Xử lý nước cấp nồi hơi: Quy trình và tiêu chuẩn

Xử lý nước cấp nồi hơi là yếu tố then chốt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất vận hành, và mức độ an toàn của lò hơi. Nếu nguồn nước không được xử lý đúng quy trình, cặn bám và ăn mòn sẽ hình thành, làm giảm tuổi thọ thiết bị và tăng chi phí vận hành. Trong bài viết này, Kim Trường Phúc sẽ chia sẻ chi tiết về quy trình và tiêu chuẩn xử lý nước cấp, giúp doanh nghiệp dễ dàng nắm bắt và áp dụng hiệu quả.

1. Xử lý cấp nước nồi hơi - lò hơi là gì?

Xử lý nước cấp nồi hơi là quy trình loại bỏ các tạp chất có trong nước thô nhằm tạo ra nguồn nước đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật cho hệ thống lò hơi. Quá trình này bao gồm việc khử các ion gây cứng nước, loại bỏ chất rắn lơ lửng, kiểm soát pH và khử oxy hòa tan.

Xử lý nước cấp nồi hơi giúp tạo ra nguồn nước đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật cho hệ thống lò hơi

Hoạt động xử lý nước cấp nồi hơi cần tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt như ASME của Hoa Kỳ, EN 12953-10 dành cho lò hơi ống lửa, EN 12952-12 cho lò hơi ống nước của Liên minh châu Âu, cùng với JIS B 8223-2006 của Nhật Bản. Những quy định này đảm bảo chất lượng nước đầu vào đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn và hiệu quả.

Mục tiêu chính của hệ thống xử lý nước cấp lò hơi là ngăn ngừa tích tụ cáu cặn trong lò, bảo vệ đường ống khỏi ăn mòn và duy trì hiệu suất truyền nhiệt tối ưu. Điều này giúp giảm thiểu chi phí vận hành, tiết kiệm nhiên liệu và đảm bảo an toàn cho thiết bị cũng như người vận hành.

2. Vì sao cần xử lý cấp nước lò hơi?

Nước tự nhiên thường chứa đựng nhiều loại tạp chất như muối khoáng hòa tan (chủ yếu là Canxi và Magie), kim loại nặng và oxy.

Khi nước cấp nồi hơi không được xử lý, các tạp chất này gây ra hàng loạt vấn đề nghiêm trọng:

• Muối Canxi (Ca2+) và Magie (Mg2+) tạo thành cáu cặn cứng bám trên bề mặt truyền nhiệt, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt và có thể dẫn đến quá nhiệt cục bộ (nguy cơ nổ lò).

• Oxy hòa tan (O2​) trong nước gây ăn mòn điện hóa nghiêm trọng, phá hủy đường ống kim loại và thân lò.

• Silica (SiO2​) và Tổng Chất rắn Hòa tan (TDS) cao có thể gây hiện tượng mang nước (hơi nước mang theo nước lò) làm hỏng cánh tuabin.

Nếu không xử lý nước cấp lò hơi, hệ thống có thể bị ăn mòn và phá huỷ

Việc bỏ qua xử lý nước cấp nồi hơi tương tự như việc sử dụng phương tiện giao thông mà không bảo dưỡng định kỳ. Hệ thống sẽ hoạt động kém hiệu quả, thường xuyên gặp sự cố và nhanh chóng hỏng hóc, gây thiệt hại kinh tế và tiềm ẩn nguy cơ an toàn.

3. Các phương pháp xử lý nước cấp nồi hơi phổ biến

Để đảm bảo chất lượng nước cấp đạt chuẩn, giúp lò hơi vận hành ổn định và bền bỉ, cần áp dụng những kỹ thuật xử lý phù hợp. Tùy vào đặc tính nguồn nước và yêu cầu sử dụng, doanh nghiệp có thể lựa chọn nhiều phương pháp khác nhau. Dưới đây là các phương pháp xử lý nước cấp lò hơi phổ biến hiện nay:

• Lọc cơ học (lọc đa tầng): Phương pháp lọc cơ học sử dụng các lớp vật liệu lọc khác nhau để loại bỏ các hạt lơ lửng, cặn bẩn, rỉ sét và bùn đất khỏi nước thô. Hệ thống thường bao gồm các tầng lọc cát thạch anh, sỏi đỡ và than hoạt tính được sắp xếp theo thứ tự kích thước giảm dần.

