Nước cấp nồi hơi và yêu cầu chất lượng nước cấp nồi hơi

Có nhiều kiểu nồi hơi khác nhau và điều kiện vận hành khác nhau nên yêu cầu về xử lý nước và chất lượng nước cấp nồi hơi khác nhau. Chính vì vậy có thể có sai sót về chất lượng nước cấp nồi hơi có thể dẫn đến sự cố hoặc hư hỏng trong nồi hơi, tuốc bin và các thiết bị sản xuất.

Các kiểu nồi hơi

Nồi hơi ống lửa là kiểu nồi hơi 3 tầng được đốt chủ yếu bằng khí hoặc dầu có một hoặc hai ống lửa, nước nồi vòng quanh các ống. Tùy thuộc vào thiết kế, nồi hơi loại này có giới hạn áp suất vận hành khoảng 30 bar và sản lượng hơi đạt tới 30t/h. Chúng được lắp đặt liền khối trên một bộ khung và cung cấp hơi cho các nhà máy cỡ nhỏ hoặc trung, đôi khi cũng được dùng làm nồi hơi phụ để khởi động nồi hơi trong các nhà máy lớn.

Nồi hơi ống nước: Nồi hơi cỡ lớn với thiết kế nước đi trong các ống, tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức, áp suất vận hành lên tới 180 bar, sản lượng hơi trong các nhà máy công nghiệp có thể đạt khoảng 300t/h, trong các nhà máy nhiệt điện đạt tới 2000g/h. Nồi hơi loại này sử dụng nhiệt cháy của khí, dầu, than đá … và được trang bị bộ hâm nhiệt cho nước cấp, bộ tiết kiệm, bộ quá nhiệt, bộ khử quá nhiệt.

Nồi hơi tận dụng nhiệt thải của tuốc bin khí: Phần lớn là kiểu nồi hơi ống nước với tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức và có 3 giải áp suất điều chỉnh trong cùng một hệ thống. Các nồi hơi kiểu này đều có bộ hâm, bộ tiết kiệm, bộ quá nhiệt, bộ khử quá nhiệt. Nhiệt độ khí đầu vào tối đa là 650⁰c. Nồi hơi có ống bốc hơi nằm ngang thường phải tuần hoàn cưỡng bức để đạt được dòng chảy phù hợp trong ống và phải có đủ hàm lượng nước tại đầu ra của ống sinh hơi (ít nhất là 15% trọng lượng ) trong mỗi chu trình vận hành.

Nồi hơi tận dụng nhiệt thải công nghiệp trong các nhà máy lọc dầu và hóa dầu: Là kiểu nồi hơi ống nước hoặc nồi hơi ống lửa. Nồi hơi ống lửa có thiết kế đặc biệt và phần lớn là thiết bị làm mát khí sản phẩm, với khí sản phẩm đi trong ống còn nước bao quanh ống, áp suất vận hành lên tới 140 bar nhưng sản lượng hơi thường không vượt quá 200t/h

Nồi hơi làm mát và bộ trao đổi nhiệt trực tiếp: Các nồi hơi này được gia nhiệt chủ yếu bằng khí sản phẩm có nhiệt độ 900⁰C và vận hành chủ yếu như thiết bị làm mát.

Bộ trao đổi nhiệt trực tiếp với số lượng lớn ống được đốt nóng bằng khí hydrocacbon nóng, bằng những sản phẩm khác hoặc hơi bão hòa của nồi hơi áp cao tới 30 bar. Nồi hơi kiểu này không được gia nhiệt bằng buồng đốt nên không gặp vấn đề quá nhiệt nhưng phần lớn có vấn đề về ăn mòn do nước cấp thường có chất lượng thấp

Nồi hơi bốc hơi một lần thường được sử dụng trong các nhà máy điện rất lớn vận hành ở áp suất quá tới hạn >230 bar và nhiệt độ hơi tới 650⁰C. Nồi hơi kiểu này không được dùng trong các nhà máy công nghiệp và nhà máy nhiệt điện cỡ trung bình vì chúng cần nước cấp bắt buộc phải được khử khoáng.

Các loại nước cấp nồi hơi

Nước mềm: Là nước có độ cứng thấp từ 0 -50 ppm. Có nhiều phương pháp làm mềm nước, trong đó phương pháp làm mềm nước bằng trao đổi ion sử dụng hạt nhựa cation axit mạnh dạng natri và hoàn nguyên bằng muối tinh khiết được sử dụng nhiều nhất.

Nước được khử cacbonat: Là nước sau khi xử lý bằng vôi hoặc được xử lý bằng nhựa trao đổi cation axit yếu. Cả 2 loại này phải được làm mềm nếu chúng được sử dụng làm nước bổ sung. Nước có độ cứng cacbonat và độ dẫn thấp hơn nhưng hàm lượng oxit silic không thay đổi nếu sử dụng cột trao đổi ion. Khử cacbonat bằng sữa vôi nóng có thể làm giảm 10 -30% hàm lượng oxit silic.

• Độ cứng của nước là gì
• Độ cứng cacbonat là gì

Nước khử khoáng một phần là nước được làm mềm từ thiết bị lọc thẩm thấu ngược RO hoặc nước từ thiết bị trao đổi ion bao gồm bình lọc cation và bình lọc anion và không có bình lọc hỗn hợp. Nước được khử cứng (<0,01 mmol/l) và ít nhất phải có độ dẫn điện ở 25⁰C <30µS/cm (phần lớn <10µS/cm) và hàm lượng oxit silic <0,2mg/l

Nước khử khoáng toàn phần:là nước được xử lý từ hệ thống khử khoáng nước bao gồm cột lọc cation,cột lọc anion và cột chứa nhựa trao đổi ion hỗn hợp (hạt mixbed) có độ dẫn điện ở 25⁰C<0,2 µS/cm, hàm lượng oxit silic <0,02mg/l và TOC<0,2mg/l.

Nước bổ sung: là nước đã được xử lý dùng để bù lại lượng nước ngưng tụ bị mất đi trong quá trình hoạt động.

Nước ngưng tụ hồi lưu là nước ngưng tụ từ các thiết bị sử dụng hơi hoặc tuốc bin. Nó không nên trộn lẫn với nước bổ sung chưa được khử khí nhiệt. Nó có thể bị nhiễm bẩn bởi các tạp chất của quá trình sản xuất hay bởi nước làm mát, vì vậy cần kiểm soát chất lượng nước ngưng hồi lưu trực tiếp trên đường ống và cần xử lý nước ngưng hồi lưu.

Nước cấp nồi hơi là nước đã được xử lý, điều chỉnh và được khử khí dùng để cấp cho nồi hơi. Thông thường nước cấp nồi hơi là hỗn hợp của nước ngưng tụ hồi lưu và nước bổ sung.

Nước cấp nồi hơi được khử khoáng trong quá trình vận hành luôn có độ dẫn ở 25⁰C <0,2µS/cm, hàm lượng oxit silic <0,02mg/l và không còn kiềm tự do (NaOH/KOH <0,01 mg/l). Nước cấp nồi hơi chất lượng cao này chủ yếu dùng để phun khử quá nhiệt và sử dụng cho xử lý bay hơi hoàn toàn.

Nước nồi hơi là nước lưu thông trong nồi hơi, nó chính là nước cấp bị cô đặc.

Yêu cầu chất lượng nước cấp nồi hơi

Yêu cầu chất lượng nước cấp nồi hơi và nước nồi hơi phụ thuộc vào nhiều nhân tố khác nhau nhưng chủ yếu là các chỉ tiêu sau:

Áp suất nồi hơi

Áp suất và sự trao đổi nhiệt càng lớn thì chất lượng của nước cấp nồi hơi và nước nồi hơi càng cao, để biết được điều này cần tham khảo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế cũng như yêu cầu của nhà sản xuất nồi hơi. Tất cả các tài liều này đều hướng dẫn cách duy trì lớp bảo vệ trên thép (lớp này chỉ bền trong môi trường kiềm) cũng như cách ngăn ngừa tạo cặn trên bề mặt nồi hơi.

Đối với nồi hơi áp suất cao, hàm lượng oxit silic phải được giới han do nó có thể hòa tan trong hơi, để ngăn ngừa tạo cặn silicat trên tuốc bin hơi.

Đối với nồi hơi áp suất thấp, oxit silic bị giới hạn để ngăn ngừa cáu cặn oxit silic trên bề mặt gia nhiệt vì nó làm giảm mạnh trao đổi nhiệt.

Kiểu nồi hơi

Yêu cầu chất lượng nước cấp và nước nồi hơi chủ yếu là tập trung ngăn ngừa sự tạo cáu cặn và ngăn ngừa ăn mòn trong nồi hơi cũng như thiết bị phụ trợ. Các yêu cầu cụ thể đối với từng kiểu nồi hơi như sau:

Nồi hơi ống lửa thông thường :

Yêu cầu nước cấp tối thiểu có tổng độ cứng <0,02 mđg/l = 0,01mmol/l hoặc <1ppm CaCO₃, PH tại 25⁰C (8,8) 9 -9,3 và nồng độ oxy < 0,02 mg/l hoặc có dư lượng chất ngậm oxy.

Nếu nước mềm có độ dẫn điện <30S/cm thì nước bổ sung được khử khoáng toàn phần hoặc khử khoáng một phần, có hoặc không có nước ngưng hồi lưu sẽ được dùng như nước cấp.

Đề xuất bổ sung Na₃PO₄ để điều chỉnh và duy trì PH cần thiết trong nồi hơi.

Không được phép sử dụng soda mà không có phốt phát để giảm nguy cơ ăn mòn ứng lực do kiềm tại những chỗ nối của ống với mặt sàng có các khe bị đun nóng

Phương pháp xử lý bay hơi hoàn toàn không được đề xuất cho nồi hơi áp suất <25bar

Nồi hơi ống nước thông dụng                                                                                                                               

Yêu cầu tối thiểu giống như nồi hơi ống lửa nhưng do áp suất tăng trên 40 bar và lượng nhiệt trao đổi cao hơn nên cần nước cấp có lượng chất rắn hòa tan thấp.

Với nồi hơi có áp suất vận hành trên 60 bar yêu cầu nước khử khoáng ở mức độ cao và trên 80 bar hoặc truyền nhiệt cục bộ cao, các yêu cầu cần rõ ràng như ở phần trên.

Chừng nào nồi hơi được chế tạo không có các khe nhiệt hoặc các đường biên nhiệt thì có thể sử dụng soda và Na₃PO_4.

Phương pháp xử lý bay hơi hoàn toàn có thể sử dụng cho nồi hơi áp suất >30 bar và được đề nghị áp dụng cho nồi hơi >100 bar hoặc có sự trao đổi nhiệt cao.

Nồi hơi tận dụng nhiệt thải của tuabin khí

Chất lượng nước yêu cầu phải ít nhất giống như nồi hơi ống nước thông dụng. Với những nồi hơi có 2 mức áp lực trở lên, việc xử lý bay hơi hoàn toàn có thể gây ra hư hỏng trong bộ tiết kiệm và trong hệ thống hơi áp suất thấp do ăn mòn bào mòn nếu ống được làm bằng thép cacbon thường. Bổ sung các chất kiềm hóa không bay hơi hoặc sử dụng thép hợp kim thấp có thể giải quyết vấn đề này

Nồi hơi nhiệt thải: Sử dụng trong các nhà máy lọc dầu và hóa dầu với thiết kế của nồi hơi ống nước thông thường có thể vận hành trong những điều kiện tương tự như nồi hơi ống nước thông dụng.

Thiết bị làm mát, nồi hơi làm mát và bộ trao đổi nhiệt trực tiếp chỉ dùng được dùng nước cấp đã khử khoáng. Xử lý bay hơi hoàn toàn được đề nghị cho nồi hơi có áp suất vận hành >100 bar và thiết bị bay hơi có trao đổi nhiệt >250kW/m² nhưng cần chú ý yêu cầu của nước cấp khử khoáng liên tục và giới hạn độ dẫn axit trong nước nồi hơi.

Sử dụng chất kiềm hóa rắn Na₃PO₄ hoặc K₃PO₄ với hàm lượng rất nhỏ (2-5mg/l PO₄ cho nồi hơi áp suất <120 bar và 1,5 -3mg/l PO₄(120 bar) là bắt buộc nếu chất lượng nước cấp phù hợp không thường xuyên, phần lớn là áp dụng cho nước cấp nồi hơi đã khử khoáng.

Nồi hơi tận dụng nhiệt không gia nhiệt bằng lò, cần ít nhất nước cấp và nước lò có chất lượng tương đương với nồi hơi ống lửa hoặc nồi hơi ống nước áp suất thấp. Liều lượng hóa chất bổ sung phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng hơi, lượng nước lò cuốn theo hơi cũng cần được quan tâm. Trong trường hợp nước ngưng bị nhiễm bẩn ít nhiều thì trong nước cấp phải sử dụng chất kiềm hóa dạng rắn cùng với bay hơi để giảm vấn đề ăn mòn.

Giải thích thêm một chút về vấn đề sử dụng chất kiềm hóa dạng rắn và xử lý bay hơi hoàn toàn

Xử lý kiềm rắn là bổ sung các chất kiềm rắn không bay hơi như Na₃PO₄ hoặc K₃PO₄ hoặc NaOH để điều chỉnh chính xác PH của nước nồi hơi. Các hóa chất này làm kiềm hóa pha lỏng. Tác dụng kiềm hóa của các hóa chất này rất tốt ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ vận hành nồi hơi.

Các chất kiềm hóa bay hơi như amoniac hoặc amin được đề xuất sử dụng để kiềm hóa hơi và nước ngưng khi các sản phẩm sản xuất tiếp xúc trực tiếp với hơi và nước ngưng không bị ảnh hưởng bởi các hóa chất này.

Xử lý bay hơi hoàn toàn là kiềm hóa nước bằng chất kiềm hóa bay hơi và chỉ được phép áp dụng nước cấp đã khử khoáng. Độ dẫn axit của nước nồi hơi được quy định nghiêm ngặt <5µS/cm đối với nồi hơi có trao đổi nhiệt cực đại 250kW/m². Hóa chất bay hơi hoàn toàn có tác dụng kiềm hóa tốt ở nhiệt độ phòng nhưng tác dụng kiềm hóa của chúng giảm mạnh ở nhiệt độ vận hành nồi hơi.

Lựa chọn thiết bị xử lý nước nồi hơi

Mô hình xử lý nước cấp nồi hơi

Việc lựa chọn thiết bị xử lý nước nồi hơi phụ thuộc vào chất lượng nước thô và yêu cầu chất lượng của nước cấp nồi hơi và nước nồi hơi trước hết do nhà sản xuất nồi hơi đưa ra. Cụ thể như sau:

• Đối với bất kỳ nồi hơi nào (trừ nồi hơi ống lửa kiểu đứng có áp suất <10 bar)ít nhất cần làm mềm nước bổ sung để tránh tạo cặn.
• Đối với nồi hơi có áp suất đến 40 bar nước bổ sung đã được làm mềm trộn với một lượng tương xứng với nước ngưng tụ hồi lưu có thể là đạt yêu cầu. Lượng nước ngưng hồi lưu càng ít, độ kiềm và hàm lượng oxit silic của nước thô càng cao thì tỷ lệ xả đáy càng lớn vận hành nồi hơi sẽ không kinh tế.
• Đối với nồi hơi áp suất trung bình và thấp, lượng nước ngưng tụ hồi lưu ít hơn thì áp dụng khử cacbonat hoặc lọc ngược thẩm thấu RO cho nước bổ sung là kinh tế hơn
• Đối với nồi hơi có áp suất đến 60 bar, có thể sử dụng lọc RO nếu nước ngưng tụ hồi lưu (có chất lượng tốt) chiếm khoảng >90% lượng nước cấp.
• Với nồi hơi có áp suất trên 60 bar, nên sử dụng dây chuyền khử khoáng nước toàn phần.
• Nồi hơi có áp suất trên 80 bar và nồi hơi có trao đổi nhiệt lớn  thì nước bổ sung và nước ngưng bắt buộc phải được khử khoáng
• Nước phun điều chỉnh nhiệt độ hơi phải là nước ngưng tụ sạch hoặc tốt hơn là nước cấp đã khử khoáng và chỉ có thể chứa hóa chất xử lý bay hơi như amoniac
• Khử khoáng nước với chế độ hoàn nguyên ngược chiều sẽ tiết kiệm hóa chất và chất lượng nước khử khoáng tốt hơn so với dây chuyền kiểu dòng cân bằng. Chúng phải được trang bị máy đo độ dẫn trực tiếp trên hệ thống được hiệu chỉnh về nhiệt độ 25⁰C.
• Đối với nước ngưng, nếu nước ngưng hồi lưu bị nhiễm thì việc xử lý nước ngưng cần phải được quan tâm xem xét. Dụng cụ kiểm tra chất lượng nước giúp phát hiện nhanh nhất các nhiễm bẩn nguy hiểm. Trong một số trường hợp chỉ cần đo độ dẫn điện trực tiếp bằng dụng cụ đo độ dẫn điện hoặc đo độ dẫn axit có sự hiệu chỉnh nhiệt độ là đủ. Nhiễm bẩn dầu và chất béo có thể xác định bằng thiết bị đo độ đục. Nước ngưng có hàm lượng chất nhiễm bẩn cao không được hồi lưu làm nước cấp nồi hơi
• Trong nhiều trường hợp chỉ cần lọc cơ học, lọc than hoạt tính là có thể loại bỏ được các sản phẩm ăn mòn không tan. Nếu nước ngưng bị nhiễm bẩn do độ cứng của nước cao, đối với nồi hơi áp suất thấp chỉ cần làm mềm nước ngưng tụ là đủ nhưng đối với nồi hơi cao áp thì nước ngưng phải xử lý lại.
• Nếu nước ngưng được kiềm hóa bằng amoniac hoặc amin thì khi làm mềm nước ngưng sẽ giải phóng ra NaOH.
• Nếu nước ngưng có thể bị nhiễm bẩn bởi hydrocacbon, sản phẩm thực phẩm, axit, kiềm tự do, nước biển … thì phải có dụng cụ kiểm tra online liên tục và thiết bị xử lý phù hợp

(Nguồn bài viết: Sưu tầm)

Công nghệ làm mềm nước

• Làm mềm nước là gì
• Làm mềm nước bằng trao đổi ion
• Phương pháp khử độ cứng cacbonat độ cứng tạm thời của nước bằng vôi

Các công nghệ xử lý nước cấp nồi hơi

1. Tại sao phải xử lý nước cấp nồi hơi
2. Các phương pháp khử khí gây ăn mòn nồi hơi
3. Nước cấp nồi hơi và yêu cầu chất lượng nước cấp nồi hơi
4. Thiết bị xử lý nước nồi hơi là gì và nó hoạt động như thế nào