Процес водопідготовки часто супроводжується видаленням таких газів, як вуглекислота, кисень та сірководень. Ці гази є корозійно-агресивними, тому що мають властивості обумовлювати або посилювати корозію металів.Крім того, вуглекислота агресивна по відношенню до бетону, а наявність сірководню надає воді неприємного запаху. У силу вищепереліченого актуальна задача найбільш повного видалення цих газів з води.

Дегазація води- це комплекс заходів, спрямованих на видалення з води розчинених у ній газів. Існують хімічні та фізичні методи дегазації води. Хімічні методи дегазації води передбачають використання певних реагентів, що зв'язують гази, розчинені у воді. Наприклад, знекиснення води досягається введенням в неї сульфіту натрію, гідразину або сірчистого газу. При введенні у воду сульфіту натрію відбувається його окислення до сульфату натрію розчиненим у воді киснем:

2Na 2 SO 3 + Про 2→2Na 2 SO 4

Введений у воду сірчистий газ реагує з нею і перетворюється на сірчисту кислоту:

SO 2 + Н 2 О → H 2 SO 3 ,

Яка розчинена у воді киснем окислюється до сірчаної кислоти:

2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 4

При цьому в даний час використовуються модифіковані розчини сульфіту натрію (реагенти , та ін.), що мають ряд переваг у порівнянні з чистим розчином сульфіту натрію.

Гідразин сприяє практично повному знекислюванню води.

Введений у водугідразин зв'язує кисень і сприяє виділенню інертного азоту:

N 2 H 4 + O 2 → 2H 2 O + N 2

Знекиснення води останнім способом - найбільш досконалий, але і, в той же час, найбільш дорогий метод (через високу вартість гідразину). У зв'язку з цим даний спосіб застосовують в основному після фізичних методів знекиснення води з метою видалення залишкових концентрацій кисню. При цьому гідразин відноситься до речовин першої категорії небезпеки, що також тягне за собою обмеження по можливості його застосування.

Одним з варіантів хімічного методу є обробка води хлором:

а) з окисленням сірководню до сірки:

H 2 S+Cl 2 → S + 2HCl

б) з окисленням сірководню до сульфатів:

H 2 S + 4Зl 2 + 4Н 2 Про-> H 2 SO 4 + 8HCl

Перебіг цих реакцій (як і проміжних реакцій утворення тіосульфатів і сульфітів) відбувається паралельно; їх співвідношення визначається насамперед дозою хлору та рН води.

Недоліки хімічних методів газовидалення:

а) Процес обробки води ускладнюється та подорожчає необхідністю застосування реагентів. При великих годинних потоках через дегазацію хімічними реагентами при порівняльній простоті своєї реалізації починає сильно програвати термічної дегазації за експлуатаційними витратами.

б) Порушення дозування реагентів призводить до погіршення якості води.

Ці причини зумовлюють значно рідкісне застосування на великих об'єктах хімічних методів газовидалення, ніж фізичних.

Існує два основних способи видалення з води розчинених газів фізичними методами:

1) аерацією - коли вода, що очищається від газу, активно контактує з повітрям (за умови, що парціальний тиск газу, що видаляється, в повітрі близько до нуля);

2) створення умов, при яких розчинність газу у воді знижується практично до нуля.

Аерацією зазвичай видаляють із води вільну вуглекислоту і сірководень, парціальний тиск яких у атмосферному повітрі близько нулю. Дегазатори, що здійснюють аерацію, залежно від конструктивного пристрою, характеру руху води та повітря та протікання процесу дегазації поділяються на:

1) Плівкові дегазатори (декарбонізатори) - це колони з насадкою (дерев'яною, кільця Рашига та ін), по якій тонкою плівкою стікає вода. Призначення насадки - створення великої поверхні контакту води та повітря. Повітря, що нагнітається вентилятором, рухається назустріч потоку води;

2) .В них йде продування стисненого повітря через шар повільно рухомої води;

Другий спосіб застосовується при видаленні кисню з води, оскільки ясно, що перший спосіб тут не спрацює через значний парціальний тиск кисню в атмосферному повітрі. Щоб видалити кисень, воду доводять до кипіння, при цьому відбувається різке зниження розчинності всіх газів у воді.

Доведення води до кипіння здійснюється:

1) її нагріванням (у деаераторах атмосферного типу);

2) зниженням температури кипіння води шляхом зниження тиску (у вакуумних деаераторах).

В деаераторах атмосферного типу попередня деаерація здійснюється у спеціальних деаераційних колонках заза рахунок надлишкової кількості пари, що потрапляє в деаераційний бак через підводний паровровід , А остаточна - в деаераційних баках рахунок продування парою. У вакуумних дегазаторах (деаераторах) спеціальні пристрої (такі як вакуум-насоси або водоструминні ежектори) створюють тиск, при якому відбувається кипіння води при даній температурі.

У процесі водообробки основне застосування в процесах видалення вуглекислого газу знайшли плівкові дегазатори, для видалення сірководню (разом з іншими завданнями - подачею кисню, як окислювача в , ) - барботажні, а для знекиснення води у присутності джерел пари на об'єкті - термічні, за відсутності - вакуумні.

Проектування дегазаторів передбачає визначення площі поперечного перерізу дегазатора, висоти водного стовпа в ньому, необхідної витрати повітря, тип та площу поверхні насадки, необхідної для досягнення заданого ефекту дегазації.

Видалення кисню з води виробляється як десорбционными (фізичними), а й хімічними методами. Хімічне зв'язування кисню в корозійно-інертні речовини проводиться декількома способами, основою кожного з яких лежать окислювально-відновні процеси. Так як ці процеси характерні ще цілого ряду типових прийомів водообробки, наприклад, для очищення від біологічних забруднень, і важливі при оцінці корозії конструкційних матеріалів основного та допоміжного обладнання, то розберемо їх основні положення.

Окисно-відновлювальні реакції складаються з процесів окислення (віддачі електронів речовин) та відновлення (отримання електронів речовинами). Речовина, що віддає електрони в процесі реакції, називається відновником, а речовина, що приймає електрони - окислювачем. Деякі речовини можуть існувати в окислювальній та відновлювальній формах і здатні переходити з однієї форми до іншої, одержуючи електрони або втрачаючи їх. За винятком кисню та водню, які є відповідно окисними та відновними агентами, решта речовин залежно від умов може бути або окислювачами, або відновниками, що характеризується окисно-відновним потенціалом реакційної системи або редокс-потенціалом. Редокс-потенціал залежить від активності окисно-відновної форми відповідно до рівняння Норнста:

де n-число електронів, що беруть участь в окисно-відновлювальній реакції; k – параметр, що залежить від температури; Е 0 – стандартний потенціал, що визначає рівність активностей окисної та відновлювальної форм.

Окисно-відновний потенціал служить мірою окисних та відновлювальних здібностей системи. Найбільш сильними окислювачами є іони і, використовувані для визначення перманганатної або біхроматної окислюваності, а також фтор, озон і хлор.

Хімічні методи видалення з води розчинених газів полягають у зв'язуванні їх у нові хімічні сполуки. Суворе нормування кисневмісту при використанні відновлювальних водних режимів в контурах теплоенергетичних станцій з барабанними котлами, в тепломережах визначає необхідність використання не тільки фізичних методів дегазації, але й хімічних методів дообезкиснення, заснованих на окисно-відновних реакціях.

До використовуваних відновників відносяться такі реагенти, як сульфіт натрію, гідразин і окислювально-відновлювальні групи, створювані на високомолекулярних, нерозчинних у воді, полімерах.

Обробка води сульфітом натрію заснована на реакції окиснення сульфіту розчиненим у воді киснем:

2Na 2 SO 3 + O 2 2Na 2 SO 4 .

