Xử lý nước lò hơi – Thiết bị làm mềm nước

Tại sao cần phải xử lý nước lò hơi?

Hệ thống xử lý nước lò hơi công nghiệp là yêu cầu cấp thiết nhằm tăng độ bền lò, tiết kiệm nhiên liệu đốt và bảo vệ an toàn trong quá trình vận hành.

Hệ thống xử lý nước lò hơi (hệ thống làm mềm nước nồi hơi) quan trọng, nhằm đảm bảo loại bỏ các thành phần đóng cặn, phá hủy thiết bị. Nồi hơi áp suất càng cao đòi hỏi nước có chất lượng càng tốt. 

Nước được sử dụng để tạo ra năng lượng vì khả năng hấp thụ nhiều nhiệt hơn bất kỳ chất nào khác. Tuy nhiên, nếu trong nước lại có nhiều tạp chất, khí hòa tan sẽ gây ra tác động tiêu cực khi năng lượng dạng hơi nước phát tán trong lò.

Làm mềm nước lò hơi đóng vai trò quan trọng trong việc ức chế cặn và ăn mòn hiệu quả. Cáu cặn thường được hình thành ở thân của lò, các đường ống dẫn đi qua và bộ trao đổi nhiệt. Hệ thống giúp loại bỏ những tác nhân gây hại, khiến lò bị hỏng hóc, giảm tuổi thọ, đảm bảo hệ thống hoạt động tốt nhất.

Tiêu chuẩn nước cấp lò hơi

Hiện nay đã có nhiều quy định về nước sử dụng cho lò hơi như: ASME của Mỹ, TCVN 7704 -2007 của Việt Nam, JIS B 8223-2006 hay EN 12 952-12 cho lò hơi ống nước và EN 12 953 -10 cho lò hơi ống lửa của Cộng đồng Châu Âu.

Các tiêu chuẩn nước lò hơi được ban hành mục đích để đạt được mục tiêu ngăn ngừa cáu bẩn, bám cặn và ống không bị mòn trong quá trình sử dụng. Một số tiêu chuẩn nước lò hơi tiêu biểu.

Tiêu chuẩn nước cấp lò hơi TCVN 7704 – 2007 

Tiêu chuẩn nước cấp lò hơi ASME của Mỹ

Tiêu chuẩn nước cấp nồi hơi theo EN 12 952-12 của Châu Âu

Công nghệ xử lý nước lò hơi từ nguồn nước sông, nước ngầm

Thuyết minh công nghệ hệ thống xử lý nước lò hơi

1. Công đoạn sơ bộ của hệ thống xử lý nước lò hơi đối với nguồn nước cấp là nước sông hoặc nước ngầm:

Xử lý nước lò hơi từ nguồn nước sông hay nước ngầm: Nước được bơm vào bể chứa dự trữ nước cho hệ thống xử lý nước cấp ở phía sau.

Ở giai đoạn xử lý nước lò hơi tiếp theo nước từ bể chứa được xử lý hóa lý tách rác, kết tủa tạo bông hoặc khử phèn tách sơ bộ các chất ô nhiễm ra khỏi dòng nước trước khi vào bể chứa trung gian phục vụ cho công đoạn xử lý chính của dây chuyền.

2. Công đoạn của hệ thống xử lý nước lò hơi:

Tiếp theo của công đoạn xử lý nước cấp lò hơi từ bể chứa trung gian nước từ bể chứa này được bơm cột lọc composite, tại cột lọc áp lực cặn lơ lững có trong nước được giữ lại trước khi qua lớp than hoạt tính loại bỏ Cl2 tự do có trong nước và làm sạch triệt để chất hữu cơ hòa tan còn lại sau công đoạn lọc cặn. 

Nước sau khi qua cột lọc áp lực composite được đưa qua cột trao đổi cation bậc 1. Các ion dương (Mg²⁺, Ca²⁺, Na+,…) sẽ được trao đổi với nhựa R-H (nhựa gốc acid mạnh), các ion dương (Mg²⁺, Ca²⁺, Na⁺,…) sẽ chiếm vị trí của H trong nhựa và giải phóng H+, chính vì thế nước sau ra khỏi cột trao đổi cation mang tính acid.

Khi vận hành bộ Cation, do nước đi từ trên xuống thông qua các lớp nhựa trao đổi Cation tính axit mạnh, tính lựa chọn của lớp nhựa với các ion dương có khác nhau nên trong cột nhựa bị phân thành các lớp Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ không ngừng di chuyển xuống phía dưới cho đến khi các lớp nhựa mất khả năng.

Sau khi nước đi ra khỏi cột trao đổi cation thì nồng độ ion dương còn lại vẫn cao nên phải tiếp tục đưa qua cột trao đổi cation bậc 2. Nguyên tắc làm việc của cột trao đổi cation bậc 2 giống như cột trao đổi cation bậc 1.

