Сущность процесса термической деаэрации

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, NH₃, Cl₂) и не взаимодействующие (N₂, О₂, Н₂). Эти же газы разделяются также на коррозионно-активные (О₂, СО₂, С1₂) 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 О₂, азот N₂ и диоксид углерода СО₂ попадают в воду вследствие контакта ее с воздухом. Кроме того, высокие концентрации СО₂ 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. Например, аммиак NH₃, находящийся в водных растворах в форме ионов NH₄⁺, вводится в питательную воду при ее аминировании, газообразный хлор используется при обработке охлаждающей воды и т.п.

Процессы выделения газов из воды (десорбция) и растворения газов в воде (абсорбция) подчиняются общим законам массопередачи в системе жидкость — газ и протекают до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, зависящее от температуры, давления и концентраций в обеих фазах.

Деаэрация воды основывается на законе Генри, согласно которому количество газа, растворенного в единице объема воды, G, мг/л, пропорционально парциальному давлению газа в газовой или парогазовой смеси над поверхностью воды:

,

где k – коэффициент растворимости (абсорбции) газа в воде при абсолютном парциальном давлении газа над водой, равном 1 кгс/см²; р_Г – парциальное давление газа над поверхностью воды, кгс/см².

Коэффициент растворимости газа при одном и том же давлении газа зависит от температуры: с повышением температуры коэффициент k уменьшается (но не может быть равным нулю), т.е. уменьшается и растворимость газа в воде.

Для полного удаления газа из воды необходимо создать такие условия, при которых парциальные давления этих газов над поверхностью воды будут равны нулю, что возможно при кипении воды, т.е. при доведении ее до температуры насыщения при давлении в деаэраторе.

Однако практически в одноступенчатых термических деаэраторах достигнуть полного удаления газов из воды не удается. Процесс деаэрации осуществляется двумя способами: за счет конвективной диффузии и дисперсного выделения пузырьков газа. Конвективная диффузия происходит в течение всего процесса деаэрации, а дисперсное выделение начинается только с момента достижения водой состояния насыщения.

В зависимости от характера процессов, протекающих в деаэраторе, к его конструкции предъявляют следующие основные требования:

1) во всех ступенях деаэратора должен обеспечиваться непрерывный процесс, т.е. должны отсутствовать циркуляционные точки, которые могли бы привести к проскоку необработанной воды. Не должно быть застойных зон, особенно в паровом пространстве деаэратора;

2) должен быть обеспечен четкий противоток воды и пара;

3) деаэратор должен вентилироваться необходимым количеством пара. Пар должен содержать минимальное количество газов, удаляемых из воды деаэраторе;

4) при обработке воды в деаэраторе должны быть максимально развиты поверхности контакта фаз и конструкция деаэратора должна обеспечивать многократную обработку воды паром;

5) конструкция деаэратора должна обеспечивать удаление мельчайших пузырьков газа, выделяющихся из воды при нагревании;

6) перед последней ступенью деаэрации вода должна выдерживаться при температуре, близкой к насыщению;

7) конструкция деаэратора должна исключать возможность повторной аэрации обработанной воды;

8) процесс деаэрации должен быть автоматизирован.