Promising Methods for Removing Carbon Dioxide from Makeup Water at Thermal Power Plants

Authors

  • Александр [Aleksandr] Александрович [A.] Смирнов [Smirnov]
  • Сергей [Sergey] Сергеевич [S.] Костин [Kostin]
  • Ольга [Olga] Александровна [A.] Петрова [Petrova]

DOI:

https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-3-63-70

Keywords:

water treatment, carbon dioxide, corrosion, decarbonization, degassing tower, ejector, membrane degassing

Abstract

Maintaining high water quality is one of the factors that are of key importance for ensuring reliable and long-term operation of thermal power equipment. In designing water purification process flow charts, much attention is paid to the pre-treatment and demineralization stages. However, gases dissolved in water, in particular, carbon dioxide, also pose a significant danger to thermal power equipment. The article briefly discusses the reasons for removing this gas from makeup water at thermal power plants: corrosion, formation of deposits on heating surfaces, as well as a negative effect of carbon dioxide on the operation of water treatment equipment. Information on the use of degassing towers, which is currently the most popular method of removing dissolved carbon dioxide, is given. It is noted that many authors consider this method to have become obsolete, and that new technological solutions should be found to replace it. The article presents two most promising CO2 removal approaches: vacuum-ejection and membrane degassing technologies.

Author Biographies

Александр [Aleksandr] Александрович [A.] Смирнов [Smirnov]

Head of the Technological Dept., JSC «NPK Mediana-Filter», Moscow, e-mail: Smirnov_A@mediana-filter.ru

Сергей [Sergey] Сергеевич [S.] Костин [Kostin]

2nd Year Master's Degree Student of Theoretical Bases of Heat Engineering Named after Mikhail Vukalovich Dept., NRU MPEI, e-mail: KostinSS@mpei.ru

Ольга [Olga] Александровна [A.] Петрова [Petrova]

2nd Year Master's Degree Student of Theoretical Bases of Heat Engineering Named after Mikhail Vukalovich Dept., NRU MPEI, e-mail: PetrovaOAl@mpei.ru

