Технология удаления газов в деаэраторах

 

4.3.1. Общие сведения.

Термическая деаэрация — это процесс десорбции газа, при котором происходит переход растворенного газа из жидкости в находящийся с ней в контакте пар.

Такой процесс может осуществляться при соблюдении законов равновесия между жидкой и газовой фазами. Совместное существование этих двух фаз возможно только при условии динамического равновесия между ними, которое устанавливается при длительном их соприкосновении. При динамическом равновесии (при определенных давлении и температуре) каждому составу одной из фаз соответствует равновесный состав другой фазы. Доведение воды до состояния кипения, когда р₀ = р_Н2О, не является достаточным для полного удаления из нее растворенных газов. Удаление газов при термической деаэрации происходит в результате диффузии и дисперсного выделения их. При этом должны быть созданы условия перехода газов из воды в паровое пространство. Одним из таких условий является увеличение площади поверхности контакта воды с паром, чтобы максимально приблизить частицы потока деаэрируемой воды к поверхности раздела фаз. Это достигается дроблением потока воды на тонкие струи, капли или пленки, а также при барбатаже пара через тонкие слои воды.

Положительно сказывается на процессе деаэрации увеличение средней температуры деаэрируемой воды, так как при этом снижается вязкость ее и поверхностное натяжение и увеличивается скорость диффузии газов. В то же время эффективное удаление газа из воды также не является достаточным для эффективной деаэрации. Выделившийся из воды газ находится на поверхности жидкости или в непосредственной близости от нее, и при незначительном снижении температуры воды или повышении ее давления газ вновь поглощается водой.

Эффективная деаэрация достигается при полном отводе выделившихся газов за счет непрерывной вентиляции и вывода их из деаэратора. Газ из деаэратора отводится вместе с паром, который называют выпаром. Количество выпара оказывает существенное влияние на эффект деаэрации. Для деаэраторов повышенного давления количество выпара составляет 2—3 кг пара на 1 т деаэрируемой воды. Таким образом, количество пара, подводимого к деаэратору, должно обеспечивать поддержание состояния кипения деаэрируемой воды и оптимальный выпар, а гидравлическая нагрузка деаэратора должна быть такой, чтобы динамическое воздействие потока пара было преобладающим на границе фаз.

 

4.3.2. Классификация деаэраторов и основные требования, предъявляемые к ним.

Применяемые на ТЭС деаэраторы различают:

По рабочему давлению, при котором происходит выделение газов из воды:

· деаэраторы повышенного давления (0,6—1,2 МПа) типов ДСП-1600, ДСП-1000 и других с подогревом воды на 10—40°С;

· деаэраторы атмосферные (0,12 МПа) типов ДА-300, ДА-150 и других с подогревом воды на 10—50°С;

· деаэраторы вакуумные (0,0075—0,05 МПа) типов ДВ-2400, ДВ-2000 и других с подогревом воды на 15—25°С (числа в типоразмерах указывают производительность, т/ч).

По назначению:

· деаэраторы питательной воды паровых котлов;

· деаэраторы добавочной воды и обратного конденсата внешних потребителей;

· деаэраторы подпиточной воды тепловых сетей.

По способу обогрева деаэрируемой воды:

· деаэраторы смешивающего типа со смешением греющего пара и обогреваемой деаэрируемой воды. Этот тип деаэраторов применяется на всех без исключения ТЭС и АЭС;

· деаэраторы перегретой воды с внешним предварительным нагревом воды отборным паром.

По конструктивному выполнению (по принципу образования межфазной поверхности):

Ø деаэраторы с поверхностью контакта, образующейся в процессе движения пара и воды:

· струйного (тарельчатого) типа;

· капельные;

· барботажные;

· пленочного типа с неупорядоченной насадкой;

· струйно-барботажные.

Ø деаэраторы с фиксированной поверхностью контакта фаз (пленочного типа с упорядоченной насадкой).

