Kazan Suyu

Bir buhar kazanı tesisinin, maksimum yanma ve ısı transfer verimliliği ile güvenli çalışması gerekir. Bunu ve uzun, düşük bakım ömrü elde etmeye yardımcı olmak için, kazan suyu kimyasal olarak arıtılabilir.

Kazan Suyu

Buhar kazanı tesisinin çalışma hedefleri şunları içerir:

• Güvenli çalışma.
• Maksimum yanma ve ısı transfer verimliliği.
• Minimum bakım.
• Uzun çalışma ömrü. Kazandaki buharı üretmek için kullanılan suyun kalitesi, bu hedeflere ulaşmada derin bir etkiye sahip olacaktır. Kazanın aşağıdaki kriterler altında çalışması gerekmektedir:
• Kireçsizlik - Besleme suyunda sertlik varsa ve kimyasal olarak kontrol edilmezse, ısı transfer yüzeylerinde kireçlenme meydana gelecek, ısı transferi ve verimlilik azalacak ve kazanın sık sık temizlenmesini gerektirecektir. Aşırı durumlarda, mekanik hasara veya hatta boru arızasına yol açabilecek sıcak noktalar oluşabilir.
• Korozyon ve kimyasal saldırıdan arınma- Su çözünmüş gazlar, özellikle oksijen içeriyorsa, kazan yüzeylerinde, borularda ve diğer ekipmanlarda korozyon meydana gelebilir. Suyun pH değeri çok düşükse, asidik çözelti metal yüzeylere saldırır. pH değeri çok yüksekse ve su alkaliyse, köpürme gibi diğer sorunlar ortaya çıkabilir. Kostik kırılganlık veya kostik çatlama da metal arızasını önlemek için önlenmelidir. Çatlama ve kırılganlık, sodyum hidroksit konsantrasyonunun çok yüksek olmasından kaynaklanır. Daha eski perçinlenmiş kazanlar bu tür saldırıya daha yatkındır; ancak modern kaynaklı kazanlarda boru uçlarında hala dikkat gereklidir.

Kaliteli buhar

Kazan besleme suyundaki kirleticiler düzgün bir şekilde ele alınmazsa, kazan suyunun buhar sistemine taşınması meydana gelebilir. Bu, buhar sisteminin başka yerlerinde sorunlara yol açabilir, örneğin:

• Kontrol vanalarının yüzeylerinin kontaminasyonu- Bu, çalışmalarını etkileyecek ve kapasitelerini azaltacaktır.
• Proses tesisinin ısı transfer yüzeylerinin kontaminasyonu - Bu, termal direnci artıracak ve ısı transferinin etkinliğini azaltacaktır.
• Kendenstop orifislerinin kısıtlanması - Bu, kendenstop kapasitelerini azaltacak ve sonuçta tesisin su basmasına ve çıkışı azaltacaktır. Taşınmaya iki faktör neden olabilir:

1. Priming - Bu, kazan suyunun buhar çıkışına fırlatılmasıdır ve genellikle aşağıdakilerden biri veya daha fazlasından kaynaklanır: -Kazanın çok yüksek su seviyesinde çalıştırılması. -Kazanın tasarım basıncının altında çalıştırılması; bu, su yüzeyinden salınan buharın hacmini ve hızını artırır. -Aşırı buhar talebi.
2. Köpürme - Bu, su yüzeyi ile buhar çıkış hattı arasındaki alanda köpük oluşumudur. Köpürme ne kadar fazlaysa, yaşanacak sorunlar da o kadar büyük olacaktır. Aşağıdakiler köpürmenin belirtileri ve sonuçlarıdır: -Su, cam göstergesinin buhar bağlantısından damlayacaktır; bu, su seviyesini doğru bir şekilde belirlemeyi zorlaştırır. -Seviye probları, şamandıralar ve diferansiyel basınç hücreleri su seviyesini doğru bir şekilde belirlemede zorluk çeker. -Alarmlar çalabilir ve brülörler hatta ‘kilitlenebilir’. Bu, besleme yeniden sağlanmadan önce kazan kontrol panelinin manuel olarak sıfırlanmasını gerektirecektir. Bu sorunlar, tamamen veya kısmen kazandaki köpürmeden kaynaklanıyor olabilir. Ancak, köpürme kazan suyuna özgü olduğundan, köpüğün kendisinin daha iyi anlaşılması gerekir:

• Yüzey tanımı - Bir bardak biranın üzerindeki köpük sıvının üstünde oturur ve sıvı/köpük arayüzü açıkça tanımlanmıştır. Kaynayan bir sıvıda, sıvı yüzeyi belirsizdir; kabın dibinde birkaç küçük buhar baloncuğundan üstte birçok büyük buhar baloncuğuna kadar değişir.
• Karıştırma köpürmeyi artırır - Belirli bir buharlaşma hızı için daha küçük kazanlara doğru bir eğilim vardır. Daha küçük kazanların daha az su yüzey alanı vardır, bu nedenle metrekare su alanı başına salınan buhar hızı artmıştır. Bu, yüzeydeki karıştırmanın daha büyük olduğu anlamına gelir. Bundan, daha küçük kazanların köpürmeye daha yatkın olduğu sonucu çıkar.
• Sertlik - Sert su köpürmez. Ancak, kazan suyu kasıtlı olarak kireç oluşumunu önlemek için yumuşatılır ve bu ona köpürme eğilimi verir.
• Kolloidal maddeler - Kazan suyunun askıda bir kolloitle, örneğin sütle kontaminasyonu, şiddetli köpürmeye neden olur. Not: Kolloidal parçacıklar 0,0001 mm’den daha küçük çapa sahiptir ve normal bir filtreden geçebilir.
• TDS seviyesi- Kazan suyu TDS’si arttıkça, buhar baloncukları daha kararlı hale gelir ve patlamaya ve ayrılmaya daha az istekli olurlar. Taşınmaya karşı düzeltici eylemler Mühendislik Müdürü, kazandaki köpürmeyi en aza indirmek için aşağıdaki alternatiflere sahiptir:
• Çalışma- Pürüzsüz kazan çalışması önemlidir. Sabit yük altında ve tasarım parametreleri dahilinde çalışan bir kazada, buharla birlikte taşınan nem miktarı %2’den az olabilir. Yük değişiklikleri hızlı ve büyük ölçekliyse, kazandaki basınç önemli ölçüde düşebilir ve kazanın içeriği buhara flaşlaştıkça son derece türbülanslı koşullar başlatır. Daha da kötüsü, basınçtaki azalma, buharın özgül hacminin arttığı ve köpük baloncuklarının orantılı olarak daha büyük olduğu anlamına gelir. Tesis koşulları, yükteki önemli değişikliklerin normal olduğunu gösteriyorsa, aşağıdakileri düşünmek ihtiyatlı olabilir: -Aç/kapa takılıysa modülasyonlu kazan su seviyesi kontrolleri. -Kazan basıncının düşmesine izin verilen seviyeyi sınırlayacak ‘fazla buhar kontrolleri’. -Bir buhar akümülatörü (bu Bloğun Modül 22’sine bakın). -Yük uygulanmadan önce kazanı maksimum çalışma basıncına getirecek ‘besleme-ileri’ kontroller. -Tesisi önceden belirlenmiş bir süre boyunca devreye alacak ‘yavaş açılan’ kontroller.
• Kimyasal kontrol- Kazan suyuna köpük önleyici maddeler eklenebilir. Bunlar köpük baloncuklarını parçalayarak çalışır. Ancak, bu maddeler askıda katıların neden olduğu köpükleri tedavi etmede etkili değildir.
• TDS kontrolü- Şu denge bulunmalıdır: -İlişkili çalışma ekonomisi ile yüksek TDS seviyesi. -Köpürmeyi en aza indiren düşük TDS seviyesi.
• Güvenlik - Kireçlenmeden kaynaklanan aşırı ısınma ve çözünmüş gazlardan kaynaklanan korozyon tehlikeleri anlaşılması kolaydır. Aşırı durumlarda, köpürme, kireç ve çamur oluşumu, kazan su seviye kontrollerinin hatalı seviyeleri algılamasına yol açarak personele ve prosese tehlike yaratabilir.

Dış su arıtma

Buhar kazanlarında mümkün olduğunca, ana besleme suyu arıtmasının kazanın dışında olması gerektiği genel olarak kabul edilir.

Tipik bir sert ham su beslemesine dayanan çeşitli işlemlerden elde edilebilecek arıtılmış su kalitesinin özeti Tablo 3.9.2’de gösterilmiştir. Bu, dış arıtma tesisinin ele alması gereken sudur.

Dış su arıtma işlemleri şu şekilde listelenebilir:

• Ters ozmoz- Saf suyun yarı geçirgen bir membrandan zorlandığı ve atık olarak reddedilen konsantre bir kirli çözelti bırakan bir işlemdir.
• Kireç; kireç/soda yumuşatma - Kireç yumuşatma ile, sönmemiş kireç (kalsiyum hidroksit) kalsiyum ve magnezyum bikarbonatlarla reaksiyona girerek uzaklaştırılabilir bir çamur oluşturur. Bu, alkali (geçici) sertliği azaltır. Kireç/soda (kostik soda) yumuşatma, kimyasal reaksiyonla alkali olmayan (kalıcı) sertliği azaltır.
• İyon değişimi- Doymuş buhar üreten Ş tipi kazanlar için su arıtmanın açık ara en yaygın kullanılan yöntemidir. Bu modül, suyun arıttığı aşağıdaki işlemlere odaklanacaktır: Baz değişimi, Dealkalizasyon ve Demineralizasyon.