Реакція протікає досить швидко при температурі води не менше 80 0 С і рН ≤ 8. Цей спосіб знекиснення застосовується тільки для котлів середнього тиску (3 - 6 МПа) і для живильної води теплової мережі, так як при температурі понад 275 0 С і тиску більше 6 МПа сульфіт піддається гідролізу та процесу самоокислення - самовідновлення:

Na 2 SO 3 + H 2 O 2NaOH + SO 2; 4Na 2 SO 3 Na 2 S + 3Na 2 SO 4 .

Для прямоточних котлів і барабанних котлів високих і надвисоких параметрів застосовується знекиснення води гідразином у формі гідразин-гідрату (N 2 H 4 ∙ H 2 O), який не підвищує солевмісту води.

N 2 H 4 ∙ H 2 O O 2 3H 2 O + N 2 .

Основними факторами, що визначають швидкість цієї реакції, є температура, рН середовища, надлишок гідразину, а також наявність каталізаторів. Так, при температурі 105 0 С, рН = 9 ÷ 9,5 та надлишку гідразину 0,02 мг/кг час повного зв'язування кисню 2 – 3 секунди. При рН< 7 гидразин практически не связывает кислород. При рН = 9 ÷ 11 достигается максимум скорости реакции. Органические катализаторы интенсифицируют реакцию, повышая скорость взаимодействия в 25 – 100 раз. Каталитически влияют на скорость реакции также соединения меди и некоторых других металлов.

У котловій воді та в пароперегрівачах надлишок гідразину розкладається з утворенням аміаку:

3N 2 Н 4 4NH 3 + N 2 .

У присутності оксидів металів можливе також розкладання гідразину з виділенням Н2:

3N 2 H 4 2NH 3 + 3H 2 + 2N 2 .

Окисно-відновлювальні реакції можна здійснити при фільтруванні води через нерозчинні у воді високомолекулярні речовини, що мають у своєму складі окисно-відновлювальні групи, здатні до оборотного окиснення та відновлення. Прикладом таких речовин служать електроіонообмінники (ЕІ), що використовуються в схемах знекиснення додаткової води теплових мереж, що пройшла попередню стадію термічної деаерації. ЕІ одержують введенням у структури іоніту при синтезі матеріалу. На таких смолах можливе одночасне та незалежне протікання іонообмінних та окисно-відновних процесів. ЕІ можуть бути отримані на основі міді та вісмуту.

Визначальною при виборі типу іоніту для насадки на нього окисно-відновних речовин є здатність матриці міцно утримувати нанесені сполуки. Ця здатність залежить від знаку заряду поверхні іоніту.

Лекція №10

Організація хімічного знекиснення.

Розчин сульфіту натрію для обробки поживної води котлів середнього тиску готують у баку, захищеному від контакту з атмосферою. Розчин концентрацією 3 – 6% вводиться в живильний трубопровід перед насосами за допомогою шайбових та плунжерних дозаторів. Дозу сульфіту натрію на обробку 1 м 3 поживної води після термічної деаерації підраховують за формулою:

де g - Витрата технічного сульфіту, г/м 3 ;

Концентрація кисню в оброблюваній воді, г/м3;

k – надлишок реагенту (2 – 3 г/м 3);

При організації гідразинної обробки треба враховувати властивості гідразингідрату. Гідразингідрат N 2 H 4 · H 2 O – безбарвна рідина, що легко поглинає з повітря кисень, вуглекислий газ та водяні пари, добре розчинний у воді. Гідразин токсичний при концентраціях більше 40%, горючий, доставляється та зберігається у вигляді 64%-го розчину в герметизованій тарі з нержавіючої сталі. Пари гідразину викликають подразнення дихальних шляхів, органів зору, розчини гідразину діють на шкірний покрив, тому при поводженні з гідразином треба суворо дотримуватись відповідних правил техніки безпеки.

Розрахункова доза гідразину повинна враховувати як його витрата зв'язування кисню, а й у взаємодію Космосу з оксидами металів. Його дозування розраховують за такою формулою:

g г = 3C 1 + 0,3С 2 - 0,15С 3

де g г – розрахункова доза гідразингідрату, мг/кг;

З 1 – З 3 – концентрація у поживній воді відповідно кисню, сполук заліза та міді, мг/кг.

Дозування гідразину здійснюється в одну з двох точок: на всмоктування поживних насосів або в турбінний конденсат перед підігрівачем низького тиску (ПНД). Розрахункова кількість 100%-го гідразину φ, мг/кг, необхідне для завантаження в бак попереднього розведення, визначають із співвідношення:

де Д - Витрата поживної води, м 3 /год;

τ – час між перезаряджаннями бака, год.

Місткість бака 10 м 3 для гідразину 20%-ї концентрації забезпечує приблизно на два місяці запас реагенту для гідроелектростанції (ГРЕС) потужністю 3600 МВт.

При заданій витраті поживної води годинну витрату реагенту d, кг/год, розраховують за формулою:

Зазвичай у поживній воді підтримують надмірну концентрацію гідразину за нормальної експлуатації 0,03 – 0.06 мг/кг.

Технологію застосування хімічного знекиснення розглянемо на прикладі використання залізооксидного електроіонообмінника (ЕІ). ЕІ цього типу здатний до знекиснення і одночасно пом'якшення води в схемах з попередньою вакуумною деаерацією. Попередня деаерація води забезпечує її підігрів до 60 - 80 0 С і часткове видалення розчиненого кисню, що позитивно впливає на економічність способу, що розглядається. За зазначених температурних умов процес може базуватися на типових конструкціях іонітних фільтрів. При вихідному кисневмісті оброблюваної води до 1 мг/кг електроіонообмінник забезпечує зниження вмісту кисню до 5 - 20 мкг/кг.

Наявність гідроксиду заліза на поверхні електроіонообмінника сприяє також знезалізненню.

Наведені технологічні характеристики забезпечують високу ефективність використання цього матеріалу для обезкиснення підживлювальної води тепломережі закритого типу.

Очищення води методами дистиляції.

Метод дистиляції.

Очищення (опреснення) вод з високим вмістом солі, включаючи морські, а також переробка високомінералізованих скидних розчинів з метою захисту навколишнього середовища – найважливіше науково-технічне завдання.

Обробка високомінералізованих вод та розчинів може здійснюватися по-перше, видаленням з води розчинених домішок, що реалізується, як правило, без фазових переходів розчинника (води) у пароподібний або твердий стан; по-друге, - методом вилучення з розчину молекул водню, заснованому на зміні їхнього агрегатного стану (методом дистиляції).

Перший шлях вилучення солей з розчину теоретично представляється більш доцільним, так як мольна частка розчинених навіть високомінералізованих домішок приблизно 100 і більше разів менше кількості самих молекул води. Проте технічні труднощі під час реалізації такого шляху неможливо у всіх випадках економічно вигідно здійснити цю перевагу.

При нагріванні водних розчинів молекули води набувають енергії, що перевищує сили молекулярного тяжіння, і виносяться в паровий простір. Коли тиск насиченої пари у воді стає рівним зовнішньому тиску, вода починає кипіти. Іони та молекули розчинених речовин, що містяться у воді і що знаходяться в гідратованому стані, не мають такого запасу енергії і переходять у пару при невисоких тисках у дуже незначній кількості. Таким чином, організувавши процес кипіння водних розчинів, можна розділити розчинник (воду) і домішки, що містяться в ній. Дистиляція (термічне знесолення) реалізується у випарних установках (малюнок 1), в яких вода за рахунок отримання теплоти від первинної пари, що підводиться в нагрівальну систему, перетворюється на вторинну пару, яка потім конденсується.

Рисунок 1 – Схема випарної установки:

1 – лінія підведення первинної пари; 2 – гріюча секція; 3 – корпус випарника; 4 - лінія відведення утворюється (вторинної) пари; 5 – конденсатор; 6 – лінія відведення конденсату первинної пари; 7 – лінія підведення поживної води; 8 – лінія продування; 9 – лінія спорожнення; 10 - лінія відведення дистиляту.

