Удаление коррозионноагрессивных газов из питательной воды

6-1. ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕАЭРАЦИЯ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ

а) Теоретические основы термической деаэрации

Удаление растворенных коррозионноагрессивных га­зов О₂, CO₂ и NНэ из питательной воды парогенераторов, испарителей, паропреобразователей и из подпиточной воды тепловых сетей осуществляется путем термической деаэрации, химической дегазации и декарбонизации.

Термическая деаэрация воды основана на законе распределения вещества между фазами и является част­ным случаем его приложения, согласно которому рас­творимость газа в воде с учетом его парциального дав­ления в пространстве над водой характеризуется следую­щей зависимостью:

G = K_Ppг = K_P (p - pn) , (6-1)

где G — растворимость газа в воде, мг/кг или г/т; Кр — коэффициент растворимости газа, зависящий от темпера­туры воды, мг/(кг-мм рт.ст.) или г/(т*мм рт. ст.); р — суммарное давление газа и водяных паров в простран­стве над водой, мм рт. ст.; pn — парциальное давление водяных паров в том же пространстве, мм рт. ст.; pг — парциальное давление газа в том же пространстве, мм рт. ст.

Как видно из выражения, растворимость газа в воде равна нулю, когда pг = р, что имеет место при кипении воды. Численное значение давления в простран­стве над водой практически не влияет на эффект деаэра­ции. Поэтому термическую деаэрацию можно осуществить при давлении как выше, так и ниже атмосферного, если температура воды равна температуре кипения при данном давлении. Таким образом, казалось бы, доста­точно подогреть воду до температуры кипения при дан­ном давлении, чтобы удалить из нее растворенные газы. Однако доведение неподвижной воды до состояния ки­пения еще не обеспечивает полного удаления из нее рас­творенных газов даже в том случае, когда парциальное давление их над водой равно нулю. Это объясняется тем, что выражение

(6-1) не учитывает кинетики про­цесса деаэрации воды. Процесс термической деаэрации является сочетанием параллельно протекающих и сопря­женных процессов нагрева деаэрируемой воды до темпе­ратуры кипения, диффузии растворенных в воде газов и десорбции их, причем роль последнего процесса явля­ется при этом определяющей.

В целях улучшения условий выделения газов из воды необходимо максимально приблизить все частицы потока деаэрируемой воды к поверхности раздела фаз, с тем чтобы растворенные газы могли быстро переходить из во­ды в паровую фазу. Чем больше поверхность раздела во­да — пар, через которую происходит десорбция газов, тем быстрее система приближается к равновесию, т. е. тем полнее из воды удаляются растворенные газы. Это достигается усилением турбулентности потока воды пу­тем ее распиливания, разбрызгивания или сливания че­рез мелкие отверстия и перегородки для разделения ее на мелкие капли, тонкие струйки или пленки, что зна­чительно увеличивает поверхность воды и облегчает удаление из нее газов. Увеличение поверхности сопри­косновения воды с паром может быть достигнуто также путем барботирования через воду греющего пара, пода­ваемого под давлением через сопло или другие устрой­ства. С ростом скорости греющего пара увеличивается динамическое воздействие парового потока на деаэрируемую воду, что способствует повышению эффективно­сти термической деаэрации. С увеличением средней тем­пературы деаэрируемой воды или температуры исходной воды снижаются вязкость и поверхностное натяжение во­ды и увеличивается коэффициент диффузии кислорода в ней, вследствие чего повышается значение коэффици­ента десорбции (массопередачи) и в конечном итоге уменьшается остаточное содержание кислорода в деаэрированной воде.

Наиболее трудно удалить из воды аммиак, раство­римость которого при температуре 100 °С примерно в 3 000 раз выше растворимости кислорода и в 150 раз выше растворимости углекислоты. Как показали испы­тания, степень удаления из воды аммиака путем термиче­ской деаэрации не превышает 8—10%. При совместном присутствии в даэрируемой воде углекислоты и аммиа­ка они образуют слаболетучий углекислый аммоний, что еще более ухудшает эффективность термической деаэ­рации.

Эффективность удаления из воды свободной углекис­лоты значительно ниже, чем эффективность удаления кислорода, особенно при наличии свободной углекис­лоты в греющем паре. Термическое разложение бикарбоната натрия начинается лишь после того, как из воды практически полностью удалена вся свободная углекис­лота. Для того чтобы обеспечить нормальное протекание процесса термического разложения бикарбоната натрия, необходимо отводить из воды выделяющуюся при этом углекислоту. Интенсивность удаления ее в свою очередь зависит от скорости ее десорбции, которая в конечном счете и определяет продолжительность процесса разло­жения бикарбоната натрия.

Аппараты, предназначенные для термической деаэра­ции, называются термическими деаэрато­рами