Stabilire processi di trattamento per un livello affidabile

Questa prima puntata della serie esplora diversi aspetti importanti del pretrattamento del sistema di makeup ad elevata purezza.

DiBrad Buecker, Buecker & Associates, LLC

DiKatie Perryman, ChemTreat, Inc.

È passato più di un secolo da quando il vapore fu utilizzato per la prima volta per azionare turbine/generatori per la produzione elettrica. Con l’avanzare della tecnologia delle caldaie rispetto ai primi progetti, i proprietari delle centrali elettriche, gli operatori e il personale tecnico iniziarono a rendersi conto che le crescenti pressioni e temperature dei generatori di vapore richiedevano acqua di reintegro di elevata purezza per ridurre al minimo la corrosione e la formazione di incrostazioni. Ciò ha portato al progresso della tecnologia di scambio ionico (IX) per produrre componenti per caldaie con concentrazioni di impurità basse in parti per miliardo (ppb).

Negli ultimi decenni, i metodi a membrana, in particolare l’osmosi inversa (RO), sono diventati popolari per la demineralizzazione primaria, con lo scambio ionico che ora serve a “lucidare” il prodotto RO per la composizione del generatore di vapore. In questa serie esamineremo vari aspetti delle tecnologie attuali e le capacità dei sistemi moderni. La parte 1 offre una discussione sui metodi di pretrattamento, che sono molto importanti per ridurre incrostazioni, incrostazioni e altri disturbi chimici all'interno delle membrane RO e delle resine IX.

Sebbene le forniture di acqua dolce siano in declino (soggetto a fluttuazioni regionali), molti impianti industriali utilizzano ancora il recupero da laghi, bacini idrici o fiumi. L’acqua si muove in tutto il mondo in un processo noto come ciclo idrologico.

Il vapore acqueo può essere trasportato per molti chilometri prima che le condizioni atmosferiche causino condensa e precipitazioni. Lungo il percorso, il vapore acqueo può assorbire gas dall’atmosfera, compresi gli inquinanti, che ne alterano la chimica. La chimica dell’acqua è influenzata anche dal suolo, dai depositi minerali e dalla vegetazione su cui scorre l’acqua (o filtra per diventare acqua sotterranea).

La tabella 1 fornisce un'analisi istantanea di diversi anni fa dei principali costituenti di un lago del Midwest.

Per i generatori di vapore a recupero di calore (HRSG) e le caldaie convenzionali alimentate a combustibili fossili, le linee guida comuni per il trattamento dell'acqua di reintegro degli effluenti sono:

Confrontando la Tabella 1 con queste linee guida, diventa evidente che anche i sistemi con acqua dolce come fonte di reintegro potrebbero dover ridurre drasticamente le concentrazioni di impurità prima di inviare l’acqua alle caldaie ad alta pressione. La maggior parte dei sistemi energetici moderni, come le unità a ciclo combinato con HRSG, si basano principalmente sulla purificazione RO e IX per produrre acqua ad elevata purezza.

È prassi comune per gli appaltatori sostituire le “bottiglie” IX esaurite con recipienti contenenti resina appena rigenerata, eliminando la necessità di rigenerazione in loco con acido e sostanza caustica.

Per la configurazione mostrata nella Figura 2, il pretrattamento si concentra principalmente sulla riduzione delle incrostazioni e della crescita organica sulle membrane RO.

In questo articolo, mettiamo in evidenza le opzioni di pretrattamento per i problemi delle acque superficiali, tra cui:

Nel 20° secolo, la chiarificazione con filtrazione multimediale era il metodo comune per rimuovere le particelle dall'effluente del chiarificatore. Un chiarificatore/filtro ben progettato e utilizzato può produrre acqua con una torbidità inferiore a 1 NTU. Tuttavia, le tecnologie a membrana di micro e ultrafiltrazione sono diventate un popolare sostituto della chiarificazione, a meno che non sia necessario l’addolcimento della calce per ridurre le concentrazioni di durezza e alcalinità, che possono essere elevate in alcune riserve di acque sotterranee. La Figura 3 di seguito mostra un'unità di microfiltrazione (MF) da 300 galloni al minuto (gpm) scelta in sostituzione del chiarificatore di una centrale elettrica obsoleto.

Figura 3. Skid per microfiltro comprendente i 24 moduli necessari per produrre 300 gpm di acqua di alimentazione RO filtrata. Sulla sinistra si trova il serbatoio di raccolta delle acque grezze in ingresso, con pompe di mandata e controlavaggio. Foto di Brad Buecker.

L'unità ha ridotto la torbidità di fondo dell'RO da un intervallo tipico di 0,5–1,0 NTU a meno di 0,05 NTU. (2) Ciò ha portato a una drastica riduzione della frequenza di pulizia della cartuccia del filtro RO e della membrana. Non era più necessario regolare regolarmente i dosaggi del coagulante e del flocculante chiarificante per adattarli alle variazioni di portata. Questa particolare unità MF si è rivelata estremamente affidabile, a condizione che venisse sottoposta a un'accurata pulizia fuori linea ogni due o tre mesi. Per questa applicazione (e anche per la pulizia degli scambiatori di calore ausiliari in tutta la struttura), i meccanici dell'impianto hanno fabbricato un recipiente portatile con miscelatore, riscaldatore, tubi flessibili e una pompa di circolazione per riscaldare le soluzioni detergenti fino a circa 100°F.