Processo di trattamento delle acque delle centrali elettriche: fasi chiave e soluzioni chimiche

In una centrale elettrica a carbone o a ciclo combinato, il team di trattamento dell’acqua solitamente identifica i problemi in base ai sintomi: un sottile strato di carbonato di calcio sui tubi del condensatore, un aumento graduale della pressione differenziale attraverso una membrana ad osmosi inversa (RO) o un biofilm viscido sul riempimento della torre di raffreddamento. Ciascun sintomo indica una fase specifica del processo di trattamento delle acque della centrale elettrica e ciascuna fase richiede una risposta chimica diversa. L’approccio utile è pensare alla sequenza del trattamento nel suo insieme, non come un insieme di prodotti isolati. Con oltre 34 anni di esperienza nella chimica del trattamento dell'acqua, Changzhou Jinghui è specializzata nei due sistemi in cui gli operatori degli impianti avvertono maggiormente la pressione: acqua di raffreddamento circolante industriale e sistemi a membrana RO.

Il processo di trattamento delle acque delle centrali elettriche in breve

Le centrali elettriche utilizzano l'acqua per la generazione di vapore, il raffreddamento, il controllo delle emissioni e il servizio del sito. Il processo di trattamento segue il percorso dell'acqua dall'immissione allo scarico. Comprendere questo percorso aiuta ad assegnare la sostanza chimica giusta al problema giusto.

Per un tipico impianto termico da 600 MW, i due maggiori consumatori di trattamento chimico sono il sistema di alimentazione dell’acqua della caldaia e la torre di raffreddamento. Ciascuno ha un ruolo distinto nell'affidabilità complessiva dell'impianto.

Gestione dell'acqua di pretrattamento e reintegro della caldaia

L'acqua grezza che entra in una centrale elettrica contiene solidi sospesi, durezza, silice e contenuto organico variabile. Le prime fasi del trattamento comprendono solitamente la coagulazione, la flocculazione, la sedimentazione e la filtrazione. Per l'acqua di reintegro, molti impianti moderni utilizzano membrane RO seguite da EDI o lucidatura a letto misto per ottenere una purezza pari a quella della caldaia.

Le membrane RO devono affrontare due minacce comuni: incrostazioni inorganiche e biofouling. Nelle centrali elettriche con acqua di pozzo ad elevata durezza, il problema più frequente è l'incrostazione di carbonato e solfato di calcio. Un antincrostante specifico per la membrana impedisce la formazione di questi cristalli sulla superficie della membrana e aiuta inoltre a disperdere le tendenze ai depositi esistenti. Questo è uno degli investimenti chimici più convenienti nel circuito dell'acqua di reintegro della caldaia.

Antincrostante specifico per membrana per sistemi ad osmosi inversa SM-3210R controlla le incrostazioni inorganiche e la silice nelle membrane RO, NF e UF. Previene le incrostazioni di carbonato di calcio e solfato, tollera un LSI elevato e funziona a pH 5–10, ideale per il trattamento dell'acqua di reintegro delle caldaie. Visualizza il prodotto →

Il pretrattamento influisce anche sulle apparecchiature a valle. Se la coagulazione e la flocculazione non sono ben controllate, i residui organici e le particelle fini possono passare attraverso le membrane RO, aumentando il tasso di incrostazione e riducendo la durata della membrana. Gli ingegneri dell'impianto dovrebbero monitorare l'indice di densità del limo (SDI) e i limiti di torbidità prima della fase RO e verificare che i prodotti chimici di pretrattamento utilizzati non interferiscano con il successivo programma antincrostante.

I cambiamenti stagionali nella qualità dell’acqua grezza aggiungono un’altra variabile. Le piogge primaverili spesso aumentano la torbidità e il contenuto organico, mentre la siccità estiva può aumentare la durezza e la conduttività. I programmi di dosaggio devono essere in grado di adattarsi a questi cambiamenti senza richiedere una riprogettazione completa del treno di trattamenti.

