Удаление кислорода из воды производится не только десорбционными (физическими), но и химическими методами. Химическое связывание кислорода в коррозионно-инертные вещества производится несколькими способами, в основе каждого из которых лежат окислительно-восстановительные процессы. Так как эти процессы характерны еще для целого ряда типичных приемов водообработки, например, для очистки от биологических загрязнений, и важны при оценке коррозии конструкционных материалов основного и вспомогательного оборудования, то разберем их основные положения.

Окислительно-восстановительные реакции состоят из процессов окисления (отдачи электронов веществам) и восстановления (получения электронов веществами). Вещество, отдающее свои электроны в процессе реакции, называется восстановителем, а вещество, принимающее электроны – окислителем. Некоторые вещества могут существовать в окислительной и восстановительной формах и способны переходить из одной формы в другую, получая электроны или теряя их. За исключением кислорода и водорода, которые являются соответственно окислительными и восстановительными агентами, остальные вещества в зависимости от условий могут быть либо окислителями, либо восстановителями, что характеризуется окислительно-восстановительным потенциалом реакционной системы или редокс-потенциалом. Редокс-потенциал зависит от активности окислительно-восстановительной формы в соответствии с уравнением Норнста:

где n–число электронов, участвующих в окислительно-восстановительной реакции; k – параметр, зависящий от температуры; Е 0 – стандартный потенциал, определяющий равенство активностей окислительной и восстановительной форм.

Окислительно-восстановительный потенциал служит мерой окислительных и восстановительных способностей системы. Наиболее сильными окислителями являются ионы и , используемые для определения перманганатной или бихроматной окисляемости, а также фтор, озон и хлор.

Химические методы удаления из воды растворенных газов заключаются в связывании их в новые химические соединения. Строгое нормирование кислородосодержания при использовании восстановительных водных режимов в контурах теплоэнергетических станций с барабанными котлами, в теплосетях определяет необходимость использования не только физических методов дегазации, но и химических методов дообескислороживания, основанных на окислительно-восстановительных реакциях.

К числу используемых восстановителей относятся такие реагенты, как сульфит натрия, гидразин и окислительно-восстановительные группы, создаваемые на высокомолекулярных, нерастворимых в воде, полимерах.

Обработка воды сульфитом натрия основана на реакции окисления сульфита растворенным в воде кислородом:

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

Реакция протекает достаточно быстро при температуре воды не менее 80 0 С и рН ≤ 8. Этот способ обескислороживания применяется только для котлов среднего давления (3 – 6 МПа) и для подпиточной воды тепловой сети, так как при температуре свыше 275 0 С и давлении больше 6 МПа сульфит подвергается гидролизу и процессу самоокисления – самовосстановления:

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

Для прямоточных котлов и барабанных котлов высоких и сверхвысоких параметров применяется обескислороживание воды гидразином в форме гидразин-гидрата (N 2 H 4 ∙ H 2 O), который не повышает солесодержания воды.

N 2 H 4 ∙ H 2 O O 2 3H 2 O + N 2 .

Основными факторами, определяющими скорость этой реакции, являются температура, рН среды, избыток гидразина, а также присутствие катализаторов. Так, при температуре 105 0 С, рН = 9 ÷ 9,5 и избытке гидразина 0,02 мг/кг время полного связывания кислорода 2 – 3 секунды. 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.

В котловой воде и в пароперегревателях избыток гидразина разлагается с образованием аммиака:

3N 2 Н 4 4NH 3 + N 2 .

В присутствии оксидов металлов возможно также разложение гидразина с выделением Н 2:

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

Окислительно-восстановительные реакции можно осуществить при фильтровании воды через нерастворимые в воде высокомолекулярные вещества, имеющие в своем составе окислительно-восстановительные группы, способные к обратимому окислению и восстановлению. Примером таких веществ служат электроионообменники (ЭИ), используемые в схемах обескислороживания добавочной воды тепловых сетей, прошедшей предварительную стадию термической деаэрации. ЭИ получают введением в структуры ионита при синтезе материала. На таких смолах возможно одновременное и независимое протекание ионообменных и окислительно-восстановительных процессов. ЭИ могут быть получены на основе меди и висмута.

Определяющей при выборе типа ионита для насадки на него окислительно-восстановительных веществ является способность матрицы прочно удерживать нанесенные соединения. Эта способность зависит от знака заряда поверхности ионита.

Лекция №10

Организация химического обескислороживания.

Раствор сульфита натрия для обработки питательной воды котлов среднего давления приготавливают в баке, защищенном от контакта с атмосферой. Раствор концентрацией 3 – 6% вводится в питательный трубопровод перед насосами с помощью шайбовых и плунжерных дозаторов. Дозу сульфита натрия на обработку 1 м 3 питательной воды после термической деаэрации подсчитывают по формуле:

где g – расход технического сульфита, г/м 3 ;

Концентрация кислорода в обрабатываемой воде, г/м 3 ;

k – избыток реагента (2 – 3 г/м 3);

При организации гидразинной обработки надо учитывать свойства гидразингидрата. Гидразингидрат N 2 H 4 · H 2 O – бесцветная жидкость, легко поглощающая из воздуха кислород, углекислый газ и водяные пары, хорошо растворим в воде. Гидразин токсичен при концентрациях больше 40% , горюч, доставляется и хранится в виде 64% - го раствора в герметизированной таре из нержавеющей стали. Пары гидразина вызывают раздражение дыхательных путей, органов зрения, растворы гидразина действуют на кожный покров, поэтому при обращении с гидразином надо строго соблюдать соответствующие правила техники безопасности.

Расчетная доза гидразина должна учитывать не только его расход на связывание кислорода, но и на взаимодействие с оксидами металлов. Его дозировку рассчитывают по формуле:

g г = 3C 1 + 0,3С 2 – 0,15С 3 ,

где g г – расчетная доза гидразингидрата, мг/кг;

С 1 – С 3 – концентрация в питательной воде соответственно кислорода, соединений железа и меди, мг/кг.

Дозирование гидразина осуществляется в одну из двух точек: на всас питательных насосов или в турбинный конденсат перед подогревателем низкого давления (ПНД). Расчетное количество 100%-го гидразина φ, мг/кг, необходимое для загрузки в бак предварительного разбавления, определяют из соотношения:

где Д – расход питательной воды, м 3 /ч;

τ – время между перезарядками бака, ч.

Вместимость бака 10 м 3 для гидразина 20%-й концентрации обеспечивает примерно на два месяца запас реагента применительно для гидроэлектростанции (ГРЭС) мощностью 3600 МВт.

При заданном расходе питательной воды часовой расход реагента d, кг/ч, рассчитывают по формуле:

Обычно в питательной воде поддерживают избыточную концентрацию гидразина при нормальной эксплуатации 0,03 – 0.06 мг/кг.

Технологию применения химического обескислороживания рассмотрим на примере использования железооксидного электроионообменника (ЭИ). ЭИ этого типа способен к обескислороживанию и одновременно умягчению воды в схемах с предварительной вакуумной деаэрацией. Предварительная деаэрация воды обеспечивает ее подогрев до 60 – 80 0 С и частичное удаление растворенного кислорода, что положительно влияет на экономичность рассматриваемого способа. При отмеченных температурных условиях процесс может базироваться на типовых конструкциях ионитных фильтров. При исходном кислородосодержании обрабатываемой воды до 1 мг/кг электроионообменник обеспечивает снижение содержания кислорода до 5 – 20 мкг/кг.

Наличие гидроксида железа на поверхности электроионообменника способствует также обезжелезиванию.

Приведенные технологические характеристики обеспечивают высокую эффективность использования этого материала для обескислороживания подпиточной воды теплосети закрытого типа.

Очистка воды методами дистилляции.

Метод дистилляции.

Очистка (опреснение) вод с высоким солесодержанием, включая морские, а также переработка высокоминерализованных сбросных растворов в целях защиты окружающей среды – важнейшая научно-техническая задача.

Обработка высокоминерализованных вод и растворов может осуществляться во-первых, удалением из воды растворенных примесей, что реализуется, как правило, без фазовых переходов растворителя (воды) в парообразное или твердое состояние; во-вторых, - методом извлечения из раствора молекул водорода, основанном на изменении их агрегатного состояния (методом дистилляции).

Первый путь извлечения солей из раствора теоретически представляется более целесообразным, так как мольная доля растворенных даже высокоминерализованных примесей примерно в 100 и более раз меньше количества самих молекул воды. Однако технические трудности при реализации такого пути не позволяют во всех случаях экономически выгодно осуществить это преимущество.

При нагревании водных растворов молекулы воды приобретают энергию, превышающую силы молекулярного притяжения, и выносятся в паровое пространство. Когда давление насыщенного пара в воде становится равным внешнему давлению, вода начинает кипеть. Ионы и молекулы растворенных веществ, содержащихся в воде и находящихся в гидратированном состоянии, не имеют такого запаса энергии и переходят в пар при невысоких давлениях в весьма незначительном количестве. Таким образом, организовав процесс кипения водных растворов, можно разделить растворитель (воду) и содержащиеся в ней примеси. Дистилляция (термическое обессоливание) реализуется в испарительных установках (рисунок 1), в которых вода за счет получения теплоты от подводимого в нагревательную систему первичного пара превращается во вторичный пар, который затем конденсируется.

Рисунок 1 – Схема испарительной установки:

1 – линия подвода первичного пара; 2 – греющая секция; 3 – корпус испарителя; 4 – линия отвода образующегося (вторичного) пара; 5 – конденсатор; 6 – линия отвода конденсата первичного пара; 7 – линия подвода питательной воды; 8 – линия продувки; 9 – линия опорожнения; 10 – линия отвода дистиллята.

Первичный пар обычно отбирается от паровой турбины. Вещества, загрязняющие воду, остаются в объеме испаряемой воды и удаляются из испарителя с отводимой (продувочной) водой. Дистиллят – конденсат вторичного пара – содержит лишь незначительное количество нелетучих примесей, поступающих в него за счет капельного уноса испаряемой воды (концентрата).

Принимая в первом приближении, что переход примесей во вторичный пар равен нулю, оценим на основании материального баланса в испарителе концентрацию примесей в воде испарителя С в.и в зависимости от концентрации примесей в питательной воде С п.в и расхода продувки Р пр. . Уравнение материального баланса имеет вид:

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

где Р п.в – расход питательной воды (Р п.в = Р п + Р пр);

Р п – паропроизводительность.

Учитывая, что С п = 0, (Р п + Р пр)С п.в = Р пр С в.и, откуда .

Чем больше продувка, тем меньше концентрация примесей в воде испарителя (в продувке). Отрицательный температурный коэффициент растворимости солей жесткости при испарении воды концентрации ионов Са 2+ , Mg 2+ , , , ОН - до пределов, превышающих произведение растворимости СаСО 3 , CaSO 4 и Mg(OH) 2 , является причиной образования накипи на теплопередающих поверхностях в испарителях. Накипеобразование снижает производительность испарителей и ухудшает их технико-экономические показатели.

