Химические методы удаления кислорода и углекислоты

Наиболее эффективным методом борьбы с коррозией элементов пароводяного тракта ТЭС, вызываемой повышенной концентрацией свободной углекислоты, является связывание щелочью остаточного содержания СО₂ в дегазированной питательной воде, а также угольной кислоты, образующейся при подогреве питательной воды (в регенеративных подогревателях и экономайзерах) в результате распада бикарбоната натрия.

Для поддержания оптимального значения рН питательной воды обычно в нее дозируется водный раствор аммиака (NH₄OH). Аммиак вступает во взаимодействие со свободной углекислотой по следующим реакциям

, (29)

(30)

Ввод аммиака целесообразно производить в химически очищенную и обессоленную воду непосредственно на водоподготовительных установках, так как это позволяет одновременно защищать от углекислотной коррозии и тракт очищенной или обессоленной воды. Вследствие летучих свойств аммиака независимо от места ввода его в систему сравнительно быстро наступает распределение его по всему пароводяному тракту.

Присутствие аммиака в конденсате и в питательной воде по разному отражается на их коррозионной агрессивности по отношению к углеродистым сталям и медным сплавам. Аммиак, повышая рН воды, парализует отрицательное воздействие свободной углекислоты на углеродистую сталь, подавляет коррозионные процессы и предотвращает обогащение питательной воды продуктами коррозии стали. Агрессивность коррозионного воздействия аммиака на медные сплавы зависит от содержания кислорода в питательной воде и в конденсирующемся паре. При обеспечении допустимого содержания кислорода по водно-конденсатному тракту можно, дозируя аммиак, поддерживать рН питательной воды на уровне ПТЭ 9,1 0,1, чтобы уменьшить обогащение ее окислами железа. При содержании кислорода в конденсате по тракту ТЭС более 20 мкг/кг резко возрастает коррозия медных сплавов и поддержание постоянного режима амминирования питательной воды следует проводить из расчета отсутствия свободного аммиака по водно-конденсатному тракту, что достижимо при дозировке аммиака в питательную воду не выше 500 мкг/кг NH₃ (рН=8,8 9,0).

Для нейтрализации свободной углекислоты и повышения рН питательной воды в пароводяной тракт электростанций нередко вводятся органические амины (циклогексиламин C₆H₁₁NH₂, морфолин C₄H₉NO и пиперидин C₅H₁₁N). Обладая щелочными свойствами и летучестью, эти высокотемпературные ингибиторы коррозии создают защитные окисные пленки на поверхности оборудования и трубопроводов тракта питательной воды, изготовленных из углеродистой стали и медных сплавов. При дозе 2-3 мг/кг нейтрализующие амины способствуют повышению рН питательной воды до 8,5-9,0. Так как эти амины менее летучи, чем аммиак, потери их в пароводяном цикле ТЭС значительно меньше, чем аммиака. В отличии от аммиака они ни при каких условиях не могут вызвать коррозию медных и латунных труб подогревателей и конденсаторов. Однако амины дороги и поэтому получили на отечественных ТЭС ограниченное применение.

В целях ликвидации проскоков кислорода в термически деаэрированную питательную воду парогенераторов в.д., с.в.д. и с.к.д. применяется обработка ее гидразин-гидратом N₂H₄ּH₂O либо гидразин-сульфатом N₂H₄ּH₂SO₄, обладающими сильными восстановительными свойствами.

Реакция между гидразин-гидратом и кислородом протекает по уравнению

, (31)

причем конечными ее продуктами являются вода и азот.

Основными факторами, определяющими скорость этой реакции, являются избыток гидразина, начальная концентрация кислорода, температура, значение рН среды, присутствие и концентрация катализаторов. Реакция практически не протекает в кислой среде и катионированном конденсате при температуре 25^оС. Присутствие меди резко увеличивает скорость процесса. В условиях парогенераторов, т.е. при температуре 200-300˚С, величине рН =9÷10; в присутствии различных катализаторов, в том числе и меди, процесс взаимодействия гидразин-гидрата с кислородом протекает практически мгновенно. Избыток гидразина в питательной воде целесообразно поддерживать на уровне 20-3- мкг/кг. При этом создаются более благоприятные условия для отложения меди в парогенераторе, откуда ее проще удалить, чем из проточной части турбины. В парогенераторе избыток гидразина разлагается (при температуре 250-300ºС) с образованием аммиака, уходящего с паром и повышающего рН конденсата, а также водорода, т.е. солесодержание обработанной воды не повышается

(32)

(33)

Гидразин в пароводяном тракте электростанции способен вступать во взаимодействие с окислами железа и меди

, (34)

. (35)

Восстановление окислов металлов обуславливает в начальной стадии обработки питательной воды гидразином увеличение его расхода, который нормализуется после завершения восстановительных процессов в пароводяном тракте электростанции. Поэтому до введения гидразинной обработки воды внутренние поверхности котлов, коллекторов, экономайзеров, баков-аккумуляторов, деаэраторов и других емкостей должны быть очищены механическим или химическим способом от скопления окислов железа и меди.

