טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה (RO) בטיפול במים בתחנות כוח
תהליך טיפול כימי במים של תחנת כוח
מערכת טיפול כימית במים של תחנת כוח I. הצורך בטיפול כימי במים ניכר מתקן האיכות של אספקת המים. להלן תקני איכות מי ההזנה לדוד: קשיות כוללת (umol/L), חמצן מומס (μg/L), מוליכות חשמלית (us/cm), סיליקה (μg/L), PH (25 ℃ ℃), פחמן דו-חמצני (μg/L) תקן ≤30
איכות מים ירודה, במיוחד יוני סידן, מגנזיום, נתרן וסיליקט שחורגים מהתקן, תגרום לסכנות הבאות לציוד תרמי: 1. התקרחות בציוד תרמי: אם איכות המים בדוד או במחליף חום אחר ירודה, לאחר תקופת פעולה, ייווצרו היצמדויות מוצקות על משטח החימום במגע עם מים. תופעה זו נקראת התקרחות, והיצמדויות מוצקות אלה נקראות אבנית. מכיוון שמוליכות תרמית האבנית גרועה פי מאות מזו של מתכת, ואבנית זו נוצרת בקלות בצינור הדוד תחת עומס חום גבוה, האבנית מזיקה מאוד לדוד (או למחליף החום); היא עלולה לגרום לטמפרטורת דופן צינור המתכת בחלק האבנית לעלות מדי, לגרום לחוזק המתכת לרדת, כך שתחת פעולת הלחץ בצינור, תהיה עיוות מקומית של הצינור, בליטה ואף לגרום לתאונות קשות כמו פיצוץ צינור. התקרחות לא רק מסכנת את הפעולה הבטוחה, אלא גם מפחיתה מאוד את חסכוניותן של תחנות כוח. לדוגמה, כאשר יש אבנית בעובי 1 מ"מ בכלכלן של דוד תחנת כוח תרמית, צריכת הדלק גבוהה ב-1.5%~2.0% מהמקורית. לכן, מניעה או הפחתה יעילה של אבנית תניב יתרונות כלכליים גדולים. בנוסף, איכות המים במחזור ירודה, והאבנית במעבה של טורבינת הקיטור תוביל להפחתת דרגת הוואקום של המעבה, ובכך תפחית את היעילות התרמית ואת התפוקה של טורבינת הקיטור. האבנית של מחמם העל תגרום לטמפרטורת הקיטור לא להגיע לערך המתוכנן, מה שיפחית את חסכוניות המערכת התרמית כולה. לאחר ניקוי האבנית של ציוד תרמי, יש לבצע עבודות ניקוי בזמן, מה שיכבה את הציוד ויפחית את שעות השימוש השנתיות של הציוד; בנוסף, יש להגדיל את עומס העבודה ואת עלות התחזוקה.
2. קורוזיה של ציוד תרמי ומערכותיו: מתכת של ציוד תרמי בתחנות כוח נמצאת לעיתים קרובות במגע עם מים. אם איכות המים ירודה, הדבר יגרום לקורוזיה של מתכת, כגון צינורות אספקת מים, צינורות חיסכון בפחם, מאיידים, מחממים, מחממי-על וצינורות חילופי חום של מעבה טורבינת קיטור, שייחרפו עקב איכות מים ירודה. קורוזיה לא רק מקצרת את חיי הציוד עצמו, אלא גם גורמת להפסדים כלכליים. יתר על כן, תוצרי הקורוזיה מועברים למים, מה שמגביר את כמות הזיהומים במים, ובכך מחמיר את תהליך יצירת האבנית על פני השטח החימום של עומס חום גבוה, וההתכה תאיץ את קורוזיית האבנית של צינור הכבשן. מעגל קסמים זה יכול להוביל במהירות לפיצוצי צינורות ותאונות אחרות.
3. הצטברות מלח בחלק המחזורי של מחמם-העל וטורבינת הקיטור: איכות מים ירודה תגרום גם להמסת הקיטור ולעלייה בכמות הזיהומים (בעיקר יוני Na+ ו-HSi03-). זיהומים אלה ישקעו בחלק המחזורי של הקיטור, כגון מחמם-העל וטורבינת הקיטור. תופעה זו נקראת הצטברות מלח. הצטברות המלח בצינור מחמם-העל עלולה לגרום לדופן המתכת של הצינור להתחמם יתר על המידה או אפילו להתפוצץ. השסתום ייסגר באופן רופף עקב הצטברות מלח, והצטברות המלח בטורבינת הקיטור תפחית מאוד את התפוקה והיעילות של טורבינת הקיטור. אפילו כמות קטנה של הצטברות מלח תגדיל משמעותית את התנגדות זרימת הקיטור, כך שתפוקת טורבינת הקיטור תפחת. כאשר הצטברות המלח בטורבינת הקיטור חמורה, היא גם תגדיל את העומס על מיסב הדחף ותכופף את המפריד, מה שיגרום לכיבוי תאונה.
בקיצור, קשיות גבוהה של אספקת המים מצביעה על תכולת יוני סידן ומגנזיום גבוהה, מה שגורם בקלות לחימום כל משטח בדוד, להתקלף ולקורוזיה בדפנות התוף והצינור. אור משפיע על הולכת החום, גורם לפיצוץ צינורות הדוד. זיהומי מים הנישאים על ידי הקיטור אל מחמם-העל וטורבינת הקיטור, מה שיגרום להצטברות מלחים בחלק זרימת הקיטור, מה שיגרום לנזק נוסף. ערך ה-pH הוא מדד להערכת חומציות ובסיסיות של איכות המים. ערך ה-pH = -10g (ריכוז יוני מימן בתמיסה, מול/ליטר). תכולת H+ ו-OH- במים טהורים היא 1x10-7 מול/ליטר, כך ש-pH = 7. אם חומצה מומסת במים, כגון חומצה הידרוכלורית HCI, ריכוז ה-H+ יגדל. ככל שריכוז ה-H+ גבוה יותר, כך ערך ה-pH קטן יותר. PH 7 הוא מים בעלי איכות בסיסית. מים שטופלו בשיטה כימית (חילוף יונים) מפגינים בסיסיות חלשה (pH = 8.8~9.2). מים חומציים חלשים גורמים לקורוזיה במתכות; שימוש במים בסיסיים חלשים מאפשר פסיבציה של פני השטח של פלדה ונחושת, כך שהם לא יעברו קורוזיה בקלות, ומונע היווצרות אבנית ברזל ונחושת על פני השטח של הדוד ומחליף החום.
תהליך טיפול המים
תהליך טיפול במים מחולק לשני מרכיבים עיקריים, החלק הראשון הוא תהליך ריכוך המים הפיזי, והחלק השני הוא תהליך התפלה כימית. תהליך ריכוך המים הפיזי: מים גולמיים (הידועים גם כמים גולמיים) מרשת אספקת המים של המפעל, דרך מסנן חול קוורץ, מסנן פחם פעיל להסרת חלקיקים מוצקים וזיהומים מרחפים במים הגולמיים, הנקראים מים מזוקקים; לאחר מכן, המים המזוקקים מוסרים באמצעות מכשיר אוסמוזה הפוכה כדי להסיר את רוב יוני הסידן והמגנזיום ולהפוך למים מרוככים. תהליך התפלה כימית: המים הרכים עוברים דרך מכשיר להסרת פחמן, מסירים את הפחמן הדו-חמצני מהמים (במילים קפדניות HC03-), ולאחר מכן דרך מצע מעורב, מסירים את שאריות הסידן, המגנזיום, הנתרן, הסיליקט ויונים מזיקים אחרים מהמים, והופכים להתפלה, כלומר, מי אספקת הדוד מאוחסנים במיכל מי ההתפלה, ולאחר מכן עוברים דרך משאבת ההתפלה למסיר אוורור, ולבסוף עוברים דרך תוף הדוד דרך משאבת ההזנה.
טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה בטיפול במים בתחנות כוח
אוסמוזה הפוכה מתייחסת בעיקר לשימוש בטכנולוגיית הפרדת ממברנות לטיפול במים, בעלת מאפיינים של קצב התפלה גבוה, תחולת חזקה והגנה על הסביבה, והיא נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות רבות. הליבה של יישום טכנולוגיית האוסמוזה ההפוכה טמונה בממברנת האוסמוזה ההפוכה, העשויה מחומר פולימרי ובעלת שכבה סלקטיבית למחצה חדירה. תחת פעולת לחץ חיצוני, המים בתמיסה יכולים ליצור תופעת חדירה סלקטיבית עם רכיבים מסוימים, ובכך לממש את מטרת הטיהור, ההפרדה והריכוז. יישום טכנולוגיית האוסמוזה ההפוכה בטיפול במים של תחנות כוח יכול להשיג תוצאות טובות יותר, ולהביא לחיסכון במשאבי מים ולהגנת הסביבה. מאמר זה מציג תחילה את העיקרון והמאפיינים של טכנולוגיית ממברנת האוסמוזה ההפוכה, לאחר מכן מנתח את היישום המעשי של טכנולוגיית האוסמוזה ההפוכה בטיפול במים של תחנות כוח, ולבסוף דן בנושאי היישום הנדרשים לטכנולוגיית האוסמוזה ההפוכה.
עקרון האוסמוזה ההפוכה
אוסמוזה הפוכה היא שימוש בלחץ מספיק כדי לאפשר לממס בתמיסה לעבור דרך קרום האוסמוזה ההפוכה, ולאחר מכן להפריד אותו בכיוון הפוך לכיוון האוסמוזה. יש להשתמש בשיטת אוסמוזה הפוכה להפרדה, טיהור וריכוז התמיסה בלחץ גבוה יותר מאשר בשיטת אוסמוזה הפוכה. מכיוון שגודל הנקבוביות של קרום האוסמוזה ההפוכה קטן במיוחד, היישום שלה יכול להיות יעיל מאוד בהסרת מלחים וקולואידים מומסים, חיידקים, וירוסים וחומר אורגני כלשהו במים. מטרת ההפרדה החשובה ביותר של קרום האוסמוזה ההפוכה היא היונים בתמיסה, וניתן להשיג הסרה יעילה של מלח במים ללא שימוש בחומרים כימיים כלשהם, וקצב הסרת המלח יכול להגיע ליותר מ-98 אחוז.
מאפייני טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה
טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה היא יישום של עקרון האוסמוזה ההפוכה כדי להשיג טיהור וריכוז של תמיסה, יש לה את מאפייני ההפרדה הגדולים שלה ויש לה את המאפיינים הבאים: (1) דרגת האוטומציה שמוצגת על ידי טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה גבוהה יותר, וצריכת האנרגיה הנוצרת על ידה נמוכה יותר בשיטות שונות. הסיבה העיקרית לכך היא שהכוח המניע המופעל בתהליך טיפול במים הוא לחץ המים. בתנאי טמפרטורת החדר וללא שינוי פאזה, ניתן להפריד בין הממס למומס, אובדן הרכיבים הפעילים קטן מאוד, והיא מתאימה מאוד להפרדה וריכוז של חומרים רגישים לחום. בהשוואה לשיטת הפרדת שינוי פאזה, צריכת האנרגיה נמוכה יותר. ② אין צורך לנקוט באמצעי התחדשות, מכיוון שתהליך הטיפול הוא תגובה פיזיקלית, לא יופעל על חומרים כימיים, והמוצר לא יזהם. (3) תכונותיה של קרום האוסמוזה ההפוכה ויציבותה, בתהליך היישום לא יופיעו שינויי פאזה, מתבצעת בתנאי טמפרטורה רגילים, וקצב הסרת הזיהומים גבוה מאוד. (4) ציוד אוסמוזה הפוכה יכול לממש את היישום של מגוון מים גולמיים, המבנה הכללי של הציוד פשוט יחסית, והתפעול נוח יותר וניתן להתאמה אישית, קנה המידה של העיבוד גמיש מסוים, וניתן לבחור בין פעולה רציפה או פעולה לסירוגין. ⑤ יכול להשיג יתרונות כלכליים טובים יותר. עלות ההפעלה של מערכת אוסמוזה הפוכה נמוכה מאוד וניתן להחזיר את ההשקעה בזמן קצר.
