Ротова М. А., доцент, канд. техн. наук Ульяновский государственный
технический университет (УлГТУ), Россия
Материалы Международной
научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и
вентиляции», 23 – 25 ноября 2005, МГСУ
Для предотвращения коррозии систем
теплоснабжения, обусловленной присутствием в воде диоксида углерода, применяют
физические и химические методы удаления СО2.
В работе приведено сравнение ежегодных эксплуатационных затрат на обработку
воды путем декарбонизации в аппаратах насадочного типа и путем подщелачивания
едким натром. Полученные данные позволяют определять наиболее экономичный метод
удаления диоксида углерода для обрабатываемых вод различного качества.
Предложены способы повышения эффективности физической десорбции СО2.
Внутренняя
коррозия тепловых сетей в значительной мере обусловлена наличием в сетевой воде
свободной углекислоты (диоксида углерода СО2),
которая является катализатором кислородной коррозии. Угольная кислота
присутствует в том или ином количестве во всех природных водах, используемых
для подпитки теплосети. Большая часть углекислоты находится в виде свободного
молекулярно растворенного газа СО2 и бикарбонатных ионов НСО3,
незначительная часть, прореагировав с водой, образует угольную кислоту.
Источником появления СО2 в природных водах
являются различные биохимические процессы окисления органических веществ, как в
самих водоемах, так и в почве, при фильтрации через которую вода обогащается
углекислотой.
При снижении щелочности подпиточной воды систем теплоснабжения путем
подкисления серной кислотой вода обогащается свободной углекислотой в
результате реакций
Са(НСО3)2 + Н2SО4
= СаSО4 + 2Н2О + 2СО2; (1)
Мg(НСО3)2
+ Н2SО4 = МgSО4 + 2Н2О + 2СО2. (2)
Количество
выделяющейся при противонакипной обработке воды свободной углекислоты 
мг-экв/дм3:
= 44.
.
(3)
Кроме того, дополнительное количество свободной углекислоты 
выделяется в процессах
обезжелезивания артезианских вод аэрированием
в результате реакции:
4Fe2+ + О2 +
8НСО3- + 2Н2О = 4Fe(ОН)3 + 8СО2. (4)
Общее количество свободной углекислоты 
, подлежащее удалению в процессе противокоррозионной
обработки воды, составляет
= 
+ 
+ 
(5)
Величина начального содержания свободного диоксида углерода 
в различных природных водах обычно находится в пределах
2-25 мг/дм3. При понижении накипеобразующей способности воды
методами подкисления и водород-катионирования
содержание СО2 в воде возрастает за счет
разрушения бикарбонатных ионов до значительных величин (50-500 мг/дм3).
В настоящее время при нормировании накипеобразующей способности
подпиточной воды используют показатель – карбонатный индекс Ик
[1], который равен произведению кальциевой жесткости и общей щелочности:
(6)
Приведенные в [1] значения карбонатного индекса обеспечивают допустимую
скорость накипеобразования в водогрейных котлах,
равную 0,1 г/(м2.ч). Для
обеспечения требуемого значения карбонатного индекса подпиточную
воду умягчают методами ионного обмена или уменьшают ее щелочность путем
подкисления, в результате чего, как упоминалось выше, образуется дополнительное
количество свободной углекислоты.
В
связи с высокой коррозионной агрессивностью свободной углекислоты содержание СО2 и соответствующее ему значение показателя рН в основных технологических потоках теплоэнергетических
установок строго нормируются. Так, в подпиточной воде систем теплоснабжения
свободная углекислота должна отсутствовать, чему соответствует значение рН>8,3 [2].
Для
предотвращения коррозии систем теплоснабжения, обусловленной присутствием в
воде СО2, применяют физические и химические методы. Сущность
физического метода заключается в следующем: вода, содержащая углекислоту,
приводится в соприкосновение с воздухом, в котором парциальное давление СО2 близко к нулю, и создаются условия, при которых
растворимость СО2 в воде становится минимальной. Этот метод
реализуется в специальных устройствах – декарбонизаторах.
В основе химических методов удаления из воды СО2
лежит его химическое связывание, достигаемое введением реактивов, обычно это
аммиак, щелочь или силикат натрия.
При выборе
метода предотвращения углекислотной коррозии необходим учет его экономичности.
