پیشگفتار

 

با وجود بهره‌مندی کشور ایران از اقلیم و جغرافیای متنوع، به طور کلی می‌توان ایران را جزو مناطق خشک و کم باران در نظر گرفت. میانگین بارندگی کشور در حدود 250 میلیمتر در سال، یعنی کمتر از یک سوم میانگین جهانی است. با این حال در طول تاریخ، ایرانیان در مقابله با محدودیت‌های طبیعی موفق بوده‌اند و ایجاد یکی از قدیمی‌ترین تمدن‌های جهان و ادامه زندگی برای هزاران سال در منطقه‌ای غالباً خشک و نیمه‌خشک با دسترسی محدود به منابع آب از موفقیت‌های آن‌هاست.

 

از طرف دیگر، در سال‌های اخیر، رشد سریع جمعیت، رشد کشاورزی به منظور پاسخ گویی به نیاز جمعیتی، توسعه‌ی قابل ملاحظه‌ی صنعتی و توجه کم به مسائل زیست محیطی سبب بروز مشکلاتی از جهت کاهش ذخایر آبی کشور شده‌ است به طوری که امروزه بحران کم آبی و چشم انداز نه چندان امیدوار کننده‌ از آینده‌ی آبی کشور بر کسی پوشیده نیست. نشانه‌های این وضعیت، خشک‌ شدن دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و تالاب‌ها، کاهش سطح آب‌های زیرزمینی، فرونشست زمین، تخریب کیفیت آب، فرسایش خاک، بیابان‌زایی و طوفان‌های گرد و غبار است. بحران آب نه تنها بر روی عواملی که مستقیماً در ارتباط با نیاز منابع آبی مانند بهداشت و کشاورزی هستند تأثیر دارد بلکه به طور غیر مستقیم نیز سبب بروز مشکلات زیست محیطی، کاهش رفاه اجتماعی، افزایش مهاجرت‌های احتمالی و معضل بیکاری می‌شود. در نتیجه، مقولهی رفع این مشکلات و پیشگیری از معضلات پیش رو می‌بایست در دستور کار همه‌ی بخش‌های جامعه قرار گیرد.

 

 

از بین بخشهای مصرف کنندهی آب در حدود 6% از مصرف آب کشور به بخش صنعت اختصاص دارد و با توجه به تمرکز بیشتر صنایع در فلات مرکزی و بخش کم آب کشور، بهینه‌سازی مصرف آب صنایع می‌تواند گامی مؤثر در کاهش مصرف آب باشد. به همین منظور نیز صنایع مختلف منجمله صنعت فولاد درصدد کاهش مصارف آب خود برآمده‌اند و در طرح‌های جدید اقدامات مؤثری در این زمینه انجام گرفته که بخشی از آنها در عمل نیز به نتایج امیدوار کننده‌ای رسیده‌اند.

 

یکي از شرکت طراح و مشاور واحدهای احیای مستقیم، مطالعات و اقداماتی را در جهت کاهش مصرف آب این واحدها انجام داده‌است که از جمله‌ی آنها استفاده از مبدل‌های حرارتی هواخنک و طراحی سیکل گردش آب فرآیند با استفاده از این تجهیز می‌باشد. این سیستم نه تنها می‌تواند در واحدهای جدید جایگزین بخش قابل توجهی از ظرفیت خنک کنندگی برج‌های خنک کن باشد بلکه جهت کاهش مصرف آب در واحدهای درحال بهره برداری نیز به طور مجزا و بدون ایجاد اختلال در روند تولید کارخانه قابل اجرا می‌باشد.

 

اهداف پروژه

 

طی جلسات با کارشناسان مجتمع راههای متعددی برای کاهش مصرف آب در واحد احیای در دست ساختپیشنهاد شد و مورد بحث و بررسی قرار گرفت. از مهمترین سرفصلهای پیشنهاد شده در جلسات و مباحثات میتوان استفاده همزمان ازسیستمهای هواخنک و برج خنك كن به صورت سری، سیستمهای هیبریدی، استفاده از سیکل آب تمیز برای خنک کاری آب پروسس و ارسال این آب تمیز به سیستم هواخنک را نام برد.

 

در این مدت تلاش شد که ضمن بررسی تمامی موارد مورد بحث در جلسات و مذاکرات، به طور خاص و با توجه به شرایط اقلیمی و موارد کیفی آب مصرفی واحدهای احیا، کارآمدترین روش منطبق بر نیازمندیهای آن مجتمع شناسایی و راهکارهای مؤثر و اقتصادی مناسب در این زمینه را ارائه نمایند.

 

پس از انجام محاسبات متعدد و بررسی جزئیات سناریوهای ممکن توسط کارشناسان شرکت مشاور ، جمع بندی این شرکت در قالب پیشنهاد فنی نصب یک سیستم هواخنک (Air Cooler) ارائه شد. اساس پیشنهاد مذکور مبتنی بر کاهش چشمگیر مصرف و بهبود کیفیت آب در گردش به طور همزمان بوده است.

 

در این طرح استفاده از سیستم هواخنک توصیه شده و با محاسبات انجام شده، کیفیت آب در گردش در سیستم فرایندی واحد احیا کاملا متحول شده و بدون نگرانی از مشکلات ترسیب و خوردگی ناشی از غلظت بالای املاح و مواد معلق موجود در آب فرایند، این آب وارد سیستم هواخنک شده و از مزایای کاهش مصرف آب پلنت خصوصا در فصل زمستان و برخی روزهای بهار و پاییز بهره برد.

