thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (282.69 KB, 29 trang )
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 1
MỤC LỤC
Chương I: Tổng quan về nồi hơi và nước cấp lò hơi ........................................................ 2
I. Tổng quan về lò hơi ......................................................................................... 2
II. Sự hình thành cặn bám trong lò hơi ................................................................ 2
III. Các phương pháp loại trừ cặn bám trong lò hơi .............................................. 3
IV. Các phương pháp làm mềm nước cấp cho lò hơi ............................................ 4
Chương II: Lựa chọn công nghệ xử lý ............................................................................... 5
I. Số liệu đầu vào và tiêu chuẩn đầu ra ............................................................... 5
II. Sơ đồ công nghệ xử lý ..................................................................................... 6
III. Tính toán ban đầu ............................................................................................ 7
Chương III: Tính toán thiết kế các công trình ................................................................ 10
I. Giếng bơm ...................................................................................................... 10
II. Giàn mưa ........................................................................................................ 10
III. Bể khuấy trộn ................................................................................................. 13
IV. Bể lắng đứng tiếp xúc ..................................................................................... 15
V. Bể chứa nước trung gian ................................................................................ 17
VI. Bồn lọc áp lực ................................................................................................. 17
VII. Cột lọc cationit ............................................................................................... 20
VIII. Cột lọc anionit ................................................................................................ 23
IX. Bể nén bùn ...................................................................................................... 25
X. Máy ép bùn băng tải ....................................................................................... 28
Tài liệu tham khảo .............................................................................................................. 29
Phụ lục
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 2
Chương I: Tổng quan về nồi hơi và nước cấp lò hơi
I. Tổng quan về lò hơi:
Trong công nghiệp, nhiều quá trình công nghệ, chẳng hạn như quá trình nấu
chảy, quá trình nung nóng vật liệu hoặc sản xuất vật liệu mới… đòi hỏi phải tiến
hành ở nhiệt độ cao hoặc rất cao. Để thực hiện các quá trình công nghệ này,
người ta xây dựng các thiết bị nhiệt gọi chung là lò hơi công nghiệp. Lò hơi giúp
đưa nhiệt của quá trình đốt cháy cho nước đến khi nước được đun nóng hoặc
thành hơi. Nước nóng hoặc hơi dưới tác động của áp suất sẽ truyền nhiệt sang
một quy trình. Khi nước được chuyển thành hơi, thể tích sẽ tăng lên gấp nhiều
lần, tạo ra một lực nén rất mạnh. Chính vì hoạt động ở điều kiện áp suất cao như
vậy, lò hơi là thiết bị áp lực phải được vận hành với những tiêu chuẩn khắt khe
về an toàn. Việc vận hành an toàn những thiết bị này đòi hỏi phải quan tâm kỹ
lưỡng đến nhiều nhân tố. Một trong những yếu tố ảnh hướng lớn đến hoạt động
của lò cũng như nguy cơ gây phá hủy lò là nước cấp cho lò hơi.
Sự có mặt của các tạp chất trong nước cấp có thể dẫn đến tạo ra cán cặn bám
trên bề mặt đốt của lò và phá hủy chế độ làm việc bình thường của lò, làm xấu
chất lượng hơi và ăn mòn các chi tiết kim loại đường hơi và nước.
Vì thế để lò hơi làm việc liên tục và kinh tế thì nhiệm vụ của chế độ nước cấp
cho lò hơi là:
- Ngăn ngừa hoặc giảm thiểu sự tạo thành cáu bám trên các bề mặt
truyền nhiệt (bề mặt đốt).
- Ngặn ngừa hoặc giảm thiểu quá trình ăn mòn kim loại đường nước
và hơi.
- Đảm bảo được hơi có độ sạch yêu cầu.
