СПОСОБ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКИХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК B01D1/22 

Изобретение относится к области судостроения и энергетики, предназначено для судовых опреснительных установок и может быть использовано в опреснительных стационарных энергоустановках.

Известен способ опреснения морской воды, в котором для достижения повышения производительности используют пленочный режим течения испаряемой воды, в котором производят подачу насосом всей испаряемой воды, которую подают сверху под избыточным давлением сначала на поверхность испаряющих труб верхней ступени реализующего его устройства через сопла или оросители, а затем с них самотеком на испаритель, который выполняют в виде горизонтально-трубного теплообменника, на испаряющие поверхности которого подают самотеком опресняемую в виде пленок воду, омывающую их снаружи. По трубкам направляют теплоноситель, нагревающий и испаряющий подаваемую водяную пленку с получением вторичного пара [см. Слесаренко В.Н., Слесаренко В.В. Судовые опреснительные установки. - Владивосток: Морской государственный университет, 2001. - 448 с. ISBN-5-8343-0088-X., рис.2.8, с.32].

Известный способ, основанный на работе теплообменного аппарата с тонкопленочным режимом течения выпариваемой воды, эффективнее способов, основанных на процессах, происходящих на поверхностях, погруженных в большой объем, и в трубах, полностью заполненных потоком жидкости, благодаря высокой интенсивности теплообмена в тонком слое нагреваемой воды, малому времени контакта с теплопередающей поверхностью, незначительными затратами энергии на проведение процесса, а также низкими значениями начальной температуры нагрева воды. Установки с тонкопленочным режимом течения выпариваемой воды выполняют многоступенчатыми. Как известно, ступени испарения характеризуются тем, что при мгновенном вскипании воды в отдельной ступени, содержащей несколько расположенных одна под другой поверхностей нагрева, температура проходящего через нее предварительно нагретого рассола понижается незначительно. И при одноступенчатом испарении для обеспечения заданной производительности потребуется подать на опреснение большое количество исходной воды, а теплоту рассола потерять безвозвратно. В многоступенчатой схеме за счет регенерации теплоты и более полного использования температурного напора расход теплоты значительно меньше.

Устройство, реализующее данный известный способ опреснения морской воды, достигающее повышения производительности опреснительной установки, содержит насос для подачи исходной опресняемой воды, корпус опреснительной установки, сопла или оросители в подводящей трубе для орошения морской водой, греющие поверхности в виде трубок, по которым поступает греющий пар и которые образуют несколько ступеней испарения. Причем данные ступени имеют башенное расположение. Испаритель также содержит сепараторы пара, конденсаторы ступеней, имеющие поддоны для сбора дистиллята, распределительные листы с перфорированными отверстиями для подачи рассола по поверхностям трубок ниже лежащих ступеней испарения, короба, расположенные сбоку корпуса опреснительной установки, для греющих паровых потоков, трубопроводы и арматуру для подачи опресняемой воды и греющего пара и отвода отработавшего пара, дистиллята и рассола [там же, стр. 80, 81].

Недостаток известных способа и устройства для опреснения морской воды заключается в том, что для достижения обеспечения испаряемой водой всех поверхностей нагрева опресняемая вода вынужденно подается под избыточным давлением насоса, вследствие чего трубы верхней ступени омываются потоком воды без ее пленочного течения, чем снижается эффективность процесса. Кроме того, количество испаряемой воды на трубах нижележащих ступеней, по мере испарения, становится меньше, вследствие чего ухудшается смачиваемость этих поверхностей. Недостаточное количество испаряемой воды на трубах нижележащих ступеней приводит к недоиспользованию значительных поверхностей нагрева. Также, вследствие происходящего увеличения солености испаряемой воды при ее течении на трубы нижележащих ступеней, происходит увеличение накипи или солевых отложений на их теплопередающих поверхностях, что приводит к перегревам труб и преждевременному выходу их из строя.

Наиболее близким техническим решением из известных, принятым за прототип (там же, с.83), является известный способ опреснения морских вод, в котором для достижения повышения производительности используют особым образом полученный (образованный) пленочный режим течения испаряемой воды. Этот режим получают посредством подвода к пленочному испарителю воды на испарение, некоторое количество которой через распределительное устройство подают сверху в виде тонких струй на вершины гофр горизонтальных, гофрированных, зеркально примыкающих друг к другу листов теплообмена. Подают из камеры греющего пара греющий пар одновременно по каналам, образованным между гофрами зеркально примыкающих горизонтальных, гофрированных листов теплообмена. Нагревают и частично испаряют с образованием вторичного пара образующиеся и равномерно истекающие с вершин гофр данных листов водяные пленки. Направляют образующийся вторичный пар через отверстия в боковых стенках корпуса пленочного испарителя в его камеру вторичного пара. Направляют данные равномерно истекающие с вершин гофр водяные пленки через отверстия в перемычках примыкающих друг к другу листов теплообмена тонкими водяными струями на вершины гофр нижележащей пары аналогичных листов, которые располагают со смещением этой пары листов относительно верхней пары на один шаг гофр. С данных вершин гофр аналогичным путем через впадины этих листов и отверстия в их перемычках перепускают эти водяные пленки на вершины гофр следующей нижележащей пары листов, которую аналогично располагают относительно вышележащей пары с аналогичным смещением, образуя таким путем ступени испарения. Образующийся при этом вторичный пар направляют аналогичным путем в камеру вторичного пара, а из нее через сепаратор вторичного пара удаляют из пленочного испарителя. Образовавшийся при этом рассол удаляют через отверстия в поддоне корпуса в камеру рассола пленочного испарителя, откуда его по технологическому патрубку откачивают из испарителя.

