ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ЕЕ ТЕРМОУМЯГЧИТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК B63J1/00 C02F1/04 C02F5/00 B01D1/00 

Изобретение относится к области опреснения морской воды и может быть использовано в опреснительных установках стационарного и судового исполнения.

Как известно в странах с ограниченными природными запасами пресной воды (реки, озера, грунтовые и подземные источники), например Саудовская Аравия, Кувейт, Оман и др., а также на морских судах, основным источником пополнения запасов пресной воды, используемых для бытовых, технологических и технических нужд, являются установки для опреснения морской воды. При этом наиболее известными и широко распространенными установками опреснения являются установки термической дистилляции морской воды с последовательной организацией в них процессов нагрева, испарения и конденсации.

В настоящее время в качестве опреснительных установок большой производительности широкое применение и известность находят многоступенчатые адиабатные опреснительные установки, использующие глубоковакуумный режим работы. Сущность такой известной установки адиабатного многоступенчатого опреснения заключается в наличие ступеней вакуумного испарения, производимого за счет использования теплоты предварительного перегрева морской воды по отношению к температуре насыщения в соответствующей ступени испарения, что обеспечивается путем применения дроссельных распылителей нагретой жидкости в камерах испарения со ступенчатым снижением рабочего давления испарения и последующей конденсацией вторичного пара с соответствующей организацией отвода дистиллята.

Общим недостатком данных широко известных адиабатных опреснительных установок является накипеобразование на теплообменных поверхностях наружного нагревателя питательной воды и конденсаторов вторичного пара, в рабочих каналах сепаратора вторичного пара, а также в каналах перепуска и дроссельного распыления упариваемой морской воды в ступенях испарения, что обусловлено высоким содержанием в морской воде накипеопасных солей жесткости (CaCO₃, Mg(OH)₂, CaSO₄), обладающих отрицательной по температуре нагрева жидкости растворимостью, что предопределяет повышение степени пересыщения раствора по этим компонентам с увеличением температуры нагрева жидкости. При этом наличие естественных центров кристаллизации (шероховатость стенки, загрязнения и пр.) на рабочих поверхностях элементов опреснительной установки, обеспечивающих нагрев и перемещение нагретой морской воды, в сочетании с перегревом пристенных слоев пересыщенных по накипеобразующим солям растворов в условиях рекуперативного подвода и отвода теплоты (через теплообменную стенку) предопределяет неизбежность отложение накипи на теплопередающих поверхностях в процессе нагрева питательной воды и конденсации вторичного пара, а также на поверхностях рабочих каналов сепаратора вторичного пара и каналов перепуска и дроссельного распыления упариваемого раствора в ходе его последовательного перемещения в ступенях испарителя.

Общеизвестно, что интенсивность накипеобразования возрастает с повышением теплонапряженности теплопередающих поверхностей, увеличением температуры нагрева и кратности упаривания раствора, т.е. определяется степенью пересыщения раствора по накипеобразующим солям. Именно данными обстоятельствами продиктована необходимость ограничения температуры предварительного нагрева питательной воды в наружном подогревателе и использования режима глубоковакуумного многоступенчатого упаривания морской воды в широко известных адиабатных опреснительных установках с целью обеспечения приемлемой по условиям эксплуатации скорости накипеобразования на рабочих поверхностях их элементов.

Известны взаимодополняющие варианты описания одной и той же судовой глубоковакуумной 5-ступенчатой адиабатной вакуумной опреснительной установки типа М5 производительностью 240 т/сут, принятой за прототип [УДК 621.187.12. Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. / Судовые водоопреснительные установки. - Л.: Судостроение, 1970. - 304 с., рис.89, рис.90, с.239-244, а также вариант описания того же автора УДК 639.2.061 Лукин Г.Я., Колесник Н.Н. /Опреснительные установки промыслового флота. - М.: Пищевая промышленность, 1970. - 368 с., рис.44, рис.45, с.130-135].

Данная опреснительная установка, включает:

- наружный многоходовой (по нагреваемой воде) кожухотрубный паровой подогреватель питательной воды, имеющий прямотрубный пучок с разделительной перегородкой, образующей паровоздушную полость для сбора и последующего удаления не сконденсировавшейся паровоздушной смеси, а также оборудованный сборником конденсата с его датчиком уровня;

- двухступенчатый пароструйный эжектор;

- конденсатор двухступенчатого пароструйного эжектора с раздельными камерами конденсации паровоздушной смеси соответственно от эжекторов первой и второй ступеней, образующими совместно с последовательно подключенными трубами охлаждающей воды в них холодильники-конденсаторы с их сборниками конденсата, сообщенными между собой U-образной трубой, а также снабженные раздельными патрубками отвода воздуха от этих камер конденсации;

- насосы (питательный, конденсатный, рассольный), трубопроводы, разобщительную и переключающую автоматическую арматуру, контрольно-измерительные приборы (термометры, манометры, вакуумметры, расходомеры), средства автоматического управления и защиты (соленомеры, регуляторы уровня конденсата и дистиллята, регуляторы температуры и др.);

- многоступенчатый адиабатный испаритель, смонтированный в герметичном корпусе, выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда и содержащий вертикальные разделительные перегородки, образующие отдельные ступени испарения, в каждой из которых в верхней зоне горизонтально установлен двухходовой (по охлаждающей воде) кожухотрубный конденсатор вторичного пара, имеющий прямотрубный пучок с разделительной перегородкой, образующей полость для сбора и последующего удаления не сконденсировавшейся паровоздушной смеси, а также оборудованный сборником дистиллята, а в средней зоне смонтирован сепаратор вторичного пара жалюзийного типа, предназначенный для отделение капелек рассола, захваченных поднимающимся вторичным паром, и разделяющий данные ступени испарения на верхнюю зону, являющуюся конденсаторной и нижнюю, являющуюся испарительной. При этом в нижней зоне каждой ступени испарения размещен приемник рассола данной ступени испарения, выполненный в виде опускной трубы увеличенного диаметра, с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства последующей ступени испарения испарителя. Причем каждая из этих перепускных труб содержит в своей верхней свободной части встроенное данное дроссельное устройство, над верхним срезом каждого из которых размещен грибовидный отбойник, выполняющий функцию отражателей ″фонтанных″ струй воды, вытекающих из отверстий дроссельного устройства, что способствует капельному распылению перегретого рассола и создает условия для его эффективного испарения.

Все данные ступени испарения последовательно сообщены между собой соединительными перепускными трубами охлаждающей воды конденсаторов вторичного пара и снабжены трубами последовательного перепуска образующейся паровоздушной смеси из соответствующих полостей данных конденсаторов вторичного пара в направлении от первой ступени испарения к последней, а две соседние камеры ступеней испарения попарно последовательно сообщены между собой в нижней зоне перепускными трубами из приемников рассола данной ступени испарения к дроссельно-распылительным устройствам последующей ступени испарения.

При этом приемник рассола последней ступени испарения сообщен с откачивающим рассольным насосом, напорный трубопровод которого имеет ответвительную перемычку с клапаном, встроенную в трубопровод перед питательным насосом испарителя, напорная полость которого сообщена с приемным трубопроводом охлаждающих труб конденсатора вторичного пара последней ступени испарения. Причем напорный трубопровод питательного насоса снабжен расходомером, а в его всасывающий трубопровод встроен фильтр забортной воды.

Многоступенчатый адиабатный испаритель также содержит систему межступенчатых дроссельных шайб, установленных на упомянутых трубах последовательного перепуска паровоздушной смеси из конденсаторов вторичного пара. При этом паровоздушная полость конденсатора вторичного пара последней ступени испарения сообщена с приемной полостью камеры смешения пароструйного эжектора первой ступени, выходная диффузорная часть которого сообщена с паровоздушной полостью камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора.

