Г. Овчинников
Розчинені у воді кисень і вуглекислий газ підвищують швидкість корозії стали, особливо при підвищених температурах. Тому їх належить максимально видаляти з котельної води і води опалювальних систем. У даній публікації пропонується огляд спрямованих на це сучасних способів водопідготовки
Котлові системи за їх призначенням прийнято поділяти на водогрійні та парові, тому для кожного типу існує свій набір вимог до очищеної води, які також залежать від потужності і температурного режиму.
Розробку офіційних вимог здійснюють наглядові органи, однак вони завжди м'якше рекомендацій виробника, що встановлюються виходячи з гарантійних зобов'язань. Крім того, в європейському Союзі ці документи проходять всебічну експертизу в органах стандартизації і профільних організаціях з точки зору ефективності та тривалої експлуатації котла. Тому доцільно орієнтуватися саме на рекомендації виробника.
Мал. Установка з зернистим редоксітом для видалення кисню з підживлювальної води пелетних котлів Національного Ботанічного саду ім. М.М. Гришко
Все різноманіття водно-хімічних режимів регламентується Правилами технічної експлуатації, а також різними керівними документами, які стосуються окремим з перерахованих режимів. Тільки дотримання правильного водного і хімічного режимів забезпечить надійну, безаварійну і довговічну роботу котельного обладнання, поряд з системами теплопостачання.
Шкода розчинених в котельній воді газів
Також необхідна нейтралізація вільної СО2 в оборотних конденсатах нагрівальних систем.
Для видалення кисню з живильної води котлів можна використовувати як фізичні, так і хімічні методи. Зазвичай їх комбінують, спочатку - фізичні, потім хімічні методи.
фізичні методи
До фізичних методів відносять застосування деаераторів, які бувають термічними і вакуумними. Для деаерації води також розроблені електромагнітний, високочастотний і ультразвукової способи, а також бульбашковий азотний.
Найбільшого поширення в парових та водогрійних котелень отримав термічний спосіб. Він заснований на процесах, описаних в законі Генрі. Згідно з ним, розчинність ідеальних газів у воді при постійній температурі і низькому тиску прямо пропорційна парціальному тиску даних газів над водою. Підвищення температури до рівня насичення при даному тиску знижує до нуля парціальні тиску газів над водою, отже, і розчинність газів у воді знижується до нуля. Внаслідок порушення рівноваги в системі відбувається виділення газів з води (фізична десорбція).
Підбираючи такі співвідношення температури і тиску, при яких гази стають практично нерозчинними, можна майже повністю видалити їх з води.
За останні роки конструкції апаратів для видалення газів були значно поліпшені. В даний час є кілька вдалих типів деаераторів, кожен з яких пристосований для спеціальної мети. Існують установки для деаерації холодної води без нагрівання, що дають 15000 м3 в день і знижують вміст кисню до 0,22 мл / дм3. Вода в такому апараті розбризкується по спеціальних лотках камери, що знаходиться під низьким тиском. Гази можуть віддалятися паровими ежекторами з холодильниками або вакуумними насосами.
У парових котелень застосовуються в основному змішують десорбера атмосферного типу низького надлишкового тиску. В такому апараті цівки води рухаються вниз назустріч поступає з паророзподільних камери пару, і, стикаючись з ним, нагріваються до температури кипіння, в результаті чого з води виділяється розчинений в ній повітря.
У пристрої підтримується тиск 0,12 МПа, а вода нагрівається до 104 ° C, тобто до температури кипіння при цьому тиску. Випарувалася вода і повітря через штуцер направляються в теплообмінник для підігріву води, що надходить в апарат. Номінальна продуктивність таких деаераторів 25-300 т / год.
У котельних з водогрійними котлами, де немає пара, використовуються вакуумні деаератори, в яких підтримується тиск близько 0,03 МПа при температурі кипіння близько 69 ° C. Таке розрідження створюється за допомогою водоструминного ежектора.