 

Под номинальной производительностью деаэратора понимается расход всех потоков воды, подлежащих деаэрации, и количество сконденсировавшегося в деаэраторе пара.

 

Конструкции термических деаэраторов должны удовлетворять следующим требованиям:

a) обеспечить надежный нагрев воды до температуры кипения, соответствующей давлению в деаэраторе;

b) тонкое разбрызгивание воды с целью создания максимальной поверхности для выделения газов;

c) достаточное время пребывания воды в деаэраторе, необходимое для выделения газов;

d) хорошее удаление выделившихся из воды газов;

e) точное регулирование подвода греющего пара для поддержания температуры кипения воды и вентиляции деаэратора.

Большинство деаэраторов выполняется в виде вертикальной цилиндрической колонки, которая размещается над баком-аккумулятором. Бак-аккумулятор предназначен в основном для аккумулирования запаса питательной (подпиточной) воды. Кроме того, в нем заканчивается процесс дегазации воды (выделение дисперсных газов и разложение гидрокарбонатов).

Важной характеристикой всех типов деаэраторов является приведенная плотность орошения (отношение расхода воды к площади поперечного сечения колонки). Для колонок струйного типа эта величина равна 60—100 т/(м • ч).

В настоящее время деаэрирующие устройства струйного типа с дырчатыми тарелками широко используются в качестве первой ступени обработки воды в деаэраторах струйно-барботажного типа.

В деаэраторных колонках пленочного типа деаэрируемая вода разбивается на тонкие пленки, стекая вниз по поверхности насадки.

Используется упорядоченная или неупорядоченная насадка. Упорядоченная насадка выполняется из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, концентрических цилиндров, укладываемых правильными рядами колец, или других элементов, обеспечивающих непрерывное направленное движение воды.

Неупорядоченная насадка выполняется из отдельных элементов определенной формы, которые заполняют объем колонки. Это могут быть шары, кольца и др.

Наилучший эффект деаэрации достигается при использовании деаэраторов, сочетающих струйный, пленочный или капельный принцип распределения воды с барботажем. В барботажных устройствах контакт пара с водой происходит при дроблении ее. При этом обеспечивается интенсивная турбулизация и удельная площадь поверхности контакта фаз может достигать 1500 м /м. При проходе пара через слой воды происходит ее перегрев относительно температуры насыщения, соответствующей давлению в паровом пространстве над поверхностью воды. При этом пузырьки пара увлекают за собой слой воды, которая вскипает при движении вверх. Это способствует лучшему выделению из воды растворенных газов. В процессе барботажа интенсивно выделяется не только кислород, но и углекислота которая в деаэраторах других типов полностью не удаляется из воды.

Барботажные деаэрирующие устройства компактны и хорошо сочетаются с устройствами струйного типа. Струйный отсек при этом служит лишь для нагрева воды до температуры, близкой к температуре насыщения, и для предварительной грубой ее деаэрации.

Дальнейшее совершенствование деаэраторов струйно-барботажного типа направлено на уменьшение их габаритов и повышение надежности эффекта деаэрации при переменных режимах работы. Для крупных блоков были разработаны и применялись струйно-барботажные деаэраторы с горизонтальными колонками. Они удобны с точки зрения компоновки на ТЭС. Однако стесненное расположение тарелок из-за ограничений по высоте и чувствительность к отклонениям по горизонтали при установке провальных и непровальных тарелок приводили к существенным гидравлическим и тепловым перекосам и к ухудшению качества деаэрации.

Задачей расчета деаэраторов является определение размеров зоны деаэрации, обеспечивающих эффективное удаление растворен­ных агрессивных газов из воды. Исходными данными являются: начальное и конечное содержания растворенных в деаэрируемой воде газов и расчетные характеристики потоков пара и воды в отсеках определяемые при тепловом расчете колонки. Поэтому при нахожде­нии основных размеров колонки струйного типа тепловой расчет предшествует расчету массообмена.

