апрель 2017

Регулювання pН додаткової води димовими газами


Концева М. В.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Концева М. В. Регулювання pН додаткової води димовими газами / Химия и современные технологии : Метериалы VIII Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2017. – C. 134-135


Загально відомо, що в системах підготовки води для підживлення теплових мереж з використанням освітлювачів (з додаванням у воду вапна), необхідно зменшувати рН води до прийнятних значень від 10,2 до 8,3-9,5. Такий діапазон рН обумовлено чинними нормами на воду, при цьому зменшення рН води призводить до зменшення концентрації карбонатних іонів та, як наслідок, мінімізації карбонатного накипу на поверхні теплообмінного обладнання.

Відсутність регулювання рН води підкисленням призводить до суттєвого пересичення води карбонатом кальцію. Проте експлуатація кислотного обладнання пов'язана з суттєвою небезпекою в частині охорони праці. Для установок, які включають знесолення води (зазвичай на ТЕЦ), використання кислоти є необхідним для регенерації катіонітових фільтрів і тому регулювання рН здійснюється тією ж кислотою, що іде на регенерацію. Для котелень, що не потребують знесолення, а використовують пом’якшення води для підживлення систем теплопостачання, використання кислоти тільки для задач регулювання рН є не бажаним.

Альтернативним методом регулювання (зменшення) рН є обробка води димовими газами водогрійних котлів з використанням ежекційної установки. Ця технологія відома для обробки циркуляційної води охолоджувальних систем на ТЕЦ, що дозволяє економити кислоту для регенерації фільтрів. Слід зазначити, що діапазон рН такої води нормовано від 6,5 до 8,5 (в ній вже присутній СО2), тому поглинання СО2 в такій воді не таке ефективне як у воді, рН якої більше 8,5 (вища концентрація ОН- та відсутній СО2 у такій воді):

ОН- + СО2 = HCO3.

Проте стандартні рішення для систем без знесолення не передбачають обробку води димовими газами для зменшення рН. Розглянемо цю технологію детально.

По-перше, визначимо концентрацію вуглекислого газу у димових газах при спалюванні метану в залежності від надлишку повітря (НП):

CH4 + 2O2 → СО2 + 2H2O

Для цього використаємо таблицю матеріального балансу цього процесу (див. таблицю).

Надлишок повітря у водогрійних котлах зазвичай не перевищує 10% (0,1) і тому концентрація СО2 визначається як:

С(СО2) = 1 / (1 + 9,52·1,1) = 0,087.

Таблиця 1 – Матеріальний баланс спалювання метану

Компонент Прихід, м3 Витрата, м3
CH4 1 0
O2 2*НП 2*НП-2
N2 2*НП*79/21 2*НП*79/21
СО2 0 1
H2O 0 2
Суміш 1+9,52*НП 1+9,52*НП

Для розрахунку необхідної витрати димових газів і, як наслідок, для визначення продуктивності ежектора, слід визначити еквівалент димових газів до кислоти.

Оскільки відсоток вуглекислого газу складає 8,7% його об’єм на 1 м3 складає 87 літрів. Це відповідає 170,9 грамам (87·44/22,4) або 3,88 моль (87/22,4). Таким чином 1 м3 димових газів відповідає одному дм3 3,88 моль/дм3 кислоти (хлоридної, наприклад).

Наступний крок – це визначення витрати кислоти концентрації 3,88 моль/л для регулювання рН одного літру води від 10,2 (рН води після освітлювача) до 8,3 (мінімально допустимий рН для мережної води в системах теплопостачання).

Для цього використовують незмінність значення 2-ї константи дисоціації карбонової кислоти за даної температури (4,68·10-11 за 25оС):

.

Згідно цього рівняння визначається об'єм кислоти для зменшення рН:

.

Для лужності 1,0 ммоль/дм3 витрата кислоти складає 0,1 дм3 на м3, або 10 дм3 на годину (10 м3 димових газів на годину) при продуктивності освітлювача 100 м3/год.

Організація ежекційної установки не представляє проблеми, оскільки на котельних зазвичай використовуються вакуумні деаератори, елементи ежекційної системи яких можуть бути використані для ежекційної системи регулювання рН води після освітлювача. В якості бака такої системи можна використовувати бак освітленої води та задіяти насоси освітленої води для організації циркуляції освітленої води крізь ежектор, що забезпечить попадання димових газів з виходу димососів в освітлену воду.