يکي از آلودگيهاي مهم در کليه فعاليتهاي صنعتي و از جمله نيروگاههاي برق،‌فاضلابهاي صنعتي است که ضروري است بطور اصولي کنترل شوند تا علاوه بر جلوگيري از اثرات سوء آن، در مصرف منابع محدود آبي کشور نيز صرفه‌جويي شود. بطور کلي در صنايع و نيروگاههاي برق (که در اين مقاله نيروگاههاي بخاري مورد نظر است) با فرآيندهاي تکميلي، مي‌توان براحتي بخش عمده‌اي از فاضلاب توليد شده در نيروگاهها را به منظور استفاده مجدد در فرآيندهايي که نياز به آب دارند، برگردانده و به مصرف رسانيد. ضرورت استفاده از آب جبراني در سيکل آب و بخار و سيکل خنک‌کننده نيروگاههاي بخاري و بخصوص در نيروگاههايي که از برجهاي خنک‌کن‌تر استفاده مي‌کنند اين واحد صنعتي را جزء پرمصرف‌ترين صنايع از نظر مديريت منابع آبي قرار داده است. بر طبق آمارهاي موجود ميزان مصرف آب مورد نياز براي يک نيروگاه بخاري با برج خنک‌کن‌تر در هر مگاوات معادل 2 تا 3 متر مکعب‌بر ساعت تخمين زده شده است که اين روند مصرف آب و توليد فاضلاب با توجه به رشد سريع توليد برق در کشور به شدت رو به افزايش است.
از اين رو با بازيابي فاضلاب نيروگاه مي‌توان تا حدي بالا بودن مصرف آب کل نيروگاه را جبران کرد. فاضلابهاي نيروگاهي فاضلابهاي صنعتي در يک نيروگاه بخاري عمدتاً از نظر کيفي به چهار دسته فاضلابهاي نمکي شامل انواع نمکهاي محلول، فاضلابهاي سمي (در موارد شستشوهاي شيميايي تجهيزات)‌شامل فلزات سنگين،‌ بازدارنده‌ها و دترجنتها، فاضلابهاي لجني شامل ذرات معلق ناشي از تخليه زلال‌سازها و شستشوي معکوس فيلترها و فاضلابهاي آلوده به سوخت و روغن تقسيم مي‌شود. فاضلابهاي نمکي اغلب محتوي ترکيبات سولفاتها، ‌سولفيت‌ها، نيتراتها، کلرورها،‌ فسفاتها، کربناتها، بي‌کربناتها و ... هستند.
اين فاضلابها از نظر شکل ظاهري شفاف بوده و بدون هيچگونه رنگ و طعم هستند ولي به دليل بالا بودن مقدار املاح محلول در آن قابل استفاده مجدد نبوده و يا جهت تخليه به محيط‌زيست مناسب نيستند. فاضلابهاي لجني شامل کليه مواد معلق و رسوبات موجود در درين زلال‌سازهاي بخش تصفيه مقدماتي آب و شستشوي معکوس فيلترهاي فيزيکي هستند. اين فاضلابها از نظر شکل ظاهري شفاف نبوده و تيره هستند و در مواردي به شکل لجن آب در فرآيندهاي مختلف توليد مي‌شوند که برخلاف گونه اول از املاح محلول کمتري برخوردار بوده ولي به دليل وجود ذرات معلق بالا در آن، قابل استفاده مجدد يا جهت تخليه به محيط‌زيست مناسب نيستند. فاضلابهاي سمي شامل فلزات سنگين از قبيل واناديم، نيکل، کرم،‌ کبالت، کادميم، آهن، مس و ترکيبات آلي بازدارنده و دترجنتهاي مورد مصرف در شستشوهاي شيميايي تجهيزات مختلف نيروگاه هستند.
