Buhar Kazanı Suyu Arıtımı

Kazan besi suyunun arıtılması ve şartlandırılması üç ana amacı sağlamalıdır:

  • Sürekli verimli ısı değişiminin sağlanması
  • Korozyonun önlenmesi
  • Yüksek kalite buharın elde edilmesi

Dış arıtma, kazan dışında sudaki safsızlıkların azaltılması veya giderimi anlamına gelmektedir. Genel olarak dış arıtma, besi suyundaki safsızlıkların kazan sistemi işletimi açısından tolere edilebilir limitlerin üzerinde olduğu hallerde kullanılır. Yumuşatma, evaporasyon, havalandırma, membran kontaktörler gibi birçok tip dış arıtma prosesi ile besi suyu iyileştirilir. İç arıtma ise, safsızlıkların kazan sistemi içerisinde şartlandırılmasıdır. Bu reaksiyonlar, besi tesisatında oluşabileceği gibi kazan içerisinde de gerçekleşebilir. İç arıtma tek başına veya dış arıtma ile beraber kullanılabilinir. Amacı, besi suyundaki sertlik ile doğru olarak reaksiyona girmesi, çamurun şartlandırılması, oksijenin giderilmesi ve köpüklenmenin önlenmesidir.

Dış Arıtma (External Treatment)

Su arıtma sistemleri, takviye suyunu veya besi suyunu saflaştırır ve havalandırır. Görece daha saf buhar eldesi için, su bazen evaporasyon ile ön arıtma işlemine tabi tutulmış, yoğuşturularak kazan besi suyu amacı ile kullanılmıştır. Bu uygulamanın avantajı, ancak ham sudaki toplam çözülmüş katı oranının çok yüksek olmasında öne çıkar.

Bazı doğal ve sentetik malzemelerin, mineral iyonlarını sudan giderme veya değiştirme gibi kabiliyetleri vardır. Örnek olarak, suyun bir katyon değiştirici reçineli yumuşatma sisteminden geçirilmesi, kalsiyum ve magnezyum iyonlarının giderilerek sodyum iyonları ile değiştirilmesini sağlar. Basit katyon değiştiriciler su kaynağındaki toplam katı miktarını düşürmezler. Bu nedenle, bazen çöktürme mekanizmasının kullanıldığı tip yumuşatma sistemleri tercih edilir. En yaygın ve verimli arıtma kombinasyonlarından biri kireç-zeolit prosesidir. Bu uygulamada; sertlik, alkalinite ve bazı durumlarda silis konsantrasyonunun düşürülmesi için su, kireç ile ön arıtmaya tabi tutulur. Takip eden katyon değiştirici yumuşatma sisteminden geçirilir. Bu sistem birkaç fonksiyonu içinde barındırır. Bunlar, yumuşatma, alkalinite ve silis giderimi, bir miktar oksijen giderimi ve askıda katı/bulanıklık giderimidir.

Buhar kazanı içindeki suyun kimyasal şartlandırılması genellikle kaçınılmaz derecede önemlidir ve sertlik, oksiken, silis vs. gibi besi suyu ile kazana giren safsızlıklar üzerinde etkili olarak dış arıtmayı tamamlar. Dış arıtmanın gerekli olmadığı ve sadece iç arıtma metotlarının uygulanması ile çalıştırılan sistemler dahi zaman zaman yaygın olabilir.

İç Arıtma (Internal Treatment)

Yüksek oranda kondens dönüşün ve iyi kalite ham besi suyunun bulunduğu durumlarda, düşük veya orta basınç ile işletilen buhar kazanlarında, iç arıtma tek arıtma uygulaması olarak kullanılabilir. İç arıtma uygulamasının amacı:

  1. Besi suyundaki sertlik ile reaksiyona girerek, kazan metali üzerinde çökerek kabuk oluşturmasını önlemek;
  2. Kazandaki sertlik çamuru veya demir oksiti şartlandırarak, kazan metali üzerine yapışmasını önlemek;
  3. Köpüklenmeyi ve buhara taşınmayı engeller
  4. Oksijeni giderir. Korozyonu alkaliniteyi yükselterek önler.

Ek olarak, destek tedbirleri kapsamında, iç arıtma, besi suyu ve kondens suyu hatlarında korozyon ve kabuklanmayı engeller.

Su arıtma programının önemli bir tamamlayıcısı olan şartlandırma prosesi boyunca, şartlandırma ürünlerinin spesifik dozları suya eklenir. En yaygın kullanılan ürünler şunlardır:

  • Fosfatlı Dispersantlar, polifosfatlı dispersantlar:

Kazan suyundaki alkalinite ile reaksiyon girerler. Bu ürünler, sudaki sertliği, çözünmeyen ve kazanın tabanından blöf ile dışarı atılacak trikalsiyum fosfat oluşturarak nötralize ederler.