Первинна пара зазвичай відбирається від парової турбіни. Речовини, що забруднюють воду, залишаються в обсязі води, що випаровується, і видаляються з випарника з відведеною (продувною) водою. Дистилят – конденсат вторинної пари – містить лише незначну кількість нелетючих домішок, що у нього з допомогою краплинного віднесення випаровуваної води (концентрату).

Приймаючи в першому наближенні, що перехід домішок у вторинну пару дорівнює нулю, оцінимо на підставі матеріального балансу у випарнику концентрацію домішок у воді випарника С ст і залежно від концентрації домішок у поживній воді С п.в і витрати продування Р пр. . Рівняння матеріального балансу має вигляд:

Р п.в · С п.в = Р п · С п + Р пр · С в.і,

де Р п.в - витрата поживної води (Р п.в = Р п + Р пр);

Р п - Паропродуктивність.

Враховуючи, що С п = 0, (Р п + Р пр) С п.в = Р пр С в.і, звідки.

Чим більше продування, тим менша концентрація домішок у воді випарника (у продуванні). Негативний температурний коефіцієнт розчинності солей жорсткості при випаровуванні води концентрації іонів Са 2+ , Mg 2+ , , , ОН - до меж, що перевищують добуток розчинності СаСО 3 , CaSO 4 і Mg(OH) 2 , є причиною утворення накипу на теплопередаючих поверхнях . Накипівтворення знижує продуктивність випарників і погіршує їх техніко-економічні показники.

Випарні установки бувають одно-і багатоступінчастими. Якщо вторинна пара конденсується безпосередньо в конденсаторі випарника, то така випарна установка є одноступінчастою. У багатоступінчастих установках (рисунок 2) вторинний пар кожного ступеня, крім останньої, використовується як пара наступного ступеня, що гріє, і там же конденсується.

Рисунок 2 – Схема багатоступінчастої випарної установки:

1 – лінія підведення гріючої пари; 2 – 4 – випарник відповідно 1 – 3 ступенів; 5 – лінія відведення вторинної пари; 6 – конденсатор; 7 – лінія відведення конденсату; 8 – лінія підведення поживної води; 9 – підігрівач живильної води; 10 - продувна лінія.

Зі збільшенням числа щаблів збільшується і кількість конденсату (дистиляту), одержуваного у випарній установці з однієї тонни первинної пари. Однак зі зростанням числа ступенів зменшується температурний перепад між гріючою і вторинною парою, що викликає необхідність збільшення питомих поверхонь теплообміну, що призводить, в кінцевому рахунку, до збільшення габаритних розмірів, питомих металовитрат і подорожчання установки.

Живлення багатоступінчастої установки може здійснюватися за паралельною схемою з живленням кожного випарника із загального колектора, але частіше - за послідовною схемою, як показано на малюнку 2. При цьому всю поживну воду подають у перший ступінь установки, а потім після її часткового випаровування вода перетікає в наступну ступінь, та якщо з останньої скидається в дренаж. Багатоступінчасті випарні установки використовуються на теплоелектроцентралях з великими загальними та зовнішніми втратами пари та конденсату. Одноступінчасті випарні установки застосовуються на конденсаційних енергетичних станціях (КЕС) при невеликих втратах (1 – 3%) та включаються до схем переробки стічних вод водопідготовчих установок при заборонених скиданнях.

Нині переважно дистилят виробляють із води, попередньо пом'якшеної на іонітних фільтрах, але у деяких випадках використовується вода, що пройшла спрощену обробку. Пара, що подається у випарник, називається первинним, а утворився з води, що надходить у випарник - вторинним.

У випарниках миттєвого закипання пара утворюється не при кипінні, а при скипанні води, попередньо підігрітій до температури, що перевищує на кілька градусів температуру насичення води, в камері, в якій відбувається пароутворення. Їх не потрібна висока якість живильної води, оскільки процес випаровування води при вскипанні здійснюється без передачі теплоти через поверхню. Установки миттєвого закипання називаються адіабатними або «флеш». Так як температура насичення залежить від тиску насичення, то при здійсненні закипання при тиску нижче атмосферного можна організувати роботу випарників типу, що розглядається, при температурі нижче 100 0 С, що знижує ймовірність накипеобразования.

Одноступінчастий випарник миттєвого закипання з примусовою циркуляцією працює в такий спосіб (рисунок 3).

Рисунок 3 – Одноступінчастий випарник миттєвого закипання із примусовою циркуляцією.

Вихідна вода надходить у конденсатор 1, після якого частина її прямує в камеру випаровування 3. Циркуляційний насос 5 забирає воду з камери випаровування і прокачує через підігрівач 6, повертаючи воду через сопло 2 корпус випарника. При відсмоктуванні газів, що неконденсуються паровим ежектором 8 відбувається зниження тиску в камері нижче тиску насичення пари, внаслідок чого відбувається випаровування з поверхні крапель і дзеркала. Сепарація крапель вологи здійснюється в пристрої 7. Дистилят відкачується з випарника насосом 4, його кількість в одноступінчастих установках приблизно дорівнює кількості пари, що конденсується.

Випарники миттєвого закипання можна споруджувати за багатоступінчастою схемою, що забезпечує меншу питому витрату теплоти. У опріснювальних установках морської води число щаблів може сягати 30 – 40. Коли така установка входить у схему регенеративного підігріву поживної води котлів, вона виконується за умовами балансу теплоти одноступінчастої чи має три-чотири щаблі.

Запобігання накипу утворення у випарних установках.

Досвід експлуатації випарників при живленні солоними водами вказує на серйозні труднощі, що виникають через швидке утворення накипу на теплопередаючих поверхнях, зниження коефіцієнта теплопередачі і зменшення ефективності роботи випарників.

Наростання щільного шару кристалічних відкладень відбувається з пересиченого розчину в результаті зростання існуючих на поверхні кристалів (первинне накипеутворення), а також внаслідок адгезії та адсорбції тонкодисперсних частинок, що вже утворилися у воді, що випаровується (вторинне накипеутворення).

Як правило, накипівтворення обох видів протікає одночасно. Формування накипу на поверхні можна уявити так: утворення зародкових кристалів у поглибленнях мікронерівностей металу; виникнення утворень типу коралового кущика; заповнення проміжків між розгалуженнями «кущика» дрібними частинками твердої фази, що утворилася в розчині і транспортується до теплопередаючої поверхні.

Методики проведення розрахунків, пов'язаних з оцінкою інтенсивності накипівтворення, ще не розроблені, тому що далеко не вивчені всі фактори, що впливають на цей процес, зокрема необхідно знати точні значення коефіцієнта активності іонів накипівтворювачів для реальних параметрів роботи випарника.

Методи боротьби з накипівтворенням у випарниках можна поділити на фізичні, хімічні та фізико-хімічні; крім того, можливе використання для зменшення накипу утворення спеціальних конструкцій та матеріалів для випарників.

Безреагентні методи.

Метод контактної стабілізації запропонований Ланжельє і названий так через відсутність при його використанні виділення твердої фази теплопередаючої поверхні. Він заснований на тому, що енергія утворення кристалів на нерозчинених частинках домішки менша, ніж енергія самовільного виникнення центрів кристалізації. Кристалізація на речовині-стабілізаторі протікає при меншому пересичення розчину. За рахунок безлічі центрів кристалізації відбувається осадження надлишкового розчинності кількості накипеобразователей. Як стабілізатор застосовують подрібнені матеріали: вапняк, мармур, пісок, через фільтруючий шар яких циркулює вода, що випаровується.

