CHƯƠNG 8: NƯỚC CẤP NỒI HƠI VÀ XỬ LÝ NƯỚC NỒI
8.3. Xử lý nước nồi
8.3.1. Xử lý nước ngoài nồi
Xử lý nước ngoài nồi bao gồm: lọc cặn, lọc dầu, khử khí, khử muối cứng.
Có thể không cần khử muối ở ngoài nồi trong những trường hợp sau đây: Nồi hơi ống lửa được cung cấp bằng nước cấp có độ cứng chung dưới 8 mg đương lượng/l, nồi liên hợp và nồi nước áp suất dưới 20 kG/cm2 được cung cấp bằng nước cấp bổ sung có độ cứng chung dưới 5 mg đương lượng /l.
1.Lọc cặn
Nước ngưng và nước ngoài bổ sung đi qua lưới lọc và các ngăn than cốc của bể lọc (bể nước nóng) sẽ lọc sạch cặn.
2. Lọc dầu
Nước ngưng của hơi làm việc với máy hơi có lượng dầu khoảng 50 mg/l với tua bin hơi 5 mg/l. Nên nước ngưng của hơi làm việc với máy hơi dùng bể lọc nhiều cấp, của tua bin hơi chỉ cần bể lọc 1 cấp. Vật liệu lọc thường dùng là: khăn bông, vải gai, than cốc than hoạt tính, gỗ, dạ bột antaxit.
Năng lực hút (chứa) dầu của chúng như sau: với than cốc cỡ 20 ÷ 25 mm là 5 g/kg; than cốc cỡ 10 ÷ 12 mm là 9g/kg.
Than cốc cỡ 5 ÷ 6 mm: 20g/kg; than hoạt tính: 250 g/kg; khăn bông: 200 g/kg; dạ thường: 160 ÷ 170 g/kg.
Dầu mỏ trong nước nồi có thể ở một trong ba trạng thái:
- Trạng thái màng nổi: Bị giữ lại tại các ngăn của bể lọc.
- Trạng thái giọt dầu lơ lửng trong nước: Bộ lọc kiểu cơ học giữ lại.
- Trạng thái nhũ tương: Các hạt dầu rất nhỏ (< 0,0001mm) và mang điện tích cùng dấu ngăn không cho chúng kết lại thành hạt dầu to, chúng hầu như không bị bộ lọc cơ học giữ lại. Muốn tách nó ra khỏi nước, trước hết phải khử nhũ tương hoặc dùng bộ lọc dầu kiểu hấp thu. Vật liệu lọc dầu thường được chứa trong các ngăn của bể nước nóng, tốc độ chảy qua bể càng chậm thì chất lượng lọc càng tốt. Than hoạt tính có tác dụng hấp thu dầu rất tốt khi lượng dầu trong nước ngưng dưới 6 mg/l, lưu tốc dòng nước qua bộ lọc dưới 5 ÷ 6 m/h và độ cao tầng than trên 100 mm than cốc và than hoạt tính có tác dụng lọc cơ học lọc hấp thu và khử một phần nhũ tương.
Khi vật liệu lọc đã 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 (có bể chỉ chứa được 0,1 g/mli, có bể đạt tới 14 ÷15 g/mli bể lọc ở hình 9.2 chỉ chứa được 0,8 g/mli).
Hình 8.1. Bể lọc có năng lực chứa dầu cao 1; 2- Bộ phận lắng, lọc; K- than ốc; 0- than hoạt tính.
Dung tích của bể lọc tính theo mỗi mã lực chỉ thị nên vào khoảng 1,5 ÷ 2,5 lít/mli.
77
Ngoài bể lọc ra, có khi trên đường ống nước cấp chính còn có một đôi bầu lọc phụ kiểu lưới hoàng đồng.
3. Khử khí
Nồi hơi áp suất dưới 20 kG/cm2 thường tiến hành loại trừ các chất khí trong nước cấp tại bầu ngưng và bể nước nóng.
Nồi hơi áp suất cao cần có thêm thiết bị khử khí riêng, khử khí có nhiều phương pháp.
Kiểu đun sôi: Nước cấp được dẫn vào bầu khử khí và đun sôi, các chất khí hòa tan sẽ bay đi. Đây là phương pháp thường dùng nhất, tuy rằng nó không khử được hoàn toàn hết chất khí.
