Очистка воды от растворенных газов

Общие положения. Десорбция газов (термическая деаэрация).

Вода, используемая в технологических процессах на теплоэнергетических станциях, содержит различные растворенные в ней газы. Наличие этих газов в воде объясняется как их сорбцией и протеканием химических реакций в процессе образования примесей в природной воде, так и появлением их в процессе очистки.

Растворенные в воде газы можно разделить на химически не взаимодействующие (Н₂, О₂, СН₄) и химически взаимодействующие с водой и ее примесями (NH₃, СО₂, Cl₂). Эти газы можно разделить также на коррозионно-активные (О₂, СО₂, NH₃, Cl₂, H₂S) и инертные.

Удаление из воды растворенных газов – важная часть комплексного технологического процесса обработки воды. Необходимость этого процесса вызвана стремлением уменьшить интенсивность коррозии внутренних поверхностей теплосилового оборудования под действием растворенных в теплоносителях агрессивных газов. Кроме того, наличие в воде растворенной углекислоты отрицательно сказывается на эффективности работы ионитных фильтров.

Один из основных потоков, подвергаемых дегазации, - питательная вода котлов. Растворенные газы удаляют также и из потоков, не являющихся рабочим телом: химически очищенная вода, подпиточная вода тепловых сетей, конденсат пара внешних потребителей и конденсаторов турбин.

Кислород и углекислый газ присутствуют в воде в результате растворения при контакте с атмосферным воздухом. Углекислый газ появляется также в процессе химического обессоливания после стадии Н-катионирования, при умягчении воды, аммиак NH₃ появляется в воде в результате аминирования питательной воды. Двуокись серы SO₂ и сернистая кислота H₂S появляются при обработке воды сульфитом натрия. Концентрация газов в воде зависит от многих факторов: физическая природа газа, степень насыщения, давление в системе и температура воды.

Наиболее эффективный способ удаления растворимых газов из воды – десорбция. Этот способ основан на известных законах Генри-Дальтона, характеризующих зависимость между концентрацией в воде растворенного газа и его парциальным давлением.

Концентрация растворенного в воде газа выражается уравнением:

С_г = К_гР_г = К_г (Р_общ - ), (1)

где С_г – концентрация растворенного в воде газа, моль/кг;

К_г – коэффициент адсорбции газа над водой (константа Генри);

Р_г – парциальное давление газа над водой;

Р_общ – общее давление над водой;

- парциальное давление водяного пара над водой.

Как видно из (1), понижение концентрации газа в воде происходит с уменьшением разности , то есть в случае приближения парциального давления водяных паров к значению полного давления газовой смеси. Это достигается созданием над поверхностью воды, содержащей рассматриваемый газ, смеси газов, в составе которой практически отсутствует удаляемый из воды газ. Таким образом, для удаления газа из воды необходимо создать условия, при которых парциальное давление его над поверхностью воды было бы равно 0.

Удаление газа из воды существенно зависит от кинетики десорбции, которая может быть выражена уравнением:

, (2)

где − скорость десорбции;

С_г – концентрация удаляемого газа;

- равновесная концентрация газа;

k – коэффициент пропорциональности;

f – удельная поверхность раздела фаз.

Наибольший эффект достигается при , то есть при парциальном давлении удаляемого газа над водой, близком к нулю. При постоянных k и f концентрация газа в воде зависит только от времени дегазации, с увеличением которого концентрация газа в воде уменьшается. Время дегазации находят, задаваясь определенной концентрацией растворенного в воде газа.

Эффект дегазации можно повысить, увеличив удельную поверхность раздела фаз пара и воды. В этом случае при прочих равных условиях увеличивается 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 адсорбции газа с водой. Этот способ универсален, так как при его использовании из воды удаляются в той или иной степени все растворенные газы, и часто применяется на практике в виде термической деаэрации, когда десорбция газов производится при одновременном нагреве воды до температуры кипения при данном давлении, что существенно интенсифицирует процесс.

При подготовке добавочной воды в схемах водоподготовительных установок удаление газов после Н-катионирования должно осуществляться с очень малым подогревом воды. В этом случае возможно применение деаэрации воды при давлении в деаэраторах ниже атмосферного. При этом снижение общего давления приводит к понижению парциальных давлений всех газов, растворенных в воде, и, следовательно, к их десорбции. Этот процесс осуществляется в вакуумных деаэраторах. Они применяются в схемах водоподготовительных установок перед анионитными фильтрами второй ступени, а также для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей и питательной воды котлов низкого давления.

По способу распределения воды и пара деаэраторы разделяются на: струйные, пленочные и барботажные. Интервал рабочего давления в них составляет 0,0075 – 0,05 МПа. Это обстоятельство предъявляет особые требования к герметичности аппаратов. К их недостаткам следует отнести также необходимость иметь устройства для создания вакуума и отвода выпара, большую, чем для других типов деаэраторов. Преимущества: сокращение затрат на подогрев воды (температура воды – 40 – 70 ⁰С).

Эффект деаэрации зависит также от режима его работы. При барботаже пара через воду происходит достаточно глубокое удаление газов из деаэрированной воды и достаточно хороший нагрев. Однако для барботажа требуется пар повышенного давления. В струйных деаэраторах выделение газов из воды и ее нагрев происходят с меньшей эффективностью, но имеют меньшее гидравлическое сопротивление. Поэтому часто конструкция деаэратора предусматривает комплексное применение обоих методов, причем барботаж пара организуется как в деаэрирующей колонке, так и в аккумуляторном баке. При емкости аккумуляторного бака, равной 30 – 35% расхода воды, достигается достаточно хороший эффект деаэрации. Основными режимными параметрами являются температура воды в деаэраторе и удельный расход отводимого пара (выпар). Недогрев воды даже на 1 К до температуры насыщения значительно снижает эффект деаэрации.

Поиск по сайту: