез патрубок 124. Дымовые газы через трубку 63 давят на СМ, способствуя ссыпанию гранул в камеру смешения. Насыщенный солями СМ по трубе 127 из нагревателя 24 ссыпается в бункер 69 элеватора. Двигаясь между стержнями 71, движущимися от взаимодействия с ребрами шнека 33, СМ испытывает трение давления, и при этом не затвердевшие соли оттираются и вместе с СМ ссыпаются на шнек 33.

СМ подается в объем 117 на заслонку 59, а соль через отверстия 72 ссыпается вниз и регулярно продувается. Крупные гранулы СМ с отвердевшей солью движутся в стержневом аппарате 71 до конца и ссыпаются в следующий отсек, откуда также периодически продуваются.

На фиг. 8 показано устройство регулирования заслонкой 68. Вращение червячного вала 73 передается червячной шестерне 74, которая раскручивает или закручивает спиральную пружину 75. Пружина 75, в свою очередь, воздействует на оси 76 заслонки 68, останавливая качающуюся заслонку в определенных положениях.

На фиг. 9-11 показана схема взаимодействия деталей привода заслонки с золотником 92 (фиг. 15). Принцип действия полок 56, 61, 66 идентичен. К оси подвижной полки 56 крепятся рычаг с приводом 77 и шестерня 80. Шестерня 80 находится в зацеплении с шестерней 78, отношение зубьев 80/781/2. К оси шестерни 78 крепится рычаг с грузом 79. При повороте полки 56 на 90^о груз поворачивается на 180^о, что ограничивают упоры 81 на стенках.

На фиг. 9 полка 56, нагруженная СМ, повернулась вниз, что переместило золотник 92 и сжало пружину 93. Груз 79 остановлен упором 81. При освобождении полки 56 от СМ пружина 93 начинает перемещать полку 56 кверху, от взаимодействия шестерен 78 и 80 груз 79 с нарастающей скоростью поворачивается влево (фиг. 10) и останавливается упором 81. При нагружении полки 56 СМ движение происходит в обратную сторону (фиг. 9).

На фиг. 12-14 показан поплавковый регулятор с двумя поплавками (лучше устанавливать четыре поплавка). Перед пуском бункера 32 в работу открывается сжатый воздух на магистраль 100. Загружается полностью СМ бункер 57 запаса и один из бункеров расхода (на фиг. 5 правый), при этом наполняется СМ отсек 64 расхода. Другой бункер расхода (на фиг. 5 левый) загружается так, что сигнальная камера остается пустой и подвижная полка 61 поднята кверху. Подается дымовой газ на заслонку 68.

При достаточном давлении заслонка 68 поворачивается так, что СМ начинает сыпаться вниз и в камере смешения подхватываться дымовыми газами. Насыщенные солями гранулы СМ из нагревателя 24 попадают на стержни 71 и затем шнеком 33 подаются на заслонку 59, клапан 60 загрузки и постепенно наполняют левый бункер расхода, подвижная полка 61 которого опускается. Правый бункер расхода опустошается и его подвижная полка 66 поднимается, при этом происходит переключение клапанов 60, 62, 65 и 67, а также заслонки 59. СМ сыпется в правый бункер, а пополняет отсек расхода из левого бункера. При продолжительной работе нагревателя 24 СМ становится все меньше, так как из-за увеличившегося диаметра гранул СМ (из-за отвердевших солей) они продуваются в конце концов в шламовую цистерну 34. Может наступить момент, когда подвижные полки 61 и 66 остаются обе повернутыми вверх.

Подвижные полки 61 и 66 подают четыре сигнала: Да-да полки опушены, оба бункера заполнены, Да-нет и Нет-да один бункер заполняется, из другого идет расход, Нет-нет оба бункера пустые плюс дополнительные два сигнала Да и Нет дает полка 56.

На фиг. 15 подвижная полка 61 в положении Да опущена, а подвижная полка 66 в положении Нет поднята. Подвижная полка бункера запаса в положении Да.

Сжатый воздух из магистрали 100 поступает через золотники 110 г и 111 в на сильфон 95. Сильфон 94 соединен с атмосферой через золотник 110 з и вентиль 113. Взаимодействие сильфонов 94, 95 поворачивает заслонку 59 по часовой стрелке, при этом золотник 98 поднят и давление воздуха из магистрали 110 через золотник 98а закрывает клапан 60, золотник 99 опущен, клапан 65 открыт, так как давление в его камере сравнялось с атмосферным через золотники 99б и 106в. Золотник 96 сдвинут вправо, и газы двигаются по золотнику 96б и байпасной трубе пневмомотора 89. Через золотники 110б, 92б и затвор крышки 90 сжатый воздух закрывает клапан 58. Давление из магистрали 100 по золотнику 110е поступает на мембрану 103, золотник 105 которой опущен.

Полость мембраны 104 сообщена с атмосферой через золотник 111д и регулирующий вентиль 114 золотник 106 поднят. При этом давление магистрали 100 через золотники 111ж и 105а закрывает клапан 67, а клапан 62 открыт, так как его полость сообщена с атмосферой через золотники 105б и 106в.

Левая сигнальная камера пустая, и полка 61 находится в положении Нет. Правая сигнальная камера заполнена, и полка 66 находится в положении Да. Сильфон 94 соединяется через золотники 110в и 111г с магистралью 100, а сильфон 95 через золотник 111з и вентиль 113 с атмосферой и поворачивают заслонку 59 против часовой стрелки, при этом золотник 98 опускается и открывает золотник 98 б клапана 60, но клапан пока остается закрытым, так как следующий золотник 105в закрыт. Золотник 99а сообщает полость клапана 65 с магистралью 100 и он закрывается. Золотник 96 передвигается влево и газы идут по золотнику 96а. Давление из магистрали 100 подается через золотник 111б на закрытый клапан 58. Полость мембраны 104 через золотник 111к соединяется с магистралью 100 и золотник 106 плавно опускается, при этом золотники 106а и 106в закрываются, а золотник 106б открывается, но клапан 67 остается закрытым в ожидании открывания золотника 105в. Полость мембраны 103 сообщается с атмосферой через золотник 110д и регулирующий вентиль 114. В зависимости от величины объема мембраны 103 и степени открывания вентиля 114 давление в полости мембраны 103 медленно падает и через некоторое время золотник 105 поднимается: клапан 62 закрывается, сообщенный с магистралью 100 золотниками 105а и 110ж. Клапаны 60 и 67 открываются, так как их полости сообщаться с атмосферой золотником 105в.

Обе подвижные полки 61 и 66 под весом СМ опущены, идет сигнал Да-да. Клапан 58 закрыт, так как дополнительно к открытому золотнику 110б открывается на магистраль 100 золотник 111б. Так же, как и сильфон 94, сильфон 95 сообщается с атмосферой посредством золотника 111з и регулирующего вентиля 113. Усилие пружин 107 и 108 сравнивается, заслонка 59 занимает горизонтальное положение. Клапаны 60 и 65 остаются в положении, предшествующем сигналу Да-да, так как золотники 98 и 99 занимают среднее положение и их отверстия а и б перекрыты. Золотник 96 также занимает среднее положение, окна 96а и 96б перекрыты и пневмомотор 89 вращается медленнее в зависимости от величины открывания вентиля 91. Давление из магистрали 100 через золотники 110е и 111е давит на мембраны 103 и 104, вследствие чего золотники 105 и 106 опускаются, но клапаны 62 и 67 остаются в положении, предшествующем сигналу Да-да, так как блокирующие золотники 105 и 106 перекрывают как подачу давления, так и сброс его в полостях клапанов 62 и 67.

Вследствие недостачи СМ обе подвижные полки повернуты вверх в положение Нет-нет. Мембранные полости 103 и 104 сообщаются с атмосферой посредством золотников 110д, 111д и вентиля 114, регулирующего время сброса давления из мембранных полостей 103 и 104. Поэтому давление в мембранных полостях 103 и 104 выравнивается и медленно падает. Поднятый золотник 106 (105) опускается, а затем оба золотника 105 и 106 медленно поднимаются, клапаны 62 и 67 остаются в положении, в котором находились до сигнала Нет-нет. По мере открывания золотников 105а и 105в открытый клапан 62 (67) закрывается, так как его полость сообщается с магистралью 100.

Сильфоны 94 и 95 остаются в положении, которое они занимали до сигнала Нет-нет, так как они отсекаются золотниками 110в, (г, з) и 111(в) г, как от давления в магистрали 100, так и от атмосферы. Поэтому заслонка 59 и золотники 98 и 99 остаются в прежнем положении. Полость клапана 58 сообщается золотниками 110а и 111а с атмосферой и открывается. Расход СМ из бункера 57 запаса продолжается до тех пор, пока подвижная полка 66 (или 61) не опустится и не поступит сигнал Да-нет. При опорожнении бункера 57 запаса подвижная полка 56 своим золотником 92а включает звуковой сигнал.

Дымовые газы с СМ из бункера 32 попадают в патрубки 124 и давят на мембрану 121. Это давление поднимает сопловую трубу 125 и дымовые газы устремляются через неподвижное сопло 128 в каналы деталей 129 и 148. При этом подсасывается вода из водяной полости нагревателя 24. При движении по каналам деталей 129 и 148 вода частично испаряется и накипеобразующие и растворимые соли оседают на поверхности гранул СМ. На выходе из канала детали 148 газ гейзированием подхватывает воду, поступающую из водяного объема по трубе 149, и выбрасывает ее на образующую центрифуги 132, при этом на гранулах СМ дополнительно оседают соли. Вращение центрифуги создает центробежные силы, и вода с гранулами СМ прижимается к образующей центрифуги. Постоянное пополнение воды с гранулами заставляет осевшие впереди воду и гранулы перемешаться вверх по образующей центрифуги 132. Вся масса воды и гранулы попадают в район отверстий 135, при этом вода просачивается между гранулами, выбрасывается в водяной объем, а гранулы движутся по образующей центрифуги вверх. В районе нижних отверстий парогазовая смесь попадает под водяные струи из оси 136, что заставляет пар частично конденсироваться, а поступающую из оси 136 воду нагреваться. Эта вода попадает на образующую центрифуги 132, смешивается с движущимися вверх гранулами, еще больше нагревается и через отверстия 135 выбрасывается в водяной объем.

Поднявшиеся по образующей центрифуги 132 гранулы с верхней кромки разбрасываются по отбойному кольцу 133 и падают, попадая через трубу 127 в бункер 69 элеватора 33. Охлажденные влажные газы, пройдя по лопаткам турбины 130, вращают образующую центрифуги с большой скоростью. Часть дымовых газов по трубе 126 подается на пневмомотор 89 элеватора 33. Уровень воды в полости нагревателя 24 регулирует регулятор 137 уровня, воздействующий на кран приводом 84. Нагретая в центрифуге 132 вода циркулирует в отверстие 153 вокруг корпуса центрифуги, нагревает щелочной раствор в змеевике 152, по трубе 149 засасывается и выбрасывается на образующую центрифуги 132.