Полость камеры смешения пароструйного эжектора второй ступени подключена к патрубку отвода воздуха из камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора, а выходной диффузор пароструйного эжектора второй ступени подключен к паровоздушной полости камеры конденсации конденсатора второй ступени пароструйного эжектора, снабженной патрубком выпуска воздуха в атмосферу.

Входная сопловая часть обоих этих эжекторов подключена параллельно к трубопроводу подачи рабочего пара, а полость сборника конденсата камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора сообщена с полостью сборника конденсата наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды.*

*Примечание. В тексте источника публикации известного решения-прототипа на стр.241 (рис.89) допущена явная опечатка в части подключения ступеней пароструйного эжектора к двухкамерному конденсатору пароструйных эжекторов, что делает систему явно не работоспособной. В этой связи в текст описания прототипа внесены соответствующие коррективы с учетом технического описания многоступенчатого пароструйного эжектора, приведенного в методических указаниях по наладке и эксплуатации пароструйных эжекторов конденсационных установок РД 34.30.302-87 (черт.2).

К приемной части охлаждающих труб камеры конденсации конденсатора второй ступени пароструйного эжектора подведен отводящий трубопровод охлаждающей воды конденсатора вторичного пара первой ступени испарения испарителя, а выходная часть охлаждающих труб камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора сообщена с приемной частью водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, паровая полость которого также подключена к низкопотенциальному источнику греющего пара (например, пар отбора от вспомогательных турбин) через паропровод со встроенным регулятором температуры, причем сам данный подогреватель выполнен с перекрестным направлением движения их взаимно теплообменивающихся сред с прямолинейным направлением движения нагреваемого потока

Выходная часть водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, в свою очередь, посредством отводящего трубопровода, снабженного датчиком температуры, связанным по управляющему импульсу с регулятором температуры, встроенным в подводящий паропровод греющего пара, имеет сообщение с входным патрубком приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя, встроенным по оси его эллиптического днища, а к выходной части данного приемника питательной воды подключены перепускные трубы дроссельно-распределительных устройств первой ступени испарения испарителя.

Сборники дистиллята всех конденсаторов вторичного пара попарно последовательно сообщены между собой трубами межступенчатого перепуска дистиллята, каждая из которых выполнена в виде U-образной трубы, при этом сборник дистиллята конденсатора вторичного пара последней ступени испарения подключен к приемному трубопроводу цистерны дистиллята, сообщенной трубопроводом с откачивающим дистиллятным насосом.

При этом упомянутое межступенчатое перемещение паровоздушной смеси, дистиллята и упариваемого рассола осуществляется за счет перепада рабочего давления в смежных ступенях испарения испарителя.

Воздушная полость цистерны дистиллята сообщена с паровоздушной полостью конденсатора вторичного пара последней ступени испарения испарителя для уравнивания давления в данных полостях и надежного стока дистиллята. Причем цистерна дистиллята оснащена датчиком уровня, сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня цистерны, встроенным в напорную часть трубопровода откачивающего дистиллятного насоса, для поддержания ее рабочего уровня и устойчивой работы данного насоса, причем на выходном участке напорного трубопровода откачивающего дистиллятного насоса установлены расходомер и автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан, переключающий данный трубопровод на сброс дистиллята при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером, установленным на измерительной отводной перемычке контура дистиллята.

Паровоздушная смесь из паровоздушной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды отведена посредством трубопровода в паровоздушную полость конденсатора вторичного пара первой ступени испарения испарителя, а конденсат греющего пара из сборника конденсата данного наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды отведен по трубопроводу откачивающим конденсатным насосом в цистерну конденсата для его повторного использования в пароконденсатном цикле. При этом его сборник конденсата оснащен датчиком уровня, сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня, установленным на напорном трубопроводе откачивающего конденсатного насоса, для поддержания рабочего уровня в сборнике и устойчивой работы самого насоса, причем на выходном участке его напорного трубопровода установлен автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан, переключающий данный трубопровод на сброс конденсата при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером, установленным на измерительной отводной перемычке контура конденсата.

Общеизвестным недостатком данной опреснительной установки (ОУ) является накипеобразование на теплообменных поверхностях наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды и конденсаторов вторичного пара, на поверхностях рабочих каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара и рабочих элементов дроссельно-распылительных устройств многоступенчатого испарителя, что снижает ее рабочий ресурс.

Механизм образования накипи довольно сложный процесс, протекающий на молекулярном уровне, при этом основополагающими условиями начала накипеобразования являются:

- наличие пересыщения ионов накипеобразующих солей в пристенных слоях жидкости или в объеме раствора, т.е. достижение предела растворимости солей жесткости;

- наличие центров кристаллизации на стенке (шероховатости, кристаллы накипи, различные загрязнения и пр.), либо - в объеме жидкости (пузырьки пара, взвешенные частицы загрязнений и образовавшегося шлама).

Присутствие значительного количества ионов Ca²⁺, Mg²⁺, $$S{O}_4^{2-}$$ и $$HC{O}_3^{-}$$ обусловливает большую жесткость морской воды, которая доходит до 140 мг-экв/л. При этом в процессе нагрева и упаривания раствора соли жесткости CaCO₃, Mg(OH)₂, CaSO₄, обладающие отрицательной по температуре нагрева жидкости растворимостью, выпадают в виде накипи на теплопередающих и рабочих поверхностях или шлама в объеме раствора при достижении пересыщения раствора по этим компонентам, причем соотношение этих двух форм снижения пересыщения раствора определяется соотношением суммарных поверхностей центров кристаллизации на рабочих поверхностях и в объеме жидкости.

Рентгеноструктурный анализ накипи из испарителей морской воды показывает, что в общем случае она образована тремя основными компонентами: карбонатом кальция CaCO₃, гидроокисью магния Mg(OH)₂ и сульфатом кальция CaSO₄, причем структура и химический состав солевых отложений в значительной степени определяется температурой рабочих процессов, реализуемых в ОУ.

Карбонат кальция образуется в результате нагрева из бикарбоната:

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑

Преобладающее содержание CaCO₃ характерно для вакуумных испарителей, где температура испарения не превышает 60-80°C. Карбонатная накипь характеризуется относительно малой плотностью, рыхлой структурой и низкой прочностью. Она легко растворяется почти всеми кислотами, кроме щавелевой. Все эти качества являются следствием одного свойства карбоната кальция - способности образовывать кристаллы (шлам) в толще воды.

Аналогичная реакция идет и с бикарбонатом магния при нагревании:

Mg(HCO₃)₂→MgCO₃+H₂O+CO₂↑

При нагревании воды происходит гидролиз карбоната магния с образованием труднорастворимого соединения гидроокиси магния:

MgCO₃+2H₂O→Mg(OH)₂↓+H₂CO₃

Гидроокись магния - основной компонент накипи при температурах 70-100°C, т.е. характерен для испарителей, работающих при давлении, близком к атмосферному. Магнезиальная накипь отличается от карбонатной большей плотностью и теплопроводностью (на 10-15%). Гидроокись магния значительно хуже растворяется кислотами, чем карбонатная накипь.

Сульфатная накипь CaSO₄ наиболее труднорастворима и составляет основную помеху в испарителях при температуре свыше 100-120°C. Ее осаждение - прямое следствие понижения растворимости сульфата кальция с повышением температуры раствора.

Негативная сторона накипеобразования обусловлена низкой теплопроводностью накипных отложений (0,2-1,2 Вт/(м·К)), которая в десятки раз меньше теплопроводности металла (30-35 Вт/(м·К). Потому даже небольшая толщина накипных отложений на теплообменных поверхностях приводит к существенному снижению производительности ОУ, а при достижении толщины накипи более 0,8-1,0 мм уже требуется остановка и вывод из действия самой опреснительной установки для очистки теплообменных и рабочих поверхностей вышеназванных элементов и узлов ОУ от образовавшейся накипи широко известными способами (например, кислотной очисткой), что является весьма продолжительным и трудоемким процессом.

Поэтому скорость процессов накипеобразования, определяющая период между чистками, может служить объективным критерием оценки надежности работы ОУ.

В связи с этим назревшей общественной потребностью и актуальной задачей по обеспечению требуемой эксплуатационной надежности опреснительной установки является снижение скорости накипеобразования на рабочих поверхностях ее элементов путем поиска температурных режимов и применения соответствующих технологических устройств.

В известной ОУ задача по обеспечению допустимой скорости накипеобразования на теплопередающих поверхностях наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды и кожухотрубных конденсаторов вторичного пара, работающих в режиме рекуперативного теплообмена (через теплопередающую стенку) без упаривания, решается путем использования низкопотенциальных источников греющего пара (например, пар отбора от вспомогательных турбин) для ограничения температуры нагрева морской воды и применения глубоковакуумного режима работы опреснительной установки, т.е. за счет снижения теплонапряженности теплообменных поверхностей и температуры рабочих процессов. Однако для обеспечения требуемой надежности работы сепараторов вторичного пара жалюзийного типа и дроссельно-распылительных устройств (ДРУ), предназначенных для перепуска и распыления упариваемого пересыщенного рассола в условиях нарастания концентрации солей жесткости в растворе по ходу его последующего ступенчатого испарения, это оказывается явно недостаточным, что предопределяет необходимость применения дополнительных технологических устройств для снижения скорости накипеобразования на рабочих поверхностях каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара, дроссельных отверстий и перепускных каналов ДРУ, обусловленных процессами кристаллизации солей жесткости на естественных на центрах кристаллизации (шероховатости, неровности, загрязнения), всегда имеющихся на этих рабочих поверхностях, что может стать причиной нарушения рабочего режима ОУ и даже может привести к необходимости полной ее остановки, что весьма существенно.

Известна попытка использования в ОУ ″зернистых присадков″, заключающаяся в использовании тонкодисперсных порошков (например, мела) путем их введения в объем питательной воды в количестве 8-10 г/л в качестве ″затравочных кристаллов″, [Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. /Судовые водоопреснительные установки. Л.: Судостроение, 1970.- с.110-111]. Эти частицы, суммарная поверхность которых оказывается значительно больше суммарной поверхности естественных центров кристаллизации на шероховатой стенки, являясь центрами кристаллизации в объеме пересыщенного раствора, позволяют отвлечь процесс накипеобразования от шероховатой поверхности каналов ступенчатого перепуска и дроссельных отверстий ДРУ на взвешенные в объеме жидкости частицы, т.е. заменить процесс накипеобразования на рабочих поверхностях интенсивным шламообразованием в объеме пересыщенного раствора. При этом благодаря уменьшению пересыщения раствора на этих ″затравочных кристаллах″ в объеме рассола, содержащейся в придонной зоне и приемниках рассола последующей ступени испарения, создаются благоприятные условия для снижения накипеобразования на поверхностях рабочих каналов жалюзийного сепаратора за счет снижения концентрации солей жесткости в капельках рассола, вносимых в них совместно с потоком сепарируемого вторичного пара. Отмеченная совокупность процессов протекает аналогично на всем пути ступенчатого адиабатного испарения и последовательного перепуска и дроссельного распыления рассола.

Однако реализация данного технического решения, связанная с использованием ″затравочных″ материалов с удельным весом 2,7-2,8 г/см³ (существенно превышающим плотность воды ρ=1,0 г/см³) в известной многоступенчатой адиабатной опреснительной установке, сопряжена с необходимостью организации эффективной циркуляции в объеме жидкости для исключения осаждения ″затравочных″ материалов на днище испарителя в нижней зоне камер ступеней испарения, что предопределяет необходимость установки специальных устройств для эффективного перемешивания объема жидкости в придонной зоне ступеней испарения, что достаточно сложно и ненадежно. При этом неизбежное осаждение ″затравочных″ материалов, предопределяя уменьшение количества ″затравочных″ кристаллов в объеме пересыщенного раствора по ходу его ступенчатого испарения и последовательного перепуска и дросселирования, приводит к снижению эффективности борьбы с накипеобразованием в отмеченных элементах испарителя. Более того, необходимость предварительного приготовления и дозировки тонкодисперных порошков приводит к значительному увеличению стоимости и трудоемкости обслуживания известной опреснительной установки. В итоге данный технологический способ не обеспечивает эффективное решение поставленной технической задачи по повышению надежности опреснительной установки и не нашел своего применения

Задачей заявляемой группы изобретений является устранение отмеченных недостатков, а именно: отказ от применения дополнительных ″затравочных″ материалов; снижение трудоемкости обслуживания технологического устройства; обеспечение эффективного снижения скорости накипеобразования на поверхностях рабочих каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара, а также в отверстиях и перепускных каналах ДРУ и повышение надежности работы ОУ путем разработки и использования принципиально новых технологических и конструктивных решений.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в известной опреснительной установке, включающей:

- наружный многоходовой (по нагреваемой воде) кожухотрубный паровой подогреватель питательной воды, имеющий прямотрубный пучок с разделительной перегородкой, образующей паровоздушную полость для сбора и последующего удаления не сконденсировавшейся паровоздушной смеси, а также оборудованный сборником конденсата с его датчиком уровня;

- двухступенчатый пароструйный эжектор;

- конденсатор двухступенчатого пароструйного эжектора с раздельными камерами конденсации паровоздушной смеси соответственно от эжекторов первой и второй ступеней, образующими совместно с последовательно подключенными трубами охлаждающей воды в них холодильники-конденсаторы с их сборниками конденсата, сообщенными между собой U-образной трубой, а также снабженные раздельными патрубками отвода воздуха от этих камер конденсации. Причем в качестве сборника конденсата здесь используется объем нижней зоны камер конденсации;

- насосы (питательный, конденсатный, рассольный), трубопроводы, разобщительную и переключающую автоматическую арматуру, контрольно-измерительные приборы (термометры, манометры, вакуумметры, расходомеры), средства автоматического управления и защиты (соленомеры, регуляторы уровня конденсата и дистиллята, регуляторы температуры и др.);

- многоступенчатый адиабатный испаритель, смонтированный в герметичном корпусе, выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда, и содержащий вертикальные разделительные перегородки, образующие отдельные ступени испарения, в каждой из которых в верхней зоне горизонтально установлен двухходовой (по охлаждающей воде) кожухотрубный конденсатор вторичного пара, имеющий прямотрубный пучок с разделительной перегородкой, образующей полость для сбора и последующего удаления не сконденсировавшейся паровоздушной смеси, а также оборудованный сборником дистиллята, а в средней зоне смонтирован сепаратор вторичного пара жалюзийного типа, предназначенный для отделение капелек рассола, захваченных поднимающимся вторичным паром и разделяющий данные ступени испарения на верхнюю зону, являющуюся конденсаторной и нижнюю, являющуюся испарительной. При этом в нижней зоне каждой ступени испарения размещен приемник рассола данной ступени испарения, выполненный в виде опускной трубы увеличенного диаметра, с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства последующей ступени испарения. Причем каждая из этих перепускных труб содержит в своей верхней свободной части встроенное данное дроссельное устройство, над верхним срезом каждого из которых размещен грибовидный отбойник, выполняющий функцию отражателей ″фонтанных″ струй воды, вытекающих из отверстий дроссельного устройства, что способствует капельному распылению перегретого рассола и создает условия для его эффективного испарения.

