فناوری اسمز معکوس (RO) در تصفیه آب نیروگاه
۲۰۲۴-۱۰-۳۰
فناوری اسمز معکوس (RO) در تصفیه آب نیروگاه
فرآیند تصفیه شیمیایی آب نیروگاه
سیستم تصفیه آب شیمیایی نیروگاه I. ضرورت تصفیه آب شیمیایی از استاندارد کیفیت آب تامین شده قابل مشاهده است. استانداردهای کیفیت آب تغذیه دیگ بخار عبارتند از: سختی کل (امول در لیتر)، اکسیژن محلول (میکروگرم در لیتر)، رسانایی الکتریکی (us/cm)، سیلیس (میکروگرم در لیتر)، PH (25 ℃ ℃)، دی اکسید کربن (میکروگرم در لیتر) استاندارد ≤30
کیفیت پایین آب، به ویژه یون‌های کلسیم، منیزیم، سدیم و سیلیکات بیش از حد استاندارد، خطرات زیر را برای تجهیزات حرارتی ایجاد می‌کند: ۱. رسوب‌گذاری تجهیزات حرارتی: اگر کیفیت آب ورودی به دیگ بخار یا سایر مبدل‌های حرارتی ضعیف باشد، پس از مدتی کارکرد، برخی از اتصالات جامد روی سطح گرمایش در تماس با آب ایجاد می‌شوند. این پدیده رسوب‌گذاری نامیده می‌شود و این اتصالات جامد، رسوب نامیده می‌شوند. از آنجا که رسانایی حرارتی رسوب صدها برابر بدتر از فلز است و این رسوب‌ها به راحتی در لوله دیگ بخار با بار حرارتی بالا ایجاد می‌شوند، بنابراین رسوب برای دیگ بخار (یا مبدل حرارتی) بسیار مضر است. این رسوب‌گذاری می‌تواند دمای دیواره لوله فلزی را در قسمت رسوب‌گذاری بیش از حد بالا ببرد، باعث کاهش مقاومت فلز شود، به طوری که تحت تأثیر فشار در لوله، تغییر شکل موضعی لوله، برآمدگی و حتی باعث حوادث جدی مانند انفجار لوله شود. رسوب‌گذاری نه تنها عملکرد ایمن را به خطر می‌اندازد، بلکه اقتصاد نیروگاه‌ها را نیز به شدت کاهش می‌دهد. برای مثال، وقتی رسوبی به ضخامت ۱ میلی‌متر در اکونومایزر دیگ بخار یک نیروگاه حرارتی وجود داشته باشد، مصرف سوخت ۱.۵ تا ۲ درصد بیشتر از حالت اولیه خواهد بود. بنابراین، جلوگیری یا کاهش موثر رسوب‌گذاری، مزایای اقتصادی زیادی به همراه خواهد داشت. علاوه بر این، کیفیت آب در گردش ضعیف است و رسوب‌گذاری در کندانسور توربین بخار منجر به کاهش درجه خلاء کندانسور می‌شود و در نتیجه راندمان حرارتی و خروجی توربین بخار را کاهش می‌دهد. رسوب‌گذاری سوپرهیتر باعث می‌شود دمای بخار به مقدار طراحی نرسد که این امر باعث کاهش اقتصاد کل سیستم حرارتی می‌شود. پس از رسوب‌گذاری تجهیزات حرارتی، کار تمیزکاری باید به موقع انجام شود که این امر باعث خاموش شدن تجهیزات و کاهش ساعات استفاده سالانه از تجهیزات می‌شود. علاوه بر این، حجم کار و هزینه نگهداری نیز باید افزایش یابد.
۲. خوردگی تجهیزات حرارتی و سیستم آن: فلز تجهیزات حرارتی در نیروگاه اغلب در تماس با آب است. اگر کیفیت آب پایین باشد، باعث خوردگی فلز می‌شود، مانند خط لوله آبرسانی، مخزن زغال سنگ، اواپراتور، بخاری، سوپرهیتر و لوله تبادل حرارت کندانسور توربین بخار، که به دلیل کیفیت پایین آب دچار خوردگی می‌شوند. خوردگی نه تنها عمر مفید خود تجهیزات را کوتاه می‌کند، بلکه باعث ضررهای اقتصادی نیز می‌شود. علاوه بر این، محصول خوردگی به آب منتقل می‌شود که ناخالصی‌های موجود در آب را افزایش می‌دهد و در نتیجه فرآیند رسوب‌گذاری روی سطح گرمایش با بار حرارتی بالا را تشدید می‌کند و رسوب‌گذاری، خوردگی رسوب‌گذاری لوله کوره را تسریع می‌کند. این چرخه معیوب می‌تواند به سرعت منجر به ترکیدگی لوله و سایر حوادث شود.
