6.3. Технология удаления газов в деаэраторах

Термическая деаэрация - это процесс десорбции газа, при котором происходит переход растворенного газа из жидкости в находящийся с ней в контакте пар. Наличие такого процесса возможно при соблюдении законов равновесия между жидкой и газовой фазами. Совместное существование этих двух фаз возможно только при условии динамического равновесия между ними, которое устанавливается при длительном их соприкосновении. При динамическом равновесии (при определенных давлении и температуре) каждому составу одной из фаз соответствует равновесный состав другой фазы. Доведение воды до состояния кипения, когда P₀ = Р_Н2О, не является достаточным для полного удаления из нее растворимых газов. Удаление газов при термической деаэрации происходит в результате диффузии и дисперсного выделения их. При этом должны быть созданы условия перехода газов из воды в паровое пространство. Одним из таких условий является увеличение площади поверхности контакта воды с паром, чтобы максимально приблизить частицы потока деаэрируемой воды к поверхности раздела фаз. Это достигается дроблением потока воды на тонкие струи, капли или пленки, а также при барбатаже пара через тонкие слои воды.

Положительно сказывается на процессе деаэрации увеличение средней температуры деаэрируемой воды, так как при этом снижается вязкость ее и поверхностное натяжение и увеличивается скорость диффузии газов. В то же время эффективное удаление газа из воды также не является достаточным для эффективной деаэрации. Выделившийся из воды газ находится на поверхности жидкости или в непосредственной близости от нее и при незначительном снижении температуры воды или повышении ее давления газ вновь поглощается водой.

Эффективная деаэрация достигается при полном отводе выделившихся газов за счет непрерывной вентиляции и вывода их из деаэратора. Газ из деаэратора отводится вместе с паром, который называют выпаром. Значение выпара оказывает существенное влияние на эффект деаэрации. Для деаэраторов повышенного давления величина выпара составляет 2 - 3 кг пара на 1 т деаэрируемой воды. Таким образом, количество пара, подводимого к деаэратору, должно обеспечивать поддержание состояния кипения деаэрируемой воды и оптимальный выпар, а гидравлическая нагрузка деаэратора должна быть такой, чтобы динамическое воздействие потока пара было преобладающим на границе фаз.

Применяемые на ТЭС деаэраторы различают по рабочему давлению, при котором происходит выделение газов из воды: деаэраторы повышенного давления (0.6 - 1.2 МПа) типов ДСП-1600, ДСП-1000 и другие с подогревом воды на 10 - 40°С; деаэраторы атмосферные (с давлением 0.12 МПа) типов ДА-300, ДА-150 и другие с подогревом воды на 10 - 50°С и деаэраторы вакуумные (с давлением 0.0075 - 0.05 МПа) типа ДВ-2400, ДВ-2000 и другие с подогревом воды на 15 - 25°С (числа в типоразмерах указывают производительность, т/ч).

Под номинальной производительностью деаэратора понимается расход всех потоков воды, подлежащих деаэрации и количество сконденсировавшегося в деаэраторе пара.

Деаэраторы различают также по способу контакта воды с паром: пленочные, струйные, капельные, барбатажные. При этом часто используются комбинированные схемы контакта (например, струйно-барбатажные).

Большинство деаэраторов выполняется в виде вертикальной цилиндрической колонки, которая размещается над баком-аккумулятором. Бак-аккумулятор предназначен в основном для аккумулирования запаса питательной (подпиточной) воды. Кроме того, в нем заканчивается процесс дегазации воды (выделение дисперсных газов и разложение гидрокарбонатов).

