कोयला-रसायन उद्योग में ऊर्जा एवं जल-संरक्षण हेतु नई प्रगति: हुबेई झोंगशेंग शेयर्स की “बंद-प्रकार की वायु-शीतलन/चक्रीय शीतलन-जल प्रणाली””

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1. अनुप्रयोग की पृष्ठभूमि: वर्ष 2012 में “राज्य परिषद द्वारा जल संसाधनों के प्रबंधन हेतु सबसे कड़े नियमों के लागू करने संबंधी दिशानिर्देश” में, विभिन्न उद्योगों के विकास हेतु जल संसाधनों के उपयोग की मात्रा एवं दक्षता को महत्वपूर्ण स्थान दिया गया। **बारहवीं पंचवर्षीय योजना में कोयला-रसायन उद्योग के लिए जल-उपभोग संबंधी मानक स्पष्ट रूप से निर्धारित किए गए हैं; प्रति टन मानक कोयले के लिए जल-उपभोग 3 टन से अध वर्तमान में, देश की कोयला-रसायन उद्योग कंपनियों में प्रति टन मानक कोयले के लिए पानी की खपत औसतन 5 टन से कम नहीं है। कोयला-रसायन उद्योगों में विभिन्न इकाइयों द्वारा उपयोग होने वाले पानी के आंकड़ों का विश्लेषण करने पर पता चलता है कि चक्रीय शीतलन जल प्रणाली, सबसे अधिक पानी खपत करने वाली प्रणाली है; यह कुल पानी की खपत का लगभग 60% हिस्सा है। इसमें मुख्य रूप से “खुली चक्रीय शीतलन जल प्रणाली” का ही उपयोग किया जाता है। इस विधि से शीतलन अच्छी तरह होता है, लेकिन इसके लिए बहुत अधिक मात्रा में पानी की आवश्यकता होती है। पश्चिमी क्षेत्रों के विकास में तेजी आने के साथ, उत्तर-पश्चिमी क्षेत्रों में भी कोयला-रसायन उद्योग संबंधी परियोजनाओं की संख्या बढ़ रही है; इसके कारण जल संसाधनों की मांग भी बढ़ती जा रही है। लेकिन उत्तर-पश्चिम क्षेत्र में जल संसाधनों की कमी है, इसलिए ओपन-टाइप कूलिंग टॉवरों का उपयोग करने पर लागत बहुत अधिक हो जाती है। दूसरी ओर, उत्तर-पश्चिम क्षेत्र में तापमान कम एवं हवा की गति अधिक होती है; ऐसी परिस्थितियों में एयर-कूलरों का उपयोग करके ही ठंडक प्राप्त की जा सकती है। चक्रीय शीतलन जल प्रणालियों में जल-बचत संबंधी तकनीकों का अध्ययन, कोयला-रसायन उद्योग की “बारहवीं योजना” में निर्धारित जल-उपयोग संबंधी लक्ष्यों को पूरा करने हेतु एक महत्वपूर्ण दिशा है। उचित तरीके से पानी का उपयोग करना एवं पानी की बचत करना, कोयला-रसायन उद्योगों में ऊर्जा की बचत, खपत में कमी एवं उत्पादकता में वृद्धि हेतु एक महत्वपूर्ण कार्य है। साथ ही, जल-संरक्षण, जल-संसाधनों की कमी को कम करने एवं राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के सतत विकास को सुनिश्चित करने हेतु अत्यंत महत्वपूर्ण है। चीन की जल-संरक्षण संबंधी नीतियों में कहा गया है कि “जल की बचत एवं इसका कुशल उपयोग, जल संसाधनों की कमी एवं मांग के बीच के तनाव को कम करने का मूल तरीका है।” जल संरक्षण का मूल उद्देश्य, जल के उपयोग की दक्षता एवं प्रभावशीलता में सुधार करना है। **पानी का संचयन अवश्य करें। वैज्ञानिक विकास दृष्टिकोण का पालन करते हुए, जल-संरक्षण को और अधिक महत्व देना आवश्यक है। **जल-बचत हेतु नई तकनीकों, नए विधियों एवं उन्नत उपकरणों के अनुसंधान, विकास एवं उपयोग को प्रोत्साहित किया जाना चाहिए। और इस योजना में स्पष्ट रूप से यह भी कहा गया है कि “कुशल पुनर्चक्रण शीतलन जल प्रसंस्करण तकनीकों का विकास किया जाए, एवं बंद-चक्र शीतलन तकनीकों को बढ़ावा दिया जाए।” 2. बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय शीतलन जल प्रणाली – **ऊर्जा एवं कार्बन उत्सर्जन कम करने संबंधी नीतियों के अनुरूप, एवं सूखे क्षेत्रों में अधिक पानी खपत करने वाले उद्योगों के विकास हेतु, हुबेई झोंगशेंग शेयर कंपनी लिमिटेड (पूर्व में वुहान झोंगशेंग एनर्जी; इसे आगे “हुबेई झोंगशेंग शेयर्स” कहा जाएगा) ने स्वयं ही ऐसी बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय शीतलन जल प्रणाली का विकास किया है। पारंपरिक “औद्योगिक चक्रीय शीतलन जल प्रणाली” के स्थान पर नवीन “बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय शीतलन जल प्रणाली” का उपयोग किया जाता है। इसी प्रकार, शीतलन टावरों के स्थान पर ऊर्जा-बचत वाले वायु-शीतलक या संयुक्त वायु-शीतलकों का उपयोग किया जाता है। ऐसी प्रणालियाँ न केवल विभिन्न प्रक्रियाओं हेतु आवश्यक तापमान बनाए रखने में सहायक होती हैं, बल्कि दीर्घकाल तक स्थिर रूप से कार्य भी करती हैं। इसके अलावा, ये प्रणालियाँ जल एवं ऊर्जा की बचत करती हैं, उत्सर्जन को कम करती हैं, प्रक्रिया-उपकरणों पर जमाव को कम करती हैं, एवं प्रक्रिया-उपकरणों की आयु को बढ़ाती हैं। बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय शीतलन जल प्रणाली, जल-शीतलन एवं वायु-शीतलन, साथ ही ऊष्मा-स्थानांतरण एवं पदार्थ-स्थानांतरण की प्रक्रियाओं को एक ही प्रणाली में एकीकृत करती है; यह एक नवीन, कुशल एवं ऊर्जा-बचत वाली चक्रीय शीतलन जल प्रणाली है। 2.1. प्रक्रिया संबंधी विशेषताएँ: बंद-प्रकार की वायु-शीतलन प्रणाली में, शीतलन हेतु नरम पानी या विलवण-मुक्त पानी का उपयोग किया जाता है। यह पानी, प्रक्रिया-संबंधी ऊष्मा-आदान उपकरणों से ऊष्मा अवशोषित करता है; तापमान बढ़ने के बाद, यह पानी ऊर्जा-बचत वाले वायु-शीतलकों या संयुक्त वायु-शीतलकों में जाता है (नीचे दिए गए चित्र देखें)। वहाँ पहले यह पानी “फिन-वाले ट्यूब” वाले भाग में जाकर प्रारंभिक रूप से ठंडा हो जाता है; इसके बाद यह “स्प्रे-ट्यूब” वाले भाग में जाता है, जहाँ बाहर की हवा एवं स्प्रे होने वाला पानी इससे और अधिक ऊष्मा अवशोषित कर लेता है। तापमान कम होने के बाद, यह पानी सर्कुलेशन पंप द्वारा दबाव प्राप्त करके प्रक्रिया-संबंधी ऊष्मा-आदान उपकरणों तक पहुँच जाता है। नरम पानी का उपयोग बंद-चक्र प्रणालियों में किया जाता है; यह बाहरी वायु के संपर्क में नहीं आता, एवं इसके माध्यम से ऊष्मा का अवशोषण एवं उत्सर्जन होता है। चूँकि बंद-लूप प्रणाली में पानी को नरम बनाने की प्रक्रिया या शुद्ध पानी की गुणवत्ता स्थिर रहती है, इसलिए लगभग कोई हानि नहीं होती; केवल सिस्टम के उपकरणों से होने वाले रिसाव के कारण होने वाली थोड़ी मात्रा में पानी की ही कमी पूरी की जाती है। ऊर्जा-बचत वाले वॉटर-मेम्ब्रेन टाइप के एयर कूलर, संयुक्त एयर कूलर – जब तापमान अधिक होता है, तो पंखे एवं स्प्रे पंप दोनों ही चालू हो जाते हैं। स्प्रे पंप, स्प्रे पानी को हीट एक्सचेंज ट्यूबों के ऊपर स्थित स्प्रे पानी वितरण प्रणाली में भेजता है। यह स्प्रे पानी नीचे की ओर जाकर हीट एक्सचेंज ट्यूबों पर गिरता है; इससे ट्यूबों के बाहर एक समान जल-परत बन जाती है। यह जल-परत, ट्यूबों के अंदर की गर्मी को अवशोषित करती है, एवं फिर वायु में वाष्पित हो जाती है। जल के वाष्पीकरण हेतु आवश्यक ऊष्मा, जल के तापमान बढ़ाने हेतु आवश्यक ऊष्मा से अधिक होती है; इस कारण संपूर्ण ऊष्मा-हस्तांतरण प्रक्रिया में वृद्धि हो जाती है, एवं ऊष्मा-हस्तांतरण हेतु आव चूँकि वाष्पीकृत पानी हवा में मिल जाता है, इसलिए निकास बिंदु पर वाटर रिमूवर के द्वारा उसमें मौजूद पानी की बूँदें हटा दी जाती हैं; इसके बाद यह पानी फिन-ट्यूबों के माध्यम से वायुमंडल में छ अधिकांश स्प्रे पानी नीचे जाकर वॉटर टैंक में वापस आता है, ताकि उसका पुनः उपयोग किया जा सके। नीचे गिरने के दौरान ही स्प्रे पानी हवा के कारण ठंडा हो जाता है। जैसे-जैसे तापमान कम होता है, पंखों एवं स्प्रे पंपों की संख्या कम की जा सकती है; या फिर फ्रीक्वेंसी को बदलकर पंखों की गति को कम किया जा सकता है, ताकि ऊष्मा-आदान की मात्रा नियंत्रित रहे एवं पानी का तापमान स्थिर बना रहे। हीट एक्सचेंज डिज़ाइन के माध्यम से, 0℃, 5℃, 10℃, 15℃ के तापमानों पर स्प्रे होने वाले पानी को रोका जा सकता है। इस स्थिति में, एयर कूलर वास्तव में एक “प्रवाह-आधारित” शुष्क एयर कूलर के समान ही कार्य करता है। दातोंग टोंगमेई समूह की कोयले से मेथनॉल निर्माण परियोजना में, जब वातावरण का तापमान 0℃ से कम होता है, तो पानी छिड़कने की आवश्यकता ही नहीं पड़ती, **जिससे पानी की बचत होती है।** 2.2. तकनीकी लाभ: बंद-प्रकार की वायु-शीतलन प्रणाली, पारंपरिक औद्योगिक चक्रीय शीतलन प्रणालियों की तुलना में कई लाभ प्रदान करती है; इन लाभों की जानकारी नीचे दी गई है। बंद-लूप वाली हवा-शीतलन चक्रीय जल-शीतलन प्रणाली के लाभ:
पारंपरिक औद्योगिक चक्रीय जल-शीतलन प्रणालियों के नुकसान:
कारखाने के स्थान का चयन प्रतिबंधित नहीं है। कारखाने के स्थान का चयन जल-स्रोतों पर निर्भर है। हवा-शीतलन एवं जल-शीतलन दोनों का उपयोग करने से जल-खपत कम हो जाती है। केवल जल-शीतलन का उपयोग करने से जल-खपत अधिक होती है। बंद-लूप प्रणाली में जल-गुणवत्ता स्थिर रहती है, जिससे ऊष्मा-आदान उपकरणों की दक्षता एवं जीवनकाल में वृद्धि होती है। चक्रीय जल की गुणवत्ता अस्थिर रहने से ऊष्मा-आदान उपकरणों पर जमाव एवं जंग लगने की संभावना बढ़ जाती है। इस प्रणाली की देखभाल आसान है, एवं संचालन लागत कम है। दूसरी ओर, इसकी देखभाल जटिल है, एवं संचालन लागत अधिक है। अपशिष्ट जल की मात्रा कम होने से पर्यावरण संरक्षण में मदद मिलती है। अपशिष्ट जल की मात्रा अधिक होने से अपशिष्ट जल के शोधन हेतु अधिक लागत आती है। बिजली बंद होने के बाद भी कुछ हद तक शीतलन क्षमता बनी रहती है। बिजली बंद होते ही उत्पादन पूरी तरह रुक जाता है।

2.3. आर्थिक लाभ:
सामान्य डिज़ाइन के अनुसार, 20,000 मीटर³/घंटा क्षमता वाले चक्रीय जल-शीतलन स्टेशनों में बंद-लूप वाली हवा-शीतलन चक्रीय जल-शीतलन प्रणाली का उपयोग किया जाता है। ऐसी प्रणालियों में डिज़ाइन, उपकरणों पर होने वाला खर्च, जल-खपत आदि मामलों में खुली-लूप वाली चक्रीय जल-शीतलन प्रणालियों एवं सामान्य बंद-लूप वाली चक्रीय जल-शीतलन प्रणालियों की तुलना में स्पष्ट लाभ हैं; जैसा कि नीचे दी गई तालिका में दर्शाया गया है। परियोजना | उपकरणों में निवेश (हजार युआन) | रसायनों की खपत (किग्रा/घंटा) | बिजली की खपत (किलोवाट) | औसत जल-खपत (मीटर³/घंटा) | संचालन लागत* (हजार युआन/वर्ष)
पारंपरिक खुली प्रणाली में पानी का चक्रण | 3700 | 6.2 | 4350 | 410 | 5726
बंद प्रणाली में हवा द्वारा शीतलन | 6900 | 3.1 | 5550 | 205 | 4213
टिप्पणी*: संचालन लागत = रसायनों की लागत + बिजली की लागत + पानी की लागत। यहाँ, रसायनों की कीमत 10 युआन/किग्रा, बिजली की कीमत 0.5 युआन/किलोवाट-घंटा, एवं पानी की कीमत 12 युआन/मीटर³ है (इन आंकड़ों का संदर्भ इनर मंगोलिया की किसी कंपनी से लिया गया है)। बंद-प्रकार की वायु-शीतलित परिसंचरण जल प्रणाली, पारंपरिक खुली-प्रकार की परिसंचरण जल प्रणाली की तुलना में, हर साल 15.13 मिलियन युआन की लागत बचा सकती है; इस प्रकार 2-3 वर्षों में ही निवेश की राशि वसूल हो जाती है। 3. कंपनी की अनुसंधान उपलब्धियाँ: वर्षों से, हुबेई झोंगशेंग शेयर्स नवाचार को बनाए रखने पर लगातार ध्यान दे रही है। डिज़ाइन एवं अनुसंधान विभाग के कर्मचारियों के संयुक्त प्रयासों से, बंद-प्रकार की वायु-शीतलन प्रणालियों में लगातार सुधार हुआ, एवं निम्नलिखित तकनीकी उपलब्धियाँ हासिल हुईं। 1. संयुक्त वायु-शीतलन प्रणाली का उपयोग करके जल-बचत को अधिकतम स्तर तक पहुँचाया जा सकता है (ZL200910062950.6)। हमारे देश की ठंडी सर्दियों एवं गर्म गर्मियों वाली जलवायु को ध्यान में रखते हुए, अधिकतम जल-बचत हेतु हुबेई झोंगशेंग शेयर्स के पेटेंटयुक्त संयुक्त वायु-शीतलन उपकरणों का उपयोग किया जाता है। इससे स्प्रे-जल की खपत कम हो जाती है। गर्मियों में स्प्रे-जल का उपयोग किया जाता है, जबकि शुष्क वायु-शीतलन एवं आर्द्र वायु-शीतलन दोनों का उपयोग किया जाता है। सर्दियों में स्प्रे-जल का उपयोग नहीं किया जाता, केवल शुष्क वायु-शीतलन ही उपयोग में आता है। वसंत एवं शरद ऋतु में आवश्यकता के अनुसार ही स्प्रे-जल का उपयोग किया जाता है, एवं हवा की मात्रा एवं दिशा को भी समायोजित किया जाता है। परियोजना से संबंधित उत्पादों के वास्तविक उपयोग से पता चलता है कि इस सिस्टम में पानी की खपत केवल 0.9% है; जबकि समान आकार की पारंपरिक औद्योगिक शीतलन प्रणालियों में पानी की खपत औसतन 2.5% होती है। सिस्टम उत्पाद, पारंपरिक औद्योगिक शीतलन जल प्रणालियों की तुलना में 30%-70% तक पानी की बचत कर सकते हैं। वर्तमान में, यह नवाचार हमारे देश के उत्तर-पश्चिमी एवं उत्तर-पूर्वी क्षेत्रों में सफलतापूर्वक लागू किया जा चुका है। शान्सी के यूलिन एवं शान्सी के काइजिया में स्थित कोयला-गैस ऊर्जा उत्पादन परियोजनाओं में, तथा हुबेई की झोंगशेंग शेयर्स की बंद-चक्र शीतलन प्रणालियों में 0℃ पर ही पानी बंद किया जा सकता है। जल्द ही शुरू होने वाली इनर मंगोलिया की झोंगतियानहेचुआंग ओर्डोस कोयला-प्रसंस्करण परियोजना में, हुबेई की झोंगशेंग शेयर्स 15℃ से नीचे तापमान पर ही पानी बंद करने वाली नई तकनीक का उपयोग करेगी। 2. स्प्रे प्रणाली का फ्लो-रेट नियंत्रण (ZL201420522388.7): वर्तमान में, वाष्पीकरण हवा-शीतलकों में प्रयोग होने वाली स्प्रे प्रणाली में, स्प्रे ट्यूबें “मुख्य नली + उप-नलियों” के रूप में व्यवस्थित होती हैं; एवं उप-नलियों पर ही स्प्रे हेड लगे होते हैं। स्प्रे पाइपलाइनों की स्थापना, वाष्पीकरण हवा-शीतलक यंत्र की पाइपों के ऊपरी हिस्से में की जाती है; यहाँ हवा एवं पानी, पाइपों के बाहर विपरीत दिशा में बहते हैं। ऊपरी पाइप-समूह में, पानी पाइपों के साथ समान रूप से संपर्क में आता है, जिससे ऊष्मा-आदान-प्रदान बेहतर तरीके से हो सबसे निचले हिस्से में, पानी के प्रवाह के कारण, पानी एवं पाइपों के बीच संपर्क समान नहीं रहता। हवा में ऑक्सीजन की कमी एवं हवा के तेज प्रवाह के कारण, पानी पाइपों के निचले हिस्से में असमान रूप से वितरित हो जाता है, जिससे वहाँ “शुष्क बिंदु” बन जाते हैं। और पानी ऊपरी ट्यूबों से निचली ट्यूबों तक जाता है; ऊष्मा अवशोषित होने के कारण इसका तापमान लगातार बढ़ता जाता है, जिससे जमाव बनने की संभावना भी बढ़ जाती है। वास्तविक संचालन में भी निचली ट्यूबों में गंभीर स्तर पर जमाव देखा जा सकता है। हुबेई झोंगशेंग शेयर्स, मौजूदा संरचना के आधार पर, पाइपों के निचले हिस्से में स्प्रे पाइपलाइनें जोड़कर, निचले हिस्से में स्थित हीट एक्सचेंज पाइपों पर सीधे पानी छिड़कता है। इससे निचले हिस्से में स्थित हीट एक्सचेंज पाइपों की बाहरी सतह पर शुष्क बिंदु नहीं बनते, एवं निचले हिस्से में स्थित पाइपों पर जमने वाली गंदगी भी कम हो जाती है। स्प्रे पाइपलाइनों से बहने वाले पानी की मात्रा को फ्लो रेगुलेटिंग वाल्व के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है। ； स्प्रे पंप के निकास बिंदु पर एक वोल्टेज-स्थिरीकरण टैंक लगाया जाता है; इससे स्प्रे सिस्टम में दबाव स्थिर रहता है, और प्रवाह-नियंत्रण के कारण होने वाले सिस्टम-दबाव में उतार-चढ़ाव कम हो जाता है। 