一种立式高温冷凝水除氧装置
阅读说明：本技术 一种立式高温冷凝水除氧装置 (Vertical high-temperature condensate water deaerating plant ) 是由 张志高 沈茂松 单杰 张露 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种立式高温冷凝水除氧装置,包括罐体、冷凝水布洒器、蒸汽喷洒装置以及排气处理装置；罐体呈立式放置,冷凝水布洒器设置在罐体的上封头中心位置；上封头上的排气管与排气处理装置相连接；蒸汽喷洒装置设置在罐体内,包括蒸汽管道,连通蒸汽管道的潜底汽盘和旋转汽臂；潜底汽盘位于底部,旋转汽臂位于理想液面上方。冷凝水布洒器可根据工况需求调节喇叭口与调节锥上锥体的相对距离来调节出水水膜的厚度；蒸汽喷洒装置的潜底汽盘于水底喷洒蒸汽,旋转汽臂通汽后可自行旋转,可将蒸汽均匀布洒,旋转的汽臂同时起着扰动水面的作用,减少水面的表面张力；排气处理装置采用双回路设计,设备排气管路与空心折流板冷却回路互不干扰。(The invention discloses a vertical high-temperature condensed water deaerating plant, which comprises a tank body, a condensed water distributor, a steam spraying device and an exhaust treatment device, wherein the tank body is provided with a water inlet and a water outlet; the tank body is vertically arranged, and the condensed water distributor is arranged at the central position of an upper end enclosure of the tank body; the exhaust pipe on the upper end enclosure is connected with an exhaust treatment device; the steam spraying device is arranged in the tank body and comprises a steam pipeline, a submerged steam tray communicated with the steam pipeline and a rotary steam arm; the submerged steam tray is positioned at the bottom, and the rotary steam arm is positioned above the ideal liquid level. The condensed water distributor can adjust the relative distance between the bell mouth and the cone on the adjusting cone according to the working condition requirement to adjust the thickness of the water outlet film; the submerged steam tray of the steam spraying device sprays steam at