Có hai ph ng pháp chính kh khí trong n c ó là kh khí b*ng nhi t và kh khí b*ng hóa ch t... Ph ng pháp này g!i là ch photphat hóa n c lò.
Trang 11
4.1 Khái quát
N c là nguyên li u ch y u trong nhà máy nhi t i n t o ra h i n c N c
sau khi vào lò h i c h p th nhi t n ng c a nhiên li u do t cháy to ra bi n thành
h i n c H i n c sinh ra trong lò h i i qua b quá nhi t nâng cao nhi t và c
d n vào tua bin T i ây th c hi n vi c chuy n bi n nhi t n ng thành c n ng làm quay
tua bin Máy phát i n có vai trò bi n c n ng thành i n n ng Thi t b chính c a nhà
máy nhi t i n là lò h i và turbine m b o thi t b v n hành an toàn, kinh t , yêu
c u ch t l ng n c dùng cho lò h i ph i r t ch t ch và t các ch tiêu quy nh c a
nhà ch t o
Tuy n c cung c p cho lò h i là n c kh khoáng nh ng c ng không th lo i b
h t các t p ch t hóa h!c Các t p ch t hóa h!c này sau m t th"i gian v n hành s tích t
n m t n#ng l n #ng th"i, $ i%u ki n nhi t , áp su t cao, các t p ch t hóa
h!c này có th gây nên hi n t ng n mòn và óng cáu c n Các hi n t ng này %u do
ch t l ng n c gây ra s làm nh h $ng n quá trình v n hành bình th "ng c a chu
trình nhi t và gây ra m t s h u qu nghiêm tr!ng nh gi m hi u su t truy%n nhi t, gây
n& "ng ng truy%n nhi t, gây n mòn t ng cánh turbine,…
Hi n
óng
cáu
Làm gi m hi u su t lò h i do
óng cáu ( c'ng, silica, oxit kim lo i) bám trên b% m t ng truy%n nhi t
Gây dãn n$ ho c n& "ng ng
sinh h i
Do c'ng, silica t( n c kh khoáng, ho c các ngu#n khác mang vào lò
Do s n ph)m n mòn kim lo i x y ra trên "ng ng, thi t b nhi t
Áp d ng ch x lý n c lò, n c
c p không úng
n mòn
Gây n mòn "ng ng, thi t b
nhi t do s có m t c a O2/CO2
S n ph)m c a quá trình n mòn s
óng cáu trên "ng ng trao &i nhi t ng sinh h i
Do O2, CO2 và các t p ch t n mòn khác t( n c kh khoáng, ho c các ngu#n khác mang vào
Do thi t b kh khí v n hành không úng ch
Do áp d ng ch x lý n c lò,
n c c p không úng d n n pH
gi m
Trang 22
H i cu n
(b n h i
n c)
Làm gi m ch t l ng h i, gây
óng cáu silica trên cánh turbine
ho c "ng ng quá nhi t
Do hi n t ng sôi b#ng trong bao h i
Do n#ng mu i trong bao h i cao,
ch t l ng n c lò vi ph m
Do trong quá trình v n hành có s sai
l ch
h n ch t i thi u các hi n t ng nguy h i này ng "i ta s d ng m t s bi n
pháp x lý n c lò, n c ng ng, n c c p nh là kh khí, photphate hóa n c lò, gia
nhi t cho n c Các ph ng pháp này nh*m m c ích:
• Chuy n &i nh+ng ch t d, óng cáu sang d ng c n n c (h t k t tu $ d ng
bùn nhão, l l ng trong n c lò, không k t tinh, d, dàng th i ra ngoài khi x
áy)
• Tách oxy hòa tan trong n c ng ng, n c c p
• Ng n ch n hi n t ng h i cu n, làm b)n h i n c
• i%u ch nh pH n c lò trong m t d i nh t nh tránh hi n t ng n mòn
acid, n mòn ki%m
• i%u ch nh pH n c lò trong m t d i nh t nh gi+ cho Silica, Mg t#n t i $
d ng hòa tan trong n c, không t#n t i $ d ng d, óng cáu
