Đã là một kỹ sư về lĩnh vực nhiệt lạnh thì khi nói đến lò hơi, bạn cần phải nắm rõ hết những thông số để đánh giá một lò hơi có tốt hay không thì ở bài viết này mình sẽ hướng dẫn kỹ càng để có thể giúp ích cho công việc hiện tại của bạn

Những thông số đánh giá lò hơi

+ Hiệu suất và tỷ lệ nước bóc hơi : Sẽ giảm theo thời gian vì do bảo trì kém, dẫn đến tắt ngẽn ống truyền nhiệt, hoặc đầu đốt hoạt động kém

+ Chất lượng nhiên liệu và chất lượng nước kém : Nhiên liệu đốt và chất lượng nước để tạo steam kém thì cũng là một trong những thông số đánh giá lò hơi kém

+ Cân bằng nhiệt : Chúng ta phải biết được cân bằng nhiệt như thế nào, đầu vào đầu ra ra sao thì mới xác định rõ được boiler của chúng ta đã tổn thất gì, cần làm gì để tránh tổn thất nhiệt

+ Hiệu suất lò hơi : Chúng ta cần phải biết các kiểm định hiệu suất lò hơi để biết hiệu suất cao nhất có thể mà lò hơi đạt được mà từ đó đưa ra các biện pháp nâng cao hiệu suất lò hơi cho lò hơi tại công ty chúng ta

Cân bằng nhiệt

Ở trên chúng ta hãy nhìn vào sơ đồ cho dễ hiểu, sơ đồ này là quá trình hoạt động của boiler, sẽ có năng lượng đầu vào và năng lượng đầu ra , năng lượng đầu ra gồm năng lương hữu dụng và năng lượng tổn thất

Nhìn vào sơ đồ ta biết được những loại năng lượng nào sẽ tổn thất khi đốt lò hơi, từ đó đưa ra các biện pháp giảm tổn thất năng lượng

Độ dày mũi tên trên sơ đồ càng lớn tượng trưng cho khả năng sử dụng năng lượng càng lớn

Dưới đây là những phần trăm về những tổn thất nhiệt bạn cần tham khảo sơ đồ bên dưới để có thể tính toán năng lượng cho hợp lý

Chúng ta cần phải chia rõ ràng các tổn thất năng lượng thành tổn thất có thể và không thể tránh khỏi. Để lựa ra những tổn thất năng lượng có thể tránh khỏi đưa vào mục tiêu giảm năng lượng cho boiler, tức là nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Có thể tránh khỏi hoặc giảm bớt những tổn thất dưới đây

Tổn thất qua khói lò:

– Khí dư : giảm xuống mức tối thiểu có thể tuỳ theo công nghệ, vận hành, vận hành (kiểm soát), và bảo trì của lò.

-Nhiệt độ của khí lò : giảm nhờ tối ưu hoá bảo trì (làm sạch), tải; công nghệ lò đốt và lò hơi tiên tiến hơn.

Tổn thất qua nhiên liệu chưa cháy hết trong khí lò và xỉ : tối ưu hoá vận hành và bảo trì, công nghệ lò đốt tiên tiến hơn.

Tổn thất qua xả đáy :xử lý nước cấp sạch, tuần hoàn nước ngưng

Tổn thất qua nước ngưng : thu hồi lượng nước ngưng tối đa có thể

Tổn thất do bức xạ và đối lưu : giảm nhờ bảo ôn lò hơi tốt

Xác định hiệu suất lò hơi

Hiệu suất nhiệt của một lò hơi được định nghĩa là “phần trăm (nhiệt) năng lượng đầu vào được sử dụng hiệu quả nhằm tạo ra hơi”

Có hai phương pháp đánh giá hiệu suất lò hơi:

+ Phương pháp trực tiếp: Là phần năng lượng đạt được từ (nước và hơi) so với hàm lượng năng lượng trong nhiên liệu của lò hơi

+ Phương pháp gián tiếp: Hiệu suất là sự chênh lệch giữa tổn thất và năng lượng đầu vào

A. Phương pháp trực tiếp để xác định hiệu suất lò hơi

Chúng ta sử dụng công thức sau để đánh giá hiệu suất:

Các thông số được quan trắc để tính toán hiệu suất lò hơi bằng phương pháp trực tiếp bao gồm:

• Khối lượng hơi được tạo ra mỗi giờ (Q) theo kg/h.
• Khối lượng nhiên liệu sử dụng mỗi giờ (q) theo kg/h.
• Áp suất vận hành (theo kg/cm2(g)) và nhiệt độ hơi quá nhiệt (oC)
• Nhiệt độ của nước cấp (oC)
• Loại nhiên liệu và năng suất toả nhiệt của nhiên liệu (GCV) theo kcal/kg nhiên liệu