Расчет числа отсеков обычно ведется методом последовательного приближения до достижения требуемого остаточного содержания кислорода в деаэрируемой воде. При расчете струйно-барботажных колонок необходимо иметь в виду, что увеличение недогрева в струйных отсеках ведет к повышению расхода пара, поступающего на барботажное устройство. Обычно недогрев воды до температуры насыщения в струйных отсеках принимается в пределах 5—10 °С. Тепловой расчет струйных отсеков ведется последовательно для каждого, начиная с верхнего. Из теплового и материального балансов деаэратора известны расход воды, суммарный расход пара, количество сконденсированного в деаэраторе пара и количество теплоты, отводимой с выпаром и деаэрированной водой. Расчет подогрева в отсеках проводится при условии поперечного обтекания струй паром.

 

 

4.3.3. Конструкции колонок атмосферных деаэраторов.

 

 

Предназначенная для деаэрации вода поступает в смесительное устройство 2 и через переливное устройство 3 сливается на дырчатую тарелку 4. Через отверстия дырчатой тарелки вода попадает на перепускную тарелку 5, откуда через сегментное отверстие 6 поступает на барботажнуго тарелку 7. На тарелке 7 вода барботируется паром, проходящим через отверстия. С этой тарелки вода переливается через порог 8 и поступает в гидрозатвор, после которого она сливается в бак-аккумулятор 12. Пар через коллектор 13 подводится под барботажный лист. Степень перфорации барботажного листа принимается такой, чтобы под ним даже при минимальной нагрузке существовала устойчивая паровая подушка, препятствующая проходу воды через отверстия. При значительном повышении давления в паровой подушке (до 130 мм вод. ст.) при увеличении нагрузки часть пара из нее перепускается по трубе 14 в обвод барботажного листа. Это исключает нежелательное повышение уноса воды из слоя над листом. Постоянному проходу пара через трубу 14 препятствует гидрозатвор 15, который заполняется водой. Пройдя через слой воды над листом 7, пар выходит через горловину перепускной тарелки 5, омывает струи воды и подогревает ее до тем­пературы, близкой к температуре насыщения при давлении в колонке. Здесь же происходит первичная дегазация воды. Через штуцер 17 пар и выделившиеся газы удаляются из колонки.

 

4.3.4. Применение и работа вакуумных деаэраторов.

 

Области применения вакуумных деаэраторов:

1. Тепловые электростанции высокого давления. Защита тракта химочищенной воды от водоочистки до основных деаэраторов станции. Деаэрация производится на выходе воды из химводоочистки.

В некоторых случаях целесообразна установка вакуумных деаэраторов не на выходе, а на входе воды в химводоочистку или в рассечку схемы водоочистки. В этих случаях деаэраторы могут совмещать функции подогревателей и декарбонизаторов.

Необходимо вакуумная деаэрация воды, поступающей на фильтры обессоливающих установок, в которых используются высокоосновные аниониты, поглощающие углекислоту и кислород.

2. Тепловые сети без разбора и с разбором горячей воды для промышленных и бытовых нужд. Деаэрация поступающей в сеть добавочной водопроводной воды или химочищенной воды. Величина добавки в некоторых тепловых сетях достигает 100%.

3. Промышленные котельные установки, питаемые химочищенной водой, в тех случаях, когда питательные насосы не приспособлены для работы на высокоперегретой воды, или при наличии водяных экономайзеров и низкой температуре точки росы дымовых газов.

4. Химводоочистки, снабжающие водой котлы-утилизаторы, установки испарительного охлаждения промышленных печей, паропреобразователи и другие потребители химочищенной воды.

5. Районные и квартальные отопительные котельные с водогрейными котлами. Деаэрация подпиточной воды.

6. Центральные тепловые пункты. Деаэрация водопроводной воды для горячего водоснабжения.

7. Станция перекачки производственного конденсата с открытыми баками. Деаэрация конденсата.