• i%u ch nh pH c a n c ng ng, n c c p trong d i nh t nh, ng n ch n quá
trình n mòn thi t b do O2 hòa tan trong n c
• Kh khí cho n c lò h i
Oxy và cacbonic hòa tan trong n c là nguyên nhân gây ra hi n t ng n mòn
nghiêm tr!ng trong h th ng h i và hình thành lên hi n t ng r sét lên b% m t bên trong
c a ng tránh s n mòn thì n c c p cho lò h i ph i qua m t giai o n kh khí Có
hai ph ng pháp chính kh khí trong n c ó là kh khí b*ng nhi t và kh khí b*ng
hóa ch t
4.1.1 Kh khí b ng ph ng pháp nhi t
4.1.1.1 Nguyên lý
Ph ng pháp kh khí trong n c d a trên hai nguyên t-c khoa h!c c b n
Nguyên t c u tiên là nh lu t Henry, theo nh lu t này thì l ng khí hoà tan trong
Trang 33
m t ch t l ng t l thu n v i áp su t áp su t c a khí trên b% m t thoáng c a ch t l ng ó
Khi t ng áp su t, ng "i ta có th t ng l ng khí hoà tan trong ch t l ng Còn khi áp su t
gi m, khí hoà tan trong ch t l ng s thoát ra ngoài ây úng là nh+ng gì th "ng nhìn
th y khi m$ m t chai n c có gas: khí CO2 c hoà tan trong ch t l ng và ch u m t áp
su t trong cái chai này Khi m$ n-p chai, làm gi m áp su t, khí s trào ra Nguyên t c áp
d ng th hai là m i quan h t l ngh ch gi+a hòa tan c a khí trong n c v i nhi t
c a n c
4.1.1.2 c i m c a ph ng pháp
Do yêu c u b trí g!n và thu n l i cho vi c u n i "ng n c c p t i kh khí và
n c c p ã kh khí t i b m c p cùng v i b trí "ng h i trích n kh khí cho lên,
kh khí c t cao nh t trong gian máy và th "ng b trí ngoài tr"i khí c tách ra
bay vào không khí bên ngoài
#ng th"i, d a vào tính toán c t áp c a b m n c ng ng ch!n c cao c a
bình kh khí c ng nh áp su t n c c p u vào c a bình kh khí
tính toán tránh hi n t ng xâm th c cho b m c p, ng "i ta ph i tính toán c t
n c t i bình kh khí và ti t di n "ng ng sao cho m b o l u l ng cho b m c p và
không x y ra hi n t ng chân không cho u vào b m c p
Hàm l ng oxy hòa tan trong n c
Nhi t n c
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Áp su t
(Mpa)
0,1 14 10,8 8,8 7,5 6,2 5,4 4,7 3,6 2,6 1,6 0
0,08 11 8,5 7,0 5,7 5,0 4,2 3,4 2,6 0,6 0,5 0
0,06 8,3 6,4 5,3 4,3 3,7 3,0 2,3 1,7 1,8 0 0
0,04 5,7 4,2 3,5 2,7 2,2 1,7 1,1 0,4 0 0 0
0,02 2,3 2,0 1,6 1,4 1,2 1,0 0,4 0 0 0 0
0,01 1,2 0,9 0,8 0,5 0,2 0 0 0 0 0 0
B ng 4.1: M i quan h gi a hàm l ng oxy hòa tan trong n c v i áp su t và nhi t
8 1BC '7 17 & &7 ! 0 "
8 E! G &7 H7/!7I
M1L O("
Trang 44
4.1.1.3 Các lo i thi t b kh khí b ng nhi t (Deaerator)
a Bình kh khí ki u máng tràn/ki u khay (Tray deaeator)
N c c rót t( trên xu ng qua r t nhi%u t ng khay g/ ho c kim lo i, có th
chia kh i n c t( m t dòng ban u thành nhi%u dòng nh ho c nhi%u màng nh h n
Càng qua nhi%u t ng khay, n c càng b xé nh ra Phía d i áy tháp, ng "i ta th&i h i
n c khô liên t c i qua Các tia n c b xé nh ra, và ch t khí bên trong d, dàng thoát ra
ngoài M t khác do nhi t c a lu#ng h i nóng truy%n cho, n c s sôi lên làm cho các
