Industrijski kotlovi

Kotao je zatvoren sistem (posuda) u kojoj se greje voda ili drugi fluid. Zagrejana voda ili vodena para zatim napušta sistem kako bi se koristila u brojne svrhe, od kojih su najvažnije za centralno i daljinsko grejanje, proizvodnju električne energije u termoelektranama, sterilizacija i grejanje raznih procesa u industrijskoj proizvodnji i dr.

Industrijski kotlovi – Tipovi

Industrijski kotlovi su veoma raznovrsni uređaji i prema svom dizajnu dele se na:

• Komorni (Fire-tube) kotao u kome voda ispunjava posudu skoro do vrha, sa manjim prostorom iznad u kome se nalazi vodena para. Unutar posude se nalazi snop cevi koji idu od gorionika u kojoj sagoreva gorivo. Vreli gasovi iz gorionika se kreću kroz snop cevi i na taj način prenose toplotnu energiju na vodu. Generalno, ovaj tip kotlova ima mali kapacitet proizvodnje pare i niže radne pritiske. Najčešće rade na čvrsta goriva, ali mogu biti adaptirani na tečna ili gasovita goriva.
• Vodogrejni (Water-tube) kotao ima obrnut dizajn od komornog kotla, jer se ovde voda kreće kroz snop cevi raspoređenih unutar posude. Gorionici se nalaze u omotaču posude i direktno greju cevi kroz koje struji voda. Obično su cevi postavljenje vertikalno, a na donjoj i na gornjoj strani se nalazi bubanj (posuda). Ovaj tip kotla daje veliku proizvodnju pare i može raditi na visokim pritiscima jer se smeša vode i pare nalazi u cevima malog prečnika koje mogu izdržati mnogo veće pritiske u poređenju sa dizajnom gde voda ispunjava veliku komornu posudu. Mogu raditi na bilo koji tip goriva, čvrsta, tečna i gasovita.

U odnosu na radni pritisak Industrijski kotlovi se grubo dele na:

• Kotlove niskog pritiska (do 16 bar). Ovo su komorni (fire tube) kotlovi i najčešće se koriste na manjim postrojenjima, u lakoj industriji i industriji hrane i pića.
• Kotlove srednjeg pritiska (od 18 bara do 42 bara). Najčešće su vodogrejni (water-tube) industrijski kotlovi, mada postoje i komorni koji rade na ovim pritiscima.
• Kotlovi visokog pritiska (od 42 bara do preko 100 bara). Ovo su vodogrejni kotlovi koji se koriste za velika postrojenja i visoke proizvodnje pare, uključujući pokretanje turbina za proizvodnju struje i druge procese koji zahtevaju visoke pritiske pare.

Kvalitet napojne vode za kotlove

Generalno važi pravilo da što je kotao višeg radnog pritiska, to je potreban viši kvalitet napojne vode, odnosno što manje nečistoća u vodi. Postoje pravilnici koje izdaju regulatorna tela mnogih zemalja i koji definišu zahtevani kvalitet vode. Najpoznatiji su ASME (American Society of Mechanical Engineers), BSI (British Standard) i EU standardi (EN 12952-12:2003,EN 12953-10:2003). U Srbiji su u primeni standardi  SRPS EN 12953-10:2009 i SRPS EN 12952-12:2009 koji su usklađeni EU propisima.

Industrijski kotlovi: Hemijski tretman

Da bi kotlovi radili pouzdano i energetski efikasno potrebno je rešiti probleme korozije i naslaga koje se javljaju na mestima koja su u kontaktu sa vodom. Ponekad je potrebno i rešiti probleme naslaga koje se javljaju na strani gorionika usled nečistoća u gorivu.

Prevencija korozije i taloženja

Najčešći uzrok korozije u kotlu je prisustvo kiseonika u vodi koji izaziva rupičastu koroziju (pitting corrosion) i može dovesti do bušenja cevi i curenja. Ovo je izuzetno negativna pojava koja stvara teškoće u radu, zahteva popravke, gubitak vremena proizvodnje i obustave. Za primarno uklanjanje kiseonika koriste se mehanički uređaji – deaeratori koji se postavljaju na napojnom cevovodu. Oni koriste činjenicu da se rastvorljivost kiseonika vodi smanjuje sa povećanjem temperature vode.