Известно и устройство, реализующее данный способ опреснения (пленочный испаритель) морских вод [А.С. СССР №1762954, МПК B01D 1/22], содержащее корпус, камеры греющего и вторичного пара и рассола, сепаратор вторичного пара, распределительное устройство для распределительной подачи опресняемой воды на поверхность теплообмена, теплообменные горизонтальные, гофрированные листы, образующие ступени испарения, технологические патрубки соответствующих сред. При этом данные теплообменные горизонтальные, гофрированные листы соединены попарно с примыканием друг к другу впадин одного и вершин другого листа, размещены между камерами греющего и вторичного пара с сообщением между ними и со смещением каждой нижележащей пары примыкающих листов относительно верхней пары на один шаг гофра. В перемычках, в месте примыкания друг к другу данных листов выполнены перепускные отверстия для перепуска струй опресняемой воды на вершины гофр нижерасположенной пары листов, причем пары теплообменных листов отстоят друг от друга на длину перепускаемой водяной струи.

Недостаток известных способа и устройства для опреснения морских вод заключается в том, что с целью обеспечения испаряемой водой всех ее поверхностей нагрева, опресняемая вода вынужденно подается под избыточным давлением насоса, вследствие чего греющие гофрированные поверхности верхней ступени омываются потоком воды практически без ее пленочного течения. Кроме того, количество испаряемой воды в гофрированных поверхностях нижележащих ступеней, по мере испарения, становится меньше, вследствие чего ухудшается смачиваемость нижних ступеней греющих поверхностей. Недостаточное количество испаряемой воды на гофрированных поверхностях нижележащих ступеней испарения приводит к недоиспользованию больших поверхностей нагрева. Также, вследствие увеличения солености испаряемой воды при течении на гофрированные поверхности нижележащих ступеней, происходит увеличение накипи или солевых отложений на теплопередающих поверхностях, что приводит к перегревам греющих поверхностей и выходу их из строя.

Техническая задача, на которую направлено заявляемое изобретение, - устранение указанных недостатков - улучшение эксплуатационных характеристик, а именно: улучшение использования пленочного потока на верхних ступенях греющих поверхностей, улучшение смачиваемости поверхностей нижних ступеней греющих поверхностей, уменьшение накипи или солевых отложений на теплопередающих поверхностях, более полное использование поверхностей нагрева и повышение срока службы испарительных элементов опреснителя.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном способе опреснения морских вод, заключающемся в том, что подводят к пленочному испарителю воду на испарение, подают сверху в виде тонких струй посредством распределительного устройства на вершины гофр горизонтальных гофрированных, зеркально примыкающих друг к другу листов теплообмена некоторое количество подведенной воды. Подают из камеры греющего пара греющий пар одновременно по каналам, образованным между гофрами зеркально примыкающих горизонтальных, гофрированных листов теплообмена. Нагревают и частично испаряют с образованием вторичного пара образующиеся и равномерно истекающие с вершин гофр данных листов водяные пленки. Направляют образующийся вторичный пар через отверстия в боковых стенках корпуса пленочного испарителя в его камеру вторичного пара. Направляют данные равномерно истекающие с вершин гофр водяные пленки через отверстия в перемычках примыкающих друг к другу листов теплообмена тонкими водяными струям и на вершины гофр нижележащей пары аналогичных листов, которые располагают со смещением этой пары листов относительно верхней пары на один шаг гофр. С данных вершин гофр аналогичным путем через впадины этих листов и отверстия в их перемычках перепускают эти водяные пленки на вершины гофр следующей нижележащей пары листов, которую аналогично располагают относительно вышележащей пары с аналогичным смещением, образуя таким путем ступени испарения. Образующийся при этом вторичный пар направляют аналогичным путем в камеру вторичного пара, а из нее через сепаратор вторичного пара удаляют из пленочного испарителя. Образовавшийся при этом рассол удаляют через отверстия в поддоне корпуса в камеру рассола пленочного испарителя, откуда его по технологическому патрубку откачивают из испарителя. В ОТЛИЧИЕ ОТ НЕГО в заявляемом способе подводимое на испарение количество воды распределяют соответственно и одновременно подают сверху на вершины гофр всех листов теплообмена, образующих ступени испарения, посредством ряда элементов распределительного устройства, которое включает трубчатый коллектор и регулирующие вентили, при этом каждый трубчатый коллектор располагают через несколько ступеней испарения и оборудуют рядом распределительных отверстий. Через распределительные отверстия подают воду на испарение на размещенные под каждым распределительным отверстием распределительные наклонные гофрированные пластины с прорезями на продольных гофрах, снабженные бортиками и вертикальными распределительными гребешками, направляя таким путем по впадинам распределительных наклонных гофрированных пластин водяную пленку и подавая ее с их вертикальных распределительных гребешков одновременно на каждый ряд гофр непосредственно нижележащего листа теплообмена.

Образующийся паровой поток вторичного пара пропускают через само распределительное устройство, направляя его через прорези в гофрах наклонных пластин данного элемента распределительного устройства в камеру вторичного пара и нагревая одновременно при этом данным паровым потоком сами наклонные пластины вместе с движущейся по ним водяной пленкой. При этом гасят скоростной напор и предотвращают разбрызгивание выходящих из отверстий трубчатого коллектора распределительного устройства водяных струй посредством отражательных уголков, которые устанавливают над каждым рядом этих отверстий. При этом одновременно подают воду на испарение на первый сверху трубчатый коллектор посредством регулирующего вентиля, направляют последовательно истекающие с расположенных под трубчатым коллектором рядов теплообменных листов ступеней испарения водяные пленки на расположенный под ними конусообразный сборник испаряемой воды. Из него перепускают испаряемую воду в полость расположенного под ним и сопряженного с ним второго трубчатого коллектора, подавая одновременно посредством регулирующего вентиля в данный конусообразный сборник испаряемой воды дополнительное ее количество. Само днище данного конусообразного сборника при этом одновременно нагревают снизу паровым потоком вторичного пара вместе с движущимся по нему водяным потоком. Одновременно с этим направляют водяные пленки, истекающие с расположенных под вторым трубчатым коллектором рядов теплообменных листов ступеней испарения, на второй аналогичный сборник испаряемой воды и подают в него одновременно дополнительное количество опресняемой воды посредством регулирующего вентиля. Нагревают вторичным паром движущийся по данному (второму) сборнику водяной поток через его днище и перепускают его из этого второго сборника в полость сообщающегося с ним третьего аналогичного трубчатого коллектора, повторяя изложенные действия. Причем на каждый нижележащий конусообразный сборник испаряемой воды посредством регулирующих вентилей одновременно подают 5-10% от ее количества, подаваемого на первый сверху трубчатый коллектор, и контролируют ее уровень в сборниках опресняемой воды посредством мерительного приспособления.

Поставленная техническая задача достигается, в частности, тем, что трубчатый коллектор распределительного устройства со сборником опресняемой воды устанавливают через каждые две расположенные одна под другой ступеней испарения, в каждую из которых устанавливают по семь пар примыкающих друг к другу листов теплообмена.

Поставленная техническая задача достигается также тем, что в известном пленочном испарителе морских вод, содержащем корпус, камеры греющего и вторичного пара и рассола, сепаратор вторичного пара, распределительное устройство для распределительной подачи опресняемой воды на поверхность теплообмена, теплообменные горизонтальные, гофрированные листы, образующие ступени испарения, технологические патрубки соответствующих сред, при этом данные теплообменные горизонтальные, гофрированные листы соединены попарно с примыканием друг к другу впадин одного и вершин другого листа, размещены между камерами греющего и вторичного пара с сообщением между ними и со смещением каждой нижележащей пары примыкающих листов относительно верхней пары на один шаг гофра, в перемычках, в месте примыкания друг к другу данных листов выполнены перепускные отверстия для перепуска струй опресняемой воды на вершины гофр нижерасположенной пары листов, а пары теплообменных листов отстоят друг от друга на длину перепускаемой водяной струи. В ОТЛИЧИЕ от него в заявляемом пленочном испарителе распределительное устройство выполнено в виде ряда элементов, включающих регулирующие вентили, трубчатые коллекторы с рядами распределительных радиальных отверстий вдоль их нижних боковых образующих. Трубчатые коллекторы расположены выше и через несколько теплообменных горизонтальных, примыкающих друг к другу гофрированных листов, образующих ступени испарения, параллельно линиям их гофр и закреплены к корпусу испарителя. При этом число всех рядов радиальных отверстий каждого трубчатого коллектора равно числу рядов орошаемых гофр, расположенных непосредственно под этим трубчатым коллектором теплообменных листов. Над вторым сверху и каждым последующим трубчатым коллектором с сопряжением установлен конусообразный сборник опресняемой воды, который сообщен с полостью соответствующего трубчатого коллектора и закреплен по периметру к корпусу испарителя. К каждому из трубчатых коллекторов под каждым рядом его радиальных отверстий прикреплены распределительные наклонные, продольные, гофрированные пластины, имеющие продольные ряды гофр с прорезями на их вершинах, а также бортики на боковых сторонах. На свободных концах каждой из данных распределительных наклонных пластин установлены вертикальные распределительные гребешки, у которых их верхняя образующая совпадает с вершинами продольных гофр данной пластины. При этом каждый из вертикальных распределительных гребешков каждой из данных распределительных наклонных пластин расположен над вершинами непосредственно нижележащего соответствующего ряда гофр соответствующего теплообменного листа. Причем над каждым рядом радиальных отверстий трубчатого коллектора к его наружной поверхности прикреплены отражательные уголки, а перед каждым конусообразным сборником испаряемой воды и перед первым сверху трубчатым коллектором распределительного устройства установлены регулирующие вентили, сообщенные с напорным трубопроводом, и перед регулирующим вентилем каждого сборника опресняемой воды установлено мерительное приспособление для контроля уровня воды каждого сборника.