ch t khí hòa tan s bay ra vào không gian trên m t n c và x ra ngoài (hình 4.1)
N c vào bình kh khí là n c ng ng, n c m%m ã kh khoáng b& sung cho
chu trình, h i chèn u tr c tuabin H i dùng gia nhi t cho n c trong thi t b kh khí
là lu#ng h i áp su t th p l y t( h th ng h i trích c a tuabin
E! UYZ
b Bình kh khí ki u phun (Spray deaerator)
xé nh dòng n c ng "i ta dùng vòi phun s ng tr c ti p N c phun thành
h t m n làm cho m t ph n khí hòa tan thoát ra ngoài H i n c i t( d i lên s gia nhi t
cho các h t b i n c, khi n các h t b i n c sôi làm cho ph n l n ch t khí hòa tan bay ra
và b x ra ngoài theo lu#ng h i nóng
N c vào bình kh khí là n c ng ng, n c m%m ã kh khoáng b& sung cho
chu trình, h i chèn u tr c tuabin H i dùng gia nhi t cho n c trong thi t b kh khí
là lu#ng h i áp su t th p l y t( h th ng h i trích c a tuabin
t ng hi u qu ti p xúc gi+a h i và n c c ng nh phân b %u lu#ng h i
nóng i lên ng "i ta còn t thêm l p m r/ng vào thi t b kh khí ki u phun n c này
,# E! UYZ
c Bình kh khí ki u nhi t l c chân không
+ ! > F"
Trang 55
% H A /% "
0 ,#d<8 e"Uf"
4.1.1.4 Kh khí b ng hóa ch t
Tuy n c cung c p cho lò h i là n c kh khoáng nh ng c ng không th lo i b
h t các t p ch t hóa h!c Các t p ch t hóa h!c này sau m t th"i gian v n hành s tích t
n m t n#ng l n #ng th"i, $ i%u ki n nhi t , áp su t cao, các t p ch t hóa
h!c này có th gây nên hi n t ng n mòn và óng cáu c n Các hi n t ng này %u do
ch t l ng n c gây ra s làm nh h $ng n quá trình v n hành bình th "ng c a chu
trình nhi t và gây ra m t s h u qu nghiêm tr!ng nh gi m hi u su t truy%n nhi t, gây
n& "ng ng truy%n nhi t, gây n mòn t ng cánh turbine,…
h n ch các hi n t ng trên ng "i ta v n c n c p m t s lo i hoá ch t nh*m x
lý n c ngay trong chu trình nhi t Hóa ch t làm s ch oxy c b& sung th "ng xuyên
vào n c c p ã c kh khí tách n t ph n oxy i theo n c c p mà bình kh khí
không kh h t c Chúng là các ch t vô c nh natri sunfit, hydrazine,… hay h+u c
nh hydro quinon, hydroxylamin, metyl etylxetoxim và xít ascorbic,…
Trang 66
M t s hoá ch t và tác d ng c a chúng nh b ng 4.2 và hình 4.7
! " #$
% &
Trang 77
5- 67 682 92 3 : ; &1 <&- 2 92 3 : = &1 <
&
Trang 88
Ph t phát Bao h i
H n ch óng cáu trong ng sinh h i Nâng pH n c lò, h n ch quá trình n mòn và óng cáu
Amoniac
NH 3
u )y
B m ng ng
Nâng pH c a n c trong chu trình nhi t
Gi m quá trình n mòn hoá h!c
Gi m óng cáu s-t
Hydrazine
N 2 H 4
b m ng ng
Kh oxy trong chu trình nhi t
H n ch quá trình n mòn i n hoá, t( ó gi m óng cáu s-t trong bao h i
B ng 4.2: M t s hóa ch t và tác d ng c a chúng
a S d ng s t kh khí
Dùng phôi thép
4 3 2
2
Trang 99
8 e"Z) e"h
hYL9 " 5 c#) 8 # % g## B_ \ =WYUW N /* BH7 &
9MY=M# \ ) 7A _ B_ !/* "
! 0 ZMM
/!7I
5 T ! H d# \f = h LU >9U
E A 67! ,#"
< 3 ! ! d O(f =VU >M1L
Dùng viên bi thép ho t tính
/!7 +B_ B7 B ;!3< =WYUW ;!9?3e 9Y=W ! ZMYhMM
BH7) N & ' g#" lP *# ) 8 K!1 # X B_ B7 B !
