Декарбонизаторы. Декарбонизация

Декарбонизацией называют удаление из воды свободного диоксида углерода СО2 для предотвращения углекислотной коррозии оборудования и сетей. Декарбонизация – один из самых сложных массообменных процессов в цепочке подготовки воды в теплоэнергетике. Его протекание обуславливается большим числом взаимозависимых факторов, способных изменяться в широком диапазоне. Цель декарбонизации – достижение концентраций СО2, близких к равновесной для системы «вода–воздух». По направлению движения фаз декарбонизаторы могут быть противоточными и прямоточными

Противоточные декарбонизаторы

В качестве насадки в них используются керамические кольца Рашига трех типоразмеров. Эти кольца в нижних 8–12 слоях укладываются регулярно, а на всю остальную высоту засыпаются «в навал». Снизу вентилятором подается воздух.
Такие аппараты морально устарели (применяются более 60 лет), громоздки, дороги, трудоемки в обслуживании и ремонте. Существенным недостатком насыпных декарбонизаторов является и то, что они разрабатывались на некоторые средние условия. В методике их расчета определяются только диаметр аппарата и высота слоя насадки, а такие существенные параметры, как плотность орошения и удельный расход воздуха, принимаются постоянными. При малых концентрациях СО2 у аппарата получится многократный запас, а при больших – эффективность аппарата окажется недостаточной.

Типы насадок
1- кольцо Рашига; 2 - кольцо Лессинга, 3 – кольцо с крестообразной перегородкой; 4 – кольцо Палля, 5 – кольцо Ба-рада; 6 - седло Берля; 7 - седло Инталлокс.

Кольца Рашига, Паля и сёдла Инталокс, Берля - предназначены для заполнения рабочих объёмов насадочных колонн и аппаратов с целью повышения интенсивности тепло- и массообменных процессов в оборудовании химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и др. отраслей промышленности, систем канализации и водоснабжения, производства аммиака и минеральных удобрений. Последние годы кольца Рашига всё чаще заменяются насадками с более высокой производительностью - Кольцами Палля и сёдлами Инталокс, Берля.

Для удаления свободной углекислоты из химически обработанной воды на водоподготовительных установках электростанций наиболее широко распространен пленочный декарбонизатор с деревянной хордовой насадкой. Он представляет собой деревянную башню со щитами, которые состоят из досок, укладываемых плашмя в шахматном порядке с зазорами между ними. На основании исследований, проведенных на промышленных декарбонизаторах с деревянной хордовой насадкой и модели, установлено, что:

а) удельный расход воздуха, обеспечивающий достаточно глубокое удаление свободной углекислоты, составляет в среднем 20 м3/м3;
б) оптимальная плотность орошения деревянной хордовой насадки составляет 40—45 м3/м3;
в) скорость движения воздуха, отнесенная ко всей площади поперечного сечения декарбонизатора, w> 0,08-0,09 м/сек не оказывает влияния на величину общего коэффициента десорбции; при w<0,08-0,09 м/сек общий коэффициент десорбции резко уменьшается.
Поэтому скорость движения воздуха через декарбонизатор следует принимать не меньше 0,085—0,1 м/сек.

Декарбонизатор пленочного типа с деревянной насадкой
1 — подвод воды;
2 —выход воды;
3 —распредели-тельные сопла;
4 — деревянная насадка;
5 — вентилятор;
6—выход воздуха

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, и в) трудность герметизации корпуса декарбонизаторов.

Прямоточные декарбонизаторы
В настоящее время использование прямотока в декарбонизации ограничено только эжекционными аппаратами. Есть два принципиально различных подхода к их конструированию. Первый – базируется на использовании хорошо известных водоструйных эжекторов. Однако коэффициент эжекции (отношение объема воздуха к объему воды 4 – 20.
Второй подход базируется на теории прямоточных распылительных тепломассообменных аппаратов, имеющих разнобразное конструктивное оформление. Коэффициент эжекции при их использовании может достигать 1000, а производительность – находиться в диапазоне от единиц до сотен м3/ч, без ужесточения режимных параметров.

Декарбонизаторы «Туман» — современные аппараты, предназначенные для удаления питательной воды котлов, воды подпитки тепловых сетей и горячего водоснабжения избыточной углекислоты.
Аппараты не содержат насадки и вентилятора, не чувствительны к колебаниям нагрузки в широких пределах, не снижают эффективности в процессе эксплуатации. Просты в обслуживании и ремонте. Продолжительность последнего не превышает нескольких часов.
Разрабатываются и изготавливаются индивидуально, в широком диапазоне производительностей (от 5 м3/ч до нескольких тысяч) с учетом содержания в воде СО2 и т.п.

ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕСКИСЛОРОЖИВАНИЕ

Сульфитирование:
2Na2S03+02 = 2Na2SO4.
Достоинство: хорошо растворим в воде, безвреден .
Недостаток: увеличение солесодержания питательной воды на 12 мг на 1 мг растворенного кислорода. Чтобы это повышение не было чересчур большим, сульфитирование питательной воды применяется для связывания остатков кислорода после термических деаэраторов. В этом случае при температуре воды выше 100 °С реакция окисления сульфита натрия протекает с высокой скоростью при его минимальном избытке не более 2 мг/л.
Ввод Na2SO3должен осуществляться непрерывно и автоматически в питательную магистраль пропорционально расходу воды и концентрации растворенного в ней кислорода с помощью дозатора.

Обработка гидразином
Обработка питательной воды гидразином производится для связывания остаточных количеств О2. Гидразин применяется также для пассивации поверхности нагрева котла перед остановкой на ремонт. Используют два соединения гидразина — гидрат гидразина (N2H4 • Н20), представляющий собой ядовитую жидкость со слабоосновными и сильновосстановительными свойствами. Сульфат гидразина N2H4 - H2S04 представляет собой твердое, менее ядовитое, чем гидрат, вещество с кислыми свойствами, негорючее, более удобное в обращении. Сульфат гидразина дешевле гидрата, доставляется и хранится в деревянной таре.

Для дополнительной деаэрации питательной воды котлов, работающих на конденсатном режиме, и воды, употребляемой для впрыска в пар с целью его охлаждения, применяется только гидрат гидразина. Он, не увеличивает сухого остатка и не вызывает понижения щелочности воды (пара), а при переходе в аммиак даже несколько увеличивает ее. Во всех других случаях можно применять сульфат гидразина, увеличивающий сухой остаток воды примерно на 0,1 мг/л на каждые 0,02 — 0,03 мг/л 02 или на 4,5 мг/л на каждую 0,1 мг/л 02.
.

Связывание кислорода гидразином протекает по реакции: 02 + N2H4 -> N2 + 2 Н20. При наличии в воде оксидов железа и меди протекают дополнительные реакции, увеличивающие расход гидразина:
6Fe203 + N2H4 = N2 + 2 Н20 + 4Fe304;
2 Fe203 + N2H4 = N2 + 2 H20 + 4 FeO;
2 CuO + N2H4 = N2 + 2 H20 + 2 Cu2O;
2 Cu20 + N2H4 = N2 + 2 H20 + 4Cu или
CuO + N204 = N2 + 2 H20 + 2 Cu20.

Связывание кислорода гидразином происходит в течение 2 — 3 с при температуре 101 - 103 °С и pH воды 9 - 9,5. Первоначальный ввод повышенных доз гидразина необходим для скорейшего восстановления имеющихся в питательном тракте оксидов железа и меди. Период восстановления оксидов железа продолжается от 7 — 10 при новых до 20 — 30 дней при старых, долго работавших котлах, после чего дозировка гидразина снижается.