Испарительные установки бывают одно- и многоступенчатыми. Если вторичный пар конденсируется непосредственно в конденсаторе испарителя, то такая испарительная установка является одноступенчатой. В многоступенчатых установках (рисунок 2) вторичный пар каждой ступени, кроме последней, используется в качестве греющего пара следующей ступени и там же конденсируется.

Рисунок 2 – Схема многоступенчатой испарительной установки:

1 – линия подвода греющего пара; 2 – 4 – испаритель соответственно 1 – 3 ступеней; 5 – линия отвода вторичного пара; 6 – конденсатор; 7 – линия отвода конденсата; 8 – линия подвода питательной воды; 9 – подогреватель питательной воды; 10 – продувочная линия.

С увеличением числа ступеней увеличивается и количество конденсата (дистиллята), получаемого в испарительной установке с одной тонны первичного пара. Однако с ростом числа ступеней уменьшается температурный перепад между греющим и вторичным паром, что вызывает необходимость увеличения удельных поверхностей теплообмена, приводящего, в конечном счете, к увеличению габаритных размеров, удельных металлозатрат и удорожанию установки.

Питание многоступенчатой установки может осуществляться по параллельной схеме с питанием каждого испарителя из общего коллектора, но чаще – по последовательной схеме, как показано на рисунке 2. При этом всю питательную воду подают в первую ступень установки, а затем после ее частичного испарения вода перетекает в следующую ступень, а из последней сбрасывается в дренаж. Многоступенчатые испарительные установки используются на теплоэлектроцентралях с большими общими и внешними потерями пара и конденсата. Одноступенчатые испарительные установки применяются на конденсационных энергетических станциях (КЭС) при небольших потерях (1 – 3%) и включаются в схемы переработки сточных вод водоподготовительных установок при запрещенных сбросах.

В настоящее время в основном дистиллят производят из воды, предварительно умягченной на ионитных фильтрах, но в ряде случаев используется вода, прошедшая упрощенную обработку. Пар, подаваемый в испаритель, называется первичным, а образовавшийся из поступающей в испаритель воды – вторичным.

В испарителях мгновенного вскипания пар образуется не при кипении, а при вскипании воды, предварительно подогретой до температуры, превышающей на несколько градусов температуру насыщения воды, в камере, в которой происходит парообразование. Для них не требуется высокое качество питательной воды, так как процесс испарения воды при вскипании осуществляется без передачи теплоты через поверхность. Установки мгновенного вскипания называются также адиабатными или «флеш». Так как температура насыщения зависит от давления насыщения, то при осуществлении вскипания при давлении ниже атмосферного можно организовать работу испарителей рассматриваемого типа при температуре ниже 100 0 С, что снижает вероятность накипеобразования.

Одноступенчатый испаритель мгновенного вскипания с принудительной циркуляцией работает следующим образом (рисунок 3).

Рисунок 3 – Одноступенчатый испаритель мгновенного вскипания с принудительной циркуляцией.

Исходная вода поступает в конденсатор 1, после которого часть ее направляется в камеру испарения 3. Циркуляционный насос 5 забирает воду из камеры испарения и прокачивает через подогреватель 6, возвращая воду через сопло 2 в корпус испарителя. При отсосе неконденсирующихся газов паровым эжектором 8 происходит снижение давления в камере ниже давления насыщения пара, вследствие чего происходит испарение с поверхности капель и зеркала. Сепарация капель влаги осуществляется в устройстве 7. Дистиллят откачивается из испарителя насосом 4, его количество в одноступенчатых установках примерно равно количеству конденсирующегося пара.

Испарители мгновенного вскипания можно сооружать по многоступенчатой схеме, что обеспечивает меньший удельный расход теплоты. В опреснительных установках морской воды число ступеней может доходить до 30 – 40. Когда же такая установка включается в схему регенеративного подогрева питательной воды котлов, она выполняется по условиям баланса теплоты одноступенчатой или имеет три-четыре ступени.

Предотвращение накипеобразования в испарительных установках.

Опыт эксплуатации испарителей при питании солеными водами указывает на серьезные затруднения, возникающие из-за быстрого образования накипи на теплопередающих поверхностях, снижения коэффициента теплопередачи α и уменьшения эффективности работы испарителей.

Нарастание плотного слоя кристаллических отложений происходит из пересыщенного раствора в результате роста существующих на поверхности кристаллов (первичное накипеобразование), а также вследствие адгезии и адсорбции тонкодисперсных частиц, уже образовавшихся в испаряемой воде (вторичное накипеобразование).

Как правило, накипеобразование обоих видов протекает одновременно. Формирование накипи на поверхности можно представить следующим образом: образование зародышевых кристаллов в углублениях микронеровностей металла; возникновение образований типа кораллового кустика; заполнение промежутков между разветвлениями «кустика» мелкими частицами твердой фазы, образовавшейся в растворе и транспортируемой к теплопередающей поверхности.

Методики проведения расчетов, связанных с оценкой интенсивности накипеобразования, еще не разработаны, так как далеко не изучены все факторы, влияющие на данный процесс, в частности необходимо знать точные значения коэффициента активности ионов накипеобразователей для реальных параметров работы испарителя.

Методы борьбы с накипеобразованием в испарителях можно подразделить на физические, химические и физико-химические; кроме того, возможно использование для уменьшения накипеобразования специальных конструкций и материалов для испарителей.

Безреагентные методы.