۳. تجمع نمک در قسمت گردش سوپرهیتر و توربین بخار: کیفیت پایین آب همچنین باعث حل شدن بخار و افزایش ناخالصی‌ها (عمدتاً یون‌های Na+ و HSiO3-) می‌شود، این ناخالصی‌ها در قسمت گردش بخار، مانند سوپرهیتر و توربین بخار رسوب می‌کنند، این پدیده تجمع نمک نامیده می‌شود. تجمع نمک در لوله سوپرهیتر می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد یا حتی ترکیدن دیواره لوله فلزی شود. به دلیل تجمع نمک، شیر به طور شل بسته می‌شود و تجمع نمک در توربین بخار، خروجی و راندمان توربین بخار را به میزان زیادی کاهش می‌دهد. حتی مقدار کمی تجمع نمک، مقاومت گردش بخار را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد، به طوری که خروجی توربین بخار کاهش می‌یابد. هنگامی که تجمع نمک توربین بخار جدی باشد، بار یاتاقان رانش را نیز افزایش داده و جداکننده را خم می‌کند و در نتیجه باعث خاموش شدن ناگهانی می‌شود.
به طور خلاصه، سختی بالای آب، نشان می‌دهد که محتوای یون‌های کلسیم و منیزیم زیاد است و به راحتی می‌تواند باعث ایجاد رسوب و خوردگی در سطح دیگ بخار، درام و دیواره لوله شود، نور بر هدایت گرما تأثیر می‌گذارد، باعث ترکیدگی لوله دیگ بخار می‌شود، ناخالصی‌های آب توسط بخار به سوپرهیتر و توربین بخار منتقل می‌شوند، باعث تجمع نمک در قسمت جریان بخار می‌شود و آسیب بیشتری ایجاد می‌کند. مقدار PH شاخصی برای قضاوت در مورد اسیدیته و قلیائیت کیفیت آب است، مقدار PH = -10g (غلظت یون هیدروژن در محلول، مول در لیتر). محتوای H+ و OH- در آب خالص 1x10-7mol/L است، بنابراین PH=7 است. اگر اسید در آب حل شود، مانند اسید هیدروکلریک HCI، غلظت H+ افزایش می‌یابد، هرچه غلظت H+ بیشتر باشد، مقدار PH کمتر است، PH7 کیفیت آب قلیایی است. آب تصفیه شده با روش شیمیایی (تبادل یونی) قلیایی ضعیفی نشان می‌دهد (PH = 8.8 ~ 9.2). آب اسیدی ضعیف برای فلزات خورنده است. استفاده از آب قلیایی ضعیف، این مزیت را دارد که سطح فولاد و مس را غیرفعال می‌کند، به طوری که به راحتی خورده نمی‌شود و از تشکیل رسوب آهن و مس روی سطح دیگ بخار و مبدل حرارتی جلوگیری می‌کند.
فرآیند تصفیه آب
فرآیند تصفیه آب به دو جزء اصلی تقسیم می‌شود، بخش اول فرآیند نرم‌سازی فیزیکی آب و بخش دوم فرآیند نمک‌زدایی شیمیایی است. فرآیند نرم‌سازی فیزیکی آب: آب خام (که به عنوان آب خام نیز شناخته می‌شود) از شبکه آبرسانی کارخانه، از طریق فیلتر شنی کوارتز، فیلتر کربن فعال برای حذف ذرات جامد و ناخالصی‌های معلق در آب خام، که آب زلال نامیده می‌شود، عبور می‌کند. سپس آب زلال شده توسط دستگاه اسمز معکوس حذف می‌شود تا بیشتر یون‌های کلسیم و منیزیم حذف شده و به آب نرم تبدیل شود. فرآیند نمک‌زدایی شیمیایی: آب نرم از طریق دستگاه حذف کربن، دی‌اکسید کربن موجود در آب (که به طور دقیق HC03- نامیده می‌شود) را حذف می‌کند و سپس از طریق بستر مخلوط، کلسیم، منیزیم، سدیم، سیلیکات و سایر یون‌های مضر باقی مانده در آب را حذف کرده و به آب شیرین تبدیل می‌کند، یعنی آب تغذیه دیگ بخار، در مخزن آب شیرین‌کن ذخیره می‌شود و سپس پمپ نمک‌زدایی به دی‌اریتور و در نهایت از طریق پمپ تغذیه به درام دیگ بخار هدایت می‌شود.
