Trong hệ thống lò hơi, nước đóng vai trò trung gian truyền nhiệt từ lò đến thiết bị sử dụng và được thu hồi một phần qua các hệ thống thu hồi nước để được tái sử dụng cho lò hơi hoặc các mục đích khác của nhà máy.
I. Mở đầu:
Nước được xem là “Một phần tất yếu của cuộc sống”, và đối với lò hơi thì nước cũng đóng một vai trò mang tính “tất yếu” như vậy.
Trong hệ thống lò hơi, nước đóng vai trò trung gian truyền nhiệt từ lò đến thiết bị sử dụng và được thu hồi một phần qua các hệ thống thu hồi nước để được tái sử dụng cho lò hơi hoặc các mục đích khác của nhà máy. Vì lý do đó, việc cấp nước liên tục vào lò hơi khi đang hoạt động đảm bảo tính hiệu quả cho hoạt động sinh hơi và cấp năng lượng cho toàn hệ thống nhà máy, cũng như đảm bảo hoạt động của lò hơi được ổn định và an toàn. Thiếu nước trong lò hơi thường dẫn đến những sự cố rất nguy hiểm cho hệ thống thiết bị của lò.
Chất lượng nước cấp vào lò hơi rất quan trọng, vì nguồn nước tự nhiên tuỳ theo địa phương sẽ có chứa tạp chất, các ion kim loại hoà tan và có độ pH không ổn định. Nếu sử dụng trực tiếp nguồn nước chưa qua xử lý, các thiết bị bằng kim loại bên trong lò hơi tiếp xúc trực tiếp với nước hoặc hơi sẽ bị ăn mòn hoặc đóng cáu cặn, theo thời gian cáu cặn sẽ làm giảm hiệu suất sinh hơi của lò gây lãng phí năng lượng và sau đó hiện tượng ăn mòn sẽ làm hư hỏng các bộ phận kim loại và làm giảm tuổi thaọ lò hơi.
II. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng nước cấp:
Nước lấy từ nguồn chưa qua xử lý như nước giếng, nước máy thuỷ cục… thường chứa các ion kim loại nặng, các loại khí như O2, CO2… và các thành phần khác; cũng như có độ pH không ổn định. Việc nhận biết các tác nhân này và cách xử lý chúng rất quan trọng trong việc góp phần ngăn ngừa các sự cố ngay từ ban đầu và nâng cao hiệu quả sử dụng cũng như tuổi thọ của lò hơi.
1. Ion kim loại nặng:
Ion kim loại nặng hoà tan phổ biến trong nước gồm Sắt, Canxi, Magie và Silic… khi nước có chứa các ion này được đun nóng, các ion này tách khỏi nước và bám vào các bề mặt kim loại của đường ống sinh ra cáu cặn. Cáu cặn ngoài việc làm thu hẹp tiết diện đường ống gây giảm hiệu suất lò hơi còn gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ gây phá huỷ đường ống.
Hình 1: Cáu cặn bám bên ngoài và bên trong đường ống (hình nhỏ) của một lò hơi
2. O2 , CO2 và các loại khí khác:
Các phân tử khí nằm trong nước cấp là một trong các tác nhân gây ăn mòn thiết bị, đặc biệt là O2 . Khí O2 nằm trong nước vào lò hơi sẽ gây ra hiện tượng rỗ trên bề mặt kim loại của thành lò hơi khi tiếp xúc. Dạng ăn mòn này rất nguy hiểm và dễ gây hư hỏng lò hơi dù lượng ăn mòn nhỏ và tốc độ ăn mòn thấp. Mức độ ăn mòn của O2 phụ thuộc nhiều yếu tố như nồng độ O2 hoà tan, độ pH, nhiệt độ nước…
Hình 2: Cáu cặn và ăn mòn bên trong đường ống góp của lò hơi
3. Độ pH của nước:
Độ pH (nồng độ Hydro) của nước là một chỉ số để xác định hàm lượng các gốc axit vô cơ tồn tại trong nước ở trạng thái tự do. Nước trung tính có pH=7, nước mang tính axit có pH<7 hoặc mang tính kiềm có pH>7.
