El tratamiento y acondicionamiento del agua de calderas debe satisfacer los siguientes objetivos:
- Intercambio de calor continuo
- Protección contra la corrosión
- Producción de vapor de alta calidad
El tratamiento externo consiste en la reducción y eliminación de impurezas del agua en la parte externa de la caldera. Por lo general, se emplea tratamiento externo cuando la cantidad de una o varias impurezas del agua es demasiado elevada como para ser tolerada por la caldera en cuestión. Hay una amplia variedad de tratamientos externos (ablandamiento, evaporación, desaireación, contactores de membrana etc.) que pueden ser empleados para adaptar el agua de alimentación a un sistema en particular. El tratamiento interno consiste en el acondicionamiento de impurezas dentro del sistema de la caldera. Las reacciones ocurren tanto en las líneas de alimentación como en la misma caldera. El tratamiento interno puede aplicarse sólo o conjuntamente con el tratamiento externo. Su propósito es reaccionar de forma adecuada con la dureza del agua de alimentación, acondicionar los lodos, eliminar el oxígeno y evitar la formación de espumas en el agua de la caldera.
Tratamiento externo
Las instalaciones de tratamiento de aguas purifican y desairean el agua de reposición o el agua de alimentación. En algunas ocasiones, el agua es pretratada mediante evaporación para producir vapor relativamente puro, el cual es posteriormente condensado y empleado para la alimentación de la caldera. Los evaporadores pueden ser de varios tipos, siendo el más simple un tanque de agua a través del cual pasan bobinas de vapor para calentar el agua hasta el punto de ebullición. Para aumentar la eficiencia de estos sistemas, el vapor del primer tanque puede pasar por el segundo tanque de agua mediante bobinas para producir calor adicional, y por consiguiente, evaporación del agua. Los evaporadores son adecuados cuando la disponibilidad de vapor como fuente de calor es elevada. Estos sistemas presentan ventajas con respecto a la desmineralización, por ejemplo, cuando la cantidad de sólidos disueltos en el agua bruta es muy elevada.
Ciertos materiales naturales y sintéticos tienen la habilidad de eliminar iones minerales del agua mediante intercambio con otros. Por ejemplo, al pasar agua por un ablandador de intercambio catiónico simple, todos los iones de calcio y magnesio son eliminados y reemplazados por iones de sodio. Debido a que un intercambio catiónico simple no es capaz de reducir la cantidad total de sólidos en el agua, este tratamiento es a menudo empleado conjuntamente con ablandamiento mediante precipitación. Uno de los tratamientos combinados más comunes y eficientes es el proceso cal-zeolita. Este proceso consiste en un pretratamiento del agua con cal para reducir la dureza, alcalinidad, y en algunos casos sílice, seguido por un tratamiento con ablandadores de intercambio catiónico. Este sistema de tratamiento cumple varias funciones: ablandamiento, reducción de alcalinidad y sílice, reducción de oxígeno y eliminación de sólidos suspendidos y turbidez. Normalmente, los tratamientos químicos del agua de dentro de la caldera son esenciales y complementan los tratamientos externos, ya que se ocupan de las impurezas que entran en la caldera mediante el agua de alimentación (dureza, oxígeno, sílice, etc.). En muchos casos, no es necesario el tratamiento externo del suministro de agua y el agua puede tratarse únicamente de forma interna.
Tratamiento interno
El tratamiento interno puede ser considerado como el único tratamiento necesario en los casos en los que las calderas operan a presiones bajas o moderadas, cuando grandes cantidades de vapor consensado son usadas como agua de alimentación, o cuando hay disponibilidad de agua bruta de alta calidad. El objetivo del tratamiento interno es:
- reaccionar con cualquier dureza del agua de alimentación y prevenir su precipitación en la caldera formando incrustaciones;
- acondicionar cualquier sólido suspendido, como por ejemplo lodo u óxido de hierro, en la caldera y hacer que no se adhiera al metal de la caldera;
- proporcionar protección anti espuma para permitir una concentración razonable de sólidos disueltos y suspendidos en el agua de la caldera sin que ocurra arrastre de espuma;
- eliminar oxígeno del agua y proporcionar suficiente alcalinidad para prevenir la corrosión de la caldera.
Además, como medidas complementarias, un tratamiento interno debe prevenir la corrosión e incrustación del sistema de alimentación de agua y proteger contra la corrosión en los sistemas de condensación de vapor.
Durante el proceso de acondicionamiento, el cuál es un complemento esencial del programa de tratamiento de aguas, dosis específicas de productos acondicionadores se agregan al agua. Los productos más comúnmente empleados incluyen:
- Fosfatos-dispersantes, polifosfatos-dispersantes (productos químicos de ablandamiento): estos productos reaccionan con la alcalinidad del agua de la caldera, neutralizando la dureza del agua mediante la formación de fosfato tricálcico, un compuesto insoluble que puede ser eliminado de forma continua o periódicamente a través del fondo de la caldera.
- Dispersantes naturales y sintéticos (Agentes Anti-incrustantes): aumentan las propiedades dispersivas de los productos de acondicionamiento. Pueden ser:
- Polímeros naturales: lignosulfonatos, taninos.
- Polímeros sintéticos: poliacrilatos, copolímero de acrilato maleico, copolímero de estireno maleico, sulfonatos de poliestireno, etc.
- Agentes inhibidores: como por ejemplo fosfatos inorgánicos, que actúan como inhibidores e implementan un efecto umbral.