فناوری اسمز معکوس در تصفیه آب نیروگاه
اسمز معکوس عمدتاً به استفاده از فناوری جداسازی غشایی برای تصفیه آب اشاره دارد که دارای ویژگی‌هایی مانند نرخ نمک‌زدایی بالا، کاربردپذیری قوی و حفاظت از محیط زیست است و در بسیاری از صنایع به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. هسته اصلی کاربرد فناوری اسمز معکوس در غشای اسمز معکوس نهفته است که از نوعی ماده پلیمری ساخته شده و دارای فیلم نیمه‌تراوای انتخابی است. تحت تأثیر فشار خارجی، آب موجود در محلول می‌تواند با برخی از اجزا، پدیده نفوذ انتخابی ایجاد کند و سپس هدف تصفیه، جداسازی و تغلیظ را محقق سازد. کاربرد فناوری اسمز معکوس در تصفیه آب نیروگاه‌ها می‌تواند نتایج بهتری را به همراه داشته باشد و صرفه‌جویی در منابع آب و حفاظت از محیط زیست را محقق کند. این مقاله ابتدا اصول و ویژگی‌های فناوری غشای اسمز معکوس را بیان می‌کند، سپس کاربرد عملی فناوری اسمز معکوس در تصفیه آب نیروگاه‌ها را تجزیه و تحلیل می‌کند و در نهایت به بررسی موارد کاربردی برای توجه به فناوری اسمز معکوس می‌پردازد.
اصل اسمز معکوس
اسمز معکوس استفاده از فشار کافی برای عبور حلال موجود در محلول از غشای اسمز معکوس و سپس جداسازی آن است، جهت این عبور خلاف جهت اسمز است، که باید برای جداسازی، خالص‌سازی و تغلیظ محلول با فشاری بالاتر از روش اسمز معکوس استفاده شود. از آنجا که اندازه منافذ غشای اسمز معکوس به طور خاص کوچک است، کاربرد آن می‌تواند در حذف نمک‌ها و کلوئیدهای محلول، باکتری‌ها، ویروس‌ها و برخی مواد آلی موجود در آب بسیار خوب باشد. مهمترین هدف جداسازی غشای اسمز معکوس، یون موجود در محلول است و حذف مؤثر نمک در آب بدون استفاده از هیچ ماده شیمیایی قابل دستیابی است و میزان حذف نمک می‌تواند به بیش از 98 درصد برسد.
ویژگی‌های فناوری اسمز معکوس
فناوری اسمز معکوس، کاربرد اصل اسمز معکوس برای دستیابی به تصفیه و تغلیظ محلول است و دارای ویژگی‌های جداسازی بسیار خوبی است که دارای ویژگی‌های زیر است: (1) درجه اتوماسیون ارائه شده توسط فناوری اسمز معکوس بالاتر است و مصرف انرژی تولید شده توسط آن در روش‌های مختلف کمتر است. دلیل اصلی این است که نیروی محرکه اعمال شده در فرآیند تصفیه آب، فشار آب است. در شرایط دمای اتاق و بدون تغییر فاز، می‌توان حلال و حل‌شونده را از هم جدا کرد، از دست دادن اجزای فعال بسیار کم است و برای جداسازی و تغلیظ مواد حساس به گرما بسیار مناسب است. در مقایسه با روش جداسازی تغییر فاز، مصرف انرژی کمتر است. ② نیازی به انجام اقدامات احیا نیست، زیرا فرآیند تصفیه یک واکنش فیزیکی است، به مواد شیمیایی اعمال نمی‌شود، محصول آلوده نمی‌شود. (3) خواص غشای اسمز معکوس و پایداری آن، در فرآیند اعمال تغییر فاز ظاهر نمی‌شود، در شرایط دمای معمولی انجام می‌شود و میزان حذف ناخالصی‌ها بسیار بالا است. (4) تجهیزات اسمز معکوس می‌توانند کاربرد انواع آب خام را تحقق بخشند، ساختار کلی تجهیزات نسبتاً ساده است و عملکرد آن راحت‌تر و بسیار سازگارتر است، مقیاس پردازش انعطاف‌پذیری خاصی دارد و اینکه آیا عملکرد مداوم یا متناوب می‌تواند باشد. ⑤ می‌تواند به مزایای اقتصادی بهتری دست یابد. هزینه سیستم اسمز معکوس در حال کار بسیار کم است و سرمایه‌گذاری را می‌توان در مدت زمان کوتاهی بازیابی کرد.
