Powszechny dostęp do energii to filar postępu gospodarczego w społeczeństwach całego świata. Z kolei fundamentem rozwoju infrastruktury energetycznej jest woda. Bierze ona udział w całym cyklu życia zasobów, od wydobycia surowców, ich oczyszczanie i obróbkę, poprzez chłodziwa w elektrowniach jądrowych lub cieplnych, aż po stanie się paliwem dla elektrowni wodnych. Produkcja energii elektrycznej wiąże się zatem ze zużyciem ogromnych ilości wody stanowiącej podstawowe medium w obiegu oraz istotny czynnik chłodzący. Sprawdźmy, na czym dokładnie polega uzdatnianie wody w przemyśle energetycznym?
Woda w przemyśle energetycznym – wymagania
W obiektach energetycznych woda niezbędna jest do chłodzenia (skraplaczy, oleju, wodoru, łożysk urządzeń), a także do uzupełnienia strat w obiegach kotłowym i ciepłowniczym. Najwięcej wody zużywa się na cele chłodzenia, przy czym wymagania stawiane wodzie chłodzącej są najniższe. Nie powinna ona zawierać zanieczyszczeń mechanicznych, które mogą się osadzać w rurkach skraplaczy i chłodnic. Niepożądana jest również obecność związków o właściwościach korodujących, nadmierna ilość kwaśnych węglanów wytrącających się w postaci kamienia kotłowego oraz substancji organicznych i drobnoustrojów mogących rozwijać się w instalacji, albo w urządzeniach. O jakości wody przeznaczonej na cele energetyki mówi norma PN-85/C-04601 (Woda do celów energetycznych. Wymagania i badania jakości wody dla kotłów wodnych i zamkniętych obiegów ciepłowniczych).
Najwyższe wymagania stawiane są wodzie uzupełniającej obieg parowo-wodny, przy czym wymagania te rosną w miarę podwyższania parametrów kotła. Woda kotłowa nie powinna zawierać związków powodujących powstawanie kamienia i innych osadów, korozji oraz substancji o właściwościach spieniających. Prawo w tej kwestii stale ewoluuje, zaostrzając ograniczenia i przesuwając popyt w kierunku zerowego zrzutu cieczy w postaci ścieków. W praktyce oznacza to konieczność wzrostu innowacji w zakresie uzdatniania wody dla przemysłu energetycznego. Odpowiedzią na takie zapotrzebowanie są coraz bardziej zaawansowane technologie pozwalające stosować skuteczne metody filtracji i recyklingu wody w świecie, który z każdym rokiem konsumuje coraz więcej energii elektrycznej.
Nie ulega wątpliwości, że w kontekście postępującego kryzysu klimatycznego, technologie służące generowaniu energii elektrycznej powinny zmierzać w kierunku minimalizowania zużycia wody. Dokonując zmian w globalnej polityce energetycznej, szefowie rządów muszą brać pod uwagę aktualny stan gospodarki wodnej, szczególnie przy postępujących zmianach i nasilających się restrykcjach w zakresie emisji szkodliwych gazów. To stosunkowo łatwy do rozwiązania problem dla krajów, posiadających łatwy dostęp do dużych zasobów wody. W znacznie bardziej skomplikowanej sytuacji są państwa o ograniczonej ilości tego surowca. Spory problem stanowią też długotrwałe letnie upały, które z jednej strony doprowadzają do wzmożonego wykorzystywania wentylacji w budynkach, a z drugiej wpływają na obniżanie się poziomu wód w ciekach rzecznych lub w sztucznych zbiornikach. Duży nacisk stawia się w związku z tym na rozwiązania wykorzystujące zamknięte obiegi wody. To z kolei może wpływać na sprawność procesów oraz jednostkowy koszt wytwarzania energii. Zachęcam w tym miejscu do zapoznania się z tekstem: Recykling wody technologicznej w przemyśle.
Jakie metody uzdatniania wody stosuje się w przemyśle energetycznym?
