CHƯƠNG 8: NƯỚC CẤP NỒI HƠI VÀ XỬ Lí NƯỚC NỒ
8.3.1. Xử lý nước ngoài nồ
Xử lý nước ngoài nồi bao gồm: lọc cặn, lọc dầu, khử khớ, khử muối cứng.
Cú thể khụng cần khử muối ở ngoài nồi trong những trường hợp sau đõy: Nồi hơi ống lửa được cung cấp bằng nước cấp cú độ cứng chung dưới 8 mg đương lượng/l, nồi liờn hợp và nồi nước ỏp suất dưới 20 kG/cm2
được cung cấp bằng nước cấp bổ sung cú độ cứng chung dưới 5 mg đương lượng /l.
1. Lọc cặn
Nước ngưng và nước ngoài bổ sung đi qua lưới lọc và cỏc ngăn than cốc của bể lọc (bể nước núng) sẽ lọc sạch cặn.
2. Lọc dầu
Nước ngưng của hơi làm việc với mỏy hơi cú lượng dầu khoảng 50 mg/l với tua bin hơi 5 mg/l. Nờn nước ngưng của hơi làm việc với mỏy hơi dựng bể lọc nhiều cấp, của tua bin hơi chỉ cần bể lọc 1 cấp. Vật liệu lọc thường dựng là: khăn bụng, vải gai, than cốc than hoạt tớnh, gỗ, dạ bột antaxit.
Năng lực hỳt (chứa) dầu của chỳng như sau: với than cốc cỡ 20 ữ 25 mm là 5 g/kg; than cốc cỡ 10 ữ 12 mm là 9g/kg.
Than cốc cỡ 5 ữ 6 mm: 20g/kg; than hoạt tớnh: 250 g/kg; khăn bụng: 200 g/kg; dạ thường: 160 ữ 170 g/kg.
Dầu mỏ trong nước nồi cú thể ở một trong ba trạng thỏi: - Trạng thỏi màng nổi: Bị giữ lại tại cỏc ngăn của bể lọc.
- Trạng thỏi giọt dầu lơ lửng trong nước: Bộ lọc kiểu cơ học giữ lại.
- Trạng thỏi nhũ tương: Cỏc hạt dầu rất nhỏ (< 0,0001mm) và mang điện tớch cựng dấu ngăn khụng cho chỳng kết lại thành hạt dầu to, chỳng hầu như khụng bị bộ lọc cơ học giữ lại. Muốn tỏch nú ra khỏi nước, trước hết phải khử nhũ tương hoặc dựng bộ lọc dầu kiểu hấp thu. Vật liệu lọc dầu thường được chứa trong cỏc ngăn của bể nước núng, tốc độ chảy qua bể càng chậm thỡ chất lượng lọc càng tốt. Than hoạt tớnh cú tỏc dụng hấp thu dầu rất tốt khi lượng dầu trong nước ngưng dưới 6 mg/l, lưu tốc dũng nước qua bộ lọc dưới 5 ữ
6 m/h và độ cao tầng than trờn 100 mm than cốc và than hoạt tớnh cú tỏc dụng lọc cơ học lọc hấp thu và khử một phần nhũ tương.
Khi vật liệu lọc đó no dầu, phải thay hoặc rửa ngay, khả năng chứa dầu của bể lọc chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu lọc và cấu tạo của bể lọc (cú bể chỉ chứa được 0,1 g/mli, cú bể đạt tới 14 ữ15 g/mli bể lọc ở hỡnh 9.2 chỉ chứa được 0,8 g/mli).
Hỡnh 8.1. Bể lọc cú năng lực chứa dầu cao
1; 2- Bộ phận lắng, lọc; K- than ốc; 0- than hoạt tớnh.
Dung tớch của bể lọc tớnh theo mỗi mó lực chỉ thị nờn vào khoảng 1,5 ữ 2,5 lớt/mli.
Ngoài bể lọc ra, cú khi trờn đường ống nước cấp chớnh cũn cú một đụi bầu lọc phụ kiểu lưới hoàng đồng.
3. Khử khớ
Nồi hơi ỏp suất dưới 20 kG/cm2 thường tiến hành loại trừ cỏc chất khớ trong nước cấp tại bầu ngưng và bể nước núng.
Nồi hơi ỏp suất cao cần cú thờm thiết bị khử khớ riờng, khử khớ cú nhiều phương phỏp.
Kiểu đun sụi: Nước cấp được dẫn vào bầu khử khớ và đun sụi, cỏc chất khớ hũa tan sẽ bay đi. Đõy là phương phỏp thường dựng nhất, tuy rằng nú khụng khử được hoàn toàn hết chất khớ.
Kiểu húa học: Pha vào nước cấp cỏc chất hấp thụ O2 như N2H4, Na2SO3. N2H4 + O2 -> N2 + 2H2O
2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4
Phương phỏp này cú thể khử khớ hoàn toàn. Từ 1 kg O2 trong nước cần 1 kg N2H4.