Висота фільтра має становити 1,8 – 2 метри. Швидкість підйому розсолу, щоб уникнути винесення стабілізуючого матеріалу, не повинна бути більше 35 м/год. Застосування контактної стабілізації дозволяє зменшити кількість накипу у випарнику на 80 - 90%, але він конструктивно складний.

Магнітна обробка води полягає у прокачуванні її через апарат, у якому створюється магнітне поле. Відомо, що магнітними апаратами оснащені установки, коли вода не стабільна, тобто пересичена СаСО 3 працюють ефективно. Теорія магнітної обробки ще сформована, але проведеними дослідженнями встановлено таке. Що містяться у воді, що транспортується по сталевих трубах, феромагнітні продукти корозії і колоїдні частинки, що володіють електричним зарядом і магнітним моментом, накопичуються в магнітному полі, створюваному магнітним апаратом. Збільшення концентрації твердої мікрофази в зазорі магнітного апарату сприяє кристалізації карбонату кальцію з нестабільної води в її об'ємі, внаслідок чого зменшується швидкість утворення накипу, але збільшується концентрація шламу при подальшому нагріванні та випаровуванні води, що піддається магнітній обробці. Оскільки хімічний і дисперсний склад домішок природної води змінюються по сезонам і районам, а ступінь пересичення води СаСО 3 залежить також від температури, ефективність магнітної обробки може змінюватися в широких межах аж до нульових значень.

Ультразвукова обробка при випаровуванні води може створювати за рахунок пружних механічних коливань середовища значних енергій умови, що призводять до порушення кінетики кристалізації в пристінному шарі. Дія ультразвукових хвиль на поверхню нагріву може збуджувати на межі кристалічних зв'язків з поверхнею знакозмінні згинальні зусилля, що викликають, зрештою, відшаровування накипу. Механізм впливу ультразвуку на накипівтворення до кінця не вивчений.

Є.Ф. Тебенихін, Безреагентні методи обробки води в енергоустановках. М.: Вища школа, 1985.

Лекція №11

Запобігання накипу утворенню у випарних

установках хімічними та іншими методами.

Хімічні способи. Стабілізацію підкисленням застосовують для попередження утворення на теплопередаючих поверхнях накипу карбонату кальцію та гідроксиду магнію.

Природна вода, що містить Са 2+ , , , СО 2 залежно від стану вуглекислотної рівноваги системи може бути агресивною, стабільною або нестабільною. Основним критерієм стабільності такої системи, що використовується на практиці, є «індекс стабільності», запропонований Ланжельє.

Для природних вод виконуються співвідношення рН, що дорівнює ≥ рН факт. Різниця між фактичним та рівноважним значеннями позначається через Y і називається індексом стабільності або індексом Ланжельє:

рН факт - рН дорівнює = Y.

За Y = 0 вода стабільна, за Y< 0 она агрессивна, при Y >0 вода нестабільна та здатна до утворення відкладень. При стабілізованій обробці води підкисленням досягають того, щоб індекс стабільності був близький до нуля. Знаючи характер зміни рН факт = f 1 (Щ) та рН дорівнює = f 2 (Щ) при зниженні лужності води в результаті підкислення, можна вирішити ці рівняння щодо ΔЩ (зниження лужності до стабільного стану).

Потрібну дозу, мг/кг, технічної сірчаної або соляної кислоти можна визначити за формулою:

де е – еквівалентна маса кислоти, мг-екв/кг;

Доза кислоти залежить від лужності поживної води, температури процесу дистиляції і кратності упарювання і зазвичай становить 70 – 90% лужності вихідної води. Передозування кислоти може спричинити корозію конструкційних матеріалів випарної установки, у зв'язку з чим необхідний ретельний контроль за процесом дозування. Застосування бісульфату натрію аналогічне підкислення, так як в результаті дисоціації NaHSO 4 утворюються іони водню.

Для підкислення можна використовувати хлорне залізо, при цьому поряд з іоном водню при гідролізі утворюється завис гідроксиду заліза, частинки якого служать центрами кристалізації накипеобразователей.

Фізико-хімічні методи. В їх основі лежить застосування хімічних реагентів-присадок-поверхнево-активних речовин, що вводяться у воду, що випаровується, в настільки малій кількості (1 – 20 мг/кг), що реакція їх з домішками води не відіграє істотної ролі. Ефективність таких присадок обумовлена ​​тим, що внаслідок їх великої поверхневої активності кристалізація накипівтворювачів на поверхні нагрівання різко знижується. Поверхнево-активні речовини адсорбуються як мономолекулярної плівки лежить на поверхні зародкових кристалів, або утрудняючи адгезію їх у поверхні.

Сильними стабілізуючими-пептизуючими властивостями, здатними запобігати коагуляції частинок у широкому діапазоні вмісту твердої фази, характеризуються деякі речовини-антинакіпіни, присутні у воді зазвичай у вигляді міцел і мікромолекул.

Крім перерахованих реагентів використовуються деякі комплексоутворювачі, наприклад, гексаметафосфат натрію Na(NaPO 3) 6 і деякі інші поліфосфати.

При високій температурі (до 120 0 С) і великій жорсткості води хороший ефект дало застосування антинакіпних реагентів, що містять поліакрилову кислоту, ЕДТК (трилон Б), сульфонол та інші.

Крім перерахованого проводиться видалення (очищення) накипу з поверхонь апаратів хімічним способом із застосуванням реагентів – сірчаної, соляної, лимонної, оцтової та інші.

Технологічні методи обмеження накипівтворення. Вони застосовуються насамперед у випарних установках з вертикальнотрубними секціями, що гріють. Прикладів технологічних методів обмеження накипівтворення може бути використання організовано видаленого газу (газового здувки) випарників для насичення вуглекислим газом поживної води. При термічному розпаді бікарбонатів у газову фазу, як відомо, виділяється вуглекислий газ. Змішуючи його з водою у такій кількості, яка перевищує рівноважне значення, воді надають агресивні властивості по відношенню до карбонату кальцію, що перешкоджає його виділенню в підігрівачах живильної води. Слід враховувати, що з надмірному вмісті вуглекислого газу воді, що знижує рН, інтенсифікуються корозійні процеси конструкційних матеріалів.

Методи одержання чистої пари у випарних установках.

Забруднення насиченої пари неорганічними сполуками пов'язано, по-перше, з віднесенням вологи (механічний винесення) і, по-друге, з розчинністю деяких речовин у водяній парі. Основний внесок у забруднення пари вносить механічний (крапельний) винесення. Зазвичай вода, що випаровується, виноситься у вигляді крапель розміром від 0,5 до 3 мкм, що утворюються при руйнуванні парових бульбашок, що виходять за межі водяного об'єму.

Винос солей з парою інтенсифікується при спінюванні води випарника, причому структура піни залежить від навантаження та тиску у випарнику. Слід підкреслити, що закономірності винесення крапель вологи парою діють однаково як для випарних установок, так і для інших агрегатів, що виробляють пари. Для забезпечення високої чистоти пари у випарниках застосовують: об'ємну сепарацію в паровому просторі, для чого висоту парового простору вибирають рівною не менше 1,5 метра, а для сильнопінних розчинів – 2,5 – 3 метри; дірчасті листи перед пароприймальними трубами для вирівнювання швидкостей пари в цій зоні; жалюзні сепаратори для уловлювання крапель вологи.

Ефективним засобом забезпечення чистоти пари є промивання пари живильною водою. Промивання здійснюється зазвичай барботуванням дрібних бульбашок пари через шар промивної води, солевміст якої значно менше солевмісту випаровується, що забезпечує ККД промивання не менше 90%. При високих вимогах до якості дистиляту, промивання пари здійснюють зовнішнім або власним конденсатом, у ряді випадків організується двоступінчасте промивання пари. Розглянуті заходи дозволяють отримувати дистилят при живленні випарників пом'якшеною водою, що задовольняє вимогам ПТЕ електричних станцій та мереж, що використовується для живлення без додаткового очищення як додаткова вода (поживна) барабанних котлів. На енергоблоках з прямоточними котлами необхідне додаткове очищення дистиляту на БОУ.

