Qui trình vận hành và sử lý các sự cố nghiêm trọng cho lò hơi Công nghiệp ở Nhà máy sản suất Ván ép MDF Gia lai

1. Lập Qui trình vận hành và sử lý các sự cố nghiêm trọng cho lò hơi Công nghiệp ở Nhà máy sản suất Ván ép MDF Gia lai, với sản và thông số hơi như sau: D = 20 Th, Pbh = 16 Bar 2. Cho lò hơi như hình vẽ Vẽ lại lò hơi Phân loại lò hơi Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ––o0o— LỊ HƠI VÀ MẠNG NHIỆT BÀI TẬP LỚN SỐ MƠN LỊ HƠI VÀ MẠNG NHIỆT GVHD: THS NGUYỄN VĂN TUẤN SVTH: Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 11 năm 2019 MỤC LỤC ĐỀ TÀI NHÓM .3 I ĐẶT VẤN ĐỀ Nước cấp cho lò hơi: .5 a Hậu dùng nước không xử lý: Mục tiêu việc xử lý nước: a Bảo vệ tuổi thọ lò: b Giảm nhiên liệu đốt: .6 II SƠ ĐỒ NƯỚC CẤP CHO LÒ HƠI: III XỬ LÝ NƯỚC CHO LÒ HƠI: .8 XỬ LÝ NƯỚC BÊN NGỒI LỊ HƠI: Khử khí nước cấp, nước ngưng trước đưa vào lị hơi: 1.1 Mục đích khử khí nước cấp lị hơi: .8 1.2 Các phương pháp khử khí .9 XỬ LÝ NƯỚC BÊN TRONG LÒ HƠI: 11 2.1 Mục đích, ý nghĩa 11 2.2 Phương pháp xử lý nước lị phương pháp hóa học 11 a Xử lý nước lò Na2CO3: 11 b Xử lý nước lò muối photphat: .12 BÀI TẬP LỚN SỐ ĐỀ TÀI NHÓM BÀI TẬP LỚN MƠN LỊ HƠI VÀ MẠNG NHIỆT SỐ DHNL13A – NHÓM 12 Xây dựng phương án cấp nước cho lị Cơng nghiệp Nhà máy sản suất Ván ép MDF Gia lai, với sản thông số sau: D = 20 T/h, Pbh = 16 Bar BÀI TẬP LỚN MƠN LỊ HƠI VÀ MẠNG NHIỆT SỐ DHNL13A – NHĨM 12 Lập Qui trình vận hành sử lý cố nghiêm trọng cho lị Cơng nghiệp Nhà máy sản suất Ván ép MDF Gia lai, với sản thông số sau: D = 20 T/h, Pbh = 16 Bar Cho lị hình vẽ - Vẽ lại lị - Phân loại lị - Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động THS NGUYỄN VĂN TUẤN BÀI TẬP LỚN SỐ Thời gian nộp - Bài số 1: ngày 28/10/2019 (bản cứng, file mềm vẽ CAD) - Bài số 2: ngày 11/11/2019 (bản cứng, file mềm vẽ CAD) THS NGUYỄN VĂN TUẤN BÀI TẬP LỚN SỐ I ĐẶT VẤN ĐỀ Nước cấp cho lò hơi: Nguồn nước sử dụng cho nồi nước thủy cục, nước ngầm (giếng khoan) hay sơng hồ Có người lầm tưởng dùng nguồn nước cho lò đạt yêu cầu; vậy, yêu cầu xử lý nước cho lị khơng phải để nước trong, khơng tạp chất mà để lị khơng đóng cáu cặn nhằm bảo vệ lị tránh hư hỏng kéo dài tuổi thọ lò Trong lò hơi, nước (hơi nước) chất dẫn nhiệt, tương tự dầu lò dầu tải nhiệt hay gas thiết bị dùng nhiệt thấp (máy lạnh) Tùy nhiệt độ làm việc mà người ta chọn môi chất phù hợp nhất, nên nước lị khơng cần mà cần trao đổi nhiệt tốt Trao đổi nhiệt đâu? Nhiên liệu đốt cháy thu khói nóng Sức nóng truyền cho nước (hóa thành hơi) qua ống trao đổi nhiệt cịn khói thải bỏ ngồi Như vậy, ống thép có lớp cáu, cặn truyền nhiệt tốt cho được? Khi ống trao đổi nhiệt bám cáu, cặn, ngồi việc hao phí nhiên liệu, cịn có dấu hiệu ống thường xuyên bị rung giật Lý do:  Lớp cặn trắng dày do trong nước có hịa tan tạp chất, mà đặc biệt muối canxi magiê