Và trong đó :

• hg – Entanpi của hơi bão hoà theo kcal/kg hơi
• hf – Entanpi của nước cấp theo kcal/kg nước

Ví dụ tính toán :

Hãy tính hiệu suất lò hơi bằng phương pháp trực tiếp với những số liệu cho dưới đây:

• Loại lò hơi: Đốt than
• Lượng hơi (khô) tạo ra: 10 TPH
• Áp suất hơi (đồng hồ) / nhiệt độ: 10 kg/cm 2 (g)/ 180 oC
• Khối lượng than sử dụng: 2.25 TPH
• Nhiệt độ nước cấp: 85 oC
• GCV của than: 3200 kcal/kg
• Entanpi của hơi ở áp suất 10 kg/cm2 : 665 kcal/kg (bão hoà)
• Entanpi của nước cấp: 85 kcal/kg

Ta có công thức tính

Ưu điểm phương pháp trực tiếp

• Công nhân trong nhà máy có thể đánh giá nhanh hiệu suất lò hơi
• Cách tính toán cần sử dụng ít thông số
• Cần sử dụng ít thiết bị quan trắc
• Dễ dàng so sánh tỷ lệ hoá hơi với số liệu nền

Nhược điểm của phương pháp trực tiếp

• Không giúp người vận hành xác định được tại sao hiệu suất của hệ thống lại thấp hơn
• Không tính toán các tổn thất khác nhau theo các mức hiệu suất khác nhau

B. Phương pháp gián tiếp để xác định hiệu suất lò hơi

Phương pháp gián tiếp còn được gọi là phương pháp tổn thất nhiệt

Phương pháp gián tiếp còn được gọi là phương pháp tổn thất nhiệt. Có thể tính toán hiệu suấ bằng cách lấy 100 trừ đi phần trăm của tất cả các nhiệt tổn thất như sau:

Hiệu suất lò hơi (n) = 100 – (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)

Trong đó, các tổn thất trên nguyên tắc ở lò hơi là tổn thất nhiệt do:

• i. Khí lò khô
• ii. Nước bay hơi được tạo thành do có H2 trong nhiên liệu
• iii. Bay hơi của nước trong nhiên liệu
• iv. Độ ẩm có trong khí cháy
• v. Nhiên liệu chưa cháy hết trong tro
• vi. Nhiên liệu chưa cháy hết trong xỉ
• vii. Bức xạ và những tổn thất khác chưa tính được

Tổn thất do độ ẩm trong nhiên liệu và do đốt cháy H2 phụ thuộc vào nhiên liệu và không thể kiểm soát thông qua thiết kế.

Những số liệu cần dùng trong tính toán hiệu suất lò hơi sử dụng phương pháp gián tiếp là

• Thành phần nhiên liệu (H2, O2, S, C, hàm ẩm, nồng độ xỉ)
• % O2 hoặc CO2 trong khí lò
• Nhiệt độ khí lò theo o C (Tf)
• Nhiệt độ môi trường xung quanh theo o C (Ta) và độ ẩm của không khí theo kg/kg không khí khô
• GCV của nhiên liệu theo kcal/kg
• % chất đốt trong xỉ (trong trường hợp nhiên liệu rắn)
• GCV của xỉ theo kcal/kg (trong trường hợp nhiên liệu rắn)

Dưới đây là quy trình chi tiết để tính toán hiệu suất lò hơi sử dụng phương pháp gián tiếp. Tuy nhiên, những người phụ trách về vấn đề năng lượng trong doanh nghiệp thường thích cách tính toán đơn giản hơn

Bước 1: Tính toán nhu cầu không khí trên lý thuyết

= [(11.43 x C) + {34.5 x (H2 – O2/8)} + (4.32 x S)]/100 kg/kg nhiên liệu

Bước 2: Tính toán phần trăm khí dư cung cấp (EA)

Bước 3: Tính toán lượng không khí thực tế cấp/ kg nhiên liệu (AAS)

= {1 + EA/100} x không khí trên lý thuyết

Bước 4: Ước tính tất cả các tổn thất nhiệt

i. % nhiệt tổn thất do khí lò khô

Trong đó,

• m = khối lượng khí lò khô theo kg/kg nhiên liệu
• m = (khối lượng sản phẩm khô của quá trình đốt/kg nhiên liệu) + (khối lượng N2 trong nhiên liệu trên 1 kg) + (số lượng N2 trong lượng không khí trên thực tế cấp).
• Cp = Nhiệt lượng riêng của khí lò (0,23 kcal/kg )

ii. % nhiệt tổn thất do nước bay hơi tạo thành do có H2 trong nhiên liệu

Trong đó,

• H2 = % H2 trong 1 kg nhiên liệu
• Cp = nhiệt lượng riêng của hơi quá nhiệt(0,45 kcal/kg)

iii. % nhiệt tổn thất do độ ẩm trong nhiên liệu bay hơi

Trong đó:

• M – % độ ẩm trong 1kg nhiên liệu
• Cp – Nhiệt lượng riêng của hơi quá nhiệt (0,45 kcal/kg)

iv. % nhiệt tổn thất do độ ẩm trong không khí

Trong đó,

• Cp – Nhiệt lượng riêng của hơi quá nhiệt (0,45 kcal/kg)

v. % nhiệt tổn thất do nhiên liệu không cháy hết trong tro

vi. % nhiệt tổn thất do nhiên liệu không cháy hết trong xỉ

vii. % nhiệt tổn thất do bức xạ và các tổn thất không tính được khác

Rất khó đánh giá tổn thất do bức xạ và đối lưu vì độ phán xạ của các bề mặt khác nhau, phương và kiểu dòng khí, vv… Với lò hơi tương đối nhỏ, công suất 10 MW, các tổn thất do bức xạ và các tổn thất không tính được sẽ vào khoảng 1-2% năng suất toả nhiệt, trong khi với lò hơi 500 MW, giá trị này điển hình là khoảng từ 0,2 % – 1 %. Có thể giả định mức tổn thất này tuỳ theo điều kiện bề mặt.

Bước 5: Tính toán hiệu suất lò hơi và tỷ lệ hoá hơi lò hơi

Hiệu suất lò hơi (n) = 100 – (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)

Tỷ lệ hoá hơi = Nhiệt sử dụng để tạo ra hơi

Nhiệt bổ sung vào hơi Tỷ lệ hoá hơi có nghĩa là số kg hơi tạo ra từ mỗi kg nhiên liệu sử dụng. Các ví dụ điển hình:

• Lò hơi đốt than: 6 (tức là 1 kg of than có thể tạo ra 6 kg hơi)
• Lò hơi đốt dầu: 13 (tức là 1 kg dầu có thể tạo ra 13 kg hơi)

Tuy nhiên, Tỷ lệ hoá hơi sẽ phụ thuộc vào loại lò hơi, năng suất toả nhiệt của nhiên liệu và các hiệu suất tương ứng.

Ví dụ:

+ Loại lò hơi: Đốt dầu

+ Phân tích thành phần dầu

• C: 84 %
• H2: 12,0 %
• S: 3,0 %
• O2: 1 %

+ GCV của dầu: 10200 kcal/kg

+ % of Oxy: 7 %

+ % CO2: 11 %

+ Nhiệt độ khí lò(Tf): 220 oC

+ Nhiệt độ môi trường xung quanh (Ta): 27 oC

+ Độ ẩm của không khí: 0,018 kg/kg of dry air

Bước 1: Tính toán nhu cầu không khí theo lý thuyết

= [(11,43 x C) + [{34,5 x (H2 – O2/8)} + (4,32 x S)]/100 kg/kg dầu

= [(11,43 x 84) + [{34,5 x (12 – 1/8)} + (4,32 x 3)]/100 kg/kg dầu = 13.82 kg không khí/kg dầu

Bước 2: Tính toán the % khí dư cấp (EA)

Khí dư cung cấp (EA)

=(O2 x 100)/(21-O2) = (7 x 100)/(21-7) = 50 %

Bước 3: Tính toán khối lượng khí cấp thực tế/ kg nhiên liệu (AAS)

AAS/kg nhiên liệu = [1 + EA/100] x không khí trên lý thuyết (AAS)

= [1 + 50/100] x 13,82 = 1,5 x 13,82 = 20,74 kg không khí/kg dầu

Bước 4: Ước tính toàn bộ tổn thất nhiệt

i. % nhiệt tổn thất qua khí lò khô

Ta có công thức

m = khối lượng CO2 + khối lượng SO2 + khối lượng N2 + khối lượng O2

% nhiệt tổn thất qua khí lò khô

ii. Tổn thất nhiệt do nước bốc hơi tạo thành do H2 có trong nhiên liệu

iii. Tổn thất nhiệt do độ ẩm trong không khí

iv. Tổn thất nhiệt do bức xạ và các tổn thất chưa tính được khác

Với lò hơi nhỏ, ước tính tổn thất này vào khoảng 2 %

Bước 5: Tính toán hiệu suất lò hơi và Tỷ lệ hoá hơi ở lò hơi

Hiệu suất lò hơi (n) = 100 – (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)