На рис. 6.6 приведена колонка струйного атмосферного деаэратора. Деаэраторы такого типа широко распространены на отечественных электростанциях в комбинированных вариантах. Они просты по конструкции и имеют малое сопротивление при прохождении пара. Деаэрируемая вода подводится в верхнюю часть колонки. Дробление воды на струи осуществляется с помощью дырчатых тарелок, расположенных по высоте колонки на расстоянии 300 - 400 мм друг от друга. Тарелки имеют отверстия диаметром 5 - 7 мм, площадь которых составляет около 8% общей площади тарелки. В колонке устанавливаются тарелки двух типов с проходом пара через центральное отверстие или по периферии. Чередуясь между собой, тарелки обеспечивают многократное пересечение потоком пара струй деаэрируемой воды. Число устанавливаемых тарелок определяется начальным и конечным содержанием кислорода в деаэрируемой воде (обычно пять и более).

Рис. 6.6. Конструкция колонки атмосферного деаэратора струйного типа:
1 - подвод воды; 2 - отвод выпара; 3 - дырчатые тарелки; 4 - подвод греющего пара

Струйное движение деаэрируемой воды обуславливает обязательную неравномерность интенсивности ее деаэрации, отнесенную к единице длины струи, что является существенным недостатком деаэраторов данного типа. Для его устранения колонки струйного типа выполняют большой высоты (3.5 - 4 м и более).

Важной характеристикой всех типов деаэраторов является приведенная плотность орошения (отношение расхода воды к площади поперечного сечения колонки). Для колонок струйного типа эта величина составляет 60 - 100 т/(м²·ч).

В настоящее время деаэрирующие устройства струйного типа с дырчатыми тарелками широко используются в качестве первой ступени обработки воды в деаэраторах струйно-барбатажного типа.

В деаэраторных колонках пленочного типа (рис. 6.7) деаэрируемая вода разбивается на тонкие пленки, стекая вниз по поверхности насадки. Используется упорядоченная или неупорядоченная насадка. Упорядоченная насадка выполняется из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, концентрических цилиндров, укладываемых правильными рядами колец или других элементов, обеспечивающих непрерывное направленное движение воды.

Рис. 6.7. Конструкция деаэрационной колони пленочного типа:
1 - корпус; 2 - подвод воды; 3 - крышка; 4 - отвод выпара; 5 - отверстия для слива воды; 6 - патрубки для выпара; 7, 8 - нижний и верхний листы водораспределительной камеры; 9 - орошаемая насадка; 10 - подвод пара; 11 - подвод дренажа

Колонка с упорядоченной насадкой позволяет работать с плотностью орошения до 300 т/(м²·ч) при подогреве воды на 20 - 30°С. Они могут использоваться для дегазации неумягченной воды, а также воды загрязненной шламом или накипью. В то же время в них практически нельзя обеспечить равномерность распределения потока воды по насадке.

Неупорядоченная насадка выполняется из отдельных элементов определенной формы, которые заполняют объем колонки. Это могут быть шары, кольца, W-образные элементы и т.п.

Деаэрационная колонка с неупорядоченной насадкой допускает плотность орошения 90 - 110 т/(м²·ч) при подогреве воды на 40°С, обеспечивает более высокий коэффициент массоотдачи и соответственно меньшее остаточное содержание газа в воде. В то же время предельная гидравлическая нагрузка в этих колонках существенно ниже чем в выше рассмотренных.

В основном, пленочные деаэраторы применяются для дегазации подпиточной воды тепловых сетей. Им присущи: большая чувствительность к перегрузкам, которые могут привести к обращенному движению воды и к гидроударам; как правило, недостаточная удельная пропускная способность на единицу площади поперечного сечения колонки, что вызывает необходимость наличия нескольких параллельно работающих колонок; гидравлические и тепловые переносы за счет смещения слоя насадки, уменьшения ее удельной площади поверхности под действием потоков воды и пара.

Наилучший эффект деаэрации достигается при использовании деаэраторов, сочетающих струйный, пленочный или капельный принцип распределения воды с барботажем. В барботажных устройствах контакт пара с водой происходит при дроблении ее. При этом обеспечивается интенсивная турбулизация и удельная площадь поверхности контакта фаз может достигать 1500 м²/м³. При проходе пара через слой воды происходит ее перегрев относительно температуры насыщения, соответствующей давлению в паровом пространстве над поверхностью воды. При этом пузырьки пара увлекают за собой слой воды, которая вскипает при движении вверх. Это способствует лучшему выделению из воды растворенных газов. В процессе барботажа интенсивно выделяется не только кислород, но и углекислота, которая в деаэраторах других типов полностью не удаляется из воды.

Барботажные деаэрирующие устройства компактны и хорошо сочетаются с устройствами струйного типа. Струйный отсек при этом служит лишь для нагрева воды до температуры, близкой к температуре насыщения, и для предварительной грубой ее деаэрации.

На рис. 6.8 показана конструктивная схема деазрационной колонки струйно-барботажного типа. Предназначенная для деаэрации вода поступает в смесительное устройство 2 и через переливное устройство 3 сливается на дырчатую тарелку 4. Через отверстия дырчатой тарелки вода сливается на перепускную тарелку 5, откуда через сегментное отверстие 6 поступает на барботажную тарелку 7. На тарелке 7 вода барботируется паром, проходящим через отверстия. С этой тарелки вода переливается через порог 8 и поступает в гидрозатвор, после которого она сливается в бак-аккумулятор 12. Пар из коллектора 13 подводится под барботажный лист. Степень перфорации барботажного листа принимается такой, чтобы под ним даже при минимальной нагрузке существовала устойчивая паровая подушка, препятствующая проходу воды через отверстия. При значительном повышении давления в паровой подушке при увеличении нагрузки (до 130 мм. вод. ст.) часть пара из нее перепускается по трубе 14 в обвод барботажного листа. Это исключает нежелательное повышение уноса воды из слоя над листом. Постоянному проходу пара через трубу 14 препятствует гидрозатвор 15, который заполняется водой. Пройдя через слой воды над листом 7, пар выходит через горловину перепускной тарелки 5, омывает струи воды и подогревает ее до температуры, близкой к температуре насыщения при давлении в колонке. Здесь же происходит первичная дегазация воды. Через штуцер 17 пар и выделившиеся газы удаляются из колонки. Эффективность работы таких деаэраторов весьма высока и они получили широкое распространение для блоков мощностью 300 МВт. Для блоков большей мощности их конструкция была несколько изменена с целью уменьшения габаритов и расширении диапазона эффективной работы барботажного устройства.

Рис. 6.8. Конструктивная схема деаэрационной колонки струйно-барботажного типа:
1 - подвод воды; 2 - смесительное устройство; 3 - переливное устройство; 4 - дырчатая тарелка; 5 - пароперепускная тарелка; 6 - сливной канал; 7 - барботажная тарелка; 8 - переливной порог; 9 - гидрозатвор; 10 - корпус; 11 - водослив; 12 - бак-аккумулятор; 13 - подвод пара; 14 - пароперепускная труба; 15 - гидрозатвор; 16 - барботажный слой; 17 - отвод выпара

Дальнейшее совершенствование деаэраторов струйно-барботажного типа направлено на уменьшение их габаритов и повышение надежности эффекта деаэрации при переменных режимах работы. Для крупных блоков были разработаны и применялись струйно-барботажные деаэраторы с горизонтальными колонками. Они удобны с точки зрения компоновки на ТЭС. Однако стеснённое расположение тарелок из-за ограничений по высоте и чувствительность к отклонениям по горизонтали при установке провальных и непровальных тарелок приводило к существенным гидравлическим и тепловым перекосам и к ухудшению качества деаэрации.

Задачей расчета деаэраторов является определение размеров зоны деаэрации, обеспечивающих эффективное удаление растворенных агрессивных газов из воды. Исходными данными являются начальное и конечное содержания растворенных в деаэрируемой воде газов и расчетные характеристики потоков пара и воды в отсеках, определяемые при тепловом расчете колонки. Поэтому при определении основных размеров колонки струйного типа тепловой расчет предшествует расчету массообмена.