 

 

 

بخش فنی

​

شرح فرایند

 

در مدولهای موجود ، آب برگشتی از فرایند احیا پس از خروج از کلاریفایر وارد حوضچه آب داغ (Hot Water Basin) شده و بخشی از این آب گرم مجددا برای استفاده در فرایند به پلنت احیا ارسال می شود. اما قسمت عمده آن به شکل سرریز به حوضچۀ آب گرم (Warm Water Basin) میریزد. سپس این آب با پمپ به برج خنک کن فرستاده و تا دمای مورد نیاز سرد می شود. به این ترتیب که بخشی از آب گرم ارسالی به برج تبخیر شده و گرمای مورد نیاز برای تبخیر را از همان بدنۀ آب تأمین می نماید. در نتیجه مقدار باقیماندۀ آّب خنک می شود و در اثر این خنک کاری حجم قابل توجهی از آب در اثر تبخیر از دست می رود.

 

در سیستم جایگزین، آب گرم برگشتی از فرایند پس از عبور از یک سیستم فیلتراسیون وارد یک مبدل حرارتیهواخنک میشود و با دفع بخشی از بار حرارتی خود به هوای محیط، با دمای پایینتری به سمت برج خنک كن هدایتمیگردد. این امر موجب میشود با تبخیر مقدار کمتری آب در برج خنک کن، دمای مورد نیاز فرایند تأمین شود.

 

در این سیستم آب از حوضچه آب داغ توسط پمپهایی مکیده شده و پس از عبور از فیلترهای شنی به یک مبدلحرارتی هواخنک منتقل میشود. فیلترهای مذکور مقدار قابل توجهی از مواد معلق را از آب جدا نموده و به این ترتیب آب با جامدات کمتری وارد سیستم مبدل هواخنک می شود. در ماه های سرد سال، آب خروجی از مبدل هواخنک به اندازه کافی سرد شده و نیاز به فرستادن به برج خنک کن نیست. بنابراین در این شرایط میزان هدررفت آب به دلیل تبخیر به صفر می رسد. در روزهای گرمترج برای رسیدن به دمای آب سرد مورد نیاز فرایند، باید برای دفع باقیمانده انرژی اضافی آب آن را به برج خنک كن فرستاد و پس از کاهش دما در اثر تبخیر بخشی از آب، مجددا به فرایند احیا ارسال نمود.

 

استفاده از این مبدل هواخنک سبب میشود میزان تبخیر آب در برج خنک كن کمتر شود و شدت تغلیظ املاح موجود در آب کاهش یابد و کیفیت آبی که از این طریق در سیستم در گردش است نسبت به شرایط قبلی بهبود یابد.

 

اثرات اجرای طرح و بازدهی آن

 

با در نظر گرفتن مزایای نسبی مبدلهای هواخنک نسبت به سایر سیستمهای بررسی شده و امکان استفاده از ترکیب برجهای خنک كن و سیستم هواخنک به صورت سری، تمرکز بیشتری بر روی این آرایش به عمل آمد و با توجه به اختلاف دمای 10 درجهای بین حداکثر دمای محیط و دمای آب برگشتی مدولهای احیا، گزینه تجهیز هواخنک برای دماهای مختلف هوای محیط و دمای آب خروجی از سیستم هواخنک بررسی و نتایج با هم مقایسه شدند و در نهایت شرایطی از دمای هوا و آب خروجی از سیستم هواخنک، که طی آن در اکثر ماههای سال صرفهجویی قابل توجه و نتایج مطلوبی حاصل میشود ، تعیین شد. با فرضیات در نظر گرفته شده و بهینه سازی طراحی، به طور متوسط در طول سال بار حرارتی دفع شده در مبدل هواخنک در حدود 50 درصد از کل بار حرارتی درنظر گرفته شد.

 

در یک دیدگاه کلی با راه اندازی سیستم مبدل هواخنک، میزان تبخیر آب در برج خنک کن کاهش می یابد و علاوه بر اینکه سیکل تغلیظ را میتوان کاهش داد، کیفیت آب در گردش هم بهتر خواهد شد. این اثر بهبود کیفیت تا آنجا پیش خواهد رفت که در دماهای کمتر از 14-13 درجه سلسیوس میزان تبخیر در برج خنک کن صفر خواهد شد و آبی که در اسکرابر top gas به عنوان آب اضافی حاصل از واکنشهای احیا ، کندانس میشود، به مرور زمان کیفیت آب در گردش را بهبود میبخشد. این اثر بهبود کیفیت حتی در ماههای فروردین و آبان نیز که دمای هوا در ساعات شبانه به کمتر از دمای ذکر شده میرسد وجود خواهد داشت.

 

میزان مصرف برق

 

برای مبدل هواخنکی که در مسیر آب برگشتی فرایند به برج خنک کن قرار میگیرد میزان مصرف برق در حدود یک مگاوات است. همچنین سه پمپ اصلی و یک پمپ رزرو برای انتقال آب از حوضچه آب داغ به این تجهیز پیش بینی شد.

 

در صورت تعبیه این دو سیستم، در دماهای کمتر از 10 درجه سلسیوس، دمای آب سیستم به دمای مطلوب آب سرد فرایند خواهد رسید و در صورت لزوم با هر درجه کاهش دما میتوان تعداد مناسبی از فنها را خاموش نمود و مصرف برق سیستم را کاهش داد.

 

در ادامه اين گزارش نمونه عملي از پروژه اي كه در همين زميني در مجتمع صنايع چادرملو اجرا شده است را با ذكر جزئيات ملاحظه خواهيد نمود :

دانلود فایل PDF گزارش نمونه عملی

 

 

_____________________________________________________

تهيه و تدوين توسط :

كميته صنعت ، معدن و تجارت كانون

با همكاري : آقاي مهندس محمود نوريان ، مدير عامل اسبق و عضو هيات مديره صنايع فولاد چادرملو

زمستان : ١٤٠٠