II. Sự hình thành cặn bám trong lò hơi:
Do tác dụng của nhiệt và do quá trình bốc hơi, trong nước lò hơi diễn
ra các quá trình hóa lý khác nhau, một loạt hợp chất bị phân hủy và một loạt
hợp chất khác sinh ra… Trong nhiều trường hợp quá trình này dẫn đến sự tạo
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 3
ra các hợp chất không hòa tan tách ra khỏi dung dịch bão hòa dưới dạng cặn
và trong những điều kiện nhất định biến thành cặn bám hoặc bùn. Chất lắng
đọng dính chặt trên bề mặt đun nóng hay làm lạnh có khả năng phá hoại sự
làm việc bình thường của lò hơi hay các thiết bị trao đổi nhiệt gọi là cặn
bám.
Chất lắng đọng xốp do căn lơ lửng trong nước lò hơi được tích lũy và
nén lại gọi là bùn. Lắng đọng dạng cặn bám và dạng bùn gây ra mức độ nguy
hiểm như nhau đối với hoạt động của lò hơi.
Theo tính chất vật lý có thể đánh giá chất lắng đọng theo các chỉ tiêu:
màu, độ ứng, cường độ kết dính với bề mặt kim loại, chiều dày, độ phân phối
đều trên bề mặt…
Theo đặc tính hóa học, thành phần của chất lắng đọng thường được
biểu diễn bằng phần trăm các chất như: CaO, MgO, CuO, SO
3
, SiO
2
, Fe
2
O
3
,
Fe
3
O
4
, Al
2
O
3
, P
2
O
5
và cả lượng cặn bay hơi. Thành phần cặn bám trong lò
hơi có thể phân ra như sau:
1) Cặn bám kim loại kiềm thổ chủ yếu bao gồm các hợp chất của
canxi và magie.
2) Cặn bám oxit sắt: trong thành phần của loại cặn lắng đọng này có
thể có silicat sắt, phophat sắt, oxit sắt…
3) Cặn bám đồng
4) Cặn bám silicat: tính chất quan trong nhất của cặn bám là độ dẫn
nhiệt thấp, nó thay đổi phụ thuộc vào cấu trúc và độ rỗng của vật
chất lắng đọng từ 0,12 đến 1,2at/m.K
III. Các phương pháp loại trừ cặn bám trong lò hơi:
a. Làm mềm triệt để nước lò hơi
b. Ngăn ngừa quá trính làm bẩm nước cấp do các sản phẩm của quá trình gỉ kim
loại của hệ lò hơi.
c. Khử hiện tượng thấm hút nước làm lạnh vào thiết bị ngưng tụ của tuabin.
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 4
d. Tổ chức xử lý nước bên trong lò hơi để giữ chế độ hóa học hợp lý cho lò hơi.
e. Khử hiện tượng nung quá nhiệt cục bộ trên các ống phát hơi.
IV. Các phương pháp làm mềm nước cấp cho lò hơi:
a. Làm mềm bằng phương pháp lắng cặn: dựa trên cơ sở chuyển những muối
hòa tan trong nước thành những hợp chất ít hòa tan và lắng xuống.
b. Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion: dùng phương pháp lắng cặn
không thể làm mềm hoàn toàn nước thiên nhiên. Vì thế thường dùng sơ đồ
phối hợp, trong đó xử lý sơ bộ bằng lắng cặn và xử lý bậc cao hơn bằng trao
đổi ion.
Xử lý nước bằng phương pháp trao đổi ion dựa vào khả năng của một số chất
không hòa tan trong nước gọi là ionit, các chất này làm thay đổi thành phần ion của
nước theo hướng mong muốn.
Thời gian của chu trình làm việc của thiết bị trao đổi ion được xác định bởi
dung lượng trao đổi của ionit. Sau một thời gian làm việc thì khả năng trao đổi ion
của ionit giảm xuống, khi đó cần phải hoàn nguyên để khôi phục khả năng trao đổi
ion ban đầu của ionit.