Все данные ступени испарения последовательно сообщены между собой соединительными перепускными трубами охлаждающей воды конденсаторов вторичного пара и снабжены трубами последовательного перепуска образующейся паровоздушной смеси из соответствующих полостей данных конденсаторов вторичного пара в направлении от первой ступени испарения к последней, а две соседние камеры ступеней испарения попарно последовательно сообщены между собой в нижней зоне перепускными трубами из приемников рассола данной ступени испарения к дроссельно-распылительным устройствам последующей ступени испарения. При этом приемник рассола последней ступени испарения сообщен с откачивающим рассольным насосом, напорный трубопровод которого имеет ответвительную перемычку с клапаном, встроенную в трубопровод перед питательным насосом испарителя, напорная полость которого сообщена с приемным трубопроводом охлаждающих труб конденсатора вторичного пара последней ступени испарения. Причем напорный трубопровод питательного насоса снабжен расходомером, а в его всасывающий трубопровод встроен фильтр забортной воды. Упомянутая ответвительная перемычка с клапаном используется для поддержания расчетной температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор последней ступени испарения при плавании в холодных водах путем частичного перепуска рассола в трубопровод охлаждающей (питательной) воды.

Многоступенчатый адиабатный испаритель (далее по тексту «испаритель») также содержит систему межступенчатых дроссельных шайб, установленных на упомянутых трубах последовательного перепуска паровоздушной смеси из конденсаторов вторичного пара. При этом паровоздушная полость конденсатора вторичного пара последней ступени испарения сообщена с приемной полостью камеры смешения пароструйного эжектора первой ступени, выходная диффузорная часть которого сообщена с паровоздушной полостью камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора. Полость камеры смешения пароструйного эжектора второй ступени подключена к патрубку отвода воздуха из камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора, а выходной диффузор пароструйного эжектора второй ступени подключен к паровоздушной полости камеры конденсации конденсатора второй ступени пароструйного эжектора, снабженной патрубком выпуска воздуха в атмосферу.

Отмеченная схема отвода паровоздушной смеси от конденсаторов вторичного пара испарителя с применением промежуточной конденсации смешанной среды в камере конденсации пароструйного эжектора первой ступени позволяет значительно снизить расход рабочего пара на пароструйный эжектор второй ступени за счет уменьшения объема перемещаемой среды, поступающей в полость ее камеры смешения.

Входная сопловая часть обоих этих эжекторов подключена параллельно к трубопроводу подачи рабочего пара, а полость сборника конденсата камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора сообщена с полостью сборника конденсата наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды.

При этом ступенчато увеличивающийся рабочий вакуум в ступенях испарения испарителя обеспечивается за счет конденсации вторичного пара в конденсаторах соответствующих ступеней испарения и работы двухступенчатого пароструйного эжектора, отсасывающего паровоздушную смесь из паровоздушной полости конденсатора вторичного пара последней ступени испарителя, через упомянутую систему межступенчатых дроссельных шайб, встроенных в трубы межступенчатого перепуска паровоздушной смеси.

К приемной части охлаждающих труб камеры конденсации конденсатора второй ступени пароструйного эжектора подведен отводящий трубопровод охлаждающей воды конденсатора вторичного пара первой ступени испарения испарителя, а выходная часть охлаждающих труб камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора сообщена с приемной частью водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, паровая полость которого также подключена к низкопотенциальному источнику греющего пара через паропровод со встроенным регулятором температуры. Причем сам данный подогреватель выполнен с перекрестным направлением движения их взаимно теплообменивающихся сред с прямолинейным направлением движения нагреваемого потока.

Выходная часть водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, в свою очередь, посредством отводящего трубопровода, снабженного датчиком температуры, связанным по управляющему импульсу с регулятором температуры, встроенным в подводящий паропровод греющего пара, имеет сообщение с входным патрубком приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя, встроенным по оси его эллиптического днища, а к выходной части данного приемника питательной воды подключены перепускные трубы дроссельно-распределительных устройств первой ступени испарения испарителя.

Сборники дистиллята всех конденсаторов вторичного пара попарно последовательно сообщены между собой трубами межступенчатого перепуска дистиллята, каждая из которых выполнена в виде U-образной трубы, высота столба жидкости в которых однозначно определяет рабочий перепад давлений между ступенями испарения испарителя, т.е. разность температур насыщения испаряемого рассола в смежных ступенях испарения. При этом сборник дистиллята конденсатора вторичного пара последней ступени испарения подключен к приемному трубопроводу цистерны дистиллята, сообщенной трубопроводом с откачивающим дистиллятным насосом.

Упомянутое межступенчатое перемещение дистиллята, а также паровоздушной смеси и упариваемого рассола осуществляется за счет перепада рабочего давления в смежных ступенях испарения испарителя.

Воздушная полость цистерны дистиллята сообщена с паровоздушной полостью конденсатора вторичного пара последней ступени испарения испарителя для уравнивания давления в данных полостях и надежного стока дистиллята. Причем цистерна дистиллята оснащена датчиком уровня, сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня цистерны, встроенным в напорную часть трубопровода данного насоса, для поддержания ее рабочего уровня и устойчивой работы откачивающего дистиллятного насоса. Причем на выходном участке напорного трубопровода откачивающего дистиллятного насоса установлены расходомер и автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан, переключающий данный трубопровод на сброс дистиллята при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером, установленным на измерительной отводной перемычке контура дистиллята.

Паровоздушная смесь из паровоздушной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды отведена посредством трубопровода в паровоздушную полость конденсатора вторичного пара первой ступени испарения испарителя, а конденсат греющего пара из сборника конденсата данного наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды отведен по трубопроводу откачивающим конденсатным насосом в цистерну конденсата для его повторного использования в пароконденсатном цикле. При этом его сборник конденсата оснащен датчиком уровня, сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня, установленным на напорном трубопроводе откачивающего конденсатного насоса, для поддержания рабочего уровня в сборнике конденсата и устойчивой работы самого насоса. Причем на выходном участке его напорного трубопровода установлен автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан, переключающий данный трубопровод на сброс конденсата при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером, установленным на измерительной отводной перемычке контура конденсата; в ОТЛИЧИЕ от нее заявленная установка дополнительно содержит двухсекционный приемник питательной воды с патрубками подвода и отвода водных сред, установленный перед приемником питательной воды первой ступени испарения испарителя, и термоумягчитель, содержащий патрубки подвода и отвода рабочих сред. При этом патрубок подвода к нему водной среды сообщен с ответвлением, имеющим регулирующий клапан, расходомер и регулятор уровня. Причем данное ответвление встроено в отводящий трубопровод выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды. Патрубок отвода водной среды со взвешенным шламом термоумягчителя сообщен с входным патрубком двухсекционного приемника питательной воды, а его патрубок отвода паровоздушной среды сообщен с паровоздушной полостью наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды. Патрубок подвода пара термоумягчителя сообщен с источником греющего пара для дополнительного нагрева в нем водной среды.

Сам двухсекционный приемник питательной воды содержит цилиндрический корпус с эллиптическими крышкой и днищем, патрубки подвода и отвода водных сред, патрубки для подключения водоуказательной колонки в верхней его части и оснащен датчиком уровня (например, поплавкового типа), установленным в верхней части его цилиндрического корпуса, а также имеет дополнительную обечайку внутри корпуса, встроенную по оси его эллиптического днища с протяженностью по своей высоте от днища, равной высоте цилиндрической части корпуса, и образующую две вертикальные открытые полости: внешнюю и центральную. Внешняя полость патрубком отвода, размещенным в нижней ее зоне, сообщена с патрубком подвода водной среды приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя, а центральная полость патрубком подвода, встроенным по оси днища, подключена к отводящему трубопроводу выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, содержащему регулирующий клапан и регулятор уровня, сообщенный по управляющему импульсу с датчиком уровня двухсекционного приемника питательной воды, установленным в верхней части его цилиндрического корпуса. Причем его центральная полость в нижней зоне также сообщена с патрубком подвода воды со взвешенным шламом от термоумягчителя для их качественного смешивания с питательной водой. По оси эллиптической крышки встроен патрубок отвода воздуха, подключенный к трубопроводу с воздушным клапаном.

В составе заявляемой опреснительной установки, как единого целого, эти дополнительные ее составные части предназначены для реализации двух технологически взаимосвязанных процессов. Так термоумягчитель, как часть целого, который может использоваться и самостоятельно, является в ней технологическим устройством для генерации частиц подвижного шлама в объеме пересыщенного по накипеобразующим солям раствора, используемых в последующем в этом целом, а именно в двухсекционном приемнике питательной воды в качестве ″затравочных кристаллов″ для снижения пересыщения солей жесткости в объеме нагретой питательной воды первой ступени испарения испарителя за счет шламообразования в ее объеме (термическое умягчение).

При этом термоумягчитель, как часть целого, являясь определяющим звеном в данной взаимосвязанной технологической цепи термического умягчения питательной воды ОУ, отвечает следующим основополагающим требованиям: способность генерировать максимальное количество подвижных шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора и обеспечивать эффективный отвод жидкости с наибольшим содержанием этих шламовых частиц.

Известно, принятое за прототип, устройство-термоумягчитель, предназначенное для термической обработки подпиточной сетевой воды отопительных котельных, использующих исходную пресную воду с повышенной минерализацией [А.с. №1615459 СССР от 23.12.1990 г./ Устройство для обработки воды. МПК F22D 1/30, C02F 1/20, C02F 103:02], содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, днищем и патрубком подвода пара, а также патрубками отвода выпара, умягченной воды и шлама, а также содержащий коллектор подвода воды с раздающими насадками, под которыми размещены скомпонованные в горизонтальной перегородке приемные контактно-пленочные водонагреватели конфузорного типа; две вертикальные цилиндрические обечайки, концентрично установленные на днище корпуса по его оси и образующие три вертикальные открытые полости (секции термического умягчения), из которых внешняя полость образована внутренней поверхностью корпуса и периферийной обечайкой, средняя образована периферийной и центральной обечайками, а сама центральная обечайка образует в корпусе центральную полость. Причем в известном устройстве в нижней части центральной обечайки по ее периметру выполнены вырезы для перетока жидкости из центральной полости в среднюю.

При этом известное взаимное расположение патрубка греющего пара, коллекторов подвода воды и отвода умягченной воды, а также патрубков продувки шлама и удаления выпара выполнено с учетом обеспечения противоточного движения нагреваемой воды и греющего пара для эффективной реализации процессов нагрева и дегазации, а также организации процессов термического умягчения раствора в направлении от центральной полости к внешней путем последовательного чередования опускного и подъемного движения нагретой жидкости в этих полостях умягчения с поэтапной продувкой образующегося шлама и подачей умягченной и дегазированной воды из внешней полости на подпитку тепловых сетей. Такая схема организации процессов термического умягчения воды в определенной мере отвечает требованиям качественного приготовления подпиточной сетевой воды.

Однако известное конструктивно-компоновочное техническое решение не позволяет реализовать, что является его недостатком, основной замысел изобретения по генерации частиц подвижного шлама для последующего его использования в качестве ″затравочных кристаллов″ с наибольшим содержанием этих шламовых частиц на выходе устройства. Это обусловлено тем, что в устройстве-прототипе отвод термически умягченной воды осуществляется из внешней полости секции термического умягчения, где концентрация шламовых частиц минимальна. При этом, как показал опыт, попытка повышения их концентрации путем закрытия патрубков продувки шлама из корпуса устройства и увеличения скорости движения жидкости до значений, превышающих скорость седиментации (осаждения) шлама в ее средней полости умягчения, сопряжена с необходимостью внесения существенных конструктивных изменений. Более того, организация отвода шламосодержащей воды из внешней полости, обладающей наибольшим сечением (периметром) по сравнению с другими полостями, весьма затруднительна, что естественно требует дополнительной конструктивной доработки для исключения осаждения и скопления шлама в ее нижней зоне. Т.е. известное техническое решение имеет недостатки, а именно: не обеспечивает возможность эффективного отвода воды с наибольшим содержанием взвешенного шламовых частиц, для их последующего использования в качестве ″затравочных кристаллов″, что является основной задачей единого изобретательского замысла.

Для устранения отмеченных недостатков известного термоумягчителя, содержащего вертикальный цилиндрический корпус с днищем, крышкой и патрубком подвода пара, а также патрубками отвода выпара, умягченной воды и шлама, а также содержащего коллектор подвода воды с раздающими насадками, под которыми размещены скомпонованные в горизонтальной перегородке приемные контактно-пленочные водонагреватели конфузорного типа; а также содержащего две вертикальные цилиндрические обечайки, установленные концентрично на днище корпуса по его оси и образующие три вертикальные открытые полости (секции термического умягчения), из которых внешняя полость образована внутренней поверхностью корпуса и периферийной обечайкой, средняя образована периферийной обечайкой и центральной обечайкой, а сама центральная обечайка образует в корпусе центральную полость, в ОТЛИЧИЕ от него заявляемый термоумягчитель дополнительно содержит встроенную в корпус под его крышкой перфорированную диафрагму, имеющую отверстия в периферийной своей зоне для организации равномерной подачи пара в зону нагрева воды; куполообразную горизонтальную перегородку, установленную с кольцевым зазором относительно внутренней стенки корпуса на опорных элементах на этих стенках и размещенную ниже горизонтальной перегородки со скомпонованными в ней приемными контактно-пленочными водонагревателями конфузорного типа, а также дополнительно содержит коллектор отвода выпара, установленный под данной куполообразной перегородкой. При этом верхний торец периферийной обечайки расположен выше верхнего торца центральной обечайки, а протяженность обеих из них по своей высоте от днища составляет более половины высоты корпуса термоумягчителя. В нижней части периферийной обечайки по ее периметру выполнены вырезы для перетока жидкости из внешней полости в среднюю. Форма днища корпуса и его крышки выполнена эллиптической. Патрубок отвода воды совмещен с отводом частиц шлама и вмонтирован по оси эллиптического днища корпуса под его центральной полостью, а патрубок подвода пара вмонтирован в эллиптическую крышку корпуса по его оси.

Цилиндрический корпус, в своей верхней части, снабжен патрубками для подключения водоуказательной колонки, а также оборудован датчиком уровня (например, поплавкового типа). Причем датчик уровня связан по управляющему импульсу с регулятором уровня, установленным на упомянутом ответвлении отводящего трубопровода выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, которое подключено к патрубку подвода водной среды термоумягчителя, а коллекторы отвода выпара и подвода воды к контактно-пленочным водонагревателям, вертикальные цилиндрические обечайки и куполообразная горизонтальная перегородка выполнены из термостойких гидрофобных пищевых пластмасс.

Заявленное исполнение названных конструктивных элементов, находящихся в наиболее коррозионно- и накипеопасной зоне термоумягчителя, из термостойких гидрофобных пищевых пластмасс направлено на повышение надежности и долговечности работы данного устройства, при этом существенным является то, что изготовление не нагруженных элементов термоумягчителя с применение пластмасс с меньшим по сравнению с металлом удельным весом обеспечивает снижение массы и стоимости устройства.

В свою очередь, изготовление горизонтальной куполообразной перегородки, периферийной и центральной обечаек из пластмасс с гидрофобными свойствами, ухудшающими условия отложение накипи на внешней поверхности куполообразной горизонтальной поверхности и вертикальных поверхностях цилиндрических обечаек, препятствует снижению пересыщения раствора, обусловленного накипеобразованием, перед его поступлением во внешнюю секцию, а также в самих секциях умягчения по ходу движения пересыщенного раствора, что является дополнительным фактором, способствующим повышению в них эффективности генерации шламовых частиц, являющихся главной целевой технологической продукцией термоумягчителя, что является весьма существенным и принципиально важным для достижения поставленной задачи по эффективной генерации шламовых частиц.

