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 имеются возможность и необходимость включения в схемы сложных аппаратов для газоудаления. Поэтому используются химические методы связывания кислорода и углекислоты с образованием веществ, являющихся безопасными в коррозионном отношении. Они используются в качестве дополнения к термической деаэрации для полного связывания остатков растворенного кислорода, улавливания «проскоков» кислорода, возникающих в результате отклонения от нормальной работы термических деаэраторов. Дозирование в питательную воду реагентов-восстановителей несколько ослабляет коррозию металла питательного тракта котла. При накапливании этих реагентов в котловой воде создается «антикислородный буфер», поглощающий следы кислорода.

К числу реагентов – восстановителей относятся сульфит натрия и гидразин-гидрат .

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

В этой реакции в качестве восстановителя выступает четырехвалентная сера S ⁴⁺, которая отдает электроны кислороду, окисляясь до шестивалентной S ⁶⁺. Окисление сульфит-иона кислородом является сложной цепной реакцией. Наилучшими условиями для её протекания являются: температура воды не менее 80 ^о С и рН ≤ 8. Раствор сульфита натрия с концентрацией 3 – 6% готовят в баке, защищенном от контакта с атмосферой, и затем с помощью дозатора непрерывно вводят в обрабатываемую воду с избытком 2 – 3 г/м³ против стехиометрического количества.

Сульфитирование просто в осуществлении, не требует громоздкой и дорогой аппаратуры. Недостатком сульфитирования является то, что оно увеличивает сухой остаток в количестве 10 – 12 мг/дм³ на 1 мг/дм³ растворенного кислорода.

При температуре выше 275 ^оС (давления насыщения 6 МПа) сульфит натрия разлагается с образованием летучих сероводорода и диоксида серы, которые уносятся паром, и вызывают коррозию пароконденсатного тракта. Поэтому этот метод используется только для обескислороживания воды котлов среднего давления (3 – 6 МПа), испарителей и подпиточной воды тепловых сетей.

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

Скорость реакции зависит от температуры, рН среды, избытка гидразина, а также от присутствия катализаторов. При t < 30 ^o C гидразин практически не взаимодействует с кислородом, но при t = 105 ^o C, рН = 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 в трубках, например:

Поэтому его применяют в барабанных котлах для предотвращения железоокисного и медного накипеобразования.

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

Положительным свойством гидразина является то, что он не увеличивает сухого остатка воды и не ухудшает качество пара. При организации гидразинной обработки воды следует учитывать, что гидразин является высокотоксичным веществом, при концентрации выше 40% он горюч, поэтому при работе с гидразином должны предусматриваться специальные меры безопасности.