Agua de la caldera es líquido agua dentro de una caldera , o en las tuberías asociadas, bombas y otros equipos, que está destinado para la evaporación en vapor . El término también se puede aplicar al agua cruda destinada a su uso en calderas, agua de alimentación de caldera tratada , condensado de vapor que se devuelve a una caldera o purga de caldera que se retira de una caldera.
Práctica temprana
Las impurezas en el agua dejarán depósitos sólidos a medida que se evapora el vapor. Estos depósitos sólidos aíslan térmicamente las superficies de intercambio de calor inicialmente disminuyendo la tasa de generación de vapor y potencialmente causando que los metales de la caldera alcancen temperaturas de falla. [1] Las explosiones de calderas no eran infrecuentes hasta que los operadores de calderas supervivientes aprendieron cómo limpiar periódicamente sus calderas. Algunos sólidos podrían eliminarse enfriando la caldera, por lo que la expansión térmica diferencial provocó que los sólidos cristalinos frágiles se agrietaran y se desprendieran de las superficies metálicas de la caldera. Otros sólidos se eliminaron mediante lavado con ácido o fregado mecánico . [2] Varias tasas de purga de calderas podrían reducir la frecuencia de limpieza, pero la operación y el mantenimiento eficientes de las calderas individuales se determinaron mediante prueba y error hasta que los químicos idearon medios para medir y ajustar la calidad del agua para minimizar los requisitos de limpieza.
Tratamiento de agua de caldera
El tratamiento de agua de caldera es un tipo de tratamiento de agua industrial centrado en la eliminación o modificación química de sustancias potencialmente dañinas para la caldera. Se utilizan diversos tipos de tratamiento en diferentes lugares para evitar incrustaciones , corrosión o formación de espuma . [3] El tratamiento externo de los suministros de agua cruda destinados a ser utilizados dentro de una caldera se centra en la eliminación de las impurezas antes de que lleguen a la caldera. El tratamiento interno dentro de la caldera se enfoca en limitar la tendencia del agua a disolver la caldera y mantener las impurezas en las formas menos probables de causar problemas antes de que puedan ser removidas de la caldera en la purga de la caldera. [4]
Dentro de la caldera
A las temperaturas y presiones elevadas dentro de una caldera, el agua exhibe propiedades físicas y químicas diferentes a las observadas a temperatura ambiente y presión atmosférica . Se pueden agregar productos químicos para mantener los niveles de pH minimizando la solubilidad en agua de los materiales de la caldera mientras se permite la acción eficiente de otros químicos añadidos para evitar la formación de espuma, consumir oxígeno antes de que corroa la caldera, precipitar los sólidos disueltos antes de que formen incrustaciones en las superficies generadoras de vapor para eliminar esos precipitados de las proximidades de las superficies generadoras de vapor. [5]
Captadores de oxígeno
Se puede usar sulfito de sodio o hidracina para mantener las condiciones reductoras dentro de la caldera. [6] El sulfito es menos deseable en calderas que operan a presiones superiores a 1,000 libras por pulgada cuadrada (6,900 kPa); [7] porque los sulfatos formados por combinación con oxígeno pueden formar incrustaciones de sulfato o descomponerse en dióxido de azufre corrosivo o sulfuro de hidrógeno a temperaturas elevadas. [8] El exceso de hidracina puede evaporarse con vapor para proporcionar protección contra la corrosión al neutralizar el dióxido de carbono en el sistema de condensado de vapor; [9] pero también puede descomponerse en amoníaco que atacará las aleaciones de cobre . Los productos basados en aminas de película como la helamina pueden ser preferidos para la protección contra la corrosión de los sistemas de condensado con aleaciones de cobre. [8]
Coagulación
Las calderas que operan a presiones menores a 200 libras por pulgada cuadrada (1400 kPa) [10] pueden usar agua de alimentación sin ablandar con la adición de carbonato de sodio o hidróxido de sodio para mantener las condiciones alcalinas para precipitar carbonato de calcio , hidróxido de magnesio y silicato de magnesio . El agua dura tratada de esta manera provoca una concentración bastante alta de partículas sólidas en suspensión dentro de la caldera que sirven como núcleos de precipitación y previenen la posterior deposición de incrustaciones de sulfato de calcio . Se pueden agregar materiales orgánicos naturales como almidones , taninos y ligninas para controlar el crecimiento de cristales y dispersar los precipitados. [11] El lodo blando de precipitados y materiales orgánicos se acumula en porciones inactivas de la caldera para ser removido durante la purga del fondo. [8]
Fosfatos