Индикатор 139 кислотности представляет собой сильфон, заполненный дистиллированной водой с рН 7. Вода в объеме нагревателя 24 имеет кислотность 0,5% и выше. Повышение концентрации Н₂SO₄ увеличивает температуру насыщения (или, что то же самое, уменьшает давление насыщения). Работа кислотного индикатора 139 основана на том, что вода с рН 7 закипает и начинает испаряться раньше, чем кислая вода с рН < 7. Вода в объеме сильфона 139 находится под сжимающим воздействием корпуса сильфона, повышающим температуру насыщения воды при сопряженном давлении в корпусе 24. Винтами в крышке крепления изменяют натяжение пружины сильфона 139 растягивают сильфон и тем самым изменяют температуру насыщения воды (с рН 7) в заданных пределах (например, от 95 до 105^оС при атмосферном давлении). По достижении температурой в корпусе 24 температуры насыщения воды в сильфоне 139 вследствие начавшегося парообразования повышается давление и корпус сильфона 139 удлиняется. При этом увеличивается натяжение корпуса сильфона и уменьшается натяжение пружины, что приводит к новому равновесному положению, когда дальнейшее парообразование в объеме сильфона 139 прекращается, т.к. величина удлинения корпуса сильфона находится в зависимости перепада температур насыщения воды в корпусе сильфона 139, кислой воды в корпусе 24 и пружинного воздействия корпуса сильфона 139 с его пружиной. От степени удлинения корпуса сильфона 139 находятся в зависимости как начало открывания, так и проходное сечение в левом 150 и правом 151 клапанах. Точное регулирование работы левого 150 и правого 151 клапанов должно обеспечиваться собственными сильфонами.

Из гидрофоров 21 раствор щелочи подается по трубе 138 на клапаны 150 и 151. Клапан 151 открывается раньше, а клапан 150 позже. Затем по змеевику 152 раствор щелочи поступает на золотник 145 и дальше на нейтрализацию.

Дегазация клапаном 140 идет следующим образом. В зависимости от зазора в клапанах 140 и их седлах парогазовая смесь поступает в теплообменник 25, пар конденсируется и по тарелкам стекает на поплавок 141, а газ уходит на эжектор 176. Внизу поплавковая камера 141 имеет вентиль 142, регулирующий уровень воды в поплавковой камере 141 и тем самым изменяющий высоту подъема поплавка 141, т.е. зазор между клапанами и их седлами. Прикрывая вентиль 142, клапаны поднимаются, зазор между седлами уменьшается и, как следствие, уменьшается поток парогазовой смеси через теплообменник 25, и сухость газа идущего на эжектор 176, повышается. При максимальном открывании вентиля 142 расход из камеры 141 увеличивается, поплавок 141 и, следовательно, клапан 140 опускаются, давление в корпусе 24 падает и идет интенсивное испарение воды. Конденсация на теплообменнике 25 идет не полная, со срывом капель воды с труб теплообменника 25 и уносом их на эжектор 176.

Стекающая из вентиля 142 вода накапливается в объеме весов 143. Весу воды в весах 143 противодействует пружина 147. При достаточном весе воды весы 143 начинают опускаться, воздействуя на золотники 144, 145 и клапан 146. При этом проходные сечения в золотниках 144, 145 и клапане 146 увеличиваются и нагретая вода через золотник 144, клапан 146 и раствор щелочи через золотник 145 поступают в нейтрализаторы 154, 155. Но при этом давление и температура в объеме нагревателя 24 уменьшается и эффект работы испарителей 26, 27, 28, 29 также снижается. Поэтому, регулируя вентилем 142 интенсивность и влажность дегазации в клапанах 140, тем самым изменяют количество питательной воды, получаемой после испарителя. На величину опускания весов 143, т.е. на расход воды из золотника 144, влияет также форма окон в золотнике 144. Приемлемая форма это треугольное сечение окна, расширяющееся снизу вверх.

В нейтрализаторах 154 и 155 кислая вода и щелочной раствор перемешиваются, чему способствуют тарелки 156, и через жалюзи 158 выходят в объем испарителя 26. Вода падает, а парогазовая смесь с каплями воды поднимается. Нейтрализация, протекающая с выделением газов и тепла, продолжается по всему объему испарителей. Парогазовая смесь проходит сквозь сетку 157, встречается с каплями конденсата, в которых остаются твердые частицы, и омывая сборник 166 конденсата, идет в разделенный вертикальными перегородками теплообменник 164.