Вибір методу видалення домішок із води визначається характером та властивостями домішок. Так, зважені домішки найпростіше вивести з води фільтруванням, колоїдні домішки – коагуляцією. Якщо іонні домішки можуть утворити малорозчинне з'єднання, їх можна перевести у це з'єднання, домішки-окислители можна усунути відновленням, а домішки-відновники - окисленням. Для видалення домішок широко використовується адсорбція, причому незаряджені домішки адсорбуються на активованому вугіллі чи інших

адсорбентах, а іони – на іонообмінних речовинах. Заряджені домішки можна видалити електрохімічними методами. Таким чином, знання складу та властивостей домішок дозволяє вибрати спосіб очищення води.

Видалення кисню із води.

Кисень, розчинений у воді, викликає корозію металу парогенераторів електростанцій, трубопроводів станцій та теплових мереж, тому має бути видалено з води. Видалення кисню здійснюється деаерацією та хімічним відновленням.

Деаерація заснована на використанні закону Генрі, згідно з яким розчинність газу прямо пропорційна його тиску над рідиною. Знижуючи парціальний тиск газу над рідиною, можна знизити розчинність його у рідині. Парціальний тиск можна знизити або зменшенням загального тиску газу, або витіснення цього газу іншим газом. У практиці використовують обидва прийоми. Зазвичай воду продувають водяною парою, при цьому парціальний тиск кисню зменшується. Однак методом деаерації не вдається забезпечити глибоке видалення кисню. Останнє досягається взаємодією кисню із хімічними відновниками. Спочатку для цих цілей використовувався сульфіт натрію, який при окисненні переходить у сульфат натрію:

Цей метод досі застосовується на станціях малої потужності. Однак при сульфітній обробці води підвищується солевміст, що неприпустимо на електростанціях, що працюють при високому тиску пари. На таких станціях кисень видаляють за допомогою гідразину, що є сильним відновником. При взаємодії гідразину з киснем утворюються азот та вода за рівнянням реакції

При цьому солевміст не змінюється. До нестачі гідразину слід віднести його токсичність, тому при роботі з ним повинні дотримуватись відповідних правил техніки безпеки.

Пом'якшення води шляхом осадження.

Для малорозчинних солей при постійній температурі дотримується сталість творів активностей іонів, зване твором розчинності. Наприклад, при 20 °С для рівноваг

Концентрацію іона, що входить у малорозчинне з'єднання, можна зменшити збільшенням концентрації іона протилежного знака, що входить до того ж з'єднання. Наприклад, концентрацію іонів можна знизити збільшенням концентрації іонів відповідно. Цей принцип

можна використовувати для осадження небажаних домішок із розчину. Метод осадження малорозчинних сполук застосовується для очищення води, наприклад, для її пом'якшення (зниження жорсткості). Для зменшення карбонатної жорсткості застосовується метод вапнування, при якому оброблювану воду вводять вапно . В результаті електролітичної дисоціації вапна зростає pH води, що призводить до зміщення вуглекислотної рівноваги у бік утворення карбонат-іонів:

В результаті цього досягається добуток розчинності карбонату кальцію і останній випадає в осад:

Крім того, при збільшенні концентрації гідроксид-іонів досягається добуток розчинності гідроксиду магнію і останній випадає в осад

Реакції, що протікають при введенні вапна, можна записати у молекулярній формі рівняннями

Як видно, при введенні вапна знижується концентрація іонів (пом'якшення), (зниження лужності) та

Метод вапнування непридатний зниження некарбонатної жорсткості. Для цього необхідно вводити добре розчинну сіль, що містить карбонат-іони. Зазвичай для цього використовують соду, яка, дисоціюючи, дає іони.

Вуглекислотна рівновага може бути зміщена вправо та при нагріванні:

В результаті цього збільшується концентрація карбонат-іонів і досягається добуток розчинності карбонату кальцію, який випадає в осад. Такий метод пом'якшення називається термічним. Жорсткість, видалена методом нагрівання, називається тимчасової жорсткістю. Термічний метод застосовується лише тоді, коли немає потреби в глибокому пом'якшенні і кбгда вода повинна підігріватися згідно з технологією в інших апаратах.

Для очищення природних та стічних вод від домішок широко застосовуються методи катіонування, аніонування та хімічного знесолення.

Іонний обмін.

Для видалення іонів із води широко використовується метод іонного обміну. Іонний обмін протікає на іонітах, що є твердими поліелектролітами, у яких іони одного знака заряду закріплені на твердій матриці, а іони протилежного знака заряду здатні переходити в розчин і замінюватися на інші іони того ж знака заряду.

Здатність до іонного обміну мають деякі природні сполуки, наприклад алюмосилікати. Однак ширше застосування отримали синтетичні іонообмінники, якими зазвичай є полімерні матеріали. Як полімери, що служать основою (матрицею) для іонітів, можна назвати сополімери стиролу з дивінілбензолом і метакрилової кислоти з дивінілбензолом. Іоніт складається з матриці, де є велика кількість функціональних груп. Останні або вводяться в мономер або реакційну суміш при полімеризації, або щеплюються до полімеру після полімеризації. Функціональні групи здатні дисоціювати в розчині, причому іони одного знака заряду залишаються на іоніті, а іони іншого знака заряду переходять в розчин. Залежно від того, які іони переходять у розчин, розрізняють катіоніти та аніоніти.

У катіонітів розчин переходять катіони, які потім можуть обмінюватися на катіони, що знаходяться в розчині. Функціональними групами у катіонітів зазвичай служать сульфогрупи фосфорнокислі групи карбоксильні групи гідроксильні групи При контакті іоніту з розчином ці групи дисоціюють, посилаючи розчин іони . Внаслідок цього іоніт заряджається негативно, розчин біля іоніту – позитивно. Залежно від ступеня дисоціації функціональних груп розрізняють сильні та слабкі катіоніти. Катіоніт після дисоціації функціональних груп можна умовно позначати формулою а іонний обмін уявити рівнянням

де - катіони, що у іонному обміні. У аніонітів функціональні групи при дисоціації посилають у розчин аніони, але в іоніті залишаються позитивно заряджені іони. Функціональними групами у аніонітів зазвичай служать аміногрупи та четвертинні амонійні основи. При дисоціації цих груп ионит заряджається позитивно, а розчин у ионита - негативно. Аніоніт після дисоціації функціональних груп можна позначити формулою а аніонний обмін уявити рівнянням

де аніони, що у іонному обміні. Аніоніти також можуть бути сильними та слабкими.

Катіонування води.

Найчастіше для обробки природної води методом катіонування застосовуються катіоніти, у яких іонами, що обмінюються, служать іони Na+ (Na-катіоніти) або Н+ (Н-катіоніти). Na-катіоніт обмінює іони Na+ на іони, що містяться у природній воді. Оскільки основними катіонами в природній воді є іони, то при -катіонуванні відбувається пом'якшення води:

У результаті Na-катионирования знижується як карбонатна, і некарбонатна жорсткість. Однак солевміст при цьому практично не змінюється, так як розчин переходять іони Процес катіонування полягає в пропусканні води через фільтри, завантажені Na-катіонітовим порошком. У міру роботи Na-катіонітовий фільтр виснажується (іоніт переходить в Са-Mg-форму). Після виснаження катіоніту його регенерують. Процес регенерації являє собою ту ж реакцію іонного обміну, але що проводиться у зворотному напрямку. Зазвичай регенерацію проводять розчином кухонної солі:

В результаті регенерації іоніт знову відновлює свою здатність до пом'якшення води.