References

1. Петрова Т.И., Воронов В.Н., Дяченко Ф.В. Физико-химические процессы в водяном теплоносителе электростанций. М.: Изд-во МЭИ, 2021.
2. Глазырин А.И., Глазырин А.А., Орумбаев Р.К. Коррозия и консервация теплоэнергетического оборудования. Павлодар: ЭКО, 2011.
3. Сухотин А.М. и др. Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Коррозия под действием теплоносителей, хладогентов и рабочих тел. Л.: Химия, 1988.
4. Балабин-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов А.М. Защита от внутренней коррозии трубопроводов водных тепловых сетей. М.: Новости теплоснабжения, 2008.
5. Рябчиков Б.Е. Процессы и аппараты в современной водоподготовке. М.: ДеЛи, 2023.
6. Громов С.Л., Долгов Е.К., Орлов К.А., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. М.: Изд-во МЭИ, 2021.
7. Первов А.Г. Технологии очистки природных вод. М.: АСВ, 2020.
8. Пантелеев А.А. Вода и водные растворы. М.: Издат. дом МЭИ, 2023.
9. Галустов В.С. О декарбонизации воды // Аква-Терм. 2004. № 5(21). С. 76—79.
10. Шарапов В.И., Кувшинов О.Н., Крылова М.А. Анализ эффективности декарбонизаторов водоподготовительных установок // Теплоэнергетика. 1990. № 9. С. 33—36.
11. Шарапов В.И., Сивухина М.А. Декарбонизаторы. Ульяновск: УлГТУ, 2000.
12. Рябчиков Б.Е., Ларионов С.Ю., Касаточкин А.С., Гиззатуллин А.З., Пантелеев А.А. Современные решения для процессов аэрации, деаэрации-дегазации и декарбонизации // Водоснабжение и санитарная техника. 2024. № 7. С. 5—16.
13. Рогалев Н.Д., Дудолин А.А., Олейникова Е.Н. Тепловые электрические станции. М.: Изд-во МЭИ, 2022.
14. Баулина А.И. и др. Обработка воды на тепловых электростанциях. М.—Л.: Энергия, 1966.
15. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М.: Стройиздат, 1971.
16. Галустов В.С., Феддер И.Э. Модель процессов водоподготовки в прямоточных распылительных аппаратах // Теплоэнергетика. 1986. № 5. С. 58—60.
17. Галустов В.С., Махнин А.А., Белороссов Е.Л. Расчет и использование прямоточных распылительных декарбонизаторов // Теплоэнергетика. 1989. № 2. С. 55—57.
18. Комарчев И.Г., Захаров А.А., Комарчева Н.И., Вайнман А.Б. Эжекционный метод удаления свободной углекислоты из подпиточной воды // Теплоэнергетика. 1978. № 2. С. 60—61.
19. Комарчев И.Г., Качанова-Махова Н.И., Вайнман А.Б. Многоступенчатый эжектор для удаления свободной углекислоты из воды // Промышленная энергетика. 1979. № 5. С. 23—25.
20. Комарчев И.Г., Вайнман А.Б., Шпулин Г.С., Качанова-Махова Н.И. Безвентиляторная декарбонизация в схеме типовой обессоливающей установки // Энергетик. 1980. № 7. С. 34.
21. Комарчев И.Г. Безреагентный метод удаления диоксида углерода из воды // Электрические станции. 1988. № 8. С. 43—45.
22. А.с. № 457312 СССР. Деаэратор / Комарчев И.Г., Нестеренко Б.М., Захаров А.А. // Открытия. Изобретения. 1976. № 29.
23. Галустов В.С. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М.: Энергоатомиздат, 1989.
24. Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Комплексное применение мембранных технологий очистки воды в энергетике на примере Адлерской ТЭС // Новое в Российской электроэнергетике. 2012. № 10. С. 26—34.
25. Комарчев И.Г., Пестеренко Б.М., Бадлов Ф.М., Качанова-Махова Н.И. Вакуумно-эжекционный способ окисления сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 1986. № 3. С. 18.
26. Комарчев И.Г., Нестеренко Б.М., Николадзе Г.И. Безреагентный способ удаления железа из воды // Водоснабжение и санитарная техника. 1987. № 8. С. 17—19.
27. Гришин Б.М. и др. Очистка подземных вод от трудноокисляемых форм железа. Пенза: ПГУАС, 2015.
28. Рябчиков Б.Е. и др. Системы аэрации, дегазации, декарбонизации и удаления растворенных газов разработки АО «НПК МЕДИАНА-ФИЛЬТР». Основные параметры и как их правильно применять // XII Международный водно-химический форум: Сб. материалов. Минск, 2024. С. 190—192.
29. Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е, Хоружий О.В., Громов С.Л., Сидоров А.Р. Технологии мембранного разделения в промышленной водоподготовке. М.: ДеЛи плюс, 2012.
30. 3M™ Liqui-Cel™ Technology for Degassing Liquids [Электрон. ресурс] https://www.3m.com/3M/en_US/liquicel-us/ (дата обращения 10.08.2024).
31. 3M™ Liqui-Cel™ Extra-Flow Membrane Contactors. Design and Operating Guidelines [Электрон. ресурс] https://multimedia.3m.com/mws/media/1577896O/3mliqui-celextra-flow-membrane-contactors-design-and-operating-guidelines.pdf (дата обращения 10.08.2024).
---
Для цитирования: Смирнов А.А., Костин С.С., Петрова О.А. Перспективные способы удаления диоксида углерода из подпиточной воды для тепловых электростанций // Вестник МЭИ. 2025. № 3. С. 63—70. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-63-70
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Petrova T.I., Voronov V.N., Dyachenko F.V. Fiziko-khimicheskie Protsessy v Vodyanom Teplonositele Elektrostantsiy. M.: Izd-vo MEI, 2021. (in Russian).
2. Glazyrin A.I., Glazyrin A.A., Orumbaev R.K. Korroziya i Konservatsiya Teploenergeticheskogo Oborudovaniya. Pavlodar: EKO, 2011. (in Russian).
