1. Vì sao phải xử lý nước nồi hơi
Chất lượng nước nồi hơi có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến tính an toàn, tính kinh tế và độ tin cậy của nồi hơi, ảnh hưởng đến sản lượng hơi sinh ra. Để thấy rõ vai trò của chất lượng nước nồi hơi, ta phân tích các tác hại của các tạp chất trong nước nồi hơi.
a. Tác hại của muối trong nước nồi hơi
Muối trong nước nồi hơi có các loại: muối cứng tạm thời, muối cứng vĩnh cửu và muối chlorua.
Muối cứng tạm thời:
Muối cứng tạm thời là các muối bicacbonát canxi Ca(HC03)2 và bicacbonat magiê Mg(HC03)2. Khi nước được đun sôi, các muối này sẽ lắng đọng xuống thành các cáu bùn, có thể xả ra được khi xả cặn đáy nồi hơi, nhưng gây nên mất nhiệt, mất nước làm giảm tính kinh tế của nồi hơi, giảm hiệu suất của nồi hơi.
Để biểu thị thành phần của các muối bicacbonát canxi Ca(HC03)2 và bicacbonat magiê Mg(HC03)2 người ta đưa ra khái niệm độ cứng tạm thời của nước. Độ cứng tạm thời của nước là hàm lượng các muối bicacbonát canxi Ca(HC03)2 và bicacbonat magiê Mg(HC03)2 có trong nước, đơn vị đo [mgđl/l].
Muối cứng vĩnh cửu:
Muối cứng vĩnh cửu là các muối khác của canxi và magiê, như: CaS04, MgS04, CaCl2, CaSi03...Các muối này khi nước sôi sẽ đóng thành cáu cứng bám trên bề mặt hấp nhiệt, làm giảm hệ số truyền nhiệt của thiết bị, giảm sản lượng hơi sinh ra, giảm hiệu suất của nồi hơi, làm giảm tính kinh tế của nồi hơi. Mặt khác khi hệ số truyền nhiệt giảm xuống, các ống không được làm mát tốt, nhiệt độ thành ống tăng lên, ống có thể bị cháy hỏng, làm giảm tính an toàn của nồi hơi.
Để biểu thị thành phần của các muối cứng vĩnh cửu người ta đưa ra khái niệm độ cứng vĩnh cửu của nước. Độ cứng vĩnh cửu của nước là hàm lượng các muối CaS04, MgS04, CaCl2, CaSi03... có trong nước, đơn vị đo [mgđl/l].
Khi hàm lượng muối trong nước tăng lên, hàm lượng muối trong hơi sinh ra cũng tăng lên, làm đóng cáu cứng ở các thiết bị dùng hơi như bộ sấy hơi, ở cánh tuabin, làm cho tuabin rung, làm việc không ổn định, không an toàn.
Muối chlorua:
Muối chlorua biểu thị bằng độ chlorua của nước nồi hơi.
Muối chlorua trong nước nồi hơi chủ yếu là NaCl và một ít MgCl2.
Muối chlorua trong nước gây nên mục rỉ thép nồi hơi, làm giảm tính an toàn của nồi hơi.
b. Tác hại của hàm lượng axít silic
Hàm lượng axít silic biểu thị bằng hàm lượng Si02 có trong nước.
Si02 theo hơi vào bộ quá nhiệt, kết hợp với nước tạo thành axít: Si02 + H2O = H2Si03 gây nên ăn mòn kim loại ở các thiết bị dùng hơi. Si02 còn theo hơi đi vào tuabin, đóng cáu trên cánh tuabin, làm giảm cân bằng động của tuabin, tuabin bị rung và có thể bị hỏng hóc (như gẫy cánh).
c. Tác hại của độ kiềm trong nước nồi hơi
Độ kiềm của nước nồi hơi được biểu thị bằng hàm lượng các ion 0H-, C032-, P043- của các chất Na2C03, Na0H, Na3P04 v.v... được pha vào trong nước nồi hơi để chống đóng cáu cứng.
Nồi hơi làm việc lâu ngày trong môi trường kiềm sẽ bị dòn kiềm, ảnh hưởng đến tính an toàn của nồi hơi. Ngoài ra độ kiềm của nước nồi hơi cao sẽ gây nên ăn mòn trong nồi hơi, đặc biệt là đồng và các hợp kim đồng; gây nên hiện tượng dòn kiềm, làm giảm tính an toàn của nồi hơi.
d. Ảnh hưởng của chỉ số pH
Chỉ số pH biểu thị nồng độ các ion H+ có trong nước. Nồng độ pH của nước cấp nồi hơi phải thích hợp:
pH = 7 – nước trung tính. pH < 7 – nước có tính axít.
pH ≤ 5,5 – nước có tính chất axít mạnh. pH = 7,5 ÷8,5 – nước có tính chất kiềm. pH > 8,5 – nước có tính chất kiềm mạnh.