• Lọc than hoạt tính: Có tác dụng loại bỏ mùi, màu, đồng thời hấp phụ các chất hữu cơ và clo dư trong nguồn nước (đặc biệt khi sử dụng nước máy). Nhờ đó, màng RO ở công đoạn tiếp theo được bảo vệ tốt hơn, đảm bảo hiệu quả lọc và tuổi thọ sử dụng.

• Công nghệ trao đổi ion làm mềm nước lò hơi: Hệ thống trao đổi ion chuyên dụng để loại bỏ các ion canxi (Ca²⁺) và magie (Mg²⁺) - nguyên nhân chính gây độ cứng trong nước. Quá trình hoạt động dựa trên hạt nhựa trao đổi ion có khả năng thay thế ion gây cứng bằng ion natri không gây cáu cặn. Khi hạt nhựa bão hòa ion cứng, hệ thống sẽ tự động chuyển sang chu kỳ tái sinh bằng dung dịch muối natri clorua (NaCl). 

• Hệ thống thẩm thấu ngược RO: Công nghệ thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis) sử dụng màng bán thấm chuyên dụng để loại bỏ 95-99% tổng lượng chất rắn hòa tan (TDS), bao gồm muối khoáng, kim loại nặng và vi sinh vật. Công nghệ này đặc biệt phù hợp cho lò hơi áp suất trung bình và cao, tạo ra nguồn nước siêu sạch đáp ứng tiêu chuẩn nước cấp lò hơi khắt khe nhất.

• Hệ thống Trao đổi Ion Khử khoáng (Demineralization - DI): Sử dụng cột nhựa Cation (H-Ion) và Anion (OH-Ion) (hoặc Mixed Bed) để loại bỏ hầu như toàn bộ các ion còn lại, tạo ra nước siêu tinh khiết với độ dẫn điện gần như bằng không, đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt của lò hơi áp suất cao.

• Sử dụng hóa chất chống cáu cặn và ăn mòn: Các hợp chất phosphate như natri phosphate (Na₂PO₄) và polyphosphate được sử dụng để ngăn hình thành cáu cặn lò hơi và bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn. Phương pháp này thường được áp dụng kết hợp với các hệ thống lọc vật lý, đặc biệt trong trường hợp xử lý không hoàn toàn bằng thiết bị cơ học. Việc kiểm soát liều lượng hóa chất xử lý nước cấp lò hơi cần được thực hiện chính xác để đảm bảo hiệu quả mà không gây tác động tiêu cực đến hệ thống.

Có nhiều phương pháp xử lý nước cấp khác nhau tùy vào đặc tính
nguồn nước và yêu cầu sử dụng

4. Quy trình xử lý nước cấp lò hơi chi tiết

Việc xử lý nước cấp nồi hơi bao gồm nhiều giai đoạn được thiết kế liên tiếp để đạt chất lượng nước tối ưu. Mỗi bước trong quy trình đóng vai trò quan trọng và bổ trợ lẫn nhau để tạo ra sản phẩm cuối cùng đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật.

Giai đoạn 1: Tiền xử lý nguồn nước thô:

Quy trình xử lý nước cấp lò hơi bắt đầu từ việc thu nhận nước từ các nguồn như sông, hồ hoặc nước ngầm. Nước thô được bơm vào bể chứa dự trữ để ổn định và chuẩn bị cho các công đoạn xử lý chính.