Головною умовою видалення газів з гарячої води є підтримка її в тонкорозпилену стані (протягом достатнього часу) при температурі кипіння, відповідає тиску, при якому розчинені гази вільно виділяються в газоподібну фазу. При простому типі відкритого нагрівача живильної води деаератор, при нагріванні до 88-93 ° C і вільному відвід газів в атмосферу, знижує концентрацію кисню приблизно до 0,3 мл / дм3.
Пристрої для видалення кисню для систем гарячого водопостачання для великих будівель і комплексів будівель влаштовані інакше. Воду нагрівають під вакуумом так, щоб температура кипіння її не перевищувала 60-80 ° C за допомогою рядів змійовиків з гріючою парою. Потім воду розбризкують вниз по тарілках. Температура пара, що надходить в нижні змійовики, вище температури води, яка внаслідок цього випаровується; пар захоплює виділилися гази через клапан, що охолоджується входить холодною водою. Конденсат з клапана стікає назад, в тарелочную камеру, в той час, як гази викидаються вакуумним насосом або паровим ежектором.
якщо пристрій поміщається в підвалі будівлі, то потрібно циркуляційний насос для гарячої води, іноді його встановлюють в горищних технічних поверхах будівлі, щоб подача води реалізовувалася за рахунок природної циркуляції. В таких умовах досягається концентрація кисню 0,04 мл / дм3, що забезпечує захист системи від корозії при температурі нижче 70 ° С.
У деаераторах для котельної живильної води здійснюється прямий контакт води з парою. Найчастіше застосовуються апарати тарілкового типу, що працюють під тиском або вакуумом. Десорбер з розпиленням, що працює під невеликим тиском, широко застосовується в котельних установках. У деаератори тарілкового типу холодна живильна вода проходить через холодильник, потім надходить в камеру, що нагрівається парою, де розбризкується на металеві тарілки. Після цього вода стікає в резервуар для зберігання. Пар наповнює весь простір, причому напрямок його руху така, що він нагріває воду і видаляє гази, що виділяються. Таким чином, можна досягти практично повної відсутності кисню в воді.
У більш сучасної моделі деаератора відбувається розпорошення води в атмосферу пари при тиску приблизно 0,1 кг / см2. Цей тип десорбера розроблений для суднових котлів. Пристрій складається з холодильника, секції з паровим обігрівом, Деаераційно секції, навколишнього впуск пари, і секції для зберігання деаерірованной води, розташованої внизу апарату. Холодна живильна вода проходить через холодильник, потім через які розпилюють форсунки, надходить в камеру, що обігрівається парою, і знову через форсунки в Деаераційно камеру, а потім в водозбірник. Пар входить в Деаераційно камеру під тиском 0,7 кг / см2 і піднімається в холодильник, де випускаються видаляються гази, а теплота пара передається воді, що надходить в апарат. Велика частина розчиненого кисню видаляється з води при первісному її нагріванні; останні 5% кисню видаляються значно важче. Для цього служить Деаераційно камера, яка забезпечує практично повне видалення кисню з води.
Найбільш потужні деаератори видаляють також всю вільну двоокис вуглецю і частково - полусвязанную вуглекислоту та інші гази. При цьому, внаслідок відсутності двоокису вуглецю, рН води збільшується.
Існує безреагентна технологія глибокого видалення кисню для парових та водогрійних систем, з використанням гідрофобних мембран в контакторах, що дозволяє досягати глибокого ступеня очищення води - до 1 мкг / дм3.
Застосування десорбційних методів дозволяє видаляти газ до певної межі, недостатнього в ряді випадків за умовами використання води. Крім того, не завжди є можливість і необхідність включення в схеми складних апаратів для газовидалення. Тому на багатьох теплоелектростанціях для обробки живильної і додаткової води застосовуються хімічні методи зв'язування O2 і CO2 в речовини, які є безпечними в корозійному відношенні.