Кроме того, согласно требованиям санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.1.4.1074-01 в устройствах, связанным с выработкой пресной воды, которые могут быть использованы в качестве питьевой, разрешено применение пищевых пластмасс, исключающих выделение вредных веществ в процессе нагрева, и сертифицированных в соответствии с требованиями методических указаний МУ 2.1.4.78-99 «Гигиеническая оценка материалов, реагентов, оборудования, технологий, используемых в системах водоснабжения».

Заявляемые конструктивно-компоновочные решения по термоумягчителю в совокупности его признаков направлены на реализацию основных требований, предъявляемых к данному технологическому устройству, а именно: организация эффективной генерации в объеме пересыщенного раствора подвижных шламовых частиц и обеспечение отвода воды с наибольшим содержанием взвешенного шламовых частиц, для их последующего использования в качестве ″затравочных кристаллов″.

При этом реализованы ключевые технические требования, предъявляемые к термоумягчителю, на основе известных закономерностей термического умягчения высоко минерализованных вод, которые сводятся к следующему:

- эффективность процесса генерации частиц подвижного шлама в объеме пересыщенного раствора, основанного на использовании отрицательной растворимости солей жесткости, возрастает с повышением температуры нагрева жидкости и, обусловленного этим, увеличением пересыщения раствора, при этом катализирующим фактором служит наличие центров кристаллизации (пузырьки пара, частицы шлама) в объеме жидкости;

- интенсивность снижения пересыщения раствора (кинетика термического умягчения), за счет шламообразования в ее объеме, и степень завершенности процесса термического умягчения зависит от реализуемого при этом гидродинамического режима движения жидкости (ламинарный, ламинарно-турбулентный или турбулентный) и времени пребывания раствора в зоне термического умягчения. Так, при турбулентном режиме движении, за счет активного выноса жидкости из зоны с меньшим пересыщением раствора в зону с повышенным пересыщением, происходит общее снижение пересыщения умягчаемого раствора по ходу его движения, что, в конечном счете, предопределяет снижение интенсивности шламообразования. Поэтому наибольшая эффективность шламообразования может быть достигнута только при ламинаризации движения жидкости, ослабляющей такое перемешивание во всем объеме и обусловленное этим снижение пересыщения умягчаемого раствора. При этом достигается наибольший концентрационный потенциал для эффективного шламообразования по ходу термического умягчения раствора.

Все названные позитивные факторы, обеспечивающие оптимальные условия для эффективной генерации частиц подвижного шлама, реализованы в термоумягчителе путем использования дополнительного контактного нагрева умягчаемой воды греющим паром, применением секционирования водного объема термоумягчителя, исключающим перемешивание жидкости во всем ее объеме. При этом уровень ламинаризации движущейся жидкости в самих секциях термического умягчения определяется скоростью движения потока, т.е площадью поперечного сечения данных секций.

В заявляемом термоумягчителе, как части целого, технологический процесс генерации подвижных частиц шлама в объеме пересыщенного раствора осуществляется следующим образом.

Питательная вода через ответвление, содержащее регулирующий клапан, расходомер, регулятор уровня и встроенное в трубопровод отвода нагретой питательной воды из выходной водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, подведена к коллектору подвода воды и далее через его раздающие насадки к контактно-пленочным водонагревателям конфузорного типа, встроенных в горизонтальную перегородку, где стекает в пленочном режиме по их внутренней конфузорной поверхности. Греющий пар через патрубок, размещенный по оси эллиптической крышки, подается в зону нагрева через перфорированную диафрагму, имеющую отверстия в своей периферийной зоне и размещенную горизонтально под эллиптической крышкой, равномерно поступает к контактно-пленочным водонагревателям конфузорного типа, где, за счет конденсации греющего пара на свободной поверхности гравитационно стекающей пленки жидкости, обеспечивается ее эффективный дополнительный нагрев. Такой контактный нагрев с использованием конфузора, выполненного из малотеплопроводного материала, обеспечивает минимальную температуру в пристенных слоях жидкости, что существенно важно для создания условий безнакипного режима работы самого контактного водонагревателя. Дальнейший контактный нагрев осуществляется в режиме кольцевого струйно-пленочного течения жидкости на выходе водонагревателя в спутно-поперечном режиме движения греющего пара. При этом нагретая вода поступает на внешнюю поверхность горизонтальной куполообразной перегородки, размещенной ниже упомянутой горизонтальной перегородки со скомпонованными в ней контактно-пленочными водонагревателями конфузорного типа, и стекает в виде струй во внешнюю секцию термического умягчения, образованную внутренней поверхностью корпуса и периферийной обечайкой. На этом участке догрев воды обеспечивается за счет конденсации греющего пара на внешних поверхностях последовательно обтекаемых им струй воды. На всем пути своего спутно-поперечного движения греющий пар обеспечивает ″вентиляцию″ свободных поверхностей нагреваемой жидкости, способствуя удалению выделившихся газов через коллектор отвода выпара, размещенный под куполообразной перегородкой. Благодаря размещению коллектора отвода паровоздушной смеси под куполообразной перегородкой, имеющей максимальную площадь в нижнем поперечном сечении, и учитывая, что расход выпара, удаляемого с изменением вектора направления движения на 90°, не превышает 3-5% от расхода греющего пара, исключается вынос капелек солесодержащей влаги совместно с выпаром, что позволяет направить выпар в соответствующий конденсатор (наружный многоходовой кожухотрубный паровой подогреватель питательной воды) для последующего возврата конденсата в пароконденсатный цикл.

Заявляемая схема организации дополнительного нагрева жидкости в режиме спутно-поперечного движения греющего пара в сочетании с активной ″вентиляцией″ свободных поверхностей нагреваемой воды предопределяет увеличение парциального давления пара на границе раздела фаз, благодаря чему достигается минимальный недогрев жидкости до температуры насыщения, соответствующей давлению в корпусе термоумягчителя, что способствует достижению максимального пересыщения раствора по накипеобразующим солям на входе внешней секции умягчения, что является фактором, интенсифицирующим процессы генерации первичных шламовых частиц в данной секции термического умягчения.

При этом частицы пара, захваченные струями жидкости, стекающими с куполообразной перегородки, создают в верхней зоне внешней секции термического умягчения насыщенную паровыми пузырями зону, перемещающуюся вместе с жидкостью вниз. Причем паровые пузырьки различных размеров выполняют различные функции в процессе движения раствора во внешней секции термического умягчения. Так паровые пузырьки больших размеров способствуют дегазации нагретой жидкости за счет диффузии выделившихся газов в их объем, и по мере роста эти паровые пузырьки всплывают вверх к вентилируемой границе раздела фаз, способствуя удалению газов совместно с выпаром. В то же время мельчайшие паровые пузырьки, выполняя функцию центров кристаллизации, являются катализирующим фактором образования зародышей первичных частиц шлама в объеме пересыщенного раствора во внешней секции умягчения, что весьма существенно.

Наряду с отмеченными процессами в объеме нагретого пересыщенного раствора во внешней секции термического умягчения происходит также естественное образование центров кристаллизации (зародышей первичных частиц шлама), происходящее за счет снижения пересыщения жидкости в зоне, характеризующейся наибольшим концентрационным потенциалом пересыщенного раствора.

В объеме раствора последующих секций термического умягчения: средней, образованной центральной обечайкой и периферийной обечайкой, имеющей в своей нижней части по ее периметру вырезы для перетока жидкости из внешней секции в среднюю, и центральной секции, образованной самой центральной обечайкой, происходит рост первичных центров кристаллизации (шламообразование), генерируемых в объеме раствора внешней секции термического умягчения. Причем благодаря изготовлению горизонтальной куполообразной перегородки, периферийной и центральной обечаек из пластмасс с гидрофобными свойствами, ухудшаются условия отложения накипи на внешней поверхности куполообразной горизонтальной поверхности и вертикальных поверхностях цилиндрических обечаек, препятствующие снижению пересыщения раствора, обусловленного накипеобразованием на указанных поверхностях, перед его поступлением во внешнюю секцию, а также в самих секциях умягчения по ходу движения пересыщенного раствора и что является дополнительным фактором, способствующим повышению эффективности генерации шламовых частиц.

