Estabelecendo processos de tratamento para alta confiabilidade

Esta primeira parte da série explora vários aspectos importantes do pré-tratamento de sistemas de maquiagem de alta pureza.

PorBrad Buecker, Buecker & Associates, LLC

PorKatie Perryman, ChemTreat, Inc.

Já se passou mais de um século desde que o vapor foi utilizado pela primeira vez para acionar turbinas/geradores para produção elétrica. À medida que a tecnologia das caldeiras avançava desde os primeiros projetos, os proprietários, operadores e pessoal técnico das usinas de energia começaram a perceber que as crescentes pressões e temperaturas dos geradores de vapor exigiam água de reposição de alta pureza para minimizar a corrosão e a formação de incrustações. Isso levou ao avanço da tecnologia de troca iônica (IX) para produzir composição de caldeira com baixas concentrações de impurezas de partes por bilhão (ppb).

Nas últimas décadas, os métodos de membrana, notadamente a osmose reversa (OR), tornaram-se populares para a desmineralização primária, com a troca iônica servindo agora para “polir” o produto de OR para a composição do gerador de vapor. Nesta série, examinaremos vários aspectos das tecnologias atuais e das capacidades dos sistemas modernos. A Parte 1 oferece uma discussão sobre métodos de pré-tratamento, que são muito importantes para reduzir incrustações, incrustações e outros distúrbios químicos em membranas RO e resinas IX.

Embora o abastecimento de água doce esteja em declínio (sujeito a flutuações regionais), muitas instalações industriais ainda utilizam a reposição de lagos, reservatórios ou rios. A água se move ao redor do globo em um processo conhecido como ciclo hidrológico.

O vapor de água pode ser transportado por muitos quilômetros antes que as condições atmosféricas causem condensação e precipitação. Ao longo do caminho, o vapor de água pode absorver gases da atmosfera, incluindo poluentes, que alteram a sua química. A química da água também é influenciada pelo solo, pelos depósitos minerais e pela vegetação sobre a qual a água flui (ou é filtrada para se tornar água subterrânea).

A Tabela 1 fornece uma análise instantânea de vários anos atrás dos principais constituintes de um lago do Centro-Oeste.

Para geradores de vapor de recuperação de calor (HRSGs) e caldeiras convencionais movidas a combustíveis fósseis, as diretrizes comuns para efluentes de tratamento de água de reposição são:

Ao comparar a Tabela 1 com estas diretrizes, torna-se evidente que mesmo sistemas com água doce como fonte de reposição bruta podem precisar reduzir drasticamente as concentrações de impurezas antes de enviar a água para caldeiras de alta pressão. A maioria dos sistemas de energia modernos, como unidades de ciclo combinado com HRSGs, dependem principalmente do polimento RO e IX para produzir água de alta pureza.

É comum que os empreiteiros troquem “garrafas” IX esgotadas por recipientes contendo resina recém-regenerada, eliminando a necessidade de regeneração no local com ácido e cáustico.

Para a configuração mostrada na Figura 2, o pré-tratamento concentra-se principalmente na redução de incrustações e crescimento orgânico nas membranas de OR.

Neste artigo, destacamos opções de pré-tratamento para problemas de águas superficiais, incluindo:

No século 20, a clarificação com filtração multimídia era o método comum para remover partículas do efluente do clarificador. Um clarificador/filtro bem projetado e operado pode produzir água com turbidez inferior a 1 NTU. No entanto, as tecnologias de membranas de micro e ultrafiltração tornaram-se um substituto popular para a clarificação, a menos que o amolecimento da cal seja necessário para reduzir as concentrações de dureza e alcalinidade, que podem ser elevadas em algumas fontes de água subterrânea. A Figura 3 abaixo mostra uma unidade de microfiltração (MF) de 300 galões por minuto (gpm) escolhida como substituto para um antigo clarificador de usina de energia.

Figura 3. Skid de microfiltro incluindo os 24 módulos necessários para produzir 300 gpm de água de alimentação RO filtrada. O tanque de retenção de água bruta de entrada, com bombas de encaminhamento e retrolavagem, fica à esquerda. Foto de Brad Buecker.

A unidade reduziu a turbidez de reposição de RO de uma faixa típica de 0,5–1,0 NTU para menos de 0,05 NTU. (2) Isso levou a uma redução dramática no filtro de cartucho RO e na frequência de limpeza da membrana. O ajuste regular das dosagens de coagulante e floculante do clarificador para corresponder às mudanças nas taxas de fluxo não era mais necessário. Esta unidade MF específica provou ser extremamente confiável, desde que fosse feita uma limpeza off-line completa a cada dois ou três meses. Para esta aplicação (e também para limpezas auxiliares de trocadores de calor em toda a instalação), os mecânicos da planta fabricaram um recipiente portátil com misturador, aquecedor, mangueiras e uma bomba de circulação para aquecer soluções de limpeza a cerca de 100oF.