хімічні методи
В основі хімічних методів видалення з води розчинених газів лежить їх хімічне зв'язування, що досягається введенням реагентів або фільтруванням через спеціальні завантаження.
Для вилучення з води кисню застосовують її фільтрування через легко окислюються речовини, наприклад, сталеві стружки, інші регенеровані завантаження.
Ступінь видалення вільного кисню для запобігання корозії котлів і мереж, залежить від температури теплоносія, обсягу води.
Зазвичай при 70 °, як це має місце в багатьох системах ГВС, не потрібно зменшення вмісту кисню нижче 0,07 мл / дм3. Для парових котлів, що працюють під тиском нижче 17,5 кг / см2 (без економайзерів) бажаний межа не повинен перевищувати приблизно 0,02 мл / дм3. Для котлів високого тиску (або при застосуванні економайзерів) потрібно практично повна відсутність кисню, т. Е. Нижче 0,0035 мл / дм3.
Зміст O2 в системах холодної води при одноступінчастої аерації досягає значення не більше 0,2 мл / дм3, а за умови вмісту кисню менше 0,07 мл / дм3, застосовується додаткова обробка води, що виходить з деаератора, дозуванням хімічних препаратів.
Існує багато реагентів та їх композицій під різними комерційними назвами, які можуть бути використані для нейтралізації кисню. У кожного реагенту є свої позитивні і негативні властивості і якості. Вони будуть розглянуті нижче.
Найпоширенішим реагентом для хімічного видалення кисню з води служить сульфіт натрію Na2SO3 під різними фірмовими назвами. Як в чистому вигляді, так і у вигляді каталітично активної форми. Використовують як каталізатори оченьнебольшіе кількості міді або кобальту.
Рекомендовані концентрації сульфіту натрію у різних авторів значно відрізняються. Для видалення 1 кг кисню потрібно близько 8 кг сульфіту натрію, проте є багато рекомендацій з дозування надмірної кількості цього каталізатора - від 2 до 40 мг / дм3 для конкретних котлів і режимів роботи.
Обробка води за допомогою Na2SO3 заснована на реакції окислення сульфіту розчиненим у воді киснем:
2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4.
У цій реакції в якості відновника виступає чотирьохвалентного сірка S4 +, яка віддає електрони кисню, окислюючись до S6 +.
Важливим показником процесу зв'язування кисню є швидкість реакції між сульфитом натрію і киснем. Вона залежить від температури оброблюваної води і, відповідно до закону дії мас, - від кількості введеного реагенту.
Так, при температурі води 40 ° C і дозуванні стехиометрического кількості сульфіту натрію процес завершується за 6-7 хвилин, при температурі 80 ° C час реакції становить трохи більше 1 хвилини. При 70% надлишку реагенту, відповідно до закону дії мас, реакція протікає до кінця протягом 2 хвилин при будь-якій температурі.
При температурі понад 275 ° C (тиск насичення 6 МПа) сульфіт натрію може розкладатися з утворенням SO2 або H2S, що помітно збільшує швидкість корозії обладнання пароконденсатного тракту.
Тому даний реагент може бути використаний тільки для знекиснення води котлів середнього тиску (3-6 МПа), випарників і для підживлювальної води теплової мережі.
Розчин сульфіту натрію концентрацією 3-6% готують в баку, захищеному від контакту з атмосферою, і потім, за допомогою дозатора, вводять в оброблювану воду з деяким надлишком проти стехіометричного кількості.
Однак передозування реагенту у багато разів підвищує електропровідність води котла (вміст солей), а також шламообразованіе, можливі проблеми в зв'язку з утворенням піни в котельній воді.
Сульфітування просто в здійсненні, не вимагає громіздкої і дорогої апаратури. Недоліком даного методу є те, що воно збільшує сухий залишок в кількості 10-12 мг / дм3 на 1 мг / дм3 розчиненого кисню.
Розроблено і застосовується оригінальна ефективна технологія з видалення O2 з води із застосуванням зернистого фільтруючого матеріалу, виготовленого на основі синтетичних іонітів макропористою структури, в яку вбудовуються активні центри металів, зокрема, двовалентного заліза.