اين فاضلابها هم تيره بوده و هم از املاح محلول بالايي برخوردار هستند که به دليل وجود مواد سمي، تخليه آنها به محيط زيست مجاز نيست. فاضلاب آلوده به سوخت تنها در نيروگاههاي با سوخت مايع توليد مي‌شود که قسمت عمده‌اي از آن ناشي از نشت تجهيزات از قبيل دستگاههاي منتقل‌کننده سوخت،‌پمپها و لوله‌هاي انتقال، نشت گرمکن‌هاي سوخت و غيره است. بخش ديگر توليد فاضلاب آلوده به سوخت به شستشوي محوطه تخليه سوخت تانکرها و مخازن مربوطه برمي‌گردد. اما اغلب،‌ مهمترين عامل توليد اين فاضلاب،‌ دريناژ منابع سوخت است که بسته به ميزان آب وارد شده به منابع،‌در ماه يک تا چند بار تخليه مي‌شود.
آب ورودي به اين تانکها در اکثر موارد مربوط به نشتي کويلهاي بخار در منابع است و معمولاً‌جهت جداسازي از به هدر رفتن مقادير قابل توجه سوخت، از تله سوخت استفاده مي‌شود. تله سوخت با استفاده از اختلاف دانسيته سوخت و آب، سوخت را از آب جدا کرده و مجدداً به منابع باز مي‌گرداند. حجم اين فاضلاب‌ها کم بوده و جزء دسته فاضلابهاي آلوده به روغن بشمار مي‌روند. فاضلاب آلوده به روغن معمولاً‌از تجهيزاتي که به نوعي با روغن (يا به عنوان عامل خنک‌کننده و يا عامل روان‌کننده) سروکار دارند نشت کرده و از طريق شستشو و يا عوامل ديگر با آب مخلوط شده و جاري مي‌شود. حجم اين گونه فاضلابها در نيروگاهها بالا نبوده و بعضاً در مواردي با استفاده از سيستم جداساز ثقلي آب و روغن تصفيه مي‌شوند.
بصورت کلي و خلاصه عناوين فاضلابهاي صنعتي در يک نيروگاه بخار عبارتند از:
? فاضلاب درين زلال‌سازها
? فاضلاب شستشوي معکوس فيلترهاي فيزيکي
? فاضلاب احيا مبدلهاي يوني (در تصفيه‌خانه آب خام و تصفيه خانه ميان راهي سيکل آب و بخار)
? فاضلاب پس زد مدولهاي اسمز معکوس
? فاضلاب بلودان تبخير‌کننده‌ها
? فاضلاب برجهاي خنک‌کننده‌ تر
? فاضلاب آلوده به سوخت و روغن
? فاضلاب شستشوي محوطه سالنها و کارگاهها آماده‌سازي و تصفيه فاضلاب با توجه به گستردگي ترکيبات فاضلابهاي نيروگاهي نسبت به فاضلاب‌هاي بهداشت،‌روشهاي تصفيه آن نيز به همان ميزان گسترده است. در تصفيه فاضلابهاي بهداشتي يا شهري معمولاً‌ مواد آلي، COD BOD و مواد معلق و کلوئيدي از مهمترين پارامترهاي طراحي و بهره‌برداري محسوب مي‌شوند، در حالي که با وجود پارامترها و ترکيباتي چون فلزات سنگين، روغن و گريس و موادشناور، ترکيبات محلول و تنوع مشخصه‌ها در فاضلاب‌هاي نيروگاهي که تعيين‌کننده بوده و انتخاب و طراحي سيستم را از حالت کليشه‌اي خارج مي‌کند، لازم است براي هر مورد خاص طرح مناسب براي همان مورد در نظر گرفته شود و طراحي‌ها صورت پذيرند.
تصفيه فاضلابهاي لجني به روش ته‌نشيني در اين نوع تصفيه که از نوع ته‌نشيني مجزا يا منفرد است قوانين سقوط ذرات از معادله استوکس تبعيت مي‌کند. اين حوضچه‌ها معمولاً‌به اشکالي با سطوح مقاطع مستطيلي و دايره‌اي ساخته مي‌شوند. اصول و مبناي طراحي در اين حوضچه‌ها به نوع ذرات معلق محتوي فاضلاب و ميزان راندمان ته‌نشيني وابسته است به عبارت ديگر با مشخص کردن بار سطحي ذرات و زمان ماند فاضلاب در اين حوضچه‌ها که تابع عوامل نوع ذره و ميزان راندمان ته‌نشيني ذرات است سطح و عمق حوضچه محاسبه و مشخص مي‌شود.
