Очистка воды от растворенных газов

10.1. Общие положения

Удаление из воды растворенных газов – важная часть комплексного технологического процесса обработки воды, реализуемого на ТЭС и АЭС. Необходимость этого процесса вызвана стремлением уменьшить интенсивность коррозии внутренних поверхностей теплосилового оборудования под действием растворенных в теплоносителе агрессивных газов. Кроме того, наличие в воде растворенной углекислоты отрицательно сказывается на эффективности работы анионитных фильтров, установленных в схеме очистки добавочной воды.

Один из основных потоков, подвергаемых дегазации – питательная вода котлов. Однако растворенные газы удаляют и из потоков, не являющихся непосредственно рабочим телом. Такими потоками являются химически очищенная вода, подпиточная вода тепловых сетей, конденсат пара, возвращаемый в тепловой цикл станции от внешних потребителей, охлаждающая вода конденсаторов турбин.

Кислород О₂ и диоксид углерода СО₂ присутствуют в воде в результате растворения при контакте воды с атмосферным воздухом. Углекислота появляется в воде также в процессе химического обессоливания после стадии Н-катиониро-вания, а при умягчении воды методами Na- и Н- Na-катионирования вода дополнительно насыщается связанным диоксидом углерода. Азот – инертный газ, его наличие в воде обусловлено контактом воды с атмосферным воздухом, появление водорода Н₂ в воде – коррозией внутренних поверхностей теплосилового оборудования. Аммиак NН₃ попадает в воду главным образом в результате аминирования питательной воды и, кроме того, присутствует в химически очищенной воде, если в схеме подготовки воды установлены NН₄-катионитные фильтры. Такие газы, как сернистый ангидрид SO₂ и сероводород H₂S, могут присутствовать в теплоносителе при использовании на станции котлов среднего давления и обработке питательной воды сульфитом натрия.

Наиболее эффективный способ удаления растворенных газов из воды – десорбция.

Эффект дегазации можно повысить, увеличив удельную поверхность раздела фаз пара и воды. В этом случае при прочих равных условиях увеличивают время контакта воды с паром, не содержащим удаляемого из воды газа. На эффект дегазации существенно влияет повышение температуры воды, это обусловлено тем, что с повышением температуры уменьшается коэффициент абсорбции газа водой. На рис. 10.1 показана зависимость коэффициента абсорбции от температуры для кислорода, углекислоты и азота.

10.2. Удаление свободной углекислоты

Удаление из воды свободной углекислоты методом аэрации широко применяют на ВПУ ТЭС и АЭС. Использование термической деаэрации для удаления углекислоты в этих схемах нежелательно вследствие нагревания воды, которую пришлось бы после этого охлаждать для очистки в последующих ступенях схемы водоподготовки. Сущность метода аэрации заключается в продувании воздуха, свободного от углекислоты, через воду. Таким образом, при использовании данного метода, так же как и при термической деаэрации воды, над поверхностью обрабатываемой воды создается атмосфера, в которой парциальное давление углекислоты ничтожно мало по сравнению с парциальным давлением углекислоты в воде.

Удаление углекислоты производят в аппаратах, называемых декарбонизаторами, а сам процесс носит название декарбонизации. Декарбонизацию проводят в аппаратах как пленочного, так и барботажного типа. Принципиальная схема декарбонизатора пленочного типа представлена на рис. 10.2.

Декарбонизатор представляет собой цилиндрический стальной бак 1, внутри которого располагается насадка 2, состоящая из деревянных досок, уложенных в шахматном порядке с зазором, или из колец Рашига, представляющих собой керамические кольца. Вода подается в декарбонизатор сверху через патрубок 4. Со щита 6 она сливается через распределительные сопла 5 на поверхность насадки. Обрабатываемая вода омывает элементы насадки тонким слоем, а навстречу ей движется воздух, подаваемый в декарбонизатор вентилятором через патрубок 7. Удаляемая из воды углекислота переходит в воздух и вместе с ним выводится из декарбонизатора в атмосферу через патрубок 3. Прошедшая очистку вода стекает в поддон декарбонизатора и через гидравлический затвор по патрубку 8 поступает в бак декарбонизованной воды, который располагается под днищем декарбонизатора.

Рис.10.2. Принципиальная схема декарбонизатора

При правильно выбранной площади поверхности контакта воды с воздухом и достаточном расходе воздуха использование декарбонизатора пленочного типа позволяет снизить концентрацию растворенной углекислоты в декарбонизованной воде до 3 – 7 мг/дм³.

