Технология удаления диоксида углерода в декарбонизаторе

УДАЛЕНИЕ ГАЗОВ.

Общие положения

Вода, используемая на ТЭС, содержит различные растворенные газы, находящиеся в природной воде в виде примесей, образующиеся в результате процессов водоподготовки или термического воздействия, а также поступающие в вакуумную часть циклов ТЭС с присосами воздуха.

Растворенные в водных носителях газы можно разделить на химически взаимодействующие с водой (СО₂, NН₃, Сl₂) и не взаимодействующие (N₂, О₂, Н₂). Эти же газы разделяются также на коррозионно-активные (0₂, СО₂, Cl₂) и инертные (N₂, H₂).

Основной целью удаления из воды растворенных в ней газов является предотвращение коррозии оборудования.

На ВПУ удаление растворенного СО₂ и летучих органических примесей также производится для снижения коррозионной активности обработанной воды и оптимизации эксплуатации фильтров, загруженных сильноосновным ионитом.

Кислород 0₂, азот N₂ и диоксид углерода СО₂ попадают в воду вследствие контакта ее с воздухом. Кроме того, высокие концентрации СO₂ возникают в воде в результате ее обработки Н-катионированием или путем подкисления. Водород обычно является продуктом коррозии металла оборудования. Все известные способы удаления из воды растворенных газов основаны на двух принципах: десорбции, химического связывания с превращением газов в иные безвредные вещества. В ряде случаев в различные потоки воды на ТЭС специально вводят газовые примеси, служащие коррекционными добавками.

Процессы выделения газов из воды (десорбция) и растворения газов воде (абсорбция) подчиняются общим законам массопередачи системе жидкость — газ и протекают до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, зависящее от температуры, давления и концентраций в обеих фазах. В условиях равновесия процессы десорбции и абсорбции подчиняются закону Генри, который утверждает, что при данной температуре концентрация растворенного газа в жидкости пропорциональна давлению этого газа над жидкостью:

где С_г — концентрация газа в воде, моль/дм; р_г — давление данного газа над водой, Па; k_г — коэффициент абсорбции (величина обратная константе Генри). Коэффициент абсорбции характеризует объем газа, растворяющегося при стандартных условиях в единице объема раствора, его значения приводятся в справочной литературе.

На практике обычно вода находится в контакте не с одним каким-либо газом, а со смесью их, например с воздухом. Парциальное давление газа в смеси определяется законом Дальтона, который гласит, что полное давление газовой смеси р₀ равно сумме парциальных давлений составляющих смесь газов р₁, р₂, р₃,.... т.е. каждый газ смеси ведет себя так, как если бы он один заполнял весь объем:

р_o⁼р₁+р₂+р₃+…+р_п.

Из формул видно, что полного удаления газов (С_г = 0) можно достичь при р_г = 0 или, что то же самое, при р₀ = 0 или р₀ = р_Н2О. Это достигается созданием над поверхностью воды либо вакуума, либо атмосферы, не содержащей удаляемого газа, в частности путем нагрева воды до кипения, когда парциальное давление паров воды становится равным общему давлению (р₀ = р_Н2О), что равносильно снижению парциального давления удаляемого газа до нуля.

 

Технология удаления диоксида углерода в декарбонизаторе

 

Способ удаления из воды свободного диоксида углерода СО₂ в декарбонизаторах методом аэрации широко применяется на ВПУ. На примере работы декарбонизатора легко показать, что можно не только десорбировать из воды одновременно все газы, растворенные в ней, но также осуществлять избирательную десорбцию какого-либо газа. Это достигается согласно закону Генри снижением парциального давления данного газа над водой без снижения общего давления и подогрева воды, что уменьшает энергетические потери. Практически это реализуется продувкой воды газом (или смесью газов), в составе которого десорбируемый газ или отсутствует, или что чаще, его концентрация чрезвычайно низка.

Образующийся в схемах ВПУ диоксид углерода, являясь коррозионно-активным, также участвует в анионообменных процессах на сильноосновном анионите, уменьшая рабочую емкость. Поэтому в тех схемах ВПУ, где СО₂ образуется по реакции

при Н-катионировании или подкислении, его необходимо удалять из воды. Осуществляется это в специальных аппаратах — декарбонизатоpax — путем продувки воды воздухом, подаваемым вентилятором.

Декарбонизатор представляет собой колонну, заполненную насадкой (деревянная, керамические кольца Рашига и др.) для дробления потока воды, подаваемой сверху на стекающие пленки, что увеличивает поверхность контакта воды и воздуха. Воздух, нагнетаемый вентилятором движется в насадке навстречу потоку воды и затем вместе с выделившимся СО₂ выводится через верхний патрубок. Расход воздуха принимается равным 20 м на 1 м воды.

Расчет декарбонизатора состоит в определении геометрических размеров поверхности насадки и необходимого напора, создаваемо­го вентилятором.