در اين بخش، ذرات قابل ته‌نشين در اين حوضچه‌ها جدا شده و ذرات غيرقابل ته‌نشيني به همراه فاضلابهاي سمي و کدر به روش انعقاد و لخته‌سازي تصفيه مي‌شوند. تصفيه فاضلابهاي آلوده به سوخت و روغن معمولاً براي حذف سوخت و روغن از فاضلابهاي آلوده به اين مواد در نيروگاهها و ديگر صنايع از حوضچه‌هاي چربي‌گير يا حوضچه‌هاي شناورسازي استفاده مي‌کنند. اين جداکننده‌ها داراي انواع مختلفي در صنعت است. ساده‌ترين و پرمصرف‌ترين نوع آن استفاده از جداکننده‌هاي API (انستيتو نفت آمريکا) است. جهت بالا بردن راندمان حذف ذرات روغن از جداکننده‌هاي با صفحات مورب استفاده مي‌کنند. اين سيستمها به دليل استفاده از صفحات مورب در منطقه جداسازي و ايجاد سطح تماس بيشتر از راندمان بهتري برخوردار هستند.
نوع ديگر اين سيستمها استفاده از جداکننده‌هاي با تزريق هواي فشرده هستند که به دليل ايجاد کمک به صعود ذرات روغن به سمت بالا راندمان عمل جداسازي افزايش مي‌يابد. آب تصفيه شده از اين سيستم (جداسازي روغن و سوخت) به منظور انجام مراحل بعدي تصفيه به همراه فاضلابهاي سمي و کدر به سيستم انعقاد ولخته‌سازي هدايت مي‌شود. تصفيه فاضلابهاي سمي و کدر به روش انعقاد و لخته‌سازي استفاده از روشهاي فيزيکي و شيميايي (انعقاد و لخته‌سازي)از ديرباز در مباحث تصفيه فاضلابهاي صنعتي و آب خام مطرح بوده است. وجود ذرات معلق و ترکيبات فلزات سنگين در اين دسته از فاضلابها ضرورت استفاده از روشهاي انعقاد و لخته‌سازي و ترسيب شيميايي را مشخص مي‌کنند.
اين فرآيند متشکل از چندين واحد است که به ترتيب عبارتند از: واحد تنظيم PH، واحد اختلاط سريع،‌واحد لخته‌سازي، واحد ته‌نشيني، واحد تغليظ لجن،‌واحد آبگيري از لجن،‌واحد فيلتراسيون و واحد خنثي‌سازي. در صورتي که فاضلاب ورودي به اين فرآيند از نظر کيفي و کمي داراي تغييرات زيادي باشد استفاده از يک واحد متعادل‌ساز جريان فاضلاب قبل از ورود به فرآيند مورد نياز است. آب تصفيه شده در اين سيستم کاملاً شفاف بوده و مشکل اصلي آن نمکهاي محلول در آن است. دياگرام جمع‌آوري فاضلابهاي نيروگاه به منظور بازيابي فاضلاب خروجي از واحد انعقاد و لخته‌سازي،‌فاضلاب احياي مبدل‌هاي يوني، واحد اسمز معکوس و تبخير‌کننده‌ها در تصفيه‌خانه آب خام نيروگاه جزء فاضلاب نمکي بوده و مشکل اصلي آنها وجود املاح بالا در آنها است اين فاضلاب تقريباً شفاف بوده و از کدورت پاييني برخوردار است. يکي از روشهاي متداول، جهت حذف آلاينده‌هاي محلول در فاضلاب، تبخير فاضلاب و تقطير آن است.
تبخير فاضلاب در نيروگاهها که معمولاً حجم آن نيز کم نيست از طريق تبخير طبيعي و تبخير دستگاهي قابل انجام است. آب تصفيه شده از فاضلاب آلوده به سوخت و روغن به همراه آب سريز واحد ته‌نشيني و فاضلاب سمي و کدر نيروگاه به واحد انعقاد و لخته‌سازي و ترسيب شيميايي وارد مي‌شود اين واحد همانطوري که در مباحث قبلي ذکر شده، از چندين واحد تشکيل شده است. آب زلال خروجي از اين واحد به همراه فاضلاب نمکي نيروگاه به واحد تبخير دستگاهي هدايت مي‌شود. در اين واحد پس از تغليظ در دستگاه تبخير‌کننده پساب به استخرهاي تبخير طبيعي هدايت مي‌شود.
