Các khí hòa tan có tính ăn mòn kim loại O2 và CO2 có khả năng ăn mòn và phá hủy kim loại. Các sản phẩm ăn mòn được tạo ra như: Fe(OH)3, FeCO3,…cũng có tác hại rất lớn Fe(OH)3 và FeCO3 sẽ theo nước vào lò hơi, dưới tác dụng của nhiệt độ nước bốc hơi mãnh liệt làm cho nồng độ tích tụ của chúng ngày càng cao, đến một lúc nào đó sẽ tạo thành cáu bám lên thiết bị trao đổi nhiệt, làm giảm hệ số truyền nhiệt, tốn nhiên liệu, dẫn đến giảm hiệu suất lò, gây sự cố lò hơi có thể dẫn đến nổ ống.
+ Ăn mòn bởi O2
Quá trình ăn mòn bởi O2 xảy ra theo cơ chế ăn mòn hóa học hoặc ăn mòn điện hóa. Quá trình ăn mòn hóa học chủ yếu xảy ra ở vùng có nhiệt độ cao, còn ăn mòn điện hóa xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn. Sự ăn mòn bởi oxy trong lò hơi chủ yếu xảy ra theo cơ chế ăn mòn điện hóa. Cơ chế của quá trình ăn mòn điện hóa xảy ra như sau:
Ở anot xảy ra quá trình oxy hóa còn ở catot xảy ra quá trình khử với sự tham gia của O2.
Các phản ứng như sau:
H2O H+ + OH- (3.1) Anot: Fe - 2e Fe2+ (3.2) Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 (3.3)
Fe(OH)2 + O2 +H2O Fe(OH)3 (3.4) Catot: O2 + H2O + 4e 4OH- (3.5) 2H+ + 1/2 O2 + 2e H2O (3.6) + Sự ăn mòn bởi khí CO2:
Khí CO2 hòa tan trong nước tạo ra H2CO3 làm giảm pH của nước và ăn mòn kim loại. Phản ứng ăn mòn xảy ra.
CO2 + Fe + H2O FeCO3 + H2 (3.7) Mục đích xử lý khí là nhằm khử đi toàn bộ khí hòa tan như O2, CO2 còn sót lại trong nước, để tránh sự ăn mòn và phá hủy kim loại chống đóng cáu lò hơi.
3.1.2 Các phương pháp khử khí [2, 3]
Để khử được triệt để O2 và CO2 có trong nước, người ta dùng kết hợp phương pháp nhiệt và phương pháp hóa chất.
a) Khử khí bằng nhiệt
+ Bản chất của sự hòa tan khí trong nước
Ở bề mặt tiếp xúc giữa pha lỏng và pha khí có sự khuếch tán giữa các phần tử khí từ pha khí sang pha lỏng và ngược lại. Khi áp suất riêng phần của một chất khí nào đó trong pha này nhỏ hơn pha kia thì quá trình khuếch tán xảy ra. Nếu áp suất riêng phần của khí ở hai pha bằng nhau, quá trình trao đổi sẽ ngừng lại và một cân bằng động giữa hai môi trường được thiết lập. Như vậy, ở những điều kiện nhất định, trong nước sẽ tồn tại một lượng khí hòa tan nào đó. Lượng khí đó gọi là độ hòa tan của khí.
Theo định luật Henry ở điều kiện cân bằng ta có
Ci =
(3.8) Trong đó:
Ci: nồng độ của chất khí i trong pha lỏng, mol/m3. pi: áp suất riêng phần của khí i trong pha khí, atm.
: hằng số Henry của khí i, mol/m3.bar.
Với pi = xi.Pg (3.9) xi: phần thể tích khí i trong pha khí .
Pg: áp suất chung của hỗn hợp khí.
Hằng số Henry của khí phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng tăng thì hằng số Henry càng giảm.
+ Nguyên tắc khử khí bằng nhiệt.
Muốn loại trừ hết các khí hòa tan ra khỏi nước thì phải giảm đến mức tối đa áp suất riêng phần của chúng trên bề mặt nước. Để thực hiện điều đó điều kiện tốt nhất là đun sôi nước, lúc đó trên bề mặt của nước hầu như chỉ còn một loại khí đó là hơi nước, còn tất cả các loại khí khác hầu như không còn nữa vì bị hơi nước chiếm chỗ.
Vì vậy mà áp suất riêng phần của các loại khí trên bề mặt nước xấp xỉ bằng không.