При Н-катіонування відбувається обмін іонів іоніту на катіони, що містяться у воді:

Внаслідок цього обміну з води видаляються іони

та ін. У воді збільшується концентрація іонів, які частково зв'язуються карбонат- та гідрокарбонат-іонами:

В результаті Н-катіонування відбувається пом'якшення води, зниження лужності та солевмісту у воді. Однак при цьому зменшується pH води, вона стає корозійно-агресивною. Тому Н-катіонування проводять зазвичай у поєднанні з іншими методами іонного обміну. Регенерацію Н-катіоніту проводять розчином кислоти. Як приклад розглянемо одне з рівнянь реакції, що протікає при регенерації Н-катіоніту:

Катіонування застосовується для очищення як природних, а й стічних вод. Шкідливі катіони стічних вод обмінюються на нешкідливі іони іоніту. Наприклад, для видалення іонів зі стічної води останню можна підтвердити Nа-катіонування:

Катіонування природних та стічних вод зазвичай проводять як одну із заключних стадій для глибокого очищення, так як вартість іонітної обробки досить висока. Якщо концентрація домішок у воді висока, то основну частину домішок заздалегідь видаляють іншими, дешевшими методами.

Аніонування води.

Аніонування полягає в обміні аніонів, що містяться у воді, на аніони. Обмінювані іони зазвичай служать іони рідше та інші аніони. Процес аніонування природної води можна надати такими рівняннями:

Аніонування використовується для очищення природних вод, як правило, спільно з іншими способами. За допомогою аніонування також очищають стічні води від шкідливих аніонів, наприклад, іонів радіоактивних аніонів та ін.

Хімічне знесолення води.

При створенні потужних теплових електростанцій виникла серйозна проблема отримання великої кількості води високої чистоти. Цю проблему вдалося вирішити розробки методу хімічного знесолення води. Хімічне знесолення води полягає в послідовній багаторазовій обробці води в Н-катіонітових та ОН-аніонітових фільтрах. В результаті Н-катіонування у воду переходять іони Н+, а в результаті ОН-аніонування -

іони ВІН-. Вони взаємно нейтралізуються і внаслідок домішки залишаються на іонітах. Після вигострення іонітових фільтрів вони регенеруються відповідно розчинами кислоти та лугу. Найважче видалити з розчину аніони слабких кислот, особливо аніони кремнієвих кислот. І тому використовуються сильні аніоніти, які мають функціональні групи дисоційовані повністю. Іонний обмін із гідросилікатним аніоном протікає за рівнянням

Рис. XIV.3. Схема електродіалізатора:

А – анод; К – катод; - Аніонітова мембрана; М катіонітова мембрана

Видалення аніонів кремнієвої кислоти - дуже важлива операція в теплоенергетиці, так як ця кислота легко переходить у пар високого тиску, а потім беруть в облогу на лопатках турбін, що знижує ККД електростанції. Хімічне знесолення є заключною операцією з підготовки води, що надходить парогенератор. Попередньо основна маса домішок видаляється методами коагуляції, осадження та ін.

Електродіаліз.

Видалення іонних домішок із розчинів електрохімічним методом з використанням мембран або діафрагм отримало назву електродіалізу. Розглянемо видалення натрію сульфату з води в електродіалізаторі з іонообмінними мембранами. Найпростіший електродіалізатор (рис. XIV.3) складається з трьох відділень, розділених двома іонообмінними мембранами, та двох електродів. Мембрана складається з іонообмінного матеріалу, здатного пропускати через себе або катіони (катіонітова мембрана - або аніони (аніонітова мембрана- Вода, що містить сульфат натрію, подається в середнє відділення електродіалізатора. При підведенні напруги іони натрію і водню через катнонітову мембрану двига- іони та іони гідроксиду через аніонітову мембрану - до анода А.

Відповідно до значення електродних потенціалів (див. § VII.3) на катоді може відбуватися тільки відновлення іонів водню

Надходять у відділення II. (Через аніонітову мембрану можуть проходити аніони і не можуть - катіони. Катіонітова мембрана пропускає катіони і не пропускає аніони.) В результаті у відділеннях концентрація іонів зменшується, а у відділеннях II - зростає, тому з відділень виводиться очищена вода, а з відділень II - розчин, у якому концентрація солі збільшена (розсіл). На катоді та аноді протікають такі самі реакції, що й у трикамерному електродіалізаторі.

Г. Овчинніков

Розчинені у воді кисень та вуглекислий газ підвищують швидкість корозії сталі, особливо за підвищених температур. Тому їх потрібно максимально видаляти з котлової води та води опалювальних систем. У даній публікації пропонується огляд спрямованих на це сучасних способів водопідготовки

Котлові системи за їх призначенням прийнято поділяти на водогрійні та парові, тому для кожного типу існує свій набір вимог до очищеної води, які також залежать від потужності та температурного режиму.

Розробку офіційних вимог здійснюють наглядові органи, проте вони завжди м'якші за рекомендації виробника, які встановлюються виходячи з гарантійних зобов'язань. Крім того, у Європейському Союзі ці документи проходять всебічну експертизу в органах стандартизації та профільних організаціях з точки зору ефективності та тривалої експлуатації котла. Тому доцільно орієнтуватись саме на рекомендації виробника.

Рис. Установка із зернистим редокситом для видалення кисню із підживлювальної води пеллетних котлів Національного Ботанічного саду ім. Н.М. Гришко

Все різноманіття водно-хімічних режимів регламентується Правилами технічної експлуатації, а також різними керівними документами, що належать до окремих перерахованих режимів. Тільки дотримання правильного водного та хімічного режимів забезпечить надійну, безаварійну та довговічну роботу котельного обладнання, поряд із системами теплопостачання.

Шкідливість розчинених у котловій воді газів

Також необхідна нейтралізація вільної 2 в оборотних конденсатах нагрівальних систем.

Для видалення кисню з живильної води котлів можна використовувати як фізичні, і хімічні методи. Зазвичай їх комбінують, спочатку фізичні, потім хімічні методи.

Фізичні методи

До фізичних методів відносять застосування деаераторів, які бувають термічними та вакуумними. Для деаерації води також розроблені електромагнітний, високочастотний та ультразвуковий способи, а також бульбашковий азотний.

Найбільшого поширення у парових та водогрійних котельнях отримав термічний спосіб. Він ґрунтується на процесах, описаних у законі Генрі. Згідно з ним, розчинність ідеальних газів у воді при постійній температурі та невисокому тиску прямо пропорційна парціальному тиску цих газів над водою. Підвищення температури до рівня насичення при цьому тиску знижує до нуля парціальний тиск газів над водою, отже, і розчинність газів у воді знижується до нуля. Внаслідок порушення рівноваги у системі відбувається виділення газів із води (фізична десорбція).

Підбираючи такі співвідношення температури та тиску, при яких гази стають практично нерозчинними, можна майже повністю видалити їх із води.

За останні роки конструкції апаратів для видалення газів були значно покращені. Нині є кілька вдалих типів деаераторів, кожен із яких пристосований спеціальної мети. Існують установки для деаерації холодної води без нагрівання, що дають 15000 м 3 на день і знижують вміст кисню до 0,22 мл/дм 3 . Вода в такому апараті розбризкується спеціальними лотками камери, що знаходиться під низьким тиском. Гази можуть бути видалені паровими ежекторами з холодильниками або вакуумними насосами.

У парових котельнях застосовуються переважно змішуючі десорбери атмосферного типу низького надлишкового тиску. У такому апараті струмки води рухаються вниз назустріч пару, що надходить з паророзподільної камери, і, стикаючись з ним, нагріваються до температури кипіння, в результаті чого з води виділяється розчинене в ній повітря.

У пристрої підтримується тиск 0,12 МПа, вода нагрівається до 104°C, тобто. до температури кипіння при цьому тиску. Вода, що випарувалася, і повітря через штуцер направляються в теплообмінник для підігріву води, що надходить в апарат. Номінальна продуктивність таких деаераторів 25-300 т/год.