8. Установки производственного горячего водоснабжения с водогрейными котлами или с паровыми подогревателями, выдающие воду с температурой 50 – 80^оС для технологических нужд.

9. Технологические аппараты, охлаждаемые водой в случае, если вода нагревается выше 50^оС. Деаэрация охлаждающей воды.

Вакуумные деаэраторы применяются для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей и сетей горячего водоснабжения, а также питательной воды парогенераторов низкого давления и малой мощности. Вакуумная деаэрация питательной воды парогенераторов применяется в тех случаях, когда питательные насоса не могут работать на высокоподогретой воде, либо там, где для деаэрации используется отбор пара из турбины при давлении ниже атмосферного.

Необходимым условием глубокой деаэрации в вакуумных деаэраторах является хорошая воздушная плотность их. Это достигается при расположении деаэрационной колонки на высоте, обеспечивающей поступление деаэрированной воды самотеком к питательным насосам. В этом случае вся арматура располагается ниже наинизшего уровня воды в баке-аккумуляторе, который устанавливается отдельно от колонки. Выше этого уровня все элементы установки изготовляются цельносварными.

Если давление над водой меньше атмосферного, то вода кипит при температуре ниже 100^оС. Чем ниже давление, тем ниже температура кипения.

Связь между температурой насыщения и давления насыщения.

Процесс деаэрации по своей физической сущности не зависит от величины абсолютного давления. Нулевая растворимость газов может быть достигнута при любой температуре кипения, а значит и при температуре кипения ниже 100^оС, так что деаэрацию воды можно осуществить при давлении ниже атмосферного.

Итак, в термическом деаэраторе должны быть созданы давление и температура, отвечающие условиям нулевой растворимости газов в воде. В вакуумном деаэраторе это может быть достигнуто одним из двух способов.

Первый способ. Вода нагревается в вакуумном деаэраторе паром до температуры близкой к температуре кипения. Такой способ применяется, если температура поступающей воды ниже температуры кипения, соответствующей давлению в деаэраторе.

Важным преимуществом вакуумных деаэраторов является возможность использования пара низкого давления – даже ниже атмосферного. Для вакуумных деаэраторов, работающих в указанных условиях, применим пар с абсолютным давлением 0,2 – 0,7 бар (температура насыщенного пара 60 – 90 ^оС). Вследствие меньшего нагрева воды расход пара в вакуумных деаэраторах ниже, чем в атмосферных.

Второй способ. Деаэратор работает без подачи в него пара. Такой способ применяется, если температура поступающей воды выше температуры кипения, соответствующей давлению в деаэраторе. В этом случае вода, поступающая в деаэратор, мгновенно вскипает. Ее температура быстро снижается до температуры кипения. За счет падения температуры воды выделяется тепло, которое расходуется на парообразование.

Деаэраторы, работающие по второму способу, называются деаэраторами перегретой воды. В деаэраторах перегретой воды вследствие мгновенного вскипания вода сразу становится пересыщенным газовым раствором. Процесс выделения растворенных газов из пересыщенного раствора происходит энергично и быстро.

Если температура поступающей воды ниже температуры кипения, соответствующей давлению в деаэраторе, то работа на режиме перегретой воды также возможна. Для этого воду нагревают до поступления в деаэратор на 5–10 ^оС выше температуры кипения. Нагрев воды производится паром в подогревателе поверхностного или смешивающего типа.

 

Вакуумные деаэраторы могут работать и по способу «холодной» деаэрации. Такая деаэрация происходит при температуре воды, поступающей в деаэратор, ниже температуры кипения в нем. Деаэрация идет только за счет вакуума, при котором снижается общее и парциальное давление газов над водой.

Способ «холодной» деаэрации применяется в случаях, когда не требуется глубокая деаэрация воды или недопустимо повышение ее температуры.