У процесі фільтрації води через шар завантажувального матеріалу окислення розчиненим киснем переводить закісние форми заліза (FeO) в подвійний оксид заліза (FeO • Fe2O3nH2O) або в полутораокісі (Fe2O3 • nH2O).
Сутність технологічного процесу полягає в застосуванні сорбенту, що має досить високу ємність поглинання по кисню (тобто представляє собою редокс у відновленій формі). В якості такого сорбенту використаний іонітний комплекс з перехідним металом, введеним в фазу іоніту.
При цьому процес хімічного поглинання кисню можна представити у вигляді наступного рівняння:
4RMe (ОН) n + О2 + 2H2O → 4RMe (OH) (n + 1),
де R - нерозчинний у воді складний радикал ионита; Ме - перехідний метал.
У міру фільтрації води через шар редоксіта все більша його частина буде переходити в окислених форму і, нарешті, здатність до подальшого поглинання кисню буде повністю вичерпана. По закінченню робочого циклу Redox-фільтра виснажений сорбент піддається регенерації.
Регенерація є процес відновлення поглинальної здатності редоксіта шляхом пропуску через шар, наприклад, тіосульфату натрію:
RMe (ОН) n + 2H2O → 4RMe (OH) (n-1),
де R - нерозчинний у воді складний радикал ионита; Ме - перехідний метал.
Перед пропуском регенераційних розчинів редокс необхідно розпушувати зворотним струмом води. Після його відмивають від надлишку реагенту і продуктів регенерації.
Для барабанних котлів високих і надвисоких тисків застосовується гідразин в формі гідразин-гідрату або гідразин-сульфату, які енергійно взаємодіють з киснем, окислюючись в результаті до води і азоту, тобто не підвищуючи солевмісту води:
N2H4 · H2O + O2 = 3H2O + N2.
Гідразин-гідрат можна успішно застосовувати для обробки живильної води як барабанних, так і прямоточних котлів (він не підвищує сухого залишку води), в той час як гідразин-сульфат - тільки для обробки живильної води барабанних котлів (він трохи збільшує сухий залишок).
Швидкість реакції залежить від температури, pH середовища, надлишку гідразину, відповідно до закону дії мас, а також присутності каталізаторів. При температурі менше 30 ° C гідразин практично не взаємодіє з O2, але при 105 ° C, pH = 9-9,5 і надлишку гідразину близько 0,02 мг / дм3 час практично повного зв'язування кисню становить кілька секунд.
Гідразин вводиться в воду у вигляді 0,1-0,5% розчину з надлишком проти стехіометричного кількості з урахуванням того, що частина його витрачається на відновлення вищих оксидів заліза і міді з відкладень на трубах.
Гідразин-сульфат може застосовуватися при будь-яких тисках, однак найбільш доцільно використовувати його тільки при тиску 70 кгс / см2 і вище, а при низькому тиску краще застосовувати сульфіт натрію внаслідок його меншої вартості.
Розрахунок дози гідразину g (мкг / кг) в перерахунку на NH4рекомендуется проводити за формулою:
g = С1 + 0,35С2 + 0,15С3 + 0,25С4 + 40,
де С1 - концентрація кисню в живильній воді до введення гідразину, мкг / кг; С2 - концентрація нітритів у живильній воді до введення гідразину, мкг / кг; С3 - концентрація заліза в живильній воді, мкг / кг; С4 - концентрація міді в живильній воді , кг / кг.
Концентрація гідразину в робочому розчині С (мг / кг) розраховується за формулою:
С = D / DH,
де D - витрата живильної води, т / год; DН - середня (регульованого діапазону) подача насоса-дозатора, л / год.