Da bi se uspešno uklonio kiseonik, u deaeratoru se napojna voda prska u atmosferu sa vodenom parom. Ovaj postupak zagreva vodu do temperature nešto niže od temperature zasićene pare. Rastvorljivost kiseonika u ovim uslovima je jako niska, pa se zato kiseonik iz vode oslobađa u paru i biva izbačen iz sistema otpusnim ventilom. Pored ove uloge, deaerator takođe popravlja termalnu efiksanost kotla zato što podiže temperaturu vode pre ulaska u kotao, a isto tako predstavlja pogodno mesto za čuvanje napojne vode i osigurava dobru raspoloživost vode za napojne kotlovske pumpe.

Kiseonik se u mehaničkom deaeratoru koji efikasno radi obično može ukloniti do nivoa od 7 ppb (7 delova u milijardu). Iako je ovo izuzetno nizak nivo kiseonika, za kotlove visokog pritiska to je i dalje mnogo i može izazvati značajnu koroziju, pa se zato u svrhu dodatnog uklanjanja dodaju hemikalije koje se zovu uklanjivači kiseonika (oxygen scavangers). Najrasprostranjeniji uklanjivač kiseonika za kotlove viših radnih pritisaka koji se još uvek u velikoj meri koristi u Istočnoj Evropi je hidrazin (H₂N₄). Hidrazin je veoma efikasan uklanjivač kiseonika, a uz to i jeftin. Problem je što postoje dokazi o vrlo negativnom uticaju hidrazina na ljudsko zdravlje i dokazi o kancerogenosti. Zbog toga je u mnogim razvijenim zemljama zabranjeno korišćenje hidrazina i umesto toga se koriste drugi uklanjivači kiseonika koji su bezbedniji.

Za kotlove nižih radnih pritisaka za uklanjanje kiseonika obično se koriste proizvodi bazirani na sulfitima. Ovde je takođe važan pravilan izbor proizvoda i njegovo doziranje da bi se minimalizovalo stvaranje čvrstih supstanci koje se mogu taložiti u kotlu.

Korozija usled kiseonika se takođe može javiti u kondezatorskim cevima kotla ako vazduh negde ulazi u sistem, ali je kod kondenzatorskih sistema uzrok korozije drugačiji i ona prvenstveno nastaje zbog pada pH i prisustva kiselih supstanci u vodi kondenzata, od kojih je najčešća ugljena kiselina poreklom od ugljen-dioksida CO₂. Radi zaštite od ove pojave se koriste neutrališući amini i filmirajući amini. Kao što im samo ime ukazuje oni mogu štiti kondenzatorske sisteme na dva načina: tako što će neutralisati kisele supstance svojim baznim delivanjem, ili pak tako što će formirati molekulski film po površini cevi i sprečiti kontakt sa kiselim supstancama.

Industrijski kotlovi i naslage soli

Naslage soli u kotlovima se javljaju usled prodora nečistoća iz napojne vode u kotao. To znači da je najvažnija mera u sprečavanju pojave naslaga kamenca u kotlu da se obezbedi što bolji kvalitet napojne vode. Najvažnije je omekšavanje vode i uklanjanje suvišne tvrdoće iz napojne vode, zato što su soli Ca i Mg koje sačinjavaju tvrdoću vode veoma slabo rastvorne i lako formiraju naslage u kotlu. Njihova rastvorljivost se takođe smanjuje sa povišenjem temperature a njihova koncentracija višestruko uvećava ugušnjenjem kotla, pa su sve ovo faktori koji dovode do stvaranja kamenca.

Kamenac koji se formira na cevima kotla smanjuje termičku provodljvost i smanjuje efikasnost kotla, odnosno zahteva veću potrošnju energenta da bi se dostigao isti nivo rada. Takođe metalni delovi cevi na kojima su se formirale naslage se brže pregrevaju zato što naslage slabo provode toplotu, pa se dešavaju termički defekti i pucanja cevi. Sve nam ovo govori da mnogo više košta ne tretirati vodu radi sprečavanja kamenca, nego ulagati u kvalitetan hemijski tretman.