Метод контактной стабилизации предложен Ланжелье и назван так из-за отсутствия при его использовании выделения твердой фазы на теплопередающей поверхности. Он основан на том, что энергия образования кристаллов на нерастворенных частицах примеси меньше, чем энергия самопроизвольного возникновения центров кристаллизации. Кристаллизация на веществе-стабилизаторе протекает при меньшем пересыщении раствора. За счет множества центров кристаллизации происходит осаждение избыточного сверх растворимости количества накипеобразователей. В качестве стабилизатора применяют дробленые материалы: известняк, мрамор, песок, через фильтрующий слой которых циркулирует испаряемая вода.

Высота фильтра должна составлять 1,8 – 2 метра. Скорость подъема рассола во избежание уноса стабилизирующего материала не должна быть больше 35 м/ч. Применение контактной стабилизации позволяет уменьшить количество накипи в испарителе на 80 – 90% , но он конструктивно сложен.

Магнитная обработка воды заключается в прокачивании ее через аппарат, в котором создается магнитное поле. Известно, что магнитными аппаратами оснащены установки, когда вода не стабильна, то есть пересыщена по СаСО 3 , работают эффективно. Теория магнитной обработки еще не сформирована, но проведенными исследованиями установлено следующее. Содержащиеся в воде, которая транспортируется по стальным трубам, ферромагнитные продукты коррозии и коллоидные частицы, обладающие электрическим зарядом и магнитным моментом, накапливаются в магнитном поле, создаваемом магнитным аппаратом. Увеличение концентрации твердой микрофазы в зазоре магнитного аппарата способствует кристаллизации карбоната кальция из нестабильной воды в ее объеме, в результате чего уменьшается скорость образования накипи, но увеличивается концентрация шлама при дальнейшем нагреве и испарении воды, подвергаемой магнитной обработке. Так как химический и дисперсный состав примесей природной воды меняются по сезонам и районам, а степень пересыщения воды по СаСО 3 зависит также от температуры, то эффективность магнитной обработки может изменяться в широких пределах вплоть до нулевых значений.

Ультразвуковая обработка при испарении воды может создавать за счет упругих механических колебаний среды значительных энергий условия, приводящие к нарушению кинетики кристаллизации в пристенном слое. Действие ультразвуковых волн на поверхность нагрева может возбуждать на границе кристаллических связей с поверхностью знакопеременные изгибные усилия, вызывающие, в конечном счете, отслаивание накипи. Механизм воздействия ультразвука на накипеобразования до конца не изучен.

Е.Ф. Тебенихин, Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. М.:Энергоатомиздат, 1985.

Лекция №11

Предотвращение накипеобразования в испарительных

установках химическими и другими методами.

Химические методы. Стабилизацию подкислением применяют для предупреждения образования на теплопередающих поверхностях накипи карбоната кальция и гидроксида магния.

Природная вода, содержащая Са 2+ , , , СО 2 , в зависимости от состояния углекислотного равновесия системы может быть агрессивной, стабильной или нестабильной. Основным критерием стабильности такой системы, используемым в практике, является «индекс стабильности», предложенный Ланжелье.

Для природных вод выполняются соотношения рН равн ≥ рН факт. Разность между фактическим и равновесным значениями обозначается через Y и называется индексом стабильности или индексом Ланжелье:

рН факт – рН равн = Y.

При Y = 0 вода стабильна, при Y < 0 она агрессивна, при Y > 0 вода нестабильна и способна к образованию отложений. При стабилизированной обработке воды подкислением добиваются того, чтобы индекс стабильности был близок к нулю. Зная характер изменения рН факт = f 1 (Щ) и рН равн = f 2 (Щ) при снижении щелочности воды в результате подкисления, можно решить эти уравнения в отношении ΔЩ (снижения щелочности до стабильного состояния).

Требуемую дозу, мг/кг, технической серной или соляной кислоты можно определить по формуле:

где е – эквивалентная масса кислоты, мг-экв/кг;

Доза кислоты зависит от щелочности питательной воды, температуры процесса дистилляции и кратности упаривания и составляет обычно 70 – 90% щелочности исходной воды. Передозировка кислоты может вызвать коррозию конструкционных материалов испарительной установки, в связи с чем необходим тщательный контроль за процессом дозирования. Применение бисульфата натрия аналогично подкислению, так как в результате диссоциации NaHSO 4 образуются ионы водорода.

Для подкисления можно использовать хлорное железо, при этом наряду с ионом водорода при гидролизе образуется взвесь гидроксида железа, частицы которого служат центрами кристаллизации накипеобразователей.

Физико-химические методы. В их основе лежит применение химических реагентов-присадок-поверхностно-активных веществ, вводимых в испаряемую воду в настолько малом количестве (1 – 20 мг/кг), что реакция их с примесями воды не играет существенной роли. Эффективность таких присадок обусловлена тем, что вследствие их большой поверхностной активности кристаллизация накипеобразователей на поверхности нагрева резко снижается. Поверхностно-активные вещества адсорбируются в виде мономолекулярной пленки на поверхности зародышевых кристаллов, либо затрудняя адгезию их на поверхности.

Сильными стабилизирующими-пептизирующими свойствами, способными предотвращать коагуляцию частиц в широком диапазоне содержания твердой фазы, характеризуются некоторые вещества-антинакипины, присутствующие в воде обычно в виде мицелл и микромолекул.

Помимо перечисленных реагентов используются также некоторые комплексообразователи, например, гексаметафосфат натрия Na(NaPO 3) 6 и некоторые другие полифосфаты.

При высокой температуре (до 120 0 С) и большой жесткости воды хороший эффект дало применение антинакипных реагентов, содержащих полиакриловую кислоту, соли ЭДТК (трилон Б), сульфонол и другие.

Кроме перечисленного производится удаление (очистка) накипи с поверхностей аппаратов химическим способом с применением реагентов – серной, соляной, лимонной, уксусной и другими.