the water bottom, the rotating steam arm can rotate automatically after steam is introduced, the steam can be uniformly distributed, and the rotating steam arm plays a role in disturbing the water surface at the same time, so that the surface tension of the water surface is reduced; the exhaust treatment device adopts a double-loop design, and an equipment exhaust pipeline and the hollow baffle cooling loop are not interfered with each other.)
技术领域
本发明涉及一种除氧装置，特别是涉及一种立式高温冷凝水除氧装置。
背景技术
蒸汽作为一种清洁、安全的热量载体被应用于工业生产的诸多领域，其在用汽设备中释放潜热后还原为高温冷凝水，高温冷凝水如若能回收再次利用，不仅可以节能降耗，还能有效节约水资源，在经济效益以及环保方面均具有重大意义。但高温冷凝水在前置的工艺设备中溶有的气体尤其是氧气，不但会腐蚀各类金属设备，还增大了传热热阻，所以为防止设备腐蚀和传热恶化，有必要对冷凝水进行除氧。
目前使用的除氧设备多为热力除氧设备，这些热力除氧设备基本都存在下列明显的缺陷：1、将冷凝水喷进设备蒸汽空间的喷嘴的喷口虽有各种造型及角度，但流通量均是固定的，这就意味着喷出的水膜厚度不可调节，从而影响到冷凝水加热至饱和温度的能力；2、装置中初步除氧阶段和深度除氧阶段均具有单独的蒸汽管路，另外，为便于水下的氧气向水面扩散，一般会于水面之上设置吹扫管，吹扫管吹出的蒸汽会有效减少水面的表面张力，这样一来，蒸汽管路过于繁多复杂，不利于生产过程的有效控制，还增加了装置制造的难度和成本；3、装置中排气处理设备多为物理撞击型的处理设备，如螺旋管型与折流板型，其原理均为混合排气与螺旋管壁或折流挡板发生碰撞，从而产生液汽分离，这种方法简单实用，但排气的处理效果往往不尽如人意；综上所述，为了实现水资源的最大化再利用，更从环境保护的角度看，克服上述问题显得迫在眉睫。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种立式高温冷凝水除氧装置，相对现有技术，简化装置结构，提高冷凝水除氧效果。
技术方案：一种立式高温冷凝水除氧装置，包括罐体、冷凝水布洒器、蒸汽喷洒装置以及排气处理装置；罐体呈立式放置，冷凝水布洒器设置在罐体的上封头中心位置；上封头上还设置有排气管，排气管与排气处理装置相连接；蒸汽喷洒装置设置在罐体内，包括蒸汽管道，连通蒸汽管道的潜底汽盘和旋转汽臂；潜底汽盘位于底部，旋转汽臂位于理想液面上方。
进一步的，蒸汽喷洒装置中，蒸汽管道包括承重蒸汽管道和支杆蒸汽管道；承重蒸汽管道水平设置于罐体底部，支杆蒸汽管道竖直设置，并通过底端与承重蒸汽管道连通；潜底汽盘套接在支杆蒸汽管道的下部位置，支杆蒸汽管道通过侧壁设置的第一气孔与潜底汽盘的腔体连通；旋转汽臂包括圆环状的支撑套，水平对称连接在支撑套两侧的两根汽臂，旋转汽臂通过支撑套套接在支杆蒸汽管道的顶部，支杆蒸汽管道通过侧壁设置的第二气孔与汽臂的腔体连通；两根汽臂上均设有一排第一气嘴，两根汽臂上的气嘴喷气方向水平角度相差180°。