Tại giai đoạn này, nước trải qua quá trình xử lý hóa lý để loại bỏ các tạp chất thô như rác, cặn lắng và khử chlorine tự do. Việc loại bỏ chlorine đặc biệt quan trọng vì có thể làm hỏng màng RO ở các công đoạn sau. Quá trình khử phèn cũng được thực hiện để loại bỏ các hạt keo nhỏ còn lơ lửng trong nước.

Giai đoạn 2: Xử lý nước cấp lò hơi:

• Thiết bị lọc áp lực: Sau khi qua bể chứa trung gian, nước được dẫn vào cột lọc áp lực composite. Tại đây, các cặn lơ lửng được loại bỏ trước khi đi qua lớp than hoạt tính để khử clo tự do và hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan.

• Thiết bị trao đổi cation bậc 1: Nước sau khi lọc áp lực tiếp tục đi qua cột trao đổi cation. Các ion dương như Mg²⁺, Ca²⁺, Na⁺ được thay thế bằng H⁺ từ nhựa R–H, khiến nước trở nên có tính axit.

• Thiết bị trao đổi cation bậc 2: Do nồng độ ion dương vẫn còn cao sau bước đầu, nước tiếp tục đi qua cột trao đổi cation bậc 2 để đảm bảo loại bỏ tối đa các ion này.

• Thiết bị trao đổi anion: Nước sau khi khử cation được đưa vào cột trao đổi anion. Các ion âm như SO₄²⁻, Cl⁻, HSiO₃⁻ sẽ trao đổi với OH⁻, kết hợp cùng H⁺ để tạo thành nước tinh khiết.

• Thiết bị trao đổi hỗn hợp: Nước tiếp tục đi qua cột trao đổi hỗn hợp chứa nhựa RH và R–OH. Nhựa RH giải phóng H⁺, nhựa R–OH giải phóng OH⁻, giúp tạo ra nước đạt chất lượng tiêu chuẩn nước cấp lò hơi.

• Thiết bị lọc tinh và lọc RO: Cuối cùng, nước được xử lý qua màng lọc tinh 0,5 µm và hệ thống xử lý nước RO cho lò hơi. Giai đoạn này loại bỏ hoàn toàn kim loại và tạp chất còn sót lại, cung cấp nguồn nước sạch, an toàn cho hệ thống nồi hơi.

Quy trình xử lý nước cấp nồi hơi cần được tiến hành một cách chính xác và đúng kỹ thuật

Ngoài ra, tùy theo yêu cầu cụ thể của từng nhà máy, xử lý nước cấp lò hơi có thể bao gồm thêm các bước chuyên biệt. Việc chỉnh độ pH nước lò hơi về ngưỡng 8,5-9,5 giúp hạn chế ăn mòn kim loại trong hệ thống.

Khử khí oxy trong nước lò hơi được thực hiện bằng hóa chất natri sulfite hoặc thiết bị khử khí cơ học (deaerator) để bảo vệ đường ống và thân lò khỏi ăn mòn điện hóa. Công đoạn khử trùng bằng tia UV hoặc hóa chất ozone ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật trong hệ thống lưu trữ.

Giai đoạn 3: Lưu trữ và cấp nước tự động:

Nước sau xử lý nước cấp nồi hơi được chứa trong bồn inox hoặc composite có nắp kín, trang bị hệ thống phao chống tràn và cảm biến mức nước. Hệ thống bơm cấp được điều khiển tự động thông qua PLC hoặc biến tần, đảm bảo cung cấp nước liên tục cho lò hơi.

Việc giám sát chất lượng được thực hiện liên tục bằng các đồng hồ đo áp suất, lưu lượng, TDS và pH online. Hệ thống tự động báo động khi các thông số vượt ngưỡng cho phép và kích hoạt chu kỳ hoàn nguyên nhựa trao đổi ion khi cần thiết.

