6.4. Химические методы связывания кислорода и диоксида углерода

Применение десорбционных методов позволяет удалять газ до известного предела, недостаточного в ряде случаев по условиям использования воды. Кроме того, не всегда имеется возможность и необходимость включения в схемы сложных аппаратов для газоудаления. Поэтому на многих ТЭС используются для обработки питательной и добавочной воды химические методы связывания O₂ и CO₂ в вещества, являющимися безопасными в коррозионном отношении.

Строгое нормирование кислородосодержания при использовании восстановительных водных режимов в контуре ТЭС с барабанными котлами определило необходимость использования не только физических методов дегазации, но и химических методов дообескислороживания, основанных на окислительно-восстановительных процессах с использованием кислорода и специальных восстановителей. К числу используемых восстановителей относятся сульфит натрия Na₂SO₃ и гидразин-гидрат N₂H₄ · H₂O.

Обработка воды сульфитом натрия основана на реакции окисления сульфита растворенным в воде кислородом:

Реакция (6.39) протекает достаточно быстро при температуре воды не менее 80°C и pH £ 8. При сульфитировании воды ее солесодержание увеличивается в количестве 10 - 12 мг/дм³ на 1 мг/дм³ растворенного кислорода. При температуре свыше 275°C (давление насыщения 6 МПа) сульфат натрия разлагается, поэтому он может быть использован только для обескислороживания воды котлов среднего давления (3 - 6 МПа), испарителей и для подпиточной воды тепловой сети. Раствор сульфита натрия концентрацией 3 - 6% готовят в баке, защищенном от контакта с атмосферой, и затем с помощью дозатора вводят в обрабатываемую воду с избытком 2 - 3 г/м³ против стехиометрического количества.

Для барабанных котлов высоких и сверхвысоких давлений применяется дообескислороживание воды гидразином в форме гидразин-гидрата, который энергично взаимодействует с кислородом, окисляясь в итоге до воды и азота, т.е. не повышая солесодержания воды:

Скорость реакции (6.40) зависит от температуры, pH среды, избытка гидразина в соответствии с законом действия масс, а также присутствия катализаторов. При t < 30°C гидразин практически не взаимодействует с O₂, но при t = 105°C, pH = 9 - 9.5 и избытке гидразина около 0.02 мг/дм³ время практически полного связывания кислорода составляет несколько секунд.

Гидразин вводится в воду в виде 0.1 - 0.5%-ного раствора с избытком против стехиометрического количества с учетом того, что часть его расходуется на восстановление высших оксидов железа и меди из отложений на трубках, например:

В котловой воде и в пароперегревателях избыток гидразина разлагается с образованием аммиака:

При организации гидразинной обработки воды следует учитывать, что гидразин является высоко токсичным веществом, при его концентрации выше 40% он горюч, поэтому при работе с гидразином на ТЭС должны предусматриваться специальные строгие меры безопасности.

Для предотвращения углекислотной коррозии оборудования конденсатно-питательного тракта ТЭС с барабанными котлами применяется способ связывания свободной углекислоты путем ввода в конденсат турбин или питательную воду щелочного реагента - водного раствора аммиака. Основной задачей такой обработки является повышение pH воды и конденсата на участках пароводяного тракта, что надежно обеспечивает защиту оборудования от коррозии с водородной деполяризацией.

Дозировка аммиака определяется его количеством, необходимым для связывания диоксида углерода в гидрокарбонат аммония. Небольшой избыток NH₃ сверх этого количества образует уже карбонат аммония и повышает pH воды до значений выше 8.5:

Из приведенных уравнений следует, что для связывания 1 мг/дм³ CO₂ достаточно 0.26 мг/дм³ аммиака.

Аммиак обычно вводится в обрабатываемую воду в виде 1 - 5%-ного раствора NH₄OH с помощью насосов-дозаторов, автоматизированных по расходу воды.

При концентрации свободной углекислоты в воде или паре свыше 8 мг/дм³ применение аммиака обычно недопустимо, так в присутствии кислорода, всегда содержащегося в конденсате турбин за счет присоса воздуха, при содержании аммиака в теплоносителе свыше 2 - 3 мг/дм³ может протекать аммиачная коррозия медных сплавов (латуни), применяющихся для изготовления оборудования конденсатно-питательного тракта.