Las concentraciones de lodo de la caldera creadas por el tratamiento de coagulación pueden evitarse mediante el tratamiento con fosfato de sodio cuando la dureza del agua es inferior a 60 mg / L. Con una alcalinidad adecuada , la adición de fosfato de sodio produce un precipitado insoluble de hidroxiapatita con hidróxido de magnesio y silicatos de magnesio y calcio . La lignina se puede procesar para obtener estabilidad a alta temperatura para controlar las incrustaciones de fosfato de calcio y los depósitos de óxido de hierro magnético . [12] Las concentraciones aceptables de fosfato disminuyen de 140 mg / L en calderas de baja presión a menos de 40 mg / L a presiones superiores a 1,500 libras por pulgada cuadrada (10,000 kPa). La alcalinidad recomendada también disminuye de 700 mg / L a 200 mg / L en el mismo rango de presión. Los problemas de formación de espuma son más comunes con alta alcalinidad. [8]
El control coordinado del pH y los fosfatos intenta limitar la corrosión cáustica que se produce por las concentraciones de iones hidroxilo bajo una escala porosa en las superficies generadoras de vapor dentro de la caldera. Las calderas de alta presión que utilizan agua desmineralizada son las más vulnerables a la corrosión cáustica. La hidrólisis del fosfato trisódico es un tampón de pH en equilibrio con el fosfato disódico y el hidróxido de sodio. [13]
Quelantes
Los quelantes como el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) o el ácido nitrilotriacético (NTA) forman iones complejos con calcio y magnesio . La solubilidad de estos iones complejos puede reducir los requisitos de purga si se añaden polímeros de carboxilato aniónicos para controlar la formación de incrustaciones. La descomposición potencial a altas temperaturas limita el uso de quelantes en las calderas que operan a presiones inferiores a 1,500 libras por pulgada cuadrada (10,000 kPa). [12] Los productos de descomposición pueden causar corrosión del metal en áreas de estrés y alta temperatura. [14]
Agua de alimentación
Muchas calderas grandes, incluidas las que se utilizan en las centrales térmicas, reciclan el vapor condensado para su reutilización dentro de la caldera. El condensado de vapor es agua destilada , pero puede contener gases disueltos. A menudo se usa un desaireador para convertir el condensado en agua de alimentación mediante la eliminación de gases potencialmente dañinos, incluidos oxígeno, dióxido de carbono , amoníaco y sulfuro de hidrógeno . [15] La inclusión de un pulidor (un recipiente de intercambio iónico ) ayuda a mantener la pureza del agua y, en particular, protege la caldera de una fuga en el tubo del condensador.
Hecho agua
Todas las calderas pierden algo de agua en las fugas de vapor; y una parte se desperdicia intencionalmente como purga de la caldera para eliminar las impurezas que se acumulan dentro de la caldera. [16] Las locomotoras de vapor y las calderas que generan vapor para su uso en contacto directo con materiales contaminantes no pueden reciclar el vapor condensado. Se requiere agua de reemplazo para continuar la producción de vapor. El agua de reposición se trata inicialmente para eliminar los materiales flotantes y suspendidos. [17] El agua dura destinado a calderas de baja presión puede ser ablandado mediante la sustitución de sodio [18] para divalentes cationes de calcio y magnesio disueltos más probable a causa de carbonato y sulfato de escala. [19] Las calderas de alta presión normalmente requieren agua desmineralizada por ósmosis inversa , destilación o intercambio iónico . [20]
Ver también
- Desalcalinización del agua
Fuentes
- Babbitt, Harold E. y Doland, James J. (1949). Ingeniería de abastecimiento de agua . McGraw-Hill.
- Laboratorios Betz (1976). Manual de acondicionamiento de agua industrial (7ª edición) . Laboratorios Betz.
- Kemmer, Frank N. (1979). El manual del agua de NALCO . McGraw-Hill.
- Linsley, Ray K. y Franzini, Joseph B. (1972). Ingeniería de Recursos Hídricos . McGraw-Hill. ISBN 0-07-037959-9.
- Perry, Robert H., Chilton, Cecil H. y Kirkpatrick, Sidney D. (1963). Manual de ingenieros químicos (cuarta edición) . McGraw-Hill.Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- Woodruff, Everett B., Lammers, Herbert B. y Lammers, Thomas F. (1984). Operación de la planta de vapor (5ª edición) . McGraw-Hill. ISBN 0-07-071732-X.Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
Referencias
- ^ Kemmer p.39-2
- ^ Betz p.95
- ^ Perry p. 9-50
- ^ Kemmer págs. 39-1 y 39-5
- ^ Kemmer págs. 39-13 a 39-17
- ^ Woodruff, Lammers y Lammers p.516
- ↑ Betz p.86
- ^ a b c d Perry págs. 9-51
- ^ Kemmer p.39-16
- ↑ Betz p.99
- ^ Kemmer págs. 39-13 y 39-15
- ^ a b Kemmer págs. 39-13 y 39-16
- ^ Betz págs. 90 y 104
- ^ Betz p.90
- ↑ Kemmer p.14-1
- ^ Woodruff, Lammers y Lammers p.530
- ^ Kemmer p. 39-5
- ^ Linsley y Franzini págs. 454-456
- ^ Babbitt y Doland p. 388
- ^ Woodruff, Lammers y Lammers p.527