Kiểu nhiệt húa: Nước đi qua bầu khử khớ được đun núng và nhờ than hoạt tớnh hấp thụ chất khớ.
Kiểu điện học: Dũng điện đi qua nước, ụxygen trong nước bị ion húa mang điện tớch õm và chạy đến cực dương tụ tập thành búng hơi đi lờn bay đi.
Ngoài ra, để giảm lượng khớ trong nước, độ quỏ lạnh của nước ngưng nờn hết sức bộ (độ lạnh tăng 10C thỡ lượng O2 tăng 0,06 mg/l), để lọc nờn dựng hơi thải hõm núng hơi nước đến trờn 50 ữ 600C, cần thường xuyờn theo dừi tỡnh hỡnh làm việc của vũi thoỏt khớ ở bầu hõm nước và bộ hõm tiết kiệm.
Đối với cỏc nồi hơi cao ỏp, nhất thiết phải dụng hệ thống kớn cấp nước cú bộ khử khớ kiểu đun sụi. Nồi hơi ống lửa cú khi dựng bộ khử khớ đặt trong nồi.
4. Khử muối cứng
Trờn tàu thường dựng cỏc phương phỏp khử muối cứng như: phương phỏp trao đổi ion dương, phương phỏp trao đổi ion õm, phương phỏp điện tử, phương phỏp điện húa, phương phỏp chưng cất nước.
a. Phương phỏp trao đổi ion dương làm mềm nước
Cho nước đi qua cỏc chất trao đổi ion dương như đỏ bọt, than hoàng hoa, vụphatớt, espatit (ký hiệu chung của chỳng là NaR), thỡ ion Na của chỳng sẽ trao đổi ion Ca++ và Mg++ của muối cứng trong nước, làm cho cỏc hợp chất khú hũa tan của Ca và Mg (tức muối cứng) trở thành những hợp chất dễ hũa tan của Na (NaHCO3, Na2SO4, NaCl)
Ca(HCO3) + 2NaR = CaR2 + 2NaHCO3
MgSO4 + 2NaR = MgR2 + Na2SO4
CaCl2 + 2NaR = CaR2 + 2NaCl
Kết quả độ cứng giảm (tuy rằng lượng muối chung khụng đổi vỡ rằng số lượng ion õm Cl-, SO4-2, HCO3- 2 ... trong nước chưa hề thay đổi).
Tương ứng như vậy, cú thể dựng cỏc chất trao đổi ion H+. Ca+2 + 2HR = CaR2 + 2H+
Khi tất cả cỏc ion Na+ sắp trao đổi hết với Ca+2 và Mg+2 cần dựng dung dịch 5 ữ 10% NaCl tiến hành tỏi sinh với lưu tốc 7 ữ 10 m/h.
CaR2 + H2SO4 = 2HR + CaSO4
Năng lượng trao đổi ion dương của đỏ bọt vào khoảng 100 ữ150 g đương lượng/m3 (tức là 1 m3 đỏ bọt cú thể làm mềm 100 ữ 150 tấn nước cú độ thấm ban đầu 1mg đương lượng/1 hoặc 10 ữ15 tấn nước cú độ cỳng 10 mg đương lượng/l), của than hoàng húa 280 ữ 360g đương lượng/l, espatit 400 g đương lượng/l; ụphatit 300 ữ 600 g đương lượng/l.
Đỏ bọt (glauconhit thiờn nhiờn) là alumin silic của Fe và Mg ngậm nước, kớ hiệu là (Na2O, Al2O3, SiO2). nH2O. Nú chỉ lọc được nước dưới 350C. Lưu tốc lọc 5 ữ15 m/h. Than hoàng húa (than đỏ sunphỏt húa) được dựng rộng nhất trờn tàu vỡ rẻ, sẵn. Nú là sản phẩm của than đỏ tỏc dụng với H2SO4 đậm đặc (trờn 96% H2SO4) với tỷ lệ 1: 4 (theo trọng lượng), nú cú mạng hữu cơ phức tạp chứa nhiều nhúm sunfơ HSO3 và cỏc bụ xyn COOH. Nú cú thể lọc được nước 60 ữ 700C. Lưu tốc lọc là 20 ữ 25m/h khi độ cứng của nước 1mg đương lượng/l, 10 ữ15 m/h khi 3 ữ 6 mg đương lượng/l; 5 ữ 10 m/h khi trờn 6 mg đương lượng/l. Hao hụt hàng năm độ 6 ữ10%.
Trước khi tỏi sinh, cần cho dũng nước đi ngược chiều trong thời gian 15 ữ 20 phỳt với lưu lượng 3 ữ 5 l/g cho 1m2 mặt cắt bầu lọc để làm xốp vật liệu lọc. Sau khi tỏi sinh, cần rửa sạch NaCl hoặc H2SO4 bằng nước ngọt: trong 20 ữ 25 phỳt đầu cho nước ngọt đi từ dưới lờn trờn với lưu tốc 4 ữ 5 m/h, rồi xả ra ngoài tàu trong 25 ữ 30 phỳt tiếp đú tăng lưu tốc đến 7 ữ 8 m/h, phải đưa nước ấy vào kột riờng để sau này làm xốp vật liệu lọc. Khi độ cứng của nước sau bầu lọc đạt 0,05 mg đương lượng/l là đó rửa xong.