İyon değişimi

Bir iyon değiştirici, normalde 0,5 ila 1,0 mm çapında reçine boncukları formunda yapılan çözünmeyen bir malzemedir. Reçine boncukları genellikle cam takviyeli plastik basınç kabında bulunan paketli yatak formunda kullanılır. Reçine boncukları gözenekli ve hidrofildir - yani suyu absorbe ederler. Boncuk yapısı içinde, zıt yüklü hareketli değiştirilebilir iyonlarla ilişkili sabit iyonik gruplar bulunur. Bu hareketli iyonlar, boncukları çevreleyen suda çözünmüş tuzlardan benzer yüklü iyonlarla değiştirilebilir.

Baz değişimi yumuşatma

Bu, iyon değişiminin en basit ve en yaygın kullanılan şeklidir. Reçine yatağı, başlangıçta içinden %7-12’lik tuzlu su (sodyum klorür veya sofra tuzu) çözeltisi geçirilerek aktive edilir (şarj edilir) ve bu reçineyi sodyum iyonlarıyla zengin bırakır. Bundan sonra, yumuşatılacak su reçine yatağından pompalanır ve iyon değişimi gerçekleşir. Kalsiyum ve magnezyum iyonları reçinedeki sodyum iyonlarını yerinden eder ve akan suyu sodyum tuzlarıyla zengin bırakır. Sodyum tuzları çok yüksek konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda çözeltide kalır ve kazanda zararlı kireç oluşturmaz. Şekil 3.10.1’den, toplam sertlik iyonlarının sodyumla değiştirildiği görülebilir. Sodyum baz değişimi yumuşatma ile toplam çözünmüş katılar seviyesinde (ppm veya ppm cinsinden TDS) ve pH’da bir azalma olmaz. Tek olan şey, potansiyel olarak zararlı kireç oluşturan tuzların bir başka daha az zararlı, kireç oluşturmayan tuzlarla değiştirilmesidir. TDS seviyesinde bir değişiklik olmadığından, reçine yatağı tükenmesi iletkenlikteki bir artışla tespit edilemez (TDS ve iletkenlik ilişkilidir). Rejenerasyon bu nedenle zaman veya toplam akış temelinde aktive edilir. Yumuşatıcılar çalıştırma açısından nispeten ucuzdur ve yıllarca güvenilir şekilde arıtılmış su üretebilirler. En az %50 kondens dönüşü sağlanabildiği sürece, yüksek alkali (geçici) sertlik bölgelerinde bile başarıyla kullanılabilirler. Az veya hiç kondens dönüşü olmayan yerlerde, daha sofistike bir iyon değişimi türü tercih edilir. Bazen baz değişiminden önce bir ön arıtma olarak kireç/soda yumuşatma arıtması uygulanır. Bu, reçineler üzerindeki yükü azaltır.

Dealkalizasyon

Baz değişimi yumuşatmanın dezavantajı, TDS ve alkali düşüşünün olmamasıdır. Bu, alkaliğin önceden uzaklaştırılması ile aşılabilir ve bu genellikle bir dealkalizatör kullanılarak sağlanır. Birçok türde dealkalizatör vardır, ancak en yaygın çeşidi Şekil 3.10.2’de gösterilmiştir. Bu aslında üç üniteden oluşan bir settir; bir dealkalizatör, ardından bir degaser ve sonra bir baz değişim yumuşatıcı.

Dealkalizatör

Şekil 3.10.3’te gösterilen sistem bazen ‘ayrılmış akış’ yumuşatması olarak adlandırılır. Bir dealkalizatör, bir baz değişim yumuşatıcısı olmadan nadiren kullanılır; çünkü üretilen çözelti asidiktir ve korozyona neden olabilir ve herhangi bir kalıcı sertlik doğrudan kazana geçecektir. Bir dealkalizasyon tesisi, Şekil 3.10.3’te gösterildiği gibi geçici sertliği uzaklaştıracaktır. Bu sistem genellikle çok yüksek bir tamamlama suyu yüzdesi kullanılacak olduğunda uygulanır.