יישום מעשי של טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה בטיפול במים בתחנות כוח
1. מיחזור וניצול של שפכי קירור במחזור מי הקירור במחזור המשמשים בתחנות כוח תרמיות מהווים כ-70% מצריכת המים הכוללת של תחנות כוח, ולכן למיחזור ולניצולם יש משמעות מעשית חשובה מאוד, שיכולה להביא לחיסכון במשאבי מים מוגבלים. בשנים האחרונות, הדרישות הלאומיות להגנת הסביבה עולות בהדרגה, וקביעת המדדים הרלוונטיים להזרמת שפכים הופכת מחמירה יותר ויותר, מה שמוביל לעלייה משמעותית בעלות תחנות כוח בתהליך טיפול בשפכים. יישום טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה יכול להביא לשימוש חוזר בשפכים. בשילוב עם ההפעלה בפועל של ציוד שונה בתחנת הכוח, ניתן להשתמש במים המתקבלים בטכנולוגיית אוסמוזה הפוכה כתוספת למי הקירור במחזור, ויש להם מאפייני בטיחות ואמינות. לאחר השימוש בטכנולוגיית אוסמוזה הפוכה, איכות המים במחזור שופרה משמעותית, העכירות פחתה משמעותית, וגם תוספת המים פחתה משמעותית. עם זאת, כיום, טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה תייצר עלות גבוהה לטיפול במים, והשקעת ההון גדולה משמעותית משיטת טיהור מים ממקורות מים טבעיים. עם זאת, מכיוון שניתן לטפל בשפכים בו זמנית, ניתן להפחית את ההשקעה בעלויות הסביבתיות, וגם משאבי המים יוצרים חיסכון מסוים, כך שהעלות הכוללת ברורה יותר. השגת רמה גבוהה של אחדות בין יתרונות כלכליים, יתרונות חברתיים ויתרונות סביבתיים.
2. טיפול בפסולת נוזלים של כבישה בדוד. בהתבסס על מחקר של ניסוי סימולציה על טיפול בפסולת נוזלים של כבישה בתחנת כוח, המחבר משווה ומנתח את אפקט הטיפול של ממברנה מרוכבת בלחץ נמוך, ממברנת תאית אצטט וממברנת מי ים באמצעות טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה ומצב סירקולציה, ולאחר מכן מגיע למסקנות הבאות: מבין שלוש ממברנות האוסמוזה ההפוכה, לממברנת מי הים יש את הביצועים הטובים ביותר. לכן, הטיפול המתאים ביותר לטיפול באוסמוזה הפוכה בפסולת נוזלים של כבישה בדוד הוא ממברנת מי ים, יישום הטיפול הוא דרך סירקולציה. באמצעות יישום טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה בטיפול בפסולת נוזלים של כבישה בדוד בתחנת כוח, ניתן להשיג תוצאות טובות מאוד ולהשיג את המטרה הצפויה. הדרך הטובה ביותר להתמודד עם פסולת נוזלים של חומצת לימון בדוד היא: לאחר שפסולת נוזלים של חומצת לימון מרוכזת תחילה באמצעות אוסמוזה הפוכה, ניתן לפלוט אותם או למחזר אותם. לאחר הסרת הברזל, הם מיובשים בהתזה, ולאחר מכן מתבצעת שחזור של מלח נתרן ציטרט. יישום טכנולוגיית הטיפול יכול לפתור היטב את זיהום הסביבה הנגרם על ידי נוזל פסולת חומצי בדוד, ויש לו יתרונות חברתיים וכלכליים טובים מאוד.3. טיפול מקיף בשפכים הטיפול המקיף בשפכים בתחנות כוח הוא פרויקט שיטתי, הכולל בעיקר שני חלקים חשובים: שחזור וטיפול בשפכים. טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה מיושמת בתהליך טיפול בשפכים, וכן ממוחזרים שפכים ביתיים, מים מרוכזים, שפכים חומציים ובסיסיים ומי שטיפה באתר וכו'. המים המעורבבים שלהם הם חומציים בעצם. לאחר הטיפול בחומצה חלשה, ניתן לבצע טיפול אוסמוזה הפוכה, וליישום ישיר של מקור המים לאחר טיפול זה. יישום שיטה זו לא רק מפחית את צריכת המים של השדה החשמלי, אלא גם מועיל מאוד למחזור משאבי המים בתחנת הכוח, ובכך מאפשר לארגון להשיג פיתוח בר-קיימא.