Обычно практикуется ввод растворов аммиака, аминов и гидразина в напорный коллектор конденсатных насосов с целью защиты всего тракта питательной воды от коррозии. В целях предотвращения аммиачно-кислородной коррозии латунных труб регенеративных подогревателей гидразин-гидрат дополнительно вводится в перепускной паропровод между цилиндрами турбины (в области температур 150-300ºС). При таком способе подачи гидразина в цикл, последний попадает не только в конденсат, образующийся в конденсаторе, но и в конденсат греющего пара п.н.д.

Раствор гидразин-гидрата вводится непрерывно в баки-аккумуляторы деаэраторов или в питательную магистраль непосредственно за баками-аккумуляторами.

В целях предотвращения коррозии тракта питательной воды вплоть до деаэратора на ряде тепловых электростанций успешно применяется химическое обескислороживание обессоленной воды и конденсатов, осуществляемое с помощью сильноосновных анионитов в -форме. Для этого сильноосновной анионит регенерируется 2-4% раствором (сульфат натрия), вследствие чего функциональные группы переводятся в - форму. Этот ионитовый способ химического обескислороживания является эффективным и достаточно экономичным.

Вместо гидразина для обескислороживания питательной воды паровых котлов низкого и среднего давления, испарителей и паропреобразователей и для борьбы с нитритной коррозией может применяться сульфит натрия . Он может применяться и для обескислороживания подпиточной воды сетей теплоснабжения и горячего водоснабжения. Реакция происходит следующим образом

. (36)

Для постоянного удаления из питательной или подпиточной воды больших количеств кислорода применять сульфат не рекомендуется. Предельное давление в котле, при котором допускается применение сульфита 4,5-5,5 Мпа.

15.5. Удаление свободной углекислоты в декарбонизаторах.

Для удаления свободной углекислоты из обрабатываемой воды на водоподготовительных установках отечественных электростанций применяются пленочные декарбонизаторы с деревянной хордовой насадкой или с насадкой из колец Рашига. Декарбонизаторы работают на принципах десорбции в условиях противотока воды и воздуха, подаваемого снизу специальным вентилятором.

Рис. 13. Декарбонизатор пленочного типа с деревянной насадкой.

1 - подвод воды; 2 - выход воды; 3 - распределительные сопла; 4 - деревянная насадка;

5 - вентилятор; 6 - выход воздуха.

Декарбонизатор с деревянной хордовой насадкой представляет собой деревянную башню, которая заполняется на некоторую высоту щитами, состоящими из досок, уложенных плашмя в шахматном порядке с зазорами между ними. Декарбонизируемая вода входит сверху через центральный патрубок 1 и равномерно распределяется специальным распределительным щитом на поверхности насадки. Далее вода тонкой пленкой стекает по доскам щитов, омывая их. Через нижний боковой патрубок вентилятором 5 подается воздух, который поднимается вверх навстречу воде. Так как в обрабатываемой воде парциальное давление углекислоты значительно больше, чем в воздухе, то при их соприкосновении углекислота переходит из воды в воздух и вместе с ним проходит через патрубки распределительного щита и через большой патрубок 6 отводится в атмосферу. Вода, прошедшая декарбонизатор, через водяной затвор сливается в бак декарбонизированной воды, который часто располагается прямо под днищем декарбонизатора. Остаточное содержание свободной углекислоты после декарбонизациии должно быть не более 3-7 мг/кг.

К недостаткам декарбонизатора с деревянной хордовой насадкой относятся: а) сравнительно малая удельная поверхность (поверхность единицы объема) деревянной насадки, требующая увеличенной высоты декарбонизатора; б) недолговечность деревянного корпуса и насадки декарбонизатора, подверженных делигнификации и гниению; в) трудность герметизации корпуса декарбонизаторов. Этих недостатков лишен декарбонизатор, заполненный керамическими кольцами Рашига (25х25х3 мм), корпус которого выполнен из металла. Обрабатываемая вода подается в верхнюю его часть и стекает через загрузку из колец Рашига; навстречу ей вентилятором подается воздух.

Для защиты декарбонизаторов от коррозии и предотвращения загрязнения воды продуктами коррозии металла внутренняя поверхность аппарата покрывается перхлорвиниловым лаком, эпоксидной смолой, резиной или другими противокоррозионными веществами. На верхней крышке аппарата установлен брызгоуловитель для предотвращения чрезмерного уноса влаги воздухом и обледенения воздухопровода за пределами здания. Для предотвращения утечек воздуха сливной штуцер внизу декарбонизатора снабжен гидравлическим затвором. При использовании в качестве насадки колец Рашига удается уменьшить площадь и высоту декарбонизатора с одновременным уменьшением эксплуатационных расходов и получением более глубокого эффекта декарбонизации.

Поиск по сайту: