Một vài phương pháp xử lý nước cho nồi (lò) hơi

1. Mục đích của việc xử lý nước
Sự làm việc chắc chắn và ổn định của nồi (lò) hơi phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng nước cấp cho nồi (lò) hơi để sinh hơi.
Trong nước thiên nhiên có hòa tan những tạp chất, mà đặc biệt là các loại muối canxi và magiê và một số muối cứng khác. Trong quá trình làm việc của nồi (lò) hơi, khi nước sôi và bốc hơi, các muối này sẽ tách ra ở pha cứng dưới dạng bùn hoặc cáu tinh thể bám vào vách ống của nồi (lò) hơi. Các cáu và bùn này có hệ số dẫn nhiệt rất thấp, thấp hơn so với kim loại hàng trăm lần, do đó khi bám vào vách ống sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt từ khói đến môi chất trong ống, làm cho môi chất nhận nhiệt ít hơn và tổn thất nhiệt do khói thải cũng tăng lên, hiệu suất nồi (lò) hơi giảm xuống, lượng tiêu hao nhiên liệu của nồi (lò) hơi tăng lên.
Khi cáu bám trên các ống sinh hơi, các ống của bộ quá nhiệt sẽ làm tăng nhiệt độ của vách ống lên quá mức cho phép có thể làm nổ ống.
Khi cáu bám lên vách ống sẽ tăng tốc độ ăn mòn kim loại ống, gây ra hiện tượng ăn mòn cục bộ.
Ngoài những chất sinh cáu, trong nước còn có những chất khí hòa tan như ôxy cácbonic, các loại khí này gây ăn mòn mạnh các bề mặt ống kim loại của nồi (lò) hơi nhất là ở bộ hâm nước.
Như đã trình bày ở trên không thể dùng nước thiên nhiên để cung cấp nước ngay cho nồi (lò) hơi mà cần phải xử lý nước để loại bỏ các tạp chất có thể sinh ra cáu.
Để đánh giá chất lượng của nước, người ta đưa ra các khái niệm về đặc tính của nước thiên nhiên như sau: Độ cứng, độ kềm, độ PH.
2 Các chỉ tiêu về chất lượng nước
Độ PH:
Là một trong những chỉ tiêu quan trọng, có biều thị tính chất kiềm hoặc acid của nước.
Dựa theo PH có thể phân nước ra theo các loại:
PH<5,5 là nước có tính acid mạnh
PH=5,5-6,5 là nước có tính acid yếu
PH=6,5-7,5 là nước trung tính
PH=7,5-8,5 là nước có tính kiềm yếu
PH>8,5 là nước có tính kiềm mạnh
Tùy theo cấp phân ly của acid trong nước có độ PH khác nhau, có thể giúp ta khảo sát quá trình hình thành cáu cặn trong nồi (lò) hơi, vì các anion có thể liên kết với các ion kim loại hình thành các chất có độ hòa tan khác nhau.
Độ Cứng:
Là chỉ tiêu hết sức quan trọng, nó biểu thị tổng nồng độ các ion Ca+ và Mg+ có trong nước và cũng là khả năng bám cáu cặn trên bề mặt truyền nhiệt, thường đo bằng độ cứng Đức hoặc độ cứng miligam đương lượng.
Dựa theo độ cứng, có thể chia nước thành các loại:
Nước rất mềm, có độ cứng <40H
Nước mềm có độ cứng bằng 4-80H
Nước bình thường có độ cứng 8-160H
Nước cứng có độ cứng 16-300H
Nước rất cứng có độ cứng >300H
Độ Kềm:
Biểu thị tổng hàm lượng và gốc muối của những acid yếu. độ kềm có ảnh hưởng xấu đến chất lượng của hơi và tuổi thọ của các bề mặt truyền nhiệt.
2. Phương Pháp Xử Lý Nước Ngoài Lò:
Phưong pháp xử lý cơ học:
Xử lý cơ học là sử dụng các bể lắng và các bình lọc cơ khí để tách các tạp chất lơ lửng ra khỏi trong nước. Tuy nhiên xử lý cơ học chỉ loại bỏ được các tạp chất cơ khí ra khỏi nước như là các hạt bùn có đường kính lớn hơn 10-3mm hoặc những hạt keo sau khi đã kết hợp chúng lại với nhau.
