Todas las fuentes naturales de agua contienen impurezas así como gases disueltos. La cantidad de estas impurezas depende del tipo de fuente de agua y de su ubicación.
¿Por qué es necesario tratar el agua cruda?
El agua cruda que proviene de diferentes fuentes contiene sales disueltas e impurezas no disueltas o suspendidas. Es necesario eliminar las sales nocivas disueltas en el agua antes de alimentar a la caldera.
Porque…
- La deposición de sales disueltas e impurezas en suspensión formará una escama en la pared interior de los diferentes intercambiadores de calor y, por lo tanto, se creará una presión y un estrés térmico excesivos (debido al intercambio desigual de calor a través de la pared del intercambiador de calor) en el interior de los intercambiadores de calor, lo que puede provocar la explosión y graves peligros para las calderas.
- Las nocivas sales disueltas pueden reaccionar con varias partes de la caldera por las que fluye, corroyendo así las superficies.
- Se pueden producir daños por corrosión en las palas de la turbina.
Por lo tanto, tratamiento del agua de alimentación de la caldera es muy necesario para eliminar esas impurezas disueltas y en suspensión del agua antes de alimentar la caldera.
Arreglos para el tratamiento del agua de alimentación de la caldera
Para el suministro continuo de agua de alimentación a la caldera, tras eliminar las impurezas, se suelen incorporar dos tipos de plantas. Estas son:
- Planta de desmineralización (Planta D M)
- Planta de ósmosis inversa (Planta de R O)
Planta de desmineralización emplea un método químico para separar la sal disuelta en el agua cruda. Pero planta de ósmosis inversa emplea un simple método físico para separar las sales disueltas. Antes de alimentar el agua cruda a estas plantas, la filtración de arena se hace por medio de diferentes filtros.
Junto con estas plantas hay dos desaireadoresque eliminan el oxígeno disuelto en el agua de alimentación, ya que los rastros de oxígeno pueden reaccionar con los tubos de la caldera y por lo tanto corroerlos.
A continuación se describen los arreglos completos y el equipo interno de estas plantas.
Planta de desmineralización
La función de la planta de desmineralización es eliminar la sal disuelta por el método de intercambio de iones (método químico) y allí producir agua pura de alimentación para la caldera.
Las sales que hacen que el agua se endurezca son generalmente cloruro, carbonatos, bicarbonatos, silicatos y fosfatos de sodio, potasio, hierro, calcio y magnesio.
En Planta D M hay tres tipos de resina que se utilizan para proceso de tratamiento del agua de alimentación de la caldera –
- Resina de intercambio catiónico
- Resina de intercambio de aniones
- Resina de lecho mixto
- Las resinas son sustancias químicas (generalmente polímeros de alto peso molecular) que se utilizan para reaccionar con las sales y eliminarlas mediante un proceso químico.
- Como su nombre lo indica, la resina intercambiadora de cationes, intercambia la resina intercambiadora de cationes y aniones, intercambia los aniones con las sales disueltas en aguas duras.
Resina de intercambio catiónico
Así H2SO4, H2CO3 también se producen.
Hemos eliminado a Na+ pero el agua se ha vuelto ácida.
Resina de intercambio de aniones
De esta manera hemos eliminado a Cl– y por lo tanto la acidez del agua.
Reacción similar para el H2SO4 también.
Resinas de Cama Mixta
Estos resinas de lecho mixto se utilizan en la planta de desmineralización de tratamiento de agua de alimentación de calderas, para eliminar los iones (especialmente el Na+ y SO32-) que pueden seguir presentes en el agua después de un proceso de purificación anterior.
Desgasificador
La función de la torre desgasificadora es eliminar los iones de carbonato mediante la formación de dióxido de carbono. En la torre desgasificadora se vierte un chorro de agua desde arriba y se sopla aire de abajo hacia arriba. En la presión del aire el ácido carbónico (H2CO3) presente en el agua se disocia en H2O y CO2.
Este CO2 es libre de mezclarse con el aire.
Los beneficios de usar el desgasificador son:
- Elimina el ácido carbónico y otros gases mezclados con el agua mediante un simple método físico y así reduce las posibilidades de corrosión.
- Ahorra las resinas, que son productos químicos muy costosos, y por lo tanto mejora la economía del proceso de tratamiento del agua de alimentación de las calderas.
La H2CO3 El agua libre se recoge ahora en el sumidero desgasificador y luego se bombea a la entrada de la resina de intercambio de aniones.
Planta de Ósmosis Inversa (Planta RO)
Al igual que la planta de desmineralización, existe otra etapa de tratamiento del agua que se conoce como planta de ósmosis inversa. Planta de RO utiliza el proceso conocido como ósmosis inversa para producir agua sin sal. El aspecto teórico se describe a continuación:-
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La ósmosis es un proceso en el que sólo las moléculas de disolvente pasan a través de una membrana semipermeable de una densidad de disolvente más alta a una densidad de disolvente más baja (es decir, de una solución de menor densidad a una solución de mayor densidad).
Presión osmótica:- Es la presión mínima que debe aplicarse sobre la solución de mayor densidad para que no se produzca ninguna ósmosis a través de la membrana semipermeable se denomina presión osmótica ().