Kiểu hóa học: Pha vào nước cấp các chất hấp thụ O2 như N2H4, Na2SO3. N2H4 + O2 -> N2 + 2H2O
2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4
Phương pháp này có thể khử khí hoàn toàn. Từ 1 kg O2 trong nước cần 1 kg N2H4.
Kiểu nhiệt hóa: Nước đi qua bầu khử khí được đun nóng và nhờ than hoạt tính hấp thụ chất khí.
Kiểu điện học: Dòng điện đi qua nước, ôxygen trong nước bị ion hóa mang điện tích âm và chạy đến cực dương tụ tập thành bóng hơi đi lên bay đi.
Ngoài ra, để giảm lượng khí trong nước, độ quá lạnh của nước ngưng nên hết sức bé (độ lạnh tăng 10C thì lượng O2 tăng 0,06 mg/l), để lọc nên dùng hơi thải hâm nóng hơi nước đến trên 50 ÷ 600C, cần thường xuyên theo dõi tình hình làm việc của vòi thoát khí ở bầu hâm nước và bộ hâm tiết kiệm.
Đối với các nồi hơi cao áp, nhất thiết phải dụng hệ thống kín cấp nước có bộ khử khí kiểu đun sôi.
Nồi hơi ống lửa có khi dùng bộ khử khí đặt trong nồi.
4. Khử muối cứng
Trên tàu thường dùng các phương pháp khử muối cứng như: phương pháp trao đổi ion dương, phương pháp trao đổi ion âm, phương pháp điện tử, phương pháp điện hóa, phương pháp chưng cất nước.
a. Phương pháp trao đổi ion dương làm mềm nước
Cho nước đi qua các chất trao đổi ion dương như đá bọt, than hoàng hoa, vôphatít, espatit (ký hiệu chung của chúng là NaR), thì ion Na của chúng sẽ trao đổi ion Ca++ và Mg++ của muối cứng trong nước, làm cho các hợp chất khó hòa tan của Ca và Mg (tức muối cứng) trở thành những hợp chất dễ hòa 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 không đổi vì rằng số lượng ion âm Cl-, SO4-2, HCO3- 2 ... trong nước chưa hề thay đổi).
Tương ứng như vậy, có thể dùng các chất trao đổi ion H+. Ca+2 + 2HR = CaR2 + 2H+
Khi tất cả các ion Na+ sắp trao đổi hết với Ca+2 và Mg+2 cần dùng dung dịch 5 ÷ 10% NaCl tiến hành tái sinh với lưu tốc 7 ÷ 10 m/h.
CaR2 + H2SO4 = 2HR + CaSO4
Năng lượng trao đổi ion dương của đá bọt vào khoảng 100 ÷150 g đương lượng/m3(tức là 1 m3 đá bọt có thể làm mềm 100 ÷ 150 tấn nước có độ thấm ban đầu 1mg đương lượng/1 hoặc 10 ÷15 tấn nước có độ cúng
10 mg đương lượng/l), của than hoàng hóa 280 ÷ 360g đương lượng/l, espatit 400 g đương lượng/l; ôphatit 300 ÷ 600 g đương lượng/l.
Đá bọt (glauconhit thiên nhiên) là alumin silic của Fe và Mg ngậm nước, kí hiệu là (Na2O, Al2O3, SiO2).
nH2O.Nó chỉ lọc được nước dưới 350C. Lưu tốc lọc 5 ÷15 m/h. Than hoàng hóa (than đá sunphát hóa) được dùng rộng nhất trên tàu vì rẻ, sẵn. Nó là sản phẩm của than đá tác dụng với H2SO4 đậm đặc (trên 96% H2SO4) với tỷ lệ 1: 4 (theo trọng lượng), nó có mạng hữu cơ phức tạp chứa nhiều nhóm sunfơ HSO3 và các bô xyn COOH. Nó có thể lọc được nước 60 ÷ 700C. Lưu tốc lọc là 20 ÷ 25m/h khi độ cứng của nước 1mg đương lượng/l, 10 ÷15 m/h khi 3 ÷ 6 mg đương lượng/l; 5 ÷ 10 m/h khi trên 6 mg đương lượng/l. Hao hụt hàng năm độ 6 ÷10%.
