Cerințe speciale și soluții pentru tratarea apei de răcire în instalațiile de incinerare a deșeurilor

Instalațiile de incinerare a deșeurilor funcționează în unele dintre cele mai solicitante condiții ale oricărei instalații industriale. Arderea deșeurilor solide municipale, a deșeurilor periculoase sau a deșeurilor medicale la temperaturi care depășesc 850°C generează încărcături de căldură intense și susținute pe care sistemele de apă de răcire în circulație trebuie să le gestioneze în mod continuu - adesea non-stop, în fiecare zi a anului. În același timp, arderea fluxurilor mixte de deșeuri introduce gaze corozive, compuși de clorură și condens acizi care creează un mediu chimic unic agresiv al apei.

Abordările standard de tratare a apei de răcire concepute pentru centralele electrice sau instalațiile petrochimice sunt adesea inadecvate pentru aplicațiile de incinerare a deșeurilor. Tratamentul eficient necesită programe chimice concepute special, care să abordeze nivelurile ridicate de clorură, pH-ul fluctuant, contaminarea cu metale grele și necesitatea unui control fiabil al depunerilor și al coroziunii la sarcini termice variabile. Acest articol detaliază provocările specifice ale gestionării apei de răcire în instalațiile de incinerare a deșeurilor și soluțiile care asigură în mod constant o funcționare sigură, conformă și eficientă.

De ce instalațiile de incinerare a deșeurilor prezintă provocări unice pentru apa de răcire

Pentru a înțelege cerințele de tratare, este mai întâi necesar să se aprecieze modul în care apa de răcire este utilizată într-o instalație tipică de incinerare a deșeurilor și de ce această utilizare creează probleme care nu sunt întâlnite în alte industrii.

Circuite multiple de răcire de înaltă intensitate

O instalație modernă de transformare a deșeurilor în energie operează de obicei mai multe circuite de răcire distincte simultan. Grătarul și sistemul de răcire a cuptorului protejează pereții camerei de ardere. Cazanul și circuitul de condensare a aburului se ocupă de recuperarea căldurii pentru generarea de energie. Sistemele de răcire a gazelor arse aduc evacuarea fierbinte la temperaturi adecvate pentru echipamentele de control al poluării. Sistemele de stingere a zgurii și de manipulare a cenușii folosesc apă pentru a răci și a transporta reziduurile solide de combustie. Fiecare circuit funcționează la diferite temperaturi, debite și condiții de contact cu materialele și fiecare poate introduce diferiți contaminanți în apă.

Intrarea de cloruri din arderea deșeurilor

Deșeurile solide municipale conțin în mod obișnuit cantități semnificative de materiale plastice clorurate (PVC), compuși organici ai clorului și săruri clorurate anorganice. Când sunt incinerate, aceste materiale eliberează acid clorhidric (HCI) gazos în fluxul de ardere. Chiar și cu sistemele de epurare instalate, unele gaze încărcate cu clorură și particule fine ajung în circuitele de apă de răcire - în special în secțiunile de răcire a gazelor arse și spălare umedă. Concentrațiile de clor în apa circulantă la instalațiile de incinerare a deșeurilor ajung frecvent la 500–2.000 mg/L, comparativ cu intervalul de 200–400 mg/L comun în sistemele de răcire a centralelor electrice. Nivelurile crescute de clorură accelerează dramatic coroziunea prin pitting pe suprafețele schimbătoarelor de căldură din oțel inoxidabil și oțel carbon și reduc eficacitatea inhibitorilor de coroziune standard care depind de formarea peliculei pasive de oxid.

Fluctuații ale pH-ului acid

Tratamentul normal al apei de răcire industrială vizează un interval de pH ușor alcalin de 7,5-9,0 pentru a minimiza coroziunea oțelului și depunerea simultană de carbonat de calciu. În circuitele de răcire de incinerare a deșeurilor, evenimentele de absorbție a gazelor acide pot conduce la pH-ul sub 6,0 în perioade scurte când performanța scruberului fluctuează sau în timpul secvențelor de pornire și oprire. Condițiile acide la pH sub 6,5 accelerează viteza de coroziune a oțelului carbon în mod exponențial - viteza de coroziune a oțelului moale se dublează aproximativ cu fiecare scădere unitară a pH-ului sub 7,0 - și provoacă, de asemenea, dizolvarea stratului de protecție și a peliculelor inhibitoare acumulate în timpul funcționării normale.