Технологические методы ограничения накипеобразования. Они применяются прежде всего в испарительных установках с вертикальнотрубными греющими секциями. Примеров технологических методов ограничения накипеобразования может быть использование организованно удаляемого газа (газовой сдувки) испарителей для насыщения углекислым газом питательной воды. При термическом распаде бикарбонатов в газовую фазу, как известно, выделяется углекислый газ. Смешивая его с водой в таком количестве, которое превышает равновесное значение, воде придают агрессивные свойства по отношению к карбонату кальция, что препятствует его выделению в подогревателях питательной воды. Следует учитывать, что при избыточном содержании углекислого газа в воде, снижающим рН, интенсифицируются коррозионные процессы конструкционных материалов.

Методы получения чистого пара в испарительных установках.

Загрязнение насыщенного пара неорганическими соединениями связано, во-первых, с уносом влаги (механический унос) и, во-вторых, с растворимостью некоторых веществ в водном паре. Основной вклад в загрязнение пара вносит механический (капельный) унос. Обычно испаряемая вода выносится в виде капель размером от 0,5 до 3 мкм, образующихся при разрушении паровых пузырьков, выходящих за пределы водяного объема.

Вынос солей с паром интенсифицируется при вспенивании воды испарителя, причем структура пены зависит от нагрузки и давления в испарителе. Следует подчеркнуть, что закономерности уноса капель влаги паром действуют одинаково как для испарительных установок, так и для других агрегатов, производящих пар. Для обеспечения высокой чистоты пара в испарителях применяют: объемную сепарацию в паровом пространстве, для чего высоту парового пространства выбирают равной не менее 1,5 метра, а для сильнопенящихся растворов – 2,5 – 3 метра; дырчатые листы перед пароприемными трубами для выравнивания скоростей пара в этой зоне; жалюзные сепараторы для улавливания капель влаги.

Эффективным средством обеспечения чистоты пара является промывка пара питательной водой. Промывка осуществляется обычно барботированием мелких пузырьков пара через слой промывочной воды, солесодержание которой значительно меньше солесодержания испаряемой воды, что обеспечивает КПД промывки не менее 90%. При высоких требованиях к качеству дистиллята, промывку пара осуществляют внешним или собственным конденсатом, в ряде случаев организуется двухступенчатая промывка пара. Рассмотренные меры позволяют получать дистиллят при питании испарителей умягченной водой, удовлетворяющей требованиям ПТЭ электрических станций и сетей, используемый для питания без дополнительной очистки в качестве добавочной воды (питательной) барабанных котлов. На энергоблоках с прямоточными котлами необходима дополнительная очистка дистиллята на БОУ.

| | | | | | | | | | | 12 | | | иногда требуется связывание кислорода и углекислоты. Деаэрация может производиться различными методами. Даже при наличии деаэрирующего оборудования (деаэратора), может потребоваться дополнительно снижение концентрации растворенных кислорода и углекислого газа при помощи специальных .

Способы деаэрации питательной воды в котельных

. Использование реагентов

Для связывания кислорода в питательной и сетевой воде можно использовать комплексные , позволяющие не только снизить концентрацию кислорода и углекислого газа до нормативных значений, но стабилизировать рН воды и предотвратить образование отложений. Таким образом, может быть достигнуто требуемое качество сетевой воды без применения специального деаэрирующего оборудования.

. Химическая деаэрация

Суть химической деаэрации состоит в добавлении в питательную воду реагентов, которые позволяют связать содержащиеся в воде растворенные коррозионноактивный газы. Для водогрейных котлов мы рекомендуем использовать комплексный реагент - ингибитор коррозии и отложений . Для удаления из воды растворенного кислорода при водоподготовке для паровых котлов - , который часто позволяет работать без деаэрации . В случае, если имеющийся деаэратор работает некорректно, то для коррекции водно-химического режима рекомендуем использовать реагент . Для пищевых производств также рекомендуется использовать реагент Advantage 456

. Деаэраторы атмосферного типа с подводом пара

Для деаэрации воды в котельных с паровыми котлами применяются в основном термические двухступенчатые деаэраторы атмосферного типа (ДСА), работающие при давлении 0,12 МПа и температуре 104 °С. Такой деаэратор состоит из деаэрационной головки, имеющей две или более перфорированные тарелки, или другие специальные устройства, благодаря которым исходная вода, разбиваясь на капли и струи, падает в аккумуляторный бак, встречая на своем пути движущийся противотоком пар. В колонке происходит нагрев воды и первая стадия ее деаэрации. Такие деаэраторы требуют установки паровых котлов, которые усложняют тепловую схему водогрейной котельной и схему химводоподготовки.

. Вакуумная деаэрация

В котельных с водогрейными котлами, как правило, применяются вакуумные деаэраторы, которые работают при температурах воды от 40 до 90 °С.
Вакуумные деаэраторы имеют множество существенных недостатков: большая металлоемкость, большое количество дополнительного вспомогательного оборудования (вакуумные насосы или эжекторы, баки, насосы), необходимость расположения на значительной высоте для обеспечения работоспособности подпиточных насосов. Главным же недостатком является наличие существенного количества оборудования и трубопроводов, находящихся под разряжением. В результате через уплотнения валов насосов и арматуры, неплотности во фланцевых соединениях и сварных стыках в воду поступает воздух. При этом эффект деаэрации полностью пропадает и даже возможен рост концентрации кислорода в подпиточной воде по сравнению с исходной.

