Nước Cho Lò Hơi

Nhà máy lò hơi hơi nước phải vận hành an toàn, với hiệu suất đốt cháy và truyền nhiệt tối đa. Để giúp đạt điều này và tuổi thọ dài, ít bảo trì, nước lò hơi có thể được xử lý hóa học.

Nước Cho Lò Hơi

Các mục tiêu vận hành cho nhà máy lò hơi hơi nước bao gồm:

• Vận hành an toàn.
• Hiệu suất đốt cháy và truyền nhiệt tối đa.
• Bảo trì tối thiểu.
• Tuổi thọ làm việc dài. Chất lượng của nước được sử dụng để tạo hơi trong lò hơi sẽ có ảnh hưởng sâu sắc đến việc đạt các mục tiêu này. Cần lò hơi vận hành theo các tiêu chí sau:
• Không có cặn - Nếu độ cứng có trong nước cấp và không được kiểm soát hóa học, thì đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt sẽ xảy ra, giảm truyền nhiệt và hiệu suất - làm cần thiết vệ sinh lò hơi thường xuyên. Trong trường hợp cực đoan, điểm nóng cục bộ có thể xảy ra, dẫn đến hư hại cơ khí hoặc thậm chí hỏng ống.
• Không có ăn mòn và tấn công hóa học- Nếu nước chứa khí hòa tan, đặc biệt oxy, ăn mòn bề mặt lò hơi, đường ống và thiết bị khác có thể xảy ra. Nếu giá trị pH của nước quá thấp, dung dịch axit sẽ tấn công bề mặt kim loại. Nếu giá trị pH quá cao, và nước có tính kiềm, các vấn đề khác như tạo bọt có thể xảy ra. Giòn hóa ăn mòn hoặc nứt ăn mòn cũng phải được ngăn ngừa để tránh hỏng kim loại. Nứt và giòn hóa do nồng độ natri hydroxit quá cao. Lò hơi rivet cũ dễ bị loại tấn công này hơn; tuy nhiên, vẫn cần cẩn thận trên lò hơi hàn hiện đại ở đầu ống.loại tấn công; tuy nhiên, vẫn cần cẩn thận trên lò hơi hàn hiện đại ở đầu ống.

Hơi chất lượng tốt

Nếu tạp chất trong nước cấp lò hơi không được xử lý đúng cách, cuốn nước lò hơi vào hệ thống hơi có thể xảy ra. Điều này có thể dẫn đến vấn đề ở nơi khác trong hệ thống hơi, như:

• Ô nhiễm bề mặt van điều khiển- Điều này sẽ ảnh hưởng đến hoạt động và giảm công suất của chúng.
• Ô nhiễm bề mặt truyền nhiệt của thiết bị quy trình - Điều này sẽ tăng sức cản nhiệt, và giảm hiệu quả truyền nhiệt.
• Hạn chế lỗ bẫy hơi - Điều này sẽ giảm công suất bẫy hơi, và cuối cùng dẫn đến ngập nước nhà máy, và giảm sản lượng. Cuốn nước có thể do hai yếu tố:

1. Sục sôi - Đây là việc đẩy nước lò hơi vào đầu hút hơi và thường do một hoặc nhiều nguyên nhân sau: -Vận hành lò hơi với mực nước quá cao. -Vận hành lò hơi dưới áp suất thiết kế; điều này tăng thể tích và vận tốc hơi giải phóng từ bề mặt nước. -Nhu cầu hơi quá mức.
2. Tạo bọt - Đây là sự hình thành bọt trong không gian giữa bề mặt nước và đầu hút hơi. Lượng bọt càng lớn, vấn đề càng nhiều. Sau đây là dấu hiệu và hậu quả của tạo bọt: -Nước sẽ nhỏ giọt từ kết nối hơi của ống thủy; điều này làm khó xác định chính xác mực nước. -Đầu dò mực, phao và tế bào áp suất vi sai khó xác định chính xác mực nước. -Báo động có thể được phát, và bộ đốt thậm chí có thể ‘khóa’. Điều này sẽ yêu cầu đặt lại thủ công bảng điều khiển lò hơi trước khi cung cấp có thể được thiết lập lại. Các vấn đề này có thể hoàn toàn hoặc một phần do tạo bọt trong lò hơi. Tuy nhiên, vì tạo bọt là đặc hữu của nước lò hơi, cần hiểu biết tốt hơn về bản thân bọt:

• Định nghĩa bề mặt - Bọt trên cốc bia nằm trên chất lỏng, và giao diện chất lỏng/bọt được xác định rõ ràng. Trong chất lỏng sôi, bề mặt chất lỏng không rõ ràng, thay đổi từ một vài bong bóng hơi nhỏ ở đáy bình, đến nhiều bong bóng hơi lớn ở trên.
• Khuấy động tăng tạo bọt - Xu hướng là lò hơi nhỏ hơn cho tốc độ tạo hơi nhất định. Lò hơi nhỏ có diện tích bề mặt nước ít hơn, do đó tốc độ hơi giải phóng trên mỗi mét vuông diện tích nước tăng. Điều này có nghĩa là khuấy động ở bề mặt lớn hơn. Do đó lò hơi nhỏ dễ bị tạo bọt hơn.
• Độ cứng - Nước cứng không tạo bọt. Tuy nhiên, nước lò hơi được cố ý làm mềm để ngăn hình thành cặn, và điều này cho nó xu hướng tạo bọt.
• Chất keo - Ô nhiễm nước lò hơi với keo lơ lửng, ví dụ. sữa, gây ra bọt dữ dội. Lưu ý: Hạt keo nhỏ hơn 0,000 1 mm đường kính, và có thể đi qua bộ lọc thường.
• Mức TDS- Khi TDS nước lò hơi tăng, bong bóng hơi trở nên ổn định hơn, và khó vỡ và tách hơn. Hành động khắc phục chống cuốn nước Các phương án sau dành cho Quản lý Kỹ thuật để giảm thiểu tạo bọt trong lò hơi:
• Vận hành- Vận hành lò hơi trơn tru là quan trọng. Với lò hơi vận hành dưới tải không đổi và trong giới hạn thiết kế, lượng hơi ẩm bị cuốn theo cùng hơi có thể ít hơn 2%. Nếu thay đổi tải nhanh và lớn, áp suất trong lò hơi có thể giảm đáng kể, tạo điều kiện hỗn loạn cực độ khi nội dung lò hơi bốc flash thành hơi. Tình hình còn tệ hơn, giảm áp suất cũng có nghĩa là thể tích riêng của hơi tăng, và bong bóng bọt tỷ lệ lớn hơn. Nếu điều kiện nhà máy sao cho thay đổi tải đáng kể là bình thường, có thể thận trọng khi xem xét: -Điều khiển mực nước lò hơi điều biến nếu bật/tắt hiện đang được lắp. -‘Điều khiển dư thừa’ sẽ giới hạn mức mà áp suất lò hơi được phép giảm. -Bộ tích hơi (xem Mô-đun 22 của Khối này). -‘Điều khiển feed-forward’ sẽ đưa lò hơi lên áp suất vận hành tối đa trước khi tải được áp dụng. -‘Điều khiển mở chậm’ sẽ đưa nhà máy vào hoạt động trong khoảng thời gian xác định trước.
• Kiểm soát hóa chất- Chất chống tạo bọt có thể được thêm vào nước lò hơi. Chúng hoạt động bằng cách phá vỡ bong bóng bọt. Tuy nhiên, các chất này không hiệu quả khi xử lý bọt do chất rắn lơ lửng gây ra.
• Kiểm soát TDS- Phải tìm sự cân bằng giữa: -Mức TDS cao với kinh tế vận hành đi kèm. -Mức TDS thấp giảm thiểu tạo bọt.
• An toàn - Nguy hiểm do quá nhiệt vì cặn, và do ăn mòn vì khí hòa tan, dễ hiểu. Trong trường hợp cực đoan, tạo bọt, cặn và hình thành bùn có thể dẫn đến kiểm soát mực nước lò hơi cảm nhận mức không đúng, tạo nguy hiểm cho cả nhân viên và quy trình.

Xử lý nước bên ngoài

Nói chung đồng ý rằng nếu có thể trên lò hơi hơi nước, xử lý nước cấp chính nên ở bên ngoài lò hơi.

Tóm tắt chất lượng nước đã xử lý có thể thu được từ các quy trình khác nhau, dựa trên nguồn cấp nước cứng thô điển hình, được thể hiện trong Bảng 3.9.2. Đây là nước mà nhà máy xử lý bên ngoài phải đối phó.

Các quy trình xử lý nước bên ngoài có thể liệt kê là:

• Thẩm thấu ngược- Quy trình mà nước tinh khiết được ép qua màng bán thấm để lại dung dịch cô đặc tạp chất, bị thải bỏ.
• Vôi; làm mềm vôi/sô đa - Với làm mềm vôi, vôi tôi (canxi hydroxit) phản ứng với canxi và magie bicarbonate để tạo bùn có thể loại bỏ. Điều này giảm độ cứng kiềm (tạm thời). Làm mềm vôi/sô đa (soda ash) giảm độ cứng không kiềm (vĩnh viễn) bằng phản ứng hóa học.
• Trao đổi ion- Là phương pháp xử lý nước được sử dụng rộng rãi nhất cho lò hơi vỏ tạo hơi bão hòa. Mô-đun này sẽ tập trung vào các quy trình sau mà nước được xử lý: Trao đổi base, Khử kiềm và Khử khoáng.