Расчет числа отсеков обычно ведется методом последовательного приближения до достижения требуемого остаточного содержания кислорода в деаэрируемой воде. При расчете струйно-барботажных колонок необходимо иметь в виду, что увеличение недогрева в струйных отсеках ведет к увеличению расхода пара, поступающего на барботажное устройство. Обычно недогрев воды до температуры насыщения в струйных отсеках принимается в пределах 5 - 10°С. Тепловой расчет струйных отсеков ведется последовательно для каждого, начиная с верхнего. Из теплового и материального балансов деаэратора известны значения расхода воды, суммарный расход пара, количество сконденсированного в деаэраторе пара и теплота, отводимая с выпаром и деаэрированной водой. Расчет подогрева в отсеках проводится при условии поперечного обтекания струй паром. При давлении пара выше атмосферного для расчета подогрева применима следующая зависимость:

где t_s - температура насыщения при давлении в деаэраторе, °С; t_вх и t_вых - температуры воды на верхней и нижней тарелках, °С; L, d₀ - длина струй воды и диаметр отверстий тарелки, м; w_n, w₀ - средние скорости пара в пучке струй и истечения воды из отверстии в тарелке, м/с.

Значения коэффициента А, характеризующего теплофизические свойства воды и пара, принимаются по графику, приведенному на рис. 6.9.

Рис. 6.9. Значения коэффициента А в зависимости от давления

Длина струй в отсеке L принимается равной расстоянию между выше расположенной тарелкой и динамическим уровнем воды на нижней тарелке: L = H - h_дин

Динамический уровень воды на тарелке h_дин = h_гс + Dp, где h_гс - гидростатический уровень воды, м; Dр - перепад давлений по паровой стороне между смежными отсеками, м.

Значения h_гс и Dр уточняются в процессе гидродинамического расчета колонки. Значения L предварительно принимается равным 350 - 500 мм при производительности деаэратора до 400 т/ч или 800 - 900 мм при большей производительности с целью предотвращения интенсивного уноса капельной влаги.

Диаметр отверстий тарелки d₀ принимается равным 5 - 8 мм при шаге 18 - 20 мм. Значение скорости воды на выходе из отверстий тарелки определяется из выражения

,

(6.17)

где значения коэффициента скорости j принимаются в пределах 0.97 - 0.98, a h_гc - при номинальной нагрузке 60 - 80 мм.

Средняя скорость пара в струйном пучке определяется методом последовательного приближения. За начальное значение принимается w_n = 0.6 - 1 м/с. После определения температуры воды на выходе из отсека и количества сконденсированного на струях отсека пара значение скорости пара уточняется.

Количество пара, сконденсированного в отсеке струями воды, определяется по формуле

где G_в - количество воды поступающей в распределительное устройство деаэратора, кг/с; h_вх, h_вых и h_п - соответственно, энтальпия воды на входе в отсек и выходе из него и энтальпия пара, кДж/кг.

Скорости пара на входе в струйный пучок и выходе из него:

где G^'_вых - расход пара на выходе из струйного пучка, включающий расход сконденсированного в смесительной камере пара. Площадь сечения для прохода пара при входе в струйный пучок

то же на выходе из пучка струи

где D₁, D₂ - диаметры условной окружности по наружному и внутреннему диаметрам пучка, м; n₁ и n₂ - число отверстий на условных окружностях D₁ и D₂, шт.

Средняя скорость пара в отсеке:

Расхождение между ранее принятой и полученной расчетом скоростями пара не должно превышать 0.1 м/с. При большей расхождении расчет повторяется при новом значении скорости. Расчетное значение скорости пара в первом отсеке позволяет определить температуру воды на выходе из отсека и соответственно на входе во второй отсек. Давление пара во всех отсеках принимается в расчетах постоянным и равным номинальному, а расход воды через отсеки - с учетом конденсации пара. Для расчета выделения кислорода в отсеке с поперечным обтеканием струй паром при давлении выше атмосферного используется выражение.

