CÁU CẶN VÀ CÁC CHẤT LẮNG ĐỌNG TRONG LÒ HƠI

1. Giới thiệu chung

Cáu cặn và các chất lắng đọng có thể hình thành trên bất cứ bề mặt thiết bị nào tiếp xúc với nước, đặc biệt trên thành ống lò hơi. Các cáu cặn của lò hơi hình thành bởi các tạp chất kết tủa tách ra từ nước trên bề mặt truyền nhiệt của lò hoặc bởi các chất lơ lửng trong nước lắng xuống bề mặt lò, trở nên cứng và bám chặt vào bề mặt. Sự bay hơi nước trong lò là nguyên nhân dẫn đến các tạp chất này ngày càng lắng đọng dày thêm.

Đối với nước lò hơi chưa xử lý, sự hình thành cáu cặn được ví như là 1 xu hướng  “trở lại bản chất” của vật chất. Khi các hạt khoáng tách ra từ nước, chúng tạo thành chất rắn có cấu trúc tinh thể. Những thành phần thường tìm thấy phổ biến trong cáu là Canxi cacbonat, Canxi photphat, Magie hydroxit, Magie Silicat… Loại cáu cặn thông dụng nhất trong lò hơi là loại cáu cacbonat hình thành từ độ cứng của nước kết hợp với các iôn cacbonat tồn tại trong nước từ CO₂ hòatan.

Cáu cacbonat thường có hình hạt nhỏ và đôi khi rất xốp. Loại cáu này có thể dễ dàng xác định bằng cách ngâm nó vào dung dịch axit. Khi đó, bọt khí CO₂ sẽ xuất hiện và đi lên thoát khỏi dung dịch từ phần cáu cặn dưới đáy.

Các cáu Sulphat thì cứng hơn và đặc hơn cáu cacbonat. Cáu sulphate thì giòn và không sủi bọt trong dung dịch axit. Còn cáu Silica nhìn tương tự như sứ. Loại cáu này rất giòn, không tan trong axit và tan chậm trong môi trường kiềm. Cáu silica rất khó loại bỏ, muốn loại bỏ phải dùng HF với nhiều rủi ro tiềm tàng khi sử dụng. 

Các chất lắng đọng trong lò có thể bắt nguồn từ các tạp chất sẵn có trong nước cấp lò hơi. Các chất lắng đọng của sắt có màu sẫm. Đó là sản phẩm của quá trình ăn mòn và cũng có thể do hàm lượng sắt cao từ nước nguồn. Đôi khi các chất lắng đọng tụ lại với nhau thành khối nén chặt nhìn tương tự như cáu cặn nhưng vẫn mang tính chất vốn có của nó.

2. Hậu quả của hiện tượng cáu cặn

Hậu quả lớn nhất của hiện tượng cáu cặn là sự quá nhiệt có thể dẫn đến ống lửa bị nứt gãy. Độ dẫn nhiệt của lớp cáu xốp chỉ tương tự như độ dẫn nhiệt của gạch cách nhiệt. Vì thế lớp cáu đóng vai trò như một lớp cách nhiệt và ngăn cản sự truyền nhiệt hiệu quả qua các ống lửa đến khối nước sôi sục chứa trong lò. Sự giảm sút của độ dẫn nhiệt cũng đồng nghĩa với hiệu quả thấp của lò, gây nên hiện tượng quá nhiệt và có thể làm cho các ống lửa mềm đi, phồng lên và nứt gãy vì vật liệu chế tạo ống lửa phải làm việc ở một nhiệt độ quá ngưỡng cho phép.

Đối với lò hơi ống nước, cáu cặn trong lò còn có thể gây nghẹt hoặc là vật cản trên đường bay hơi hạn chế sự bay hơi của nước trong ống, cũng gây nên sự quá nhiệt của ống.

Các chất lắng đọng đi vào lò từ nước cấp lò (là hỗn hợp của nước nguồn và nước ngưng tụ) và bị “cô đặc” lên nhiều lần trong lò hơi. Kết quả là sự lắng đọng các chất đó xảy ra trên bề mặt trong của lò, đặc biệt tại những chỗ trao đổi nhiệt mạnh. Các chất lắng đọng là các chất cách nhiệt, nên sẽ gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ gây ra nứt gãy. Các chất này cũng hạn chế tốc độ bay hơi của nước. Và khi nước bị hạn chế bay hơi lại góp phần vào hiện tượng quá nhiệt, làm sôi lớp màng mỏng sát bề mặt lò và thúc đẩy quá trình lắng đọng.

Một khía cạnh quan trọng khác là hiện tượng ăn mòn có thể xảy ra bên dưới lớp cáu cặn. Nói chung, lớp cáu cặn và sự lắng đọng sẽ gây nên:

Tiêu thụ nhiên liệu tăng do hiệu quả truyền nhiệt kém.

Nứt gãy đường ống do quá nhiệt.

Tăng thời gian chết máy do sửa chữa lò.

Tăng chi phí sửa lò, bảo trì lò

Giảm tuổi thọ lò hơi.

Nguy hiểm đến tính mạng con người do hiện tượng nổ lò.

3. Giải quyết hiện tượng cáu cặn

Có thể chia tất cả các cách giảm cáu cặn hiện nay thành 2 phương pháp: Xử lý ngoài lò và xử lý trong lò.

Xử lý ngoài lò

Xử lý nước ngoài lò là cách tốt nhất để ngăn ngừa hiện tượng cáu cặn. Đó là phương thức loại bỏ Ca²⁺ và Mg²⁺ và các chất gây lắng đọng khác khỏi nước cấp lò trước khi cấp vào lò bằng các phương pháp hóa học hay cơ học. Mục tiêu cuối cùng là nâng cao chất lượng nước nguồn. Thông thường đó là các biện pháp sau:

Lắng trong

Lọc trong

Làm mềm

Khử khoáng

Ở các nước tiên tiến, tùy theo chất lượng nước nguồn và nước yêu cầu sau xử lý mà đôi khi một vài hay tất cả các biện pháp đều được áp dụng để xử lý nước. Nhưng ở Việt Nam, cá biệt có những nhà máy sử dụng nước cấp lò từ nước sông mà không trải qua bất cứ công đoạn xử lý nào.

Xử lý trong lò

Một lượng nhỏ độ cứng rò rỉ hay tạp chất lơ lửng có thể được giải quyết khá hữu hiệu bằng cách sử dụng các hóa chất lò hơi thích hợp như chất tạo phức, chất phân tán, hợp chất gốc phốt phát, hợp chất cao phân tử. Ngược lại, lượng lớn độ cứng rò rỉ hay tạp chất thì khó có thể giải quyết được bằng các hóa chất này.

Các hóa chất được sử dụng hiện nay để ức chế cáu cặn và lắng đọng/kết tủa thường là tổ hơp của các chất với 4 chức năng như sau:

Các chất ức chế ngưỡng: giảm xu hướng/làm chậm kết tủa của các hợp chất Canxi, Sắt và Mangan.

Các chất phân tán: ngăn ngừa sự tập hợp của các chất lơ lửng khỏi kết tụ và lắng xuống, tức là duy trì chúng lơ lửng trong nước.

Chất hoạt động bề mặt: có tác dụng “mềm hóa” các chất rắn và giữ cho chúng luôn chuyển động cùng với dòng nước.

- Chất biến đổi cấu trúc tinh thể: biến đổi kết tủa từ cấu trúc tinh thể rắn, đặc và cứng sang những cấu trúc khác mềm hơn, xốp hơn để có thể bị đưa ra ngoài hệ thống nhờ xả đáy.