Trao đổi ion

Chất trao đổi ion là vật liệu không hòa tan thường được chế tạo dưới dạng hạt nhựa có đường kính 0,5 đến 1,0 mm. Các hạt nhựa thường được sử dụng dưới dạng giường đóng gói chứa trong bình áp lực bằng nhựa cốt sợi thủy tinh. Các hạt nhựa xốp và ưa nước - nghĩa là, chúng hấp thụ nước. Bên trong cấu trúc hạt là các nhóm ion cố định liên kết với các ion di động có thể trao đổi mang điện tích đối diện. Các ion di động này có thể được thay thế bởi các ion cùng điện tích, từ các muối hòa tan trong nước xung quanh hạt.

Làm mềm trao đổi base

Đây là hình thức đơn giản nhất của trao đổi ion và cũng được sử dụng rộng rãi nhất. Giường nhựa ban đầu được kích hoạt (sạc) bằng cách cho dung dịch nước muối (natri chloride hoặc muối ăn) 7-12% đi qua, để lại nhựa giàu ion natri. Sau đó, nước cần làm mềm được bơm qua giường nhựa và trao đổi ion xảy ra. Ion canxi và magie thay thế ion natri từ nhựa, để lại dòng chảy nước giàu muối natri. Muối natri ở lại trong dung dịch ở nồng độ và nhiệt độ rất cao và không tạo cặn có hại trong lò hơi. Từ Hình 3.10.1 có thể thấy rằng tổng ion độ cứng được trao đổi cho natri. Với làm mềm trao đổi base natri, không có giảm mức tổng chất rắn hòa tan (TDS tính bằng phần triệu hoặc ppm) và không thay đổi pH. Tất cả những gì đã xảy ra là trao đổi một nhóm muối tạo cặn có hại tiềm tàng cho loại muối khác ít có hại hơn, không tạo cặn. Vì không có thay đổi mức TDS, cạn kiệt giường nhựa không thể được phát hiện bằng tăng độ dẫn điện (TDS và độ dẫn điện có liên quan). Tái tạo do đó được kích hoạt trên cơ sở thời gian hoặc tổng lưu lượng. Thiết bị làm mềm tương đối rẻ để vận hành và có thể tạo nước đã xử lý đáng tin cậy trong nhiều năm. Chúng có thể được sử dụng thành công ngay cả ở vùng độ cứng kiềm (tạm thời) cao với điều kiện ít nhất 50% ngưng tụ được hồi về. Ở nơi có ít hoặc không hồi ngưng tụ, loại trao đổi ion tinh vi hơn được ưa thích. Đôi khi xử lý làm mềm vôi/sô đa được sử dụng như xử lý trước khi trao đổi base. Điều này giảm tải lên nhựa.

Khử kiềm

Nhược điểm của làm mềm trao đổi base là không có giảm TDS và độ kiềm. Điều này có thể khắc phục bằng cách loại bỏ trước độ kiềm và điều này thường đạt được thông qua sử dụng thiết bị khử kiềm. Có nhiều loại thiết bị khử kiềm nhưng loại phổ biến nhất được thể hiện trong Hình 3.10.2. Nó thực sự là bộ ba đơn vị, thiết bị khử kiềm, tiếp theo là thiết bị khử khí và sau đó là thiết bị làm mềm trao đổi base.

Thiết bị khử kiềm

Hệ thống thể hiện trong Hình 3.10.3 đôi khi được gọi là làm mềm ‘chia dòng’. Thiết bị khử kiềm hiếm khi được sử dụng mà không có thiết bị làm mềm trao đổi base, vì dung dịch tạo ra có tính axit và sẽ gây ăn mòn, và bất kỳ độ cứng vĩnh viễn nào sẽ đi thẳng vào lò hơi. Nhà máy khử kiềm sẽ loại bỏ độ cứng tạm thời như thể hiện trong Hình 3.10.3. Hệ thống này thường được sử dụng khi tỷ lệ nước bù rất cao được sử dụng.