где С_вх, С_вых - концентрация кислорода в начале и в конце струй, мг/кг; В - коэффициент, зависящий от давления в деаэраторе и определяемый по графику (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Зависимость коэффициента В в зависимости от давления

Полученное по (6.24) значение С_вых определяет концентрацию кислорода на нижней тарелке данного отсека.

Тепловой баланс барботажного деаэрирующего устройства позволяет определить минимально необходимый расход пара на барботаж. Уравнение теплового баланса

где G_в - расход воды на входе в барботажное устройство, кг/c; h_п, h_в, h_д.в. и h_н - соответственно энтальпия пара, воды на входе в барботажное устройство, воды на выходе и насыщенного пара при его давлении, кДж/кг, G_п = G_п.к. + G_п.б. - количество пара, подводимого к барботажному устройству, кг/с; G_п.к., G_п.б. - количество пара, сконденсированного при подогреве воды до температуры насыщения, и пара на собственно барботаж, кг/ч.

Значения величин G_п.к. и G_п.б. определяются из выражений

где w_a - скорость пара, приведенная к рабочей площади листа, м/с; F_p - площадь рабочей части листа, м². Значение F_р в расчетах предварительно принимается с последующим уточнением, a w_п · r_п = 0.15 - 0.2 кг/(с · м²).

Основным условием эффективной работы барботажного устройства является отсутствие провала жидкости через отверстия непровальной тарелки. Минимальная скорость пара, при которой отсутствует провал жидкости через отверстия и под тарелкой образуется устойчивая паровая подушка, может быть определена из выражения

,

(6.28)

Диаметр отверстий барботажного листа принимается 5 - 8 мм, а число отверстий

где W_п = G_п · v_п/w_мин - площадь живого сечения для прохода пара в барботажном листе, м²; f₀ - площадь сечения одного отверстия, м².

В процессе барбатажа эффект дегазации воды достигается за счет турбулентной диффузии и увлечения газовых пузырей потоком пара. Наибольший эффект дегазации имеет место при подогреве воды до температуры насыщения в барботажном слое и оптимальных значениях динамического напора пара в рабочем сечении листа. Оптимальными значениями можно считать: для кислорода w_п² · r_п = 95 · 10³ кг·с/м, для свободной углекислоты w_п² · r_п = 115 · 10³ кг·с/м. При этих значениях w_п² · r_п достигаются максимальные турбулизация слоя и площадь поверхности контакта фаз.

Для расчета массопередачи в барботажном слое используются критериальные уравнения типа

где М = k/w_ж - число Маргулиса (здесь k - коэффициент массопередачи), La = w_п² r_п d₀/s - число Лапласа; с - коэффициент пропорциональности, различный для разных газов.

Количество удаляемого при барботаже газа

где F_бар - рабочая площадь барботажного листа, м², DС_ср - средняя движущая сила процесса массопередачи, кг/м³.

Скорость течения жидкости по барботажному листу определяется из выражения

где i - интенсивность потока жидкости, равная расходу ее, отнесенная к длине перелива, м³/(м·ч.), h_дин - высота динамического слоя жидкости над листом, определяемая по формуле

здесь h₀ - высота переливного порога, м.

В диапазонах изменения числа La = (1 - 40) · 10^-3 при определении десорбции кислорода и La = (1.8 - 60) · 10^-3 при определении десорбции углекислоты при давлении близком к атмосферному k_O2 и k_CO2 могут быть определены по формулам

Тепловой баланс деаэрационных колонок с насадками не отличается от теплового баланса струйных колонок. Для колонок с насадкой важным является ее гидродинамическая устойчивость. Расчет гидродинамической устойчивости проводится для определения условий, при которых происходит захлебывание колонки (обращенное движение воды). Потеря устойчивости связана с достижением предельной скорости пара при данных плотности орошения и температуре воды перед колонкой.