Поставленная техническая задача достигается, в частности, тем, что пленочный испаритель имеет семь расположенных одна под другой ступеней испарения, каждая из которых содержит по семь пар теплообменных листов, с трубчатым коллектором распределительного устройства и с конусообразным сборником испаряемой воды, расположенными через каждые две ступени испарения.

Заявляемые ограничительные и отличительные признаки предложенной группы изобретений обеспечивают достижение поставленной технической задачи, а именно: улучшение использования пленочного потока на верхних ступенях греющих поверхностей, улучшение смачиваемости поверхностей нижних ступеней греющих гофрированных поверхностей, уменьшение накипи или солевых отложений на теплопередающих поверхностях, более полное использование поверхностей нагрева и повышение срока службы испарительных элементов опреснителя.

Так, наличие гравитационной пленки в верхней ступени опреснительного аппарата повышает коэффициент теплоотдачи к опресняемой воде в этой ступени. Следовательно, улучшается использования пленочного потока на верхней ступени греющих поверхностей. Кроме этого, на нижних ступенях опреснительного аппарата был бы возможен разрыв пленки из-за снижения количества стекающей опресняемой жидкости. Снижение количества стекающей опресняемой жидкости объясняется постепенным испарением ее в вышележащих ступенях опреснительного аппарата. Добавка дополнительной опресняемой воды через регулирующие вентили в объеме 5-10% от ее количества, подаваемого на первый сверху трубчатый коллектор, исключает этот разрыв, улучшает смачиваемость поверхностей нижних ступеней греющих гофрированных поверхностей и обеспечивает необходимую расчетную производительность опреснительного аппарата. При этом контроль за результатом регулирования осуществляют посредством мерительного приспособления по контролю уровня воды в сборниках опресняемой воды, установленного перед каждым регулирующим вентилем. По мере испарения опресняемой воды в нижележащие ступени опреснительного аппарата попадает более насыщенный рассол, и разведение его через регулирующие вентили перед каждым конусообразным сборником испаряемой воды водой, менее насыщенной солями, вызывает уменьшение накипи или солевых отложений на теплопередающих поверхностях и благотворно отражается на долговечности работы теплопередающих поверхностей. Уменьшение неработающих поверхностей приводит к более полному использованию поверхностей нагрева. Уменьшение накипи или солевых отложений на теплопередающих поверхностях приводит к повышению срока службы испарительных элементов опреснителя.

Наличие распределительного устройства с его элементами в виде регулирующих вентилей и трубчатых коллекторов с распределительными отверстиями и наклонными гофрированными пластинами, рассредоточенных, в частности, через каждые две ступени испарения и сообщенных со сборником опресняемой воды, в совокупности с горизонтальными гофрированными, зеркально примыкающими друг к другу листами теплообмена обеспечивают эти эффекты. При этом наличие прорезей в продольных гофрах наклонных распределительных пластин обеспечивает свободное, без создания гидравлического сопротивления стекающей по впадинам этих пластин жидкости в виде водяной пленки, прохождение через них парового потока вторичного пара с одновременным нагреванием этой пленки. Наличие совпадения верхней образующей вертикальных распределительных гребешков с вершинами продольных гофр наклонных распределительных пластин обеспечивает равномерность поступления жидкости по всей длине орошаемых греющих гофрированных поверхностей.

Таким образом достигается поставленная техническая задача.

Актуальность предлагаемого решения вытекает из того факта, что попытки улучшения работы опреснительных аппаратов известными решениями (А.С. СССР №1762954, А.С. СССР №467219 и др.) окончились тем, что из-за своих недостатков они не нашли применения.

Предлагаемый способ опреснения морских вод поясняется иллюстрациями: фиг.1 - поперечный разрез испарителя; фиг.2 - узел А на фиг.1; фиг.3 - поперечный разрез распределительного устройства; фиг.4 - узел Б на фиг.3; фиг.5 - испаритель в продольном разрезе по продольной оси.