= iCRT
Dónde,
C es la concentración de la solución,
R es la constante de gas universal,
T es la temperatura en la escala Kelvin,
i es el factor vant Hoffs, diferente para diferentes soluciones. i = 1 para la solución infinitamente diluida. Por lo tanto, la presión osmótica es una función de la temperatura.
Osmosis inversa
En la solución de mayor densidad (disolvente de menor densidad) si se aplica una presión (P), mayor que la presión osmótica (), entonces las moléculas del disolvente pasan a través de la membrana semipermeable de la solución de mayor densidad a la de menor densidad. Este fenómeno se denomina ósmosis inversa. Esta es una etapa importante para el proceso de tratamiento de agua de alimentación de calderas.
Planta de Ósmosis Inversa
En Planta de RO Mediante el fenómeno de la ósmosis inversa, el agua sin sal se extrae del agua cruda después de la filtración de la arena. La pureza del agua sin sal depende de la eficacia de la membrana permeable.
La disposición de un típico Planta de Ósmosis Inversa se da a continuación
Vapor precalentador de aire requieren un poco de vapor que reducirá la eficiencia de la planta de energía.
El procedimiento se describe a continuación:
- El hipoclorito de sodio (NaOCl) se inyecta en el agua cruda para matar las algas o las bacterias presentes en el agua cruda. De lo contrario, pueden causar daños al filtro multigrado (MGF).
- El filtro multigrado es el tipo primitivo de filtro donde la arena, las astillas de piedra, las piedras se utilizan en pilas para eliminar las partículas suspendidas de gran tamaño del agua cruda.
- El filtro de la red elimina de nuevo las partículas en suspensión de tamaño medio, donde el agua cruda pasa a través de los diminutos respiraderos de la red.
- Luego, mediante la ultrafiltración, se eliminan partículas suspendidas muy pequeñas. Después de un largo uso de la unidad de ultrafiltración, requiere un lavado a contracorriente, y luego se lava a contracorriente con agua y tres productos químicos, a saber, HCL, NaOH y NaOCl (hipoclorito de sodio). HCl Elimina el hierro disolviéndolo. También elimina las sales básicas que son rechazadas en el UFU.
NaOH Ayuda a eliminar la sal ácida.
NaOCl Para matar las algas y las bacterias dentro de la UFU. - Después de la ultrafiltración, el agua se almacena en el tanque de alimentación de ósmosis inversa y luego se bombea con la bomba de alimentación de ósmosis inversa de la planta de ósmosis inversa. En el canal el agua se mezcla con HCL (para controlar el pH, ya que el agua procedente de la planta de RO o el agua de permeado de RO debe tener un pH de alrededor de 6,0) y SMBS (meta biosulfato de sodio)[Na2S2O5]. Debido a la presencia de hipoclorito de sodio el agua está clorada. Para eliminar el exceso de cloro se utiliza SMBS. Si no se elimina el exceso de cloro, la membrana semipermeable puede resultar dañada. También se mezcla con el reactivo anti-incrustaciones (AS), que reacciona con los productos químicos que forman incrustaciones en el interior del canal.
- A continuación, el agua pasa por un filtro de micro cartuchos (MCF) que elimina las demás partículas en suspensión y el precipitado formado por la reacción del reactivo antical con las sustancias químicas de la cal.
- En esta etapa del tratamiento del agua de alimentación de la caldera, el agua es alimentada a la unidad RO por la bomba H/P, donde después de una filtración sucesiva por 1st y 2y la etapa RO se alimenta a la unidad desgasificadora.
- Después de la desgasificación, el agua pasa a través de la resina MB (lecho mixto) de la planta D/M y se almacena en el tanque de almacenamiento de agua D/M.
Desaireador
Desaireador es un calentador abierto de contacto en el que el oxígeno disuelto en el agua de alimentación se elimina tanto como sea posible por medios mecánicos. Los gases se mueven de una presión parcial más alta a una presión parcial más baja. La presión parcial de oxígeno en el aire es más alta (ya que el aire contiene casi un 21% de oxígeno en volumen) que la presión parcial de oxígeno disuelto en el agua de alimentación. Por lo tanto, por medios mecánicos simples no es posible eliminar el oxígeno disuelto del agua.
Por lo tanto, en desaireador el agua de alimentación se calienta con vapor LP o VB (presión: 2,5 3,5kg/cm2…la temperatura: 1400oC). Debido al calentamiento, la presión parcial del oxígeno disuelto en el agua de alimentación aumenta y la solubilidad disminuye a una cantidad considerable. Entonces por medios mecánicos el oxígeno disuelto se libera en el aire. Por lo tanto, el desaireador es otra parte muy importante de la planta de tratamiento de agua de alimentación de calderas. El medio mecánico es el mismo que el del desgasificador. Pero en lugar de aire, el vapor de LP se sopla de abajo hacia arriba y el agua de alimentación se vierte de arriba hacia abajo.
El desaireador también sirve como cabezal, para proporcionar una cabeza de succión positiva neta (NPSH) a las bombas de alimentación de la caldera (BFP) y aquí por protege a las BFP de cualquier daño debido al bloqueo de vapor y las cavitaciones.