Без учета сопротивления переносу массы в паровой фазе площадь поверхности и объем насадки определяются по выражениям

где G_г - расход удаляемого газа, кг/c, k_f и k_v - поверхностный и объемный коэффициенты массопередачи в жидкой фазе, DС_ср - средне-логарифмический концентрационный напор.

Для расчета коэффициента массопередачи в деаэраторе с вертикальными листами высотой h рекомендуется формула

где В - коэффициент, учитывающий физические параметры воды при средней по длине температуре; p - периметр насадки, м.

Пример расчета деаэратора струйно-барботажного типа.

Принятый тип деаэратора - ДП-1000. Исходные данные к расчету принимаем из расчета тепловой схемы блока К-300-240: давление в деаэраторе - 0.7 МПа; расход основного конденсата - 207.02 кг/с; расход дренажа ПВД - 49.762 кг/с; расход питательной воды - 267.26 кг/с. Из теплового баланса деаэратора находим: расход греющего пара равен 2.717 кг/с.

В водораспределитель деаэратора поступают поток основного конденсата с расходом G_о.к., поток воды из уплотнений насоса с расходом G_у.н. и энтальпией h_у.н., кДж/кг. Суммарный расход воды, подающейся в водораспределитель G₁ = G_о.к. + G_у.н. = 207.02 + 9.31 = 216.33 кг/с. Энтальпия воды в водораспределителе

h₁ = (G_у.н. · h_у.н. + G_о.к. · h_о.к.) / G₁ = (9.31 · 565.3 + 207.02 · 668.3) / 216.33 = 663.87 кДж/кг.

Температура воды в водораспределителе t_в1 = 157.3°С. Горячие потоки (греющий пар и конденсат ПВД) поступают в нижнюю часть колонки деаэратора. При этом за счет теплоты перегрева греющего пара из потока конденсата ПВД образуется пар в количестве G^'_п = 5.884 кг/с, которое определено из уравнений теплового и материального балансов.

Принимаем диаметр отверстий верхней тарелки d₀ = 0.005 м, высоту подпора на тарелке h = 0.05 м. Скорость истечения воды из отверстий тарелки

 м/с.

Необходимое число отверстий в тарелке

N = 4 · G₁ · p_в / (p · d₀ · w_в) = 4 · 216.33 · 0.001099 / (π · 0.005² · 0.961) = 12603 шт.

При шахматном размещении отверстий с шагом S = l.5 · d₀ площадь тарелки, занятая отверстиями:

F_отв = N · S² / 2 = 12603 · 0.0075² / 2 = 0.354 м².

Принимаем наружный диаметр размещения отверстий в тарелке D₁ = 2 м, тогда внутренний диаметр

 м.

Площадь живого сечения для прохода пара по внутренней границе струйного отсека при длине струй L; = 0.6 м

F₂ = p · D₂ · L · (S - d₀) / S = π · 1.884 · 0.6 · 0.5 / 1.5 = 1.184 м².

Площадь живого сечения для прохода пара по внешней границе струйного отсека

F₁ = p · D₁ · L · (S - d₀) / S = π · 2 · 0.6 · 0.5 / 1.5 = 1.257 м².

Скорость пара на входе в струйный отсек

w₁ = G^'_п · v_п / F₂ = 5.884 · 0.2727 / 1.184 = 1.356 м/с.

Скорость пара на выходе из струйного отсека

w₂ = G_вып · v_п / F₁ = 1.41 · 0.2727 / 1.257 = 0.306 м/с.

Здесь значение G_вып = 1.41 кг/с принято равным расходу пара на уплотнения и эжектор.

Средняя скорость пара в струйном отсеке

w_п = (w₁ + w₂) / 2 = (1.356 + 0.306)/2 = 0.831 м/с.