= 100- [9,29+7,10+0,317+2]

= 100 – 17,024 = 83 % (xấp xỉ)

Tỷ lệ hoá hơi = Nhiệt sử dụng để tạo ra hơi/Nhiệt bổ sung vào hơi

= 10200 x 0,83 / (660-60) = 14,11 (so với 13 ở lò hơi đốt than điển hình)

Ưu điểm của phương pháp gián tiếp

• Có thể đạt được cân bằng năng lượng và khối lượng hoàn tất cho mỗi dòng riêng
• giúp xác định giải pháp cải thiện hiệu suất lò hơi dễ dàng hơn

Nhược điểm của phương pháp gián tiếp

• Tốn thời gian
• Cần sử dụng thiết bị trong phòng thí nghiệm để phân tích

Xả đáy lò hơi

Khi nước được đun sôi và tạo ra hơi, bất cứ chất rắn hoà tan nào trong nước sẽ đọng lại trong lò hơi. Nếu trong nước cấp có nhiều chất rắn đưa vào lò hơi, chúng sẽ cô đặc lại và có thể cuối cùng sẽ vượt quá khả năng hoà tan và đóng cặn.

Khi mức độ cô đặc vượt quá một giới hạn nhất định sẽ gây ra hiện tượng sủi bọt và làm hạn chế quá trình sinh hơi. Những chất này cũng làm hình thành lớp cặn trong lò hơi và phát sinh những điểm quá nhiệt cục bộ trong lò hơi và gây ra các trục trặc của đường ống hơi.

Vì thế cần phải kiểm soát nồng độ chất rắn lơ lửng và hoà tan trong nước. Để giảm nồng độ chất rắn, người ta tiến hành “xả đáy”, một lượng nước nhất định sẽ được xả ra ngoài và lò hơi sẽ có bộ phận tự động bù lại lượng nước xả đáy này.

Việc xả đáy là cần thiết để bảo vệ các bề mặt trao đổi nhiệt trong lò hơi. Nhưng nếu xả đáy không hợp lý sẽ dẫn đến tổn thất một lượng nhiệt lớn.

Lấy mẫu nước ở lò hơi

• Một mẫu nước của lò hơi sẽ chỉ hữu dụng khi nó đại diện cho các điều kiện trong lò hơi. Vì vậy, mẫu lấy từ ống thuỷ, được gắn bên ngoài bộ phận kiểm soát mực nước, hoặc gần với ống nối lấy nước cấp sẽ rất không chính xác.
• Mẫu lấy từ vỏ lò hơi không an toàn và chính xác vì nước đó dưới áp suất và một tỷ lệ nhất định sẽ chuyển thành hơi. Do đó, nồng độ chất rắn hoà tan (TDS) được đo trong mẫu thay vì trong bể. Dựa trên những kết quả phân tích mẫu này, người ta rất hay xả đáy nhiều hơn mức bình thường.
• Dung dịch được sử dụng thiết bị làm mát mẫu lấy nước từ lò hơi. Thiết bị làm máy mẫu là bộ trao đổi nhiệt nhỏ sử dụng nước để làm mát mẫu lấy được, loại bỏ lượng nước chuyển thành hơi và nâng cao độ chính xác, an toàn của mẫu. Với một số hệ thống tự động, thiết bi cảm ứng gắn trực tiếp trên vỏ của lò hơi để quan trắc mức độ TDS liên tục. Một lý do nữa của việc áp dụng hệ thống kiểm soát TDS tự động là tránh ảnh hưởng của sự biến động tải hơi, tỷ lệ thu hồi nước ngưng, và chất lượng nước cấp qua xử lý đối với kết quả mẫu.

Sử dụng tính dẫn làm chỉ số đánh giá chất lượng nước của lò hơi

Vì để đo TDS trong hệ thống lò hơi rất mệt mỏi và tốn thời gian, người ta sử dụng đo độ dẫn để quan trắc lượng TDS có trong lò hơi. Độ dẫn tăng lên cho thấy “sự nhiễm bẩn” của nước trong lò hơi. Phương pháp truyền thống để xả đáy lò hơi tuỳ thuộc vào hai kiểu xả: gián đoạn và liên tục.

