El agua de alimentación de la caldera es una parte esencial de las operaciones de la caldera . El agua de alimentación se introduce en el tambor de vapor desde una bomba de alimentación. En el tambor de vapor, el agua de alimentación se convierte en vapor a partir del calor. Una vez que se utiliza el vapor, se vierte al condensador principal. Desde el condensador se bombea luego al tanque de alimentación desaireado. Desde este tanque vuelve al tambor de vapor para completar su ciclo. El agua de alimentación nunca está abierta a la atmósfera. Este ciclo se conoce como sistema cerrado o ciclo de Rankine .
Historia del tratamiento del agua de alimentación
Durante el desarrollo inicial de las calderas, el tratamiento del agua no era un gran problema, ya que las temperaturas y presiones eran tan bajas que no se formaban grandes cantidades de incrustaciones y óxido en una medida tan significativa, especialmente si la caldera se " apagaba ". Era una práctica general instalar placas de zinc y / o productos químicos alcalinos para reducir la corrosión dentro de la caldera. Se han realizado muchas pruebas para determinar la causa (y la posible protección) de la corrosión en calderas que utilizan agua destilada, diversos productos químicos y metales de sacrificio. [1] Se puede agregar nitrato de plata a las muestras de agua de alimentación para detectar la contaminación por agua de mar . El uso de cal para el control de la alcalinidad se mencionó ya en 1900, y fue utilizado por las armadas francesa y británica hasta aproximadamente 1935. [2] En las calderas modernas, el tratamiento del agua de alimentación es crítico, ya que los problemas resultan del uso de agua sin tratar a presión extrema y ambientes de temperatura. Esto incluye una menor eficiencia en términos de transferencia de calor, sobrecalentamiento, daños y limpieza costosa.
Características del agua de alimentación de la caldera
El agua tiene una mayor capacidad calorífica que la mayoría de las otras sustancias. Esta cualidad la convierte en una materia prima ideal para las operaciones de calderas. Las calderas son parte de un sistema cerrado en comparación con los sistemas abiertos en una turbina de gas . El sistema cerrado que se utiliza es el ciclo Rankine . Esto significa que el agua se recircula por todo el sistema y nunca está en contacto con la atmósfera. El agua se reutiliza y necesita ser tratada para continuar con las operaciones eficientes. El agua de la caldera debe tratarse para que sea competente en la producción de vapor. El agua de la caldera se trata para evitar la formación de incrustaciones, la corrosión , la formación de espuma y la imprimación. Los productos químicos se introducen en el agua de la caldera a través del tanque de alimentación de productos químicos para mantener el agua dentro del rango químico. Estos productos químicos son en su mayoría captadores de oxígeno y fosfatos . El agua de la caldera también tiene purgas frecuentes para mantener bajo el contenido de cloruro. Las operaciones de la caldera también incluyen golpes de fondo para eliminar los sólidos. Las incrustaciones son impurezas precipitadas del agua y luego se forman en las superficies de transferencia de calor. Esto es un problema porque las incrustaciones no transfieren el calor muy bien y hacen que los tubos fallen al calentarse demasiado. La corrosión es causada por el oxígeno en el agua. El oxígeno hace que el metal se oxide, lo que reduce el punto de fusión del metal. La formación de espuma y el cebado se producen cuando el agua de la caldera no tiene la cantidad correcta de productos químicos y hay sólidos en suspensión en el agua que se arrastran hacia la tubería seca. La tubería seca es donde se separan la mezcla de vapor y agua.