Деаэрация воды без нагрева и, следовательно, без затраты пара, только за счет вакуума, значительно упрощает устройство и эксплутацию деаэраторной установки.

Отсос газов из вакуумных деаэраторов всех типов осуществляется с помощью вакуум-насосов или эжекторов: пароструйных и водоструйных.

Вместе с газами, выделившимися из воды, из деаэратора отсасываются: избыточный пар, называемый выпаром, газы, поступившие с греющим паром, и воздух, проникший через неплотности аппаратов и трубопроводов, находящихся под вакуумом.

Для создания требуемого вакуума и чтобы не перегружать газоотсасывающие устройства, необходимо обеспечить поступление в них минимального количества пара. С этой целью устанавливают охладитель выпара между деаэратором и вакуум-насосом или эжектором. Охладитель выпара представляет собой конденсатор, в котором конденсируется 98-99% выпара.

Необходимым условием нормальной работы вакуумного деаэратора является воздушная плотность всей системы, работающей под вакуумом. Это обеспечивает отсутствие присосов.

Условия, необходимые для интенсивного протекания процесса деаэрации и глубокого обескислороживания воды в вакуумных деаэраторах:

1. Создание вакуума, соответствующего заданной температуре деаэрированной воды.

2. Поступление необходимого количества пара, обеспечивающего быстрый нагрев воды в деаэраторе до температуры, близкой к температуре кипения, и получение достаточного количества выпара.

3. Соответствующая температура поступающей воды в деаэраторах перегретой воды, необходимая для интенсивного вскипания воды в них.

4. По возможности тонкое дробление воды, достигаемое разделением потока воды на тонкие струи, пленки, капли.

5. Противоточно-перекрестное движение воды и пара.

6. Турбулизация воды, создаваемая путем пересечения водяных струй паровым потоком.

7. Достаточно продолжительное время пребывания воды в деаэраторе, обеспечиваемое соответствующим числом ступеней-каскадов.

8. Полный и быстрый отвод газов, выделившихся из воды, что обеспечивается необходимым количеством выпара, достаточной производительностью газоотсасывающих устройств и охладителя выпара и соответствующим количеством и температурой охлаждающей воды, поступающей в охладитель выпара.

9. Греющий пар не должен содержать кислорода и других газов.

10. Воздушная плотность всей системы деаэраторной установки, работающей под вакуумом.

 

4.3.5. Конструкции вакуумных деаэраторов.

 

Вакуумный деаэратор перегретой воды конструкции ЦКТИ.

Отличительной особенностью этого деаэратора является встроенный охладитель выпара, выполненный в виде центральной трубы с дырчатыми полками. Основной поток воды, подогретый до заданной температуры в поверхностном подогревателе, поступает по трубопроводу 1 в деаэратор на верхнюю полку. В деаэраторе вода вскипает, при этом из нее выделяются газы. Поток воды движется круглыми струями через отверстия с полки на полку вниз деаэратора. Образовавшийся при вскипании воды выпар и выделившиеся газы движутся также вниз, пересекая струи воды.

В колонку 2 «холодного» потока, выполняющую функцию охладителя выпара, по трубопроводу 3 подается неподогретая часть воды, подлежащей деаэрации. Эта вода также движется струями с полки на полку вниз охладителя выпара. Нижняя часть охладителя выпара соединена с деаэратором. Выпар из деаэратора поступает в охладитель выпара, где конденсируется холодным потоком воды. Остаточная парогазовая смесь удаляется из верха охладителя газоотсасывающим аппаратом.

Недостаток: сравнительно невысокое качество деаэрированной воды, что объясняется прямотоком воды и пара, а также слабой деаэрацией в охладителе выпара.

Бесколонковый вакуумный барботажный деаэратор. 1 – распределительная дырчатая труба; 2 – первый барботажный отсек; 3 – барботеры; 4 – второй барботажный отсек; 5 – направляющие щитки; 6 – аккумулятор; 7 – отвод выпара; 8 – отвод деаэрированной воды.