Trattamento dell'acqua di raffreddamento nelle centrali elettriche

In una centrale elettrica, il sistema dell'acqua di raffreddamento spesso trasporta il volume d'acqua maggiore e il rischio più elevato di tempi di fermo non pianificati. La torre di raffreddamento funziona in modalità evaporazione, che concentra progressivamente i sali disciolti. All’aumentare dei cicli di concentrazione, aumenta il rischio di incrostazione, corrosione e crescita microbiologica del carbonato di calcio. L'obiettivo del trattamento è quello di operare al massimo rapporto di concentrazione sicuro mantenendo pulite le superfici di trasferimento del calore.

Il controllo della scala è la prima preoccupazione. La durezza carbonatica è la principale causa di incrostazioni nei condensatori e negli scambiatori di calore. Un buon inibitore del calcare nell’acqua circolante deve avere un effetto soglia comprovato, non solo un limite al carbonato di calcio. Dovrebbe rimanere efficace anche in presenza di ioni di ferro e alluminio, che sono comuni nell'acqua di raffreddamento dopo la corrosione o il residuo di chiarificante. Questo è il motivo per cui la scelta di un inibitore dell’incrostazione non è una decisione valida per tutti.

Inibitore delle incrostazioni dell'acqua circolante per sistemi di raffreddamento ad alta durezza Questo inibitore a base di polimeri senza fosforo disperde le scaglie di carbonato di calcio, solfato e fosfato. Efficace a 8–20 ppm, è adatto all'acqua di raffreddamento con durezza e alcalinità medio-alte, migliorando l'efficienza dello scambiatore di calore. Visualizza il prodotto →

Per gli impianti che devono affrontare limiti ambientali più severi, i programmi senza e a basso contenuto di fosforo stanno diventando la scelta preferita. Il fosforo contribuisce all’eutrofizzazione delle acque riceventi e molte centrali elettriche costiere o fluviali sono ora tenute a rispettare bassi limiti di scarico di fosforo. Un inibitore della corrosione e delle incrostazioni privo di fosforo offre un modo per controllare sia le incrostazioni che la corrosione riducendo al tempo stesso il carico di nutrienti dello scarico.

Inibitore di corrosione e incrostazioni senza fosforo per acqua di raffreddamento Formulato con polimeri privi di fosforo e inibitori di corrosione, previene le incrostazioni e forma un film protettivo sulle superfici di scambio termico. Adatto per sistemi con pH elevato e elevata alcalinità, che soddisfano i limiti di scarico di basso fosforo. Visualizza il prodotto →

Il controllo microbiologico è l’altra metà dell’equazione dell’acqua di raffreddamento. La melma batterica, le alghe e i funghi riducono il trasferimento di calore e creano corrosione sottodeposito. I biocidi non ossidanti vengono spesso utilizzati per il dosaggio shock perché penetrano nel biofilm in modo più efficace rispetto ai biocidi ossidanti e sono meno accelerati dall'elevato pH dell'acqua di raffreddamento. Il programma di dosaggio deve corrispondere al tempo di ritenzione del sistema e alla chimica dell'acqua.

Nel valutare gli inibitori delle incrostazioni, gli ingegneri dell'impianto dovrebbero considerare la durezza carbonatica dell'acqua di reintegro e confrontarla con i limiti raccomandati. La relazione tra durezza, alcalinità e cicli di concentrazione determina la quantità di inibitore necessaria. Le indicazioni su questi limiti sono disponibili nell'articolo Inibitori di incrostazioni per acqua di raffreddamento e limite della durezza carbonatica . L'articolo discute anche di come un'eccessiva durezza possa sopraffare un programma di inibitori scarsamente abbinato.

Sistemi idrici per caldaie e circuiti chiusi

Oltre alla torre di raffreddamento aperta, le centrali elettriche dispongono anche di acqua di caldaia e circuiti di raffreddamento chiusi. L'acqua di alimentazione della caldaia deve essere demineralizzata ai livelli di conduttività e silice richiesti e la caldaia stessa necessita di un trattamento interno per prevenire incrostazioni sulle pareti dei tubi. L'approccio chimico differisce dal raffreddamento dell'acqua perché le temperature sono molto più elevate e la chimica dell'acqua è molto più sensibile.

In molti impianti, un circuito di raffreddamento a circuito chiuso serve apparecchiature ausiliarie quali refrigeratori per campioni, pompe e guarnizioni. A differenza dell’acqua a circolazione aperta, un circuito chiuso subisce pochissima evaporazione, ma è comunque esposto alla corrosione dovuta all’ossigeno disciolto. Per questi sistemi sono essenziali un inibitore della corrosione dell'acqua a circolazione chiusa dedicato e un assorbitore di ossigeno.

Lo stesso principio si applica al lato caldaia: ridurre al minimo la corrosione e le incrostazioni significa controllare la chimica dell'acqua entro un intervallo ristretto. Gli ingegneri impiantisti solitamente si affidano alle letture di conduttività, pH, silice e ossigeno disciolto per regolare il dosaggio dei prodotti chimici di trattamento.

Selezione del giusto programma chimico: considerazioni pratiche

Quando un impianto confronta i programmi di trattamento, la tentazione è di concentrarsi solo sul prezzo al chilogrammo. Ma il costo reale risiede nel rischio di performance. Un programma chimico inadeguato può portare all'interruzione del condensatore, al guasto del tubo della caldaia al successivo spegnimento dell'unità o alla sostituzione della membrana RO. Le domande chiave sono:

• La sostanza chimica corrisponde alla qualità effettiva dell'acqua presso l'impianto in base a variazioni normali e stagionali?
• Qual è il contenuto di fosforo della formulazione e soddisfa i limiti di scarico?
• Il fornitore è in grado di fornire un'analisi di laboratorio affidabile e un processo di controllo qualità coerente?
• Il fornitore offrirà un servizio tecnico per l'ottimizzazione del dosaggio e la risoluzione dei problemi?

I fornitori affidabili dovrebbero essere in grado di fornire rapporti sui test di laboratorio certificati CMA, dimostrando che il prodotto è stato testato per le prestazioni in condizioni rappresentative dell'acqua. L'azienda pone inoltre l'accento sulle soluzioni su misura, a partire dalla fase di sviluppo del prodotto per affrontare le condizioni operative di un impianto specifico.

Un altro fattore pratico è la consegna e la logistica del prodotto chimico. Un impianto in una località remota o con capacità di stoccaggio limitata necessita di un fornitore in grado di mantenere programmi di consegna affidabili. La capacità del fornitore di spedire in più di 40 paesi suggerisce una consolidata esperienza di esportazione, che riduce il rischio di interruzioni della fornitura in un'operazione basata sulla manutenzione.

Mettere tutto insieme

Il processo di trattamento delle acque delle centrali elettriche è una catena continua. Il pretrattamento protegge le membrane RO, il trattamento RO protegge la caldaia e il trattamento dell'acqua di raffreddamento protegge il condensatore e gli scambiatori di calore. Ciascun collegamento utilizza una serie diversa di sostanze chimiche, ma condividono tutti lo stesso obiettivo: mantenere l'efficienza ed evitare interruzioni non pianificate.

Per gli ingegneri impiantisti, l'approccio più affidabile è iniziare con un'analisi completa dell'acqua, definire gli obiettivi prestazionali per ciascun sistema e quindi scegliere un programma chimico verificato rispetto a tali obiettivi. L'esperienza sia nella circolazione dell'acqua di raffreddamento che nel trattamento RO significa che un fornitore può aiutare l'impianto a vedere le interazioni tra i sistemi, piuttosto che limitarsi a vendere un singolo prodotto.