У котельнях з водогрійними котлами, де немає пари, використовуються вакуумні деаератори, у яких підтримується тиск близько 0,03 МПа за температури кипіння близько 69°C. Таке розрідження створюється за допомогою водоструминного ежектора.

Головною умовою видалення газів з гарячої води є підтримання її в тонкорозпиленому стані (протягом достатнього часу) за температури кипіння, що відповідає тиску, при якому розчинені гази вільно виділяються в газоподібну фазу. При простому типі відкритого нагрівача поживної води деаератор, при нагріванні до 88-93 ° C і вільному відведенні газів в атмосферу, знижує концентрацію кисню приблизно до 0,3 мл/дм 3 .

Пристрої для видалення кисню для гарячого водопостачання для великих будівель і комплексів будівель влаштовані інакше. Воду нагрівають під вакуумом так, щоб температура кипіння її не перевищувала 60-80 ° C за допомогою рядів змійовиків з парою, що гріє. Потім воду розбризкують униз по тарілках. Температура пари, що надходить у нижні змійовики, вища за температуру води, яка внаслідок цього випаровується; пара захоплює гази, що виділилися, через клапан, що охолоджується вхідною холодною водою. Конденсат із клапана стікає назад, у тарілкову камеру, у той час, як гази викидаються вакуумним насосом або паровим ежектором.

якщо пристрій поміщається у підвалі будівлі, то потрібен циркуляційний насос для гарячої води, іноді його встановлюють у горищних технічних поверхах будівлі, щоб подача води реалізовувалась за рахунок природної циркуляції. У таких умовах досягається концентрація кисню 0,04 мл/дм 3 що забезпечує захист системи від корозії при температурі нижче 70°С.

У деаераторах для котлової живильної води здійснюється прямий контакт води з парою. Найчастіше застосовуються апарати тарілкового типу, що працюють під тиском чи вакуумом. Десорбер з розпиленням, що працює під невеликим тиском, широко застосовується у котельних установках. У деаераторі тарілкового типу холодна поживна вода проходить через холодильник, потім надходить у камеру, що нагрівається парою, де розбризкується на металеві тарілки. Після цього вода стікає у резервуар для зберігання. Пара наповнює весь простір, причому напрямок його руху такий, що він нагріває воду і видаляє гази, що виділяються. Таким чином, можна досягти практично повної відсутності кисню у воді.

У сучаснішої моделі деаератора відбувається розпилення води в атмосферу пари при тиску приблизно 0,1 кг/см 2 . Цей тип десорбера розроблений для суднових казанів. Пристрій складається з холодильника, секції з паровим обігрівом, секції деаерації, навколишнього впуск пари, і секції для зберігання деаерованої води, розташованої внизу апарату. Холодна поживна вода проходить через холодильник, потім через форсунки, що розпорошують, надходить в камеру, що обігрівається парою, і знову через форсунки в деаераційну камеру, а потім у водозбірник. Пара входить у деаераційну камеру під тиском 0,7 кг/см 2 і піднімається в холодильник, де випускаються гази, що видаляються, а теплота пари передається воді, що надходить в апарат. Більшість розчиненого кисню видаляється з води при початковому її нагріванні; останні 5% кисню видаляються значно складніше. І тому служить деаераційна камера, що забезпечує практично повне видалення кисню з води.

Найбільш потужні деаератори видаляють також увесь вільний двоокис вуглецю і частково напівпов'язану вуглекислоту та інші гази. При цьому внаслідок відсутності двоокису вуглецю рН води збільшується.

Існує безреагентна технологія глибокого видалення кисню для парових та водогрійних систем, з використанням гідрофобних мембран у контакторах, що дозволяє досягати глибокого ступеня очищення води – до 1 мкг/дм 3 .

Застосування десорбційних методів дозволяє видаляти газ до певної межі, недостатньої у ряді випадків за умов використання води. Крім того, не завжди є можливість і необхідність включення до схем складних апаратів для газовидалення. Тому на багатьох теплоелектростанціях для обробки поживної та додаткової води застосовуються хімічні методи зв'язування O 2 і CO 2 речовини, що є безпечними в корозійному відношенні.

Хімічні методи

В основі хімічних методів видалення з води розчинених газів лежить їхнє хімічне зв'язування, що досягається введенням реагентів або фільтруванням через спеціальні завантаження.

Для вилучення з води кисню застосовують її фільтрування через речовини, що легко окислюються, наприклад, сталеві стружки, інші регенеровані завантаження.

Ступінь видалення вільного кисню для запобігання корозії котлів і мереж залежить від температури теплоносія, об'єму води.

Зазвичай при 70°, як це має місце у багатьох системах ГВП, не потрібне зменшення вмісту кисню нижче 0,07 мл/дм 3 . Для парових котлів, що працюють під тиском нижче 17,5 кг/см 2 (без економайзерів), бажана межа не повинна перевищувати приблизно 0,02 мл/дм 3 . Для котлів високого тиску (або при застосуванні економайзерів) потрібна практично повна відсутність кисню, тобто нижче 0,0035 мл/дм3.

Існує багато реагентів та їх композицій під різними комерційними назвами, які можуть бути використані для нейтралізації кисню. У кожного реагенту є свої позитивні та негативні властивості та якості. Вони будуть розглянуті нижче.

Найпоширенішим реагентом для хімічного видалення кисню з води є сульфіт натрію Na 2 SO 3 під різними фірмовими назвами. Як у чистому вигляді, так і у вигляді каталітично активної форми. Як каталізаторів використовують дуже невеликі кількості міді або кобальту.

Концентрації сульфіту натрію, що рекомендуються, у різних авторів значно відрізняються. Для видалення 1 кг кисню потрібно близько 8 кг сульфіту натрію, проте є багато рекомендацій щодо дозування надлишкової кількості каталізатора - від 2 до 40 мг/дм 3 для конкретних котлів і режимів роботи.

Обробка води за допомогою Na 2 SO 3 заснована на реакції окиснення сульфіту розчиненим у воді киснем:

2Na 2 SO 3 + O 2 = 2Na 2 SO 4 .

У цій реакції як відновник виступає чотиривалентна сірка S 4+ , ​​яка віддає електрони кисню, окислюючись до S 6+ .

Важливим показником процесу зв'язування кисню є швидкість реакції між сульфітом натрію та киснем. Вона залежить від температури оброблюваної води і, відповідно до закону дії мас, - від кількості реагенту, що вводиться.

Так, при температурі води 40°C і дозі стехіометричного кількості сульфіту натрію процес завершується за 6-7 хвилин, при температурі 80°C час реакції становить трохи більше 1 хвилини. При 70% надлишку реагенту, відповідно до закону дії мас, реакція протікає до кінця протягом 2 хвилин за будь-якої температури.

При температурі понад 275°C (тиск насичення 6 МПа) сульфіт натрію може розкладатися з утворенням SO 2 або H 2 S, що значно збільшує швидкість корозії обладнання пароконденсатного тракту.

Тому даний реагент може бути використаний тільки для знекиснення води котлів середнього тиску (3-6 МПа), випарників і для живильної води теплової мережі.

Розчин сульфіту натрію концентрацією 3-6% готують у баку, захищеному від контакту з атмосферою, і потім, за допомогою дозатора, вводять в воду, що обробляється, з деяким надлишком проти стехіометричного кількості.

Однак передозування реагенту у багато разів підвищує електропровідність котлової води (зміст солей), а також шламоутворення, можливі проблеми у зв'язку з утворенням піни у котловій воді.

Сульфітування просто у здійсненні, не вимагає громіздкої та дорогої апаратури. Недоліком даного методу є те, що воно збільшує сухий залишок кількості 10-12 мг/дм 3 на 1 мг/дм 3 розчиненого кисню.