Для деаэрации в вакууме могут быть применены также бесколонковые деаэраторы, в которых осуществляется распыл воды над уровнем ее в баке-аккумуляторе и барботаж воды паром. Удаление газов в них происходит в струях воды под действием вакуума и нагрева и при многократном барботаже воды в последовательно включенных полузамкнутых циркуляционных контурах внутри бака-аккумулятора.

 

Вакуумный деаэратор перегретой воды с двухступенчатым срабатыванием перегрева.

Если в воде содержится сравнительно небольшое количество растворенных газов, для глубокой деаэрации достаточно двухкратное срабатывание перегрева.

Перегретая вода поступает в деаэратор по трубопроводу 1. Подымаясь в кольцевом гидрозатворе 2, вода вскипает, затем проходит две дырчатые тарелки 7 и 8 и поступает в гидрозатвор 3 типа «труба в трубе». Проходя этот гидрозатвор, вода также вскипает, а затем поступает на дырчатую тарелку 9, с которой струями сливается в нижнюю часть колонки либо в бак-аккумулятор. Вода из колонки отводится по трубопроводу 4. Выпар из первой ступени вскипания отводится в охладитель выпара по трубопроводу 5, из второй ступени – по трубопроводу 6.

Струйно-барботажная вакуумная деаэрационная колонка вертикального типа. 1 – отвод деаэрированной воды; 2 – барботажный лист; 3 – водосливной порог; 4 – подвод химически умягченной воды после охладителя выпара; 5 – отвод паровоздушной смеси; 6 – верхняя тарелка; 7 – кольцевой порог; 8 – подвод химически умягченной воды; 9 – водосливной порог; 10 – подвод конденсата; 11 – пароперепускные отверстия; 12 – пароперепускные трубы; 13 – подвод пара; 14 – щели или отверстия на барботажном листе; 15 – отверстие для перепуска воды; 13 – вертикальная перегородка.

Вакуумная деаэрационная колонка для производительности 300 т/час имеет две ступени дегазации:струйную и барботажную. Вода, направляемая на деаэрацию по трубе 8, поступает на верхнюю тарелку 6. Последняя секционирована так, что при минимальной нагрузке (30%) работает только часть отверстий во внутреннем секторе. При увеличении нагрузки вода перетекает через кольцевой порог 7 и далее вытекает через дополнительные ряды отверстий. Секционирование верхней тарелки позволяет избежать гидравлических перекосов по пару и воде при колебаниях нагрузки и во всех случаях обеспечить обработку струй паром. Пройдя струйную часть, вода поступает на перепускную тарелку 9, предназначенную для сбора и перепуска воды через отверстие 15 на определенный участок расположенного ниже барботажного листа 2. Отверстие 15 на перепускной тарелке примыкает к вертикальной сплошной перегородке 16, идущей вниз до основания корпуса колонки. Барботажный лист выполнен в виде кольца с радиально расположенными щелями 14, ориентированными перпендикулярно потоку воды. В конце барботажного листа имеется водосливной порог 3, который проходит до нижнего основания деаэратора. Вода протекает по барботажному листу, переливается через порог и поступает в сектор, образуемый порогом 3 и перегородкой 16, а затем самотеком отводится в трубу 1. Весь пар в колонку подводится под барботажный лист по трубе 13. Под листом образуется паровая подушка, и пар, пройдя щели 14, барботирует через воду.

При увеличении нагрузки, а следовательно, и расхода пара паровая подушка увеличивается и избыточный пар перепускается в обвод барботажного листа через отверстия 11 в трубах 12. Затем пар проходит через кольцевое отверстие в перепускной тарелке и поступает в струйный отсек, где большая часть его конденсируется. Паровоздушная смесь отсасывается по трубе 5. Подвод химически умягченной воды после охладителя выпара осуществляется через коллектор 4 на верхнюю тарелку 6. При необходимости подачи в деаэратор конденсата его следует вводить через штуцер 10 на перепускную тарелку 9.