Sau đó nước được tiếp tục đưa đến cột trao đổi anion, trong cột trao đổi anion có chứa nhựa R-OH (nhựa gốc bazờ mạnh). Các ion âm (SO4^2-, Cl-, HSiO^3-…) sẽ chiếm chỗ của OH và sản sinh ra OH^–, ion OH^– sẽ kết hợp với H⁺ được tách ra ở cột trao đổi cation bậc 1 và bậc 2 để tạo phân tử nước ( H₂O).

Nước sau khi ra khỏi cột anion bậc 1 sẽ được đưa vào cột trao đổi anion bậc 2 (nước sau khi ra cột trao đổi anion bậc 2 nước có pH tăng gần lên trung tính).

Nước tiếp tục được đưa vào cột trao đổi hỗn hợp (vì nồng độ TDS còn lại sau khi ra khỏi cột trao đổi anion bậc 2 chưa đạt tiêu chuẩn nước cấp cho lò hơi). Trong cột trao đổi hỗn hợp có chứa hỗn hợp nhựa RH và nhựa ROH được hòa trộn với nhau theo tỉ lệ thích hợp (RH:ROH ~ 1:2).

Các phản ứng trong cột trao đổi hỗn hợp hầu như diễn ra đồng thời, nhựa trao đổi dạng RH sản sinh ra H⁺ và nhựa dạng R-OH sản sinh ra OH^– thì lập tức OH^– và H⁺ này phản ứng với nhau tạo thành nước, phản ứng trao đổi hoàn thành triệt để và đưa vào bể chứa.

Từ bể chứa được dẫn qua hệ thống lọc tinh 0,5µm và qua hệ thống lọc RO loại bỏ hoàn toàn kim loại và các tạp chất cung cấp nước sạch cho hệ thống nồi hơi.Lúc này công đoạn của hệ thống xử lý nước cấp lò hơi hoàn thành.

Công nghệ xử lý nước lò hơi – Kết hợp xử lý và làm mềm nước

Nước cấp lò hơi ngoài độ cứng thì cần phải xem xét nguồn nước theo nhiều chỉ tiêu để xử lý đồng bộ một cách triệt để nhằm đảm bảo chất lượng ổn định, lâu dài cho hệ thống và sản xuất.

Thiết bị làm mềm nước trong xử lý nước lò hơi mới chỉ là loại bỏ (giảm) Ca, Mg ra khỏi nước nhưng trong nước vẫn còn nhiều thành phần khác gây nguy hại, chẳng hạn:

• Sắt, Silica, chất lơ lửng,… gây cặn bám, bẩn bám.
• Sunphat, Clorua, Carbonat, pH thấp, Oxy hòa tan,… gây ăn mòn.
• Các hợp chất hữu cơ, Phosphate, Nitrit,… thúc đẩy vi sinh phát triển.

Quy trình hoạt động hệ thống xử lý kết hợp thiết bị làm mềm nước lò hơi

Đầu tiên, nước nguồn được bơm lên bể chứa nước thô. Sau đó, nước được bơm qua hệ thống lọc đa tầng xử lý Fe, As, Mn và kim loại nặng trong nước.

Tầng lọc cát xử lý các chất cặn bả, rong rêu, chất bẩn có kích thước lớn và một phần kim loại trong nước. Tâng lọc đa năng có tác dụng loại bỏ kim loại năng, các tạp chất lơ lững. Tầng than hoạt tính xử lý mùi, màu, hấp phụ các chất độc, các nguyên tố dạng vết, …. có trong nước. 

Cột làm mềm còn gọi là Hệ thống làm mềm nước cứng, hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi ion. Hạt nhựa trao đổi ion giữ ion độ cứng và khi hấp thụ đủ độ cứng thì thải ra ngoài qua quá trình tái sinh. 

Nước qua lớp hạt nhựa Na-cationit sẽ xảy ra các phản ứng sau: 

2R-Na + Ca(HCO₃)₂↔ R₂-Ca + 2 NaHCO₃  

2R-Na + CaSO4↔ R2-Ca +  Na2SO4 

2R-Na + Mg(HCO₃)₂↔ R₂-Mg + 2 NaHCO₃  

2R-Na + MgSO4↔ R2-Mg +  Na2SO4

2R-Na + CaCl₂↔ R₂-Ca + 2 NaCl

Theo mức độ lọc nước qua lớp hạt cationit, các hạt cation của nhựa được thay thế bằng ion Ca²⁺và Mg²⁺của nước. Sau một thời gian khả năng trao đổi của Na-catonit hoàn toàn bị cạn kiệt. Để khôi phục lại khả năng trao đổi của Na-cationit người ta rửa lớp vật liệu lọc bằng dung dịch có nồng độ cao của ion Na⁺, ví dụ dung dịch muối tinh khiết. Quá trình này gọi là quá trình hoàn nguyên.

2R-Ca + NaCl ↔ 2R-Na ⁺  CaCl₂

Quy trình xử lý nước lò hơi – Thiết bị làm mềm nước

Chọn phương pháp làm mềm nước phải dựa vào chất lượng nước yêu cầu sau xử lý, thành phần muối hòa tan trong nước nguồn. Trong tất cả các trường hợp khi chỉ cần duy nhất là giảm độ cứng thì phương pháp làm mềm bằng Na-cationit là hiệu quả và tiết kiệm nhất.Làm mềm nước là loại bỏ Canxi (Ca) và Magie (Mg) ra khỏi nước sử dụng để tránh các hậu quả như:

• Tránh gây cặn bám, giảm hiệu quả hoạt động trong các hệ thống nước cấp lò hơi, tháp giải nhiệt lạnh – nóng
• Gây tắc nghẽn, gây bẩn, cáu bẩn, bám cặn và ống lò

Các bước thiết kế, lắp đặt thành công hệ thống làm mềm nước

• Xác định chất lượng độ cứng sau tháp làm mềm và các tiêu chuẩn nước cấp lò hơi yêu cầu. Kiểm tra nguồn nước về độ cứng và các chỉ số khác như pH, Fe, Mg, TDS, chất lơ lửng, Chlorine… từ đó có phương án thiết kế công nghệ phù hợp xử lý đạt các tiêu chuẩn yêu cầu.
• Tính toán năng suất vận hành, tổng lượng nước sử dụng hằng ngày để lắp đặt hệ thống làm mềm phù hợp.
• Lựa chọn công nghệ tự động hoặc thủ công tùy theo nguồn vốn đầu tư dự án 
• Lắp đặt, vận hành đạt tiêu chuẩn.
• Hướng dẫn chuyển giao công nghệ cho chủ đầu tư

Các yếu tố ảnh hưởng đến giá thành hệ thống xử lý nước lò hơi – Thiết bị làm mềm nước lò hơi có giá bao nhiêu?

Kinh phí đầu tư, hiệu quả hoạt động luôn là câu hỏi đầu tiên khi quyết định đầu tư. Giá hệ thống xử lý nước lò hơi – hệ thống làm mềm phụ thuộc nhiều yếu tố bao gồm:  

Yếu tố chất lượng nước và công suất sử dụng

Chất lượng nước đầu vào – ra và công suất sử dụng yếu tố đầu tiên cần quan tâm. Hệ thống công suất lớn có nhiều phí cao hơn so với công suất thấp. Áp suất lò hơi càng cao chất lượng nước yêu cầu sẽ cao hơn, giá thành hệ thống cũng cao hơn. Khi áp suất trong lò hơi tăng lên thì việc xử lý nước triệt để lại càng quan trọng nhằm tạo ra nước chất lượng cao hơn.

Lò hơi áp suất thấp ≤ 600 PSI. Yêu cầu chất lượng nước làm mềm thấp hơn, công nghệ được sử dụng làm mềm nước nồi hơi áp suất thấp khá đơn giản. Chi phí này cũng khấp do chỉ cần thiết bị làm mềm.

Lò hơi áp suất cao  ≥ 600 PSI. Lò hơi áp suất cao yêu cầu hệ thống lọc cũng cao hơn, nước yêu cầu độ tinh khiết cao. Hệ thống xử lý nước này thường cần thêm nhựa trao đổi ion  thiết bị RO hoặc thiết bị điện cực hóa (EDI). Chi phí liên quan đến lò hơi này sẽ cao hơn.

Nguồn cung cấp nước cấp

Nguồn nước là một trong những yếu tố quan trọng để giảm thiểu chi phí đầu tư và hoạt động. Ví dụ dùng nước thủy cục hệ hống sẽ được tối giản do nguồn thủy cục của thành phố đã được làm sạch. Nhưng nếu dùng dùng với số lượng lớn chi phí nước cấp cũng khá cao.

Các nguồn nước khác cũng có thể được xử lý để sử dụng cho lò hơi như:

Nước thải đã qua xử lý của nhà náy,

Nước ngầm

 Nước sông, nước mặt…

Công nghệ, Vật liệu – thiết bị hệ thống

Hệ thống nước cấp lò hơi công nghệ có nhiều thiết bị như van, đường ống, bơm, hệ thống lọc. Một số loại hình sản xuất như điện, lọc dầu, thực phẩm đòi hỏi một hệ thống xử lý mạnh mẽ hơn. Do đó, chi phí có thể tăng lên do các yêu cầu khắt khe hơn về quản lý chất lượng. Chẳng hạn như đường ống bằng thép không gỉ hay các tiêu chuẩn công nghiệp riêng biệt…

Các vấn đề thường gặp trong vận hành hệ thống xử lý nước lò hơi

Đóng cặn rắn trong lò hơi

Lò hơi và đường ống xuất hiện cặn rắn dính bám, có thể vấn đề xảy ra với quá trình lọc. Hệ thống xử lý nước kém, chưa khử hết tạp chất khi vào lò dưới tác động của nhiệt đun nóng, các tạp chất kết tủa hoặc lắng xuống để lại cặn cứng. 

Hệ thống lọc sử dụng không đạt được kết quả như mong muốn. Các chất đóng cặn chưa được loại bỏ như Silica, Canxi, Magiê, nhôm.

Vấn đề đóng cặn có thể gây ra tắc nghẽn đường ống và giảm hiệu suất của lò hơi. Chất rắn lắng đọng trong các vị trí dòng chảy thấp của đường ống, có thể tạo ra một lớp cách nhiệt, gây ra sự quá nhiệt cục bộ và cuối cùng có thể gây hỏng hệ thống.

Giải pháp phòng tránh đóng cặn lò hơi 

Để hạn chế tối đa cặn lắng trong lò hơi cách tốt nhất là loại bỏ tối đa mọi chất gây ô nhiễm trong nước cấp lò hơi. 

Hệ thống xử lý nước lò hơi là thiết bị, giai đoạn rất quan trọng để loại bỏ nguy cơ tích tụ chất rắn lơ lửng. Công nghệ xử lý nước lò hơi phụ thuộc vào loại nồi sử dụng, nguồn nước cấp.

Nồi hơi áp suất cao cần hệ thống phức tạp, nước độ tinh khiết cao. Lò hơi áp suất thấp, quá trình làm mềm nước, vi lọc, siêu lọc sẽ là sự lựa chọn phù hợp. Lò hơi áp suất cao, công nghệ phù hợp như thẩm thấu ngược, khử ion cần thiết được sử dụng.

Hiện tượng ăn mòn hệ thống lò

Ăn mòn trong nồi gây ra các sự cố nứt vỡ thiết bị. Nguyên nhân chính là sự hiện diện của oxy hòa tan và carbon dioxide. Lò hơi áp suất càng cao quá trình phá hủy ăn mòn càng diễn ra nhanh hơn. Quá trình nứt vỡ cũng xảy ra khi tỏng nước có  mặt Clorua ở mức cao.

Hiện tượng ăn mòn xảy ra ở các bộ phận được đốt nóng nhiều nhất. Nhiệt độ cao làm tốc độ di chuyển các phân tử hóa học nhanh hơn, tăng tốc độ phản ứng, phân hủy vật liệu. Giá trị pH, mức oxy, lượng chất rắn cũng gây ra ăn mòn thiết bị.

Giải pháp phòng tránh ăn mòn

Sử dụng các thiết bị khử khí oxy chất lượng cao có thể hiệu quả trong việc loại bỏ các khí hòa tan  khỏi nước cấp cho lò hơi. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong việc loại bỏ các khí độc hại có thể tàn phá đường ống và thiết bị.

Hiện tượng tạo bọt

Bọt hoặc bong bóng tạo ra liên tục trong nồi hơi, hiện tượng này do có nhiều chất rắn hòa tan trên bề mặt nước. Khi hơi nước được tạo ra, những tạp chất này sủi bọt và bay hơi cùng với hơi nước. Ảnh hưởng quá trình tạo bọt đến hệ thống lò bao gồm:

Tạo cho muối hòa tan lắng đọng trên bộ quá nhiệt và cánh tuabin, làm giảm hiệu suất của hệ thống.

Muối hòa tan đi vào các bộ phận khác của hệ thống. Do đó làm giảm tuổi thọ của máy móc bị ảnh hưởng

Phương pháp phòng tránh phòng tránh hiện tượng tạo bọt khi vận hành lò hơi

Tốt nhất nên duy trì mức chất rắn hòa tan thấp và kiểm soát độ kiềm của nước. Đảm bảo độ pH duy trì trong khoảng 8,5 đến 9,5.

Môi trường Hưng Phương chuyên tư vấn thiết kế hệ thống xử lý nước lò hơi, thiết bị làm mềm nước, nước uống trực tiếp, nước uống công nhân trong nhà máy, nước cấp khách sạn, khu resort. Các dịch vụ Hưng Phương giúp khách hàng giảm chi phí đầu tư, vận hành ổn định, an toànchế độ chăm sóc hổ trợ khách hàng miễn phí 24/7.

Liên hệ: 0904.000.226 hoặc Email: Hungphuongdng@gmail.com để được tư vấn và hổ trợ miễn phí