لجن جمع‌آوري شده در اين سيستم به همراه لجن بخش ته‌نشيني و لجن خروجي از واحد انعقاد و لخته‌سازي به مراکز دفن هدايت مي‌شوند. آب مقطر خروجي از اين سيستم نيز جهت استفاده مجدد و تامين آب جبراني سيکل آب و بخار به تصفيه‌خانه آب مرکزي هدايت مي‌شود. سيستم‌هاي تبخير‌کننده جهت تغليظ پساب نمکي با توجه به کمبود منابع آبي و نياز نيروگاه‌ها به آب مقطر،‌مي‌توان با استفاده از سيستم‌هاي تبخيري،‌بخارات حاصل از سيستم‌هاي مذکور را تقطير کرده و آب مقطر حاصل را به مصرف‌ نيروگاه رسانيد. از طرف ديگر با وجود هزينه‌ بسيار بالاي توليد آب بي‌يون از آب خام و تفاوت اندک بين هزينه سرمايه‌گذاري سيستم‌هاي تبخيري و روش تبخير طبيعي، توليد آب مقطر از اين طريق مقرون به صرفه خواهد بود. سيستم مذکور شامل فرآيندهاي تبخير و تقطير است که مشابه سيستم‌هاي شيرين‌سازي آب دريا است. اساس فرآيندهاي تقطير در سه مرحله کاملاً‌جدا به شرح زير است:
1) ايجاد بخار با افزودن انرژي حرارتي به پساب
2) خارج کردن بخارات حاصله از محيط عملياتي
3) تقطير کردن بخارات مذکور عمليات تبخير و تقطير را در سيستم‌هاي مختلفي مي‌توان انجام داد،‌که ذيلاً‌به برخي از آنها اشاره مي‌شود و در نهايت سيستم منتخب معرفي مي‌شود. سيستم تبخيري ساده در سيستم مذکور، دو فرآيند اصلي تبخير و تقطير،‌در دو محفظه جداگانه به اجرا در مي‌آيند. آب ناخالص و يا پساب مورد نظر در محفظه اول،‌ تبخير شده و بخارات حاصل در محفظه دوم تقطير مي‌شوند. در داخل هر محفظه،‌يک سري لوله وجود دارد که در سيستم تبخيري،‌آب گرم و در سيستم تقطيري،‌آب سرد در آنها جريان دارد. در دو انتهاي هر سري از لوله‌ها،‌ بخش جمع‌آوري آب قرار دارد که ارتباط بين آب ورودي و خروجي از لوله‌ها را برقرار مي‌سازد. آب در داخل لوله‌هاي تبخير‌کننده با گرفتن حرارت بخاري که در داخل پوسته در جريان است، تبخير شده و بخارات موجود در پوسته،‌ مايع مي‌شوند،‌ بخارات توليدي وارد کندانسور شده ودر آنجا در اثر تماس با سطوح سرد لوله‌هاي کندانسور،‌مايع مي‌شوند و به عنوان محصول از سيستم خارج مي‌شوند.
جهت تامين آب لوله‌هاي کندانسور و صرفه‌جويي در ورود آب اضافي به سيستم،‌از پساب نمکي جهت سرد کردن بخارات کندانسور استفاده مي‌شود، آب خروجي نسبتاً‌گرم بوده و پس از خروج از کندانسور، به دو بخش تقسيم مي‌شود، بخشي وارد لوله‌هاي تبخيرکننده شده و بخشي ديگر تخليه مي‌شوند. آب ورودي به لوله‌هاي کندانسور و دستگاه تبخير‌کننده،‌ بايد شرايطي جهت عملکرد بهينه سيستم داشته باشد،‌از جمله اينکه، ميزان آن در حدي باشد که بتواند حرارت انتقالي از بخارات موجود در لوله‌هاي تبخيرکننده به جريان ورودي به کندانسور را جذب کند. در مورد سيستم تبخير‌کننده نيز آب ورودي بايد برابر مقدار بخار توليد شده بعلاوه مقدار خروجي از تبخيرکننده باشد.
در ضمن مقدار پساب تغليظ شده از دستگاه بايد بگونه‌اي باشد که غلظت املاح و ناخالصي‌هاي موجود در آن از حد اشباع بيشتر نشده تا از ايجاد رسوب در سيستم جلوگيري شود. سيستم تبخير چند مرحله‌اي در برخي موارد به منظور افزايش بازده و بهره‌وري دستگاه تبخير ساده،‌ مي‌توان با سري قراردادن چند تبخيرکننده مقدار مشخصي از بخار اوليه را چند برابر کرد که در اين صورت به منظور حصول اطمينان از انتقال حرارت، فشار در بخش‌هايي که بخار توليد مي‌شود متوالياً در مقادير کمتر نگاه داشته خواهد شد، بدين لحاظ،‌فشار داخل لوله‌هاي آخرين تبخير‌کننده، کمترين و در اولين تبخير‌کننده بيشترين مقدار خواهد بود. ‌تبخير‌کننده اول، همانند يک تبخير‌کننده ساده و يک‌مرحله‌اي عمل مي‌کند، انرژي حرارتي مورد نياز را از بخاري که دستگاه مولد بخار توليد مي‌کند، گرفته و آب داخل لوله‌ها است.
از اين رو با توجه به اين که بخار توليدي در داخل لوله‌ها درجه حرارتي برابر با درجه حرارت آب را دارند،‌ بنابراين درجه حرارت و فشار بخار توليدي در دومين تبخير کننده پايين‌تر از بخار توليدي در اولين تبخير‌کننده است، به همين ترتيب، بخار توليدي در تبخير‌کننده دوم، وارد پوسته تبخيرکننده سوم شده و نهايتاً بخار خروجي از آخرين تبخيرکننده در کندانسور مايع مي‌شود. سيستم تبخير ناگهاني چند مرحله‌اي يکي ديگر از روش‌هاي اقتصادي که در سيستم‌هاي تقطير وجود دارد، روش تبخير ناگهاني است، بدين معني که با کاهش ناگهاني فشار مايعي که قبلاً حرارت ديده و درجه حرارتش به نقطه جوش رسيده است،‌تبخير صورت مي‌گيرد. آب تغذيه ورودي تحت فشار، تا حدي که بخار نشود حرارت ديده و سپس در ماکزيمم درجه حرارت مورد نظر، با کاهش فشار در چندين مرحله،‌مقداري بخار در هر مرحله توليد مي‌شود.
با کندانس کردن تمام اين بخارات،‌محصول مورد نظر حاصل مي‌شود. پساب مورد نظر،‌ وارد لوله‌هاي مرحله نهايي شده و توسط بخار موجود در مخزن تبخير ناگهاني که در زير لوله‌هاي کندانسور قرار دارد،‌گرم مي‌شود. آب خروجي از اين مرحله،‌به دو بخش تقسيم مي‌شود. بخشي بعنوان خنک‌کننده تخليه مي شود و بخشي ديگر پس از مخلوط شدن با پساب خروجي از پمپ به گردش درآورنده،‌وارد مرحله بعدي مي‌شود،‌پس از طي مراحل بعدي،‌آب وارد مبدل حرارتي مي‌شودکه در آن جا تا حد ماکزيمم گرم مي‌شود،‌حرارت مورد نياز مبدل نيز مانند مبدل‌هاي سيستم‌هاي قبل، از طريق منبع بخار خارجي تامين مي‌شود. فشار پساب داغ با عبور از اريفيس کاهش يافته و به صورت اشباع واردمخزن تبخير ناگهاني مي‌شود. با کاهش فشار، ‌پساب سرد شده و همزمان مقداري بخار توليد شده و وارد پوسته کندانسور مي‌شود و با انتقال حرارت ميان پوسته و لوله‌ها،‌تقطير صورت مي‌گيرد ميعانات در قسمت زيرين پوسته کندانسور جمع شده و از طريق يک اريفيس وارد پوسته کندانسور بعدي مي‌شوند. بخشي از پساب داعي که بخار نشده است نيز وارد مخزن تبخير ناگهاني مرحله بعدي مي‌شود که مجدداً‌ فرآيند توليد و تقطير بخار تکرار مي‌شود،‌ ميعانات تشکيل شده و پساب داغ در مراحل بعدي که به صورت سري هستند جداگانه جريان داشته و با گذشت هر يک از مراحل،‌مقدار جريان ميعانات بيشتر شده و جريان پساب کاهش مي‌يابد. خروجي مرحله آخر دو جريان است:
1) ميعانات که همان محصول سيستم هستند
2) بخشي از پساب که از طريق پمپ خارج مي‌شود. سيستم تبخير و تقطير بخار فشرده در سيستم مذکور با استفاده از کمپرسور،‌گرماي نهان تبخير از قسمت تبخير سطوح انتقال حرارت به قسمت کندانسه آن سطوح منتقل مي‌شود و عملکرد آن برخلاف سيستم‌هاي قبل، که اساس آن تنزل تدريجي انرژي گرمايي از درجه حرارت بالا به درجه حرارت پايين است، طرح‌ريزي شده است. در فرآيند مورد نظر، بخار توليدي از آب، تا حدي فشرده مي‌شود که از کندانس شدن آن،‌حرارت مورد نياز جهت توليد بخار اضافي از همان آب بدست آيد. فرآيند اصلي شامل بخار شدن، جدا کردن بخارات از مايع و تقطير بخارات حاصله،‌ بوضوح مشخص است. يک مبدل حرارتي نيز،‌به منظور گرم کردن ورودي از طريق سردکردن پساب خروجي و محصول وجود دارد. انتخاب روش بهينه با مقايسه و بررسي اجمالي سيستم‌هاي شرح داده شده، نکات زير استخراج مي‌شوند:
1) سيستم تبخير يک مرحله‌اي:
در شرايطي کارآمد است که ظرفيت پساب مورد نظر کم باشد همچنين بخار فراوان و ارزان در دسترس باشد و از نظر تامين آب خنک‌کن مشکلي وجود نداشته باشد. اين روش بخصوص در مواردي بکار مي‌رود که از بخار استفاده ديگري نتوان کرد.
2) سيستم تبخير چند مرحله‌اي:
با بکارگيري اين سيستم در انرژي گرمايي صرفه‌جويي مي‌شود،‌از اين رو هزينه سرمايه‌گذاري در اين سيستم بالاتر است،‌البته ميزان آب خنک مصرفي در حدود سه برابر محصول است.
3) سيستم تبخير ناگهاني چند مرحله‌اي:
ميزان آب خنک‌کن اين سيستم در حدود 7 تا 8 برابر محصول بوده واگر دسترسي به آب خنک‌کن کافي ميسر نباشد، بايد با سرمايه‌گذاري گزافي از برج‌هاي خنک‌کن خشک استفاده شود که سبب محدوديت در کاربري سيستم مي‌شود.
4) سيستم تبخير و تقطيري بخار فشرده:
در اين سيستم نيازي به آب خنک و بخار منبع خارجي نيست و از آنجا که پارامترهاي طراحي اين سيستم مانع از تغليظ کافي پساب نمي‌شوند،‌اين سيستم هم از نظر استفاده از آب خنک‌کن و هم از جهت تغليظ تا حداکثر درصد مورد نظر، بهينه است. در اين روش حداکثر تا ده برابر مي‌توان پساب را تغليظ کرد و باقيمانده پساب را که 10 درصد حجم اوليه را دارد، در حوضچه‌هاي تبخيري جهت تکميل فرآيند تبخير وارد مي‌کند. در ادامه با توجه به مزاياي سيستم تبخير و تقطير بخار فشرده و نحوه عملکرد آن، سيستم تبخير‌کننده با استفاده از تراکم مجدد بخار معرفي مي‌شود. اين فرآيند توسط نرم‌افزار Hysys شبيه‌سازي شده و قابل پياده‌سازي است.