1. Xả đáy gián đoạn

Xả đáy gián đoạn được thực hiện thông qua việc vận hành bằng tay một van gắn vào ống xả tại điểm thấp nhất của vỏ lò hơi để giảm các thông số (TDS hoặc độ dẫn, pH, nồng độ Silica và phốt phát) trong giới hạn định trước sao cho chất lượng hơi không bị ảnh hưởng. Kiểu xả đáy này cũng là một phương pháp hiệu quả nhằm loại bỏ chất rắn đã rơi ra khỏi dung dịch và nằm trên ống lửa và mặt trong của vỏ lò hơi. Trong xả đáy gián đoạn, đường ống có đường kính rộng được mở trong một thời gian ngắn, phụ thuộc vào nguyên tắc chung như “mỗi ca một lần trong vòng 2 phút”.

Xả đáy gián đoạn cần có một lượng nước cấp vào lò hơi tăng lên nhiều trong một thời gian ngắn, do đó có thể sẽ cần các máy bơm nước cấp lớn hơn so với xả đáy liên tục. Mức độ TDS cũng sẽ thay đổi, do đó gây ra những dao động trong mức nước của lò hơi do thay đổi kích thước bóng và phân phối hơi đi kèm với những thay đổi về nồng độ chất rắn. Đồng thời, một lượng lớn nhiệt bị tổn thất trong quá trình xả đáy gián đoạn

2. Xả đáy liên tục

Có một dòng nhỏ nước cấp cô đặc gián đoạn và đều đặn, được thay bằng một dòng nước cấp liên tục và từ từ. Điều này đảm bảo độ tinh khiết của hơi và TDS ở một mức tải hơi cho trước. Khi van xả đáy được thiết lập với các điều kiện cho trước, không cần người vận hành phải can thiệp thường xuyên.

Mặc dù một lượng nhiệt lớn bị đưa ra khỏi lò hơi, vẫn có các giải pháp thu hồi nhiệt bằng cách sử dụng bể giãn áp và tạo ra hơi giãn áp. Có thể sử dụng hơi giãn áp để đun sơ bộ nước cấp lò hơi. Cách xả đáy này phổ biến với các lò hơi áp suất cao.

Phần xả đáy của lò hơi giãn áp vẫn còn chứa một lượng nhiệt lớn và một phần đáng kể trong số này có thể được thu hồi nhờ sử dụng bộ trao đổi nhiệt để gia nhiệt nước cấp đã qua xử lý mát. Hệ thống thu hồi nhiệt xả đáy được minh hoạ dưới đây giúp chiết hơi giãn áp và phần năng lượng của nước xả đáy. Có thể áp dụng hệ thống này với loại lò hơi ở mọi kích thước và thường thì những đầu tư cho giải pháp này được thu hồi chỉ trong vòng vài tháng.

Giản đồ thu hồi nhiệt từ nước xả đáy lò hơi

Tính toán xả đáy

Có thể sử dụng công thức dưới đây để tính toán khối lượng xả đáy cần thiết để kiểm soát nồng độ chất rắn trong nước của lò hơi:

Nếu giới hạn tối đa cho phép của TDS như trong lò hơi trọn bộ là 3000 ppm, % nước cấp qua xử lý là 10 % và TDS có trong nước cấp qua xử lý là 300 ppm, thì % xả đáy cho như sau:

= 300 x 10 / 3000 = 1 %

Nếu tỷ lệ hoá hơi là 3000 kg/h thì tỷ lệ xả đáy cần là:

= 3000 x 1 / 100 = 30 kg/h

Lợi ích của việc kiểm soát mức xả đáy

Kiểm soát tốt mức xả đáy của lò hơi sẽ giúp giảm đáng kể chi phí vận hành và xử lý, bao gồm:

• Giảm chi phí xử lý sơ bộ
• Giảm tiêu thụ nước cấp qua xử lý
• Rút ngắn thời gian dừng hoạt động để bảo trì
• Tăng tuổi thọ của lò hơi
• Giảm tiêu thụ hoá chất xử lý

Xử lý nước cấp cho lò hơi

Sản xuất ra hơi với chất lượng theo yêu cầu phụ thuộc vào việc kiểm soát xử lý nước để đảm bảo mức độ tinh khiết của hơi, các hạt rắn và ăn mòn. Lò hơi là bể thu gom của hệ thống lò hơi. Đấy là nơi nhận tất cả những chất bẩn của quá trình trước. Hoạt động của lò hơi, hiệu suất và tuổi thọ sử dụng là sản phẩm trực tiếp của việc lựa chọn và kiểm soát nước cấp sử dụng trong lò hơi.

Khi nước cấp vào lò hơi, nhiệt độ bay hơi và áp suất sẽ khiến các thành phần của nước hoạt động khác đi. Phần lớn các thành phần trong nước có thể hoà tan. Tuy nhiên, do có nhiệt và áp suất, phần lớn các thành phần có thể hoà tan đó lại chuyển thành chất rắn dạng hạt, có lúc dưới dạng tinh thể và có lúc dưới dạng vô định hình. Khi vượt quá ngưỡng hoà tan của các thành tố trong nước, sẽ xảy ra cặn bám. Nước lò hơi không được có cặn bám nhằm đảm bảo hoạt động truyền nhiệt hiệu quả, và không có kim loại lò hơi ăn mòn.