Hình 3: Thước đo pH (Nguồn internet)
Ngoài nước có độ pH=7 thì cả hai phân nhóm còn lại đều không thích hợp để sử dụng trong cấp nước lò hơi vì gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại cho thiết bị, góp phần phá huỷ thành lò hơi.
Hình 4: Bên trong một balong lò hơi trước khi vệ sinh
III. Xử lý nước cấp lò hơi:
Chỉ số chính của xử lý nước lò hơi là pH, TDS (Tổng số chất rắn hòa tan), TSS (Tổng chất rắn lơ lửng) và độ cứng.
Cách tốt nhất để loại bỏ các tạp chất trong nước là trước khi chúng được đưa vào lò hơi. Một lượng nhỏ các tạp chất còn lại có thể được xử lý bên trong lò hơi bằng cách dùng van xả đáy để đẩy tạp chất ra ngoài.
Hình 5: Quy trình xử lý nước cấp và sử dụng trong lò hơi (Nguồn internet)
1. Xử lý nước bên ngoài lò hơi:
Xử lý nước bên ngoài lò hơi là phương pháp xử lý bằng hóa học và cơ học cho nguồn nước. Mục đích là để nâng cao chất lượng của nguồn nước trước khi sử dụng làm nước cấp cho lò hơi. Xử lý nước bên ngoài lò hơi có các quy trình sau:
a. Lắng cặn:
Lắng cặn là quá trình loại bỏ các chất rắn lơ lửng bằng phương pháp pha trộn các hoá chất tạo màng vào nước, làm cho các hạt rắn lơ lửng kết dính với nhau với kích thước lớn dần lên, sau đó dùng hệ thống lọc cơ học để loại bỏ các tạp chất lớn này. Quá trình lắng cặn được sử dụng trong các hệ thống lò hơi rất lớn, tiêu thụ một lượng lớn nước từ nguồn nước bề mặt.
Quy trình lắng cặn thường được kết hợp với quy trình lọc để loại bỏ hoàn toàn các chất rắn lơ lửng trong nước.
b. Lọc:
Quá trình lọc loại bỏ hoàn toàn các tạp chất lơ lửng trong nước sau quá trình lắng cặn. Phương pháp lọc phổ biến nhất là dùng bể lọc dạng hạt với thành phần vật liệu lọc chính là cát, than cứng và đá đỏ. Ngoài ra còn có các dạng lọc khác như lọc cột, lọc túi và lọc lưới. Các phương pháp lọc khác nhau được sử dụng tuỳ thuộc vào điều kiện cấp nước của mỗi đơn vị.
c. Làm mềm và khử khoáng:
Làm mềm nước và khử khoáng là quá trình loại bỏ các ion kim loại như Sắt, Canxi, Magie và Silic… ra khỏi nước. Phương pháp phổ biến nhất là trao đổi Cation.
Hình 6: Một hệ thống bình làm mềm nước bằng phương pháp Cation (Nguồn internet)
Cho nước cấp đi qua bình đựng các cationit như NaR, trong đó R là gốc của các cationit không hoà tan trong nước, đóng vai trò anion thì các cation dễ đóng cáu cặn có trong nước như Ca2+, Mg2+… sẽ trao đổi với các cation dễ hoà tan của cationit như Na+… Như vậy các cation dễ đóng cáu cặn được giữ lại còn các cation dễ hoà tan thì theo nước cấp đi vào lò.
Khi dùng các cation muối Natri, phản ứng xảy ra như sau:
- 2NaR + Ca(HCO3)2 CaR2 + 2NaHCO3
- 2NaR + Mg(HCO3)2 MgR2 + 2NaHCO3
- 2NaR + CaCl2 CaR2 + 2NaCl2
- 2NaR + MgCl2 MgR2 + 2NaCl2
- 2NaR + CaSO4 CaR2 + Na2SO4
- 2NaR + MgSO4 MgR2 + Mg2SO4
Sau một thời gian làm việc các hạt nhựa trong bình trao đổi ion sẽ bị giảm khả năng làm việc, vì vậy ta phải hoàn nguyên cho các hạt nhựa, chất được dùng trong quy trình hoàn nguyên này là nước muối NaCl. Sau quá trình hoàn nguyên cần đảm bảo lượng nước muối này được xả bỏ hoàn toàn để không bị đưa vào lò hơi.
d. Khử kiềm:
Khử kiềm làm giảm độ kiềm trong nước, quy trình này được dùng cho các lò hơi yêu cầu nước cấp có độ tinh khiết cao, nước sau khi được làm mềm sẽ qua một quá trình trao đổi ion với muối NaCl để giảm nồng độ các ion gốc HCO3 hoặc SO4 trong nước. Như vậy nước được trung hoà hoàn toàn để đưa vào lò hơi.