. Термическая деаэрация

В воде всегда содержатся растворенные агрессивные газы, прежде всего кислород и углекислота, которые вызывают коррозию оборудования и трубопроводов. Коррозионно-активные газы попадают в исходную воду в результате контакта с атмосферой и других процессов, например, ионном обмене. Основное коррозионное воздействие на металл оказывает кислород. Углекислота ускоряет действие кислорода, а также обладает самостоятельными коррозионными свойствами.

Для защиты от газовой коррозии применяется деаэрация (дегазация) воды. Наибольшее распространение нашла термическая деаэрация. При нагреве воды при постоянном давлении растворенные в ней газы постепенно выделяются. Когда температура повышается до температуры насыщения (кипения), концентрация газов снижается до нуля. Вода освобождается от газов.

Недогрев воды до температуры насыщения, соответствующей данному давлению, увеличивает остаточное содержание в ней газов. Влияние этого параметра весьма существенно. Недогрев воды даже на 1 °С не позволит достичь требований «ПУБЭ» для питательной воды паровых и водогрейных котлов.

Концентрация растворенных в воде газов очень мала (порядка мг/кг), поэтому недостаточно выделять их из воды, а важно еще удалить их из деаэратора. Для этого приходится подавать в деаэратор избыточный пар или выпар, сверх количества, необходимого для нагрева воды до кипения. При общем расходе пара 15-20 кг/т обрабатываемой воды, выпар составляет 2-3 кг/т. Снижение выпара может существенно ухудшить качество деаэрированной воды. Кроме того, бак деаэратора должен иметь значительный объем, обеспечивающий пребывание в нем воды не менее 20 ... 30 минут. Длительное время необходимо не только для удаления газов, но и для разложения карбонатов.

Для самостоятельного выбора реагентов

Получить консультацию по подбору:

Заполнить

Изобретение может быть использовано на химводоочистках котельных производственных и иных предприятий, получающих горячую сетевую воду, в производстве натрийкатионированной воды для питания паровых котлов. Для осуществления способа ведут фильтрацию воды через высокоосновной анионит AM гелевой структуры в SO 3 -форме. Время контакта воды с ионитом не менее 7,5 мин. Регенерацию отработанного анионита производят раствором сульфита натрия с концентрацией не выше 8%. Способ обеспечивает повышение эффективности удаления из воды кислорода. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение предназначено для удаления кислорода из воды на химводоочистках (ХВО) котельных производственных и иных предприятий, получающих горячую сетевую воду. Особенно перспективно применение изобретения в производстве Na-катиониро-ванной воды для питания (или подпитки) паровых котлов. Наиболее универсальным методом удаления из воды растворенного кислорода для обработки большинства водопроводных вод является вакуумная деаэрация /Лосев В. Л. Электрохимическое обескислороживание воды в системах горячего водоснабжения. Водоснабжение и санитарная техника, 1965, N3, с. 18-23/. К недостаткам метода относятся значительные габариты аппаратов, что вынуждает увеличивать помещение теплового пункта по площади и высоте и высокие стоимостные показатели сооружения установки. Известен способ удаления растворенного в воде кислорода путем применения специальных электронообменных смол с введенными в них катионами железа или меди. Выпускаемая промышленностью электронообменная смола ЭИ-12 имеет поглотительную способность по кислороду 45 кг O 2 /м 3 /Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий. -М.: Стройиздат, 1977, c.230/. Недостатком данного способа является низкая поглотительная способность материала, приводящая к частому осуществлению операции регенерации ЭИ-12, и низкая химическая устойчивость электронообменного ионита относительно востановителей. Так, регенерация отработанного ЭИ-12 осуществляется растворами сульфита или тиосульфата натрия концентрацией не выше 1-2%. Применение для регенерации таких разбавленных растворов приводит к увеличению продолжительности операции регенерации и объемов сбрасываемых промывных вод. Задачей данного изобретения является повышение эффективности удаления из воды кислорода путем пропускания исходной воды через высокоосновной анионит AM гелевой структуры, получающийся последовательно реакциями хлорметилирования и аминирования триметиламином гранульного сополимера стирола с 4-8% ДВБ (Ласкорин Б.Н., Иоанисиани П.Г., Никульская Г.Н. Синтез новых ионитов. - В кн. :Ионообменные сорбенты в промышленности. Изд-во АН СССР, 1963, с.21-31), находящийся в рабочей сульфитной форме. Причем время контактирования воды с анионитом составляет не менее 7,5 минут, так как при меньшем времени контактирования происходит резкое увеличение содержания кислорода в фильтрате даже при относительно небольшом количестве пропущенной воды, обусловленное, вероятно, уменьшением эффективности диффузии кислорода к поверхности анионита из-за сокращения времени контакта последнего с водой. Регенерация отработанного анионита осуществляется раствором сульфита натрия концентрацией не выше 8%. При концентрации регенерирующего раствора сульфита натрия более 8% происходит заметное снижение емкости анионита по сульфит-иону (табл.2), изменение цвета анионита от желтого до черного, обусловленное разрушением последнего при контакте с высококонцентрированным раствором восстановителя. Пример. Через высокоосновной анионит гелевой структуры AM, находящейся в сульфитной форме, пропускалась водопроводная вода (СO 2 - 9,2 мг/дм 3 при 21,2 o С) со скоростью 75 см 3 /ч. Время контакта 7,5 мин. Объем анионита в колонке диаметром 10 мм составлял 10 см 3 . Регенерация отработанного анионита осуществлялась (после появления фильтрата с содержанием растворенного кислорода 1,0 мг/дм 3) раствором 8% сульфита натрия. В табл.1 и 2 представлены результаты экспериментов. При фильтровании исходной воды через слой анионита AM, находящейся в сульфитной форме, происходит окисление растворенным в воде кислородом - сульфит-иона анионита до SО 4 . Эффективность массообменного процесса обеспечивает низкое содержание кислорода в обработанной воде (не более 1,0 мг/дм 3) в течение значительной продолжительности фильтроцикла. Регенерация анионита осуществляется по достижении им значения поглотительной способности по кислороду не более 180 мг О 2 /дм 3 . При больших значениях поглотительной способности анионита возможно ухудшение качества фильтрата по кислороду (более 1,0 мг О 2 /дм 3). Высокая химическая устойчивость анионита в востановительной среде позволяет осуществлять регенерацию анионита AM раствором сульфита натрия концентрацией 8%, что в четыре-восемь раз превосходит концентрацию раствора для случая регенерации материала прототипа (ЭИ-12). При больших концентрациях раствора Na 2 SO 3 происходит заметное снижение содержания сульфит-иона в анионите (емкости), а следовательно, и поглотительной способности анионита по кислороду.

