Xử lý nước cấp lò hơi: Hệ thống, quy trình và vai trò của khử khí

Tin chuyên ngành

Xử lý nước cấp lò hơi: Hệ thống, quy trình và vai trò của khử khí

Trong các hệ thống lò hơi công nghiệp, việc xử lý nước cấp lò hơi là một quy trình thiết yếu để đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả. Nếu không xử lý đúng cách, nước chứa tạp chất và khí hòa tan như oxy và CO₂ sẽ gây ra các vấn đề nghiêm trọng, bao gồm cặn bám và ăn mòn bề mặt kim loại. Những yếu tố này không chỉ làm giảm tuổi thọ của hệ thống lò hơi mà còn tăng đáng kể chi phí vận hành và bảo trì do sự cố thường xuyên. Chính vì vậy, quy trình xử lý nước cấp phải đảm bảo loại bỏ các tác nhân gây hại và duy trì chất lượng nước ở mức lý tưởng để tăng cường hiệu suất hệ thống.

Nội dung bài viết

Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp lò hơi

nước cấp lò hơi đạt tiêu chuẩn

Để hệ thống lò hơi ( nồi hơi ) hoạt động hiệu quả, nước cấp lò hơi cần phải đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt. Việc xử lý nước cấp lò hơi, cần có một số yếu tố quan trọng phải kiểm soát gồm:

Độ cứng: Hàm lượng canxi và magie trong nước là nguyên nhân chính gây ra cáu cặn lò hơi trên các bề mặt truyền nhiệt. Cặn này sẽ làm giảm hiệu suất hoạt động của lò hơi và gây nguy cơ hư hỏng các thiết bị.
pH: Duy trì pH ổn định là rất quan trọng để ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn. Khi pH quá thấp hoặc quá cao, nó có thể ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt kim loại của lò hơi, gây ra sự suy giảm tuổi thọ thiết bị.
Tổng lượng khoáng chất hòa tan (TDS): Nước có mức TDS cao sẽ làm tăng nguy cơ lắng đọng các chất rắn và tắc nghẽn đường ống trong hệ thống. Điều này không chỉ gây ảnh hưởng đến lưu lượng nước mà còn làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.

Nếu nước cấp không đạt tiêu chuẩn, hệ thống lò hơi sẽ gặp phải các vấn đề như tắc nghẽn, ăn mòn và hư hỏng các bộ phận quan trọng. Kết quả là, chi phí bảo trì và vận hành sẽ tăng cao do việc tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để bù đắp cho sự mất hiệu suất.

Hệ thống xử lý nước cấp lò hơi

vai trò của hệ thống xử lý nước cấp lò hơi hệ thống xử lý nước cấp lò hơi

Hệ thống xử lý nước cấp lò hơi đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng nước cấp đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết. Hệ thống này giúp loại bỏ tạp chất, điều chỉnh độ pH và khử các khí hòa tan như oxy và CO₂—những yếu tố có thể gây ra ăn mòn và hư hỏng hệ thống lò hơi.

1. Khử cứng nước

Khử cứng là một bước quan trọng trong quá trình xử lý nước cấp lò hơi, nhằm loại bỏ các ion canxi và magie trong nước. Hai ion này là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt của lò hơi, làm giảm hiệu suất và gây hỏng hóc thiết bị. Phương pháp phổ biến nhất để khử cứng là hệ thống trao đổi ion, trong đó ion canxi và magie được thay thế bằng ion natri. Nhờ đó, cặn bám được hạn chế, giúp bảo vệ bề mặt kim loại và nâng cao hiệu quả hoạt động của lò hơi.

2. Khử khí

Khí hòa tan, đặc biệt là oxy và CO₂, là những yếu tố chính gây ra ăn mòn bề mặt kim loại trong hệ thống lò hơi. Việc sử dụng hệ thống khử khí giúp loại bỏ các khí này, bảo vệ thiết bị khỏi nguy cơ hư hỏng. Có hai phương pháp chính để khử khí:

Khử khí cơ học: Sử dụng quá trình gia nhiệt để loại bỏ khí oxy và CO₂, dựa trên nguyên lý giảm độ hòa tan của khí khi nhiệt độ nước tăng.
Khử khí hóa học: Sử dụng các chất khử như natri sulfit hoặc hidrazin để phản ứng với oxy còn lại trong nước, đảm bảo loại bỏ hoàn toàn khí hòa tan.

Cả hai phương pháp đều giúp giảm thiểu hiện tượng ăn mòn và bảo vệ hiệu suất truyền nhiệt trong lò hơi.

3. Lọc nước

Hệ thống lọc đóng vai trò loại bỏ các tạp chất rắn và cặn bẩn trong nước trước khi nước được đưa vào hệ thống lò hơi. Việc này giúp tránh tình trạng tắc nghẽn trong đường ống và thiết bị, bảo vệ lò hơi khỏi hư hỏng và đảm bảo nước sạch đạt chuẩn. Các phương pháp lọc thường sử dụng lọc thô để loại bỏ các hạt lớn và lọc tinh để xử lý tạp chất nhỏ hơn, đảm bảo nước luôn ở trạng thái tối ưu trước khi đưa vào lò hơi.

Vai trò của hệ thống khử khí trong xử lý nước cấp lò hơi

Trong hệ thống lò hơi, khí hòa tan như oxy, CO₂ và amoni là những yếu tố chính gây ra ăn mòn và hư hỏng các bề mặt kim loại. Hệ thống khử khí đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các khí này, bảo vệ lò hơi khỏi các vấn đề nghiêm trọng, kéo dài tuổi thọ thiết bị và duy trì hiệu suất hệ thống.

Oxy hòa tan

Oxy hòa tan là nguyên nhân chính gây ăn mòn bề mặt kim loại, dẫn đến hiện tượng rỗ bề mặt và làm giảm độ bền của các bộ phận quan trọng trong lò hơi. Khi oxy tiếp xúc với kim loại ở nhiệt độ cao, nó sẽ thúc đẩy quá trình oxy hóa, gây ra những hư hỏng nghiêm trọng trong thời gian dài.

CO₂

CO₂ trong nước cấp lò hơi khi kết hợp với nước sẽ tạo thành axit cacbonic, một hợp chất gây ăn mòn các đường ống và hệ thống ngưng tụ. Axit cacbonic làm giảm độ pH của nước, tăng tốc độ ăn mòn các bề mặt kim loại và dẫn đến sự hỏng hóc nhanh chóng của hệ thống.

Amoni

Amoni, đặc biệt khi kết hợp với oxy, có thể tấn công các hợp kim đồng và các bộ phận chứa đồng trong hệ thống. Hiện tượng ăn mòn này làm hỏng cấu trúc của các bộ phận truyền nhiệt, giảm hiệu quả vận hành của lò hơi.

Việc lắp đặt hệ thống khử khí giúp loại bỏ những khí hòa tan này, ngăn ngừa ăn mòn và tăng cường bảo vệ toàn bộ hệ thống lò hơi. Điều này không chỉ giúp duy trì hiệu suất lò hơi mà còn kéo dài tuổi thọ các thiết bị, giảm thiểu chi phí bảo trì và sửa chữa.

vai trò của hệ thống xử lý nước cấp lò hơi

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống xử lý nước cấp

Quá trình khử khí trong xử lý nước cấp lò hơi dựa trên các nguyên tắc vật lý cơ bản về sự hòa tan của khí trong chất lỏng. Để đạt hiệu quả tối đa, hệ thống khử khí thường tuân theo các nguyên tắc sau:

Khả năng hòa tan của khí: Khả năng hòa tan của bất kỳ loại khí nào trong nước sẽ giảm khi nhiệt độ của nước tăng. Điều này có nghĩa là khi nhiệt độ nước được nâng cao, oxy và CO₂ sẽ dễ dàng thoát ra khỏi nước.
Trộn đều chất lỏng và khí: Hiệu quả khử khí tăng lên khi nước và khí được trộn đều, giúp các khí hòa tan có cơ hội tiếp xúc nhiều hơn với quá trình khử, từ đó tối ưu hóa việc loại bỏ khí.
Sử dụng bơm chân không hoặc hơi nước: Việc giảm áp suất (sử dụng chân không) hoặc tăng nhiệt độ (sử dụng hơi nước) giúp đẩy các khí hòa tan ra khỏi nước. Cả hai phương pháp này đều giúp giảm nồng độ khí như oxy và CO₂, cải thiện chất lượng nước cấp.

Phương trình độ tan của khí:

Cₜotal = k * P
Trong đó:

Cₜotal là nồng độ của khí hòa tan.
k là hằng số tương ứng cho mỗi loại khí.
P là áp suất riêng phần của khí.

Việc giảm áp suất riêng phần của khí hoặc tăng nhiệt độ nước sẽ giúp loại bỏ hiệu quả các khí hòa tan, đảm bảo chất lượng nước cấp đạt tiêu chuẩn và bảo vệ hệ thống lò hơi khỏi ăn mòn.

Khử khí cho nước cấp lò hơi: Các phương pháp hiệu quả

hóa chất xử lý nước cấp lò hơi

Khử khí trong quá trình xử lý nước cấp lò hơi là bước quan trọng để loại bỏ các khí hòa tan như oxy và CO₂, nhằm ngăn chặn hiện tượng ăn mòn và tối ưu hiệu suất hoạt động của lò hơi. Dưới đây là hai phương pháp phổ biến trong việc khử khí: loại bỏ không khí cơ học và loại bỏ không khí hóa học.

Loại bỏ không khí cơ học

Loại bỏ không khí cơ học là phương pháp khử khí thông dụng nhất, thường được thực hiện trước khi thêm chất tẩy oxy. Phương pháp này dựa trên các quy luật vật lý của Charles và Henry, cho phép loại bỏ oxy và cacbonic khỏi nước bằng cách gia nhiệt.

Nguyên lý hoạt động: Khi nước được gia nhiệt, độ hòa tan của khí trong nước giảm. Điều này giúp khí oxy và CO₂ thoát ra khỏi nước cấp lò hơi, làm giảm nồng độ khí hòa tan xuống mức thấp nhất.

Phương pháp khử khí bằng chân không

Hoạt động tại áp suất khí quyển và nhiệt độ khoảng 82°C. Hệ thống chân không có thể giảm nồng độ oxy xuống dưới 0,02 mg/l. Để duy trì chân không, cần sử dụng bơm chân không hoặc bơm hơi.

Phương pháp khử khí áp suất

Hệ thống áp suất hoạt động bằng cách đưa hơi nước vào nước cấp, nâng nhiệt độ lên ít nhất 105°C, làm giảm nồng độ oxy và CO₂ xuống mức cực thấp (khoảng 0,005 mg/l). Phương pháp này sử dụng hơi nước để kiểm soát nhiệt độ và áp suất, giúp giải phóng các khí hòa tan một cách hiệu quả.

Ưu điểm của khử khí bằng hơi:

Hơi nước luôn sẵn có trong hệ thống và không chứa khí hòa tan.
Hơi nước không chỉ giúp tăng nhiệt độ, mà còn hỗ trợ giảm tính hòa tan của oxy, hoàn tất quá trình loại bỏ khí một cách triệt để.

Loại bỏ không khí hóa học

Dù phương pháp cơ học có thể loại bỏ phần lớn oxy và CO₂, vẫn còn lại một lượng nhỏ oxy trong nước, gây nguy cơ ăn mòn. Loại bỏ không khí hóa học được sử dụng để xử lý lượng oxy này, nhằm đảm bảo triệt tiêu hoàn toàn khí hòa tan.

Natri sulfit: Phản ứng với oxy tạo thành natri sulfat, giúp giảm thiểu ăn mòn và tăng TDS trong nước nồi hơi. Đây là chất phổ biến dùng để tẩy oxy trong các hệ thống nồi hơi có yêu cầu thấp hoặc trung bình.
Hidrazin: Được sử dụng cho các lò hơi áp suất cao. Hidrazin phản ứng với oxy tạo thành nitơ và nước, giúp bảo vệ hệ thống mà không làm tăng TDS trong nước, phù hợp với những hệ thống đòi hỏi lượng chất rắn thấp.

Lợi ích của việc xử lý nước cấp lò hơi đúng cách

Việc xử lý nước cấp lò hơi đúng quy trình và kết hợp sử dụng hệ thống xử lý nước cấp lò hơi mang lại rất nhiều lợi ích cho sự vận hành và tuổi thọ của lò hơi:

Ngăn ngừa ăn mòn: Một trong những lợi ích lớn nhất là việc ngăn ngừa ăn mòn do oxy, CO₂ và các khí hòa tan khác. Khi các khí này bị loại bỏ, các bộ phận kim loại của lò hơi được bảo vệ, giảm thiểu hư hỏng và đảm bảo hệ thống hoạt động bền bỉ hơn.
Tăng hiệu suất truyền nhiệt: Khi cặn bám và tạp chất trong nước được loại bỏ, hiệu suất truyền nhiệt của lò hơi sẽ tăng lên đáng kể. Nước sạch giúp các bề mặt trao đổi nhiệt hoạt động tốt hơn, giảm năng lượng tiêu thụ và nâng cao hiệu quả vận hành.
Giảm chi phí bảo trì: Hệ thống xử lý nước tốt giúp giảm thiểu các sự cố liên quan đến ăn mòn, tắc nghẽn hoặc cặn bám. Nhờ đó, chi phí bảo trì và sửa chữa hệ thống lò hơi sẽ được giảm bớt, giúp doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể trong dài hạn.
Kéo dài tuổi thọ lò hơi: Hệ thống lò hơi được bảo vệ trước các tác nhân gây ăn mòn và cặn bám sẽ hoạt động ổn định hơn, đảm bảo tuổi thọ thiết bị kéo dài và giảm thiểu tình trạng hư hỏng nghiêm trọng cần thay thế. ( Đọc thêm bài viết về kéo dài tuổi thọ nồi thọ )

Các vấn đề thường gặp trong quá trình xử lý nước cấp lò hơi

Dù hệ thống xử lý nước cấp lò hơi có hiệu quả cao, một số vấn đề vẫn có thể phát sinh nếu quy trình vận hành không được thực hiện đúng cách:

Khử khí không triệt để: Nếu hệ thống khử khí không hoạt động đúng chuẩn, một lượng nhỏ oxy có thể vẫn còn tồn tại trong nước cấp. Điều này dẫn đến ăn mòn theo thời gian, gây hại cho hệ thống.
Cặn bám: Nếu quá trình khử cứng không được thực hiện đầy đủ, các ion canxi và magie sẽ vẫn tồn tại trong nước. Chúng sẽ tiếp tục tạo ra cặn bám trên các bề mặt trao đổi nhiệt của lò hơi, làm giảm hiệu quả hoạt động và gây tắc nghẽn.

Kết luận

Việc xử lý nước cấp lò hơi và sử dụng một hệ thống xử lý nước cấp lò hơi hiện đại, hiệu quả là điều cần thiết để bảo vệ hệ thống khỏi các vấn đề như ăn mòn, cặn bám và hư hỏng. Điều này giúp duy trì hiệu suất hoạt động ổn định, kéo dài tuổi thọ của thiết bị và giảm thiểu chi phí bảo trì và vận hành. Đầu tư vào công nghệ xử lý nước tiên tiến, cùng với việc tuân thủ quy trình bảo trì định kỳ, sẽ mang lại lợi ích lớn cho doanh nghiệp trong quá trình vận hành hệ thống lò hơi.