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 5
CHƯƠNG II: Lựa chọn công nghệ xử lý
I. Số liệu đầu vào và tiêu chuẩn đầu ra:
Số liệu đầu vào:
- pH=6,0
- Độ kiềm = 10 mgCaCO
3
/l
- Độ cứng Ca = 60 mgCaCO
3
/l
- Độ cứng Mg = 10 mgCaCO
3
/l
- Fe
2+
= 1 mg/l
- Mn
2+
= 1 mg/l
- SO
4
2-
= 20 mg /l
- Cl
-
= 30 mg/l
- SiO
3
2-
= 0,5 mg/l
- H
2
S = 1 mg/l
Tiêu chuẩn đầu ra: theo TCVN 7704:2007, mục 9.6.2
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 6
II. Sơ đồ công nghệ:
Bồn lọc áp lực
Bùn
khô
N
2
H
4
NaOH hoặc HCl (hoàn nguyên)
Trao đổi ion
Bộ khử khí
Nồi hơi
Máy ép bùn băng
tải
Thu gom, chôn lấp
Bùn
lỏng
Cặn
Nước
rửa
lọc
NaHCO
3
Bể chứa nước
trung gian
Bể nén bùn
Cặn
Giếng bơm
Giàn mưa
Bể khuấy trộn
Bể lắng đứng tiếp
xúc
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 7
- Nước sau khi qua giàn mưa để khử CO
2
, đồng thời oxi hoá Fe và Mn sẽ được
đưa đến bể khuấy trộn. Tại đây sẽ tiến hành châm hoá chất để tăng độ kiềm cho
nước nhằm thúc đẩy quá trình oxi hoá Fe và Mn xảy ra được hoàn toàn.
- Nước sau khi được ra khỏi bể khuấy trộn sẽ được đưa sang bể lắng để lắng cặn
Fe và Mn kết tủa được tạo thành do phản ứng oxi hoá. Nước sau lắng được chứa
trong bồn chứa nước trung gian, sau đó được bơm đến bể lọc áp lực để loại hoàn
toàn phần cặn lơ lửng trong nước.
- Sau khi qua bể lọc, nước sẽ được khử cứng (Ca
2+
và Mg
2+
) bằng cách cho đi qua
cột lọc cationit và khử khoáng (Cl
-
, SO
4
2-
, SiO
3
2-
) bằng cách cho đi qua cột lọc
anionit.
- Nước sau khi qua hệ thống trao đổi ion sẽ được khử khí (CO
2
và O
2
) bằng cách
đun nóng, đồng thời cho thêm hydrazine N
2
H
4
để khử oxi triệt để theo phương
trình:
N
2
H
4
+ O
2
-> N
2
+ 2H
2
O
- Cặn lắng phát sinh từ bể khuấy trộn và bể lắng, cũng như cặn có trong quá trình
rửa lọc sẽ được đưa đến bể nén bùn, bùn sau khi lắng sẽ được đưa đến máy ép
bùn dạng băng tải.
- Bùn sau khi được ép sẽ được đem đi chôn lấp, còn nước sinh ra từ quá trình ép
bùn sẽ được đưa đến hệ thống thoát nước chung của trạm xử lý.
III. Tính toán ban đầu:
+ Nồng độ CO
2
ban đầu có trong nước:
K = 10mgCaCO
3
/l = 0,2mđlg/l – độ kiềm ban đầu
µ = 0,000022P - lực ion của dung dịch
P – tổng hàm lượng muối (mg/l) <
1000 => µ = 0,022
K
1
– hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic
t
0
C 10 20 25 30
K
1
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 8
+ Độ kiềm sau làm thoáng:
Alk
sau
= Alk
đầu
– 0,036Fe
2+
= 0,2 – 0,036 x 1 = 0,164 mđlg/l
+ pH sau làm thoáng:
C = 0,5C
0
+ 1,6Fe
2+
= 0,5 x 14,51 + 1,6 x 1 = 8,855 mg/l
+ Nồng độ oxi trong nước sau làm thoáng:
[O
2
]
còn
= [O
2
]
hoà tan
– (0,47H
2
S + 0,143Fe
2+
)
= 8,1 – (0,4 x 1 + 0,143 x 1) = 7,487 mg/l
Thế oxi hoá khử của oxi:
=
Thế oxi hoá khử của Fe:
Ta có:
=> chọn giàn mưa để khử sắt.
nên cũng xảy ra sử oxi hoá Mn.
