Trong một hệ thống hơi công nghiệp, hơi sau khi nhả nhiệt tại thiết bị trao đổi nhiệt, nồi nấu, máy sấy hay đường ống gia nhiệt sẽ ngưng tụ thành nước. Nước ngưng này vẫn còn nóng và đã được xử lý hóa chất từ trước, nhưng ở nhiều nhà máy nó lại bị xả thẳng ra cống. Hệ thống thu hồi nước ngưng giúp đưa lượng nước nóng này quay về bồn cấp nước lò hơi, tiết kiệm nhiên liệu, nước và hóa chất xử lý. Bài viết giải thích cách hệ thống hoạt động, các thiết bị cần có và những lỗi thường gặp khi thiết kế.
Vì sao cần thu hồi nước ngưng?
Nước ngưng mang theo một phần đáng kể nhiệt lượng của hơi. Khi đưa nước ngưng nóng trở lại bồn cấp, lò hơi không phải gia nhiệt nước lạnh từ đầu, nên lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm. Ngoài tiết kiệm năng lượng, việc thu hồi nước ngưng còn mang lại các lợi ích:
- Giảm lượng nước cấp bổ sung: ít phải bơm và xử lý nước mới.
- Giảm chi phí hóa chất xử lý nước: nước ngưng gần như là nước sạch, hàm lượng khoáng thấp.
- Giảm lượng xả đáy lò hơi: nước cấp sạch hơn thì tạp chất tích tụ trong lò ít hơn, kéo theo giảm tổn thất nhiệt khi xả đáy.
- Giảm nước thải nóng: hạn chế xả nước nhiệt độ cao ra hệ thống thoát nước của nhà máy.
Mức tiết kiệm cụ thể phụ thuộc vào tỷ lệ nước ngưng thu hồi được, nhiệt độ nước ngưng và giá nhiên liệu tại từng nhà máy, vì vậy nên khảo sát thực tế trước khi tính toán hiệu quả đầu tư.
Các thiết bị chính trong hệ thống thu hồi nước ngưng
Bẫy hơi
Bẫy hơi là “cửa ngõ” của hệ thống: nó xả nước ngưng và khí không ngưng ra khỏi thiết bị dùng hơi nhưng giữ lại hơi sống. Chọn sai loại bẫy hơi hoặc bẫy hơi bị hỏng ở trạng thái mở sẽ làm hơi lọt sang đường hồi, gây tổn thất năng lượng và tăng áp suất ngược trên đường nước ngưng. Chi tiết về cách chọn xem tại bài Bẫy hơi (Steam Trap) là gì? Phân loại và cách chọn đúng.
Đường ống hồi nước ngưng
Đường ống hồi dẫn nước ngưng từ các bẫy hơi về bồn thu gom. Nước ngưng có thể chứa khí CO2 hòa tan tạo môi trường ăn mòn, nên cần chú ý vật liệu ống, đặc biệt ở các đoạn khó thay thế. Ống hồi nên có độ dốc về phía bồn thu và được bảo ôn để giữ nhiệt.
Bình tách hơi tái bay hơi (flash vessel)
Khi nước ngưng ở áp suất cao đi qua bẫy hơi xuống vùng áp suất thấp, một phần sẽ bốc thành hơi tái bay hơi (flash steam). Bình tách cho phép thu riêng phần hơi này để dùng cho các thiết bị áp thấp như gia nhiệt sơ bộ, sưởi, phần nước còn lại tiếp tục chảy về bồn. Đây là cách tận dụng thêm năng lượng mà nhiều hệ thống bỏ qua.
Bơm nước ngưng
Khi bồn cấp nằm cao hơn hoặc ở xa điểm thu gom, nước ngưng không thể tự chảy về và cần bơm. Có hai lựa chọn phổ biến:
- Bơm điện ly tâm kèm bồn thu: phù hợp lưu lượng lớn, nhưng cần chọn bơm chịu được nước nóng gần nhiệt độ sôi để tránh xâm thực.
- Bơm cơ khí dùng hơi hoặc khí nén (pump trap): không cần điện, chịu được nước ngưng nóng, phù hợp khu vực có nguy cơ cháy nổ hoặc khó đi dây điện.
Van và phụ kiện đi kèm
- Van một chiều: ngăn nước ngưng chảy ngược về thiết bị khi áp suất đường hồi thay đổi.
- Lọc Y: lắp trước bẫy hơi để chặn cặn bẩn, rỉ sét.
- Kính quan sát: lắp sau bẫy hơi để kiểm tra nhanh tình trạng xả nước ngưng hay lọt hơi.
- Van cầu, van bi chịu nhiệt: dùng để cách ly cụm bẫy hơi khi bảo trì, thường bố trí kèm đường bypass.
Những lỗi thường gặp khi thiết kế và vận hành
Áp suất ngược trên đường hồi
Nhiều bẫy hơi cùng xả vào một đường hồi, hoặc đường hồi phải đi lên cao, sẽ tạo áp suất ngược. Nếu áp suất ngược lớn hơn chênh áp mà thiết bị có được, nước ngưng sẽ đọng lại trong thiết bị trao đổi nhiệt, làm giảm hiệu suất gia nhiệt. Cần kiểm tra chênh áp ở cả chế độ đầy tải và non tải.
Búa nước
Búa nước xảy ra khi hơi tái bay hơi tiếp xúc với nước ngưng lạnh hơn, hoặc đường ống đọng nước không thoát kịp. Hiện tượng này gây tiếng ồn, rung động và có thể làm hỏng bẫy hơi, van, kính quan sát. Thiết kế độ dốc ống hợp lý, kích thước ống hồi đủ lớn và tách hơi tái bay hơi đúng chỗ giúp hạn chế búa nước.
Không kiểm tra bẫy hơi định kỳ
Bẫy hơi hỏng mở làm hơi sống lọt vào đường hồi; bẫy hơi hỏng đóng làm nước ngưng ứ đọng. Cả hai đều làm giảm hiệu quả hệ thống thu hồi. Nên lập danh sách bẫy hơi và kiểm tra theo kế hoạch.
Bỏ qua chất lượng hơi đầu vào
Hơi ẩm mang theo nước làm tăng lượng nước ngưng và gây mài mòn thiết bị. Lắp bộ tách ẩm hơi ở đầu đường hơi chính giúp hơi khô hơn và giảm tải cho bẫy hơi.
Thiết bị hơi tại THP Valve
Tuấn Hưng Phát (THP Valve) cung cấp bẫy hơi, van giảm áp hơi, van an toàn, bộ tách ẩm, kính quan sát, lọc Y và van chịu nhiệt cho hệ thống lò hơi và đường hơi công nghiệp. Các thiết bị được tư vấn theo áp suất, nhiệt độ và lưu lượng thực tế của từng điểm dùng hơi, giúp nhà máy hoàn thiện đồng bộ từ đường hơi cấp đến đường hồi nước ngưng.