3. Sukhotin A.M. i dr. Korrozionnaya Stoykost' Oborudovaniya Khimicheskikh Proizvodstv. Korroziya pod Deystviem Teplonositeley, Khladogentov i Rabochikh Tel. L.: Khimiya, 1988. (in Russian).
4. Balabin-Irmenin Yu.V., Lipovskikh V.M., Rubashov A.M. Zashchita ot Vnutrenney Korrozii Truboprovodov Vodnykh Teplovykh Setey. M.: Novosti Teplosnabzheniya, 2008. (in Russian).
5. Ryabchikov B.E. Protsessy i Apparaty v Sovremennoy Vodopodgotovke. M.: DeLi, 2023. (in Russian).
6. Gromov S.L., Dolgov E.K., Orlov K.A., Ochkov V.F. Vodopodgotovka v Energetike. M.: Izd-vo MEI, 2021. (in Russian).
7. Pervov A.G. Tekhnologii Ochistki Prirodnykh Vod. M.: ASV, 2020. (in Russian).
8. Panteleev A.A. Voda i Vodnye Rastvory. M.: Izdat. Dom MEI, 2023. (in Russian).
9. Galustov V.S. O Dekarbonizatsii Vody. Akva-Term. 2004;5(21):76—79. (in Russian).
10. Sharapov V.I., Kuvshinov O.N., Krylova M.A. Analiz Effektivnosti Dekarbonizatorov Vodopodgotovitel'nykh Ustanovok. Teploenergetika. 1990;9:33—36. (in Russian).
11. Sharapov V.I., Sivukhina M.A. Dekarbonizatory. Ul'yanovsk: UlGTU, 2000. (in Russian).
12. Ryabchikov B.E., Larionov S.Yu., Kasatochkin A.S., Gizzatullin A.Z., Panteleev A.A. Sovremennye Resheniya dlya Protsessov Aeratsii, Deaeratsii-degazatsii i Dekarbonizatsii. Vodosnabzhenie i Sanitarnaya Tekhnika. 2024;7:5—16. (in Russian).
13. Rogalev N.D., Dudolin A.A., Oleynikova E.N. Teplovye Elektricheskie Stantsii. M.: Izd-vo MEI, 2022. (in Russian).
14. Baulina A.I. i dr. Obrabotka Vody na Teplovykh Elektrostantsiyakh. M.—L.: Energiya, 1966. (in Russian).
15. Klyachko V.A., Apel'tsin I.E. Ochistka Prirodnykh Vod. M.: Stroyizdat, 1971. (in Russian).
16. Galustov V.S., Fedder I.E. Model' Protsessov Vodopodgotovki v Pryamotochnykh Raspylitel'nykh Apparatakh. Teploenergetika. 1986;5:58—60. (in Russian).
17. Galustov V.S., Makhnin A.A., Belorossov E.L. Raschet i Ispol'zovanie Pryamotochnykh Raspylitel'nykh Dekarbonizatorov. Teploenergetika. 1989;2:55—57. (in Russian).
18. Komarchev I.G., Zakharov A.A., Komarcheva N.I., Vaynman A.B. Ezhektsionnyy Metod Udaleniya Svobodnoy Uglekisloty iz Podpitochnoy Vody. Teploenergetika. 1978;2:60—61. (in Russian).
19. Komarchev I.G., Kachanova-Makhova N.I., Vaynman A.B. Mnogostupenchatyy Ezhektor dlya Udaleniya Svobodnoy Uglekisloty iz Vody. Promyshlennaya Energetika. 1979;5:23—25. (in Russian).
20. Komarchev I.G., Vaynman A.B., Shpulin G.S., Kachanova-Makhova N.I. Bezventilyatornaya Dekarbonizatsiya v Skheme Tipovoy Obessolivayushchey Ustanovki. Energetik. 1980;7:34. (in Russian).
21. Komarchev I.G. Bezreagentnyy Metod Udaleniya Dioksida Ugleroda iz Vody. Elektricheskie Stantsii. 1988;8:43—45. (in Russian).
22. A.s;457312 SSSR. Deaerator / Komarchev I.G., Nesterenko B.M., Zakharov A.A. Otkrytiya. Izobreteniya. 1976;29. (in Russian).
23. Galustov V.S. Pryamotochnye Raspylitel'nye Apparaty v Teploenergetike. M.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
24. Ochkov V.F., Gavrilenko S.S. Kompleksnoe Primenenie Membrannykh Tekhnologiy Ochistki Vody v Energetike na Primere Adlerskoy TES. Novoe v Rossiyskoy elektroenergetike. 2012;10:26—34. (in Russian).
25. Komarchev I.G., Pesterenko B.M., Badlov F.M., Kachanova-Makhova N.I. Vakuumno-ezhektsionnyy Sposob Okisleniya Stochnykh Vod. Vodosnabzhenie i Sanitarnaya Tekhnika. 1986;3:18. (in Russian).
26. Komarchev I.G., Nesterenko B.M., Nikoladze G.I. Bezreagentnyy Sposob Udaleniya Zheleza iz Vody. Vodosnabzhenie i Sanitarnaya Tekhnika. 1987;8:17—19. (in Russian).
27. Grishin B.M. i dr. Ochistka Podzemnykh Vod ot Trudnookislyaemykh Form Zheleza. Penza: PGUAS, 2015. (in Russian).
28. Ryabchikov B.E. i dr. Sistemy Aeratsii, Degazatsii, Dekarbonizatsii i Udaleniya Rastvorennykh Gazov Razrabotki AO «NPK MEDIANA-FIL'TR». Osnovnye Parametry i kak Ikh Pravil'no Primenyat'. XII Mezhdunarodnyy Vodno-khimicheskiy Forum: Sb. Materialov. Minsk, 2024:190—192. (in Russian).
29. Panteleev A.A., Ryabchikov B.E, Khoruzhiy O.V., Gromov S.L., Sidorov A.R. Tekhnologii Membrannogo Razdeleniya v Promyshlennoy Vodopodgotovke. M.: DeLi Plyus, 2012. (in Russian).
30. 3M™ Liqui-Cel™ Technology for Degassing Liquids [Elektron. Resurs] https://www.3m.com/3M/en_US/liquicel-us/ (Data Obrashcheniya 10.08.2024).
31. 3M™ Liqui-Cel™ Extra-Flow Membrane Contactors. Design and Operating Guidelines [Elektron. Resurs] https://multimedia.3m.com/mws/media/1577896O/3mliqui-celextra-flow-membrane-contactors-design-and-operating-guidelines.pdf (Data Obrashcheniya 10.08.2024)
---
For citation: Smirnov A.A., Kostin S.S., Petrova O.A. Promising Methods for Removing Carbon Dioxide from Makeup Water at Thermal Power Plants. Bulletin of MPEI. 2025;3:63—70. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-63-70
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest

Published

2025-02-27

Issue

Section

Energy Systems and Complexes (2.4.5)