При приготуванні робочого розчину гідразин-сульфату, останній повинен бути нейтралізований їдким натром. його кількість, необхідне для нейтралізації, y (кг) розраховується за формулою:
у = 0,62у1 + 0,04ЩVб,
де у1 - кількість завантаженого гідразінсульфата, кг; Щ - лужність за фенолфталеїном води, використовуваної для приготування робочого розчину, мг-екв / кг; Vб - обсяг бака, м3.
В котельній воді і в пароперегрівачах надлишок гідразину розкладається з утворенням аміаку:
3N2H4 = 4NH3 + N2.
При організації гідразинної обробки води слід враховувати, що гідразин є високотоксичним і канцерогенною речовиною, при концентрації вище 40% він горючий, тому повинні передбачатися спеціальні суворі заходи безпеки.
Для зв'язування кисню в котельній воді можуть застосовуватися і інші органічні та неорганічні сполуки. Наприклад гідрохінон (парадіоксібензол), пирогаллол (несімм-тріоксібензол), ізоаскорбіновая кислота, карбогідразін, N, N-Діетилгідроксиламін (ДЕГА). Їх застосування регламентується рекомендаціями виробника конкретного обладнання.
Всі перераховані вище хімічні сполуки можуть входити в рецептуру багатьох комплексних фірмових складів для обробки котлової води і Внутрікотлова поверхонь.
Вуглекислота, яка надходить в пароводяної цикл через різні повітряні нещільності обладнання, а також і за рахунок розкладання карбонатів солей (в додаткової воді), призводить до зниження рН води. Це, в свою чергу, посилює процеси корозії за рахунок взаємодії водневих іонів з металом, а також за рахунок зниження захисних властивостей окисної плівки на поверхні металу. Внаслідок цього вуглекислота завжди є фактором посилення корозії.
Для запобігання углекислотной корозії обладнання конденсатно-живильного тракту ТЕС з барабанними котлами застосовується спосіб зв'язування вільної вуглекислоти шляхом введення в конденсат турбін або живильну воду лужного реагенту - водного розчину аміаку. Основним завданням такої обробки є підвищення pH води і конденсату на ділянках пароводяного тракту, що надійно забезпечує захист обладнання від корозії з водневою деполяризацією.
Дозування аміаку визначається його кількістю, необхідною для зв'язування діоксиду вуглецю в гідрокарбонат амонію. Невеликий надлишок NH3 понад цю кількість утворює вже карбонат амонію і підвищує pH води до значень вище 8,5:
NH3 + H2O + CO2 = NH4HCO3,
NH4HCO3 + NH3 = (NH4) 2CO3.
З наведених рівнянь слід, що для зв'язування 1 мг / дм3 CO2 досить 0,26 мг / дм3 аміаку.
Аміак зазвичай вводиться в оброблювану воду у вигляді 1-5% розчину NH4OH за допомогою насосів-дозаторів, автоматизованих по витраті води. При концентрації вільної вуглекислоти в воді або парі понад 8 мг / дм3 застосування аміаку зазвичай неприпустимо, тому що може протікати корозія мідних сплавів (латуні), що застосовуються для виготовлення обладнання конденсатно-живильного тракту.
Розроблено і застосовується комбінований гідразин-аміачний режим, який характеризується введенням в теплоносій (в основному в живильну воду) аміаку з метою підвищення рН води і нейтралізації впливу вуглекислоти, а також введенням гідразину з метою зниження вмісту залишкового кисню після деаераторів живильної води. Завдяки впливу високого значення рН, сповільнюються корозійні процеси стали і мідних сплавів. Однак аміак, крім здатності до підвищення рН амініруемой води, володіє також здатністю специфічного корозійного впливу на мідні сплави. Тому доза аміаку при введенні гідразин-аміачного режиму обмежується підтримкою в живильній воді вмісту аміаку на рівні, що не перевищує 1 мг / дм3.
Більше важлівіх статей и новин в Telegram-каналі AW-Therm . Підпісуйтесь!
Вам такоже может сподобатися
Замовлення Було Відправлено, з Вами зв'яжеться наш менеджер.