Nước cấp vào nồi hơi phải có tính chất kiềm pH = 9,6÷10, để khi nước vào nồi hơi, được đun sôi lên; một số phân tử nước bị phân hoá thành ion H+ và ion OH-, làm tăng nồng độ H+ trong nước và độ pH của nước sẽ giảm, nước trở thành trung tính.
e. Tác hại của hàm lượng dầu trong nước nồi hơi
Dầu có trong nước nồi hơi sẽ bám lên các bề mặt hấp nhiệt của nồi hơi làm giảm hệ số truyền nhiệt của thiết bị, giảm sản lượng hơi, giảm hiệu suất của nồi hơi, làm tăng nhiệt độ của thành ống, làm các ống có thể bị cháy hỏng, làm giảm tính kinh tế và tính an toàn của nồi hơi.
f. Tác hại của tạp chất khí trong nước nồi hơi
Tạp chất khí trong nước nồi hơi là các chất khí O2, CO2 có trong không khí xâm nhập vào trong nước nồi hơi.
Ôxy trong nước nồi hơi gây nên mục rỉ trực tiếp thép nồi hơi: ( )2 2 2 2 4 ( )3
4FeOH +O + H O= FeOH
Còn CO2 là chất xúc tác làm mục rỉ thép nồi hơi, làm giảm tính an toàn của nồi hơi: ( )2 8 2 4 ( 3)2 4FeOH + CO = Fe HCO ( 3)2 2 2 2 4 ( )3 8 2 4Fe HCO +O + H O= FeOH + CO ( )2 2 2 2 4 ( )3 4FeOH +O + H O= FeOH
g. Tác hại của tạp chất cơ học
Tạp chất cơ học là trung tâm tạo bọt, tích tụ nhiều bóng hơi, làm cho nước sủi bọt, gây nên hiện tượng trương nước nồi hơi, làm giảm chất lượng hơi sinh ra, giảm tính an toàn của các thiết bị dùng hơi.
Vì những lý do trên nên trong khai thác nồi hơi, phải thường xuyên kiểm tra và sử lý nước nồi hơi, đảm bảo các chỉ tiêu của nước nồi hơi trong giới hạn cho phép.
2. CÁC TIÊU CHUẨN CỦA NƯỚC NỒI HƠI
Bảng 2. Một số giá trị cho phép của các tạp chất trong nước nồi hơi:
Kiểu nồi
hơi Áp suất nồi hơi [at] Năng suất của bề mặt hấp nhiệt [kg/m3h] Tạp chất cơ học [mm] Độ cứng [mgđl/l] Hàm lượng ôxy [mg/l] Hàm lượng CO2 [mg/l] Hàm lượng dầu [mg/l] Lượng muối chung [oBe] NHOL NHOL- ON NHON ≤16 < 20 < 0,01 < 8< 6 < 0,5< 0,5 < 20 < 5 < 2< 1 < 25 < 0,5 < 0,2 < 1 NHON 16÷25 ≤ 35 0 < 0,2 < 0,1 < 10 < 3 < 0,5 NHON 25÷65 > 35 0 < 0,1 < 0,05 < 10 < 1 < 0,3 65÷100 < 0,05 < 0,02 < 10 < 0,2 NHON > 100 < 0,05 < 0,02 < 1 < 0,5 < 0,15
Ta có các tiêu chuẩn sau để đánh giá chất lượng nước nồi hơi:
− Độ vẩn đục: Độ vẩn đục là các hạt lơ lửng gây nên vẩn đục nước nồi hơi.
− Lượng cặn khô: Lượng cặn khô là lượng chất hữu cơ và vô cơ tan đến dạng phân tử tồn tại ở dạng keo.
− Lượng muối chung: Lượng muối chung là tổng số các muối khoáng hoà tan trong nước. Đo bằng miligram đương lượng /lít [mgđl/l], hay bằng độ [0be].
− Độ cứng: Độ cứng đo bằng tổng số các ion Ca2+, Mg2+ của các muối canxi và magiê tan trong nước.
− Độ chlorua [mgCl-/l]: Độ chlorua đo bằng hàm lượng muối chlorua trong nước.
− Hàm lượng axít silic [mg/l]
− Độ pH
− Độ kiềm
− Hàm lượng dầu mg/l
− Hàm lượng khí mg/l.
3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC NỒI HƠI
Để đảm bảo các tiêu chuẩn của nước nồi hơi, trong khai thác phải thường xuyên kiểm tra và xử lý nước nồi hơi.
Cứ 24h kiểm tra độ chlorua của nước ngọt, độ kiềm của nước trong nồi hơi ống lửa, nồi hơi liên hợp ống lửa – ống nước.
Cứ 12h kiểm tra độ chlorua, độ phôsphát, độ nitrát, độ kiềm của nước trong nồi hơi ống nước.
Cứ 4h, kiểm tra độ chlorua và hàm lượmg muối chung của nước đã lọc mềm hoặc của nước chưng cất.
Ta có các phương pháp xử lý nước nồi hơi sau: A. Xử lý nước ngoài nồi hơi
Xử lý nước ngoài nồi hơi bao gồm: lọc cặn cơ học, lọc dầu, khử khí, khử muối cứng.
a. Lọc cặn cơ học
Tiến hành tại các lưới lọc, các ngăn than cốc của bể lọc. b. Lọc dầu
Lọc dầu tiến hành tại các bể lọc. Vật liệu lọc là khăn bông, vải gai, xơ mướp, phôi bào, than cốc, than hoạt tính...