Trước khi tái sinh, cần cho dòng nước đi ngược chiều trong thời gian 15 ÷ 20 phút với lưu lượng 3 ÷ 5 l/g cho 1m2 mặt cắt bầu lọc để làm xốp vật liệu lọc. Sau khi tái sinh, cần rửa sạch NaCl hoặc H2SO4 bằng nước ngọt: trong 20 ÷ 25 phút đầu cho nước ngọt đi từ dưới lên trên với lưu tốc 4 ÷ 5 m/h, rồi xả ra ngoài tàu trong 25 ÷ 30 phút tiếp đó tăng lưu tốc đến 7 ÷ 8 m/h, phải đưa nước ấy vào két riêng để sau này làm xốp vật liệu lọc. Khi độ cứng của nước sau bầu lọc đạt 0,05 mg đương lượng/l là đã rửa xong.
Thường sau 12 ÷ 24 h lọc, phải tiến hành tái sinh và rửa độ 0,8 ÷ 1,2 h (tuỳ theo độ cứng của nước và dung tích bầu lọc).
Ưu điểm của phương pháp trao đổi ion Na+ làm mềm nước là:
- Một trong những phương pháp tốt nhất làm mềm nước (đạt tới độ cứng 0,01 ÷0,03 mg đương lượng/l).
- Vật liệu lọc có thể dùng lâu năm.
Song thiết bị của nó tương đối to, nặng, phải thường xuyên coi sóc, có trường hợp gây nên độ kiềm quá cao có thể sinh ra giòn kiềm, cần nhiều nước ngọt để rửa.
Các tàu lớn thường trang bị thiết bị lọc mềm này ngay cả một số tàu sông 200 ÷ 300 mã lực cũng áp dụng.
Làm mềm nước bằng cách trao đổi ion dương H+ khử được toàn bộ độ cứng các bon nát (độ kiềm), lượng cặn khô giảm trong nước có tính axit không thể cung cấp cho nồi hơi được.
b. Phương pháp trao đổi ion âm làm mềm nước
Nước có tính axít đi qua chất trao đổi ion âm (ion âm OH-, CO3-2, HCO3-) sẽ tiến hành trao đổi ion âm với a xít.
Trước khi trao đổi ion âm, phải làm cho tất cả các muối trong nước trở thành a xít tức là cho đi qua bộ trao đổi ion dương H+.
Khi trao đổi ion âm, sẽ diễn ra các phản ứng.
2RaOH + H2SO4 → Ra2SO4 + 2H2O 2RaOH + H2SiO3 → Ra2SiO3 + 2H2O RaOH + HCl → RaCl + H2O
Các chất trao đổi ion âm khác như Ra2CO3, RaHCO3 cũng có phản ứng tương tự.
Khi tái sinh dùng dung dịch kiềm (NaOH, Na2CO3, NaHCO3) để bảo đảm cung cấp nước có độ cứng bằng 0 cho các nồi hơi cao áp hiện đại, cho nước chưng cất đi qua bầu trao đổi ion dương H+ rồi qua bầu trao đổi ion âm.
c. Phương pháp lọc nước bằng từ trường
Cho dòng nước đi thẳng góc với đường sức từ của từ trường mạnh, tuy thành phần hóa học của muối cứng trong nước không hề biến đổi, song lý tính của nước biến đổi (độ nhớt tăng, sức căng bề mặt,... điện của các ion Ca+2, Mg+2 biến đổi).
Do đó các muối cứng lắng thành cáu bùn ở trong nồi hơi, mà không đóng cáu cứng.
79
Cường độ từ trường nên vào khoảng H = 120000 A/m, lưu tốc nước nên vào khoảng 1 m/s.
Có thể dùng nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.
Bộ lọc từ trường thường bố trí tại giữa bể lọc và bơm cấp nồi.
Lọc nước bằng từ trường thiết bị đơn giản. Nhưng chỉ nên dùng cho nồi hơi ống lửa và nồi hơi liên hiệp ống lửa - ống nước mà độ cứng của nước cấp dưới 4 ÷5 mg đương lượng/l và lượng nước bổ xung dưới 3 ÷ 5% lượng sinh hơi của nồi hơi. Khi lọc nước bằng từ trường, lượng cặn bùn sinh ra nhiều nên phải tăng số lần xả cặn và lượng nước xả.
d. Phương pháp điện hóa làm ngọt nước (khử muối)
Khi có dòng điện đi qua, nước cần khử muối bị ion hóa các ion dương (Na+, Mg+2) đi qua các màng 2 (hình 8.3), các ion âm (Ci-, SO-2,..) đi qua các màng 3. Do đó tạic ác ngăn số chẵn (II, IV, VI...) nồng độ muối tăng lên, còn trong các ngăn số lẻ (I, III, V...) nước được làm ngọt.