3. ऊष्मा-आदान की दक्षता बढ़ाने हेतु भराव सामग्री का उपयोग किया जाता है (ZL201420522389.1)। बंद-प्रकार के शीतलन टॉवरों में मुख्य रूप से वायु ही ऊष्मा-आदान हेतु स्रोत के रूप में प्रयोग में आती है; इस कारण शीतलन माध्यम का तापमान पर्यावरणीय तापमान से नीचे लाना कठिन हो जाता है। इस समस्या के समाधान हेतु, हुबेई झोंगशेंग शेयर्स ने बंद-प्रकार के कूलिंग टॉवरों में कूलिंग टॉवर फिलरों का उपयोग किया; ऐसा करने से स्प्रे होने वाले पानी का तापमान कम हो जाता है, जिससे ऊष्मा-आदान-प्रदान की दक्षता बढ़ जाती है। इस विधि का उपयोग करके, सामान्य बंद-लूप वाली शीतलन प्रणाली में शीतलन माध्यम का तापमान 2-3°C तक कम किया जा सकता है; जिससे खुले-लूप वाली शीतलन प्रणाली के समान ही शीतलन प्रभाव प्राप्त होता है। वर्तमान में, हुबेई झोंगशेंग शेयर्स, शान्सी के लूआन में स्थित उच्च-सल्फर वाले कोयले के स्वच्छ उपयोग संबंधी परियोजना में इसी प्रणाली का उपयोग कर रहा है। 4. अनुप्रयोगों के परिणाम: वर्तमान में, हुबेई झोंगशेंग शेयर्स द्वारा डिज़ाइन एवं निर्मित बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय शीतलन जल प्रणालियों का उपयोग धातुकर्म, पेट्रोकेमिकल्स, ऊर्जा एवं रसायन उद्योगों में व्यापक रूप से किया जा रहा है। कोयला-रसायन उद्योग में भी इनके कई सफल उपयोग हुए हैं; कुछ परिणाम नीचे दिए गए हैं। क्रमांक | ग्राहक | उपकरण का नाम | संख्या
1 | झोंगमेई शान्सी यूहेंग कोयला रसायन उद्योग | बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय जल प्रणाली | 1
2 | टोंगमेई गुआंगफा रसायन उद्योग लिमिटेड | बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय जल प्रणाली | 38
3 | शान्सी काइजिया कोयला-गैस ऊर्जा उत्पादन लिमिटेड | बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय जल प्रणाली | 2
4 | शान्सी लूआन कोयला-आधारित तेल उत्पादन कंपनी | बंद-प्रकार की शीतलन टॉवर | 3
5 | शान्सी लूआन समूह – उच्च-सल्फर वाले कोयले का स्वच्छ उपयोग | बंद-प्रकार की शीतलन टॉवर | 63
6 | झोंगतियान हेचुआंग ओर्डोस कोयला गहन प्रसंस्करण कंपनी | बंद-प्रकार की वायु-शीतलन चक्रीय जल प्रणाली | 38

पता: हुबेई प्रांत, वुहान शहर, डोंगहू विकास क्षेत्र, गुआंगगू डाडाओ, इंटरनेशनल एंटरप्राइजेज सेंटर, जूशियान लॉउ, ब्लॉक A, 4F
फोन: 027-87526852 / 027-87526979 / 027-87797047
फैक्स: 027-67845121
पिन कोड: 430074
वेबसाइट: www.whzseco.com
ई-मेल: whzsco@163.com
(स्रोत: हुबेई झोंगशेंग शेयर्स)