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 Сг — концентрация газа в воде, моль/дм ; рг — давление данного газа над водой, Па; kг — 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:
рo=р1+р2+р3+…+рп.
Из формул видно, что полного удаления газов (Сг = 0) можно достичь при рг= 0 или, что то же самое, при р0 = 0 или р0 = рН2О. 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 = рН2О), 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.