 

ЦКТИ разработаны вакуумные деаэраторы для подпиточной воды тепловых сетей производительностью от 400 до 2000 т/час.

Деаэратор представляет собой цилиндр диаметром 3 м, в котором размещены все деаэрирующие элементы и охладитель выпара смешивающего типа. Химически умягченная вода поступает в деаэратор по трубе 1 и попадает в распределительный коллектор 16, откуда стекает на первую тарелку 15, которая обеспечивает минимальный расход воды. С увеличением производительности деаэратора выше минимальной вода с первой тарелки перепускается коробами 13 на третью тарелку 12. Вода с первой тарелки поступает на вторую тарелку 2, рассчитанную на минимальную нагрузку. С третьей тарелки вода поступает на четвертую перепускную тарелку 11, которая служит для сбора и перепуска воды на расположенный ниже барботажный лист 7. После обработки на барботажном листе деаэрированная вода отводится из деаэратора по трубе 9.

В деаэраторе выделен отсек 5, куда по трубе 3 подается деаэрированная вода с температурой 70 – 150^оС. При входе в отсек эта вода вскипает, а жалюзи 4 способствуют разделению воды и пара. Выделившийся пар поступает под барботажный лист 7, а вода по каналам 6 и 8 вытесняется на уровень барботажного листа и вместе с деаэрированной исходной водой отводится из деаэратора. Проходя через щели барботажного листа, пар подвергает воду интенсивной обработке. Под листом при этом образуется паровая подушка. Когда высота ее превысит 200 мм, включаются в работу короба 10, по которым пар перепускается в струйный отсек между третьей и четвертой тарелками. В этом отсеке происходит основной подогрев воды до температуры, близкой к температуре кипения. Из третьего отсека пар поступает во второй отсек, где практически полностью конденсируется. В первом отсеке происходит охлаждение паровоздушной смеси, и к эжектору поступают охлажденные неконденсирующиеся газы по трубе 14.

4.3.6. Факторы, влияющие на повышение эффекта термической деаэрации.

 

1. Применение барботажа пара в баке-аккумуляторе через деаэрируемую воду для поддержания ее в состоянии кипения. Барботаж пара способствует достижению более полного удаления из воды растворенных газов, проскочивших вследствие ряда причин из деаэраторной колонки в бак-аккумулятор. Для осуществления барботажа появляется необходимость в расходе пара повышенного давления.

2. Продолжительность пребывания воды в баке-аккумуляторе. Чем она больше, тем меньше остаточное содержание кислорода в воде на выходе из деаэратора, главным образом за счет продолжающегося в баке-аккумуляторе выделения газовых пузырьков; обычно емкость бака-аккумулятора принимается равной 20 – 30 минутному расходу питательной воды.

3. Температурный режим деаэратора. Недогрев воды до температуры кипения при данном давлении только на 1оС уже приводит к недопустимому повышению содержания кислорода в дегазированной воде.

4. Вентиляция колонки с целью полного отвода из нее выделившихся из воды газов и обеспечение тем самым минимального парциального давления этих газов в паровом пространстве верхней части колонки. Это достигается непрерывным отводом из колонки парогазовой смеси. Количество выпара оказывает существенное влияние на эффект деаэрации. Устойчивость процесса термической деаэрации питательной воды достигается при расходе выпара 1,5 – 2 кг на 1 т.

5. Количество греющего пара, подаваемого в термический деаэратор должно соответствовать непрерывному поддержанию деаэрируемой воды в состоянии кипения. Недостаточное количество греющего пара вызывает падение давления и ухудшение эффекта термической деаэрации.

6. Автоматическое поддержание в деаэраторе постоянного давления. Благодаря этому обеспечивается независимо от его тепловой и гидравлической нагрузки постоянство температурного режима деаэрации, необходимое для наиболее полного удаления газов из питательной воды.