  • Doğal ve sentetik dispersantlar:

Şartlandırma ürünlerinin dispersif özelliğini arttırırlar. Bunlar şu etken maddelerden oluşur:

    • Doğal polimerler: linyosülfonatlar, tanenler
    • Sentetik polimerler: poliakrilatlar, maleik akrilat kopolimeri, maleik stiren kopolimeri, polistiren sülfonatlar vs.
  • Şelatlayıcılar: İnorganik fosfatlar gibi eşik etkisi (threshold effect) yaratan inhibitörler.
  • Oksijen tutucular: Sodyum sülfit, tanis, hidrazin, hidrokinon / progallol bazlı türevler, hidroksilamin türevleri, hidroksilamin türevleri, askorbik asit türevleri vs. Bu tutucular, katalize olsun veya olmasın, oksitleri ve çözünmüş oksijeni düşürürler. Birçoğu aynı zamanda metal yüzeyini pasive eder. Ürün seçimi ve dozaj ihtiyacı, sıcak degazör kullanımına bağlıdır.
  • Köpük ve taşınım önleyiciler: Sıvının yüzey gerilimini değiştiren yüzey aktif ürünler köpük oluşumunu ve su parçacıklarının buhara taşınımını engellerler.

Yumuşatıcı kimyasallar, soda, kostik ve değişik tipte sodyum fosfatlardır. Bu kimyasallar, besi suyundaki kalsiyum ve magnezyum bileşikleri ile reaksiyona girerler. Sodyum silikat da magnezyum sertliği ile seçici olarak reaksiyona girer. Besi suyu ile kazana giren sodyum karbonat, yüksek sıcaklıkta parçalanır veya kostik ile reaksiyona girerek kalsiyum karbonat oluşturur. Kalsiyum karbonatın göreceli olarak çözünürlüğü düşük olduğundan, solüsyondan ayrılmak ister. Sodyum karbonat, yüksek sıcaklıkla kısmi olarak sodyum hidroksit (kostik) ve karbondioksite parçalanır. Kazan suyundaki yüksek sıcaklık kalsiyum sülfatın çözünürlüğünü düşürür ve kazan metali üzerinde kabuklaşarak çökmesine sebep olur. Sonuç olarak, kalsiyum sülfat şartlandırma kimyasalları ile reaksiyona sokularak su içerisinde kalıp blöf ile dışarı atılacak bir forma dönüştürülmelidir. Kalsiyum sülfat, sodyum karbonat, sodyum fosfat veya sodyum silikat ile reaksiyona sokularak çözünmez kalsiyum karbonat, fosfat veya silikata çevrilir. Magnezyum sülfat ise, kostik ile reaksiyona sokularak magnezyum hidroksit şeklinde çökmesi sağlanır. Bir miktar magnezyum, silis ile reaksiyona girer ve magnezyum silikat oluşturur. Sodyum sülfat yüksek derecede çözünürdür ve neredeyse tüm su buharlaşacak ve sadece kuru çökelti kalacak noktaya kadar suda kalır.

Buhar kazanındaki çamurun şartlandırılması için genel olarak iki yaklaşım vardır: koagulasyon veya disperse etme. Toplam çamur miktarı yüksek ise (yüksek besi suyu sertliği nedeni ile), çamuru koagule etmek ve büyük flok partikülleri oluşturmak daha iyidir. Bu şekilde blöf ile atılabilir. Besi suyu analizine de bağlı olarak, arıtmada kullanılacak alkaliler, fosfatlar ve organiklerin miktarı dikkatlice ayarlanarak koagulasyon elde edilir. Çamur miktarının yüksek olmadığı durumlarda (düşük besi suyu sertliğinde), şartlandırma işleminde daha yüksek oranda fosfat kullanımı tercih edilir. Fosfatlar, ayrılmış çamur partikülleri oluştururlar. Kazan suyundaki çamuru disperse etmek için daha yüksek oranda organik çamur dispersantları kullanılabilir.

Çamurun şartlandırılması için kullanılan malzemeler arasında tanen, linyin veya aljinat sınıflarından çeşitli organik ürünler bulunur. Bu organiklerin seçiminde, hem efektif olmaları hem de kazanın çalışma basıncında stabil kalmaları önemlidir. Bazı sentetik organik maddeler de köpük önleyici olarak kullanılır. Oksijeni gidermek için kullanılan kimyasallar da sodyum sülfit ve hidrazindir. Polifosfatların ve organiklerin değişken kombinasyonları besi suyu tarafında kabuk ve korozyon oluşumunu önler. Ucucu nötralize edici aminler ve film yapıcı inhibitörler kondens hatlarındaki korozyonu önlerler.

En genel kimyasal besi metodu, kimyasal solüsyon tankları ve oransal dozaj pompalarının kullanımıdır. Fosfat, kostik ve soda gibi yumuşatıcı kimyasallar kazan besi suyu giriş noktasına yakın dozlanır. Bu sayede gerekli reaksiyonlar, buhar üretim alanı öncesinde gerçekleşir. Çözülmüş oksijen ile reaksiyona girecek kimyasallar (sülfit, hidrazin vs) ve besi suyunda korozyon ve kabuklanmayı önleyecek kimyasallar (polifosfatlar, organikler vs) besi suyu tarafına mümkün olduğunca kesikli değil sürekli dozlanmalıdır. Kondens hatları korozyonunu önleyici kimyasallar ise, direk buhar fazına veya besi suyu tarafına dozlanabilir. Sürekli dozaj tercih edilir ama kesikli dozaj da bazı uygulamalarda yeterli gelmektedir.