Lợi ích chính của việc sử dụng nước khử kiềm là ngăn ngừa sinh CO2 bên trong của lò hơi. CO2 thoát ra khỏi lò hơi cùng với hơi nước có thể tạo thành axit cacbonic trong hệ thống ngưng tụ hơi, dẫn đến việc ăn mòn hệ thống này.
e. Khử khí O2 và hâm nước:
Khử khí cơ - hóa học là một phần không thể thiếu của quy trình xử lý nước cấp để bảo vệ lò hơi hiện đại. Khử khí cùng với các phương pháp trên đây đảm bảo nước cấp đạt chất lượng tốt nhất để sử dụng cho lò hơi.
Mục đích của quy trình khử khí và hâm nước là:
Loại bỏ O2, CO2 và các khí không ngưng tụ khác trong nước cấp.
Làm nóng nước cấp đến một nhiệt độ tối ưu giúp hạn chế tối đa khả năng hòa tan của các chất khí không mong muốn, cũng như cung cấp nước với nhiệt độ tốt nhất để bơm vào lò hơi.
2. Xử lý nước trong lò hơi:
Ngay cả sau khi xử lý bên ngoài cách tốt nhất, nước cấp lò hơi (bao gồm cả nước ngưng tụ) vẫn còn chứa các tạp chất có thể ảnh hưởng xấu đến hoạt động lò hơi. Xử lý nước trong lò hơi được áp dụng để giảm thiểu các nguy cơ tiềm ẩn và tránh các hư hỏng nguy hại khác.
Hình 7: Vệ sinh bên trong balong lò hơi
IV. Giám sát chất lượng nước cấp:
Người vận hành lò hơi phải thường xuyên kiểm tra chất lượng nước cấp bằng giấy quỳ hoặc dung dịch kiểm tra pH. Nếu thấy nước không đạt tiêu chuẩn phải tiến hành xử lý nước ngay.
Hình 8: Biểu đồ độ ăn mòn kim loại đối với nước cấp trong lò hơi (nguồn Internet)
Người vận hành phải thường xuyên giám sát độ pH lò hơi được nằm trong mức 11, đây là mức pH có độ ăn mòn kim loại thấp nhất đối với nước cấp trong lò hơi. Các chất rắn lơ lửng còn trong nước cấp sau khi đi vào lò hơi có xu hướng khó kết tủa nhất tại mức pH 11, vì nước ở môi trường này làm giảm quá trình oxy hóa và hỗ trợ sự hình thành của một lớp ổn định Oxit sắt từ trên bề mặt của nước cấp trong lò hơi, bảo vệ vật liệu bên dưới không bị ăn mòn hơn nữa. Nếu vượt quá chỉ số trên thì phải tăng cường độ xả đáy cho đến lúc đạt thì trả lại chế độ bình thường.
V. Kết luận:
Để đảm bảo lò hơi của bạn luôn vận hành bền bỉ và an toàn, việc giám sát và xử lý nguồn nước cấp trước khi đưa vào lò hơi là rất quan trọng. Chúng tôi hy vọng đã cung cấp cho các bạn một số thông tin hữu ích. Nếu có bất cứ câu hỏi gì thêm, hãy liên hệ ngay với chúng tôi tại: info@mde.com.vn để được tư vấn tốt nhất.
MDE - Phòng kỹ thuật
Bài viết có sử dụng tư liệu tham khảo tại:
http://www.cleanboiler.org/Eff_Improve/Operations/Water_Treatment.asp
http://www.nationalboard.org/sitedocuments/commissioned%20inspectors/nb-410.pdf
http://www.gewater.com/handbook/boiler_water_systems/ch_11_preboiler.jsp