Kiếm soát cặn bám

Cặn bám có thể dẫn đến độ cứng của nước cấp và các tác nhân ăn mòn của hệ thống nước ngưng và nước cấp. Độ cứng của nước cấp có thể do hệ thống làm mềm nước không hiệu quả.

Cặn bám và ăn mòn sẽ gây ra tổn thất năng lượng và làm hỏng các ống lò hơi, cản trở quá trình sản xuất hơi. Các cặn bám đóng vai trò là yếu tố cách nhiệt, làm chậm quá trình truyền nhiệt. Cặn bám nhiều trong lò hơi làm chậm quá trình truyền nhiệt, giảm đáng kể hiệu suất lò hơi. Các loại cặn bám khác nhau gây ra các ảnh hưởng khác nhau đến hiệu suất lò hơi. Khả năng cách nhiệt của cặn bám làm tăng nhiệt độ kim loại lò hơi và làm hỏng ống do quá nhiệt.

Các tạp chất gây nên cặn bám

Hóa chất quan trọng nhất trong nước ảnh hưởng đến việc tạo thành cặn bám trong lò hơi là muối can xi và magie, được gọi là muối cứng.

CaCO3 và MgCO3 hoà tan trong nước tạo ra dung dịch kiềm và những muối này làm muối kiềm cứng. Chúng phân huỷ dưới tác động của nhiệt, giải phóng CO2 và tạo thành bùn mềm, xả ra ngoài. Chúng được gọi là độ cứng tạm thời có thể loại bỏ bằng cách đun lên.

Canxi sulfat và magie sulfat, clorua và nitrat, vv…khi tan trong nước là trung hoà về mặt hoá học và được xem là cứng phi kiềm. Đây là các hoá chất cứng vĩnh cửu và tạo thành lớp cặn cứng trên bề mặt lò hơi, rất khó loại bỏ. Những hoá chất phi kiềm ra khỏi dung dịch do khả năng hoà tan giảm khi nhiệt độ tăng, theo nồng độ do bay hơi trong lò hơi, hoặc do thay đổi hoá chất sang một hợp chất kém tan hơn..

Silic oxit

Sự có mặt của silic oxit trong nước lò hơi có thể tăng lên, tạo ra cặn silic oxit cứng. Nó cũng có thể kết hợp với các muối magie tạo thành magie silicat và canxi silicat, với độ dẫn nhiệt rất thấp. Silic oxit sẽ làm tăng cặn trong cánh tua bin, sau khi được đưa vào dưới dạng giọt nước nhỏ giọt trong hơi hoặc dưới dạng dễ bay hơi trong hơi ở áp suất cao.

Xử lý nước bên trong

Xử lý nước bên trong là cách thêm hoá chất vào lò hơi để ngăn đóng cặn. Các chất tạo thành cặn bám được chuyển thành dạng bùn và thải ra ngoài qua xả đáy. Phương pháp này chỉ dùng với lò hơi sử dụng nước cấp có độ cứng và áp suất thấp, nồng độ TDS trong nước vừa phải, và khi khối lượng nước xử lý ít. Nếu những điều kiện trên không được đáp ứng, phải xả đáy ở mức cao để có thể xả hết bùn. Như vậy sẽ không kinh tế vì có tổn thất nhiệt và nước.

Các nguồn nước khác nhau cần các loại hoá chất khác nhau. Cách này sử dụng natri cacbonat, natri aluminat, natri phosphat, natri sunfit, và các hợp chất có nguồn gốc thực vật hoặc vô cơ. Các hoá chất chuyên dụng phù hợp với các điều kiện nước khác nhau hiện có sẵn Cần tham khảo ý kiến chuyên gia để lựa chọn hoá chất phù hợp nhất cho mỗi trường hợp. . A Chúng tôi không đề xuất chỉ xử lý nước bên trong.

Xử lý nước bên ngoài

Xử lý nước bên ngoài là cách nhằm loại bỏ các chất rắn lơ lửng, chất rắn hoà tan (đặc biệt là các ion magie và canxi là các chất chính gây ra đóng cặn lò hơi) và các khí hoà tan (O2 và CO2).