Contaminare cu metale grele

Arderea fluxurilor eterogene de deșeuri volatilizează metalele grele, inclusiv zincul, plumbul, cuprul, cadmiul și mercurul. Transferul de cenușă zburătoare în circuitele de apă de răcire depune aceste metale, creând atât probleme de cataliză a coroziunii (ionii de cupru, în special, accelerează atacul galvanic asupra aluminiului și oțelului moale), cât și provocări de conformitate. Apa de purjare din sistemele de răcire de incinerare a deșeurilor necesită de obicei tratare înainte de descărcare pentru a îndeplini limitele de efluent cu metale grele, iar alegerea substanțelor chimice de tratare a apei trebuie să țină cont de interacțiunea acestora cu acești contaminanți.

Încărcare mare de solide în suspensie

Particulele de cenușă și zgură antrenate în apa de răcire, combinate cu creșterea biomasei microbiene încurajate de temperaturile calde ale apei și încărcarea cu nutrienți organici din contactul cu deșeurile, produc concentrații mari de solide în suspensie care pot înfunda rapid schimbătoarele de căldură și pot înfunda sistemele de distribuție. Floculanții convenționali și sistemele de filtrare concepute pentru aplicații industriale mai curate nu pot gestiona adesea distribuția dimensiunii particulelor și ratele de încărcare caracteristice apei de răcire pentru incinerarea reziduurilor.

Cerințe de bază de tratare pentru fiecare circuit de răcire

Având în vedere complexitatea cu mai multe circuite a instalațiilor de incinerare a deșeurilor, o singură formulă de tratare nu poate răspunde tuturor nevoilor de apă de răcire. The solutii de tratare chimica pentru instalatiile de incinerare a deseurilor trebuie diferențiate după tipul de circuit.

Inhibarea coroziunii în condiții de clorură ridicată, pH scăzut

Controlul coroziunii este aspectul cel mai critic și mai solicitant din punct de vedere tehnic al tratării apei de răcire în aplicațiile de incinerare a deșeurilor. Inhibitorii standard pe bază de cromat sau zinc sunt restricționați sau interziși din cauza reglementărilor de mediu. Inhibitorii pe bază de fosfonați, deși eficienți la pH neutru până la ușor alcalin, își pierd o mare parte din eficacitatea de formare a peliculei atunci când pH-ul scade sub 6,5 și oferă o protecție inadecvată în medii cu conținut ridicat de clorură, unde ionii de clorură atacă agresiv straturile de oxizi pasivi.

Inhibarea eficientă a coroziunii pentru sistemele de răcire de incinerare a deșeurilor se bazează de obicei pe o combinație de amine organice filmogene (pentru protecția oțelului carbon în condiții acide), compuși molibdat sau wolfram (care mențin pasivarea într-un interval mai larg de pH decât fosfonatul) și derivați de toliltriazol sau benzotriazol pentru componentele aliajelor de cupru. Această abordare cu mai multe componente oferă mecanisme de protecție suprapuse care mențin rate de coroziune acceptabile chiar și atunci când mecanismele inhibitoare individuale sunt parțial compromise de fluctuațiile pH-ului sau competiția clorură.

Pentru circuitele care manipulează apa de contact cu gazele arse cu clorură care depășește 1.000 mg/L, selecția materialului este la fel de importantă ca și tratarea chimică. Oțel inoxidabil duplex sau materiale cu aliaje ridicate, cum ar fi Hastelloy, sunt necesare pentru tuburile schimbătoare de căldură în zonele cele mai agresive , deoarece niciun program de tratament chimic nu poate proteja în mod adecvat oțelul inoxidabil standard 304 sau 316 la concentrații susținute ridicate de clorură. Tratamentul chimic se concentrează apoi pe prevenirea coroziunii subdepozitelor, a atacului galvanic la joncțiunile metalice diferite și a coroziunii generale în circuitele secundare cu clorură scăzută.