Dùng b t s t hoàn nguyên
0 c c âm x y ra s oxi hóa:
Fe 1 Fe2+ + 2e
0 c c d ng x y ra s kh :
O2 + 2H2O + 4e 1 4OH-
mn9oo 93<Y mnd3<f9
emnd3<f9o 39o 9<93 emnd3<f=2
Trang 1010
mn9oo 9;!l mnl9o 9;!o
b S d ng Hydrazine - h p ch t kh oxy
Nh ta ã bi t khi trong n c có m t oxy t c n mòn kim lo i t ng cao Trong
chu trình n c-h i, oxy th "ng xâm nh p vào h th ng thông qua n c kh khoáng m i
b& sung, th "ng vào bình ng ng kh i l ng oxy, ng "i ta b m vào trong chu trình
h i-n c m t l ng hydrazine, thông th "ng b m vào u )y b m ng ng Quá trình
kh oxy x y ra nh sau:
Ph n 'ng #ng th trong dòng n c (ch y u trên tuy n n c ng ng, n c c p)
khi n hydrazine kh ngay oxy hòa tan trong n c
N2H4 + O2 1 N2 + 2H2O
Ph n 'ng d th x y ra trên b% m t kim lo i (ch y u trong bao h i):
6Fe2O3 + N2H4 1 Fe3O4 + N2 + 2H2O Trên tuy n n c ng ng, n c c p, do nhi t ch a cao ph n 'ng #ng th chi m
u th Trong bao h i, ph n 'ng d th chi m u th h n C hai ph n 'ng #ng th và d
th %u có s n ph)m là n c và nit , không có s n ph)m là ch t r-n, do ó x lý n c
ng ng và n c c p c 'ng d ng r ng rãi trong các lò trung và cao áp
Có nhi%u y u t nh h $ng n t c kh oxy c a hydrazine nh pH; nhi t ,
hàm l ng hydrazine Thông th "ng t ng t c kh oxy ng "i ta duy trì m t l ng
d hydrazine, ta có th th y nh h $ng c a y u t l ng hydrazine d và nhi t i v i
t c kh oxy qua # th d i
V% m t lý thuy t, ta có th oán là hydrazine s m t mát do chuy n vào pha khí
khi i qua tháp kh khí Tuy nhiên trong th c t cho th y vi c m t mát hydrazine qua
tháp kh khí là không nhi%u Do v y, hydrazine c b m vào tr c tháp kh khí,
th "ng là u )y b m ng ng h n ch quá trình n mòn ngay t( tuy n n c ng ng
Trong chu trình h i, khi hydrazine v n chuy n n thi t b có nhi t cao (nh b
hâm, bao h i), nó s b phân h y t o ra amoniac theo các ph n 'ng d i nâng cao tr s
pH c a n c #ng th"i kh khí CO2 trong n c Do ó, n u trong h th ng có thi t b
c ch t o b*ng kim lo i #ng, ho c h p kim #ng thì c n ph i kh ng ch hàm l ng
hydrazine c ng nh amonia tránh s n mòn #ng c a amoniac
Ph n 'ng phân hu Hydrazine do nhi t :
3N2H4 1 4NH3 + N2
2N2H4 1 2NH3 + N2 + H2
c S d ng Amoniac- h p ch t trung hòa
Các ion cacbonat th "ng xâm nh p vào chu trình h i thông qua n c kh khoáng
b& sung d i d ng bicacbonate HCO3- Trong bao h i, n i có nhi t cao, các ion này s
phân h y nhi t t o ra khí CO2 Ngoài ra, khi trong n c kh khoáng có l n t p ch t h+u
c xâm nh p vào, chúng c ng s phân h y nhi t trong lò h i t o ra khí CO2 Khí CO2 s
theo h i và ng ng t l i trong n c ng ng và b th y phân (theo ph ng trình d i) t o
Trang 1111
ra ion H+ làm gi m pH c a n c ng ng Do n c ng ng, n c c p có s ch cao nên
m t l ng nh khí CO2 c ng có th làm gi m pH c a n c áng k , k t qu là gây n
mòn do pH $ các thi t b có nhi t cao sau tháp kh khí
CO2 + H2O 1 H2CO3
H2CO3 3 H+ + HCO3
-Hình 4.5: nh h ng c a l ng d N 2 H 4 và nhi t n t c kh Oxy
làm gi m quá trình n mòn do pH, ng "i ta c n dùng các h p ch t trung hoà
H+, làm t ng tr s pH, duy trì $ kho ng pH nh t nh, ng "i ta g!i ó là h p ch t trung
hòa H p ch t trung hòa c dùng trong các lò h i trung, cao áp th "ng là amoniac