Конструкция барботажного декарбонизатора предусматривает продувку сжатого воздуха снизу через всю площадь сечения бака, в который сверху поступает обрабатываемая вода. Для этих аппаратов требуется более высокое давление воздуха, подаваемого компрессором, чем для декарбонизаторов пленочного типа. Кроме того, необходимо предусматривать очистку воздуха от смазочного масла компрессора.

В практике обработки воды получили широкое применение декар-бонизаторы с насадкой из колец Рашига. Расчет декарбонизатора состоит в определении геометрических размеров необходимой поверхности колец Рaшига и определении напора, создаваемого вентилятором. Площадь поперечного сечения декарбонизатора определяется по плотности орошения насадки, т. е. по расходу воды, приходящемуся на единицу площади поперечного сечения декарбонизатора. Плотность орошения для декарбонизатора с насадкой из колец Рашига принимают равной 60 м³/(м²·ч).

Таким образом, площадь поперечного сечения декарбонизатора, м²:

(10.4)

где Q – производительность декарбонизатора, м³/ч.

Диаметр декарбонизатора в метрах определяют из уравнения:

.

(10.5)

Размер колец Рашига независимо от производительности декарбонизатора cocтавляет 25´25´3 мм. Поверхность единицы объема колец Рашига равна 204 м²/м³, а масса 532 кг/м³. Количество колец при беспорядочной загрузке составляет 53200 шт/м³, свободный объем на 1 м³ насадки равен 0,74 м³/м³.

Необходимую поверхность насадки в метрах определяют из уравнения:

,

(10.6)

где G – количество удаляемого газа, кг/ч; ΔС_ср – средняя движущая сила десорбции, кг/м³ , k_ж – коэффициент десорбции, м/ч.

На основании расчета необходимо произвести выбор декарбонизатора из выпускаемых промышленностью, при этом необходимо обеспечить 25-процентный запас производительности по воде против расчетного.

10.3. Удаление кислорода физико-химическими методами

Удаление кислорода из воды производится десорбционными (физическими) и химическими методами.

Десорбционный метод удаления кислорода реализуется в термических деаэраторах, в которых происходит нагрев воды паром до температуры ее кипения при одновременном равномерном разбрызгивании жидкости и удалении из нее растворенных газов. В соответствии с законами Генри и Дальтона условиями хорошей работы деаэраторов являются нагревание воды до температуры кипения при давлении, поддерживаемом в аппарате, что обеспечивает практически равенство давления водяных паров общему давлению в газовой фазе, тонкое распыливание и равномерное распределение воды по сечению деаэратора, хорошее удаление паро-воздушной смеси из аппарата (количество выпара должно поддерживаться в пределах 3–5 % расхода греющего пара, что составляет 1–2 кг пара), достаточное время для выделения газов, определяемое правильным выбором размеров деаэраторной головки, равномерную нагрузку аппарата.

10.4. Деаэрация в деаэраторах атмосферного

и пониженного давления

Деаэраторы атмосферного давления, точнее работающие под небольшим избыточным давлением, применяются на ТЭС для деаэрации питательной воды паровых котлов, испарителей, паропреобразователей, подпиточной воды теплосетей (с охлаждением в водо-водяных теплообменниках) (рис. 10.5), а также для предварительной деаэрации загазованных составных частей питательной воды паровых котлов ВД и СВД (обессоленная вода, бойлерный конденсат, дистиллят, дренажи, конденсат из запасных баков – БЗК и др.), если их нельзя направить для предварительной деаэрации в конденсаторы турбин.

Защитные устройства – гидрозатворы – для предотвращения заброса воды из деаэраторного бака во внезапно остановившуюся турбину применяются на ТЭС.

Вакуумная деаэрация может применяться при температуре 40–80 °С и абсолютном давлении 0,0075–0,05 МПа. Вакуум создается и поддерживается водяными эжекторами типов ЭВ-1, ЭВ-75, а при большой производительности (более 400 м³/ч) еще и паровыми эжекторами, например типа ЭП-3-25/75 ХТГЗ, а также вакуум-насосами. Наиболее целесообразна последовательная установка эжекторов: сначала парового (первой ступени), а затем водяного, выполняющего одновременно роль конденсатора. Водяной эжектор работает на деаэрируемой воде, подаваемой затем в деаэратор.