Trong trình làm việc nồi hơi, hình thành CaCO3 và MgCO3 dưới dạng bùn cáu dạng tinh thể bám vào vách ống nồi  Thực tế ống nồi không thấy màu trắng mà thay vào màu đỏ nâu, lý màu đỏ nâu mạnh lấn át màu trắng Màu đỏ nâu vách ống lò bị ăn mòn Vách ống sắt (Fe), mơi trường có sẵn gốc axít, ơxy, nước nhiệt độ; sắt bị phản ứng bóc kết tủa thành cáu cặn màu đỏ nâu (rỉ sét)  Còn ống nồi bị rung, giật thành phần khí có lẫn nước đưa vào nồi Khí chủ yếu ơxy phần cacbonic, ngồi tác hại gây mòn ống (ở trên) lẫn với gây tượng thủy kích, hậu quả: xước, khuyết, phù ống lò THS NGUYỄN VĂN TUẤN BÀI TẬP LỚN SỐ a Hậu dùng nước không xử lý: Khi sử dụng nước không qua xử lý hay xử lý không đạt yêu cầu cho nồi thường xảy hậu sau:  Mau hỏng ống nồi (quan trọng với nồi ống nước): ống nồi mau hỏng nguyên nhân: + Cáu cặn đóng vách ống: độ cứng (Ca2+ và Mg2+) nước cao + Do ống bị ăn mòn + Do nồng độ khí O2 và CO2 trong nước vượt mức cho phép gây xước, phù ống lò Tổng hợp nguyên nhân trên, gây tắc ống, vỡ ống, biến dạng ống,  Do cáu cặn có hệ số truyền nhiệt nhỏ, nói cách khác, hiệu truyền nhiệt kém, làm tốn nhiên liệu cách vơ ích Tổn thất lớn hư hỏng ống lò nhiều lần Mục tiêu việc xử lý nước: Xử lý nước nhằm bảo vệ tuổi thọ nồi hơi, chủ yếu ống lò giảm nhiên liệu đốt a Bảo vệ tuổi thọ lò: Theo TCVN 7704 – 2007, tuổi thọ nồi (chế tạo vận hành tiêu chuẩn, làm việc liên tục 24/24) 15 – 20 năm Muốn vậy, cần phải xử lý nước cho:  Khơng đóng cáu cặn: Dĩ nhiên phải thường xun xả đáy (2 – lần/ngày) Lớp cáu cặn bám vách lị khơng q mm  Nước xả đáy khơng có màu nâu đỏ (ống lị khơng bị mịn)  Bộ phận khử khí thiết kế sử dụng hiệu (đối với nồi có cơng suất hơi/giờ trở lên) b Giảm nhiên liệu đốt: Các ống cáu cặn làm cho tượng trao đổi nhiệt xảy tốt, hiệu cao Từ làm giảm nhiên liệu đốt lị Song nước cấp bốc hơi, bơm vào nồi Chính gây nên khoảng trống dòng chảy bơm, tượng thủy kích làm bơm mau hỏng Vì thế, thực tế, khử khí nâng nước cấp lên 90 – 950C, chấp nhận phần khí cịn sót lại nước; xử lý tiếp hóa chất THS NGUYỄN VĂN TUẤN BÀI TẬP LỚN SỐ  Bổ sung hóa chất: Phần oxy hoà tan chưa loại hết xử lý tác nhân khử, quen gọi "chất khử oxy" Thường dùng chủ yếu Natri sunfit, hydrazine hydrate, carbohydrazide II SƠ ĐỒ NƯỚC CẤP CHO LÒ HƠI: Nguồn nước cấp Bộ xử lý nước (trao đổi cation) Bể lắng Bể trung gian Bể chứa cặn Thiết bị lọc áp lực Xả bỏ Bồn chứa nước THS NGUYỄN VĂN TUẤN Lò BÀI TẬP LỚN SỐ III XỬ LÝ NƯỚC CHO LÒ HƠI: Nước đưa vào nhà máy gồm lượng lớn nước ngưng nước cấp bổ xung qua xử lý Trong nước cấp, nước ngưng đưa vào có chứa lượng khí hịa có tính ăn mịn kim loại chủ yếu O2 CO2 lượng muối nhỏ có khả tạo cáu bám gây nguy hiểm cho lị vận hành Vì vậy, để lị vận hành an toàn ta phải tiến hành xử lý khí muối Các q trình xử lý gọi chung xử lý nước lị Q trình xử lý nước lị gồm hai