Industrijski kotlovi: Sprečavanje taloženja kamenca hemijskim sredstvima

Postoji nekoliko pristupa u sprečavanju taloženja kamenca hemijskim sredstvima.  Raniji tretmani su se isključivo bazirali na taloženju i dodavanju hemikalija kao što je natrijum karbonat koji sa tvrdoćom iz vode gradi nesrastvorne soli koje mogu pasti na dno i odatle se ukloniti putem odsoljavanja kotla. Međutim, razvojem tehnologije pritisci u kotlovima su se povećavali kao i količine prenosa toplote, pa su naslage formiranog kalcijum karbonata (CaCO3) postale neprihvatljive zbog pregrevanja cevi i pucanja. Natrijum karbonat je kasnije zamenjen fosfatima zato što su čak i male količine fosfata obezbeđivale da se kalcijum fosfat istaloži u zapremini vode, daleko od grejnih površina.

Kada se kalcijum fosfat formira u kotlovskoj vodi koja ima dovoljnu baznost (pH 11 – 12) nastale čestice su relativno nelepljive na unutrašnje površine. Ipak, to ne znači da se naslage neće formirati vremenom, ali one mogu biti razumno kontrolisane odsoljavanjem.

Dalji razvoj tretmana išao je u pravcu dodavanja organskih jedinjenja kao što su lignin, tanin i skrob. Ova jedinjenja su pomagala da se formira nelepljiv fluidni mulj koji bi se polako istaložio na dnu donjeg bubnja i odatle odmuljio.

Sintetički polimeri

Kasnije su razvijeni sintetički polimeri i akcenat je stavljen na mehanizam disperzije čestica tvrdoće, umesto na formiranje mekih taloga. Iako je mehanizan njihovog dejstva dosta složen može se generalno reći da polimeri menjaju površinu i površinski naboj tipičnih kontaminanata u kotlovskoj vodi. Neki od njih disperguju magnezijum silikat i magnezijum hidroksid, kao i kalcijum fosfat.

Ovi polimeri obično imaju malu molekulsku težinu i brojna aktivna mesta na molekulu. Neki se koriste specijalno za jone tvrdoće ili za gvožđe, dok su drugi efektivni za širok opseg jona.

Helati za uklanjanje tvrdoće iz kotlovske vode

Sledeći način uklanjanja tvrdoće i ostalih kontaminanata iz kotlovske vode je korišćenje helatnih jedinjenja. Helati imaju sposobnost da grade hemijske komplekse sa mnogim katjonima (Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe+ i drugim metalima). Ovo postižu tako što hvataju jon metala u rastvorljivu organsku prstenastu strukturu. Helatirani katjon se ne taloži u kotlu. Kada se koriste u kombinaciji sa disperzantima, krajnji efekat su čiste površine metala kotla sa vodene strane.

Helati su po sastavu slabe organske kiseline i injektuju se u kotlovsku vodu u obliku neutralisane natrijumove soli. U vodi hidrolizuju i proizvode organski anjon. Najzastupljenija helatna jedinjenja su EDTA (etilendiamintetrasirćetna kiselina) i NTA (nitrilotrisirćetna kiselina). EDTA gradi veoma stabilan kompleks sa gvožđem Fe3+ i nešto slabiji sa Fe2+. Takođe veoma jako vezuje i Ca2+ i Mg2+.

Primećeno je da doziranje helata nije uvek najbolje rešenje zato što oni neselektivno mogu da kompleksiraju i uklone čak i zaštitini magnetitni sloj sa površine metala kotla. Predoziranje helata može da ukloni ogromne količine gvožđe oksida. Zato su primenjena neka kompromisna rešenja smanjivanjem koncentracija primenjenih helata i njihovim kombinovanjem sa polimerima koji disperguju jone.

Korišćenje helata može biti i u svrhe on-line čišćenja kotlova od naslaga koje su se ranije formirale. Pri tome se mora strogo voditi računa kako se tretman primenjuje da odvojene naslage ne bi izazvale velike probleme u radu samog kotla.

Industrijski kotlovi: Pravilan izbor – velika ušteda

Za personalizovana rešenja koja optimizuju vaše procese, štede energiju i novac, a istovremeno održavaju vrhunski kvalitet, stojimo vam na raspolaganju. Kontaktirajte nas putem kontakt stranice ili pozovite. Da vaši industrijski kotlovi budu uvek u savršenom operativnom stanju otkrijte kako naša stručnost može raditi za vas!