Xử lý nước, lưu trữ và xả đáy cho lò hơi

Xem xét hóa học nguồn nước bao gồm độ cứng và giá trị pH.

Trước khi xả đáy lò hơi có thể được thảo luận và hiểu, cần thiết lập định nghĩa về nước cùng với các tạp chất và các thuật ngữ liên quan như độ cứng, pH v.v.

Nước là nguyên liệu thô quan trọng nhất trên trái đất. Nó cần thiết cho sự sống, được sử dụng cho vận chuyển, và lưu trữ năng lượng. Nó cũng được gọi là ‘dung môi phổ dụng’. Nước tinh khiết (H2O) không mùi, không vị, và không màu ở trạng thái tinh khiết; tuy nhiên, nước tinh khiết rất hiếm. Tất cả nước tự nhiên chứa các loại và lượng tạp chất khác nhau. Nước uống tốt không nhất thiết tạo ra nước cấp lò hơi tốt. Các khoáng chất trong nước uống dễ dàng được cơ thể hấp thụ, và cần thiết cho sức khỏe. Tuy nhiên, lò hơi kém khả năng đối phó, và chính các khoáng chất này sẽ gây thiệt hại trong lò hơi hơi nước nếu được phép tồn tại. Trong lượng nước thế giới, 97% nằm trong đại dương, và phần đáng kể bị giữ trong các sông băng cực - chỉ 0,65% có sẵn cho sử dụng gia đình và công nghiệp. Tỷ lệ nhỏ này sẽ nhanh chóng được tiêu thụ nếu không có chu trình nước (xem Hình 3.9.1). Sau khi bay hơi, nước chuyển thành mây, một phần ngưng tụ trong hành trình và sau đó rơi xuống đất dưới dạng mưa. Tuy nhiên, sai lầm khi cho rằng nước mưa tinh khiết; trong quá trình rơi xuống đất, nó sẽ hấp thụ các tạp chất như axit carbonic, nitơ và, trong khu vực công nghiệp, lưu huỳnh dioxide. Nạp đầy các thành phần này, nước thấm qua các lớp trên của trái đất đến mực nước ngầm, hoặc chảy trên bề mặt trái đất hòa tan và thu thập thêm tạp chất. Các tạp chất này có thể tạo thành cặn trên bề mặt truyền nhiệt có thể:

• Gây ăn mòn kim loại.
• Giảm tốc độ truyền nhiệt, dẫn đến quá nhiệt và mất sức bền cơ học. Bảng 3.9.1 cho thấy tên kỹ thuật và thông thường của các tạp chất, ký hiệu hóa học, và hiệu ứng của chúng.

Chất lượng nước thô và biến đổi theo vùng

Chất lượng nước có thể thay đổi rất nhiều từ vùng này sang vùng khác tùy thuộc vào nguồn nước, khoáng chất địa phương (xem Hình 3.9.2). Bảng 3.9.2 cung cấp một số con số điển hình cho các khu vực khác nhau trong một quốc gia tương đối nhỏ như Vương quốc Anh. Các tạp chất phổ biến trong nước thô có thể được phân loại như sau:

• Chất rắn hòa tan - Đây là các chất sẽ hòa tan trong nước. Các chất chính là carbonat và sulfat của canxi và magie, tạo cặn khi được đun nóng. Có các chất rắn hòa tan khác, không tạo cặn. Trong thực tế, bất kỳ muối tạo cặn trong lò hơi nên được thay đổi hóa học để tạo thành chất rắn lơ lửng, hoặc bùn thay vì cặn.
• Chất rắn lơ lửng - Đây là các chất tồn tại trong nước dưới dạng hạt lơ lửng. Chúng thường có nguồn gốc khoáng chất hoặc hữu cơ. Các chất này thường không phải là vấn đề vì chúng có thể được lọc ra.
• Khí hòa tan - Oxy và carbon dioxide có thể dễ dàng được nước hòa tan. Các khí này là tác nhân ăn mòn mạnh.
• Chất tạo bọt - Đây là các tạp chất khoáng chất tạo bọt. Một ví dụ là soda dưới dạng carbonat, chloride, hoặc sulfat. Lượng tạp chất có mặt cực kỳ nhỏ và chúng thường được biểu thị trong bất kỳ phân tích nước nào dưới dạng phần triệu (ppm), theo trọng lượng hoặc thay thế bằng miligam trên lít (mg/l). Các phần sau trong Mô-đun này mô tả các đặc tính của nước.