Các quá trình xử lý nước bên ngoài hiện có là:

• Trao đổi ion
• Loại bỏ không khí (cơ học và hoá học)
• Thẩm thấu ngược
• Khử khoáng

Trước khi áp dụng bất kỳ quy trình nào trong số các quy trình trên, cần loại bỏ chất rắn lơ lửng và màu của nước thô, vì những yếu tố này có thể làm bẩn các nhựa trao đổi sử dụng trong các phần xử lý tiếp theo.

Các phương pháp xử lý sơ bộ gồm có phương pháp lắng lọc sử dụng bể lắng hoặc thiết bị lọc bổ sung chất làm đông và chất keo tụ. Ngoài ra, có thể sử dụng phương pháp lọc cát áp suất với khí phun để loại bỏ CO2 và sắt, để loại bỏ các muối kim loại ra khỏi nước giếng khoan.

Giai đoạn đầu tiên của xử lý là khử muối cứng và muối không cứng. Nếu chỉ khử muối cứng gọi là làm mềm, còn loại bỏ toàn bộ muối ra khỏi dung dịch gọi là khử khoáng.

Quy trình trao đổi ion (dây chuyền làm mềm)

Phản ứng làm mềm:

Na2R + Ca(HCO3)2 « CaR + 2 Na(HCO3)

Phản ứng hoàn nguyên

CaR + 2 NaCl « Na2R + CaCl2

Trong quy trình trao đổi ion, nước được đưa qua một lớp zeolit tự nhiên hoặc nhựa thông để khử độ cứng mà không tạo thành chất kết tủa nào. Kiểu đơn giản nhất là “trao đổi cơ bản”, trong đó các ion canxi và magie trao đổi với các ion natri. Sau khi bão hoà, ta đạt được hoàn nguyên với NaCl. Muối natri là muối tan, không đóng cặn ở lò hơi. Vì trao đổi cơ bản chỉ thay thế canxi và magie với natri, nó không làm giảm nồng độ TDS và chất lượng xả đáy. Phương pháp này cũng không làm giảm tính kiềm.

Khử khoáng là phương pháp loại bỏ hoàn toàn tất cả các muối. Có thể đạt được điều đó bằng cách sử dụng nhựa trao đổi các “cation” để trao đổi cation trong nước thô với các ion hyđrô, tạo ra HCl, H2SO4 và H2CO3. H2CO3 được khử trong một bể khử với khí thổi qua nước axít. Theo đó, nước đi qua bình chứa “anion”, để trao đổi các anion với axít vô cơ (v.d. H2SO4), tạo ra nước. Cần hoàn nguyên anion và cation theo định kỳ, sử dụng điển hình là các axít vô cơ (hoàn nguyên anion) và xút (hoàn nguyên cation). Lựa chọn nhựa trao đổi các anion chuẩn sẽ giúp loại bỏ silic oxit.

Có thể sử dụng các quy trình trao đổi ion để khử khoáng toàn phần, nếu cần, như với các lò hơi của nhà máy điện lớn.

Loại bỏ không khí

Ở phương pháp loại bỏ không khí, các khí hoà tan như O2 và CO2 được loại bỏ bằng cách đun sơ bộ nước cấp trước khi đưa vào lò hơi. Tất cả các loại nước tự nhiên đều chứa khí hoà tan. Một số khí nhất định như như O2 và CO2 làm tăng ăn mòn nhiều. Khi đun trong lò hơi, CO2 và O2 được giải phóng dưới dạng khí, kết hợp với H2O tạo thành H2CO3.

Loại bỏ O2 và CO2 và các khí khác trong nước cấp lò hơi là rất quan trọng đối với tuổi thọ của thiết bị lò cũng như sự an toàn khi vận hành. H2CO3 ăn mòn kim loại, giảm tuổi thọ của thiết bị và ống. Nó cũng làm tan sắt (Fe), khi quay trở lại lò hơi, chất này sẽ kết tủa, tạo cặn bám lò hơi và ống. Cặn sắt không chỉ làm giảm tuổi thọ của thiết bị mà còn tăng lượng năng lượng cần sử dụng để truyền nhiệt.

Loại bỏ không khí có thể làm bằng cơ học, hoá học hoặc cả hai.

Loại bỏ không khí cơ học

Loại bỏ không khí cơ học để loại bỏ các khí hoà tan thường được sử dụng trước khi thêm chất tẩy oxy. Loại bỏ không khí cơ học dựa trên quy luật vật lý của Charles và Henry

Một cách tóm tắt, những quy luật này chỉ ra rằng có thể loại bỏ O2 và CO2 bằng cách gia nhiệt cho nước cấp lò hơi, nhờ đó làm giảm nồng độ O2 và CO2 ở nước cấp. Phương pháp oại bỏ không khí cơ học sử dụng kinh tế nhất tại điểm sôi của nước ở áp suất của thiết bị loại bỏ không khí. Thiết bị loại bỏ không khí cơ học có loại chân không và loại áp suất.