Формула изобретения

1. Способ удаления из воды кислорода, заключающийся в фильтрации воды, содержащей растворенный кислород, через ионит с последующей регенерацией, отличающийся тем, что фильтрацию осуществляют через высокоосновный анионит AM гелевой структуры в SО 3 -форме, а регенерацию отработанного анионита производят раствором сульфита натрия с концентрацией не выше 8%.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время контакта исходной воды с ионитом составляет не менее 7,5 мин.

Похожие патенты:

Изобретение относится к установкам непрерывного действия для опреснения морских, соленых вод и электропроводных растворов и может быть использовано для переработки загрязненных сточных вод промышленных предприятий, в том числе нефтепродуктами, а также для получения подпиточной воды котлов тепловых и электрических станций

Изобретение относится к способам выделения ионов тяжелых металлов сорбцией на целлюлозосодержащих сорбентах из растворов различной природы, образующихся после проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано для очистки хромсодержащих сточных вод при организации оборотного водоснабжения, для очистки промывных вод гальванических производств от тяжелых металлов и ряда органических веществ, очистки маслоокалиносодержащих сточных вод, мышьяксодержащих растворов, для очистки стоков предприятий горной, металлургической, химической и других отраслей промышленности

Процесс водоподготовки часто сопровождается удалением таких газов, как углекислота, кислород и сероводород. Эти газы являются коррозийно-агрессивными, так как обладают свойствами обусловливать или усиливать коррозию металлов. Кроме того, углекислотаагрессивна по отношению к бетону, а наличие сероводорода придает воде неприятный запах. В силу вышеперечисленного актуальназадачанаиболее полного удаления этих газов из воды.

Дегазация воды - это комплекс мероприятий, направленных наудаление из воды растворенных в ней газов. Существуютхимические и физические методыдегазацииводы. Химические методы дегазации воды предполагают использование определенных реагентов, связывающих газы,растворенные в воде. Например, обескислороживание воды достигаетсявведением в нее сульфита натрия, гидразина или сернистого газа. При введении в воду сульфита натрияпроисходит его окислениедо сульфата натрия растворенным в воде кислородом:

2Na 2 SO 3 + О 2 → 2Na 2 SO 4

Введенный в воду сернистый газ реагирует с ней и превращается в сернистую кислоту:

SO 2 + Н 2 О → H 2 SO 3 ,

Которая, в свою очередь, растворенным в воде кислородом окисляется до серной кислоты:

2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 4

При этом в настоящее время в используются модифицированные растворы сульфита натрия (реагенты , и пр.), имеющие ряд преимуществ в сравнении с чистым раствором сульфита натрия.

Гидразин способствует практически полному обескислороживанию воды.

Введенный в водугидразин связывает кислород и способствует выделениюинертного азота:

N 2 H 4 + O 2 → 2H 2 O + N 2

Обескислороживание воды последним способом -наиболее совершенный, но и, в то же время,наиболее дорогой метод (из-за высокой стоимости гидразина).В связи с этим данный способ применяют в основном после физических методов обескислороживания воды с целью удаления остаточных концентраций кислорода. При этом гидразин относится к веществам первой категории опасности, что также влечёт ограничения по возможности его применения.

Одним из вариантовхимического метода является обработка воды хлором:

а)с окислением сероводорода до серы:

H 2 S + C l 2 → S + 2HC l

б)с окислением сероводорода до сульфатов:

H 2 S + 4 С l 2 + 4 Н 2 О -> H 2 SO 4 + 8HCl

Протекание этих реакций (так же как и промежуточных реакций образования тиосульфатов и сульфитов) происходит параллельно; их соотношение определяется в первую очередь дозой хлора и рН воды.

Недостатки химических методов газоудаления:

а) Процесс обработки воды усложняется и удорожается необходимостью применения реагентов. При больших часовых потоках через дегазация химическими реагентами при сравнительной простоте своей реализации начинает сильно проигрывать термической дегазации по эксплуатационным затратам.

б) Нарушение дозировки реагентов приводит к ухудшению качества воды.

Эти причины обуславливают значительно более редкое применение на крупных объектах химических методов газоудаления, чем физических.

Существует два основных способа удаления из воды растворенных газов физическими методами:

1) аэрацией - когда очищаемая от газа вода активно контактирует с воздухом (при условии, что парциальное давление удаляемого газа в воздухе близко к нулю);

2) созданиемусловий, при которых растворимость газа в воде снижается практически донуля.