Độ cứng

Nước được gọi là ‘cứng’ hoặc ‘mềm’. Nước cứng chứa tạp chất tạo cặn trong khi nước mềm chứa ít hoặc không có. Sự khác biệt có thể dễ dàng nhận ra bởi tác dụng của nước với xà phòng. Cần nhiều xà phòng hơn để tạo bọt với nước cứng so với nước mềm. Độ cứng do sự có mặt của muối khoáng canxi và magie và chính các khoáng chất này khuyến khích hình thành cặn. Có hai phân loại phổ biến về độ cứng:

• Độ cứng kiềm (còn gọi là độ cứng tạm thời) - Bicarbonat canxi và magie chịu trách nhiệm cho độ cứng kiềm. Các muối hòa tan trong nước tạo thành dung dịch kiềm. Khi được đun nóng, chúng phân hủy để giải phóng carbon dioxide và cặn mềm hoặc bùn. Thuật ngữ ‘độ cứng tạm thời’ đôi khi được sử dụng, vì độ cứng được loại bỏ bằng cách đun sôi. Hiệu ứng này thường có thể thấy dưới dạng cặn bên trong ấm điện. Xem Hình 3.9.3 và 3.9.4 - hình sau thể hiện tình hình trong lò hơi.
• Độ cứng không kiềm và carbonat (còn gọi là độ cứng vĩnh viễn) - Điều này cũng do sự có mặt của muối canxi và magie nhưng ở dạng sulfat và chloride. Các chất này kết tủa ra khỏi dung dịch, do độ hòa tan giảm khi nhiệt độ tăng, và tạo thành cặn cứng, khó loại bỏ. Ngoài ra, sự có mặt của silica trong nước lò hơi cũng có thể dẫn đến cặn cứng, có thể phản ứng với muối canxi và magie để tạo thành silicat có thể ức chế nghiêm trọng truyền nhiệt qua các ống lửa và gây quá nhiệt.

Tổng độ cứng

Tổng độ cứng không được phân loại là một loại độ cứng, mà là tổng nồng độ ion canxi và magie có mặt khi cả hai được biểu thị dưới dạng CaCO3. Nếu nước có tính kiềm, một phần độ cứng này, bằng tổng độ kiềm và cũng được biểu thị dưới dạng CaCO3, được coi là độ cứng kiềm, và phần còn lại là độ cứng không kiềm (Xem Hình 3.9.5).

Muối không tạo cặn

Các muối không cứng, như muối natri cũng có mặt, và hòa tan hơn nhiều so với muối canxi hoặc magie và thường không tạo cặn trên bề mặt lò hơi, như thể hiện trong Hình 3.9.6. Đơn vị so sánh Khi muối hòa tan trong nước, chúng tạo thành các hạt mang điện gọi là ion. Các phần kim loại (canxi, natri, magie) có thể được nhận dạng là cation vì chúng bị thu hút đến catode và mang điện tích dương. Anion là phi kim loại và mang điện tích âm - bicarbonat, carbonat, chloride, sulfat, bị thu hút đến anode. Mỗi tạp chất thường được biểu thị dưới dạng lượng tương đương hóa học của canxi carbonat, có trọng lượng phân tử 100. Giá trị pH Một thuật ngữ cần xem xét là giá trị pH; đây không phải là tạp chất hay thành phần mà chỉ là giá trị số thể hiện hàm lượng hydro tiềm năng của nước - là thước đo tính axit hoặc kiềm của nước. Nước, H2O, có hai loại ion - ion hydro (H+) và ion hydroxyl (OH-). Nếu ion hydro chiếm ưu thế, dung dịch sẽ có tính axit với giá trị pH từ 0 đến 6. Nếu ion hydroxyl chiếm ưu thế, dung dịch sẽ có tính kiềm, với giá trị pH từ 8 đến 14. Nếu có số lượng ion hydroxyl và hydro bằng nhau, thì dung dịch sẽ trung tính, với giá trị pH bằng 7. Axit và bazơ có tác dụng tăng độ dẫn điện của nước lên trên mẫu trung tính. Ví dụ, mẫu nước có giá trị pH 12 sẽ có độ dẫn điện cao hơn mẫu có giá trị pH 7. Bảng 3.9.3 cho thấy biểu đồ pH và Hình 3.9.7 minh họa các giá trị pH đã đề cập cả về số lượng và liên quan đến các chất hàng ngày.