进一步的，支杆蒸汽管道上部设有一圈用于承托旋转汽臂支撑套的支撑台阶，支杆蒸汽管道的顶部还设有支撑套纵向限位的顶盖，在支杆蒸汽管道的侧壁上沿圆周间隔设置若干第二气孔，支撑套沿圆周间隔设置若干第三气孔，第三气孔与第二气孔位于同一水平面，汽臂的腔体通过第三气孔和第二气孔连通支杆蒸汽管道。
进一步的，潜底汽盘呈圆盘状，内部为中空腔体，潜底汽盘的顶面、圆周侧面以及底面均具有阵列排布的第二气嘴；潜底汽盘的顶面为圆弧面，圆弧面上的第二气嘴与圆弧面呈法向垂直状态设置；支杆蒸汽管道的侧壁上沿圆周间隔设置若干第一气孔，潜底汽盘通过中央的安装孔连接支杆蒸汽管道。
进一步的，冷凝水布洒器包括喷腔体、调节锥以及螺套；喷腔体为圆柱形，喷腔体的上部侧面设有冷凝水进水管，喷腔体的底部为喇叭口；调节锥由直杆部以及连接直杆部底端的圆锥体构成，直杆部设有外螺纹，圆锥体的圆锥角与喇叭口的开口角度一致；螺套中心轴向设有螺纹通孔，螺套的外径小于喷腔体的内径，螺套插入喷腔体顶部，并与喷腔体同轴密封固定；调节锥的直杆部从喷腔体底部插入并与螺套的螺纹通孔连接，直杆部的顶端伸出螺套外，圆锥体与喇叭口之间形成出水水膜间隙。
进一步的，螺套为T型，通过螺栓与喷腔体的顶端固定连接；螺套的螺纹通孔与调节锥直杆部的外螺纹均为细牙螺纹，且两者螺距与牙型一致。
进一步的，排气处理装置包括上壳体和下壳体；上壳体与下壳体连通，下壳体底部出口连接有冷凝水出水管；上壳体顶部由冷却液出水箱封头，上壳体底部设有冷却液进水箱，冷却液进水箱的上表面与水平面呈一定坡度设置，冷却液进水箱上表面较低的一端与上壳体侧壁留有间隙；上壳体相对的侧面上分别设置排气进口管和排气出口管，上壳体内设有若干空心折流板，空心折流板通过顶部和底部的通槽分别与冷却液出水箱、冷却液进水箱连通。
进一步的，在冷却液出水箱的下表面和冷却液进水箱的上表面预开有通水槽，空心折流板与通水槽连接处密封焊接，冷却液进水箱的侧面连接有冷却液进口管，冷却液出水箱的侧面连接有冷却液出口管。
进一步的，罐体的直筒段上还设置有人孔、溢流孔、液位传感器以及温度传感器；其中，溢流孔位于理想液面的上方。
有益效果：1.本发明的冷凝水布洒器通过螺杆螺套旋动的原理，根据工况需求调节喇叭口与调节锥上锥体的相对距离，用来调节出水水膜的厚度，有效解决了冷凝水水膜厚度不可调节的问题，极大提高了冷凝水加热至饱和温度的能力，有效提高冷凝水中氧气的逸出率。
2.本发明的蒸汽喷洒装置中，潜底汽盘可于水底喷洒蒸汽，由于潜底汽盘的上面、圆周侧面以及底面均具有阵列排布的喷气气孔，所以蒸汽与冷凝水接触充分，便于冷凝水加热至饱和温度，利于水中氧气的逸出；旋转汽臂通汽后可自行旋转，可将蒸汽均匀布洒，便于上方喷洒的水膜加热，亦利于水膜中氧气的逸出，旋转的汽臂同时起着扰动水面的作用，有效减少水面的表面张力，便于水下的氧气向水面扩散。有效解决了除氧装置中蒸汽管道过于繁多复杂，不利于生产过程有效控制的问题，同时有效降低装置制造的难度和成本。
3.本发明的排气处理装置中，排气处理装置采用双回路设计，设备排气管路与空心折流板冷却回路互不干扰。由于使折流板具有冷却回路，使得其不仅具有物理撞击液汽分离的功能，同时使其具有冷凝分离的功能，相较于传统的液汽处理装置效果明显好很多，能有效解决目前排气处理装置处理效果不佳的问题。
附图说明
图1为本发明一种立式高温冷凝水除氧装置工况剖视图；
图2为图1中冷凝水布洒器的放大图；
图3为冷凝水布洒器的螺套剖视图；
图4为冷凝水布洒器的螺套俯视图；
图5为冷凝水布洒器的调节锥主视图；
图6为图1中蒸汽喷洒装置的放大图；
图7为图6中A处放大图；
图8为蒸汽喷洒装置主视图；
图9为蒸汽喷洒装置蒸汽管道主视图；
图10为蒸汽喷洒装置的潜底汽盘俯视图；
图11为蒸汽喷洒装置的旋转汽臂俯视图；
图12为图1中排气处理装置主视图；
图13为图12沿A-A的剖视图；
图14为图13沿B-B的剖视图；
图15为排气处理装置的冷却液进水箱俯视图；
图16为排气处理装置的空心折流板示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种立式高温冷凝水除氧装置，包括罐体1、冷凝水布洒器3、蒸汽喷洒装置9以及排气处理装置12。罐体1呈立式放置，由直筒段、上封头和下封头组成。罐体1的上封头为椭圆封头，冷凝水布洒器3设置在罐体1的上封头中心位置。蒸汽喷洒装置9设置在罐体1的直筒段内。上封头上还设置有泄压阀2和排气管11，排气管11与排气处理装置12相连接。
罐体1的直筒段上还设置有人孔4、溢流孔5、液位传感器6和温度传感器7，其中：人孔4位于直筒段上部外壁上，便于观察冷凝水布洒器3和蒸汽喷洒装置9的工作状况；溢流孔5位于理想液面8的上方，当液面高于最高理想液面时可从溢流孔5溢流；液位传感器6与控制装置共同控制液面8的高度；温度传感器7随时监控液体的温度，可实时调整蒸汽的进气状况。罐体1的下封头亦为椭圆封头，其中心设置有出水管10。
如图6至图11所示，蒸汽喷洒装置9包括蒸汽管道，连通蒸汽管道的潜底汽盘9-4和旋转汽臂。蒸汽管道包括承重蒸汽管道9-2和支杆蒸汽管道9-3。承重蒸汽管道9-2水平设置于罐体1底部，罐体1的下部具有2个对置的圆孔，承重蒸汽管道9-2的两端正好安放其中且焊接固定与密封。支杆蒸汽管道9-3竖直设置，并通过底端与承重蒸汽管道9-2连通，两者通过焊接固定，焊接处密封。
潜底汽盘9-4套接在支杆蒸汽管道9-3的下部位置，支杆蒸汽管道9-3通过侧壁设置的第一气孔9-5与潜底汽盘9-4的腔体连通。具体的，潜底汽盘9-4呈圆盘状，内部为中空腔体，潜底汽盘9-4的顶面、圆周侧面以及底面均具有阵列排布的第二气嘴9-8。潜底汽盘9-4的顶面为圆弧面，圆弧面上的第二气嘴9-8与圆弧面呈法向垂直状态设置。支杆蒸汽管道9-3的侧壁上沿圆周间隔设置若干第一气孔9-5，潜底汽盘9-4通过中央的安装孔9-17连接支杆蒸汽管道9-3，两者焊接密封固定。
旋转汽臂包括圆环状的支撑套9-12，水平对称连接在支撑套9-12两侧的两根汽臂9-6。旋转汽臂通过支撑套9-12套接在支杆蒸汽管道9-3的顶部，支杆蒸汽管道9-3通过侧壁设置的第二气孔9-11与汽臂9-6的腔体连通。两根汽臂9-6上均设有一排第一气嘴9-7，两根汽臂9-6上的气嘴喷气方向水平角度相差180°。具体的，支杆蒸汽管道9-3上部设有一圈用于承托旋转汽臂支撑套9-12的支撑台阶9-10，支杆蒸汽管道9-3的顶部还设有支撑套9-12纵向限位的顶盖9-15，顶盖9-15通过螺栓9-16与支杆蒸汽管道9-3顶部固定连接。在支杆蒸汽管道9-3的侧壁上沿圆周间隔设置若干第二气孔9-11，支撑套9-12沿圆周间隔设置若干第三气孔9-13，第三气孔9-13与第二气孔9-11位于同一水平面，汽臂9-6的腔体通过第三气孔9-13和第二气孔9-11连通支杆蒸汽管道9-3。旋转汽臂支撑套9-12与顶盖9-15和支撑台阶9-10之间均设有密封垫圈9-14。
如图2至图5所示，冷凝水布洒器3包括喷腔体3-2、调节锥以及螺套3-6。喷腔体3-2为圆柱形，喷腔体3-2的上部侧面设有冷凝水进水管3-3，喷腔体3-2的底部为喇叭口3-5。调节锥由直杆部3-7以及连接直杆部底端的圆锥体3-8构成，直杆部3-7设有外螺纹，直杆部3-7的顶端为六角头3-9。圆锥体3-8的圆锥角与喇叭口3-5的开口角度一致，均为120°。螺套3-6为T型，顶部边缘设有若干通孔3-11，螺套3-6中心轴向设有螺纹通孔3-10，螺套3-6的外径小于喷腔体3-2的内径。螺套3-6插入喷腔体3-2顶部，并与喷腔体3-2同轴设置，通过螺栓与喷腔体3-2的顶部端面密封连接。调节锥的直杆部3-7从喷腔体3-2底部插入并与螺套3-6的螺纹通孔3-10连接，直杆部3-7的顶端伸出螺套3-6外，圆锥体3-8与喇叭口3-5之间形成出水水膜间隙。
