Расчет концентрации углекислоты в паровом конденсате

Тихонов И.А.

Паровой конденсат коррозионно-агрессивен из-за наличия в нем углекислоты. Как правило требуется чтобы концентрация углекислоты в конденсате была меньше 20 мг/л.

Концентрацию углекислого газа в паре можно очень просто определить, зная концентрацию бикарбонат-иона в питательной воде и долю разложения бикарбоната в термическом деаэраторе и далее в паровом котле.

Углекислота в конденсате появляется за счет того, что в паровом котле бикарбонаты разлагаются с образованием гидрата и диоксида углерода. Диоксид углерода уносится с паром и затем переходит в конденсат.

Таким образом, если предположить, что в котле разлагается весь бикарбонат, то концентрация углекислоты в паре будет равна концентрации бикарбоната в питательной воде в мг-экв/л.

Тем не менее бикарбонат в котле разлагается не полностью. Считается, что доля разложения бикарбоната в котле зависит от давления в котле. Действительно можно предположить, что чем больше давление в котле, тем интенсивнее идет отвод углекислоты с паром и, тем полнее происходит разложение бикарбонатов.

На самом деле в значительно большей степени на полноту разложения бикарбонатов в котле влияет коэффициент упаривания котловой воды и значение щелочности (гидратной) по фенолфталеину котловой воды.

Дело в том, что чем больше коэффициент упаривания котловой воды, тем больше времени оказывается температурное воздействие на 1 литр питательной воды исходного ионного состава. Т.е. если водяной объем парового котла 10 м3, паропроизводительность 5 т/час и солесодержание котловой воды равно 3000 мг/л, то ионный состав (равный 200 мг/л) поступающий в котел с 1 литром питательной воды будет подвергаться термическому воздействию в течении 30 часов!

Т.е. 

За это время бикарбонат может практически полностью разложится.

Тем не менее наибольшее воздействие на полноту разложения бикарбоната оказывает концентрация гидрата в котловой воде. Дело в том, что чем больше гидрата в котловой воде, тем медленнее идет гидролиз карбонатов в котловой воде, т.к. гидрат в данном случае является продуктом реакции гидролиза карбонатов в котловой воде (1).

Na2CO3 + Н2О <->NaOH+NaНСО3 (1)

Т.е. при определенном значении гидрата реакция гидролиза карбонатов практически прекращается. Наступает равновесие, которое может быть смещено в правую сторону только продолжением уменьшения концентрации бикарбоната за счет удаления углекислоты с паром. Но в любом случае при значении гидрата в котловой воде более 20 мг-экв/л гидролиз карбонатов практически прекращается или имеет очень медленную скорость.

Фактически получается, что доля разложения бикарбонатов в котле зависит от концентрации гидрата в котловой воде (фенолфталеиновой щелочности).

Если говорить совсем просто, то отношение значения фенолфталеиновой щелочности к общей щелочности котловой воды равно доли разложения бикарбонатов в котле.

К примеру,

Щелочность питательной воды 2,0 мг-экв/л,

Фенолфталеиновая щелочность котловой воды – 20 мг-экв/л,

Общая щелочность котловой воды – 23 мг-экв/л,

Тогда доля разложения бикарбонатов в котле равна 20/23=0,87.

Т.е. концентрация углекислоты в паре составляет 2,0*0,87= 1,74 мг-экв/л или 1,74*44=76,56 мг/л.

Если говорить проще, то если бы бикарбонаты не разлагались в котле, то после упаривания их концентрация составила бы 23 мг-экв/л. Но так как бикарбонаты разлагаются, то в котле образуется гидрат, количество которого эквивалентно равно количеству отогнанной углекислоты (20 мг-экв/л). И если бы общая щелочность была равна щелочности по фенолфталеину, то это бы говорило о том, что в котле произошло полное разложение бикарбонатов.

Если фенолфталеиновая щелочность котловой воды равна 10 мг-экв/л и общая щелочность равна 10,7 мг-экв/л, то доля разложения бикарбонатов в котле составит 10/10,7=0,93. Концентрация углекислоты составит 2,0*0,93*44=81,84 мг/л.

Эти данные получены для одного и того же котла, работающего на одном и том же давлении, но при разном солесодержании котловой воды.

Если перед котлом установлен термический деаэратор, то количество отогнанной в нем углекислоты будет равно количеству фенолфталеиновой щелочности деаэрированной воды. В этом случае от полученного значения концентрации углекислоты в паре необходимо отнять количество отогнанной углекислоты в деаэраторе.

В подавляющем большинстве случаев деаэратор работает прежде всего на удаление свободной углекислоты. После удаления из воды свободной углекислоты в воде начинает появляться гидрат и соответственно фенолфталеиновая щелочность.

В общем виде можно записать два уравнения для расчета концентрации углекислоты в паре:

    , мг/л  (2)

Или

   , мг/л    (3)

Где,

Щпитпод*(1-к),   щелочность питательной воды, мг-экв/л,

к – доля возврата конденсата,

Щпод – щелочность подпиточной воды, мг-экв/л,

 – Фенолфталеиновая щелочность котловой воды, мг-экв/л,

 – Общая щелочность котловой воды, мг-экв/л,

 – Фенолфталеиновая щелочность деаэрированной воды, мг-экв/л,

ак – доля разложения бикарбонатов в котле. Зависит от концентрации гидрата в котловой воде. (При электропроводности котловой воды 1500 μS/cm — 0,95. При электропроводности 6000 μS/cm – 0,85).

ад – доля разложения бикарбонатов в деаэраторе. (0,0-0,3).

Уравнение (2) можно использовать для работающих котельных. Уравнение (3) для проектируемых котельных.

Таким образом уменьшение концентрации углекислоты в паре можно достигнуть, уменьшая щелочность питательной воды путем увеличения доли возврата конденсата и применением технологий водоподготовки уменьшающих щелочность исходной воды.

Share

6 комментариев

Trackback  •  Comments RSS

  1. Анатолий:

    Ваши расчеты не верны. В указанных реакциях эквивалент углекислоты равен не 44, а 22.

    • Иван:

      Все там правильно. Пожалуйста не вводите в заблуждение читателей.
      Эквивалент 22 используется в существующих методиках расчета, по крайне мере по Кострикину, которые не отображают реальной картины происходящего. Вероятно это Вас смутило. Нельзя разделять реакцию гидролиза бикарбоната через карбонат.
      Вся информация по этому поводу дана в моих статьях.
      В данной методике расчета необходимо использовать значение эквивалента именно 44.

      Спасибо за комментарий.
      Вероятно это момент надо было расписать более подробно.

  2. Виктор:

    По поводу расчета, то здесь все правильно, так как разговор идет о разложении бикарбонатов. а так как 1 моль бикарбоната натрия дает при разложении 1 моль углекислоты, то в расчете должно использоваться значение 44.

Post a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Top