Кроме того, за счет ламинаризации движущейся жидкости обеспечивается наибольший концентрационный потенциал для эффективной генерации и роста шламовых частиц по ходу движения умягчаемого раствора, являющихся главной целевой технологической продукцией термоумягчителя.

При этом функциональное назначение этих секций термического умягчения различно, поэтому для организации эффективной генерации шламовых частиц выполнено рациональное распределение общего водного объема термоумягчителя между секциями термического умягчения, а именно:

- во внешней секции, в условиях максимального пересыщения раствора, обусловленного ее дополнительным нагревом, и наличия мельчайших паровых пузырьков, выполняющих функцию центров кристаллизации, происходит интенсивное образование первичных зародышей центров кристаллизации и начинается их рост (шламообразование). При этом общая эффективность работы термоумягчителя в значительной степени определяется эффективностью организации процессов в данной секции, что и достигнуто за счет увеличения времени пребывания и снижения скорости опускного движения раствора. Поэтому водный объем внешней секции установлен наибольшим (не менее половины общего водного объема термоумягчителя);

- в средней секции в режиме подъемного движения происходит дальнейший рост и укрупнение шламовых частиц, поступающих из внешней секции, в результате чего возрастает их суммарная поверхность. При этом использование единой водной среды, предопределяющее идентичность химического состава первичных зародышей центров кристаллизации, генерируемых в объеме внешней секции, химическому составу умягчаемого раствора, обусловливает меньшую работу кристаллизации на этих ″затравочных″ шламовых частицах в объеме пересыщенного раствора. Благодаря отмеченному катализирующему фактору обеспечивается эффективный рост шламовых частиц в объеме раствора данной и последующей секций термического умягчения.

В объеме средней секции для эффективного роста шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора также требуется ламинаризация потока жидкости в режиме ее подъемного движения, что достигнуто за счет обеспечения соответствующей скорости движения и времени пребывания в ней умягчаемого раствора. В итоге объем средней секции занимает не менее трети общего водного объема термоумягчителя;

- в центральной секции в режиме опускного движения жидкости продолжается рост шламовых частиц и завершается на стадии, достаточной для их дальнейшего использования в качестве ″затравочных кристаллов″ в двухсекционном приемнике питательной воды опреснителя. При этом интенсивность роста шламовых частиц в объеме данной секции, происходящем в зоне с наименьшим пересыщением раствора, будет ниже, чем в средней секции, поэтому основное дополнительное назначение центральной секции состоит в обеспечении отвода воды с наибольшим содержанием взвешенных шламовых частиц из нижней своей зоны на вход двухсекционного приемника питательной воды.

При этом основным критерием оценки эффективности работы термоумягчителя служит количество и размер шламовых частиц на выходе устройства.

Существует возможность снижения степени пересыщения раствора на выходе термоумягчителя (за счет дальнейшего роста шламовых частиц) путем увеличения количества секций умягчения. Однако при этом необходимо учитывать, что в дополнительных секциях умягчения процессы роста шламовых частиц будут протекать в зоне с более низким пересыщением накипеобразующих солей, что предопределяет и низкую скорость роста шламовых частиц. Поэтому достигаемый дополнительный эффект от попытки увеличения количества секций умягчения, сопряженный с существенным усложнением конструкции и ухудшением массогабаритных характеристик термоумягчителя, будет незначительным.

В этой связи существенно то, что в заявленном трехсекционном исполнении термоумягчителя размер шламовых частиц на выходе устройства, требуемый для их последующего эффективного использования в качестве ″затравочных кристаллов″, обеспечен изменением высоты водного объема устройства (увеличением времени генерации частиц шлама) без изменения его поперечных размеров, что чрезвычайно важно.

Для обеспечения устойчивой работы термоумягчителя в нем поддерживается постоянство оптимального рабочего уровня жидкости. При этом предельный диапазон зоны контроля уровня жидкости ограничен предельно верхним и нижним допустимыми уровнями жидкости, определяемыми соответственно высотой размещения верхней кромки промежуточной обечайки и переливной кромки центральной обечайки. Для этих целей термоумягчитель оснащается датчиком уровня (например, поплавкового типа), установленным в верхней части цилиндрического корпуса и сообщенным управляющим импульсом с регулятором уровня, встроенным в ответвление, сообщенное с отводящим трубопроводом нагретой питательной воды из выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, а также датчиками предельного уровня, сообщенными управляющими импульсами с аппаратурой системы светового и звукового сигнального оповещения. Термоумягчитель также снабжен водоуказательной колонкой для визуального контроля уровня.

Таким образом заявляемая часть целого (ОУ), как техническое решение, в совокупности своих отличительных признаков, а именно: включение в состав известного термоумягчителя дополнительных конструктивных элементов: горизонтальной перфорированной диафрагмы, горизонтальной куполообразной перегородки с установленным под ним коллектора отвода выпара; применение секционирования водного объема и организации процессов термического умягчения в направлении от внешней секции умягчения к центральной в режиме последовательного чередования опускного и подъемного ламинаризованного движения жидкости в секциях умягчения; организация отвода водной среды с наибольшим содержанием генерируемых частиц подвижного шлама из нижней зоны центральной секции термического умягчения; использование дополнительного эффективного контактного нагрева умягчаемого раствора в режиме спутно-поперечного движения греющего пара, обеспечивающее максимальное пересыщение раствора по солям жесткости на входе внешней секции термического умягчения, способствующее повышению эффективности генерации первичных шламовых частиц в объеме данной секции в условиях наличия мельчайших паровых пузырьков, выполняющих катализирующую функцию в качестве центров кристаллизации при образовании первичных шламовых частиц; изготовление горизонтальной куполообразной перегородки, периферийной и центральной обечаек из пластмасс с гидрофобными свойствами, ухудшающими условия отложения накипи на внешней поверхности данных элементов термоумягчителя и препятствующие снижению пересыщения раствора, обусловленных накипеобразованием на указанных поверхностях, перед ее поступлением во внешнюю секцию термического умягчения, а также в самих секциях умягчения по ходу движения пересыщенного раствора и являющейся дополнительным фактором, способствующим повышению эффективности генерации шламовых частиц; а также использование единой водной среды, предопределяющее идентичность химического состава первичных зародышей центров кристаллизации, генерируемых в объеме внешней секции, химическому составу умягчаемого раствора, обусловливающей меньшую работу кристаллизации на этих ″затравочных″ шламовых частицах в объеме пересыщенного раствора, а также рациональное распределение водного объема между секциями термического умягчения, позволяют в достаточной мере реализовать возлагаемые на термоумягчитель технологические задачи по эффективной генерации и отводу шламовых частиц для дальнейшего их использования в качестве ″затравочных кристаллов″ с целью снижения пересыщения раствора в объеме двухсекционного приемника питательной воды.

В заявляемом двухсекционном приемнике питательной воды, в составе заявляемой ОУ процесс термического умягчения, обусловленный его отличительными признаками, происходит следующим образом.

Нагретая питательная вода подводится к патрубку подвода водной среды, размещенном по оси днища центральной секции данного двухсекционного приемника питательной воды, через трубопровод, присоединенный к выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя. Вода с взвешенным шламом от термоумягчителя, через патрубок, размещенный в нижней части корпуса, подводится также в полость центральной секции данного двухсекционного приемника. Такая схема подвода двух водных сред обеспечивает их качественное смешивание, т.е. осреднение концентрации ″затравочных″ шламовых частиц в объеме жидкости в ее центральной полости в режиме ее подъемного движения, что является непременным условием для эффективной реализации процессов термического умягчения во внешней секции двухсекционного приемника питательной воды в режиме опускного движения жидкости, поступающей в полость данной секции путем перелива через верхнюю кромку дополнительной обечайки центральной секции. При этом основные факторы, определяющие эффективность процесса термического умягчения (шламообразования) в водном объеме внешней секции, аналогичны интенсифицирующим факторам, отмеченным при рассмотрении работы термоумягчителя.