本冷凝水布洒器焊接安装于罐体1上方的封头中心位置，冷凝水进水管3-3与喷腔体3-2内的腔室3-4相连通，利用手动或电动扳手旋动调节锥直杆部3-7的六角头3-9，可调节喷腔体3-2下方喇叭口3-5与调节锥3-7下方的圆锥体3-8的相对距离，用来调节出水水膜的厚度。螺套的螺纹通孔3-10与调节锥直杆部3-7的外螺纹均为细牙螺纹，且两者螺距与牙型一致，两者旋合时具有密封的效果。
如图12至图16所示，排气处理装置12由一回路和二回路组成，包括上壳体12-1和下壳体12-2。上壳体12-1为四方形，下壳体12-2呈漏斗状，下壳体12-2焊接于上壳体12-1的下方，上壳体12-1与下壳体12-2连通，下壳体12-2底部出口连接有冷凝水出水管12-7。
上壳体12-1顶部由冷却液出水箱12-10封头，上壳体12-1底部设有冷却液进水箱12-9，冷却液进水箱12-9的上表面与水平面呈3°的坡度设置，冷却液进水箱12-9上表面较低的一端与上壳体12-1侧壁留有间隙。上壳体12-1相对的侧面上分别设置排气进口管12-3和排气出口管12-4。在冷却液出水箱12-10的下表面和冷却液进水箱12-9的上表面预开有通水槽12-11，在上壳体12-1的排气进口管12-3和排气出口管12-4之间依次间隔排列设置若干空心折流板12-8，空心折流板12-8通过顶部和底部的通槽12-12分别与冷却液出水箱12-10、冷却液进水箱12-9连通，连接处采用焊接密封固定。冷却液进水箱12-9的侧面连接有冷却液进口管12-5，冷却液出水箱12-10的侧面连接有冷却液出口管12-6。
其中，一回路由上壳体12-1、下壳体12-2、排气进口管12-3、排气出口管12-4、空心折流板12-8、冷凝水出水管12-7组成；二回路由冷却液进口管12-5、冷却液出口管12-6、冷却液进水箱12-9、空心折流板12-8、冷却液出水箱12-10组成。
上述立式高温冷凝水除氧装置装配方法如下：
1.安装蒸汽喷洒装置：
先在罐体1的下方开两个对置的圆孔，圆孔的孔径稍大于承重蒸汽管道9-2的外管径，于承重蒸汽管道9-2的中心位置开1个与支杆蒸汽管道9-3相连通的圆孔；将承重蒸汽管道9-2安装进罐体1下方开好的两个对置圆孔中，且用焊接的手法将之固定并密封；利用潜底汽盘9-4中心的安装孔9-17，将支杆蒸汽管道9-3插入其中，直至潜底汽盘9-4的中空腔室正好包裹住支杆蒸汽管道9-3下方圆周阵列排布的4个第一气孔9-5，用焊接的手法将之固定并密封；将焊接安装有潜底汽盘9-4的支杆蒸汽管道9-3的底部安装至承重蒸汽管道9-2的中心位置开好的圆孔上，用焊接的方法将之固定并密封。于支杆蒸汽管道9-3上方的支撑台阶9-10安装1个密封垫圈9-14，再将旋转汽臂中心的支撑套9-12安装至支撑台阶9-10上的密封垫圈9-14上，再于支撑套9-12上方安装1个密封垫圈9-14，于密封垫圈9-14的上方安装顶盖9-15，顶盖9-15通过周侧4个阵列排布的螺栓9-16与支杆蒸汽管道9-3的顶部管壁固定，用于对旋转汽臂纵向限位。
2.安装冷凝水布洒器：
