Agua altamente desmineralizada para turbinas de vapor

Alimentación de calderas destinadas a la producción de vapor para las necesidades de los centros de valorización energética de residuos

Para atender las necesidades de los centros de valorización energética de residuos, Babcock Wanson ha desarrollado una solución de producción de agua altamente desmineralizada para la alimentación de turbinas de vapor, a través de calderas de alta presión.

Idealmente implicada desde la fase de preparación hasta el concurso de proyectos, Babcock Wanson se apoya en su extensa experiencia en el exigente campo de la energía y el medio ambiente para proponer la solución más adaptada, sin perder de vista los requisitos y las especificaciones del cliente final y de la normativa en vigor.
Las turbinas de vapor utilizadas para producir electricidad, o calor, requieren vapor de gran calidad, lo más seco y puro posible.
Para ello, es necesario alimentar las calderas con agua de pureza extrema, libre de todas las impurezas minerales y orgánicas susceptibles de alterar la calidad del vapor suministrado.
Esta agua de pureza extrema debe responder a las especificaciones de la norma VGB-10 p14/111 y de los fabricantes de estos equipos con, en particular, una conductividad de < 0,15 µS/cm, un contenido de sílice de < 20 ppb y un sodio residual de < 10 ppb.
La solución propuesta por Babcock Wanson ofrece un agua altamente desmineralizada con un rendimiento hídrico global cercano al 90 %.
Para llegar a este resultado, Babcock Wanson pone en juego todo su saber hacer en el campo del tratamiento de agua.

La solución: Una unidad compuesta de dos fases de tratamiento de desmineralización montadas en serie:

Una primera fase de desmineralización primaria por ósmosis inversa (RO) permite la depuración de más del 99 % de los contaminantes del agua en bruto, y una segunda fase de acabado por electrodesionización (EDI) permite cumplir los requisitos de calidad de un agua de pureza extrema.
Con el fin de garantizar la fiabilidad de la desmineralización, el agua de la red de abastecimiento empleada para alimentar el puesto de desmineralización debe, en primer lugar, someterse a un tratamiento previo con ayuda de diferentes equipos adaptados a sus características físico-químicas:

Pretratamiento

Para evitar los depósitos de partículas sobre las membranas de ósmosis inversa, se procede a:

Prefiltración de agua en bruto
Se procede a la instalación de una estación de prefiltración en una bolsa de seguridad con un umbral de 50 µm, puesto que el agua de la red de abastecimiento puede contener partículas sólidas.
Filtración con cartucho
Antes de la microfiltración, una estación de filtración con cartuchos, con un umbral de filtración de 5 µm, permite retener las partículas de mayor tamaño y, de este modo, «reducir la carga» en el puesto de microfiltración final al permitir espaciar la frecuencia de sustitución de los cartuchos filtrantes de 1 µm.
Microfiltración
Con el fin de protegerse de los problemas de obstrucción de las membranas por partículas sólidas (reducción del «fouling index»), el sistema de ósmosis está equipado con una estación de microfiltración con cartuchos con un umbral de filtración de 1 µm.

Para evitar los depósitos minerales en las membranas de ósmosis inversa, se procede a:

Ablandamiento sobre resina
Una estación de ablandamiento sobre resina doble o triple: se compone de un conjunto de dos o tres aparatos que funcionan de manera alterna, dos de ellos en producción simultánea y el tercero en regeneración y en espera de permutación.
Los ablandadores se regeneran con una salmuera preparada a partir de sal en pastillas, almacenada y diluida antes de cada regeneración en un recipiente.

Para evitar el efecto oxidante del cloro sobre las membranas de ósmosis inversa, se procede a:

Decloración
El agua de la red de abastecimiento a tratar presenta un contenido importante de cloro. Como la presencia de un oxidante no es compatible con el uso prolongado de membranas de ósmosis inversa, se instala una estación de dosificación regulada de un producto reductor de cloro a fin de evitar el problema.

Con el objetivo de limitar el contenido de CO2 (no retenido por la ósmosis inversa) y con vistas a obtener un acabado óptimo en el EDI, se efectúa una rectificación del pH.

Alcalinización
Se inyecta una solución de sosa diluida de manera regulada en el momento de la aspiración de las bombas de alta presión.

Una vez pretratada el agua de la red de abastecimiento, se puede dirigir hacia las dos fases de desmineralización:

1ª fase de desmineralización: Desmineralización primaria por ósmosis inversa

La estación de desmineralización primaria se compone de varios sistemas de ósmosis montados en paralelo y que producen agua desmineralizada, desgasificada, con una conductividad que puede ser inferior a 10µS/cm.
El agua en bruto pretratada entra en una bomba de alta presión que presuriza el agua a tratar a fin de que el fenómeno de ósmosis inversa pueda activarse. Tras atravesar las membranas, el permeado se recoge en la salida de los tubos de presión y se controla por un conductímetro.

Una parte del concentrado se recicla en la cabeza del sistema de ósmosis para mantener una velocidad de barrido en el interior de las membranas; la segunda fracción de concentrado se recicla tras un tratamiento complementario (concentrador, ver más abajo).

Los diferentes caudales de permeados, concentrados reciclados y rechazados se pueden regular y controlar mediante transmisores de caudal. La presencia de estos equipos permite ajustar y comprobar la tasa de conversión del sistema de ósmosis.
En cada parada del dispositivo, se realiza un lavado automático (flushing) para evacuar el concentrado presente en los módulos y, de este modo, evitar cualquier precipitación de sales en el interior de las membranas.

2ª fase de desmineralización: Desmineralización de acabado por electrodesionización

La estación de suavizado del agua desmineralizada se compone de varias unidades de electrodesionización. La electrodesionización se realiza a través de unos módulos que utilizan resinas intercambiadoras de iones de regeneración continua por electrólisis del agua, sin uso de reactivos químicos.
Varias líneas idénticas funcionan, cada una, a un caudal dado y producen agua con una conductividad general inferior a 0,15 µS/cm.
Tras haber pasado por la unidad de EDI, el agua se colecta a la salida de los módulos y se controla mediante un conductímetro y un analizador de sílice antes de su almacenamiento en un depósito.

Por último, una serie de concentradores finaliza el proceso de tratamiento:

La totalidad de los desechos continuos donde se concentran las sales presentes en el agua de alimentación se reenvían a un depósito de agua en bruto, a través de una estación de tratamiento previo con concentradores. Los concentrados de los sistemas de ósmosis primarios y de los módulos de EDI se recuperan en depósitos intermedios para volver a tratarse en varios sistemas por ósmosis concentradores. El permeado producido se recicla en la cabeza de la estación y el concentrado es el único desecho de agua del procedimiento global de purificación.

Balance hídrico de la estación de tratamiento:

La estación de desmineralización primaria por ósmosis inversa (RO) funciona con una tasa de conversión interna (relación entre el caudal de agua producido y el caudal de agua de alimentación) del orden del 75 %.

La estación de electrodesionización (EDI) permite el «suavizado» del agua desmineralizada con una tasa de conversión interna superior al 90 %.
Con el fin de limitar los desechos totales de la estación de desmineralización y mejorar su rendimiento, los desechos o concentrados de los sistemas de ósmosis primarios y de los módulos de electrodesionización vuelven a tratarse en sistemas de ósmosis concentradores; el agua así producida se reintroduce en el depósito de agua en bruto, antes de la estación de ablandamiento/pretratamiento.

Con el fin de mantener los caudales de consumo necesarios y cumplir los requisitos de disponibilidad, se garantiza una redundancia reforzada con varias líneas idénticas de tratamiento del agua asociadas en paralelo.

Dentro del marco de un proyecto de este tipo, además de la estación de desmineralización, Babcock Wanson suministra también soluciones y equipos auxiliares y complementarios, como calderas de baja presión, estaciones de acondicionamiento químico de redes de alta y baja presión, desgasificadores térmicos de baja presión, así como la dosificación química para la neutralización de los desechos líquidos de la instalación.
La estación de producción de agua blanda puede también permitir alimentar calderas de baja presión de reserva, disponibles en todo momento para garantizar el suministro de vapor de proceso de baja presión a posibles usuarios industriales externos. La instalación refuerza así su rentabilidad funcionando como proveedor de vapor de proceso a clientes externos.

La solución implementada por Babcock Wanson permite una producción de agua de gran fiabilidad, con una tasa de disponibilidad de la unidad próxima al 100 %. Facilita la optimización del rendimiento hídrico de la estación de tratamiento y de la fábrica, además de limitar el uso de reactivos químicos.

En la descripción detallada, la concepción e ingeniería, la realización, las pruebas finales y la puesta en servicio, pero también la formación del personal de explotación, Babcock Wanson pone sus amplios conocimientos en el ámbito del tratamiento de agua al servicio de la solución global más eficaz y adaptada a las necesidades del cliente.

Estos proyectos se gestionan a través del departamento de tratamiento de agua, con el apoyo de una oficina de estudios y un equipo de responsables, además de una red local de técnicos de tratamiento de agua para su puesta en servicio.