Phôi bào, than cốc, than hoạt tính chỉ dùng một lần.
Khăn bông, vải gai, xơ mướp được dùng nhiều lần, sau khi no dầu được giặt sạch bằng nước xà phòng nóng.
Tốc độ của nườc qua vật liệu lọc càng nhỏ, chất lượng lọc càng tốt. c. Khử khí
Nồi hơi có áp suất PN < 20kG/cm2, khử khí tại bầu ngưng và bể nước nóng. Nồi hơi có áp suất PN ≥ 20kG/cm2, có bầu khử khí riêng.
Các phương pháp khử khí (chủ yếu khử khí ôxy O2)
− Kiểu đun sôi: nước cấp được đun sôi, các chất khí hoà tan sẽ bay đi.
− Kiểu hoá học: cho hoá chất vào để hấp thụ khí O2 như: N2H4, Na2SO3, phôi thép các bon
N2H4+O2 → N2 + 2H2O 2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4 3Fe + 2O2 → Fe3O4
− Kiểu nhiệt hoá: nước qua bầu khử khí được đun nóng và nhờ than hoạt tính hấp thụ chất khí.
− Kiểu điện học: cho dòng điện đi qua nước, ôxygen trong nước bị ion hoá, mang điện tích âm (-) chạy đến các cực dương (+), tích tụ lại tạo thành các bóng hơi và bay lên.
d. Khử muối cứng
Ta có các phương pháp sau đây để khử muối cứng bên ngoài nồi hơi:
− Dùng vôi để khử muối cứng tạm thời
Ca(HCO3)2 + Ca(HO)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
CaCO3 lắng xuống ở ngay bên ngoài nồi hơi, có thể xả đi được.
− Dùng hoá chất NaOH, Na2CO3 để khử muối cứng vĩnh cửu và muối cứng tạm thời ngay ngoài nồi hơi
NaOH + Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O Na2CO3 + CaSO4 → CaCO3↓ + Na2SO4
− Dùng phương pháp trao đổi ion (+) làm mền nước
Cho nước đi qua các chất trao đổi ion (+) như đá bọt, than hàng hoá, vôphapit, espapit (NaR), các ion Na+ của chúng sẽ trao đổi với các ion Ca2+, Mg2+ của các
muối cứng, làm cho các muối cứng của canxi và magiê trở thành các muối dễ hoà tan của Na:
Ca(HC03)2 +2NaR → CaR2 + 2NaHC03 MgS04 + 2NaR → MgR2 + Na2S04 CaCl2 + 2NaR → CaR2 + 2NaCl Cũng có thể dùng ion H+ làm mềm nước
Ca++ + 2HR → CaR2 + 2H+
Khi các ion Na+, H+ đã trao đổi hết với các ion Ca2+, Mg2+ cần thiết phải tái sinh chúng:
CaR2 + H2S04 → HR + CaS04
Ưu điểm của phương pháp trao đổi ion + làm mềm nước là:
− Làm mềm nước rất tốt,
− Vật liệu lọc có thể dùng được lâu năm.
− Nhược điểm của phương pháp trao đổi ion + làm mềm nước là:
− Thiết bị to nặng,
− Phải thường xuyên coi sóc,
− Có thể gây nên độ kiềm quá cao, làm dòn kiềm thép nồi hơi.
Sau khi nước đi qua bộ trao đổi ion (+) làm mềm nước, nồng độ axít của nước tăng lên, vì vậy phải cho nước đi tiếp qua bộ trao đổi ion (-) để trung hoà các axít. Các hoá chất được sử dụng ở đây là chất có các ion OH-, C032-, HC03- của các chất như: NaOH, Na2C03, NaHC03 .
2Ra0H + H2S04 → Ra2S04 + H20 2Ra0H + H2Si03 → Ra2Si03 + 2H20 Ra0H + HCl → RaCl + H20
Phương pháp chưng cất nước ngọt làm mềm nước. B. Xử lý nước trong nồi hơi
Ta có các phương pháp xử lý nước trong nồi hơi: Phương pháp lọc nước bằng từ trường
Cho dòng nước đi thẳng góc qua từ trường mạnh, tuy thành phần hoá học của các muối cứng trong nước không thay đổi, nhưng lý tính của nước biến đổi, muối cứng lắng xuống thành cáu bùn ở trong nồi hơi.
Để tạo từ trường người ta dùng nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.
Phương pháp lọc nước bằng từ trường thiết bị đơn giản, nhưng chỉ nên dùng cho nồi hơi ống lửa, nồi hơi liên hiệp ống lửa-ống nước.
Phương pháp điện hoá làm mềm nước
Phương pháp này tốn nhiều năng lượng và còn đang trong giai đoạn thử nghiệm.
Cho hoá chất vào trong nồi hơi để làm mềm nước.
Lượng hoá chất cho vào được xác định dựa theo kết quả kiểm tra nước nồi hơi và theo quy định của các hãng chế tạo ra hoá chất xử lý nước nồi hơi.