Toàn bộ khí hòa tan sẽ bị đẩy ra ngoài.
Ở nhà máy nhiệt điện hiện nay người ta dùng bình khử khí bằng nhiệt áp suất 6 atm. Nước sau khi khử khí đạt tiêu chuẩn sẽ có hàm lượng O2 < 10 mg/l và CO2 <
0,03 mg/l
b) Khử khí bằng hóa chất
Khử khí bằng hóa chất là dùng một loại hóa chất cho vào trong nước để khử đi các khí hòa tan trong nước. Phương pháp này chỉ dùng với nước đã qua gia nhiệt khử khí, khi đó O2 và CO2 hòa tan trong nước đã bị khử đi hầu hết.
- Khử O2 trong nước
i H .p K i
Hi
K
Cơ sở của phương pháp là đưa vào nước các chất dễ bị oxy hóa bằng O2 hòa tan. Khi cho chất khử vào, nồng độ O2 hòa tan sẽ giảm xuống. Chất khử thường dùng là Na2SO3, SO2, natrithiosunfat, hydrazin…
+ Khi dùng Na2SO3, SO2, natrithiosunfat,… các phản ứng khử đều tạo ra các cặn muối khó hòa tan trong nước, do đó người ta it dùng các hóa chất này để khử O2. Các phản ứng khử xảy ra như [1,2]
2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 (3.10) SO2 + Ca(HCO3)2 CaSO3 + 2CO2 + H2O (3.11) 2CaSO3 + O2 2CaSO4 (3.12) 2Na2S2O3 + 5O2 4Na2SO4 (3.13) + Khi dùng hydrazin để khử O2 hòa tan, phản ứng sẽ tạo ra khí N2 (loại khí trơ không gây nguy hiểm cho lò hơi) và nước. Phản ứng khử xảy ra như sau [1,2]
N2H4 + O2 2H2O + N2 (3.14) So với Na2SO3, hydrazin có ưu điểm hơn: không làm tăng lượng cặn không hòa tan trong nước; tính theo trọng lượng hydrazin sử dụng ít hơn 8 lần. Tuy nhiên hydrazin có tính ăn mòn rất mạnh, có tính độc, ăn mòn da thịt, hơi của nó với hỗn hợp không khí có thể gây cháy nổ. Do đó khi sử dụng hydrzin phải hết sức cẩn thận.
Khi pha vào nước hydrazin làm tăng độ kiềm của nước.
Có rất nhiều loại hydrazin như: hydrazin hydrat, mono axit sunfuric hydrazin, mono axit photphoric hydrazine,… loại hydrazin hydrat (N2H4.H2O) không giảm độ pH của nước và không làm tăng các loại ion gây cáu cặn.
Hiện nay ở nhà máy các nhiệt điện đang sử dụng loại hóa chất là hydrazin để khử O2. Người ta cấp hydrazin vào đầu đẩy của bơm nước ngưng để tận dụng lực đẩy của bơm và đoạn đường lại dài nên có tác dụng triệt để với O2 hơn.
Để tăng tốc độ phản ứng khử O2 ta có thể tăng liều lượng hóa chất đưa vào so với lượng hóa chất cần thiết. Tốc độ phản ứng cũng sẽ tăng rất nhanh khi đun nóng
nước. Ngoài ra, để tăng tốc độ phản ứng có thể dùng CuSO4, coban sunfat hoặc mangan oxit làm chất xúc tác.
+ Khử CO2 bằng amôniac (NH3)
Amoniac tan nhiều trong nước làm cho nước có tính kiềm, nâng cao trị số pH của nước. Dung dịch amoniac trong nước là amon hydroxit (NH4OH). Xử lý nước lò bằng NH4OH làm tăng độ pH mà không làm tăng nồng độ các ion gây cáu cặn.
NH4OH có tác dụng khử CO2 hòa tan trong nước. Phản ứng xảy ra như sau [1,2]
NH4OH + CO2 NH4HCO3 (3.15) 2NH4OH + CO2 (NH4)2CO3 + H2O (3.16) Amoniac được cấp vào đầu hút của bơm nước cấp vì vị trí đó sau khử khí bằng nhiệt NH3 không bị mất do khử khí mà còn lợi dụng lực hút của bơm.
Nụ̀ng độ NH3 khụng được cao quỏ 1000 àg/l vỡ nếu cao quỏ khi cú mặt oxy sẽ gây ăn mòn hợp kim đồng.