فرايند مذکور 4 مرحله اصلي شامل:
1) حرارت دادن پساب
2) دو فاز شدن
3) جداسازي فاز مايع و بخار
4) کمپرس کردن بخار توليد شده، را دنبال مي‌کند. به منظور جلوگيري از مصرف انرژي اضافي در سيستم و در نتيجه استفاده بهينه از انرژي‌هاي موجود از اصول تکنولوژي پينچ مي‌توان بهره گرفت. تکنولوژي پينچ، روش‌هاي اصولي جهت استفاده بهينه و يا استفاده مجدد از انرژي‌هاي موجود بين پروسه‌هاي يک فرآيند صنعتي را پيشنهاد مي‌کند که اين روش‌ها بر اساس قوانين اول و دوم ترموديناميک هستند و از طريق آنها مي‌توان نقاط تقاطع رژيمهاي جريان سرد و گرم يک سيستم (به عنوان نمونه مبدل حرارتي) را مشخص و مرتفع کرد. در يک مبدل حرارتي با هدف کاهش دماي گرم در صورتي که دماي جريان سرد از حد مورد نياز پايين‌تر باشد و يا بالعکس جهت افزايش دماي جريان سرد، دماي جريان گرم ازحد مورد نياز بالاتر باشد، به منظور حفظ راندمان و کاهش اختلاف دمايي دو جريان مذکور،‌ مي‌توان بااستفاده از تکنولوژي پينچ،‌نقطه پينچ مبدل ( که در آن اختلاف درجه حرارت بين دو جريان حداقل است) ‌را محاسبه کرد.
در واقع در اين حالت حداقل مقدار انرژي لازم و يا حداقل اختلاف پتانسيل بين دو جريان،‌جهت انتقال حرارت تامين مي‌شود که با بازيابي حرارتي ماکزيمم در مبدل، مي‌توان به هدف اصلي و اوليه آناليز پينچ دست يافت. بدين ترتيب مي‌توان 40-15 درصد در هزينه‌هاي مصرف انرژي يک فرايند و 15-5 درصد در هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري اوليه، صرفه‌جويي کرد. با توجه به اين مطالب و همچنين افزايش راندمان توليد محصول،‌موارد زير در طراحي سيستم در نظر گرفته مي‌شود.
الف) در کل فرآيند از مبدل‌هاي حرارتي به جاي گرم‌کن‌ها و خنک‌کن‌ها استفاده مي‌شود که در اين صورت از مصرف انرژي اضافي جلوگيري بعمل مي‌آيد. با توجه به اصول تکنولوژي پينچ،‌دو مبدل اول،‌در ابتداي فرآيند، به منظور گرم کردن خوراک پيش از ورود به مبدل اصلي، تعبيه شده‌اند بگونه‌اي که از انرژي گرمايي موجود در محصول و پساب تغليظ شده، استفاده شده و در نتيجه از مصرف انرژي اضافي در گرم‌کن‌ها و خنک‌کن‌ها صرفه‌جويي مي‌شود.
ب) بازگرداندن بخشي از جريان مايع خروجي از برج جداکننده و اختلاط آن با خوراک پيش از ورود به مبدل اصلي، سبب افزايش راندمان جداسازي در سيستم مي‌شود. به منظور راه‌اندازي و شروع به کار فرآيند به يک جريان بخار راه‌اندازي نياز است که با گذشت زمان و افزايش بخار توليدي در فرآيند، مقدار آن کاهش يافته و به صفر مي‌رسد.
فرآيند مذکور در مقياس پايلوت و با جريان خوراک 450 ليتر در ساعت، طراحي و اجرا شده است که در ادامه تشريح مي‌شود. پساب نمکي با دماي 20 درجه سانتي‌گراد و فشار اتمسفر يک به ميزان 450 ليتر در ساعت وارد پوسته مبدل اول مي‌شود. در لوله‌هاي اين مبدل مايع خروجي از مبدل اصلي فرآيند که در واقع همان ميعان بخار راه‌اندازي است، جريان دارد که پس از شروع به کار سيستم جريان موجود در لوله‌ها، همان محصول نهايي سيستم خواهد شد که با دماي 92 درجه سانتي‌گراد وارد لوله‌ها شده و پس از انتقال حرارت به پساب موجود در پوسته، با دماي 50 درجه سانتي‌گراد از مبدل خارج مي‌شود. پساب پس از افزايش دما تا 53 درجه سانتي‌گراد وارد پوسته مبدل دوم مي‌شود و حرارت لازم را براي افزايش درجه حرارت از گرماي پساب غليظ شده موجد در لوله‌ها (با دماي 100 درجه سانتي‌گراد)‌گرفته و در درجه حرارت حدود 62 درجه سانتي‌گراد از مبدل خارج مي‌شود.