Tamponarea pH-ului și managementul alcalinității

Menținerea pH-ului apei în circulație în intervalul țintă de 7,5–8,5 într-un mediu de incinerare a deșeurilor necesită o strategie activă de tamponare și dozare alcaline, mai degrabă decât o simplă ajustare a pH-ului în faza apei de completare. Dozarea continuă sau declanșată la cerere de sodă caustică (NaOH) sau cenusa de sodă (Na₂CO₃), legată de senzori de pH în linie cu timpi de răspuns rapid, previne excursii extinse ale pH-ului scăzut. Rezerva de alcalinitate menținută în sistem oferă un tampon împotriva evenimentelor bruște de încărcare acidă. Nivelurile țintă de alcalinitate de 200–400 mg/L ca CaCO₃ oferă o capacitate tampon adecvată pentru majoritatea scenariilor de operare, rămânând în același timp sub nivelul care promovează scalarea carbonatului de calciu.

Prevenirea depunerilor în apă la temperatură înaltă, de calitate variabilă

Formarea de scară în sistemele de răcire de incinerare a deșeurilor este determinată de aceeași chimie fundamentală ca și în alte industrii - suprasaturarea carbonatului de calciu, sulfatului de calciu și silice la suprafețele de transfer de căldură - dar este complicată de calitatea variabilă a apei care caracterizează aceste instalații. Calitatea apei de completare poate varia sezonier, ratele concentrației de purjare fluctuează în funcție de sarcina de producție, iar evenimentele de contaminare cu cenușă ridică episodic concentrațiile de calciu, silice sau sulfat peste nivelurile de proiectare.

Inhibitorii de calcar pe bază de polimer care utilizează acid poliacrilic (PAA), copolimeri AA/AMPS sau acid poliaspartic (PASP) oferă cea mai fiabilă performanță în acest mediu variabil. Acești inhibitori funcționează prin mecanisme de inhibare a pragului și modificare a cristalelor care rămân eficienți în intervalul de pH de 6,5-9,5, care acoperă întregul anvelopă de funcționare al majorității circuitelor de răcire de incinerare a deșeurilor. Spre deosebire de inhibitorii pe bază de fosfonați, inhibitorii de calcar polimeric nu contribuie la încărcările de descărcare de fosfor, ceea ce este important pentru instalațiile supuse limitelor de efluent total de fosfor.

Calcarul de silice merită o atenție deosebită în instalațiile care utilizează spălare umedă pentru curățarea gazelor de ardere, deoarece returul apei din scruber poate introduce silice dizolvată ridicată care se concentrează în sistemul de recirculare. Inhibitorii pe bază de PASP cu dispersanți suplimentari specifici pentru silice oferă un control mai bun al calamului de silice decât programele cu polimeri de uz general și ar trebui să fie specificați atunci când siliciul apei în circulație depășește 150 mg/L ca SiO₂.

Al nostru tratarea apei de răcire cu circulație industrială Gama de produse include formulări specializate de inhibitori ai calcarului dezvoltate special pentru medii cu pH variabil și cu conținut ridicat de clorură de tipul celor întâlnite în aplicațiile de incinerare a deșeurilor.

Controlul murdării biologice: gestionarea riscului de Legionella și Biofilm

Turnurile de răcire de la instalațiile de incinerare a deșeurilor creează condiții extrem de favorabile murdării biologice. Temperaturile apei între 25°C și 45°C, încărcarea cu nutrienți organici din contactul cu deșeurile și suprafața mare de apă a turnurilor de răcire susțin creșterea microbiană rapidă, formarea de biofilm și, în cazurile cele mai grave, proliferarea Legionella. Biofilmul de pe suprafețele schimbătorului de căldură provoacă o rezistență termică echivalentă cu depunerea de calcar, în timp ce contaminarea cu Legionella creează un pericol pentru sănătatea publică care necesită remediere imediată.

Programele eficiente de biocid pentru sistemele de răcire de incinerare a deșeurilor trebuie să abordeze atât microorganismele planctonice (plutitoare libere) cât și sesile (biofilm). Biocidele oxidante - în primul rând hipoclorit de sodiu, dioxid de clor sau compuși cu brom - asigură un control cu ​​spectru larg al bacteriilor planctonice și suprimă eficient Legionella la concentrații reziduale menținute corespunzător. Dioxidul de clor este deosebit de potrivit pentru aplicațiile de incinerare a deșeurilor, deoarece rămâne eficient la valori mai mari ale pH-ului (7,5-9,0) utilizate pentru controlul coroziunii și nu este consumat de amoniacul sau de compușii organici ai azotului la fel de rapid ca clorul liber.