Amoniac có tác d ng trung hòa theo các ph n 'ng sau:
NH3 + H2O 1 NH4OH
NH4OH 3 NH4+ + OH-
H+ + OH- 3 H2O HCO3-+ OH- 3 H2O + CO3
2-Amoniac th "ng c b m vào u )y b m ng ng, tr c kh khí Khi i qua
kh khí, các khí hòa tan NH3 , CO2 , O2 , s b tách ra kh i pha l ng, i vào pha khí và
tách ra kh i chu trình h i
(NH4)2CO3 3 2NH3↑ + CO2↑ + H2O
NH4OH 3 NH3↑ + H2O
Do hòa tan trong n c c a amoniac trong n c cao và nhi t bay h i c a
amoniac th p nên, trong chu trình h i, amoniac c ng tu n hoàn cùng v i chu trình h
i-n c M t ph i-n i-nh amoi-niac b m t mát $ bìi-nh kh khí và bìi-nh i-ng i-ng, i-nêi-n l i-ng
Trang 1212
amoniac không tiêu t n nhi%u Tuy nhiên, i v i các có thi t b ch t o b*ng #ng ho c
h p kim #ng, thì c n ph i kh ng ch hàm l ng amoniac tránh n mòn kim lo i
#ng
4.2 X lý n c lò b ng hóa ch t - Photphat hóa n c lò
Trong bao h i, hi n t ng nguy h i chính là hi n t ng óng cáu và n mòn Khi
không có h p ch t x lý n c lò, các t p ch t c'ng, h p ch t silica d, dàng óng cáu,
pH c a n c lò th p gây hi n t ng n mòn x lý các v n % này ng "i ta ng "i ta
s d ng h p ch t x lý n c lò (boiler compound), hóa ch t này có hai ch'c n ng chính
sau:
• Ng n ch n s óng cáu x y ra trong bao h i và "ng ng sinh h i
• i%u ch nh pH c a n c lò h n ch quá trình n mòn và óng cáu
Nguyên t-c c a ph ng pháp khi ng n ch n s óng cáu là cho các ch t óng cáu
a vào trong lò cho v t ch t khi tách ra pha c'ng s $ d ng bùn
• Photphat hóa n c lò
• Dùng nh+ng ch t có kh n ng l l ng trong n c lò tr$ thành trung tâm
tinh th hóa và do ó h n ch quá trình tinh th hóa c a pha c'ng trên b% m t
kim lo i
• a vào lò các ch t nh amin t o l p màng che ph kim lo i, h n ch quá
trình tinh th hóa trên b% m t kim lo i
x lý n c lò ng "i ta th "ng dùng các h p ch t c a photphat nh là
natriphotphat Na3PO4.12H2O, Na2HPO4.12H2O,… t ng tác v i ch t t o thành cáu
có trong n c lò t o nên các h p ch t d, lo i b b*ng ph ng pháp x lò Ph ng pháp
này g!i là ch photphat hóa n c lò i m x a lý c a ph ng pháp th "ng $ bao h i
(b ng 4.2)
N u n c có pH 4 10, [OH-] trong n c cao, n c có tính ki%m, trong n c
khi hòa tan natri photphat r t d, t o ra s t ng tác gi+a các ion PO43-, Ca2+ và OH- t o
ra hydroxyl apatit Ca10(PO4)6(OH)2 là liên k t khó tan, r t d, tách ra $ d ng bùn
Hydroxyl apatit là ch t có h s hòa tan âm hòa tan c a nó ph thu c vào ki%m
c a n c (ki m t ng, ít tan) Khi môi tr "ng có ki%m y u (pH < 7.5 ÷ 8), các ion
photphat s liên k t v i Ca t o Ca3(PO4)2 là lo i cáu bám ch-c trên b% m t t
10Ca2+ + 6PO43- + 2OH- 1 Ca10(PO4)6(OH)2
3Ca2+ + 2PO43- 1 Ca3(PO4)22
N u (PO4)3- th(a l n, nó có th ti p t c k t h p v i Mg t o Mg3(PO4)2, là m t lo i
cáu tinh th ch-c, có d n nhi t bé
3Mg2+ + 2PO43- 1 Mg3(PO4)22
N u trong n c có (SiO3)2- lúc ó ph n 'ng x y ra theo h ng khác t o ra
MgO.2SiO2.2H2O: secpentin, c ng gi ng nh hydroxyl apatit, tách ra $ pha c'ng d i
d ng bùn
3Mg2+ + 2SiO32- + 2OH- + H2O 1 3MgO.2SiO2.2H2O
V i silic, th "ng c a vào lò d i d ng HSiO3-, khi $ pH th p s d, dàng t o
cáu bám d ng SiO2 do H2SiO3 nhi t phân t o thành
HSiO3- + H+ 1 H2SiO3