Розроблено та застосовується оригінальна ефективна технологія видалення O 2 з води із застосуванням зернистого фільтруючого матеріалу, виготовленого на основі синтетичних іонітів макропористої структури, в яку вбудовуються активні центри металів, зокрема, двовалентного заліза.

У процесі фільтрації води через шар завантажувального матеріалу окислення розчиненим киснем переводить закисні форми заліза (FeO) у подвійний оксид заліза (FeO.Fe 2 O 3 nH 2 O) або півтораокиси (Fe 2 O 3 .nH 2 O).

Сутність технологічного процесу полягає у застосуванні сорбенту, що має досить високу ємність поглинання по кисню (тобто являє собою редоксит у відновленій формі). Як такий сорбент використаний іонітний комплекс з перехідним металом, введеним у фазу іоніту.

При цьому процес хімічного поглинання кисню можна подати у вигляді наступного рівняння:

4RMe(ОН) n + О 2 + 2H 2 O → 4RMe(OH) (n+1) ,

У міру фільтрації води через шар редокситу все більша його частина переходитиме в окислену форму і, нарешті, здатність до подальшого поглинання кисню повністю вичерпана. Після закінчення робочого циклу Redox-фільтра виснажений сорбент піддається регенерації.

Регенерація є процес відновлення поглинальної здатності редокситу шляхом пропуску через шар, наприклад, тіосульфату натрію:

RMe(ОН) n + 2H 2 O → 4RMe(OH) (n-1) ,

де R - нерозчинний у воді складний радикал іоніту; Ме - перехідний метал.

Перед пропуском регенераційного розчину редоксит необхідно розпушувати зворотним струмом води. Після його відмивають від надлишку реагенту та продуктів регенерації.

Для барабанних котлів високих і надвисоких тисків застосовується гідразин у вигляді гидразин-гидрата чи гидразин-сульфата, які енергійно взаємодіють із киснем, окисляючись у результаті до води та азоту, тобто. не підвищуючи солевмісту води:

N 2 H 4 · H 2 O + O 2 = 3H 2 O + N 2.

Гідразин-гідрат можна успішно застосовувати для обробки поживної води як барабанних, так і прямоточних котлів (він не підвищує сухий залишок води), тоді як гідразин-сульфат - тільки для обробки поживної води барабанних котлів (він дещо збільшує сухий залишок).

Швидкість реакції залежить від температури, pH середовища, надлишку гідразину відповідно до закону дії мас, а також присутності каталізаторів. При температурі менше 30°C гідразин практично не взаємодіє з O 2 але при 105°C, pH = 9-9,5 і надлишку гідразину близько 0,02 мг/дм 3 час практично повного зв'язування кисню становить кілька секунд.

Гідразин вводиться у воду у вигляді 0,1-0,5% розчину з надлишком проти кількості стехіометричного з урахуванням того, що частина його витрачається на відновлення вищих оксидів заліза і міді з відкладень на трубах.

Гідразин-сульфат може застосовуватися при будь-яких тисках, проте найбільш доцільно використовувати його тільки при тиску 70 кгс/см 2 і вище, а при низькому тиску краще застосовувати сульфіт натрію через його меншу вартість.

Розрахунок дози гідразину g (мкг/кг) у перерахунку на NH 4 рекомендується проводити за формулою:

g=З 1+0,35С 2+0,15С 3+0,25С 4+40,

де З 1 - концентрація кисню в поживній воді до введення гідразину, мкг/кг; З 2 - концентрація нітритів у поживній воді до введення гідразину, мкг/кг; З 3 - концентрація заліза в поживній воді, мкг/кг; міді у поживній воді, кг/кг.

Концентрація гідразину в робочому розчині (мг/кг) розраховується за формулою:

де D - витрата поживної води, т/год; DН - середня (регульованого діапазону) подача насоса-дозатора, л/год.

При приготуванні робочого розчину гідразин-сульфату останній повинен бути нейтралізований їдким натром. його кількість, необхідне для нейтралізації, y (кг) розраховується за такою формулою:

у = 0,62 у 1 +0,04 ЩV б,

де у 1 - кількість завантажуваного гідразинсульфату, кг; Щ - лужність по фенолфталеїну води, що використовується для приготування робочого розчину, мг-екв/кг;

У котловій воді та в пароперегрівачах надлишок гідразину розкладається з утворенням аміаку:

3N 2 H 4 = 4NH 3 + N 2.

При організації гідразинної обробки води слід враховувати, що гідразин є високотоксичною та канцерогенною речовиною, при концентрації вище 40% він горючий, тому мають передбачатися спеціальні суворі заходи безпеки.

Для зв'язування кисню в котловій воді можуть застосовуватися інші органічні і неорганічні сполуки. Наприклад, гідрохінон (парадіоксибензол), пирогаллол (несимм-триоксибензол), ізоаскорбінова кислота, карбогідразин, N, N-діетилгідроксиламін (ДЕГА). Їхнє застосування регламентується рекомендаціями виробника конкретного обладнання.

Всі перераховані вище хімічні сполуки можуть входити в рецептуру багатьох комплексних фірмових складів для обробки котлової води і внутрішньокотлових поверхонь.

Вуглекислота, що надходить у пароводяний цикл через різні повітряні нещільності обладнання, а також за рахунок розкладання карбонатів солей (у додатковій воді), призводить до зниження рН води. Це, своєю чергою, посилює процеси корозії з допомогою взаємодії водневих іонів з металом, і навіть з допомогою зниження захисних властивостей окисної плівки лежить на поверхні металу. Внаслідок цього вуглекислота завжди є фактором посилення корозії.

Для запобігання вуглекислотній корозії обладнання конденсатно-живильного тракту ТЕС з барабанними котлами застосовується спосіб зв'язування вільної вуглекислоти шляхом введення в конденсат турбін або живильну воду лужного реагенту - водного розчину аміаку. Основним завданням такої обробки є підвищення pH води та конденсату на ділянках пароводяного тракту, що надійно забезпечує захист обладнання від корозії з водневою деполяризацією.

Дозування аміаку визначається його кількістю, необхідною для зв'язування діоксиду вуглецю гідрокарбонат амонію. Невеликий надлишок NH 3 понад цю кількість утворює вже карбонат амонію і підвищує pH води до значень вище 8,5:

NH 3 + H 2 O + CO 2 = NH 4 HCO 3
NH 4 HCO 3 + NH 3 = (NH 4) 2 CO 3 .

З наведених рівнянь слід, що з зв'язування 1 мг/дм 3 CO 2 досить 0,26 мг/дм 3 аміаку.

Аміак зазвичай вводиться в воду, що обробляється, у вигляді 1-5% розчину NH4OH за допомогою насосів-дозаторів, автоматизованих за витратою води. При концентрації вільної вуглекислоти у воді або парі понад 8 мг/дм 3 застосування аміаку зазвичай неприпустимо, оскільки може протікати корозія мідних сплавів (латуні), що застосовуються для виготовлення обладнання конденсатно-живильного тракту.

Розроблений і застосовується комбінований гідразино-аміачний режим, який характеризується введенням у теплоносій (в основному в поживну воду) аміаку з метою підвищення рН води та нейтралізації впливу вуглекислоти, а також введенням гідразину з метою зниження вмісту залишкового кисню після деаераторів. Завдяки впливу високого значення рН уповільнюються корозійні процеси сталі та мідних сплавів. Однак аміак, крім здатності до підвищення рН води, що амінується, має також здатність специфічного корозійного впливу на мідні сплави. Тому доза аміаку при введенні гідразино-аміачного режиму обмежується підтримкою у поживній воді вмісту аміаку на рівні, що не перевищує 1 мг/дм 3 .

Читайте статті та новини у Telegram-каналі AW-Therm. Підписуйтесь на YouTube-канал.