giai đoạn: -Khử khí O2, CO2 hịa tan nước -Khử muối có khả sinh tượng cáu bám nước lò XỬ LÝ NƯỚC BÊN NGỒI LỊ HƠI: Khử khí nước cấp, nước ngưng trước đưa vào lị hơi: 1.1 Mục đích khử khí nước cấp lị hơi: Các khí hịa tan có tính ăn mịn kim loại O CO2 có khả ăn mòn phá hủy kim loại Các sản phẩm ăn mòn tạo như: Fe(OH) 3, FeCO3…cũng có tác hại lớn Fe(OH)3 FeCO3 theo nước vào lò hơi, tác dụng nhiệt độ nước bốc mãnh liệt làm cho nồng độ tích tụ chúng ngày cao, đến lúc tạo thành cáu bám lên thiết bị trao đổi nhiệt, làm giảm hệ số truyền nhiệt, tốn nhiên liệu, dẫn đến giảm hiệu suất lò, gây cố lị dẫn đến nổ ống  Ăn mịn O2 : Q trình ăn mịn O2 xảy theo chế ăn mịn hóa học ăn mịn điện hóa Q trình ăn mịn hóa học chủ yếu xảy vùng có nhiệt độ cao, cịn ăn mịn điện hóa xảy nhiệt độ thấp Sự ăn mòn oxy lò chủ yếu xảy theo chế ăn mòn điện hóa Cơ chế q trình ăn mịn điện hóa xảy sau: Ở anot xảy trình oxy hóa cịn catot xảy q trình khử với tham gia O2 Các phản ứng sau: THS NGUYỄN VĂN TUẤN BÀI TẬP LỚN SỐ H2O Anot: Catot: H+ + OH- Fe - 2e Fe2+ + 2OH- Fe 2+ Fe(OH)2 Fe(OH)2 + O2 +H2O Fe(OH)3 O2 4OH- + H2O + 4e 2H+ + 1/2 O2 + 2e H2O  Sự ăn mịn khí CO2: Khí CO2 hịa tan nước tạo H 2CO3 làm giảm pH nước ăn mòn kim loại Phản ứng ăn mòn sau: CO2 + Fe + H2O FeCO3 + H2 Mục đích xử lý khí nhằm khử tồn khí hịa tan O 2, CO2 cịn sót lại nước, để tránh ăn mịn phá hủy kim loại chống đóng cáu lị 1.2 Các phương pháp khử khí Để khử triệt để O2 CO2 có nước, người ta dùng kết hợp phương pháp nhiệt phương pháp hóa chất - Khử khí nhiệt: Q trình khử khí cách gia nhiệt đến điểm sơi nước gọi phương pháp khử khí nhiệt Nguyên tắc khử khí nhiệt: Muốn loại trừ hết khí hịa tan khỏi nước phải giảm đến mức tối đa áp suất riêng phần chúng bề mặt nước Để thực điều điều kiện tốt đun sơi nước, lúc bề mặt nước cịn loại khí nước, cịn tất loại khí khác khơng cịn THS NGUYỄN VĂN TUẤN BÀI TẬP LỚN SỐ bị nước chiếm chỗ Vì mà áp suất riêng phần loại khí bề mặt nước xấp xỉ khơng Tồn khí hịa tan bị đẩy ngồi - Khử khí hóa chất Khử khí hóa chất dùng loại hóa chất cho vào nước để khử khí hịa tan nước Phương pháp dùng với nước qua gia nhiệt khử khí, O2 CO2 hịa tan nước bị khử hầu hết  Khử O2 nước Cơ sở phương pháp đưa vào nước chất dễ bị oxy hóa O hòa tan Khi cho chất khử vào, nồng độ O2 hòa tan giảm xuống Chất khử thường dùng Na2SO3, SO2, natrithiosunfat, hydrazin… 2Na2SO3 + O2 SO2 + Ca(HCO3)2 2CaSO3 + O2 2Na2S2O3 + 5O2 2Na2SO4 CaSO3 + 2CO2 + H2O 2CaSO4 4Na2SO4 Ngoài chất khử Na2SO3, hydrazin (N2H4) có ưu điểm hơn: khơng làm tăng lượng cặn khơng hịa tan nước; tính theo trọng lượng hydrazin sử dụng lần Tuy nhiên hydrazin có tính ăn mịn mạnh, có tính độc, ăn mịn da thịt, với hỗn hợp khơng khí gây cháy nổ Do sử dụng hydrazin phải cẩn thận Khi pha vào nước hydrazin làm tăng độ kiềm nước  Khử CO2 amôniac (NH3): Amoniac