Biocidele neoxidante, cum ar fi izotiazolona (CMIT/MIT), glutaraldehida sau compușii de amoniu cuaternar sunt utilizați ca parteneri de rotație pentru a preveni dezvoltarea toleranței la biocide oxidante și pentru a pătrunde în biofilmele stabilite pe care biocidele oxidante nu le pot elimina complet. Un program tipic de rotație a biocidului aplică biocidul oxidant în mod continuu sau semi-continuu pentru controlul la starea de echilibru, cu dozare de șoc biocid neoxidant la fiecare 2-4 săptămâni.

Cerințe de management al riscului de Legionella

Instalațiile de incinerare a deșeurilor sunt supuse cerințelor privind evaluarea și managementul riscului de Legionella conform reglementărilor privind sănătatea în muncă și mediul în majoritatea jurisdicțiilor. Un program de control conform Legionella necesită:

• Evaluare documentată a riscurilor care acoperă toate turnurile de răcire și condensatoarele evaporative
• Prelevarea regulată de probe de apă și testarea culturii de Legionella (de obicei trimestrial sau mai frecvent)
• Menținerea unui minim de clor liber sau reziduuri echivalente de biocid în toate punctele sistemului de distribuție
• Dezinfecție periodică cu doze mari (hiperclorurare sau dezinfecție termică) în timpul opririlor sau după rezultatele testelor pozitive pentru Legionella
• Întreținerea eliminatorului de derivă pentru a minimiza generarea de aerosoli din turnurile de răcire

Tratarea apei de stingere a zgurii și managementul metalelor grele

Sistemele de stingere a zgurii reprezintă o provocare specializată în tratarea apei, diferită de circuitele turnurilor de răcire cu recirculare discutate mai sus. Apa de stingere intră în contact direct cu zgura fierbinte, absorbind căldură semnificativă, în timp ce dizolvă metalele grele, clorurile și compușii alcalini extrași din zgură. Această apă este de obicei reciclată printr-o buclă de decantare și tratare, mai degrabă decât trimisă la sistemul principal al turnului de răcire, datorită nivelurilor sale ridicate de contaminare.

Tratarea apei de stingere a zgurii se concentrează pe îndepărtarea solidelor în suspensie prin coagulare și floculare, precipitarea metalelor grele folosind var sau hidroxid de sodiu pentru a ridica pH-ul peste 9,0 (la care majoritatea metalelor grele formează hidroxizi insolubili) și deshidratarea nămolului pentru o eliminare adecvată. Coagulanții anorganici precum sulfatul feric sau clorura de polialuminiu (PAC) sunt eficienți pentru destabilizarea particulelor de cenușă coloidală, în timp ce floculantii anionici de poliacrilamidă accelerează decantarea particulelor și îmbunătățesc deshidratarea nămolului.

Debordarea tratată din circuitele de stingere a zgurii trebuie să îndeplinească limitele de descărcare a metalelor grele înainte de a fi reciclată sau evacuată. Este necesară monitorizarea regulată a concentrațiilor de zinc, plumb, cupru, cadmiu și crom din efluentul tratat, iar doza de coagulant ar trebui ajustată în timp real în funcție de calitatea apei de intrare, care variază în funcție de compoziția deșeurilor procesate.

Considerații privind conservarea apei și zero-deversare lichidă

Autorizațiile de mediu pentru noile instalații de incinerare a deșeurilor necesită din ce în ce mai mult reducerea la minimum a deversării apelor uzate, unele autorități de reglementare impunând funcționarea fără descărcare de lichide (ZLD). Chiar și acolo unde ZLD nu este necesară, costul apei și considerentele legate de deficitul de apă îi împing pe operatorii să maximizeze ratele de recirculare și să minimizeze volumul de purjare.

Obținerea unor rate de concentrație ridicate (5-8 cicluri) în sistemele de răcire cu incinerare a deșeurilor necesită programe deosebit de robuste pentru scară și inhibitori de coroziune, deoarece încărcăturile minerale concentrate provoacă capacitatea inhibitorului. De asemenea, necesită o gestionare mai atentă a acumulării de clorură - în sistemele cu conținut ridicat de clorură, rapoartele de concentrație crescute pot împinge nivelurile de clorură la valori care compromit integritatea echipamentului. Înmuierea cu flux lateral sau schimbul de ioni pentru a îndepărta duritatea sau clorura poate fi necesară pentru a permite funcționarea cu un raport de concentrație ridicat, menținând în același timp chimia acceptabilă a apei.