Tratamiento de agua de alimentación de calderas
El tratamiento del agua de la caldera se utiliza para controlar la alcalinidad, prevenir la formación de incrustaciones, corregir el pH y controlar la conductividad. El agua de la caldera debe ser alcalina y no ácida, para que no arruine los tubos. Puede haber demasiada conductividad en el agua de alimentación cuando hay demasiados sólidos disueltos. Estos tratamientos correctos pueden ser controlados por un operador eficiente y el uso de productos químicos de tratamiento. Los principales objetivos para tratar y acondicionar el agua de la caldera son intercambiar calor sin incrustaciones, proteger contra incrustaciones y producir vapor de alta calidad. El tratamiento del agua de la caldera se puede dividir en dos partes. Estos son el tratamiento interno y el tratamiento externo. (Sendelbach, p. 131) [3] El tratamiento interno es para el agua de alimentación de la caldera y el tratamiento externo es para el agua de alimentación de reposición y la parte de condensado del sistema. El tratamiento interno protege contra la dureza del agua de alimentación al evitar la precipitación de incrustaciones en los tubos de la caldera. Este tratamiento también protege contra concentraciones de sólidos disueltos y suspendidos en el agua de alimentación sin imprimación ni formación de espuma. Estos productos químicos de tratamiento también ayudan con la alcalinidad del agua de alimentación, lo que la convierte en una base más para ayudar a proteger contra la corrosión de la caldera. La alcalinidad correcta se protege añadiendo fosfatos. Estos fosfatos precipitan los sólidos al fondo del tambor de la caldera. En la parte inferior del tambor de la caldera hay un golpe de fondo para eliminar estos sólidos. Estos productos químicos también incluyen agentes anti-incrustantes, captadores de oxígeno y agentes anti-espumantes. Los lodos también pueden tratarse mediante dos enfoques. Estos son por coagulación y dispersión. Cuando hay una gran cantidad de lodo, es mejor coagular el lodo para formar partículas grandes con el fin de usar el golpe de fondo para eliminarlas del agua de alimentación. Cuando hay una cantidad baja de lodo, es mejor usar dispersantes porque dispersa el lodo por todo el agua de alimentación para que no se forme lodo.
Desaireación del agua de alimentación
El oxígeno y el dióxido de carbono se eliminan del agua de alimentación mediante desaireación. La desaireación se puede lograr mediante el uso de calentadores de desaireador, desaireadores de vacío, bombas mecánicas y eyectores de chorro de vapor. En los calentadores de desaireación, el vapor rocía el agua de alimentación entrante y arrastra los gases disueltos. Los desaireadores también almacenan agua de alimentación caliente que está lista para ser utilizada en la caldera. Este medio de desaireación mecánica se utiliza con agentes eliminadores de oxígeno químicos para aumentar la eficiencia. (Sendelbach, p. 129) [3] Los calentadores de desaireación se pueden clasificar en dos grupos: tipos de pulverización y tipos de bandeja. Con los calentadores tipo bandeja, el agua entrante se rocía en una atmósfera de vapor para alcanzar la temperatura de saturación. Cuando se alcanza la temperatura de saturación, se libera la mayor parte del oxígeno y los gases no condensables. Hay sellos que evitan la recontaminación del agua en la sección de aspersión. Luego, el agua cae al tanque de almacenamiento de abajo. A continuación, los no condensables y el oxígeno se ventilan a la atmósfera. Los componentes del calentador de desaireación tipo bandeja son una carcasa, boquillas rociadoras, condensador de ventilación de contacto directo, pilas de bandejas y paredes protectoras entre cámaras. El desaireador tipo spray es similar al desaireador tipo bandeja. El agua se rocía en una atmósfera de vapor y la mayor parte del oxígeno y los no condensables se liberan al vapor. Luego, el agua cae al lavador de vapor donde la ligera pérdida de presión hace que el agua brote un poco, lo que también ayuda a eliminar el oxígeno y los no condensables. Luego, el agua se desborda hacia el tanque de almacenamiento. Luego, los gases se ventilan a la atmósfera. Con la desaireación al vacío, se aplica vacío al sistema y luego se lleva el agua a su temperatura de saturación. El agua se rocía en el tanque como el rociador y el desaireador de la bandeja. El oxígeno y los no condensables se ventilan a la atmósfera. (Sendelbach, pág. 130)
Acondicionamiento
El agua de alimentación debe ser tratada especialmente para evitar problemas en la caldera y los sistemas aguas abajo. El agua de alimentación de la caldera sin tratar puede provocar corrosión e incrustaciones.