5. Các tiêu chuẩn cấp nước nồi hơi

Chất lượng xử lý nước cấp nồi hơi phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn trong nước và quốc tế. Sau đây là một số tiêu chuẩn nước cấp lò hơi phổ biến:

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7704-2007:

TCVN 7704-2007 quy định các yêu cầu chất lượng xử lý nước cấp nồi hơi áp suất thấp và trung bình tại Việt Nam. Tiêu chuẩn này đặc biệt chú trọng đến các thông số như độ cứng tổng, tổng chất rắn hòa tan và pH của nước đầu vào.

Theo quy định, độ cứng tổng không được vượt quá 0,1 mg đương lượng/lít đối với lò hơi áp suất trung bình. Hàm lượng oxy hòa tan phải được kiểm soát dưới 0,05 mg/lít để ngăn ngừa ăn mòn lò hơi. Các chỉ số vi sinh học cũng được giám sát chặt chẽ để đảm bảo an toàn vệ sinh.

Quá trình xử lý nước cấp nồi hơi phải tuân thủ các tiêu chuẩn trong nước và quốc tế

Tiêu chuẩn ASME của Hoa Kỳ:

ASME Boiler and Pressure Vessel Code đề ra các yêu cầu nghiêm ngặt cho xử lý nước cấp nồi hơi áp suất cao. Tiêu chuẩn nước cấp lò hơi này được công nhận rộng rãi trên thế giới và thường được áp dụng cho các dự án công nghiệp lớn.

Đối với lò hơi áp suất trên 20 bar, ASME yêu cầu nước cấp phải có độ dẫn điện dưới 10 µS/cm và hàm lượng silic hòa tan không quá 0,02 mg/lít. Các thông số này đảm bảo ngăn ngừa cáu cặn lò hơi ở nhiệt độ và áp suất cao, bảo vệ tuabin hơi khỏi xói mòn.

Tiêu chuẩn Châu Âu EN 12952-12 và EN 12953-10:

EN 12952-12 quy định yêu cầu xử lý nước cấp nồi hơi ống nước, trong khi EN 12953-10 dành cho lò hơi ống lửa. Cả hai tiêu chuẩn đều nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát chất lượng nước trong suốt vòng đời hoạt động của thiết bị.

Tiêu chuẩn châu Âu đặc biệt chú trọng đến vấn đề môi trường và an toàn lao động. Các quy định về xả thải từ quá trình xử lý nước cấp nồi hơi cũng được đưa ra chi tiết, yêu cầu xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường.

Ví dụ về tiêu chuẩn EN 12 952-12:

STT	Chỉ tiêu	Đơn vị	Nước cấp vào nồi	Nước trong nồi
1	Độ pH (ở 250C)	8,5 – 10,5	10,5 – 12,0
2	Tổng lượng khoáng	mg/l	< 1000	< 2560
3	Lượng sắt tổng	mg/l	< 0,3	< 0,5
4	Độ cứng	mgCaCO3/l	< 2	< 10
5	Độ kiềm tổng (m)	mgCaCO3/l	< 500	< 800
6	Kiềm hỗn hợp (p)	mgCaCO3/l	< 100	< 500
7	Clorua (Cl–)	mg/l	< 250	< 500
8	Ô-xy hòa tan	mg/l	< 0,1

6. Lợi ích khi sử dụng hệ thống xử lý nước cấp

Việc đầu tư xử lý nước cấp nồi hơi chuyên nghiệp không chỉ giúp đảm bảo nguồn nước đạt chuẩn mà còn mang lại nhiều giá trị thiết thực cho doanh nghiệp. Hãy cùng khám phá chi tiết lợi ích của hệ thống xử lý nước cấp nồi hơi dưới đây:

• Nâng cao hiệu suất vận hành: Nước đã qua xử lý nước cấp nồi hơi đúng quy trình sẽ giúp lò hơi hoạt động với hiệu suất tối ưu. Việc loại bỏ cáu cặn lò hơi giúp đảm bảo truyền nhiệt hiệu quả, giảm tiêu thụ nhiên liệu và chi phí vận hành hàng tháng. Hệ thống sạch sẽ cũng giảm thiểu thời gian bảo trì và làm sạch định kỳ. 