Phương pháp điện hóa làm ngọt nước tốn nhiều năng lượng (hơn cả phương pháp chưng cất hồi nhiệt) và còn trong giai đoạn thí nghiệm.
Hình 8.2. Sơ đồ thiết bị điện hóa làm ngọt nước.
1- Bể có hàng trăm ngăn; 2- Màng chất dẻo pomime tổng hợp có các nhóm axit H2CO3 cho điện dương đi qua song không thấm nước; 3- Màng chất dẻo
polime tổng hợp các nhóm kiềm, cho ion âm đi qua, cũng không thấm nước;
4,5- Điện cực nối với nguồn điện một chiều 100 ÷ 120 V.
e. Phương pháp chưng cất nước ngọt
Khử muối theo phương pháp trao đổi ion, phương pháp từ trường, phương pháp hóa học, cần mang theo trên tàu khá nhiều nước ngọt. Do đó cá tàu đi biển xa thường trang bị thiết bị chưng cất nước biển thành nước ngọt.
Nước biển đi vào bầu chưng cất nhờ hơi thải 1 ÷ 2 kG/cm2 của các máy phụ hoặc hơi trích từ tua bin đun sôi bốc thành hơi qua bầu ngưng đọng thành nước cất. Có khi lợi dụng nhiệt của khói lò để đun sôi trong bộ chưng cất nước kiểu chân không.
Nước chưng cất qua một cấp chỉ đạt được lượng muối chung 20 ÷ 20 mg/l. Muốn có nước tinh khiết hơn (lượng muối chung 1 ÷ 2 mg/l), cần chưng cất lại lần thứ hai, lần thứ ba.
Có khi tiến hành khử muối theo phương pháp liên hợp: Đầu tiên khử muối bằng phương pháp chưng cất, hoặc phương pháp điện hóa, sau cho qua bầu trao đổi ion dương và bầu trao đổi ion âm.
Xả cặn cho nồi hơi
Ngoài việc lọc nước đảm bảo phẩm chất của nước cấp, cần có biện pháp bảo đảm phẩm chất của nước trong nồi (lượng muối chung, độ kiềm, độ clorua). Nước nồi không ngừng bốc hơi, nồng độ các tạp chất tăng lên. Vì vậy cần tiến hành xả cặn nồi và xả cặn đáy bể thay nước sạch vào đảm bảo phẩm chất của nước nồi, do đó hạn chế lượng muối theo hơi nước vào bộ sấy hơi và tua bin.
- Xả cặn nổi (gạn mặt) nhằm xả ra ngoài loại cặn bẩn lơ lửng và dầu. Thường cứ 4 giờ xả cặn nổi 1 lần, xả xong mực nước tại ống thủy hạ xuống không quá
3 1 4
1 ÷ mực nước bình thường trong ống thủy.
Na+ Na+ Na+
Cl- Cl- Cl-
-
+
1 2 3
4
- I + II - III + IV - V +
- Xả cặn đáy nhằm xả cặn bùn đọng dưới đáy nồi ra ngoài. Thường thường cứ 24 giờ xả 1 lần, xả xong mực nước hạ xuống độ
2 1 3
1÷ mực nước bình thường trong ống thủy.
Nước xả Dx của nồi hơi tàu thủy tuần hoàn tự nhiên chỉ tuỳ thuộc vào lượng muối của nước nồi và của nước cấp.
nc nn
h nc
S S
S D S
D −
= . −
χ , kg/h.
Trong đó:
Snc, Sh, Snn- lượng muối của nước cấp, của hơi nước, của nước nồi.
Lượng nước xả Dx thường chiếm 0,5 ÷ 2% lượng sinh hơi của nồi hơi. Khi định kỳ xả cặn, mất khá nhiều nước và nhiệt. Khi liên tục xả cặn, ít mất nhiệt và nước.
Khi xả định kỳ, có thể cho nước xả đi qua ống ruột gà đặt trong bể lọc để giảm bớt tổn thất nhiệt do nước xả mang đi. Khi xả liên tục, nước xả cặn nồi được đưa vào bộ chưng cất nước ngọt.
Xả cặn nồi hơi ống nước nằm:
Khi ấy giảm bớt độ 2
1 lượng chất đốt, vì rằng khi xả cặn từ bầu góp, cặn ra có thể phá hoại sự tuần hoàn trong cụm khóm ống nước sôi I, làm nứt vỡ ống,...