Аэрацией обычно удаляют из воды свободную углекислоту и сероводород, парциальное давление которыхв атмосферном воздухе близко к нулю. Дегазаторы, осуществляющие аэрацию, в зависимости отконструктивного устройства, характера движения воды и воздуха и протекания процесса дегазации делятся на:

1) Пленочные дегазаторы (декарбонизаторы) - это колонны с насадкой(деревянной, кольцаРашига и др.), по которой тонкой пленкой стекает вода.Предназначение насадки -создание обширной поверхности контакта воды и воздуха. Воздух, нагнетаемый вентилятором, движетсянавстречу потоку воды;

2) .В нихидет продувка сжатого воздуха через слой медленно движущейся воды;

Второй способ применяется при удалении кислорода из воды, поскольку ясно, что первый способ здесь не сработает из-за значительного парциального давления кислорода в атмосферном воздухе.Чтобы удалить кислород, воду доводят до кипения, при этом происходит резкое снижениерастворимости всех газов в воде.

Доведение воды до кипения осуществляется:

1) ее нагреванием (в деаэраторах атмосферного типа);

2) снижениемтемпературы кипения воды путем понижения давления (в вакуумных деаэраторах).

В деаэраторах атмосферного типа предварительная деаэрация осуществляется в специальных деаэрационных колонках за за счет избыточного количества пара, попадающего в деаэрационный бак через подводящий паровровод, а окончательная - в деаэрационных баках за счёт продувки паром. В вакуумных дегазаторах (деаэраторах) специальные устройства (такие как вакуум-насосыиливодоструйные эжекторы)создают давление, при котором происходит кипение воды при данной температуре.

В процессе водообработки основное применение в процессах удаления углекислого газа нашли пленочные дегазаторы, для удаления сероводорода (совместно с радом других задач - подачей кислорода, как окислителя в , ) - барботажные, а для обескислороживания воды в присутствии источников пара на объекте - термические, при отсутствии - вакуумные.

Проектирование дегазаторов предусматривает определение площади поперечного сечения дегазатора, высоты водного столба в нем, необходимого расхода воздуха, тип и площадь поверхности насадки, требуемой для достижения заданного эффекта дегазации.

Очистка воды от углекислого газа называется дегазацией, этот процесс бывает химическим и физическим. Во всякой природной воде всегда есть растворённые газы, причём некоторые из них оказывают коррозионное действие на трубы – такие как кислород, углекислый газ и сероводород. К тому же, последний придает воде неприятный запах тухлых яиц, а углекислый газ даже способен активно разрушать бетон. Поэтому одна из приоритетных задач – избавление от этих компонентов при или производства.

Химическая дегазация

В процессе химической очистки воды от углекислого и других газов применяются реагенты, химически связывающие газы, растворённые в ней. Например, очистить от кислорода воду можно, добавив в неё сернистый газ, сульфит натрия или гидразин.

Сульфит натрия окисляется кислородом до сульфата, из сернистого газа получается вначале сернистая кислота, которая окисляется до серной. Практически полностью можно очистить воду при помощи гидразина – при реакции с ним кислород полностью поглощается, а выделяется инертный азот. Использование гидразина является наиболее эффективным способом химической очистки воды, но и самым дорогим из-за высокой стоимости реагента. Поэтому он чаще всего используется для окончательной дегазации воды после использования физических методов.

При удалении сероводорода чаще всего используется хлор, который окисляет сероводород до серы или до сульфатов. Обе реакции протекают параллельно, а преобладание одной из них зависит от рН среды и концентрации хлора.

Недостатки химических способов очистки воды от углекислого и прочих газов:

• использование реагентов удорожает и усложняет процесс очистки воды;
• передозировка реагентов приводит к ухудшению качества очищаемой воды.

Из-за этого химическая дегазация используется реже, чем физическая.

Физическая дегазация

Физически растворённые газы можно удалить из воды двумя способами:

1. довести почти до нуля парциальное давление удаляемого газа в атмосфере, контактирующей с водой;
2. создать условия, когда растворимость газа в воде стремится к нулю.

Первый способ называется аэрацией воды, с помощью него осуществляется очистка воды от углекислого газа и сероводорода, имеющих очень низкое парциальное давление в атмосфере.

Кислород, составляющий значительную долю атмосферы, аэрацией удалить невозможно. Поэтому для его удаления вода доводится до кипения, при котором любой газ стремится её покинуть. Вода либо нагревается в термических деаэраторах, либо её вакуумируют до момента закипания в вакуумных дегазаторах.

Существуют несколько типов дегазаторов, различающихся конструктивно, характером движения воздуха и воды и условиями процесса дегазации:

• плёночные дегазаторы. Это колонны, наполненные различными насадками, по которым тонкой плёнкой стекает вода. Насадки многократно увеличивают поверхность контакта воды с воздухом, который подаётся вентилятором во встречном направлении;
• барботажные дегазаторы. В них через толщу медленно движущейся воды проходят пузырьки сжатого воздуха;
• вакуумные дегазаторы. Здесь разрежение над водой создаётся специальными устройствами до того момента, пока она не начинает кипеть при имеющейся температуре.

В сфере чаще применяются плёночные дегазаторы, а для избавления от кислорода – термические или вакуумные. Дороговизна эксплуатации барботажных дегазаторов из-за большого расхода энергии на сжатие воздуха ограничивает их использование.

Проектирование дегазаторов должно отталкиваться от следующих параметров:

• площадь поперечного сечения аппарата, которая зависит от допустимой плотности орошения насадки;
• площадь поверхности насадки, необходимой для эффективной дегазации;
• расход воздуха.

Очистка воды от углекислого газа, кислорода и сероводорода – важный этап комплексной водоочистки. Эта процедура позволяет избавиться от вредных компонентов, которые в противном случае оказывают губительное воздействие на дорогостоящее промышленное оборудование.