نرم كنندگی و بهینه سازی آب دیگ بخار – ۸

فرایند بهینه سازی آب دیگ بخار به دو صورت بهینه سازی داخلی یا بهینه سازی خارجی آب بویلر صورت می گیرد كه در هر دو مورد از مواد شیمیایی استفاده می شود.

6-7 فرایند بهینه سازی آب دیگ بخار

7-1 بهینه سازی داخلی آب دیگ بخار :

در این فرایندجهت جلوگیری از تشكیل رسوب، مواد شیمیایی به آب دیگ بخار اضافه می شود و طی آن تركیب های تشكیل دهنده رسوب به لجن های سیال و آزاد تبدیل می شوند كه با زیرآب زدن خارج می گردند.

مواد شیمیایی ویژه ای برای شرایط متفاوت آب دیگ بخار وجود دارد، كه با مشاوره با متخصص های مربوطه، بهترین و مناسب ترین ماده شیمیایی برای هر مورد تعیین می گردد.

این روش بهینه سازی جهت مواردی كه حتی آب تغذیه كم، فشار دیگ بخار پایین و امكان بالا نگهداشتن مقدار كل املاح باشد به كار می رود.

در صورت عدم این شرایط ، نیاز به زیرآب بسیار بالایی جهت خارج سازی لجن ها می باشدكه ممكن است از نظر اتلاف حرارت و آب توجیه اقتصادی نداشته باشد.

بهینه سازی داخلی به تنهایی توصیه نمی شود، زیرا دیگ ها را به عنوان یك راكتور شیمیایی طراحی نمی كنند. املاح اضافه شده به آب تغذیه باید حتی الامكان فقط موادی باشند كه در واكنش بهینه سازی ،قبل از ورود به دیگ بخار ،شركت داشته اند. این واكنش ها بعداً توضیح داده می شوند.

7-2 بهینه سازی خارجی آب دیگ بخار :

در این مرحله، آب قبل از تغذیه به دیگ بخار، هواگیری شده و توسط مبدل های رزینی، بهینه سازی می گردد. البته با وجود این بهینه سازی كه در خارج از دیگ بخار انجام می گیرد، مواد شیمیایی دیگری جهت تامین شرایط مطلوب در دیگ بخار و مواد شیمیایی اضافی جهت اطمینان از حصول این شرایط به آب تغذیه تزریق می گردد.

شیوه بهینه سازی بستگی به كیفیت آب موجود و كیفیت مورد نیاز آب دیگ بخار دارد. كیفیت آب دیگ بخار نیز وابسته به نوع دیگ بخار و فشار بهره برداری دیگ بخار است.

موضوع قابل توجه دیگر در این بهینه سازی كمیت آب بهینه شده لازم یا آب جبران كننده جهت جایگزینی اتلاف آب دیگ بخار و شبكه بخار است. دیگ های مرتبط با كارخانجات نیشكر و توربین های بخار مجهز به تقطیر كننده بخار، دارای حجم زیادی از آب مقطر برگشتی تمیز و بدون املاحی هستند كه برای استفاده مجدد به دیگ بخار بر می گردند.

در اینگونه موارد كه آب جبران كننده كمتر از% 5 بخار تولیدی است می توان غلظت كل املاح محلول (TDS) آب جبران كننده را در حد بالاتر كنترل نمود، زیرا TDS مخلوط حاصل كمتر از موردی است كه مقدار آب جبران كننده حدود %100 یعنی بدون آب مقطر برگشتی است.

هزینه های عمومی و بهره برداری بهینه سازی آب دیگ بخار

هزینه های عمومی و بهره برداری بهینه سازی آب دیگ بخار نیز از جمله مواردی هستند كه باید مورد توجه متخصصین بهینه سازی آب قرار گیرد.

فرآیندهای متداول بهینه سازی آب دیگ بخار شامل : نرم كننده های آهكی، نرم كننده های آهكی/كاستیكی، قلیازدایی تبدیل یونی، املاح زدایی، تقطیر، اسموز معكوس و هواگیری است.

فرایندهای فوق هر یك قادرند كیفیت های متنوعی از آب بهینه شده برای دیگ بخار متناسب با آب خام خاصی را به تنهایی یا با تركیب چند فرآیند دیگر تامین نمایند.

قبل از كاربرد هر یك از فرآیندهای فوق ابتدا باید املاح معلق و مواد رنگی آب خام به خصوص دریاچه ها را خارج ساخت زیرا این مواد باعث آلوده شدن رزین ها در مراحل بعدی بهینه سازی می شوند.

اقدامات قبل از فرایند بهینه سازی آب دیگ بخار شامل ته نشین سازی ساده در مخزن های ته نشین كننده است كه در صورت لزوم از زلال سازهای انعقادی و لخته ساز نیز به عنوان كمكی و تسریع در ته نشین كنندگی استفاده می شود.

از صافی های شنی تحت فشار و افشانك های هوادهی جهت خارج كردن دی اكسیدكربن و آهن می توان جهت حذف املاح فلزی از آب چاه های عمیق بهره جست.

اولین مرحله بهینه سازی، خارج ساختن املاح سخت و بعضی اوقات نیز املاح نرم است. خارج سازی فقط املاح سخت را نرم كردن آب و خارج سازی كامل همه املاح را از محلول به نام املاح زدایی می نامند.

انواع سختی آب عبارتند از سختی موقت و سختی دائم که برای رفع هر کدام باید شیوه ای به کار برد. نرم كننده های آهكی املاح سخت قلیایی (سختی موقت) را با تبدیل بی كربنات كلسیم به كربنات كلسیم و بی كربنات منیزیم به هیدرو اكسید منیزیم، ته نشین می‌نمایند.

نرم كننده آهك/ كاستیكی باعث تقلیل قلیایی ها و غیرقلیایی ها (سختی دایمی) می‌گردد. این نرم كننده در مورد دیگ بخار فشار پایین كارآیی لازم را دارد. از این شیوه نرم كنندگی و بهینه سازی آب دیگ بخاردر مرحله قبل از بهینه سازی تبادل یونی جهت كاهش با رزین ها استفاده می شود.

نرم كنندگی و بهینه سازی آب دیگ بخار

در فرآیند تبادل یونی از رزین های مخصوص دانه ای شكل ریز استفاده می شود كه قادرند با یون های املاح موجود در آب تبادل یونی انجام دهند. ساده ترین نوع این فرآیند تبدیل یونی یا تبدیل یون سدیم (شكل6-9) می‌باشد كه در آن یون های كلسیم و منیزیم بایون سدیم عوض می‌شوند.

نمك های سدیم كه محلول در آب هستند، در آب دیگ بخار ایجاد رسوب نمی كنند. وقتی تمام سدیم موجود رزین تعویض شد، رزین قدرت تبادل یونی خود را از دست می دهد و اصطلاحا گفته می شود رزین قابل نفوذ می شود.

یعنی آب خام، بدون تبادل یونی، از آن عبور می كند. در این وضعیت با احیای رزین ، یعنی جایگزین كردن مجدد یون سدیم بر روی رزین ، آن را دوباره فعال می سازند. این عمل توسط شستشوی رزین با آب نمك غلیظ (كلرورسدیم) انجام می گردد.

نرم كنندگی و بهینه سازی آب دیگ بخار

چون تبادل یونی به كمك جایگزینی كلسیم و منیزیم با سدیم صورت می گیرد. بنابراین كل املاح محلول كاهش نمی یابد و باعث افزایش زیر آب زدن دیگ بخار و در نتیجه افزایش میزان آب جبران كننده می گردد.

علاوه بر این میزان قلیایی ها نیز در این فرآیند كاهش نمی یابد. چنانچه میزان آب جبران كننده دیگ بخار زیاد باشد، شاید لازم باشد این قلیایی ها حذف شوند. این عمل با فرآیند قلیایی زدایی كه قبل از تبادل یونی انجام می شود،صورت می گیرد.

قلیایی زدایی نوعی تبادل یونی است كه درآن یون های هیدروژن رزین با كلسیم و منیزیم بی كربنات ها جایگزین می گردند و محلولی از دی اكسید كربن را در آب بر جای می گذارند. دی اكسیدكربن را با گذراندن جریان آّب از یك برج جداكننده گاز، خارج می سازند و به آب خروجی از برج مقداری سودسوز آور اضافه می شود تا PH آن بالا رود.

احیا رزین های قلیایی توسط اسیدسولفوریك یا اسیدكلریدریك رقیق صورت می گیرد. در این عمل كه بعد از تبادل یونی صورت می گیرد، سختی های غیرقلیایی به املاح سدیم تبدیل می گردند. آب بهینه شده حاصل دارای املاح محلول كمتری از آب خام است، زیرا املاح سخت قلیایی آن خارج شده‌اند.

املاح زدایی عبارت از خارج كردن همه املاح است. این فرآیند به صورت شماتیك در شكل 6-10 نشان داده شده است.

نرم كنندگی و بهینه سازی آب دیگ بخار

كه در آن با استفاده از یك رزین كاتیونی، كاتیون های آب خام را با یون های هیدروژن جایگزین می كند و تولید اسیدكلریدریك، اسیدسولفوریك، یا اسیدكربنیك می نماید.

اسیدكربنیك را در برج جداكننده گازها ،با دمیدن هوا به میان آب اسیدی، خارج می سازند. بعد از این عمل، آب را از میان رزین های آنیونی كه در آن تبادل یون ها با اسیدهای معدنی انجام و منجر به تشكیل آب، طبق فرمول زیر می شود. عبور می‌دهند.

آب+رزین بعدازتبادل یونی =اسیدسولفوریك +رزین آنیونی

R₄NOH+H₂SO₄ = R₄NHSO₄+H₂O

هنگامی كه هر دو نوع رزین (آنیونی و كاتیونی) در یك مخزن به صورت مخلوط استفاده شوند، آن را بستر مركب می نامند.

احیاء كاتیون ها و آنیون ها نیز در فواصل زمانی معین، به ترتیب با اسیدهای معدنی و سود سوزآور انجام می شود. با انتخاب رزین آنیونی مناسب، سیلیس زدایی كامل نیز صورت می گیرد.

فرآیند اسمز معكوس بر این اساس است كه وقتی دو محلول با غلظت های متفاوت توسط غشاء نیمه تراوا از هم جدا شوند، مایعی كه غلظت پایین تری دارد از غشاء عبور كرده به مایع غلیظ تر تراوش می كند و باعث رقیق ترشدن آن (مایع غلیظ تر) می‌گردد.

اگر مایع غلیظ تر تحت فشار باشد، این فرآیند برعكس خواهد شد و آب غلیظ تر به طرف مایع رقیق تر جاری می شود كه آن را اسمز معكوس می‌نامند.

كیفیت آب حاصل بستگی به غلظت مایع تحت فشار و اختلاف فشار دو طرف غشاء دارد. این فرآیند جهت آب هایی كه مانند آب دریا دارای TDS هستند مناسب است.

امروزه تقطیر و تبخیر به علت هزینه بالای عملیاتی با روش های تبادل یونی و اسموز معكوس جایگزین شده است. تقطیر نیاز به منبع حرارتی جهت تبخیر آب و نیز وسیله خنك كننده ای جهت تقطیر دارد كه هزینه بالایی را شامل می گردد.

هواگیری از آب دیگ بخار

علت اصلی خوردگی قطعات تحت فشار داخلی دیگ بخار، گازهای محلول موجود در آب تغذیه است. برای جلوگیری از خوردگی و حفظ لایه محافظ مغناطیسی سطوح داخلی دیگ بخار ،باید آب دیگ بخار در شرایط قلیایی و احیاكنندگی باشد.

برای اطمینان از حصول چنین شرایطی، باید تمام اكسیژن موجود در آب دیگ بخار خارج شود. این عمل با هواگیری فیزیكی در خارج دیگ بخار، تزریق مواد شیمیایی به آب دیگ بخار، یه هر دو فرآیند به طور هم زمان استفاده می شود.

این مطالب را هم ببینید:

نحوه محاسبه زیرآب ناپیوسته و مقایسه انواع زیرآب – بهینه سازی آب دیگ بخار

ناخالصی های رسوب زا در دیگ بخار – بهینه سازی آب دیگ بخار

آزمایش آب تغذیه و آب دیگ بخار – بهینه سازی آب دیگ بخار

منبع مطالب :كتاب تكنولوژی دیگ های بخار صنعتی تالیف David Gunn & Robert Horten و با ترجمه مهندس رفیعی پور کپی ممنوع !