先将喷腔体3-2焊接至罐体1上封头中心位置，再将冷凝水进水管3-3插进喷腔体3-2上部侧面的圆孔中，用焊接的方法固定密封，利用螺套3-6上端面8个阵列排布的通孔3-11以及喷腔体3-2上端面上8个阵列排布的螺纹孔，使用螺钉将两者紧密固定，利用螺套3-6中心位置的螺纹通孔3-10和调节锥直杆部3-7上的外螺纹，从下方将调节锥旋进螺套3-6中心的螺纹通孔3-10中至合适位置。将安装有冷凝水布洒器3的上封头焊接到罐体1直筒段的上方，将安装有出水管10的下封头焊接到罐体1直筒段的下方。
3.安装排气处理装置：
先于冷却液进水箱12-9的上表面通水槽12-11与冷却液出水箱12-10的下表面通水槽之间焊接对应的空心折流板12-8，使冷却液进水箱12-9的中间腔室与冷却液出水箱12-10的中间腔室相连通，再将上壳体12-1焊接其上；然后将下壳体12-2焊接于上壳体12-1的下方，正好形成12-1个密封的整体；于上壳体12-1左侧设置1根排气进口管12-3，其右侧设置1根排气出口管12-4，于冷却液进水箱12-9左侧设置1根冷却液进口管12-5，于冷却液出水箱12-10右侧设置1根冷却液出口管12-6，于下壳体12-2的下方中心位置设置1根冷凝水出水管12-7。排气进口管12-3与上封头上的排气管11连接。
上述立式高温冷凝水除氧装置的工作过程如下：
1.布洒冷凝水：
冷凝水通过冷凝水进水管3-3进入布洒器中间的腔室3-4中，螺套3-6中心的螺纹通孔3-10与调节锥直杆部3-7上的外螺纹均为细牙螺纹，且两者螺距与牙型一致，两者旋合时具有密封的效果，冷凝水继而从喷腔体3-2下方喇叭口3-5与调节锥下方的圆锥体3-8形成的间隙中喷出，形成水膜。利用手动或电动扳手旋动调节锥直杆部3-7顶头的六角3-头9，可调节喇叭口3-5与圆锥体3-8的相对距离，用来调节出水水膜的厚度，有效解决了冷凝水水膜厚度不可调节的问题，极大提高了冷凝水加热至饱和温度的能力，有效提高冷凝水中氧气的逸出率。
2.热力除氧：
蒸汽从承重蒸汽管道9-2进入，继而通过支杆蒸汽管道9-3、支杆蒸汽管道上4个阵列排布的第一气孔9-5，进入潜底汽盘9-4，由潜底汽盘9-4的上表面、圆周侧面以及底面阵列排布的第二气嘴9-8喷进水液中，蒸汽与冷凝水接触充分，使得冷凝水很快加热至饱和温度，促使水中氧气逸出；蒸汽通过支杆蒸汽管道9-3、支杆蒸汽管道上部8个阵列排布的第二气孔9-11，进入旋转汽臂，蒸汽继而从两根汽臂9-6上阵列排布的第一气嘴9-7喷出，由于两根汽臂9-6上的气嘴喷气方向水平角度相差180°，从而使得旋转汽臂自行旋转，旋转的汽臂9-6将蒸汽均匀布洒于液面表面，便于上方喷洒的水膜加热，亦利于水膜中氧气的逸出，旋转的汽臂9-6同时起着扰动水面的作用，有效减少水面的表面张力，便于水下的氧气向水面扩散。本蒸汽喷洒装置设计新颖、功能合理可靠、制造成本低廉，有效解决了除氧装置中蒸汽管道过于繁多复杂，不利于生产过程有效控制的问题，同时有效降低装置制造的难度和成本。
3.排气处理：
混合排气从排气进口管12-3进入上壳体12-1，与折向排布的空心折流板12-8相撞击，反复折流反复撞击，工况中，冷却液从冷却液进口管12-5进入冷却液进水箱12-9，继而进入空心折流板12-8中，再进入冷却液出水箱12-10通过冷却液出口管12-6排出，空心折流板12-8亦对混合排气产生冷凝分离的效果，分离出的冷凝水从具有3°夹角的冷却液进水箱12-9的上表面汇集后，从端部与上壳体12-1侧面的间隙处流进下壳体12-2中，继而从冷凝水出水管12-7排进下道工艺设备，氧气等其他气体则从排气出口管12-4排出。本排气处理装置设计新颖、结构合理，能有效解决目前排气处理装置处理效果不佳的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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