Устройство - испаритель, реализующее заявляемый способ, поясняется на примере выполнения его из семи ступеней испарения, каждая из которых содержит по семь пар теплообменных листов. Оно содержит корпус 1, установленные в нем горизонтально и закрепленные в корпусе гофрированные теплообменные листы 2, соединенные попарно с примыканием между собой впадин одного и вершин другого листов 2 (фиг.1). Примыкающие друг к другу гофры 3 двух смежных листов 2 скреплены между собой (не показано). При этом все листы установлены со смещением каждой пары примыкающих листов относительно другой на один шаг гофра 3 и с отстоянием их на длину перепускаемой водяной струи друг от друга. В образуемых примыканием гофр 3 перемычках выполнены отверстия 4 для перепуска опресняемой воды с одного (верхнего) листа на другой (нижний) (фиг.2). Устройство имеет семь ступеней испарения (нагрева) 5 (фиг.5), расположенные одна под другой, каждая из которых содержит по семь соединенных попарно листов 2 (сдвоенных гофр 3) (фиг.1). Через каждые две ступени испарения к корпусу 1, начиная над первой (верхней) парой листов 2 первой ступени испарения, закреплен (не показано) параллельно линиям гофр 3 трубчатый коллектор 6 распределительного устройства для подачи опресняемой воды, т.е. первый, второй, третий и четвертый коллекторы 6 (фиг.1). Над вторым сверху и каждым последующим (третьим и четвертым) трубчатым коллектором с сопряжением установлен конусообразный сборник опресняемой воды 7, выполненный из тонколистого материала, который сообщен с полостью 8 соответствующего трубчатого коллектора 6 и закреплен по периметру к корпусу испарителя (не показано). Вдоль нижней боковой образующей каждого из четырех коллекторов 6 выполнены ряды распределительных симметричных друг другу радиальных отверстий 9 (фиг.3). Причем число рядов распределительных радиальных отверстий 9 каждого коллектора 6 равно числу рядов орошаемых вершин гофр 3 расположенных непосредственно под ним листов 2. Под радиальными отверстиями 9 к каждому коллектору 6 под каждым рядом отверстий 9 прикреплены распределительные наклонные, продольные гофрированные с продольными рядами гофр 10 (фиг.4) распределительные пластины 11 (фиг.3) с прорезями 12 на гребнях их гофр 10 (фиг.4) и бортиками 13 на боковых торцах пластин. На свободных концах распределительных наклонных пластин 11 установлены вертикальные распределительные гребешки 14, причем их (гребешков) верхняя образующая совпадает с вершинами гофр пластин 11. Вертикальные распределительные гребешки 14 с такой высотой их образующей предназначены для равномерности распределения и поступления опресняемой воды по всей длине рядов гофр 3 непосредственно нижележащих под ними орошаемых теплообменных листов 2, а выступающие бортики 13 на пластинах 11 предотвращают переток опресняемой воды через ее боковые торцы. Над каждым рядом радиальных отверстий 9 к наружной поверхности трубчатого коллектора 6 прикреплены отражательные уголки 15, служащие для предотвращения разбрызгивания и гашения скоростного напора выходящих из отверстий коллектора струй опресняемой воды. Подачу греющего пара одновременно к каждой из семи ступеней испарения 5 устройства осуществляют через патрубок 16, служащей для подачи его в камеру греющего пара 17 (фиг.5). При этом с камерой греющего пара 17 сообщены параллельно все семь каналов, образованных сдвоенными гофрами 3 соединенных попарно теплообменных листов 2, каждой из семи ступеней испарения 5. Пройдя одновременно по всем каналам всех семи ступеней испарения, отработанный вторичный пар поступает в сообщенную с ними камеру вторичного (отработанного пара) 18, конденсат которого, а также и сам пар отводятся из нее через технологический патрубок 19. Испаритель имеет отверстия 20 в боковых стенках 21 его корпуса для поступления вторичного пара, образованного от испарения на всех семи теплообменных листах всех семи ступеней испарения, в камеру вторичного пара 18. Откуда вторичный пар через сепаратор 22 по технологическим патрубкам 23 отводят на конденсатор (не показан). При этом патрубки 23 расположены выше соответствующих гофр (впадин 3), чтобы не допускать перетекания исходной воды в камеру вторичного пара 18. Опресняемую воду подводят на первый сверху трубчатый коллектор 6 через регулирующий вентиль (не показан) и далее через патрубок 24, а на каждый из трех конусообразных сборников опресняемой воды 7 ее подают через регулирующие вентили с дифференциальными манометрами (не показано) и патрубки 25. Все регулирующие вентили сообщены с напорным трубопроводом (не показано). Перед регулирующим вентилем каждого сборника опресняемой воды 7 установлено мерительное приспособление контроля уровня в нем воды в виде водомерной колонки, гидравлически связанной с полостью соответствующего сборника (не показано). Образовавшийся рассол проходит через отверстия в поддоне корпуса (рассольный щит 26) и собирается в камере рассола 27, откуда его отводят для дальнейшего использования или удаления.

Общая компоновка из составных, расположенных друг под другом элементов испарителя - сверху вниз - имеет вид: скрепленные с узлами корпуса первый трубчатый коллектор 6 с регулирующим вентилем и распределительными пластинами 11; семь сдвоенных гофрированных листов теплообмена 2 первой, второй ступеней испарения; первый сборник испаряемой воды 7 с регулирующим вентилем; второй аналогичный трубчатый коллектор 6, сообщенный с первым сборником испаряемой воды 7; третья, четвертая аналогичные ступени испарения; второй аналогичный сборник испаряемой воды; третий аналогичный трубчатый коллектор, сообщенный со вторым сборником испаряемой воды; пятая, шестая аналогичные ступени испарения; третий аналогичный сборник испаряемой воды; четвертый аналогичный трубчатый коллектор, сообщенный с третьим сборником испаряемой воды, седьмая (последняя) аналогичная ступень испарения; рассольный щит 26; камера рассола 27.