• Gia tăng tuổi thọ thiết bị: Nước cấp nồi hơi sạch sẽ sẽ bảo vệ hệ thống khỏi ăn mòn và cáu cặn - hai nguyên nhân chính gây hư hỏng thiết bị. Việc kiểm soát pH và loại bỏ oxy hòa tan ngăn ngừa ăn mòn lò hơi, kéo dài tuổi thọ đường ống và thân lò.

• Giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn: Quy trình xử lý nước cấp lò hơi chất lượng cao giảm đáng kể nguy cơ xảy ra sự cố như nổ lò, rò rỉ nước và quá nhiệt cục bộ. Việc loại bỏ vi sinh vật và tạp chất có hại cũng đảm bảo môi trường làm việc an toàn cho người vận hành.

Hệ thống xử lý nước cấp nồi hơi giúp nâng cao hiệu suất vận hành,
tăng tuổi thọ thiết bị

7. Những lưu ý quan trọng khi vận hành và bảo trì hệ thống

Để hệ thống vận hành ổn định, tiết kiệm chi phí và kéo dài tuổi thọ, ngoài việc thiết kế và lắp đặt đúng chuẩn thì khâu vận hành và bảo trì đóng vai trò vô cùng quan trọng. Dưới đây là những lưu ý cần ghi nhớ khi vận hành và bảo trì xử lý nước cấp nồi hơi mà doanh nghiệp không nên bỏ qua:

• Kiểm tra chất lượng nguồn nước đầu vào: Đánh giá kỹ nước giếng, nước máy… để xác định tạp chất cần xử lý như độ cứng, sắt, mangan, TDS.

• Loại bỏ độ cứng (Ca²⁺, Mg²⁺): Độ cứng cao gây đóng cặn, giảm hiệu suất truyền nhiệt và tiềm ẩn nguy cơ nổ lò. Giải pháp: dùng thiết bị làm mềm nước lò hơi (trao đổi ion).

• Khử oxy hòa tan: Oxy trong nước gây ăn mòn thành lò và đường ống, nên có thể loại bỏ bằng deaerator (khử khí nhiệt) hoặc hóa chất chống oxy hóa.

• Kiểm soát pH và độ kiềm: pH thấp dễ gây ăn mòn lò hơi, pH cao dễ đóng cặn, nên cần điều chỉnh bằng hóa chất xử lý nước cấp lò hơi phù hợp.

• Kiểm soát tổng chất rắn hòa tan (TDS): TDS cao dẫn đến tích tụ cặn bã, tạo bọt và mất an toàn vận hành, doanh nghiệp có thể xử lý bằng lọc RO hoặc trao đổi ion.

• Lọc cặn và chất lơ lửng: Dùng hệ thống lọc đa tầng (cát, than hoạt tính, cartridge…) để loại bỏ cặn thô, bảo vệ thiết bị và nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt.

• Xả đáy định kỳ: Giúp loại bỏ cặn tích tụ, hạn chế ăn mòn lò hơi và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

• Giám sát thường xuyên: Định kỳ đo kiểm các chỉ tiêu như độ cứng, pH, oxy hòa tan, TDS để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và an toàn.

Xử lý nước cấp nồi hơi là yếu tố then chốt quyết định hiệu suất, tuổi thọ và độ an toàn của hệ thống lò hơi công nghiệp. Việc lựa chọn công nghệ và quy trình xử lý nước cấp nồi hơi phù hợp không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn đảm bảo hoạt động bền vững lâu dài. Hy vọng qua nội dung trên đây đã giúp bạn hiểu rõ hơn về việc xử lý nước cấp. Nếu doanh nghiệp của bạn cần tư vấn, lắp đặt hệ thống lò hơi công nghiệp, hãy liên hệ ngay với Kim Trường Phúc để được tư vấn miễn phí!