7. Оптимальный расход пара на барботаж. Зависит от содержания углекислоты в паре, типа барботажного устройства и возникающих при этом энергетических потерь. Рекомендуется подавать на барботаж 20 – 30% всего пара, подаваемого в деаэратор.

8. Гидравлический режим работы деаэратора. При увеличении гидравлической нагрузки деаэратора сверх ее расчетной величины возможны переполнение тарелок в колонке и переливание воды через борта толстыми струями, которые, не успев прогреться до нужной температуры и освободиться полностью от кислорода и углекислоты, попадают в бак-аккумулятор и снижают эффект деаэрации.

 

4.4. Химические методы связывания кислорода и диоксида углерода

 

Применение десорбционных методов позволяет удалять газ до известного предела, недостаточного в ряде случаев по условиям использования воды. Кроме того, не всегда имеются возможность и необходимость включения в схемы сложных аппаратов для газоудаления. Поэтому на многих ТЭС используются для обработки питательной и добавочной воды химические методы связывания О₂ и СО₂ образованием веществ, являющихся безопасными в коррозийном отношении.

Строгое нормирование кислородосодержания при использовании восстановительных водных режимов в контуре ТЭС с барабанными котлами определило необходимость применения не только физических методов дегазации, но и химических методов дообескислороживания, основанных на окислительно-восстановительных процессах с использованием кислорода и специальных восстановителей. К числу таких восстановителей относятся сульфит натрия Na₂SО₄ и гидразин-гидрат N₂Н₄ • Н₂О.

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

Реакция протекает достаточно быстро при температуре воды не менее 80°С и рН < 8. При сульфитировании воды ее солесодержание увеличивается в количестве 10—12 мг/дм на 1 мг/дм³ растворенного кислорода. При температуре выше 275°С (давление насыщения 6 МПа) сульфит натрия разлагается, поэтому он может быть использован только для обескислороживания воды котлов среднего давления (3—6 МПа), испарителей и подпиточной воды тепловой сети. Раствор сульфита натрия с концентрацией 3—6 % готовят в баке, защищенном от контакта с атмосферой, и затем с помощью дозатора вводят в обрабатываемую воду с избытком 2—3 г/м³ против стехиометрического количества.

Для барабанных котлов высоких и сверхвысоких давлений применяется дообескислороживание воды гидразином в форме гидразингидрата, который энергично взаимодействует с кислородом, окисляясь в итоге до воды и азота, т.е. не повышая солесодержания воды:

Скорость реакции зависит от температуры, рН среды, избытка гидразина в соответствии с законом действия масс, а также от присутствия катализаторов. При t < 30 °С гидразин практически не взаимодействует с О₂, но при t = 105 °С, рН = 9—9,5 и избытке гидразина около 0,02 мг/дм³ время практически полного связывания кислорода составляет несколько секунд.

Гидразин вводится в воду в виде 0,1—0,5 %-ного раствора с избытком против стехиометрического количества с учетом этого часть его расходуется на восстановление высших оксидов железа и меди из отложений на трубках, например,

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

При организации гидразинной обработки воды следует учитывать, что гидразин является высокотоксичным веществом, при концентрации выше 40% он горюч, поэтому при работе с гидразином на ТЭС должны предусматриваться специальные строгие меры безопасности.

Для предотвращения углекислотной коррозии оборудования конденсатно-питательного тракта ТЭС с барабанными котлами применяется способ связывания свободной углекислоты путем ввода в конденсат турбин или питательную воду щелочного реагента — водного раствора аммиака. Основной задачей такой обработки является повышение рН воды и конденсата на участках пароводяного тракта, что надежно обеспечивает защиту оборудования от коррозии с водородной деполяризацией.

Аммиак обычно вводится в обрабатываемую воду в виде 1—5 %-ного раствора NH₄OH с помощью насосов-дозаторов, автоматизированных по расходу воды.