Demineralizasyon

Bu işlem neredeyse tüm tuzları uzaklaştıracaktır. Ham suyun hem katyon hem de anyon değişim reçinelerinden geçirilmesini içerir (Şekil 3.10.4). Bazen reçineler bir kapta bulunabilir ve buna ‘karışık yatak’ demineralizasyon denir. Bu işlem neredeyse tüm mineralleri uzaklaştırır ve neredeyse hiç çözünmüş katı içermeyen çok yüksek kaliteli su üretir. Elektrik santrallerindeki gibi çok yüksek basınçlı kazanlarda kullanılır. Ham su yüksek miktarda askıda katı içeriyorsa, bu iyon değişim malzemesini hızla kirletecek ve işletme maliyetlerini büyük ölçüde artıracaktır. Bu durumlarda, berraklaştırma veya filtrasyon gibi ham suyun bazı ön arıtması gerekebilir.

Dış su arıtma tesisinin seçimi

Tablo 3.10.1’e bakıldığında, her zaman bir demineralizasyon tesisinin kullanılması gerektiği düşünülebilir. Ancak, her sistemin bir sermaye maliyeti ve bir işletme maliyeti vardır; Tablo 3.10.2 bunu göstermektedir, ayrıca bireysel tesisin gereksinimlerinin değerlendirilmesi gerekir.

Ş tipi kazan tesisi

Genel olarak, Ş tipi kazanlar oldukça yüksek TDS seviyelerini tolere edebilir ve baz değişim yumuşatma tesislerinin nispeten düşük sermaye ve işletme maliyetleri (bkz. Tablo 3.10.2) genellikle onları ilk tercih haline getirir.

Ham su kaynağının yüksek TDS değeri varsa ve/veya kondens dönüş oranı düşükse (<%40), düşünülebilecek birkaç seçenek vardır:

• Kireç/soda ile ön arıtma; bu, alkali sertliği kalsiyum karbonat ve magnezyum hidroksit olarak çözeltiden çökeltecek ve ardından reaksiyon kabından tahliye edecektir.
• Kazan tesisine sağlanan suyun TDS seviyesini azaltmak için bir dealkalizasyon tesisi.

Su borulu kazan tesisi

Su borulu kazan tesisleri, yüksek TDS seviyelerine çok daha az toleranslıdır ve basınç arttıkça daha da az tolerans gösterir. Bunun bir dizi nedeni vardır, bunlar arasında:

• Su borulu kazanlarda, buharlaşma hızına göre buhar tamburunda sınırlı bir su yüzey alanı vardır. Bu, su alanı başına birimde çok yüksek buhar salınım hızlarına ve türbülansa yol açar.
• Su borulu kazanlar daha yüksek kapasiteli olma eğilimindedir; belki saatte 1.000 tonu aşkın buhar. Bu, küçük bir yüzde üfleme bile yüksek bir kütlenin üflemeyle uzaklaştırılacağı anlamına gelir.
• Su borulu kazanlar daha yüksek basınçlarda çalışma eğilimindedir; genellikle 150 bar g’ye kadar. Basınç ne kadar yüksekse, üfleme suyundaki enerji o kadar fazladır. Daha yüksek basınçlar aynı zamanda daha yüksek sıcaklıklar anlamına gelir. Bu, yapı malzemelerinin daha yüksek termal gerilimlere maruz kalacağı ve metalürjik sınırlarına daha yakın çalışacağı anlamına gelir. Borulardan suya ısı transferini engelleyen küçük bir dahili kontaminasyon bile boruların aşırı ısınmasına neden olabilir.
• Su borulu kazanlar genellikle bir aşırı ısıtıcı içerir. Buhar tamburundan gelen kuru doymuş buhar, fırının en yüksek sıcaklık bölgesine yerleştirilen aşırı ısıtıcı borularına yönlendirilebilir. Buharla birlikte kontamine suyun herhangi bir taşınması, aşırı ısıtıcı borularının içini kaplayacak ve potansiyel olarak felaketle sonuçlanacak ısı transferini engelleyecektir.

Yukarıdaki faktörler şunları ifade eder:

• Bu tür bir tesisin güvenli çalışması için yüksek kaliteli su arıtması gereklidir.
• Üfleme hızlarını en aza indirecek bir su arıtma tesisine yatırım yapmak ekonomik olarak uygun olabilir. Bu durumların her birinde, seçim genellikle bir demineralizasyon veya ters ozmoz tesisi olacaktır.

Özet

Ham suyun kalitesi, bir su arıtma tesisi seçerken açıkça önemli bir faktördür. TDS seviyeleri kazan çalışmasının performansını etkileyecek olsa da, toplam alkali veya silika içeriği gibi diğer konular bazen daha önemli olabilir ve su arıtma ekipmanı için seçim sürecine hakim olabilir.