Thiết bị loại bỏ không khí chân không hoạt động ở mức áp suất khí quyển dưới đây, tại khoảng 82o C, và có thể giảm hàm lượng O2 trong nước xuống dưới 0,02 mg/l. Cần sử dụng bơm chân không hoặc bơm hơi để duy trì chân không.

Thiết bị loại bỏ không khí áp suất hoạt động bằng cách đưa hơi vào nước cấp qua van kiểm soát áp suất để duy trì áp suất vận hành mong muốn, vì vậy, nhiệt độ ở mức tối thiểu 105o C. Hơi làm tăng nhiệt độ nước giải phóng O2 và CO2 ra khỏi hệ thống. Thiết bị này có thể giảm hàm lượng O2 xuống 0,005 mg/l.

Khi có hơi áp suất thấp dư, có thể lựa chọn áp suất vận hành để tận dụng hơi dư, nhờ đó, nâng cao hiệu quả kinh tế của nhiên liệu. Trong hệ thống lò hơi, hơi được ưa chuộng dùng cho loại bỏ không khí vì:

• Hơi đặc biệt không có O2 và CO2
• Hơi luôn sẵn có
• Hơi giúp gia nhiệt cần thiết để phản ứng hoàn tất

Loại bỏ không khí hoá học

Mặc dù các thiết bị loại bỏ không khí cơ học giúp giảm O2 xuống mức rất thấp (0,005 mg/l), nhưng một lượng O2 rất nhỏ cũng có thể gây ra tác hại ăn mòn hệ thống. Do đó, các kinh nghiệm vận hành hợp lý cho thấy cần phải loại bỏ nốt phần C rất nhỏ đó với chất loại bỏ O2 như natri sulfit hoặc hidrazin. Natri sulfit phản ứng với O2 tạo thành natri sulfat, giúp tăng TDS trong nước lò hơi và tăng chất lượng nước cấp qua xử lý và yêu cầu xả đáy. Hidrazin phản ứng với O2 tạo thành nitơ và nước. Cách loại bỏ này luôn được sử dụng với lò hơi áp suất cao khi lương chất rắn trong nước lò hơi thấp, và không làm tăng lượng TDS trong nước.

Thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược dựa trên nguyên tắc là khi các dung dịch với nồng độ khác nhau được tách riêng bởi màng bán thấm, nước ở dung dịch nồng độ thấp hơn sẽ đi qua màng bán thấm để hoà tan với dung dịch có nồng độ cao hơn. Nếu dung dịch có nồng độ cao hơn được điều áp, quy trình sẽ ngược lại và nước từ dung dịch có nồng độ cao hơn chảy ngược về nước ở dung dịch nồng độ thấp hơn. Chúng ta gọi đó là thẩm thấu ngược.

Bản chất của màng bán thấm cho phép nước thấm qua từ từ hơn so với khoáng tan. Vì nước ở dung dịch loãng hơn sẽ hoà tan với nước ở dung dịch đậm đặc hơn, nước đi qua màng sẽ tạo ra sự chênh lệch đáng kể giữa hai dung dịch. Sự chênh lệch áp suất này là thước đo sự chênh lệch nồng độ giữa hai dung dịch và được coi là mức chênh lệch áp suất thẩm thấu.

Khi áp dụng áp suất vào dung dịch đậm đặc có áp suất cao hơn cao hơn mức chênh lệch áp suất thẩm thấu, hướng của nước đi qua màng sẽ ngược lại và quy trình thẩm thấm ngược được thiết lập. Có nghĩa là, khả năng của màng đối với nước thấm qua không thay đổi, chỉ có hướng của dòng nước thay đổi.

Sơ đồ nước cấp và nước cô đặc (dòng thải) minh hoạ hệ thống thẩm thấu ngược vận hành liên tục.

Chất lượng nước được xử lý phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch phía có áp suất cao và chênh lệch áp suất qua màng. Quy trình này phù hợp với các loại nước có TDS rất cao, như nước biển

Chất lượng nước cấp và lò hơi đề xuất

Các tạp chất có trong nước của lò hơi phụ thuộc vào chất lượng nước cấp không được xử lý, uá trình xử lý được sử dụng và quy trình vận hành lò hơi. Trên nguyên tắc chung, áp suất ận hành của lò hơi càng cao, mức độ nhạy cảm của lò hơi với các tạp chất càng lớn.

Cập nhật lúc 16:08 – 19/12/2019