Stosowane w przemyśle energetycznym metody uzdatniania wody zależą od jej przeznaczenia i obejmują między innymi eliminację zanieczyszczeń mechanicznych i biologicznych, redukcję osadów mineralnych, a także minimalizację zjawisk korozyjnych. Uzdatnianie wody chłodzącej oznacza usunięcie wszystkich zanieczyszczeń stałych, kamienia kotłowego i biofilmu. Filtracja wody obiegowej jest bardziej skomplikowana, ponieważ wymagana jest także jej demineralizacja. Rezultatem prowadzonych działań, w każdym przypadku, powinna być bezawaryjna i ekonomiczna praca instalacji, a także przedłużenie żywotności i wydajności używanych urządzeń oraz technologii.
Typowe procesy stosowane do uzdatniania wody w przemyśle energetycznym to:
- Filtracja mechaniczna (eliminacja zanieczyszczeń stałych)
- Zmiękczanie wody (usuwanie przyczyny powstawania kamienia kotłowego, ochrona wymienników i rur)
- Redukcja stężenia manganu i żelaza (ochrona powierzchni wymiany ciepła, zabezpieczenie rur)
- Dozowanie inhibitorów korozji i biocydów (ochrona przed rdzą, poprawa odczynu pH)
- Odwrócona osmoza (produkcja wody demineralizowanej dla kotłowni)
- Dezynfekcja wody dwutlenkiem chloru (eliminacja zanieczyszczeń mikrobiologicznych, w tym bakterii z grupy Legionella)
Dobór systemów i urządzeń do uzdatniania wody w przemyśle energetycznym
Filtracja wody dla energetyki wymaga stosowania kilku technologii. Realizacja konkretnych działań powinna być natomiast poprzedzona przeglądem wymagań i specyfiki procesów zachodzących w danym zakładzie oraz analizą wody przeprowadzoną przez akredytowane laboratorium. W tym miejscu zachęcam do przeczytania na czym polega analiza wody.
Przemysłowe filtry mechaniczne, czyli eliminacja zanieczyszczeń stałych
Filtrowanie zanieczyszczeń mechanicznych ma na celu usunięcie z wody cząstek o średnicy większej niż 1 µm i jest to zazwyczaj pierwszy etap jej uzdatniania. Końcowy efekt tego procesu zależy od rodzaju zanieczyszczeń występujących w wodzie, granulacji materiału filtracyjnego, prędkości przepływu i wielkości złoża filtracyjnego. Narurowe filtry mechaniczne zabezpieczają cały system uzdatniania wody, chroniąc instalację oraz urządzenia przed uszkodzeniem. Ponieważ tematyka, którą podjąłem w tym akapicie jest bardzo szeroka, osoby zainteresowane odsyłam do artykułu: Przemysłowe filtry do wody – przegląd rozwiązań.
Przemysłowe zmiękczacze wody, czyli eliminacja jonów odpowiedzialnych za wysoki stopień twardości
Osady mineralne powodują zmniejszanie przekroju rur i wzrost oporów przepływu, a w efekcie pogorszenie własności elementów wymieniających ciepło oraz sprawności zaworów. Na potrzeby poprawy jakości wody w kontekście kamienia kotłowego stosuje się w energetyce przemysłowe zmiękczacze wody przeznaczone do pracy na dużych wydajnościach i przy dużym przepływie. Do zmiękczania wody służą kationity silnie i słabo kwasowe sodowe lub wodorowe. Praca takiego kationitu polega na wymianie obecnych w wodzie jonów wapnia i magnezu na jony sodowe. Montaż zmiękczaczy wody eliminuje tym samym ryzyko związane z gromadzeniem się osadu mineralnego w rurach i wymiennikach ciepła. Wiele praktycznych rozwiązań, dostępnych aktualnie na rynku, poznasz podczas lektury artykułu: Przemysłowe zmiękczacze wody – jakie urządzenia zastosować? Zachęcam również do zapoznania się z materiałem filmowym, który wyjaśnia zasadę działania typowego zmiękczacza wody.
W niektórych przypadkach stosuje się także metody chemiczne, takie jak dekarbonizacja (usuwanie twardości węglanowej) za pomocą wapna oraz strącanie fosforanowe (skuteczne, ale dość kosztowne), którego produktem jest mulista zawiesina wymagająca usunięcia w odmulniku.