Заявляемый способ опреснения морских вод используют следующим образом. Подводимое на испарение количество воды распределяют соответственно и одновременно подают на вершины гофр всех листов теплообмена посредством распределительного устройства с четырьмя трубчатыми коллекторами 6 и регулирующими вентилями. Трубчатые коллекторы 6, сообщенные с ними конусообразные сборники опресняемой воды 7, регулирующие вентили располагают через каждые две ступени испарения 5, в каждую из которых устанавливают по семь зеркально примыкающих друг к другу листов теплообмена 2. При этом опресняемую воду во внутреннюю полость первого сверху трубчатого коллектора 6 подают через его регулирующий вентиль и патрубок 24 и одновременно подают дополнительное ее количество на все нижерасположенные три конусообразных сборника опресняемой воды 7 через регулирующие вентили с дифференциальными манометрами (не показано) и патрубки 25. Эти вентили, используя дифференциальные манометры, регулируют таким образом, чтобы через каждый из них одновременно подать 5 - 10% дополнительной опресняемой воды от ее количества, подаваемого на первый сверху трубчатый коллектор 6. Из каждого из этих трех конусообразных сборников опресняемой воды 7 опресняемую воду перепускают в полость 8 каждого из трех нижележащих и сообщенных с ними трубчатых коллекторов 6, откуда ее через его (каждого коллектора) радиальные отверстия 9 подают на распределительные наклонные гофрированные пластины 11 с прорезями 12 на гофрах 10, расположенные под каждым коллектором. При этом гасят скоростной напор и предотвращают разбрызгивание выходящих из радиальных отверстий 9 каждого трубчатого коллектора водяных струй посредством отражающих уголков 15, которые устанавливают над каждым рядом этих отверстий каждого коллектора. Растекаясь по впадинам пластин 11, жидкость в виде водяной пленки через распределительные вертикальные гребешки 14 равномерно поступает одновременно на вершины каждого ряда гофр 3 непосредственно нижележащей под каждым коллектором пары листов теплообмена 2, включая и на вершины гофр пары теплообменного листа 2, нижележащего под упомянутым первым сверху трубчатым коллектором 6 с его распределительными наклонными пластинами 11 и гребешками 14. При этом она частично испаряется, тонкой пленкой стекая во впадины гофр 3, откуда через отверстия 4 истекает на вершины гофр следующей нижележащей пары листов 2, которых в каждой из семи ступеней испарения устанавливают по семь пар листов.

Таким путем направляют на испарение истекающую жидкость через все семь пар листов теплообмена 2 каждой из семи ступеней испарения 5 посредством расположенных через каждые две ступени четырех трубчатых коллекторов 6 с их распределительными пластинами 11, второй, третий и четвертый из которых сообщают соответственно с первым, вторым и третьим сборником испаряемой воды, в которые посредством регулирующих вентилей одновременно подают ее дополнительное количество. Образовавшимся вторичным паром нагревают днища сборников 7 вместе с движущимся по ним водяным потоком. Образовавшийся вторичный пар при этом через прорези 12 на гребнях гофр 10 наклонных пластин 11 и отверстия 20 в боковых стенках 21 корпуса направляют на сепаратор 22 и выводят через патрубок 23 из испарителя на конденсатор (не показано). При этом паровой поток вторичного пара, проходя через прорези 12 каждой распределительной гофрированной пластины 11 распределительного устройства испарителя, нагревает саму пластину и движущуюся по ней водяную пленку, не создавая при этом стекающей пленке гидравлического сопротивления. Опресняемую воду, прошедшую последовательно через семь ступеней испарения 5, направляют через рассольный щит 26 в камеру рассола 27, откуда его отводят для дальнейшего использования или удаления. Греющий пар подают одновременно к каждой из семи ступеней испарения 5 устройства с их теплообменными листами 2 через патрубок 16 подачи его в камеру греющего пара 17 (фиг.5). Из камеры греющего пара 17 греющий пар направляют одновременно по семи каналам, образованным сдвоенными гофрами 3 соединенных попарно теплообменных листов 2 каждой из семи ступеней испарения 5. Пройдя одновременно по всем каналам всех семи ступеней испарения, отработанный пар поступает в камеру вторичного (отработанного) пара 18, конденсат которого, а также и сам пар отводят из нее через технологический патрубок 19. Регулирующие вентили с дифференциальными манометрами (не показано) для подачи дополнительной опресняемой воды регулируют, используя дифференциальные манометры, таким образом, чтобы количество дополнительной подаваемой опресняемой воды на каждые две ступени испарения, через которые их (регулирующие вентили) устанавливают, оставалось примерно постоянным, равным 5-10% от ее количества на первый коллектор. Это обеспечивают поддержанием и контролем постоянного уровня опресняемой воды каждого сборника опресняемой воды 7 с помощью регулирующих вентилей и мерительного приспособления в виде трех мерительных водомерных колонок, гидравлически связанных с полостями соответствующих сборников (не показаны) и расположенных перед их регулирующими вентилями над третьей, пятой и седьмой ступенями испарителя, т.е. первого, второго и третьего сборника 7.

Заявляемый испаритель наиболее эффективен при использовании его в крупногабаритном исполнении, как в судовых, так и в стационарных промышленных установках.

Техническими достоинствами заявляемого изобретения являются:

1. Исключение возможности оголения и фактора бездействия нижних поверхностей нагрева.

2. Улучшение пленочного течения испаряемой жидкости в теплообменных листах первой ступени за счет снижения ее избыточного давления.

3. Повышение коэффициента теплоотдачи первой ступени.

4. Более полное использование нижележащих ступеней за счет дополнительного одновременного подвода испаряемой жидкости.