После этого парогазовая смесь попадает в головку дегазации, клапан 163 которой устроен так же, как и клапан 140. Пар конденсируется в теплообменнике 26 и по тарелкам стекает в поплавковую камеру, а газ уходит на эжектор 176. Уровень воды регулируется вентилем 165, через который конденсат стекает на распределитель 167 конденсата, и далее каплями стекает по сетке 157, насыщаясь твердыми частицами. При этом заполнение трубопровода дегазации и эжектора 176 уменьшается.

Из сборника 166 конденсата вода по трубе поступает на регулятор 184 питательной водой и дальше в струйную трубку 180. Такая схема необходима потому, что, во-первых, конденсат в сборнике 166 конденсата грязный и недостаточно дегазированный, во-вторых, это необходимо для регулирования интенсивности работы нагревателя 24. При нормальном уровне в отсеке 30 питательной воды регулятор 184 задает небольшое проходное сечение в своем клапане или совсем прикрывает его, вследствие чего уровень конденсата в сборнике 166 повышается. Конденсат перекрывает большую часть теплообменника 164 и давление перед теплообменником повышается. Это давление (импульс) по трубе 120 передается на мембрану 121 (фиг. 16), проходное сечение в окнах 122 уменьшается, поток дымовых газов с СМ становится меньше и интенсивность работы нагревателя 24 снижается.

Уровень воды в отсеке 30 понижается. Регулятор 184 открывает свой клапан больше. Уровень воды в сборнике конденсата уменьшается, открывая вертикальные перегородки теплообменника 164, увеличивая поток пара с газом.

Давление до теплообменника падает и по трубе 120 передается на мембрану 121. Сопло 125 начинает подниматься, увеличивая проходное сечение в окнах 122, и интенсивность работы нагревателя 24 увеличивается.

Вода из отсека 26 через открытый клапан 160 проходит фильтр 161 грубой очистки и сливается на поплавок. Выделившийся пар и газ поднимаются в теплообменник 169, конденсат стекает в объем 171 конденсата, а газ, подсушенный в теплообменнике 27, идет на эжектор 177. Клапаны 170 и 179 по уровню конденсата и воды пропускают их в следующий отсек 28 испарителя.

При засорении фильтра 161 уровень воды поднимается. Для продувки фильтра закрывают клапан 160 и открывают клапан 162. Фильтр 161 продувается сначала водой, находящейся в фильтре, затем парогазовой смесью из объема 27. Затем клапан 162 закрывается, а клапан 160 открывается и фильтр 161 снова работает.

В отсеке 28 происходят последующие испарение и дегазация воды и дегазация конденсата. Давление газа в клапанах 172 небольшое, поэтому газ отводится на конденсатор 15 выпара. Клапаны 175 и 182, устроенные идентично клапанам 170 и 179, пропускают конденсат и воду в последнюю ступень испарителя. Пар и газ, выделившиеся на тарелках 183, поднимаются в теплообменник 29, охлаждаемый заборной водой. Конденсат каплями стекает на сетку 178, а газ отсасывается эжектором 176. Выделившийся пар из конденсата предыдущих ступеней смешивается с каплями конденсата на сетке 178, конденсируется и опадает, смешиваясь с основным потоком конденсата, отводимым в отсек 30 питательной воды, а газ, проходя сетку 178, отсасывается эжектором 176. Остатки воды с тарелок 183 сливаются в шламовую цистерну 34.

В связи с невысоким давлением после дегазации в клапанах 168 эжектор 177 создает небольшое разрежение в отсеке 30 питательной воды, обеспечивающее дегазацию питательной воды.

Из струйной трубки 180 истекает конденсат из сборника 166 конденсата через регулирующий клапан, что заставляет воду циркулировать по объемам 181. Скорость нисходящего потока в объеме 181 находится в обратной зависимости от площади сечения этого объема. При достаточно низкой скорости воды с током воды медленно оседают взвешенные частицы на дно объема 181.