کاربرد عملی فناوری اسمز معکوس در تصفیه آب نیروگاه
۱. بازیافت و استفاده از فاضلاب خنک‌کننده در گردش آب خنک‌کننده در گردش مورد استفاده در نیروگاه‌های حرارتی حدود ۷۰٪ از کل مصرف آب نیروگاه‌ها را تشکیل می‌دهد، بنابراین بازیافت و استفاده از آن اهمیت عملی بسیار مهمی دارد که می‌تواند صرفه‌جویی در منابع محدود آب را محقق کند. در سال‌های اخیر، الزامات ملی برای حفاظت از محیط زیست به تدریج در حال افزایش است و تعیین شاخص‌های مرتبط برای تخلیه فاضلاب روز به روز سختگیرانه‌تر می‌شود که منجر به افزایش قابل توجه هزینه نیروگاه‌ها در فرآیند تصفیه فاضلاب می‌شود. کاربرد فناوری اسمز معکوس می‌تواند استفاده مجدد از فاضلاب را محقق کند. آب به دست آمده با استفاده از فناوری اسمز معکوس، همراه با عملکرد واقعی تجهیزات مختلف در نیروگاه، می‌تواند در آب تکمیلی آب خنک‌کننده در گردش استفاده شود و از ویژگی‌های ایمنی و قابلیت اطمینان برخوردار است. پس از استفاده از فناوری اسمز معکوس، کیفیت آب آب در گردش به طور قابل توجهی بهبود یافته، کدورت آن بسیار کاهش یافته و آب اضافی نیز به طور قابل توجهی کاهش یافته است. با این حال، در حال حاضر، فناوری اسمز معکوس هزینه زیادی برای تصفیه آب ایجاد می‌کند و سرمایه‌گذاری اولیه به طور قابل توجهی بیشتر از روش تصفیه آب از منابع آب طبیعی است. با این حال، از آنجا که می‌تواند همزمان فاضلاب را تصفیه کند، سرمایه‌گذاری هزینه‌های زیست‌محیطی می‌تواند کاهش یابد و منابع آب نیز صرفه‌جویی خاصی را تشکیل می‌دهند، بنابراین هزینه جامع واضح‌تر است. به درجه بالایی از وحدت مزایای اقتصادی، مزایای اجتماعی و مزایای زیست‌محیطی دست یافته است.
۲. تصفیه مایع زائد ترشی دیگ بخار بر اساس تحقیق و آزمایش شبیه‌سازی در مورد تصفیه مایع زائد ترشی در نیروگاه، نویسنده اثر تصفیه غشای کامپوزیتی فشار پایین، غشای استات سلولز و غشای آب دریا را با استفاده از فناوری اسمز معکوس و حالت گردش خون مقایسه و تجزیه و تحلیل می‌کند و سپس به نتایج زیر دست می‌یابد: در بین سه غشای اسمز معکوس، غشای آب دریا بهترین عملکرد را دارد. بنابراین، مناسب‌ترین برای تصفیه اسمز معکوس مایع زائد ترشی دیگ بخار، غشای آب دریا است و کاربرد تصفیه، روش گردش خون است. از طریق کاربرد فناوری اسمز معکوس در تصفیه مایع زائد ترشی دیگ بخار در نیروگاه، می‌توان به نتایج بسیار خوبی دست یافت و به هدف مورد انتظار رسید. بهترین راه برای مقابله با مایع زائد اسید سیتریک در دیگ بخار این است: پس از اینکه مایع زائد اسید سیتریک ابتدا با اسمز معکوس تغلیظ شد، می‌توان آن را تخلیه یا بازیافت کرد. پس از حذف آهن، آن را اسپری خشک می‌کنند و سپس نمک سیترات سدیم بازیابی می‌شود. کاربرد این فناوری تصفیه می‌تواند آلودگی زیست‌محیطی ناشی از مایع زباله شستشوی اسیدی در دیگ بخار را به خوبی حل کند و مزایای اجتماعی و اقتصادی بسیار خوبی دارد.۳. تصفیه جامع فاضلاب تصفیه جامع فاضلاب در نیروگاه‌ها یک پروژه سیستماتیک است که عمدتاً شامل دو بخش مهم است: بازیابی و تصفیه فاضلاب. فناوری اسمز معکوس در فرآیند تصفیه فاضلاب اعمال می‌شود و فاضلاب خانگی بازیابی شده، آب تغلیظ شده، فاضلاب اسیدی و قلیایی و آب شستشوی محل و غیره را تصفیه می‌کند. آب مخلوط آنها اساساً اسیدی است. پس از تصفیه اسید ضعیف، می‌توان تصفیه اسمز معکوس را انجام داد و منبع آب پس از این تصفیه را می‌توان مستقیماً اعمال کرد. کاربرد این روش نه تنها تقاضای آب میدان الکتریکی را کاهش می‌دهد، بلکه برای بازیافت منابع آب در نیروگاه نیز بسیار مفید است و سپس شرکت را قادر می‌سازد تا به توسعه پایدار دست یابد.