+ Ban đầu ta có: pH = 6 => [H
+
] =10
-6
mol/l = 10
-3
mg/l
[OH
-
] = 10
-8
mol/l = 1,7.10
-4
mg/l
Alk
tổng
= [HCO
3
-
] + 2[CO
3
2-
] + [OH
-
] – [H
+
] (eq/l)
10/50000 = = [HCO
3
-
] + 2[CO
3
2-
] + 10
-8
– 10
-6
(1)
(2)
(1)(2)=> [CO
3
2-
] = 9,45.10
-9
mol/l = 2,835.10
-4
mg/l
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 9
[HCO
3
-
] = 2.10
-4
mol/l = 12,2 mg/l.
+ Sau khi xử lý bằng giàn mưa, nước phải đạt pH >
6,8 và có độ kiềm > 2 mđlg/l để
hiệu quả xử lý sắt xảy ra tốt. Theo tính toán, sau giàn mưa nước có pH = 6,13 và
Alk = 0,164 mđlg/l, do đó cần phải bổ sung thêm độ kiềm cho nước.
Sau làm thoáng, pH = 6,13 và Alk = 0,164 mđlg/l
[HCO
3
-
] = 10,004 mg/l
Theo yêu cầu: pH = 6,8 và Alk = 2mđlg/l
[HCO
3
-
] = 121,39 mg/l
Lượng HCO
3
-
cần thêm là 121,39 – 10,004 =111,386 mg/l
Lượng NaHCO
3
-
=153,384mg/l.
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 10
CHƯƠNG III: Tính toán thiết kế các công trình
I. Giếng bơm:
Có nhiệm vụ lấy nước ngầm lên cung cấp cho các công trình phía sau. Chiều sâu lấy
nước chọn là 60m. Chọn bơm chìm có áp lực H
b
= 70m.
Công suất bơm là:
II. Giàn mưa:
Lưu lượng nước lên giàn mưa: Q = 100m
3
/h = 2400m
3
/ngđ.
Tổng diện tích giàn mưa:
q
m
= 10m
3
/m
2
.h – cường độ mưa
(q
m
= 10-15m
3
/m
2
.h)
Chọn 2 giàn mưa, diện tích mỗi giàn mưa là:
, vậy chọn kích thước giàn mưa là 2m x 2,5m.
Diện tích bề mặt tiếp xúc của giàn mưa:
• K=0,08 – hệ số khử khí khi chọn vật liệu tiếp xúc là than cốc có
đường kính d=24mm ở nhiệt độ 25
0
C.
• G – lượng CO
2
cần khử (kg/h)
– hàm lượng CO
2
tự do ban đầu
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
SVTH: Phạm Đức Cường 11
– hàm lượng CO
2
ứng với pH=7,5 và độ kiềm nước nguồn
– hàm lượng CO
2
ứng với pH và độ kiềm đã biết ở 25
0
C
– hệ số kể đến lượng muối hoà tan trong nước.
Bảng 1.1: trị số hệ số
Lượng muối trong nước
(mg/l)
100 200 300 400 500 750 1000
1,05 1,0 0,96 0,94 0,92 0,87 0,83
–hệ số kể đến nhiệt độ của nước tại 25
0
C
Bảng 1.2: trị số hệ số
Nhiệt độ
nước
0
C
0 10 20 30 40 50 60
1,55 1,21 1,0 0,9 0,89 0,8 0,79
C
t
= 1,596 mg/l
C
l
= 1,64Fe
2+
+ (14,51 – 1,596) = 14,604 mg/l
•
C
max
= 1,64Fe
2+
+ C
đ
= 1,64 x 1 +14,51 = 16,15 mg/l
C
t
= 1,596 mg/l
=>
=>
Thể tích lớp vật liệu tiếp xúc:
