TRATAREA APEI PENTRU CAZANE DE ABUR - INSTALATII DE OSMOZA INVERSA

TRATAREA APEI DE ALIMENTARE PENTRU CAZANE DE ABUR – AVANTAJELE INSTALATIILOR DE OSMOZA INVERSA

Asa cum am amintit, indicii de calitate specifici ai apei de alimentare pentru un cazan de abur se pot obtine prin instalarea unei statii de dedurizare sau, in cazul cazanelor acvatubulare sau cu presiuni (si temperaturi) de functionare ridicate, a unei instalatii de demineralizare – cu rasini schimbatoare de ioni sau prin osmoza inversa.

Trebuie precizat insa ca demineralizarea apei de alimentare este o solutie de preferat inclusiv pentru cazanele de joasa si medie presiune, tinand cont de economiile considerabile de combustibil pe care le genereaza.

Din cauza inconvenientelor specifice demineralizarii cu rasini schimbatoare de ioni (utilizarea de substante chimice periculoase pentru regenerare, necesitatea tratarii apelor rezultate in urma regenerarii, etc.), s-a adoptat tot mai des in ultima vreme tehnologia de demineralizare prin osmoza inversa. Cu toate ca aceasta implica costuri suplimentare fata de cel al sistemului de osmoza inversa propriu-zis (intotdeauna va fi nevoie si de o instalatie de pre-tratare), in ansamblu costul investitiei initiale este similar cu cel al unei instalatii de demineralizare clasice cu rasini schimbatoare de ioni, iar economiile rezultate o justifica pe deplin. 

Practic, prin adoptarea unei instalatii de demineralizare prin osmoza inversa, economia de combustibil este semnificativa, permitand recuperarea investitiei intr-un interval de timp relativ scurt.

 

 

Pentru a fi mai bine intelesi, va prezentam in continuare un exemplu de calcul comparativ al costurilor unei instalatii de tratare a apei de alimentare pentru un cazan cu o productie de abur saturat Q = 2,5 tone/h la o presiune de 6 bar, fara recuperare de condens, cu functionare continua 24 de ore din 24. Apa bruta are o conductivitate de S1 = 640 mS/cm si o duritate de 32°Fr.

Conform formulei de calcul prezentate in articolul despre Tratarea Apei pentru Cazane de Abur, cantitatea de apa ce trebuie purjata pentru a mentine conductivitatea apei din cazan sub valoarea S2 = 6000 μS/cm (conform EN 12953 – 10) este:

A = Q x S1   =      2,5 x 640      =  1.600   =  0,298 t/h ≈ 0,3 m3/h

      S2 - S1        6.000 – 640         5.360

Deci necesarul de apa de alimentare a cazanului, este de A + Q = 2,5 + 0,3 ≈ 2,8 m3/h, care ar fi si debitul de apa ce va trebui furnizat in cazul adoptarii solutiei de tratare a apei de alimentare cu o statie de dedurizare.  

In cazul in care se adopta solutia demineralizarii apei de alimentare cu un sistem de osmoza inversaRODart, conductivitatea obtinuta va fi de ordinul a 2÷4% din cea a apei brute, respectiv 13÷26 μS/cm. In aceste conditii, presupunand o valoare acoperitoare, de 30 μS/cm, cantitatea de apa ce trebuie purjata ar deveni:

A   2,5 x 30     =     75     =  0,013 t/h ≈ 0,013 m3/h,

        6.000 – 30        5.970

adica pierderile de apa prin purjare vor fi aproape nule, iar sistemul de osmoza inversa va trebui dimensionat pentru un debit de apa furnizata (permeat) de 2,513 m3/h.

Cum apa care se purjeaza este de fapt o apa care a fost incalzita in cazanul de abur, diferenta de 0,3 m3/h = 10% dintre cele doua debite de apa de purjat se va traduce intr-o economie corespunzatoare de combustibil de cca. 10%.

Pentru a produce 2,5 t/h de abur sunt necesari 1.750 kW, care este si puterea termica a cazanului nostru de abur. Presupunand un randament de 90%, rezulta o putere termica necesara in focar de 1.940 kW, care se obtin prin arderea a 194 Nm3 de gaze naturale.

Daca apa de alimentare a cazanului este doar dedurizata, din cele 2,5 t/h de apa incalzita de cazan la temperatura de vaporizare, 0,3 t/h sunt evacuate prin purjare.

