Có cần xử lý nước cấp cho lò hơi

Hơi nước là một nguồn năng lượng quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, với cơ chế chính là sử dụng nhiệt độ để biến nước thành hơi và sau đó sử dụng hơi này để truyền nhiệt. Trong quá trình này, các chất cặn có và không có khả năng tan trong nước thường được giữ lại trong lò hơi. Nước cấp cho lò hơi thường được lấy từ các nguồn như nước hồ, nước giếng, nước sông, v.v. Tuy nhiên, có một số quan điểm sai lầm về nước cấp cho lò hơi:

Một số người cho rằng nước trong lò hơi chỉ cần có khả năng truyền nhiệt tốt, giống như dầu trong các loại lò sưởi hay gas trong các thiết bị làm lạnh. Họ tin rằng nước cấp cho lò hơi không nhất thiết phải sạch.

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

Ngược lại, có người lại cho rằng nước cấp trong lò hơi phải hoàn toàn sạch và không có tạp chất.

Nước cấp cho lò hơi không chỉ cần đáp ứng các yếu tố chất lượng cơ bản mà còn cần phải có độ cứng thấp để ngăn chặn việc đóng cặn và ăn mòn hệ thống. Việc này quan trọng để duy trì hiệu suất truyền nhiệt và để ngăn chặn các tác động tiêu cực đối với hệ thống.

Khi nước được đun sôi, các chất hóa học trong nước có thể biến đổi. Quá trình này có thể tạo ra các chất cặn không tan, gây khó khăn cho việc truyền nhiệt và vận chuyển nước trong các thiết bị. Các loại cặn này có những đặc tính lý hóa khác nhau, từ màu sắc đến độ cứng và khả năng bám dính lên các bề mặt kim loại.

RỦI RO KHI BỎ QUA VIỆC XỬ LÝ NƯỚC TRONG LÒ HƠI

Khi cặn và các chất đặc biệt khác tích tụ trong ống trao đổi nhiệt, hiệu suất trao đổi nhiệt sẽ giảm, dẫn đến tiêu hao nhiên liệu và gây rung động trong đường ống. Các loại cặn trắng, thường là các hợp chất của canxi và magiê như CaCO3 và MgCO3, có thể xuất hiện dưới dạng bùn hoặc tinh thể và bám vào bề mặt của ống lò hơi.

Thực tế cho thấy các ống lò hơi thường có màu nâu đỏ, chứ không phải màu trắng. Điều này là do ảnh hưởng của sự ăn mòn từ các muối và axit trong nước, cùng với hiện diện của oxy và nhiệt độ cao, khiến sắt trong ống lò hơi phản ứng và tạo thành cặn nâu.

Các hiện tượng như rung động và giật mình của ống lò hơi thường do sự hiện diện của các khí như oxy và CO trong nước. Những khí này không chỉ gây ăn mòn ống lò hơi mà còn có thể tạo ra các vấn đề khác như thủy kích, xước và phù ống lò hơi.

MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC XỬ LÝ NƯỚC TRONG LÒ HƠI

Xử lý nước cấp cho lò hơi đúng cách có thể kéo dài tuổi thọ của lò hơi, bảo vệ ống và giảm tiêu hao nhiệt năng.

BẢO QUẢN TUỔI THỌ CỦA LÒ HƠI

Theo tiêu chuẩn TCVN 7704 – 2007, tuổi thọ kỳ vọng của một lò hơi là từ 15-20 năm, nếu đạt đủ các yêu cầu tiêu chuẩn. Để đạt được điều này, việc xử lý nước cần phải:

Ngăn chặn đóng cặn: Việc xả đáy lò hơi 2-3 lần/ngày có thể giúp duy trì lớp cặn dày không quá 1 mm.

Phòng chống ăn mòn: Nước xả từ đáy lò hơi không nên có màu nâu đỏ.

Sử dụng bộ phận khử khí hiệu quả: Điều này quan trọng cho các lò hơi với công suất từ 5 tấn hơi/giờ trở lên.

TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU

Khi ống lò hơi ít bị cặn, hiệu quả trao đổi nhiệt sẽ tăng, giúp giảm tiêu hao nhiên liệu.

CÁCH TIẾP CẬN XỬ LÝ NƯỚC TRONG LÒ HƠI:

Việc xử lý nước trong lò hơi có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn:

LÀM MỀM NƯỚC VÀ LOẠI BỎ ION AXIT:

Phương pháp cơ học: Sử dụng bình lắng và bộ lọc để loại bỏ ion axit khỏi nước. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế là không thể loại bỏ các tạp chất có đường kính nhỏ hơn 1mm. Vì thế, nó không hiệu quả và rất ít được sử dụng trong lò hơi.

Phương pháp hóa học: Sử dụng các loại hóa chất để khử độ cứng của nước, thường chỉ hiệu quả với muối có gốc carbonat. Phương pháp này tốn kém và ít được áp dụng do hiệu quả không cao.

Phương pháp trao đổi cation: Đây là phương pháp sử dụng phản ứng trao đổi giữa các ion dương (cation) trong nước với các hạt cationit, tạo ra các chất mới không gây cặn. Loại này thường được sử dụng trong các đơn vị vận hành lò hơi với các loại cationit như NaR, HR, và NH4R.

Sử dụng Cationit Natri (NaR): Loại này khử toàn bộ độ cứng mà không làm thay đổi các thành phần anion và độ kiềm của nước.

Sử dụng Cationit Hydro (HR): Cần phải dùng thêm NaR để tránh việc axit hình thành có thể ăn mòn ống lò hơi.

Sử dụng Cationit Amon (NH4R): Gây ra tình trạng ăn mòn do hình thành chất NH3 và axit, nên cũng cần phải dùng thêm NaR.

Quá trình tái sinh cationit: Sau một thời gian sử dụng, các hạt cationit sẽ mất dần khả năng hoạt động. Để tái sinh, cần phải thực hiện quá trình trao đổi với các chất có khả năng tái tạo cationit ban đầu.

Việc chọn lựa phương pháp phù hợp không chỉ giúp tăng hiệu suất hoạt động của lò hơi mà còn giảm thiểu các rủi ro liên quan đến ăn mòn và độ cứng của nước.

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP

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 (NH,R).

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 NH R 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.

TĂNG ĐỘ PH

Điều chỉnh độ pH bằng 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.

Loại Khí Cần Xử Lý và Phương Pháp

Trong nước cấp nồi hơi, các khí cần được xử lý chủ yếu là oxy và trong một mức độ nhỏ hơn là cacbon điôxít. Các loại khí khác thường không đáng kể. Để loại bỏ các khí này, có hai phương pháp chính:

Nâng Nhiệt Độ Nước Cấp

Đối với các khí không phản ứng với nước, nồng độ thấp và áp suất cũng thấp, mức độ tan của chúng trong nước sẽ phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ. Phương pháp này sử dụng hơi nước từ lò hơi để đun sôi nước cấp. Khi nước cấp bốc hơi ở áp suất khí quyển, khí sẽ bị loại ra khỏi nước vì áp suất riêng phần của khí giảm xuống còn 0.

Tuy nhiên, khi nước cấp bốc hơi và được bơm vào nồi hơi, có thể xảy ra hiện tượng thủy kích trong bơm, làm cho bơm bị hỏng nhanh chóng. Vì vậy, trong thực tế, việc nâng nhiệt độ thường chỉ đạt đến 90-95°C, chấp nhận một phần khí còn sót lại trong nước.

Bổ Sung Hóa Chất

Các tác nhân khử, thường được gọi là “chất khử oxy,” được sử dụng để xử lý lượng oxy còn lại hoà tan trong nước. Các hóa chất thường được sử dụng bao gồm Natri sunfit, hydrazine hydrate, và carbohydrazide.

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC LÒ HƠI

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

Trao đổi cation

• Mục đích: khử độ cứng của nước (Dùng muối NaCl 6 – 8% vào nước nguồn để tẩy CaCl, 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 CaCO3/1

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/1), trong khi yêu cầu ô-xy hòa tan < 0,1 mg/1

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