Việc xử lý nước ngoài nồi cho dù có được thực hiện tốt cũng không thể loại hết các tạp chất có hại. Do vậy cần áp dụng xử lý nước bằng hoá chất.
a) Các loại hoá chất xử lý nước nồi hơi
Các hoá chất cơ bản dùng để xử lý nước nồi hơi được tóm tắt trong
Bảng 6.3.
Bảng 6.2. Một số hóa chất xử lý nước nồi hơi tàu thủy
Hoá chất Chức năng
Tên Công thức
Hoá chất điều chỉnh độ pH, nồng độ kiềm trong nước cấp và nước nồi hơi, tránh cáu cặn, ăn mòn
Sodium hydroxide Sodium carbonate Sodium phosphate
Sodium dihydrogen phosphate Sodium hexametaphosphate Phosphoric acid Sodium tripolyphosphate Sulfuric acid NaOH Na2CO3 Na3PO4 NaH2PO3 (NaPO2)6 H3PO4 H2SO4` Hoá chất làm mềm: chống cáu cặn bằng cách làm mất độ cứng, tạo thành các chất không hoà tan lắng xuống đáy
Sodium hydroxide Sodium phosphate Potasium phosphate Sodium hydrogenphosphate Sodium polyphosphate NaOH Na3PO4 K3PO4 Na2HPO4
Hoá chất hoà tan cặn: hoà tan cặn để cặn lắng xuống và xả ra ngoài, tránh đóng cáu cặn
Synthetic polymer Tannin
Lignin Starch Hoá chất khử khí: khử các khí hoà tan trong nước, tránh ăn mòn
Sodium sulfite Sodium hydrogen sulfite Hydrazine Saccharoid Tannin Na2SO4 NaHSO4 N2H4
Hoá chất chống bùng sôi Surfactant
Hoá chất chống ăn mòn do CO2 trên đường nước ngưng
Ammonia Morpholine Cyclohexylamine Alkylamine NH3 O(CH2CH2)2NH
Việc xử lý nước bằng hoá chất nhằm đạt được các mục đích sau: Các thành phần dễ đóng cáu cặn được chuyển thành cặn bùn xả
ra ngoài bằng con đường xả đáy.
Độ pH của nước nồi hơi được điều chỉnh để có nồng độ kiềm phù hợp tránh ăn mòn kim loại.
Loại trừ các khí không hoà tan như ôxy, ôxit cacbon tránh ăn mòn kim loại.
Loại trừ ăn mòn trên đường nước ngưng do khí ôxit cacbon và ôxy.
Tránh các tạp chất lẫn vào hơi, đảm bảo chất lượng hơi.
Các hoá chất gốc phosphate dùng cho nồi hơi thấp áp:
Các hoá chất gốc phosphate xử lý nước dùng cho nồi hơi thấp áp bao gồm: sodium phospate (Na3PO4); sodium hydrogenphosphate
(Na2HPO4); sodium dihydrogenphosphate (NaH2PO4); sodium hexameta phosphate (Na3PO4)6; sodium tripolyphosphate (Na5P3O10); và một số tác nhân kiềm khác như sodium hydrite (NaOH). Chúng giúp tránh cáu cặn bằng cách tác dụng với các thành phần cứng (Ca2+, Mg2+) để tạo thành các chất hoà tan và giữ cho các tạp chất silica hoà tan.
Dưới đây trình bày các phản ứng phân hủy các thành phần cứng khi không xử lý hoá chất và có xử lý phosphate.
Khi không xử lý hoá chất:
Ca(HCO3)2 CaCO3(kết tủa) + CO2 + H2O (22)
CaSO4 + Na2CO3 CaCO3(kết tủa) + Na2SO4 (23)
Mg(HCO3)2 + SiO2 MgSiO3(kết tủa) + 2CO2 + H2O (24)
SiO2 + Ca(HCO3)2 CaSiO3(kết tủa) + 2CO2 + H2O (25)
SiO2 + Mg(HCO3)2 MgSiO3(kết tủa) + 2CO2 + H2O (26)
Các thành phần CaCO3, CaSiO3, MgSiO3 dễ dàng kết tủa bám trên các bề mặt trao đổi nhiệt tạo thành cáu cặn.
