Purge de la caldera: superficial, de fondo y recuperación de calor es la extracción deliberada de agua de la caldera para controlar los sólidos disueltos y en suspensión que dejan el agua de alimentación y los productos químicos de tratamiento. Todas las calderas de vapor evaporan agua pura y dejan sales, sílice y lodos en el cuerpo o tambor. Si no se controla, estos sólidos se concentran hasta causar arrastre, incrustaciones o corrosión. La purga se sitúa en la intersección de la química del agua, la eficiencia energética y el desgaste mecánico.
El agua de alimentación siempre transporta algunos sólidos disueltos, incluso después del ablandamiento, la desaireación y el tratamiento químico. A medida que la caldera evapora agua en vapor, los sólidos se quedan atrás y los sólidos disueltos totales (TDS) aumentan de forma constante. Un TDS alto eleva el riesgo de formación de espuma y arrastre hacia el vapor, contaminando equipos aguas abajo y pudiendo dañar turbinas. Un problema separado es el lodo: sólidos en suspensión, precipitados de dureza y residuos químicos que se asientan en el fondo del tambor. La purga aborda ambos problemas, con dos mecanismos dirigidos a dos ubicaciones.
La purga superficial toma agua justo debajo de la línea de agua, donde los sólidos disueltos se concentran más porque ahí es donde ocurre la separación del vapor. Funciona de forma continua o casi continua a través de una válvula fija o modulada automáticamente, controlada por un sensor de TDS o conductividad. Debido a que el caudal es constante, es la corriente más adecuada para la recuperación de calor y la palanca principal para mantener los TDS dentro del rango objetivo establecido por el fabricante de la caldera o el proveedor del tratamiento del agua. La tasa se expresa como un porcentaje del caudal de agua de alimentación, comúnmente en bajos dígitos para sistemas bien tratados y más alta cuando la calidad del agua de reposición es pobre.
La purga de fondo toma agua desde el punto más bajo del tambor, donde se acumulan lodos y sólidos sedimentados. Funciona como una descarga corta y a plena apertura una o más veces por turno en lugar de de forma continua, ya que un flujo rápido elimina mejor los sedimentos que un goteo: abrir totalmente, mantener brevemente, cerrar totalmente, evitando una válvula parcialmente abierta que pueda provocar desgaste por arrastre y erosionar el asiento. La purga de fondo elimina muy pocos sólidos disueltos; su función es el control de sedimentos, no el control de TDS.
Los ciclos de concentración (COC) describen cuántas veces más concentrados están los TDS del agua de la caldera respecto a los TDS del agua de alimentación. Dado que los sólidos disueltos solo salen de la caldera mediante la purga, un balance de materia simple da la tasa de purga como un porcentaje del caudal de alimentación aproximadamente igual a 100 dividido por el COC.
| TDS del agua de alimentación (ppm) | TDS objetivo del agua de caldera (ppm) | Ciclos de concentración aproximados | Purga aproximada como % del caudal de alimentación |
|---|---|---|---|
| 50 | 1500 | 30 | ~3,3% |
| 100 | 2000 | 20 | ~5,0% |
| 150 | 3000 | 20 | ~5,0% |
| 250 | 3500 | 14 | ~7,1% |
Una mayor calidad del agua de alimentación, lograda mediante ablandamiento, ósmosis inversa o retorno de condensado, permite más ciclos de concentración para la misma tasa de purga. Cada porcentaje de condensado devuelto en lugar de agua de reposición cruda reduce los TDS del agua de alimentación y disminuye la purga necesaria para mantener el mismo límite de TDS del agua de la caldera. Las instalaciones que buscan reducir la carga de purga deberían revisar sus sistemas de retorno de condensado de vapor antes de ajustar únicamente el tratamiento químico.
El agua de purga sale de la caldera a la temperatura y presión de saturación, transportando calor sensible y, una vez que se despresuriza hacia la presión atmosférica, una porción de calor latente como vapor de destello. Cada kilogramo descargado sin recuperación equivale a energía en términos de agua de alimentación que la caldera ya consumió combustible para crear, una pérdida continua para calderas que realizan purgas de varios porcentajes del caudal de alimentación.
Dos dispositivos, normalmente instalados en serie, recuperan la mayor parte de ese valor:
Juntos, estos pasos recuperan una parte sustancial de la energía que de otro modo se enviaría a desagüe y reducen la temperatura del agua que se envía a la red de alcantarillado, lo que es importante para los permisos de vertido. El calor recuperado también reduce la demanda de vapor del desaireador, relacionando la recuperación de la purga con el rendimiento general del desaireador y el agua de alimentación de la caldera.
La tasa de purga es un equilibrio. Un exceso de purga desperdicia el agua de alimentación tratada y la energía de combustible incorporada, aumenta los costos de agua de reposición y de tratamiento químico, y añade carga a los sistemas de efluentes. Una purga insuficiente permite que los TDS o el lodo se acumulen, incrementando el riesgo de arrastre, priming y formación de espuma que contaminan la calidad del vapor y pueden ensuciar intercambiadores de calor o dañar las palas de las turbinas. El lodo acumulado también aísla las superficies de transferencia de calor, favoreciendo el sobrecalentamiento localizado, la formación de incrustaciones y, en casos severos, la corrosión bajo depósito.
Dado que ambos modos de fallo son costosos pero invisibles en el día a día, el control de la purga se beneficia de un monitoreo constante en lugar de verificaciones manuales periódicas. Rastrear tendencias de TDS, tiempo de funcionamiento de la válvula de purga y porcentaje de retorno de condensado en una plataforma como Fabrico facilita detectar un sensor que deriva o una válvula que no cierra completamente antes de que se convierta en un incidente. Solicite una demostración de Fabrico para ver cómo el monitoreo auxiliar de calderas encaja en un programa de mantenimiento más amplio.
La purga superficial toma desde cerca de la línea de agua para controlar los sólidos disueltos y funciona de forma continua o automática. La purga de fondo toma desde el punto más bajo para eliminar lodos asentados como una descarga breve, intermitente y a plena apertura.
La práctica varía según la calidad del agua de alimentación y la carga de la caldera, pero una referencia común es una o dos veces por turno, siguiendo el procedimiento escrito del fabricante en lugar de un intervalo fijo.
Un tanque flash y un intercambiador de calor recuperan una parte sustancial de la energía que de otro modo se perdería, y el periodo de amortización suele ser corto para calderas con purgas sostenidas de varios porcentajes del caudal de alimentación, aunque la cifra exacta depende del costo del combustible y las horas de funcionamiento.
El condensado devuelto está esencialmente libre de sólidos en comparación con el agua de reposición cruda, por lo que aumentar el porcentaje de retorno reduce el TDS promedio del agua de alimentación, permitiendo más ciclos de concentración y menos purga para el mismo límite de TDS.
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