На фиг. 18 и 19 показан фильтр, способствующий лучшему оседанию мельчайших частиц. В объеме 181 установлена коробка 186 с верхними отверстиями 185 и нижними 187 отверстиями. Между отверстиями 185, 187 установлена подвижная коробка 188 без дна с отверстиями 189. Посредством штока коробка 188 взаимодействует с поршнем 191, а посредством пружины 190 с нижними отверстиями 187 коробки 186. Объем между коробками 186 и 188 заполнен волокнистым материалом 192. Усилия пружины 190 достаточно для удержания подвижной коробки 188 в верхнем положении.

Под поршнем 191 имеется объем большей площади сечения, перекрываемый краном 193. При взведенном положении (фиг. 18) вода за счет струи конденсата из трубки 180 медленно движется по объему 181. Часть воды сливается через кромку переборки, а большая часть медленно движется вниз по объему 181, проходит сквозь отверстия 187 и затем медленно поднимается между волокнами материала 192. При этом взвешенные частицы опадают в районе поршня 191 и частично оседают на волокнах 192.

При засорении фильтра открывается кран 193, вода давит на поршень 191. Это давление через шток передается на подвижную перегородку 188, и она начинает опускаться вместе с поршнем до упора. Отверстия 187 перекрываются стенками коробки 188. Вода, поступающая через отверстия 185 и 189, промывает несколько сжатые волокна 192 и, подхватив частицы с поршня 191, уходит через кран 193. Кран 193 закрывается и коробка 188 поднимается под действием пружины 190, занимая исходное положение. Объем 181 наполняется водой и фильтр снова работает.

Данная установка нагрева и очистки воды может работать с ДВС и газоплотным котлом, имеющими высокое давление дымовых газов (от 0,3 МПа и выше) перед турбиной, работающей на парогазовой смеси и срабатывающей это давление и температуру 400-600^оС практически близкими к атмосферным параметрам. Дымовые газы с твердыми частицами продуктов сгорания после циклонного сепаратора в объеме 0 5% обеспечивают установку энергией для очистки воды в баке конденсатора от кислотных соединений и твердых частиц до значений питательной воды. В камере распыла и испарения эта питательная вода разгоняет дымовые газы, испаряется и смешивается, а температура падает. На лопатках турбины эта смесь отдает значительную часть своей энергии и максимально используют моющие свойства пара. Конденсация пара происходит в потоке охлажденной с большим содержанием кислотных соединений и твердых частиц продуктов сгорания воды. Унос в атмосферу кислотных соединений находится в зависимости от влажности дымовых газов после конденсатора и конденсатора выпара. Назначение установки нагрева и очистки воды это создать максимальные условия для автономной работы турбины, т.е. с малыми запасами пресной воды.

Расход дымовых газов на работу гидрофоров равен примерно 3-5 объемам газа при атмосферном давлении на объем воды, поданной в нагревателе. Расход сжатого воздуха на привод золотников, сильфонов и клапанов бункера СМ небольшой и зависит от числа переключений и от неплотностей в соединениях. При этом может использоваться сжатый воздух после турбокомпрессора. Концентрация щелочного раствора должна быть постоянной в заданных значениях. Клапаны головок дегазации, регулирующие конденсат и воду, одинаковые и отличаются только длиной штоков и наличием бачков для поплавка.

Формула изобретения

УСТАНОВКА НАГРЕВА И ОЧИСТКИ ВОДЫ, содержащая тепловой трансформатор, связанный с турбиной, соединенной с последовательно установленными конденсатором и подогревателем, нагреватель, соединенный с многоступенчатым испарителем, связанным с насосом питательной воды, отличающаяся тем, что содержит бункер сыпучего материала с элеватором, центрифугу, индикатор кислотности, весы, гидрофоры с разгрузочными клапанами и нейтрализатор, причем выход подогревателя через последовательно соединенные гидрофоры с разгрузочными клапанами и центрифугу связан с нагревателем, в котором установлены индикатор кислотности и весы и соединенным с бункером сыпучего материала с элеватором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19