Nếu dùng các hoá chất gốc phosphate, sẽ có các phản ứng sau:
10Ca(HCO3)2 + 6Na3PO4 + 2NaOH [Ca3(PO4)2]3.Ca(OH)2+10CO2+10H2O (27)
10CaSO4 + 6Na3PO4 + 2NaOH [Ca3(PO4)2]3.Ca(OH)2 + 10Na2SO4 (28)
Mg(HCO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2 + Na2CO3 + CO2 + H2O (29)
MgCl2 + 2NaOH Mg(OH)2 + NaCl (30)
SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O (31)
Các sản phẩm tạo thành từ các phương trình trên đều là những chất hoà tan. Trong các phương trình trên, các chất có gạch chân là các hoá chất sử dụng. Các phương trình trên cũng cho phép xác định lượng hoá chất cần sử dụng nếu biết hàm lượng các tạp chất cần phải xử lý trong nước nồi hơi.
Khi sử dụng hoá chất các chất tạo thành sau phản ứng đều là các chất hoà tan và được xả ra ngoài bằng xả đáy. Tuy nhiên một phần nhỏ có thể vẫn lắng đọng trên các bề mặt trao nhiệt, đặc biệt là ở các vùng ít lưu động như đáy nồi hơi. Để tránh hiện tượng này người ta dùng một số hoá chất hoà tan cặn như tannin, starch, synthetic polymer.
Các chất khử ôxy:
Các chất khử ôxy nhằm làm giảm lượng ôxy hoà tan, tránh ăn mòn. Các hoá chất khử ôxy phổ biến là sodium sulfite (Na2SO3) và hydrazine (N2H4).
Với sodium sulfite phản ứng khử ôxy như sau:
2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 (32)
Phản ứng này diễn ra chậm ở nhiệt độ thấp nhưng tăng nhanh khi nhiệt độ đạt trên 500C. Tuy nhiên sodium sulfite bị phân rã ở nhiệt độ cao tạo thành Na2S và SO2 là các chất gây ăn mòn nồi hơi và đường nước ngưng. Phản ứng phân rã như sau:
Na2SO3 + H2O 2NaOH + SO2 (33)
4Na2SO3 Na2S + 3Na2SO4 (34)
Vì vậy sodium sulfite không được dùng cho các nồi hơi cao áp. Với hydrazine phản ứng khử ôxy như sau:
N2H4 + O2 N2 + 2H2O (35)
Hoặc:
6Fe2O3 + N2H4 4Fe3O4 + N2 + H2O (36)
4Fe3O4 + O2 6Fe2O3 (37)
Sản phẩm của các phản ứng trên đều là khí nitơ và nước nên lượng tạp chất rắn hoà tan không tăng. Do vậy hydrazine được sử dụng rất tốt cho nồi hơi cao áp và cả nồi hơi thấp áp. Tuy nhiên ở nhiệt độ khoảng 2200C, hydrazine bị phân hủy theo phản ứng sau:
3N2H4 4NH3 + N2 (38)
Sản phẩm ammonia gây ăn mòn các vật liệu đồng sử dụng trong hệ thống và trên đường nước ngưng. Vì vậy cần chú ý không sử dụng quá liều lượng hydrazine.
b) Gạn mặt và xả đáy nồi hơi
Khi nồi hơi hoạt động một số tạp chất bị phân hủy dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc hoá chất xử lý nước nồi. Chúng thường tồn tại ở dạng cặn bùn lắng dưới đáy nồi hơi. Các tạp chất này được xả ra ngoài qua hệ thống xả đáy. Một số tạp chất khác lơ lửng ở khu vực bề mặt bay hơi, nồng độ của chúng tăng dần làm giảm hiệu quả khai thác nồi hơi và có thể gây ra hiện tượng bùng sôi. Để tránh tác hại chúng được xả ra ngoài qua hệ thống xả mặt. Vì vậy thực hiện gạn mặt và xả đáy định kỳ nồi hơi là một công việc hết sức quan trọng. Các biện pháp xử lý nước nồi hơi khác phải được thực hiện kết hợp với gạn mặt, xả đáy để giữ cho chất lượng nước nồi hơi đảm bảo.
Thông thường hệ thống gạn xả được thiết kế để xả định kỳ bằng tay. Một số nồi hơi công suất lớn có thể được trang bị hệ thống xả tự động liên tục. Thông thường công việc gạn xả được thực hiện hàng ngày. Tuy nhiên tuỳ theo chất lượng nước nồi hơi mà chu kỳ gạn xả có thể thay đổi cho phù hợp. Các bước cơ bản để gạn xả đã được trình bày ở chương trước.