Deci practic se obtin numai 2,2 t/h de abur utile, pe care in cazul demineralizarii apei de alimentare (cu purja aproape de zero) le-am  produce consumand numai 170 Nm3 de gaze naturale, respectiv 1.700 kW.

Ca valoare, aceasta diferenta de 24 Nm3 = 240 kW, la un pret estimat al gazelor naturale de 14,5 EURO/MWh, inseamna cca. 3,5 EURO economisiti pe ora sau, la o functionare de 24 ore pe zi, 360 de zile pe an, cca. 30.000 EURO/an (!!!).

 

Sa vedem acum ce inseamna investitia in ambele variante de instalatie de tratare – 1. numai prin dedurizare sau 2. prin demineralizare.

 

  1. Instalatie de tratare a apei de alimentare prin dedurizare – Q = 2,8 m3/h

Statia de dedurizare va trebui sa fie sistem DUPLEX, pentru a asigura furnizarea continua de apa tratata. Refacand calculele din articolul Tratarea Apei pentru Cazane de Abur cu valorile din aplicatia de fata, obtinem pentru statia de dedurizare o capacitate ciclica necesara de:

cc [m3 x °Fr] =  (2,5 + 0,3) x 12 x 32(100 - 100)  = 1.075 m3x°Fr

                                                                   100

De aici, s-ar recomanda o statie de dedurizare NOBEL modelul AS 1050/V DUPLEX, debit max. 5 m3/h, capacitate ciclica 1050 + 1050 m3x°Fr, racorduri 1¼”, cu pretul de 5.900 EURO + TVA, avand instalat in amonte un filtru mecanic autocuratitor FTA 090 1¼”, in valoare de 340 EURO + TVA.

Total echipamente instalatie de dedurizare: 6.240 EURO + TVA.

 

  1. Instalatie de tratare a apei de alimentare prin osmoza inversa – Q = 2,5 m3/h

Pentru asigurarea unui debit continuu de 2,5 m3/h de apa  demineralizata cu ajutorul unui sistem de osmoza inversa, va trebui furnizata zilnic o cantitate de 2,5 m3/h x 24 h = 60 m3 de apa demineralizata.

Cum insa niciun sistem de osmoza inversa nu poate functiona 24 de ore din 24 fara intrerupere (exista cel putin pauzele de flushing – clatirea membranelor osmotice), instalatia va trebui dimensionata pentru un debit mai mare, care sa asigure rezerva pentru intervalele de timp in care sistemul nu furnizeaza apa. Astfel, vom considera ca cei 60 m3/zi vor fi furnizati in cca. 20 de ore, rezultand pentru osmoza inversa un debit minim necesar de permeat de 3 m3/ora.

Cel mai mic sistem de osmoza inversa NOBEL care poate asigura acest debit este 8RE03 (debit nominal 3,6 m3/h). In versiunea 8RE03L (low energy), acesta va furniza apa demineralizata cu o conductivitate de cca. 4% din cea a apei brute, deci cca. 30 μS/cm, si are pretul de 26.200 EURO + TVA.

Apa demineralizata produsa de catre sistemul de osmoza inversa va fi stocata intr-un rezervor de acumulare cu o capacitate adecvata, prevazut cu sonde de nivel, de unde va fi preluata cu ajutorul unei pompe si trimisa spre cazanul de abur.

ROart

Dupa cum am precizat la inceputul capitolului, pentru functionarea optima a unei instalatii de osmoza inversa si prelungirea duratei de viata a membranelor osmotice, este extrem de important tratamentul primar al apei de alimentare. Duritatea, continutul de fier, siliciu sau substante organice sunt deseori cauza unei scaderi rapide a eficacitatii membranelor osmotice si a reducerii duratei lor de viata, iar acesti parametri trebuie controlati in mod adecvat. In functie de calitatea apei de alimentare, instalatia de pre-tratare poate contine etape de clorinare, filtrare, deferizare, declorinare, dedurizare sau dozare de diferiti aditivi.