Рис. 10.5. Струйно-барботажный деаэратор атмосферного давления (ДСА-ДА):

1 – деаэраторный бак, 2 – деаэрационная колонка, 3 – барботер "домик", 4, 5 – верхняя и нижняя тарелки, 6 – фланцевый разъем, 7 – гидрозатвор-перелив, 9 – отвод выпара в охладитель, 10 – подвод химически обработанной воды, 11, 12 – подвод холодного и горячего конденсата, 13, 14 – подвод основного и барботажного пара, 15 – отвод деаэрированной воды, 16 – опорожнение, 17 – лестница, 18 – направляющий лист

В качестве вакуумных, кроме специальных конструкций (рис. 10.6), могут применяться и деаэраторы обычного типа после проверки их прочности и производительности при работе под полным вакуумом и необходимого укрепления стенок деаэраторных баков, а в отдельных случаях и колонок. Могут быть применены и смешивающие деаэраторы-подогреватели конструкции типа Уралэнергочермета (рис. 10.7.). В них вода подогревается и деаэрируется как в струях, так и в водяном объеме путем барботажа. Деаэраторы должны снабжаться автоматическими регуляторами уровня, температуры и вакуума.

Рис.10.6. Вакуум-деаэраторы (по каталогу НИИЭинформэнергомаш):

а) ДСВ-ДВ Q = 25–300 т/ч; б) ДСВ-ДВ Q = 400 т/ч; (одна секция l = 2000 мм); 1 – вход воды; 2 – вход воды из охладителя выпара; 3 – вход пара; 4 – отвод воды; 5 – ввод конденсата; 6 – выход выпара; 6а – к эжектору; 7 – лаз (d = 400–500 мм); 8 – подвески-стяжки; 9 – охладитель выпара; 10 – подвод и отвод воды в охладитель выпара; 11 – дренаж

Применяя последние конструкции вакуумных деаэраторов большой производительности, можно деаэрировать подпиточную воду тепловых сетей с водогрейными котлами, используя для подогрева пар, получаемый при самоиспарении подогретой прямой сетевой воды. Возможен также подогрев холодной деаэрируемой воды горячей сетевой водой в поверхностных подогревателях с коррозионно-стойкими поверхностями нагрева, а также подогрев-кипячение воды, в деаэраторных баках горячей прямой сетевой водой (взамен парового барботажа).

Основным условием для обеспечения надежной работы вакуумного деаэратора, кроме обеспечения вакуума в соответствии с температурой воды является высокая герметичность, обеспечивающая отсутствие подсосов, особенно в водяной части. Трубопровод от колонки до деаэраторного бака должен быть цельносварным. Отдельную деаэрационную колонку необходимо размещать на высоте
11–12 м (но не менее 4–5 м) над деаэраторным баком, чтобы вода в нем, арматура и насосы находились под давлением. Это дает возможность избежать подсосов воздуха. Если невозможно размещение вакуумно-деаэраторной колонки на такой высоте, необходимо более надежно обеспечить отсутствие подсосов воздуха в агрегате (водяное уплотнение сальников, задвижек, насосов и других приборов и аппаратов установки).

Рис. 10.7. Смешивающий вакуумный струйно-барботажный деаэратор

конструкции Уралэнергочермета:

а), б) – варианты; 1 – корпус (корпус фильтра); 2 – охладитель выпара; 3 – разбрызгивающие тарелки с отверстиями; 4 – подвод пара в барботер; 5 – барботер; 6 – подвод воды; 7 – подвод охлаждающей воды в охладители выпара; 8 – отвод выпара к эжектору;
9 – отвод деаэрированной воды; 10 – разбрызгиватель

В деаэраторные баки воду из колонок следует подводить снизу и организовывать в баках паровую или газовую (азотную) подушку, устанавливать поплавки, применять «одеяла» из герметика и т. д.

Скорости в трубопроводах, подводящих воду в колонки деаэраторов, не должны превышать 1,5 м/с, а отводящих воду – 1 м/с. Скорость в трубопроводах паровоздушной смеси должна быть не более 10 м/с. Для сокращения длины трубопровода, отводящего паровоздушную смесь, и уменьшения объема парогазовой смеси необходимо охладители выпара устанавливать над колонками, а паровые эжекторы – возможно ближе к ним на 5–7 м выше уровня в баке рабочей воды, и на охлаждение подавать наиболее холодную воду.

Дата добавления: 2015-06-27