Phương pháp xử lý bằng hóa chất kết hợp với lắng lọc:
Phương pháp xử lý hóa chất dùng
Vôi hóa--->> Vôi chỉ dùng vôi
Vôi – xôđa--->>CaO + Na2CO3
Xút --->>NaOH
Xút – Xôđa --->>NaOH + Na2CO3
Xút – Vôi --->> NaOH + CaO
Khi dùng vôi thì xảy ra phương trình sau:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH) -> 2CaCO3 + 2H2O.
Mg(HCO3)2 + Ca(OH) -> à Mg(OH)2 + CaCO3 + 2H2O.
MgCl2 + Ca(OH) -> Mg(OH)2 + CaCl2.
MgSO4 + Ca(OH) -> Mg(OH)2 + CaSO4.
CO2 + Ca(OH) -> CaCO3 + H2O.
Ta thấy khi dùng vôi chỉ khử được độ cứng cacbonat bằng cách lắng lọc các kết tủa, còn độ cứng không cacbonat không được khử mà chỉ thay đổi vị trí giữa Ca và Mg. Để tiếp tục khử, có thể thêm sôđa ( phương pháp vôi-sôđa ) phản ứng xảy ra như sau:
CaCl2 + Na2CO3 -> CaCO3 + 2NaCl.
CaSO4 + Na2CO3 -> CaCO3 + Na2SO4.
Khi dùng sút thì phương trình xảy ra như sau:
Ca(HCO3)2 + 2NaOH -> CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O.
Mg(HCO3)2 + 2NaOH -> MgCO3 + Na2CO3 + 2H2O.
MgCO3 + 2NaOH -> Mg(OH)2 + Na2CO3.
MgCl2 + 2NaOH -> Mg(OH)2 + 2NaCl.
CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O.
Đặc điểm của phương pháp xút là có sinh ra sôđa, nó có thể làm mềm độ cứng canxi. Nếu lượng sôđa sinh ra vừa đủ là tốt nhất, nếu thiếu thì bổ sung thêm thành phương pháp xút-sôđa, Nếu thừa iôn thì đưa thêm vôi, tạo thành phương pháp xút-vôi.
Các phương pháp xử lý trên chỉ thích hợp sử dụng cho những nồi (lò) hơi công suất nhỏ yêu cầu về chất lượng nước không cao. Do đó trong đề tài này ta không sử dụng phương pháp này.
Phương pháp xử lý nước bằng trao đổi cation:
Nguyên lý của phương pháp này là thực hiện quá trình trao đổi giữa các cation của tạp chất hòa tan trong nước, có khả năng sinh cáu trong nồi (lò) hơi với các cation của hạt cationit, để tạo nên những vật chất mới tan ở trong nước nhưng không tạo thành cáu ở trong lò. Cationit là những hạt nhựa tổng hợp có gốc R ngậm các cation, không tan trong nước. Như vậy các cation dễ đóng cáu cặn được giữ lại, còn các cation dễ hoà tan thì đi theo nước cấp vào lò.
Trong kỹ thuật thường dùng 03 loại cationit sau: cationit natri (NaR), cationit hydro (HR), cationit amôn (NH4R).
Khi dùng NaR thì phản ứng xảy ra như sau:
2NaR+ Ca(HCO3)2 -> CaR2 + 2NaHCO3.
2NaR+ Mg(HCO3)2 -> MgR2 + 2NaHCO3.
2NaR+ CaCl2 -> CaR2 + 2NaCl.
2NaR+ MgCl2 -> MgR2 + 2NaCl.
2NaR+ CaSO4 -> CaR2 + Na2SO4.
2NaR+ MgSO4 -> CaR2 + Na2SO4.
Khi dùng HR thì phản ứng xảy ra như sau:
2HR+ Ca(HCO3)2 -> CaR2 + 2CO2 + 2H2O.
