Khử các chất có khả năng sinh ra cáu bám trong lò hơi

3.2.1 Mục đích, ý nghĩa

Như chúng ta đã biết, chất lượng nước lò không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, không những làm chất lượng hơi xấu đi gây đóng cáu ở tua bin, mà còn gây ăn mòn đến các thiết bị nhiệt, trực tiếp là lò hơi, hơn nữa sau một thời gian vận hành cặn nước bám vào thành ống và các thiết bị nhiệt gây nên hiện tượng đóng cáu.

Trong lò hơi, do nước luôn luôn bị bốc hơi và cô đặc liên tục cho nên nồng độ ion Ca2+, Mg2+ trong nước lò có thể tăng đến trị số tương đối lớn. Do đó cáu bám dễ dàng hình thành. Vì vậy việc khử các chất có khả năng sinh ra cáu bám trong lò hơi là hết sức quan trọng.

Nguyên tắc xử lý nước trong lò là dùng phương pháp hóa học làm cho các tạp chất rắn lắng dưới dạng bùn rồi xả ra ngoài.

3.2.2 Phương pháp xử lý nước trong lò bằng phương pháp hóa học

Người ta cho trực tiếp hóa chất vào trong nước lò. Các hóa chất này có thể tạo ra được những hợp chất với các ion có thể sinh ra cáu bám (Ca2+, Mg2+) và tạo ra những kết tủa ở lắng dưới dạng cáu bùn và được xả ra ngoài. Những hóa chất được dùng có thể là: NaOH, Na2CO3, Na3PO4.12H2O hoặc Na2HPO4.12H2O,… Trong đó natri photphat được dùng rộng rãi nhất nên nhiều khi người ta gọi đó là chế độ photphat hóa nước lò. Còn đối với lò hơi nhỏ thì dùng NaOH hoặc Na2CO3.

+ Xử lý nước trong lò bằng Na2CO3:

Người ta đã biết trong dung dịch chứa một muối nào đó ở trạng thái phân ly, thì muối chỉ lắng xuống ở thể rắn khi tích số nồng độ các ion đã đạt đến một trị số bằng một hằng số nào đó xác định đối với từng cặp ion và chủ yếu xác định theo nhiệt độ. Hằng số Êy cũng là giới hạn hòa tan của muối đó ở nhiệt độ đó và được gọi là độ hòa tan.

Ví dụ: Độ hòa tan của CaSO4 và CaCO3 ở cùng nhiệt độ sẽ tương ứng với các hằng số K và K1 theo các công thức [4]

K= [Ca2+].[SO42-] (3.19) K1=[ Ca2+].[CO32-] (3.20) Để cho Ca2+ lắng xuống dưới dạng CaCO3 cần đảm bảo có một lượng thừa CO32-. Lượng thừa đó phải càng lớn nếu nồng độ SO42- trong dung dịch cao.

Do lượng CO32- rấtlớn so với SO42- nên giá trị K1 trong biểu thức (3.20) nhanh chóng đạt được trước khi giá trị của K trong biểu thức (3.19) kịp đạt tới, do đó Ca2+

chủ yếu lắng xuống dưới dạng CaCO3, là cáu bùn chứ không phải là CaSO4 dạng cáu cứng. Bằng cách này ta có thể ngăn ngừa được thạch cao CaSO4 không lắng xuống thành cáu bám cứng.

Vậy đưa ion CO32- dưới dạng Na2CO3 vào lò để nâng cao nồng độ CO32- thì có thể đạt được giới hạn hòa tan của CaCO3 trong lúc nồng độ của Ca2+ rất nhỏ so với

giới hạn hòa tan của CaSO4 và kết quả là CaCO3 lắng xuống chứ không phải là CaSO4.

Khi tăng áp suất hoặc tăng nồng độ SO42- thì nồng độ CO32- tiêu tốn tăng. Khi áp suất cao hơn 15 atm, Na2CO3 bị thủy phân theo phương trình:

Na2CO3 + H2O 2NaOH + CO2 (3.21) Do đó nồng độ CO32- không đảm bảo, lượng NaOH tạo ra sẽ tăng độ kiềm và gây ra nhiều tác hại.