اقدامات احتیاطی برای استفاده از فناوری اسمز معکوس
انتخاب دستگاه هنگام انتخاب غشای اسمز معکوس اصلی، ویژگی‌های کیفیت آب ورودی باید در نظر گرفته شود. هنگام استفاده از آن در تصفیه فاضلاب، باید از غشای ضد آلودگی استفاده شود یا از سایر اقدامات تصفیه آلودگی استفاده شود. دمای آب طراحی شده تأثیر زیادی بر میزان آب خروجی دارد. مقدار آب عنصر غشاء باید طوری تنظیم شود که اطمینان حاصل شود که میزان آب خروجی می‌تواند هنگام کار در کمترین دمای آب طراحی شده به مقدار طراحی شده برسد. هنگامی که یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس معمولی برای استفاده طراحی شده است، حداکثر فشار ورودی برای عملکرد اولیه بدنه اسمز معکوس باید کمتر از 1.5 مگاپاسکال باشد. در طراحی و کاربرد دستگاه اسمز معکوس برای نمک‌زدایی آب دریا، حداکثر فشار ورودی ارائه شده توسط عملکرد اولیه بدنه اسمز معکوس کمتر از 6.9 مگاپاسکال است. سرعت فیلتراسیون طراحی شده برای عنصر فیلتر نباید خیلی زیاد باشد. اگر بتواند برای مدت طولانی در حالت عادی کار کند، چرخه تعویض فیلتر نباید بیشتر از سه ماه باشد.
پارامترهای عملکرد دستگاه اسمز معکوس در حین کار
طبق تحلیل مشکل اسمز معکوس مرسوم، پارامترهای عملیاتی (میزان نمک‌زدایی و میزان بازیابی و غیره) واحد اسمز معکوس در حال بهره‌برداری باید الزامات قرارداد را برآورده کند. به‌طورکلی، میزان نمک‌زدایی باید بیش از ۹۸ درصد و میزان بازیابی باید در سال اول بیش از ۷۵ درصد باشد. تولید آب باید تحت شرایط دمایی خاص آب، مطابق با استانداردهای ملی باشد و سوئیچ شیر باید انعطاف‌پذیرتر باشد. به‌طورکلی، صنعت برق، صنعت پایه‌ای است که انرژی الکتریکی با کیفیت بالا را برای زندگی روزمره مردم فراهم می‌کند، که از اهمیت عملی زیادی برای بهبود استانداردهای زندگی مردم و رشد اقتصادی برخوردار است. کاربرد فناوری اسمز معکوس در تصفیه آب نیروگاه‌ها، تأثیر خوبی داشته است، یعنی کاهش آلودگی محیط زیست و همچنین صرفه‌جویی در منابع آب. فناوری دستگاه اسمز معکوس با وضعیت واقعی تصفیه آب نیروگاه ترکیب می‌شود و سپس هزینه مواد مورد استفاده توسط فناوری اسمز معکوس کاهش می‌یابد، کاربرد جهانی فناوری اسمز معکوس در نیروگاه محقق می‌شود و برداشت مضاعف از مزایای اقتصادی و اجتماعی نیروگاه محقق می‌شود.