Przemysłowe odżelaziacze i odmanganiacze, czyli redukcja stężenia żelaza i manganu
Niezwykle ważnym elementem systemu uzdatniania wody dla energetyki jest usuwanie nadmiaru żelaza i manganu. Oba pierwiastki obecne w wodzie są zjawiskiem niepożądanym ze względu na szereg szkód technicznych, które mogą wyrządzić. Żelazo ma bowiem tendencję do wytrącania się w formie nierozpuszczalnych osadów, które poprzez zmniejszanie światła przewodów, prowadzą do spadków wydajności całej instalacji. Obecność tych pierwiastków w wodzie może być również przyczyną rozwoju mikroflory bakteryjnej, w tym niebezpiecznych bakterii żelazistych, które mogą prowadzić do skażenia mikrobiologicznego całego systemu energetycznego. Aby zapobiec tym niekorzystnym zjawiskom, montuje się przemysłowe odmanganiacze i przemysłowe odżelaziacze wody.
Przemysłowa odwrócona osmoza, czyli demineralizacja wody
W celu demineralizacji wody przeznaczonej, np. do kotłowni, stosuje się system odwróconej osmozy. Przemysłowa odwrócona osmoza o dużych wydajnościach pozwala produkować wodę o bardzo niskim zasoleniu. Warto przy tym pamiętać, że woda trafiająca do systemu odwróconej osmozy powinna charakteryzować się SDI poniżej 5, a jednocześnie nie może zawierać żelaza, manganu i chloru. W przemysłowych jednostkach odwróconej osmozy stosuje się zazwyczaj membrany o wielkości 8 cali i spiralnym typie zwinięcia. Przeczytaj, gdzie ma zastosowanie demineralizacja wody w przemyśle i sprawdź jak dokładnie działa odwrócona osmoza.
Kondycjonowanie i dezynfekcja wody
Kotły i turbiny używane do produkcji ciepła i elektryczności to urządzenia wyjątkowo wrażliwe na korozję i wszelkiego rodzaju osady. Eliminacja z wody przyczyny powstawania tych zjawisk ma zatem zasadnicze znaczenie dla żywotności, eksploatacji i bezpieczeństwa całych systemów energetycznych.
W związku z powyższym, optymalizacja jakości wody dla przemysłu energetycznego obejmuje kondycjonowanie, czyli korygowanie jej parametrów fizykochemicznych przy pomocy specjalistycznych preparatów chemicznych. Jest to bardzo skuteczny sposób walki z rdzą (inhibitory korozji) oraz ze skażeniem mikrobiologicznym, a także metoda na uzyskanie optymalnego pH wody. Warto przy tym pamiętać, że rolą inhibitorów jest zapobieganie korozji, nie są one natomiast przeznaczone do czyszczenia instalacji. Inhibitory dodaje się do wody według indywidualnych ustaleń, jednak zawsze zgodnie z zaleceniami producenta w kwestii dawki. Szczególnie istotne jest przestrzeganie zasady, że inhibitor musi być w instalacji stale obecny, dlatego konieczne jest uzupełnianie preparatu na bieżąco. Jeśli interesuje Cię ten temat, więcej informacji znajdziesz w poprzednich artykułach: Dodawanie środków chemicznych do wody – co to jest i jak przebiega? oraz Biocydy w dezynfekcji wody.
Do dezynfekcji wody w energetyce stosuje się głównie generatory dwutlenku chloru, które zabezpieczają instalację przed skażeniem mikrobiologicznym i rozwojem biofilmu, usuwając nawet bakterie Legionella (Przeczytaj: Bakteria Legionella a uzdatnianie wody dla wież chłodniczych). Profesjonalne systemy wytwarzania i dozowania roztworu dwutlenku chloru pozwalają na automatyczne sterowanie procesem dezynfekcji wody poprzez bezpośrednie dozowanie roztworu do instalacji, lub zastosowanie zbiornika magazynującego z jedną, dwoma lub trzema pompami.
Przemysł energetyczny – profesjonalne uzdatnianie wody
System uzdatniania wody dla przemysłu energetycznego za każdym razem dobiera się indywidualnie, zgodnie z potrzebami i wymaganiami konkretnego procesu. Aby osiągnąć należytą jakość wody, zazwyczaj konieczne jest symultaniczne stosowanie kilku metod filtracyjnych. Skontaktuj się ze mną, aby omówić problemy związane z wodą w twojej instalacji i poznaj najbardziej skuteczne rozwiązania.