Khử khoáng

Quy trình này sẽ loại bỏ hầu hết tất cả các muối. Nó bao gồm cho nước thô đi qua cả nhựa trao đổi cation và anion (Hình 3.10.4). Đôi khi nhựa có thể chứa trong một bình và điều này được gọi là khử khoáng ‘giường trộn’. Quy trình loại bỏ hầu hết tất cả các khoáng chất và tạo ra nước chất lượng rất cao chứa gần như không có chất rắn hòa tan. Nó được sử dụng cho lò hơi áp suất rất cao như trong nhà máy điện. Nếu nước thô có nhiều chất rắn lơ lửng, điều này sẽ nhanh chóng bám bẩn vật liệu trao đổi ion, tăng chi phí vận hành đáng kể. Trong những trường hợp này, xử lý trước nước thô như lọc hoặc làm trong có thể cần thiết.

Lựa chọn nhà máy xử lý nước bên ngoài

Xem xét Bảng 3.10.1, thật hấp dẫn khi nghĩ rằng nhà máy khử khoáng nên luôn được sử dụng. Tuy nhiên, mỗi hệ thống có chi phí đầu tư và chi phí vận hành, như Bảng 3.10.2 minh họa, cộng với nhu cầu của từng nhà máy cần được đánh giá.

Nhà máy lò hơi vỏ

Nói chung, lò hơi vỏ có thể chịu được mức TDS khá cao, và chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp của nhà máy làm mềm trao đổi base (xem Bảng 3.10.2) thường sẽ làm cho chúng là lựa chọn đầu tiên.

Nếu nguồn cấp nước thô có giá trị TDS cao, và/hoặc tốc độ hồi ngưng tụ thấp (<40%), có một vài tùy chọn có thể được xem xét:

• Xử lý trước bằng vôi/sô đa sẽ khiến độ cứng kiềm kết tủa ra khỏi dung dịch dưới dạng canxi carbonate và magie hydroxit, và sau đó thoát ra khỏi bình phản ứng.
• Nhà máy khử kiềm để giảm mức TDS của nước cung cấp cho nhà máy lò hơi.

Nhà máy lò hơi ống nước

Nhà máy lò hơi ống nước kém dung nạp hơn nhiều đối với mức TDS cao, và càng ít hơn khi áp suất tăng. Điều này do một số lý do, bao gồm:

• Lò hơi ống nước có diện tích bề mặt nước hạn chế trong trống hơi, so với tốc độ bay hơi. Điều này dẫn đến tốc độ giải phóng hơi rất cao trên mỗi đơn vị diện tích nước, và hỗn loạn.
• Lò hơi ống nước có xu hướng được đánh giá cao hơn, có lẽ trên 1.000 tấn/h hơi. Điều này có nghĩa là ngay cả tỷ lệ xả đáy nhỏ cũng có thể đại diện cho khối lượng lớn cần xả.
• Lò hơi ống nước có xu hướng vận hành ở áp suất cao hơn, thường lên đến 150 bar g. Áp suất càng cao, năng lượng chứa trong nước xả đáy càng lớn. Áp suất cao hơn cũng có nghĩa là nhiệt độ cao hơn. Điều này có nghĩa là vật liệu chế tạo sẽ chịu ứng suất nhiệt cao hơn, và vận hành gần giới hạn luyện kim hơn. Ngay cả một lượng nhỏ ô nhiễm bên trong cản trở truyền nhiệt từ ống sang nước có thể dẫn đến ống quá nhiệt.
• Lò hơi ống nước thường tích hợp bộ quá nhiệt. Hơi bão hòa khô từ trống hơi có thể được dẫn đến ống bộ quá nhiệt nằm trong vùng nhiệt độ cao nhất của lò đốt. Bất kỳ cuốn nước ô nhiễm nào theo hơi sẽ phủ bên trong ống bộ quá nhiệt, và ức chế truyền nhiệt với kết quả có thể thảm khốc.

Các yếu tố trên có nghĩa là:

• Xử lý nước chất lượng cao là cần thiết cho vận hành an toàn của loại nhà máy này.
• Có thể khả thi về mặt kinh tế khi đầu tư vào nhà máy xử lý nước sẽ giảm thiểu tốc độ xả đáy. Trong mỗi trường hợp này, lựa chọn sẽ thường là nhà máy khử khoáng hoặc thẩm thấu ngược.

Tóm tắt

Chất lượng nước thô rõ ràng là yếu tố quan trọng khi chọn nhà máy xử lý nước. Mặc dù mức TDS sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành lò hơi, các vấn đề khác, như tổng độ kiềm hoặc hàm lượng silica đôi khi có thể quan trọng hơn và sau đó chi phối quá trình lựa chọn thiết bị xử lý nước.