Đối với nước trước khi cấp vào nồi hơi có thể áp dụng các phương
pháp xử lý như: lắng lọc tự nhiên, lọc nước bằng lưới lọc (filtration), trao đổi ion (ion exchanger), khử các khí hòa tan (deaerator). Việc trao đổi ion được thực hiện trong các bộ làm mềm nước (water
a) Lọc nước cấp nồi
Nước cấp nồi hơi thường bao gồm một lượng nước mới bổ xung (từ nước công nghiệp hoặc máy chưng cất nước) còn lại là nước ngưng tụ. Trong nước bổ xung có thể có lẫn các tạp chất bắt nguồn từ nguồn nước công nghiệp, còn trong nước ngưng tụ có thể lẫn các tạp chất tạo lẫn vào hệ thống hoặc hình thành do các quá trình ăn mòn, xói mòn như ôxit kim loại, dầu... Để lọc các tạp chất này trước khi cấp vào nồi hơi thường sử dụng thiết bị lọc trọng lực dưới áp suất môi trường, bố trí ở két nước bổ xung cho nồi hơi. Két này thường được chia thành nhiều khoang bới các vách ngăn, vì vậy thường được gọi là két vách
(cascade tank). Hình 6.2 mô tả một két nước bổ xung có bố trí các phương án lọc nước.
Khi đi qua két vách, các tạp chất nổi như váng dầu, nổi lên, tạp chất rắn lắng xuống đáy và được giữ lại. Nước sạch đi qua các vách chắn tràn vào phin lọc than, ở đây một số tạp chất hoà tan bị hấp thụ. Sau đó nước được dẫn qua phin lọc tinh để lọc các tạp chất nhỏ trước khi được bơm cấp nước cấp trở lại nồi hơi. Các tạp chất nổi, váng dầu được xả ra ngoài bởi van xả mặt, còn các tạp chất lắng đọng phía dưới thì được xả bởi van xả đáy.
b) Thiết bị làm mềm nước
Một trong các biện pháp xử lý nước là sử dụng các phản ứng trao đổi ion để loại trư các ion có hại. Xử lý nước bằng trao đổi ion có thể chia
ra xử lý làm mềm nước (softening treament) và xử lý khử khoáng (demineralization). Xử lý làm mềm nước còn có thể phân ra làm mềm thông thường và xử lý khử độ kiềm (dealkalization softening
treament).
Các chất sử dụng cho phản ứng trao đổi ion thường được ký hiệu
chung là R (Resin). Trao đổi ion có thể chia ra trao đổi ion dương và
trao đổi ion âm như sau:
Trao đổi ion dương natri: R-Na2
Trao đổi ion dương hydro: R-H2
Trao đổi ion dương âm hydroxit: R-OH
Ở các nồi hơi thấp áp, các thành phần gây cáu cặn chủ yếu là các ion cứng Ca2+,Mg2+. Vì vậy thường chỉ áp dụng các bộ làm mềm nước thông thường để loại bỏ chúng. Mục đích của việc làm mềm nước là loại bỏ các ion cứng như Ca2+,Mg2+ trong nước cấp. Để loại bỏ các ion cứng này, người ta sử dụng biện pháp thay thế chúng bằng các ion khác, thường là Na+. Vì vậy các chất sử dụng để làm mềm nước cho nồi hơi thấp áp thường có gốc sodium như đá bọt, một số loại nhựa.
Mg2+ HCO- 3 Ca2+ Cl- Na+ SO- 4 HCO- 3 Na+ Cl- SO-4 NaCl SiO2 SiO2
Hình 6.8. Trao đổi ion làm mềm nước nồi hơi
Hình 6.3 mô tả mô hình làm mềm nước bằng trao đổi ion. Ví dụ, nếu trong nước có chứa Ca2+, phản ứng trao đổi ion dương natri sẽ xảy ra như sau:
CaSO4 + R-Na2 R-Ca + Na2SO4 (phản ứng làm mềm) (20)
Trong phản ứng trên, thành phần cứng, Ca2+, đã được thay thế bằng ion Na+, muối Na2SO4 hình thành không gây cáu cặn bên trong nồi hơi. Thành phần R-Ca được giữ lại ở thiết bị làm mềm nước.
Khi các ion Ca2+ được thay thế bởi các ion Na+ và được giữ lại ở thiết bị làm mềm, có thể dùng NaCl để tái sinh chất trao đổi ion như sau:
R-Ca + 2NaCl R-Na2 + CaCl2 (phản ứng tái sinh) (21)
c) Thiết bị chưng cất nước
Một trong những phương pháp đảm bảo chất lượng nước cấp nồi hơi là sử dụng nước chưng cất. Trên hầu hết các tàu thủy biện đại đều được
trang bị thiết bị sản xuất nước ngọt từ nước biển (Fresh Water
Generator). Thiết bị chưng cất này sử dụng nguyên lý đun sôi và làm
bay hơi nước biển ở áp suất thấp (sôi ở 45 – 600C). Hơi nước sinh ra, sau đó được ngưng tụ lại và đưa đi sử dụng. Nguồn năng lượng dùng để đun sôi nước biển được lấy từ nước làm mát máy chính. Sản lượng nước ngọt sinh ra thông thường đủ cho sinh hoạt của toàn bộ thuyền viên và các thiết bị sử dụng nước ngọt.
Hình 6.9. Hệ thống chưng cất nước ngọt Atlas.
Nước chưng cất từ các thiết bị chưng cất hiện đại có chất lượng rất tốt, nồng độ muối thường nhỏ hơn 1 phần triệu (1ppm) và rất ít các tạp chất có hại nên sử dụng rất tốt cho nồi hơi. Vì vậy các nồi hơi tàu thủy, đặc biệt là nồi hơi cao áp, thường được khuyên sử dụng nước chưng cất làm nước cấp nồi hơi. Hình 6.4 là một sơ đồ hệ thống chưng cất nước ngọt dưới tàu thủy.
d) Thiết bị khử khí
Thiết bị khử khí được dùng để loại trừ các khí hoà tan như ôxy, ôxit cacbon – là các tác nhân chính gây ăn mòn kim loại. Thiết bị khử khí cho nước cấp nồi hơi thường áp dụng nguyên lý cơ bản là hàm lượng khí hoà tan trong nước sẽ bằng không khi nước ở tại điểm sôi. Có thể có thiết bị khử khí kiểu chân không hoặc thiết bị khử khí kiểu hâm nóng. Dưới tàu thủy thường áp dụng thiết bị khử khí kiểu hâm nóng. Nước cấp nồi được phun vào buồng khử khí dưới dạng các tia nước. Nước này tiếp xúc trực tiếp với hơi nước phun vào lấy từ nồi hơi. Nhờ sự hòa trộn này, nhiệt độ của nước cấp tăng đến nhiệt độ bão hoà
(khoảng 105 – 125oC). Ở nhiệt độ này, lượng khí hòa tan sẽ tách ra và được xả ra ngoài cùng với một lượng nhỏ hơi nước. Nước đã được khử khí có nồng độ khí hoà tan nhỏ hơn 0.007mg/l.