Температура воды на выходе из струйного отсека, определяемая из выражения:

lg(t_s - t_в1) / (t_s - t_в2) = А · (L / d₀^0.7) · (w_п / w_в)^0.3.

при А = 0.5 для давления 0.7 МПа, равна t_в2 = 164.45°С (h_в2 = 690 кДж/кг).

Количество пара, конденсирующегося в струйном отсеке,

G_конд = G₁ · (h_в2 - h_в1) / (h_д - h_в2) = 216.33 · (690 - 663.87) / (2762.9 - 690) = 2.812 кг/с.

Концентрация кислорода в потоке воды, поступающем в водораспределительное устройство, C_O2^исх = 100 мкг/кг. Концентрация кислорода в потоке воды, поступающем на барботажную тарелку С_O2, определяемая из выражения:

lg(С_O2^исх / С_O2) = В · (L / d₀^0.7) · (w_п / w_в)^0.3 · (G₁ / G_конд)^0.5.

при В = 32 · 10^-4 для давления 0.7 МПа, С_O2 = 21.48 мкг/кг.

Расход пара, поступающего на барботажную тарелку, равен расходу пара, подающегося в деаэратор

G_п.бар. = G_д = 2.717 кг/с.

Расход воды, поступающий на барботажную тарелку

G_в.бар = G₁ + G_конд + G_в = 216.33 + 2.812 + 46.595 = 265.65 кг/с.

Ширина порога перелива для барботажной тарелки b = 2 м при диаметре колонки D_K = 2.4 м. Расход воды через 1 м ширины перелива q = G_в.бар / b = 132.825 кг/(м·с).

Минимально допустимая скорость пара в отверстиях тарелки

 м/с.

Из конструктивных соображений принимаем ширину и длину барботажной области равной ширине водослива, Диаметр пароперепускного патрубка гидрозатвора d_вых принимаем равным 0.45 м. Тогда площадь барботажной области (площадь тарелки, занятой отверстиями)

F_бар = b · l_бар - 0.785 · d²_вых = 2 · 2 - 0.785 · 0.45² = 3.841 м.

Приведенная скорость пара при барботаже

w_п = G_п.бар · v_п / F_бар = 2.717 · 0.2727 / 3.841 = 0.193 м/с.

Высота динамического слоя жидкости на тарелке

h_дин = (0.8 - 0.12 · r_п · w_п²) · h₀ = (0.8 - 0.12 · 3.667 · 0.193²) · 0.3 = 0.232 м.

В соответствии с нормами ПТЭ принимаем концентрацию кислорода в деаэрированной воде С_O2^вых = 10 мкг/кг. Тогда количество кислорода, подлежащего удалению при барботаже

G_O2 = G_в.бар · (С_O2 - С_O2^вых) = 265.65 · (21.48 - 10) = 3049.662 мкг/с.

Скорость течения воды на барботажном листе

w_ж = q / (h_дин · r_в) = 132.825 / (0.232 · 902.36) = 0.634 м/с.

Коэффициент массопередачи на барботажной тарелке

k_O2 = 1.32 / 3500 · 10⁶ · w_ж · La^0.33 = 367 · 0.634 · (3.667 · 0.193² · 0.005/0.0454)^0.33 = 58.166 кг/(м²·с).

Среднелогарифмический концентрационный напор

DC_ср = (С_O2 - С_O2^вых) / ln(С_O2 / С_O2^вых) = (21.48 - 10) / ln(21.48 / 10) = 15.031 мкг/кг.

Необходимая площадь барботажной тарелки

F_бар = G_O2 / (k_O2 · DC_ср) = 3049.662 / (58.166 · 15.031) = 3.487 м².

Полученное значение F_бар хорошо согласуется с принятыми конструктивными характеристиками барботажной тарелки, при которых достигается требуемая степень деаэрации воды.