אמצעי זהירות ליישום טכנולוגיית אוסמוזה הפוכה
בחירת התקן בעת בחירת קרום אוסמוזה הפוכה מקורי, יש לקחת בחשבון את מאפייני איכות המים בכניסה. כאשר משתמשים בו לטיפול בשפכים, יש להשתמש בקרום נגד זיהום, או באמצעים אחרים לטיפול בזיהום. לטמפרטורת המים המתוכננת יש השפעה רבה על תפוקת המים. יש להגדיר את כמות המים של רכיב הממברנה כך שתבטיח שתפוקת המים תגיע לכמות המתוכננת בעת פעולה בסביבת טמפרטורת המים הנמוכה ביותר המתוכננת. כאשר מתוכנן מכשיר טיפול במים באוסמוזה הפוכה קונבנציונלי, לחץ הכניסה המרבי לפעולה הראשונית של גוף האוסמוזה ההפוכה צריך להיות פחות מ-1.5 מגה-פסקל. בתכנון ויישום של מכשיר אוסמוזה הפוכה להתפלת מי ים, לחץ הכניסה המרבי המוצג על ידי ההפעלה הראשונית של גוף האוסמוזה ההפוכה הוא פחות מ-6.9 מגה-פסקל. מהירות הסינון המתוכננת עבור רכיב המסנן לא צריכה להיות גדולה מדי. אם הוא יכול לפעול כרגיל במשך זמן רב, מחזור החלפת המסנן לא צריך להיות גבוה משלושה חודשים.
פרמטרי ביצועים של מכשיר אוסמוזה הפוכה במהלך הפעולה
על פי ניתוח בעיית האוסמוזה ההפוכה הקונבנציונלית, פרמטרי ההפעלה (קצב התפלה וקצב התאוששות וכו') של יחידת האוסמוזה ההפוכה בפעולה צריכים לעמוד בדרישות החוזה. באופן כללי, קצב ההתפלה צריך להיות גדול מ-98 אחוז וקצב התאוששות צריך להיות גדול מ-75 אחוז בשנה הראשונה. ייצור המים צריך לעמוד בתקנים הלאומיים בתנאי טמפרטורת מים מסוימים, ומתג השסתומים צריך להיות גמיש יותר. בסך הכל, תעשיית החשמל היא התעשייה הבסיסית המספקת אנרגיה חשמלית באיכות גבוהה לחיי היומיום של אנשים, דבר בעל משמעות מעשית רבה לשיפור רמת החיים של אנשים ולצמיחה הכלכלית. יישום טכנולוגיית האוסמוזה ההפוכה בטיפול במים בתחנות כוח יצר השפעה טובה, כלומר, הפחתת התרחשות זיהום הסביבה, אך גם השגת חיסכון במשאבי מים. טכנולוגיית מכשיר האוסמוזה ההפוכה משולבת עם המצב בפועל של טיפול במים בתחנות כוח, וכך עלות החומרים המיושם בטכנולוגיית האוסמוזה ההפוכה מצטמצמת, מתממש היישום האוניברסלי של טכנולוגיית האוסמוזה ההפוכה בתחנות כוח, ומממש יבול כפול של יתרונות כלכליים וחברתיים של תחנת הכוח.