اين امر همانطور که در قبل نيز اشاره شد مصداق ديگري از استفاده بهينه از انرژي است که با بازگشت جزيي از جريان خروجي از برج جداکننده (جريان پساب غليظ‌شده)‌ از هدر رفتن حرارت وانرژي موجود دراين جريان جلوگيري بعمل مي‌آيد. پساب پس از اختلاط با جزء ديگر جريان خروجي از برج جداکننده که توسط پمپ سيرکولاسيون در گردش است وارد مبدل اصلي فرآيند مي‌شود که پس ازجذب حرارت لازم و رسيدن به مرحله دو فازي با دماي حدود 100 درجه سانتي‌گراد وارد برج جداکننده مي‌شود که جريان خروجي از بالاي برج در فاز بخار و جريان خروجي از پايين برج بصورت مايع (پساب غليظ شده) است. به منظور افزايش انرژي حرارتي بخارات خروجي از برج جداکننده و در نتيجه افزايش بهره‌وري مبدل اصلي از کمپرسوري استفاده مي‌شود که جرياني با فشاري در حدود kp216 و با دماي 220 درجه سانتي‌گراد تامين مي‌کند. جريان مذکور وارد لوله‌هاي مبدل اصلي شده که پس از انتقال حرارت و رسيدن به دماي 91 درجه سانتي‌گراد از طريق يک شير فشار‌شکن به فشار اتمسفريک رسيده و وارد مبدل اول مي‌شود که اين جريان پس از گذر از مبدل اول با دماي 50 درجه سانتي‌گراد بعنوان محصول از سيستم خارج مي‌شود. پساب تغليظ شده نيز با دماي 56 درجه سانتي‌گراد و در فشار اتمسفريک از مبدل دوم خارج شده و به سمت استخرهاي تبخيري هدايت مي‌شود.
نتيجه‌گيري:
با توجه به مطالب ذکر شده در مباحث پيشين و اهميت برگشت و استفاده مجدداز فاضلاب نيروگاهها لزوم استفاده از فرايند بازيابي وتوليد آب مقطر از فاضلاب نيروگاه مشخص مي‌شود. همانطور که در اين فرآيند مشاهده مي‌شود حدود 80 درصد از فاضلاب ورودي به اين فرآيند به محصول آب مقطر تبديل مي‌شود و تنها 20 درصد آن به عنوان فاضلاب تغليظ شده از فرآيند خارج مي‌شود که به دليل عدم انطباق شاخصهاي کيفي پساب تغليظ شده با استانداردهاي ملي سازمان حفاظت محيط‌‌زيست ايران به منظور تخليه به محيط‌زيست لازم است که اين پساب به استخرهاي تبخير طبيعي هدايت شود. حال اگر به عنوان نمونه يک نيروگاه MW4×250 با سيستم برج خنک‌کننده‌تر را در نظر بگيريم بطور تقريبي در حدود 2500 متر مکعب بر ساعت آب خام مصرف مي‌شود که در حدود 900 متر مکعب بر ساعت طي فرآيندهاي مختلف به فاضلاب نمکي تبديل مي‌شود. باورود اين حجم فاضلاب به فرآيند بازيابي، در حدود 700 متر مکعب بر ساعت آب مقطر توليد مي‌شود که مابقي آن به دليل وجود املاح بسيار بالا به استخرهاي تبخير طبيعي تخليه و رسوبات جمع‌آوري مي‌شود. در کل مزاياي بکارگيري فرآيند بازيابي فاضلاب نيروگاه با استفاده از تبخير‌کننده‌ با تراکم مجدد بخار را مي‌توان به شرح زير اعلام کرد.
1) جلوگيري از تخليه فاضلابهاي مختلف نيروگاه به محيط‌زيست
2) توليد آب مقطر به منظور تامين بخشي از آب مصرفي نيروگاه
3) کاهش حجم فاضلاب نمکي ورودي به استخر تبخير طبيعي و در نتيجه صرفه‌جويي اقتصادي در احداث آن
4) صرفه‌جويي در برداشت منابع آبي کشور
مهندس اميرسهرابي کاشاني
مهندس روشنک رياضي

منبع:https://www.aftab.ir/