2HR+ Mg(HCO3)2 -> MgR2 + 2CO2 + 2H2O.
2HR+ CaCl2 -> CaR2 + 2HCl.
2HR+ CaSO4 -> CaR2 + H2SO4.
2HR+ MgCl2 -> MgR2 + 2HCl
2HR+ MgSO4 -> MgR2 + H2SO4.
Khi dùng NH4R thì phản ứng xảy ra như sau:
2NH4R + Ca(HCO3)2 -> CaR2 + 2NH4HCO3.
2NH4R + Mg(HCO3)2 -> MgR2 + 2NH4HCO3.
2NH4R + CaCl2 -> CaR2 + 2NH4Cl.
2NH4R + MgSO4 -> MgR2 + (NH4)2SO4.
2NH4R + CaSO4 -> CaR2 + (NH4)2SO4.
2NH4R + MgCl2 -> MgR2 + 2NH4Cl.
- Khi dùng NaR thì toàn bộ độ cứng của nước thì được khử, song độ kềm và các thành phần anion khác trong nước không thay đổi.
- Khi sử dụng HR thì độ kềm và độ cứng của nước được khử, nhưng khi đó các anion của các muối sẽ tạo thành các acid. Do nước sau xử lý có tính acid nên khi cấp cho nồi (lò) hơihơi không có lợi. Do vậy người ta thường kết hợp hai phương pháp trao đổi cation natri và hydro.
- Khi sử dụng NH4R thì độ cứng cũng giảm còn rất nhỏ, nhưng khi đó trong nước sẽ tạo thành các muối amôn, các muối này khi vào nồi (lò) hơisẽ bị phân hủy nhiệt tạo thành chất NH3 và acid gây ăn mòn kim loại, nhất là hợp kim đồng. Do đó người ta thường sử dụng kết hợp với phương pháp trao đổi cation natri.
- Khi lọc nước qua bình lọc cationit hydro toàn bộ muối hoà tan trong nước biến thành các axit tương ứng, acid cacbonit phân hủy thành CO2 và H2O. Nước ra khỏi bình HR sẽ là dung dịch của acid sunfuric và clohydric, trước khi vào bình NaR thì khí CO2 sẽ bị khử ở cột khử khí 9. khi dung dịch này qua bình NaR các acid sẽ biến thành các muối natri tương ứng và nước lọc ra khỏi bình NaR sẽ có độ cứng và độ kềm bé. Quá trình này xảy ra phản ứng như sau:
2HR+ Ca(HCO3)2 -> CaR2 + 2CO2 + 2H2O
2HR+ Mg(HCO3)2 -> MgR2 + 2CO2 + 2H2O
2HR+ CaCl2 -> CaR2 + 2HCl
2HR+ CaSO4 -> CaR2 + H2SO4
2HR+ MgCl2 -> MgR2 + 2HCl
2HR+ MgSO4 -> MgR2 + H2SO4
2NaR+ H2SO4 -> Na2SO4 + 2HR
NaR+ HCl -> NaCl + HR
Sau một thời gian làm việc, các cationit sẽ mất dần các cation, nghĩa là các cationit mất dần khả năng trao đổi. Vì vậy để phục hồi khả năng làm việc của các cationit cần phải cho chúng trao đổi với những chất có khả năng cung cấp lại các cationit ban đầu. Quá trình đó được gọi là quá trình hoàn nguyên cationit.
Để hoàn nguyên kationit natri, người ta dùng dung dịch muối NaCl có nồng độ 6-8%; đối với kationit hydro người ta dụng dung dịch acid H2SO4 hoặc HCl có nồng độ 1-1,5%.
Trong quá trình hoàn nguyên phản ứng xảy ra như sau:
CaR2 + 2NaCl -> CaCl2 + NaR
MgR2 + 2NaCl -> MgCl2 + NaR
Hoặc
CaR2 + 2HCl -> CaCl2 + HR
MgR2 + 2HCl -> MgCl2 + HR

Bài viết chỉ mang tính chất tham khảo

Bài viết