5. При нагреве меньше сказывается увеличение солености испаряемой воды при ее течении на теплообменные поверхности нижележащих ступеней, так как рассол с верхних ступеней разбавляется свежей порцией дополнительной опресняемой воды. В связи с этим меньше проявляется увеличение накипи или солевых отложений на теплопередающих поверхностях. Реже будут происходить перегревы этих теплообменных поверхностей и выход их из строя.

6. За счет регулируемого подвода испаряемой жидкости к нижележащим ступеням достигается более равномерная тепловая нагрузка теплообменных поверхностей.

7. Устраняется накипеобразование и за счет исключения перегрева оголенных теплообменных поверхностей.

8. Повышается устойчивость движения пленки опресняемой жидкости за счет достигаемого более устойчивого омывания поверхностей нагрева.

9. Достигается конструктивное совершенствование введением нетрадиционной новой системы распределения опресняемой воды по ступеням испарения, наиболее приемлемое для крупногабаритного исполнения.

10. Достаточно точно обеспечивается расчетная производительность опреснительной установки.

Таким образом, подлежит использованию заявляемое изобретение.

Изобретение относится к области судостроения и энергетики и касается способа опреснения морских вод и устройства для его осуществления. Испаряемую воду распределяют и одновременно подают на вершины гофр листов теплообмена (2) посредством распределительного устройства с 4-мя трубчатыми коллекторами (6) и регулирующими вентилями. Коллекторы (6), сообщенные с ними сборники опресняемой воды (7), регулирующие вентили располагают через каждые 2 ступени испарения, в каждую из которых устанавливают по 7 зеркально примыкающих друг к другу листов (2). Опресняемую воду в полость 1-го сверху коллектора (6) подают через регулирующий вентиль и одновременно подают дополнительный ее объем на все нижерасположенные 3 сборника (7) через их регулирующие вентили, в объеме 5-10% от ее количества. Из всех 3-х сборников (7) воду перепускают в полость (8) каждого из 3-х коллекторов (6), откуда ее через его радиальные отверстия (9) подают на распределительные пластины (11), расположенные под каждым коллектором, откуда она в виде пленки поступает одновременно на вершины гофр (3) нижележащих под ним листов (2). Испаряясь и стекая во впадины гофр (3), она через отверстия (4) истекает на вершины гофр следующих нижележащих листов (2). Образовавшийся вторичный пар через отверстия (20) в стенках (21) направляют на сепаратор (22) и выводят патрубком (23) из испарителя. Опресняемую воду после всех ступеней испарения направляют в рассольный щит и в камеру рассола, откуда его отводят из испарителя. Греющий пар подают одновременно к каждой из семи ступеней испарения по патрубку (16) подачи его в камеру греющего пара, откуда на каналы листов (2), в камеру вторичного пара и на отвод по патрубку. Изобретение обеспечивает улучшение пленочного потока верхних ступеней, смачиваемости поверхностей нижних ступеней, уменьшение накипи, солевых отложений на их поверхностях, более полное использование поверхностей нагрева, повышение срока службы опреснителя. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ опреснения морских вод, заключающийся в том, что подводят к пленочному испарителю воду на испарение, подают сверху в виде тонких струй посредством распределительного устройства на вершины гофр горизонтальных гофрированных, зеркально примыкающих друг к другу листов теплообмена некоторое количество подведенной воды, подают из камеры греющего пара греющий пар одновременно по каналам, образованным между гофрами зеркально примыкающих горизонтальных, гофрированных листов теплообмена, нагревают и частично испаряют с образованием вторичного пара образующиеся и равномерно истекающие с вершин гофр данных листов водяные пленки, направляют образующийся вторичный пар через отверстия в боковых стенках корпуса пленочного испарителя в его камеру вторичного пара, направляют данные равномерно истекающие с вершин гофр водяные пленки через отверстия в перемычках примыкающих друг к другу листов теплообмена тонкими водяными струями на вершины гофр нижележащей пары аналогичных листов, которые располагают со смещением этой пары листов относительно верхней пары на один шаг гофр, а с данных вершин гофр аналогичным путем через впадины этих листов и отверстия в их перемычках перепускают эти водяные пленки на вершины гофр следующей нижележащей пары листов, которую аналогично располагают относительно вышележащей пары с аналогичным смещением, образуя таким путем ступени испарения, образующийся при этом вторичный пар направляют аналогичным путем в камеру вторичного пара, а из нее через сепаратор вторичного пара удаляют из пленочного испарителя, образовавшийся при этом рассол удаляют через отверстия в поддоне корпуса в камеру рассола пленочного испарителя, откуда его по технологическому патрубку откачивают из испарителя, отличающийся тем, что подводимое на испарение количество воды распределяют соответственно и одновременно подают на вершины гофр всех листов теплообмена, образующих ступени испарения, посредством ряда элементов распределительного устройства, включающего трубчатый коллектор и регулирующие вентили, при этом каждый трубчатый коллектор располагают через несколько ступеней испарения, оборудуют рядом распределительных отверстий, через которые воду на испарение подают на размещенные под каждым распределительным отверстием распределительные наклонные гофрированные пластины с прорезями на продольных гофрах, снабженные бортиками и вертикальными распределительными гребешками, направляя таким путем по впадинам распределительных наклонных гофрированных пластин водяную пленку и подавая ее с их вертикальных распределительных гребешков одновременно на каждый ряд гофр непосредственно нижележащего листа теплообмена, а образующийся паровой поток вторичного пара пропускают через само распределительное устройство, направляя его через прорези в гофрах наклонных пластин данного элемента распределительного устройства в камеру вторичного пара и нагревая одновременно при этом данным паровым потоком сами наклонные пластины вместе с движущейся по ним водяной пленкой, при этом гасят скоростной напор и предотвращают разбрызгивание выходящих из отверстий трубчатого коллектора распределительного устройства водяных струй посредством отражательных уголков, которые устанавливают над каждым рядом этих отверстий, при этом одновременно подают воду на испарение на первый сверху трубчатый коллектор посредством регулирующего вентиля, направляют последовательно истекающие с расположенных под ним рядов теплообменных листов ступеней испарения водяные пленки на расположенный под ними конусообразный сборник испаряемой воды, откуда перепускают ее в полость расположенного под конусообразным сборником и сопряженного с ним второго трубчатого коллектора, подавая одновременно посредством регулирующего вентиля в данный конусообразный сборник испаряемой воды дополнительное ее количество, а само днище данного конусообразного сборника одновременно нагревают снизу паровым потоком вторичного пара вместе с движущимся по нему водяным потоком; одновременно направляют водяные пленки, истекающие с расположенных под вторым трубчатым коллектором рядов теплообменных листов ступеней испарения, на второй аналогичный сборник испаряемой воды и подают в него одновременно дополнительное количество опресняемой воды посредством регулирующего вентиля, нагревают вторичным паром движущийся по данному сборнику водяной поток через его днище и перепускают его из этого второго сборника в полость сообщающегося с ним третьего аналогичного трубчатого коллектора, повторяя изложенные действия; причем на каждый нижележащий конусообразный сборник испаряемой воды посредством регулирующих вентилей одновременно подают 5-10% опресняемой воды от ее количества, подаваемого одновременно на первый сверху трубчатый коллектор, и контролируют ее уровень в сборниках опресняемой воды посредством мерительного приспособления.

