Декарбонизация воды — это процесс удаления из нее свободного диоксида углерода с целью предотвращения возникновения углекислотной коррозии систем водоснабжения и рабочего оборудования. Необходимость в декарбонизации возникает в тех случаях, когда уровень диоксида углерода по каким-либо причинам во много раз превышает установленные нормы.
Его большое количество обычно образовывается в системах для умягчения воды с подкислением или Н-катионированием, а также при обезжелезивании воды, поступающей из артезианских скважин. Следует сказать, что процесс декарбонизации является одним из самых сложных в проведении общей водоподготовки в теплоэнергетике. Для того, чтобы он протекал с максимальной эффективностью, необходимо соблюдение множества факторов, которые имеют свойство изменяться в большом диапазоне (пример, от температуры зависит и растворимость диоксида углерода, а она в процессе декарбонизации меняется очень часто).
Декарбонизация воды проводится с целью достижения такой концентрации диоксида углерода, чтобы она была максимально приближена к системам «вода-воздух». Номинально количество растворенного диоксида в воде с температурой 40 градусов во время контакта с открытым воздухом, в котором парциальное давление диоксида — 30 Па, равно 0,4 мг/куб.дм. В действительности содержание его в воде значительно выше (в пределах 4-5 мг/куб.дм.). Небольшое содержание в воздухе углекислого газа позволяет отнести десорбцию к процессам, которые подчиняются закону Генри, гласящему, что концентрация (или растворимость) в жидкости газа пропорционально его парциальному давлению.
Однако, если можно было столь однозначно определять равновесие, то декарбонизация воды не была бы таким сложным процессом. В первую очередь следует принимать во внимание то обстоятельство, что в промышленных районах содержание углекислого газа в окружающем воздухе может в несколько раз превышать указанные нормы, вследствие чего будет выше равновесная концентрация. Во-вторых, очень многое зависит и от качества самой воды — наличие в ней большого количества ионов, а также высокая щелочность оказывают существенное влияние на растворимость углекислого газа.
Поскольку углекислый газ довольно трудно растворяется в воде, то для завершения процесса декарбонизации теоретически хватает одной ступени контакта воздуха и воды. При этом преимущества противотока перед прямотоком заметны не очень сильно, что следует обязательно учитывать при выборе устройства для декарбонизации.
Оборудование для декарбонизации воды делится на противоточное и прямоточное, что зависит в основном от направления фаз движения.
Если говорить о противоточных системах декарбонизации, то практически все из них могут быть использованы в данном процессе. Однако в практическом использовании в теплоэнергетике применение противоточного оборудования для декарбонизации ограничивается насадочными аппаратами ( в энергетике их еще называют насыпными). В качестве насадок в данных системах водоочистки и водоподготовки применяются керамические кольца Рашига. В нижних 8-12 слоях данные кольца укладываются регулярно, а на остальной высоте насыпаются «в навал). Воздух подается снизу вентилятором.
Но на данный момент противоточные аппараты морально устарели, кроме того, они довольно громоздкие, слишком дорогие, и требуют дорогостоящего ремонта и обслуживания.
Поэтому сегодня декарбонизация воды осуществляется в основном прямоточными устройствами, которые, в свою очередь, ограничиваются эжекционными аппаратами. Существует два принципиально разных подхода к конструированию данного оборудования водоочистки. Первый основывается на применении хорошо зарекомендовавших себя водоструйных эжекторах. Но дело заключается в том, что коэффициент эжекции (соотношение объемов воды и воздуха) в устройстве с традиционной конструкцией не выше 4-х, вследствие чего использовать их для декарбонизации воды целесообразно только в тех случаях, когда концентрация углекислого газа в воде не превышает 20 мг/кг.
Таким образом, сегодня наиболее эффективными признаны распылительные тепломассообменные аппараты, коэффициент эжекции в которых достигает 1000.