Corrosión de la caldera
Los compuestos corrosivos, especialmente O 2 y CO 2, deben eliminarse, generalmente mediante el uso de un desaireador . Las cantidades residuales se pueden eliminar químicamente mediante el uso de captadores de oxígeno . Además, el agua de alimentación se alcaliniza típicamente a un pH de 9,0 o más, para reducir la oxidación y apoyar la formación de una capa estable de magnetita en la superficie del lado del agua de la caldera, protegiendo el material debajo de una mayor corrosión. Esto generalmente se hace dosificando agentes alcalinos en el agua de alimentación, como hidróxido de sodio ( sosa cáustica ) o amoníaco . La corrosión en las calderas se debe a la presencia de oxígeno disuelto, dióxido de carbono disuelto o sales disueltas.
Abordaje
Los depósitos reducen la transferencia de calor en la caldera, reducen el caudal y eventualmente bloquean los tubos de la caldera. Se deben eliminar las sales no volátiles y los minerales que queden cuando se evapora el agua de alimentación , ya que se concentrarán en la fase líquida y requerirán una " purga " (drenaje) excesiva para evitar la formación de precipitados sólidos. Peor aún son los minerales que forman escamas . Por lo tanto, el agua de reposición agregada para reemplazar cualquier pérdida de agua de alimentación debe ser agua desmineralizada / desionizada , a menos que se use una válvula de purga para eliminar los minerales disueltos.
Debilitamiento cáustico
Imprimación y formación de espuma
Calderas de locomotoras
Las locomotoras de vapor no suelen tener condensadores, por lo que el agua de alimentación no se recicla y el consumo de agua es elevado. El uso de agua desionizada sería prohibitivamente caro, por lo que se utilizan otros tipos de tratamiento de agua. Los productos químicos empleados típicamente incluyen carbonato de sodio , bisulfito de sodio , tanino , fosfato y un agente antiespumante . [5]
Los sistemas de tratamiento han incluido:
- Alfloc, desarrollado por British Railways e Imperial Chemical Industries [6]
- Traitement Integral Armand (TIA), desarrollado por Louis Armand
- Tratamiento Porta, desarrollado por Livio Dante Porta [7]
Ver también
- Bomba de agua de alimentación de caldera
- Evaporador
- Helamina
Referencias
- ^ Lyon, Frank. Calderas Hinds, AWMarine y Naval. (1912). La prensa de Lord Baltimore.
- ^ Osbourne, Alan. Manual de ingenieros marinos modernos. (1965). Cornell Maritime Press, inc.
- ↑ a b Sendelbach, M. (1988). Tratamiento de agua de caldera: por qué, qué y cómo. Ingeniería química, 95 (11), 127.
- ^ Mischissin, Stephen G. (7 de febrero de 2012). "Universidad de Rochester - Investigación de fallas en la línea de extracción de turbinas de vapor" (PDF) . Arlington, VA. págs. 25-26. Archivado desde el original (PDF) el 23 de septiembre de 2015 . Consultado el 23 de febrero de 2015 .
- ^ Bane, M. (11 de diciembre de 2006). "Tratamiento de agua de caldera interna de tratamiento Porta para el siglo XXI" (PDF) . Desarrollos en la tracción a vapor moderna para ferrocarriles . York, Reino Unido. Archivado desde el original (PDF) el 31 de octubre de 2013 . Consultado el 31 de diciembre de 2013 .
- ^ Bane, Martyn. "Glosario moderno de Steam" . Las páginas de viajes y vapor de Martyn Bane . Consultado el 31 de diciembre de 2013 .
- ^ "Tratamiento Porta: Tratamiento Avanzado de Agua de Caldera Interna" . 18 de octubre de 2007. Archivado desde el original el 7 de enero de 2014 . Consultado el 31 de diciembre de 2013 .
- Shun'an, C., Qing, Z. y Zhixin, Z. (2008). Un estudio de la influencia de la concentración de iones cloruro en el comportamiento de corrosión del acero al carbono en la química del agua de caldera de alta temperatura de fosfato. Métodos y materiales anticorrosión, 55 (1), 15-19.
- Sendelbach, M. (1988). Tratamiento de agua de caldera: por qué, qué y cómo. Ingeniería química, 95 (11), 127.
- Características del agua de alimentación de calderas. (Dakota del Norte). Obtenido el 21 de marzo de 2015 de http://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feedwater-characteristics.htm
enlaces externos
- Configuración del sistema de agua de alimentación de la caldera