tan nhiều nước làm cho nước có tính kiềm, nâng cao trị số pH nước Dung dịch amoniac nước amon hydroxit (NH 4OH) Xử lý nước lò NH4OH làm tăng độ pH mà không làm tăng nồng độ ion gây cáu cặn NH 4OH có tác dụng khử CO2 hòa tan nước Phản ứng xảy sau: NH4OH + THS NGUYỄN VĂN TUẤN CO2 NH4HCO3 BÀI TẬP LỚN SỐ 2NH4OH + CO2 (NH4)2CO3 + H 2O XỬ LÝ NƯỚC BÊN TRONG LÒ HƠI: 2.1 Mục đích, ý nghĩa Như biết, chất lượng nước lị khơng đảm bảo u cầu kỹ thuật, khơng làm chất lượng xấu gây dóng cáu tua bin, mà gây ăn mòn đến thiết bị nhiệt, trực tiếp lò hơi, sau thời gian vận hành cặn nước bám vào thành ống thiết bị nhiệt gây nên tượng đóng cáu Mặc dù nước cấp cho lị có độ cứng thấp, khơng vượt q 20-25mgdl/l Nhưng lị hơi, nước ln ln bị bốc cô đặc liên tục nồng độ ion Ca2+, Mg2+ nước lị tăng đến trị số tương đối lớn Do cáu bám dễ dàng hình thành Vì việc khử chất có khả sinh cáu bám lò quan trọng Nguyên tắc xử lý nước lị dùng phương pháp hóa học làm cho tạp chất rắn lắng dạng bùn xả ngồi 2.2 Phương pháp xử lý nước lị phương pháp hóa học Người ta cho trực tiếp hóa chất vào nước lị Các hóa chất tạo hợp chất với ion sinh cáu bám (Ca 2+, Mg2+) tạo kết tủa lắng dạng cáu bùn xả ngồi Những hóa chất dùng là: NaOH, Na2CO3, Na3PO4.12H2O Na2HPO4.12H2O … Trong natri photphat dùng rộng rãi nên nhiều người ta gọi chế độ photphat hóa nước lị Cịn lị nhỏ dùng NaOH Na2CO3 a Xử lý nước lò Na2CO3: Người ta biết dung dịch chứa muối trạng thái phân ly, muối lắng xuống thể rắn tích số nồng độ ion đạt đến trị số số xác định cặp ion chủ yếu xác định theo nhiệt độ Hằng số giới hạn hịa tan muối nhiệt độ gọi độ hòa tan THS NGUYỄN VĂN TUẤN BÀI TẬP LỚN SỐ Ví dụ: Độ hịa tan CaSO4 CaCO3 nhiệt độ tương ứng với số K K1 theo biểu thức sau: K= [Ca2+].[SO42-] (a) K1=[ Ca2+].[CO32-] (b) Để cho Ca2+ lắng xuống dạng CaCO3 cần đảm bảo có lượng thừa CO32- Lượng thừa phải lớn nồng độ SO42- dung dịch cao Do lượng CO32- lớn so với SO42- nên giá trị K1 biểu thức (b) nhanh chóng đạt trước giá trị K biểu thức (a) kịp đạt tới, Ca 2+ chủ yếu lắng xuống dạng CaCO3, cáu bùn CaSO4 dạng cáu cứng Bằng cách ta ngăn ngừa thạch cao CaSO4 không lắng xuống thành cáu bám cứng Vậy đưa ion CO32- dạng Na2CO3 vào lị để nâng cao nồng độ CO 32- đạt giới hạn hịa tan CaCO lúc nồng độ Ca 2+ nhỏ so với giới hạn hòa tan CaSO4 kết CaCO3 lắng xuống CaSO4 b Xử lý nước lò muối photphat: Na3PO4 cho vào nước lò phân ly ion PO43-, chóng liên kết với ion Ca2+, Mg2+ muối silicat, sunfat tạo thành kết tủa dạng bùn khơng dính bám Do đó, xả lị chúng theo nước xả lị ngồi Phản ứng sau: 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3 3CaSO4 Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4 3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 6NaHCO3 10Ca2+ + 6PO43- + 2OH- Ca10(PO4)6(OH)2 + 2Na3PO4 THS NGUYỄN VĂN TUẤN 10