- Eliminadores de oxígeno: sulfito de sodio, taninos, hidracina, derivados a base de hidroquinona/pirogalol, derivados de hidroxilamina, derivados del ácido ascórbico, etc. Estos eliminadores, catalizados o no, reducen los óxidos y el oxígeno disuelto. La mayoría también pasivan las superficies metálicas. La elección del producto y la dosis requerida dependerán de si se utilizado un calentador de desaireación.
Agentes antiespumantes: son una mezcla de agentes de superficie activa que modifican la tensión superficial de un líquido, eliminan las espumas y previenen el transporte de partículas finas de agua en la corriente de vapor
Los productos químicos empleados para el ablandamiento incluyen ceniza de sosa, sosa cáustica y varios tipos de fosfato de sodio. Estos productos reaccionan con los compuestos de calcio y magnesio presentes en el agua de alimentación. El silicato de sodio es empleado para reaccionar selectivamente con la dureza de magnesio. El bicarbonato de calcio que entra con el agua de alimentación se descompone a la temperatura de la caldera o reacciona con sosa cáustica para formar carbonato de calcio. El carbonato de calcio es relativamente insoluble por lo que tiene a salir de la disolución. El carbonato de sodio se descompone parcialmente a altas temperaturas formando hidróxido de sodio y dióxido de carbono. Altas temperaturas en el agua de la caldera reducen la solubilidad del sulfato de calcio y tienden a hacerlo precipitar directamente en el metal de la caldera formando incrustaciones. Es por esto por lo que el sulfato de calcio debe reaccionar químicamente para provocar la formación de un precipitado en el agua, donde puede acondicionarse y eliminarse mediante purga. La solución es hacerlo reaccionar con carbonato de socio, fosfato de sodio o silicato de sodio para formar carbonato de calcio, fosfato o silicato, los cuales son insolubles. El sulfato de magnesio reacciona con sosa cáustica para formar un precipitado de hidróxido de magnesio. Parte del magnesio puede reaccionar con sílice para formar silicato de magnesio. El sulfato de sodio es altamente soluble y permanece en solución mientras que no se evapore toda el agua presente.
Hay dos enfoques generales para acondicionar el lodo dentro de una caldera: mediante coagulación o dispersión. Cuando la cantidad total de lodo es elevada (como resultado de una dureza elevada en el agua de alimentación), es preferible coagular el lodo para formar grandes partículas floculantes. Éstas pueden ser eliminadas mediante purga. La coagulación se consigue mediante el ajuste de las cantidades de álcalis, fosfatos y compuestos orgánicos empleados para el tratamiento. Cuando la cantidad de lodo no es muy elevada (poca dureza en el agua de alimentación), es preferible emplear un mayor porcentaje de fosfatos en el tratamiento. Los fosfatos forman partículas de lodo separadas. Se utiliza un mayor porcentaje de dispersantes de lodo orgánico en el tratamiento para mantener las partículas de lodo dispersas en el agua de la caldera.
Los materiales utilizados para el acondicionamiento de lodos incluyen varios compuestos orgánicos de la clase de los taninos, lignina o alginato. Es importante que estos compuestos hayan sido seleccionados y procesados de forma adecuada para que actúen de una forma efectiva, además de ser resistentes a las presiones de operación de la caldera. Ciertos compuestos orgánicos sintéticos se emplean como agentes antiespumantes. Los productos químicos utilizados como eliminadores de oxígeno incluyen sulfito de sodio e hidracina. Varias combinaciones de polifosfatos y compuestos orgánicos son empleados para prevenir las incrustaciones y la corrosión en los sistemas de alimentación de agua. Las aminas volátiles y los inhibidores de película se utilizan para prevenir la corrosión del sistema de condensado.
Los métodos de alimentación interna de productos químicos incluyen el uso de tanques de disoluciones químicas y bombas dosificadoras. Por lo general, los productos químicos de ablandamiento (fosfatos, carbonato sódico, cáustico, etc.) se añaden directamente al agua de alimentación en puntos cercanos a la entrada de la caldera. Sin embargo, también pueden ser introducidos mediante líneas separadas que descargan en el tambor de agua de alimentación de la caldera. En cualquier caso, los productos químicos tienen que ser introducidos en la sección de la caldera destinada a la alimentación de agua, de tal forma que la reacción ocurre antes de que el agua pase a la zona de formación de vapor. Los productos de ablandamiento se pueden añadir de forma continua o intermitente dependiendo de la dureza del agua y de otros factores. Los productos químicos añadidos para reaccionar con el oxígeno disuelto (sulfatos, hidracina, etc.) y aquellos empleados para prevenir la formación de incrustaciones y corrosión en el sistema de alimentación de agua (polifosfatos, compuestos orgánicos, etc.) deben ser introducidos en el sistema de alimentación de agua de forma continua. Por último, los productos empleados para prevenir la corrosión del sistema de condensado pueden alimentarse directamente a la zona de vapor o al sistema de alimentación de agua, dependiendo del producto empleado. En este caso, se prefiere la alimentación en continuo, aunque en algunos casos, la alimentación de forma intermitente puede ser suficiente.
Descripción de las características de la caldera perfecta.
Referencias
‘Water treatment handbook’ Vol. 1-2, Degremont, 1991
‘Industrial water conditioning’, BeltsDearborn, 1991
http://www.thermidaire.on.ca/boiler-feed.html
Artículo extraído de: https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/caldera/tratamiento-de-agua-de-calderas.htm