Evacuarea de la turnurile de răcire pentru incinerarea deșeurilor, atunci când nu poate fi reciclată în cadrul instalației, necesită de obicei tratare într-un sistem de apă uzată înainte de descărcare. Cererea chimică de oxigen (COD), solidele în suspensie, metalele grele și pH-ul acestei epuizări trebuie să fie în limitele de reglementare. Alegerea unor substanțe chimice de tratare a apei biodegradabile, cu COD scăzut - inhibitori ai calcarului polimeric fără fosfor, biocide nepersistente - sprijină respectarea limitelor COD pentru efluent și reduce sarcina de tratare a sistemului de apă uzată.

Pentru instalațiile care urmăresc strategii cuprinzătoare de gestionare a apei, echipa noastră oferă suport pentru proiectare la nivel de sistem și optimizare chimică toate sectoarele industriale pe care le deservim , inclusiv soluții integrate pentru pretratarea cu osmoză inversă, chimia sistemului de recirculare și tratarea apelor uzate pentru a sprijini gestionarea apei în circuit închis.

Monitorizare, automatizare și bune practici operaționale

Mediul variabil și agresiv de chimie a apei din instalațiile de incinerare a deșeurilor face ca monitorizarea continuă și dozarea chimică automată să fie mult mai importante decât în aplicațiile de răcire industrială mai stabile. Monitorizarea manuală la intervale fixe este insuficientă pentru a detecta scăderile rapide ale pH-ului, vârfurile de clorură și creșterile de activitate biologică care caracterizează aceste instalații.

Sistemele moderne de gestionare a apei de răcire pentru aplicațiile de incinerare a deșeurilor ar trebui să încorporeze senzori online pentru pH, conductivitate (ca proxy pentru solidele totale dizolvate și raportul de concentrație), potențialul de oxidare-reducere (ORP, pentru monitorizarea reziduurilor de biocide) și turbiditate (pentru încărcarea cu solide în suspensie). Aceste semnale alimentează controlere automate de dozare care reglează inhibitorul de coroziune, inhibitorul de calcar, substanța chimică de ajustare a pH-ului și dozarea de biocid în timp real pentru a menține parametrii ținți de calitate a apei în ciuda condițiilor fluctuante de admisie.

Dincolo de dozarea automată, următoarele practici operaționale sunt esențiale pentru o performanță fiabilă:

• Înregistrarea zilnică a calității apei: pH-ul, conductivitatea, duritatea, clorura, reziduul de inhibitor și reziduul de biocid trebuie înregistrate cel puțin o dată pe schimb în timpul funcționării normale.
• Analiză săptămânală cuprinzătoare: Panou complet al chimiei apei, inclusiv calciu, magneziu, silice, fier, solide în suspensie, turbiditate și calculul indicelui de saturație Langelier.
• Evaluarea lunară a cuponului de coroziune: Cupoanele de coroziune din oțel carbon, aliaj de cupru și orice alte materiale de construcție trebuie cântărite și inspectate lunar pentru a verifica dacă ratele de coroziune rămân în limite acceptabile.
• Inspecție trimestrială a schimbătorului de căldură: Inspecție vizuală sau cu ultrasunete a secțiunilor reprezentative ale schimbătorului de căldură pentru a identifica murdărirea sau găurirea în stadiu incipient înainte ca aceasta să provoace deteriorarea echipamentului.
• Protocoale de pornire și oprire: Tratamente speciale de pre-film cu concentrație ridicată de inhibitor înainte de pornirea sistemului și dozarea cu șoc biocid înainte de opriri prelungite pentru a preveni creșterea microbiană în perioadele de stagnare.

Operatorii instalațiilor de incinerare a deșeurilor care implementează programe de monitorizare structurată și dozare automată obțin în mod constant rate de coroziune mai scăzute, o durată de viață mai lungă a schimbătorului de căldură și o conformitate mai fiabilă cu reglementările decât cei care se bazează pe ajustarea manuală periodică a dozelor chimice. Pentru a discuta despre un program de monitorizare și tratare adaptat fluxurilor de deșeuri specifice ale unității dvs. și configurației circuitului de răcire, contactați specialiștii noștri în tratarea apei .