2. Способ опреснения по п.1, отличающийся тем, что трубчатый коллектор распределительного устройства со сборником опресняемой воды устанавливают через каждые две расположенные одна под другой ступеней испарения, в каждую из которых устанавливают по семь примыкающих друг к другу пар листов теплообмена.

3. Пленочный испаритель морских вод, содержащий корпус, камеры греющего и вторичного пара и рассола, сепаратор вторичного пара, распределительное устройство для распределительной подачи опресняемой воды на поверхность теплообмена, теплообменные горизонтальные, гофрированные листы, образующие ступени испарения, технологические патрубки соответствующих сред, при этом данные теплообменные горизонтальные, гофрированные листы соединены попарно с примыканием друг к другу впадин одного и вершин другого листа, размещены между камерами греющего и вторичного пара с сообщением между ними и со смещением каждой нижележащей пары примыкающих листов относительно верхней пары на один шаг гофра, в перемычках, в месте примыкания друг к другу данных листов выполнены перепускные отверстия для перепуска струй опресняемой воды на вершины гофр нижерасположенной пары листов, а пары теплообменных листов отстоят друг от друга на длину перепускаемой водяной струи, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде ряда элементов, включающих регулирующие вентили, трубчатые коллектора с рядами распределительных радиальных отверстий вдоль их нижних боковых образующих; трубчатые коллекторы расположены выше и через несколько теплообменных горизонтальных, примыкающих друг к другу гофрированных листов, образующих ступени испарения, параллельно линий их гофр и закреплены к корпусу испарителя, при этом число всех рядов радиальных отверстий каждого трубчатого коллектора равно числу рядов орошаемых гофр расположенных непосредственно под этим трубчатым коллектором теплообменных листов; над вторым сверху и каждым последующим трубчатым коллектором с сопряжением установлен конусообразный сборник опресняемой воды, который сообщен с полостью соответствующего трубчатого коллектора и закреплен по периметру к корпусу испарителя; к каждому из трубчатых коллекторов под каждым рядом его радиальных отверстий прикреплены распределительные наклонные, продольные, гофрированные пластины, имеющие продольные ряды гофр с прорезями на их вершинах, а также бортики на боковых сторонах, а на свободных концах каждой из данных распределительных наклонных пластин установлены вертикальные распределительные гребешки, у которых их верхняя образующая совпадает с вершинами продольных гофр данной пластины, при этом каждый из вертикальных распределительных гребешков каждой из данных распределительных наклонных пластин расположен над вершинами непосредственно нижележащего соответствующего ряда гофр соответствующего теплообменного листа; причем над каждым рядом радиальных отверстий трубчатого коллектора к его наружной поверхности прикреплены отражательные уголки, а перед каждым конусообразным сборником испаряемой воды и перед первым сверху трубчатым коллектором распределительного устройства установлены регулирующие вентили, сообщенные с напорным трубопроводом, и перед регулирующим вентилем каждого сборника опресняемой воды установлено мерительное приспособление для контроля уровня воды каждого сборника.

4. Пленочный испаритель по п.3, отличающийся тем, что он имеет семь расположенных одна под другой ступеней испарения, каждая из которых содержит по семь пар теплообменных листов, с трубчатым коллектором распределительного устройства и конусообразным сборником испаряемой воды, расположенными через каждые две ступени испарения.