Do những nhược điểm trên nên đối với lò hơi làm việc ở áp suất cao trên 15 atm người không Na2CO3 mà dùng Na3PO4.

+ Xử lý nước trong lò bằng muối photphat:

Na3PO4 khi cho vào nước lò sẽ phân ly ra các ion PO43-, chúng sẽ liên kết với các ion Ca2+, Mg2+ của các muối silicat, sunfat tạo thành các kết tủa dạng bùn không dính bám. Do đó, khi xả lò chúng sẽ theo nước xả lò đi ra ngoài. Phản ứng như sau:

3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3 (3.22) 3CaSO4 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4 (3.23) 3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 6NaHCO3 (3.24) 10Ca2+ + 6PO43- + 2OH- Ca10(PO4)6(OH)2 (3.25)

Phản ứng cuối được tiến hành khi nước lò có độ pH > 10.

Các muối Ca3(PO4)2, Mg3(PO4)2 là loại cáu bám chắc, còn hydroxin apatit là dạng bùn không dính bám. Sự ưu tiên của các phản ứng tùy vào độ pH.

+ Nếu nước lò có độ pH > 10 nghĩa là số ion hydroxyn OH- lớn thì khi đưa vào lò Na3PO4 hoặc hỗn hợp Na2PO4 thì sẽ có sự tương tác giữa các ion PO43- với các ion OH- và Ca2+ tạo nên hydroxyn apatit Ca3(PO4)2.Ca(OH)2 hay Ca10(PO4)6.(OH)2 là một liên kết khó hòa tan, tách ra dưới dạng bùn, có thể xả ra ngoài.

Độ hòa tan của hydroxyn apatit phụ thuộc vào độ kiềm của nước. Độ kiềm càng lớn thì độ hòa tan càng giảm, thí dụ dưới áp suất 10 bar khi độ pH = 7 độ hòa tan bằng 4 mg/l còn khi pH = 9 thì độ hòa tan còn khoảng 2 mg/l. Độ hòa tan của hydroxyn apatit phụ thuộc vào độ kiềm của nước độ kiềm càng lớn thì độ hòa tan càng giảm, thí dụ dưới áp suất 10 bar khi độ pH = 7 độ hòa tan bằng 4mg/l còn khi pH = 9 thì độ hòa tan còn khoảng 2 mg/l.

+ Nếu nước có độ pH < 7,5 ÷ 8 thì ion photphat sẽ liên kết với Ca2+ để tạo nên Ca3(PO4)2 là loại cáu bám chắc lên bề mặt.

Vì vậy để dùng muối phôtphat làm chất xử lý là phải duy trì độ pH của nước pH >10. Khi duy trì một lượng PO43- dư , với độ pH > 10 thì hàm lượng Ca2+, Mg2+

trong nước sẽ rất nhỏ, không gây đóng cáu. Thậm chí ngay cả khi nồng độ ion SO42-

hoặc SiO32- trong nước lò tưong đối cao cũng không thể sinh thành cáu CaSO4 hoặc CaSiO3 được.

Trong nước lò khi duy trì ion PO43- dư thì nước lò có tính kiềm do Na3PO4

thủy phân nấc thứ nhất theo phản ứng:

Na3PO4 + H2O Na2HPO4 + NaOH (3.26) Do sự bốc hơi và cô đặc liên tục của nước trong lò hơi nên mức độ thủy phân của muối giảm. Vì vậy, độ kiềm không thể đạt đến nồng độ cao để gây nguy hiểm đối với ăn mòn thiết bị lò hơi.

NaOH sinh ra từ sự thủy phân muối photphat có tác dụng làm màng bảo vệ kim loại, đồng thời duy trì pH trong nước lò ( 9,3 < pH < 10,7 ).

Lượng kiềm cho phép tồn tại trong nước lò là tùy vào hàm lượng của muối Photphat cho vào.

3.3 Cáu bùn

Là loại cáu giống như bùn, lắng xuống trong nước tuần hoàn. Nó gồm có CaCO3, Mg(OH)2, Ca3(PO4)2 và các tạp chất cơ học. Bằng cách xả lò có thể đưa cáu bùn ra ngoài dễ dàng.