Для определения экономичности физических и химических методов удаления
агрессивной углекислоты нами проведено сравнение ежегодных эксплуатационных
затрат на обработку воды путем декарбонизации в аппаратах насадочного типа,
наиболее распространенных в водоподготовительных установках ТЭЦ и котельных, и
путем подщелачивания едким натром. Так как состав исходной воды существенно
меняется в течение года, то затраты на декарбонизацию и на подщелачивание за
год рассчитаны как сумма затрат по месяцам.
Внимание к
этому вопросу вызвано тем, что в последние годы на ряде электростанций страны
связывание углекислоты в декарбонизаторах
заменяют химическим связыванием едким
натром. Связано это с тем, что эксплуатация декарбонизаторов
(обслуживание вентиляторов декарбонизаторов,
периодический контроль состояния насадки
декарбонизатора) требует большего внимания
технического персонала. Для химического связывания щелочью необходимы только ее
наличие, установка насоса-дозатора и настройка его на подачу определенного
количества щелочи.
Основные ежегодные эксплуатационные затраты на
обработку воды в декарбонизаторах насадочного типа
связаны с ежегодными отчислениями на амортизацию оборудования и с расходом
электроэнергии на привод вентилятора декарбонизатора.
Стоимость ежегодных отчислений на амортизацию оборудования А,
руб./г., принимается в размере 10,6 % от капитальных затрат К на установку декарбонизаторов [3], которые складываются из стоимости декарбонизаторов, вентиляторов, воздуховодов, включая их
транспорт и монтаж.
Затраты электроэнергии на подачу воздуха вентилятором в единицу
времени, Э, руб/ч, определяются по формуле
Э = сэ.
(7)
где: сэ – стоимость 1 кВт.ч электроэнергии, руб./(кВт.ч); 
вентилятора, кВт.
Мощность
электродвигателя вентилятора 
,
(8)
где: 
3/ч; 
Производительность
вентилятора и давление, создаваемое вентилятором, определяются исходя из
количества обрабатываемой воды, удельного расхода воздуха на декарбонизацию и
начального содержания СО2 по справочнику
[4].
В табл. 1 приведены данные по расходу подпитки теплосети на
Ульяновской ТЭЦ-1 и составу исходной воды, поступающей на водоподготовительную
установку ТЭЦ из городского водопровода. Нормативная величина
карбонатного индекса устанавливается путем подкисления. Необходимая щелочность
подпиточной воды рассчитана по формуле (6), исходя из условия поддержания
величины карбонатного индекса на уровне 3,2
(мг-экв/дм3)2 – для
средней температуры теплоносителя 70-100 оС.
Количество диоксида углерода, выделившееся в результате подкисления, и общее
количество СО2, подлежащее удалению,
рассчитаны по формулам (3) и (5).
Табл.
1. Данные о расходах подпитки теплосети,
качестве исходной и подкисленной воды на
Ульяновской ТЭЦ-1
Gпод х103,
т/мес
Gпод,
т/ч
ЖCa,
мг-экв/дм3
Щ,
мг-экв/дм3
Щнеоб,
мг-экв/дм3
Щизб,
мг-экв/дм3
мг/дм3
,
мг/дм3
мг/дм3
Янв.
1394,3
1874
2,7
2,15
1,18
0,97
42,7
3,3
46
Февр.
1259
1874
2,6
2,3
1,14
1,16
51
5,94
56,94
Март
1426,5
1918
3,1
2,6
1,03
1,57
69
12,21
81,3
Апр.
1225,3
1702
3,4
2,65
0,94
1,71
75,2
13,2
88,4
Май
1725,9
2320
2,5
2,0
1,28
0,72
31,7
7
38,7
Июнь
571,9
794
2,0
1,6
1,6
0
0
11
11
Июль
1079,7
1451
2,35
1,75
1,36
0,39
17,16
17,6
35
Авг.
795,3
1069
2,0
1,7
1,6
0,1
4,4
19,8
24,2
Сент.
1638,2
2275
2,05
1,85
1,56
0,29
12,8
11
23,8
Окт.
1653,8
2223
2,2
1,9
1,45
0,45
19,8
8,8
28,6
Нояб.
1861,0
2585
2,6
2,2
1,23
0,97
42,7
4,87
47,5
Дек.
1586,0
2132
2,6
2,2
1,23
0,97
42,7
2,64
45,3
Cтраницы: 1 | 2 | читать дальше>>