CÓ CẦN XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO LÒ HƠI?

CÓ CẦN XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO LÒ HƠI KHÔNG?

Năng lượng hơi nước được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp với nguyên lý chung là dùng nhiệt chuyển hóa nước thành hơi  và truyền nhiệt lượng trong hơi đó cung cấp đến thiết bị sử dụng nhiệt. Khi nước được chuyển hóa thành hơi thì các loại cặn không tan và hòa tan trong nước được giữ lại trong nồi hơi.

Nguồn nước sử dụng cho lò hơi thường là nước thủy cục, nước giếng, nước sông hồ… Có 2 hiểu nhầm trong vấn đề nước cấp lò hơi như sau:

1. Nước sử dụng trong lò hơi với vai trò là chất dẫn nhiệt giống như dầu trong lò dầu tải nhiệt, gas trong thiết bị dùng nhiệt lạnh (máy lạnh, tủ lạnh),... Nên nước cấp lò hơi không cần sạch, chỉ cần trao đổi nhiệt tốt là được.
2. Nước dùng cho lò hơi là nguồn nước đạt yêu cầu phải trong, sạch không lẫn tạp chất.

Các dạng cáu, cặn trong ống trao đổi nhiệt của lò hơi.

Nước cấp cho nồi hơi ngoài các chỉ tiêu thông thường cho nước cấp còn đòi hỏi các chỉ tiêu chất lượng đặc biệt cao hơn về độ cứng của nước, nhằm ngăn ngừa tối đa sự lắng, đóng cặn làm ăn mòn hệ thống, giảm năng lực truyền nhiệt và có thể gây ra những hậu quả xấu cho hệ thống. Do vậy, phải đạt các chỉ tiêu chất lượng cao về độ cứng.

Dưới tác dụng của nhiệt, quá trình bốc hơi nước xảy ra và cùng với quá trình đó, các hóa chất trong nước biến đổi theo các quá trình hóa học riêng, nhiều chất sinh ra và nhiều chất bị phân hủy dẫn đến sự tạo thành cặn không hòa tan kết bám hoặc lắng đọng, gây cản trở cho quá trình truyền nhiệt và vận chuyển trong thiết bị. Mỗi loại cặn có tính chất lý hóa đặc trưng về màu sắc, độ cứng, độ kết bám lên bề mặt kim loại..

Xét về thành phần hóa học, cặn kết bám trong hệ thống Nồi hơi được phân thành các nhóm sau:

1. Cặn của các hợp chất kim loại kiềm thổ chủ yếu là canxi, magie như CaCO₃, CaSO₄ ....và được gọi tên theo thành phần tối đa như cacbonat, sunfat, photphat...

2. Cặn của các hợp chất sắt như: Fe₂O₃, FeSiO₃ ....

3. Cặn của các hợp chất đồng và cặn silicat.

NHỮNG NGUY CƠ KHI KHÔNG XỬ LÝ NƯỚC LÒ HƠI

Các cáu, cặn bám vào ống trao đổi nhiệt sẽ khiến quá trình trao đổi nhiệt bị giảm, khiến hao phí nhiên liệu và các đường ống thường xuyên bị rung giật.

Lớp cặn trắng và dày nhìn bằng mắt thường là do các tạp chất hòa tan trong nước như muối Canxi, Magiê. Công thức hóa học là CaCO₃, MgCO₃, tồn tại dưới dạng bùn hoặc dạng tinh thể bám vào vách ống lò hơi.

• Trong thực tế, các ống nồi hơi không có cáu cặn màu trắng mà là màu đỏ nâu. Màu đỏ nâu này là do vách ống lò bị ăn mòn bởi muối trong nước, lấn át màu trắng. Vách ống lò hơi bằng sắt, trong môi trường nước lò hơi có chứa gốc axít, oxy, nước và thêm nhiệt độ lò; sắt phản ứng với các gốc axit tạo thành cáu cặn có màu nâu.
• Hiện tượng ống lò hơi bị rung, giật là do khí trong khí quyển như Oxy, CO₂ lẫn vào nước. Chúng gây ra hiện tượng ăn mòn ống. Ngoài ra còn gây ra hiện tượng thủy kích, xước, khuyết, phù ống lò hơi.

MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC XỬ LÝ NƯỚC LÒ HƠI

Sử dụng nước đã qua xử lý giúp lò hơi tăng tuổi thọ, chủ yếu bảo vệ ống lò và giảm hao phí lượng nhiệt năng.

BẢO VỆ TUỔI THỌ CỦA LÒ:

Theo TCVN 7704 – 2007, quy định tuổi thọ của nồi hơi (chế tạo và hoạt động đúng tiêu chuẩn, làm việc liên tục 24/24) là khoảng 15 – 20 năm. Muốn được như vậy, cần phải xử lý nước sao cho:

• Không đóng cáu cặn: Để tránh đóng cáu cặn lò hơi, phải thường xuyên xả đáy từ 2 đến 3 lần/ngày. Nhằm duy trì lớp cáu cặn bám trên vách lò không quá 1 mm.
• Ống lò không bị mòn, nước xả đáy không có màu nâu đỏ
• Bộ phận khử khí được thiết kế đúng và sử dụng hiệu quả (đối với nồi hơi có công suất 5 tấn hơi/giờ trở lên).

TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU ĐỐT:

Các ống lò hơi ít bị cáu cặn sẽ trao đổi nhiệt tốt hơn, hiệu quả hoạt động của lò cao. Giúp hạn chế hao hụt nhiên liệu.  

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC:

Để xử lý nước lò hơi có nhiều cách, ví dụ:

1. LÀM MỀM NƯỚC, GIẢM GỐC MUỐI AXIT TRONG NƯỚC:

Phương pháp cơ học: Là phương pháp sử dụng các bình lắng và bộ lọc để tách các gốc muối axit ra khỏi nước. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là không lọc được tạp chất có đường kính nhỏ hơn 1mm. Hiệu quả rất kém, nước lọc không dùng trong nồi hơi được.

Phương pháp hóa học: Dùng hóa chất, thường chỉ khử được độ cứng bằng cách kết tủa gốc muối chứa Cacbonat, không khử được độ cứng không có gốc Cacbonat. Vì vậy phương pháp này tốn kém nhiều nhưng hiệu quả lại không cao nên ít được sử dụng.

Phương pháp trao đổi cation:

Là tạo ra quá trình phản ứng trao đổi giữa các cation của chất cứng hòa tan trong nước, tạo ra phản ứng hóa học trao đổi giữ các chất sinh cáu cặn với các hạt cationit.

Tạo ra những chất mới không sinh cáu cặn. Cationit là chất xử lý tổng hợp có gốc R ngậm các cation, không tan trong nước. Các cation đóng cáu cặn sẽ được giữ lại, còn các cation khác sẽ được đi vào lò qua hệ thống nước cấp. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong nồi hơi.  

Các đơn vị sử dụng nồi hơi thường dùng các loại cationit để xử lý nước nồi hơi: cationit natri (NaR), cationit hydro (HR), cationit amôn (NH₄R).

Khi dùng Cationnit Natri sẽ khử được toàn bộ chất cứng, không làm thay đổi độ kiềm và các thành phần anion khác.

Phương trình hóa học xảy ra như sau:

2NaR+ Ca (HCO₃)₂ -> CaR₂ + 2NaHCO₃.

2NaR+ Mg (HCO₃)₂ -> MgR₂ + 2NaHCO₃.

2NaR+ CaCl₂ -> CaR₂ + 2NaCl.

2NaR+ MgCl₂ -> MgR₂ + 2NaCl.

2NaR+ CaSO₄ -> CaR₂ + Na₂SO₄.

2NaR+ MgSO₄ -> CaR₂ + Na₂SO₄.

Khi dùng Cationit Hydro khử độ cứng của nước, gốc H⁺ sẽ tạo thành axit ăn mòn ống lò hơi. Chính vì vậy, khi xử lý nước với HR phải dùng thêm NaR.

Khi dùng NH₄R thì độ cứng còn rất nhỏ, nhưng tạo thành chất NH₃ và axit gây ăn mòn kim loại nên cũng vậy, khi dùng NH₄R người ta dùng thêm NaR.

Các cationit hoạt động sau một thời gian sẽ mất dần các cation. Để các cationit hoạt động như ban đầu, cần phải tạo ra sự trao đổi giữa chúng với những chất có khả năng tạo các cationit ban đầu. Quá trình này được gọi là quá trình hoàn nguyên cationit.

Quá trình hoàn nguyên Cationit như sau:

Để hoàn nguyên cationit natri, người ta dùng dung dịch muối NaCl có nồng độ 28%.

Phương trình hóa học: 

CaR₂ + 2NaCl -> CaCl₂ + NaR

MgR₂ + 2NaCl -> MgCl₂ + NaR

Thời gian diễn ra quá trình hoàn nguyên khoảng 60 phút. Gồm các giai đoạn:

• Rửa ngược: Nhằm bỏ phần cặn rắn không tan nằm trên, quá trình này phải rửa chậm, để tránh nhựa bị cuốn theo nước.
• Rửa bằng nước muối sạch khoảng 30 phút
• Rửa nước muối bằng nước mềm
• Kết thúc quá trình rửa và kiểm tra độ cứng.

2. TĂNG ĐỘ PH

Điều chỉnh độ pH nằng hóa chất xử lý nước, thường dùng là có gốc Na⁺. Phải duy trì độ pH nước nồi hơi thích hợp để tránh ống lò hơi bị ăn mòn, tạo một hệ đệm có chứa cả các thành phần NaOH và muối phốt phát. 

3. KHỬ KHÍ

Loại khí cần xử lý trong nước cấp nồi hơi chủ yếu là oxy và ít hơn là khí Cacbon điôxít, các loại khí khác không đáng kể. Có 2 cách xử lý:

Nâng nhiệt độ nước cấp: Đối với các khí không phản ứng với nước, có nồng độ và ở áp suất thấp thì, ở mỗi mức nhiệt độ hàm lượng khí sẽ có tỉ lệ tan với áp suất riêng.  Để khử khí người ta dùng hơi nước lò hơi để làm sôi nước cấp, ở áp suất khí quyển, trên toàn bộ bề mặt nước sẽ bốc hơi, áp suất riêng phần của khí là 0, khí sẽ bị loại ra khỏi nước.Khi nước cấp bốc hơi, và được bơm vào nồi. Lúc này dòng chảy trong bơm sẽ tạo ra một khoảng trống trong ống bơm. Điều này sẽ gây ra hiện tượng thủy kích, làm bơm mau hư hỏng. Vì thế, trong thực tế, bộ khử khí chỉ truyền nhiệt cho nước cấp đến 90 – 95⁰C, chấp nhận một phần khí còn sót lại trong nước; và được xử lý tiếp bằng hóa chất.

Bổ sung hóa chất: Một phần oxy hoà tan còn lại sẽ được xử lý bằng các tác nhân khử, hay còn là các “chất khử oxy”. Thường dùng chủ yếu là Natri sunfit, hydrazine hydrate, carbohydrazide.

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC LÒ HƠI:

Quy trình xử lý nước nồi hơi thường phải trải qua 3 giai đoạn:

 1. Trao đổi cation:

• Mục đích: khử độ cứng của nước (Dùng muối NaCl 6 – 8% vào nước nguồn để tẩy CaCl₂, MgCl₂).
• Áp dụng: Chỉ dùng cho nước nguồn (Không sử dụng cho nước ngưng)
• Kết quả: Thường chỉ gần đạt 2 – 3 mg/l, trong khi yêu cầu độ cứng tổng < 2 mg CaCO₃/l

 2. Bình khử khí:

• Mục đích: Khử khí O₂ tan trong nước 
• Áp dụng: Cho cả nước nguồn và nước ngưng.
• Kết quả: Gần đạt (kết quả ≥ 0,5 mg/l), trong khi yêu cầu ô-xy hòa tan < 0,1 mg/l

 3. Bổ sung hóa chất:

• Mục đích: Xử lý các phần còn lại để nước đạt chỉ số tiêu chuẩn, bao gồm cả độ cứng và khử khí.
• Áp dụng: Nước nguồn và nước ngưng.
• Kết quả: Phải đạt tất cả chỉ số trong Tiêu chuẩn, phải đạt khi:
  • Kiểm tra ngay: nước xả đáy không có màu đỏ
  • Kiểm tra định kỳ: Ống lò không có cáu cặn, không bị rỗ, xước

Xem thêm bảng yêu cầu về chất lượng nước: Tại đây