Pentru a putea functiona corect, sistemul de osmoza inversa 8RE03L ales mai sus va trebui sa aiba asigurat un debit de apa de alimentare cuprins intre 4,8÷7 m3/h (in functie de coeficientul de recuperare adoptat; din punct de vedere al consumurilor de apa, ar fi preferabil un coeficient de recuperare cat mai apropiat de cel maxim, respectiv 75%, dar din punct de vedere al protectiei si prelungirii duratei de viata a membranelor este de preferat un coeficient de recuperare cat mai mic, spre 50%...).

Tinand insa cont si de faptul ca debitul de apa demineralizata necesar este mai mic decat debitul nominal al sistemului de osmoza inversa, vom calcula echipamentele aferente instalatiei de pre-tratare luand in considerare un coeficient de recuperare mediu, de 66%, deci un debit de apa de tratat de 5,4 m3/h, iar etapele de pre-tratare si echipamentele NOBEL care ar fi necesare sunt:

  • Filtrare “de siguranta” – pentru eliminarea turbiditatii si a impuritatilor sau suspensiilor din apa bruta se va prevedea o baterie de 2 filtre mecanice autocuratitoare NOBEL FTA 090, (cu cartuse filtrante din plasa de otel inoxidabil, grad de filtrare 50 microni) instalate in paralel.

Pret ansamblu: 740 EURO + TVA

  • Clorinare, pentru eliminarea sau prevenirea aparitiei microorganismelor in apa bruta, cu un grup de dozare hipoclorit de sodiu compus din pompa dozatoare proportionala TPZ 603, debitmetru cu emitator de impulsuri CD 410 1¼”, rezervor stocare SL 100 si comutator magnetic de nivel LEV 4.

Pret ansamblu: 800 EURO + TVA

  • In continuare se va prevedea un rezervor tampon cu o capacitate suficienta pentru a asigura un timp de contact de minimum 60 de minute (necesar eliminarii microorganismelor). De aici apa va fi trimisa cu ajutorul unui grup de pompare mai departe prin echipamentele liniei de pre-tratare si spre sistemul de osmoza inversa.
  • Dedurizare, pentru a proteja membranele osmotice de depunerile de Ca si Mg. Dimensionand statia de dedurizare pentru de debitul de 5,4 m3/h, capacitatea sa ciclica necesara este:

            cc [m3 x °Fr] = 5,4 m3/h x 12 ore x 32°Fr = 2.074 m3x°Fr

Pentru a satisface aceasta cerinta vom adopta o statie de dedurizare NOBEL model AS 1950/V, debit max. 9 m3/h, capacitate ciclica 1950 m3x°Fr, racorduri 1½”.

Programatorul statiei de dedurizare va fi interconectat cu panoul de comanda al sistemului de osmoza inversa, pentru a intrerupe functionarea acestuia din urma in timpul regenerarii.

Pretul statiei de dedurizare AS 1950/V DUPLEX este de 4.100 EURO + TVA.

  • Dozare bisulfit de sodiu, pentru reducerea clorului rezidual din apa, cu un grup de dozare compus din  pompa dozatoare TPR 603, senzor masurare potential REDOX E-RXC, teaca de conducta pentru senzor PS-TB, solutie calibrare senzor RX468, rezervor SL 100 si comutator magnetic de nivel LEV 4.

Pret ansamblu: 900 EURO + TVA

  • Optional, in vederea declorinarii se poate prevedea filtrarea prin filtre cu carbune activ. Informativ, pretul unui filtru automat cu carbune activ NOBEL model FACV 07/T este de 2.800 EURO + TVA.

In continuare, apa va trece prin sistemul de osmoza inversa 8RE03L si va fi stocata apoi intr-un rezervor de acumulare cu o capacitate adecvata, prevazut cu sonde de nivel, de unde va fi preluata cu ajutorul unei pompe si trimisa spre cazanul de abur.

Daca este cazul, se va mai prevedea si un grup de dozare pentru corectarea pH-ului (de obicei, demineralizarea duce la scaderea acestuia). Insumand preturile echipamentelor de pre-tratare NOBEL de mai sus cu cel al sistemului de osmoza inversa, chiar in varianta cea mai defavorabila, cu declorinare cu filtru cu carbune activ, obtinem:

Total echipamente instalatie osmoza inversa: cca. 34.600 EURO + TVA.

Diferenta pana la pretul statiei de dedurizare este mai mult decat semnificativa, dar daca luam in calcul economia de combustibil calculata anterior, ar rezulta ca intr-un an intreaga investitie se amortizeaza!