Thường sau 12 ữ 24 h lọc, phải tiến hành tỏi sinh và rửa độ 0,8 ữ 1,2 h (tuỳ theo độ cứng của nước và dung tớch bầu lọc).
Ưu điểm của phương phỏp trao đổi ion Na+ làm mềm nước là:
- Một trong những phương phỏp tốt nhất làm mềm nước (đạt tới độ cứng 0,01 ữ0,03 mg đương lượng/l). - Vật liệu lọc cú thể dựng lõu năm.
Song thiết bị của nú tương đối to, nặng, phải thường xuyờn coi súc, cú trường hợp gõy nờn độ kiềm quỏ cao cú thể sinh ra giũn kiềm, cần nhiều nước ngọt để rửa.
Cỏc tàu lớn thường trang bị thiết bị lọc mềm này ngay cả một số tàu sụng 200 ữ 300 mó lực cũng ỏp dụng.
Làm mềm nước bằng cỏch trao đổi ion dương H+ khử được toàn bộ độ cứng cỏc bon nỏt (độ kiềm), lượng cặn khụ giảm trong nước cú tớnh axit khụng thể cung cấp cho nồi hơi được.
b. Phương phỏp trao đổi ion õm làm mềm nước
Nước cú tớnh axớt đi qua chất trao đổi ion õm (ion õm OH-, CO3-2, HCO3-) sẽ tiến hành trao đổi ion õm với a xớt.
Trước khi trao đổi ion õm, phải làm cho tất cả cỏc muối trong nước trở thành a xớt tức là cho đi qua bộ trao đổi ion dương H+.
Khi trao đổi ion õm, sẽ diễn ra cỏc phản ứng. 2RaOH + H2SO4→ Ra2SO4 + 2H2O 2RaOH + H2SiO3→ Ra2SiO3 + 2H2O RaOH + HCl → RaCl + H2O
Cỏc chất trao đổi ion õm khỏc như Ra2CO3, RaHCO3 cũng cú phản ứng tương tự.
Khi tỏi sinh dựng dung dịch kiềm (NaOH, Na2CO3, NaHCO3) để bảo đảm cung cấp nước cú độ cứng bằng 0 cho cỏc nồi hơi cao ỏp hiện đại, cho nước chưng cất đi qua bầu trao đổi ion dương H+ rồi qua bầu trao đổi ion õm.
c. Phương phỏp lọc nước bằng từ trường
Cho dũng nước đi thẳng gúc với đường sức từ của từ trường mạnh, tuy thành phần húa học của muối cứng trong nước khụng hề biến đổi, song lý tớnh của nước biến đổi (độ nhớt tăng, sức căng bề mặt,... điện của cỏc ion Ca+2, Mg+2 biến đổi).
Do đú cỏc muối cứng lắng thành cỏu bựn ở trong nồi hơi, mà khụng đúng cỏu cứng.
Cường độ từ trường nờn vào khoảng H = 120000 A/m, lưu tốc nước nờn vào khoảng 1 m/s. Cú thể dựng nam chõm vĩnh cửu, hoặc nam chõm điện.
Bộ lọc từ trường thường bố trớ tại giữa bể lọc và bơm cấp nồi.
Lọc nước bằng từ trường thiết bị đơn giản. Nhưng chỉ nờn dựng cho nồi hơi ống lửa và nồi hơi liờn hiệp ống lửa - ống nước mà độ cứng của nước cấp dưới 4 ữ5 mg đương lượng/l và lượng nước bổ xung dưới 3 ữ
5% lượng sinh hơi của nồi hơi. Khi lọc nước bằng từ trường, lượng cặn bựn sinh ra nhiều nờn phải tăng số lần xả cặn và lượng nước xả.
d. Phương phỏp điện húa làm ngọt nước (khử muối)
Khi cú dũng điện đi qua, nước cần khử muối bị ion húa cỏc ion dương (Na+, Mg+2) đi qua cỏc màng 2 (hỡnh 8.3), cỏc ion õm (Ci-, SO-2,..) đi qua cỏc màng 3. Do đú tạic ỏc ngăn số chẵn (II, IV, VI...) nồng độ muối tăng lờn, cũn trong cỏc ngăn số lẻ (I, III, V...) nước được làm ngọt.
Phương phỏp điện húa làm ngọt nước tốn nhiều năng lượng (hơn cả phương phỏp chưng cất hồi nhiệt) và cũn trong giai đoạn thớ nghiệm.
Hỡnh 8.2. Sơ đồ thiết bị điện húa làm ngọt nước.