В частности, за счет выделения центральной секции для смешения водных сред исключается перемешивание в объеме умягчаемого раствора во внешней секции, что позволяет реализовать в нем эффективное термическое умягчение питательной воды с использованием ″затравочных″ шламовых частиц в ламинаризованном потоке в режиме опускного движения. При этом использование для генерации шламовых частиц в термоумягчителе водной среды, отбираемой из линии подачи питательной воды, предопределяет идентичность химического состава этих шламовых частиц химическому составу умягчаемого раствора, что, обусловливая меньшую работу кристаллизации на упомянутых ″затравочных″ шламовых частицах в объеме пересыщенного раствора во внешней секции, служит дополнительным фактором, стимулирующим эффективное снижение его пересыщения за счет роста размеров первичных шламовых частиц в объеме раствора по ходу его ламинаризованного опускного движения. Достигаемая при этом глубина термического умягчения (концентрация солей жесткости на выходе устройства) определяется временем пребывания раствора во внешней секции умягчения, т.е. ее объемом. Поэтому для максимально эффективного использования объема внешней секции термического умягчения дополнительная обечайка выполнена с протяженностью по своей высоте от днища, равной высоте цилиндрической части корпуса, при этом выпуск воздуха при заполнении устройства осуществляется через патрубок, размещенный по оси эллиптической крышки корпуса двухсекционного приемника питательной воды и подключенный к трубопроводу с воздушным клапаном. При этом для поддержания оптимального рабочего уровня он оснащен датчиком уровня (например, поплавкового типа), сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня, встроенным в подводящий трубопровод нагретой питательной воды.

Умягченная питательная вода со взвешенным шламом выводится из нижней зоны полости внешней секции корпуса через патрубок, встроенный в эллиптическое днище, и подается на вход приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя, причем его объем используется в качестве дополнительной секции умягчения двухсекционного приемника питательной воды, что позволяет достичь большей глубины умягчения питательной воды, и что чрезвычайно существенно для реализации единого изобретательского замысла по снижению скорости накипеобразования в элементах опреснительной установки.

Необходимость дополнительного включения в состав заявляемой ОУ двухсекционного приемника питательной воды в предложенном конструктивно-компоновочном исполнении обусловлена следующими причинами.

Приемник питательной воды первой ступени испарения испарителя известной ОУ, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и эллиптическим днищем и снабженный патрубками подвода и отвода водных сред, не отвечает в достаточной мере требованиям по эффективному умягчению питательной воды на ″затравочных″ шламовых частицах, генерируемых в термоумягчителе, в силу ограниченности его водного объема, а следовательно, и времени протекания процесса термического умягчения. При этом односекционное исполнение приемника питательной воды не обеспечивает одновременное качественное решения двух сопряженных задач: эффективное смешивание ″затравочных″ шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора и реализацию эффективного умягчения пересыщенного раствора. Т.е. в односекционном конструктивном исполнении приемник питательной воды первой ступени испарения испарителя известного решения, выполняя главным образом функцию смесителя ″затравочных″ шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора, не позволяет реализовать в достаточной мере основную цель изобретательского замысла заявляемой группы изобретений по снижению пересыщения питательной воды на входе в испаритель.

Таким образом, заявляемый двухсекционный приемник питательной воды в совокупности своих отличительных признаков, а именно: секционирование увеличенного водного объема, путем установки дополнительной обечайки с протяженностью по своей высоте от днища, равной высоте цилиндрической части корпуса, позволяющее оптимально решить двуединую технологическую задачу по эффективному смешиванию потоков воды с взвешенными шламом от термоумягчителя и умягчаемой питательной воды (в центральной секции) и организации последующего эффективного термического умягчения этой смешанной водной среды (во внешней секции) в режиме ламинаризованного опускного движения умягчаемой питательной воды; а также в совокупности с использованием объема имеющегося приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя в качестве дополнительной секции умягчения, обеспечивает достижение целевой задачи по обеспечению эффективного снижения пересыщения питательной воды на входе первой ступени испарения испарителя, возлагаемой на данный существенный дополнительный элемент заявляемой опреснительной установки.

При этом ограничительные и отличительные признаки заявляемой ОУ в совокупности обеспечивают достижение следующих результатов.

Забортная (питательная) вода подведена циркуляционным питательным насосом через его фильтр и расходомер в приемную водную полость охлаждающих труб кожухотрубного конденсатора вторичного пара последней ступени испарения многоступенчатого адиабатного испарителя (далее по тексту «испарителя»). Далее, проходя последовательно в охлаждающих трубах конденсаторов вторичного пара испарителя в направлении от последней ступени испарения к первой, морская вода повышает свою температуру за счет теплоты конденсации вторичного водяного пара. Такая схема движения охлаждающей воды позволяет достаточно полно регенерировать теплоту конденсации вторичного пара в ступенях испарения.

От конденсатора вторичного пара первой ступени испарителя охлаждающая вода через охлаждающие трубы конденсатора двухступенчатого пароструйного эжектора, выполненного с раздельными камерами конденсации пароструйных эжекторов первой и второй ступеней, где осуществляется ее подогрев за счет теплоты конденсации смешанной среды (рабочего пара и паровоздушной смеси от конденсаторов вторичного пара) пароструйных эжекторов, подведена к входной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя, где охлаждающая (питательная вода) догревается в режиме нагрева без упаривания жидкости за счет теплоты конденсации греющего пара, подаваемого в его паровую полость от низкопотенциального источника пара (например, пар отбора от вспомогательных турбин).

При этом скорость накипеобразования в названных элементах ОУ по ходу движения нагреваемой питательной воды, однозначно определяемая теплонапряженностью и температурой теплопередающих труб, наибольшая в наружном многоходовом кожухотрубном паровом подогревателе, что, в конечном счете, предопределяет необходимость ограничения температуры нагрева питательной воды до уровня, необходимого для обеспечения в нем допустимой по условиям эксплуатации скорости накипеобразования, за счет использования низкопотенциального источника греющего пара. Причем для исключения чрезмерного нагрева питательной воды на трубопроводе, сообщенном с выходной частью водной полости данного наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя, установлен датчик температуры, управляющий работой регулятора температуры, встроенного в подводящий паропровод низкопотенциального источника греющего пара и обеспечивающего поддержание заданной температуры нагрева путем изменения расхода греющего пара.

От выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя нагретая морская вода подведена в нижнюю зону центральной полости двухсекционного приемника питательной воды, а часть этой воды через ответвление с регулирующим клапаном, расходомером и регулятором уровня подведена к коллектору подвода водной среды термоумягчителя.

В термоумягчителе за счет подвода греющего пара осуществляется дополнительный нагрев морской воды, отбираемой из линии подачи питательной воды, что способствует увеличению ее пересыщения по накипеобразущим солям и создает условия для эффективной генерации подвижных шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора, используемых в дальнейшем в качестве ″затравочных кристаллов″ для снижения пересыщения в объеме нагретой морской воды в двухсекционном приемнике питательной воды за счет шламообразования (термического умягчения) на этих ″затравочных кристаллах″. Выпар из термоумягчителя отведен в паровоздушную полость наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды.

Для поддержания постоянного рабочего уровня в термоумягчителе он оборудован в верхней части цилиндрического корпуса датчиком уровня (например, поплавкового типа), связанным по управляющему импульсу с регулятором уровня, встроенным в упомянутое ответвление, содержащее также, как изложено, регулирующий клапан и расходомер и сообщенное, как изложено, с трубопроводом отвода нагретой питательной воды из выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды.

От термоумягчителя вода с взвешенным шламом через патрубок отвода водной среды, встроенный по оси его эллиптического днища, и сообщенный с ним трубопровод подведена в центральную полость двухсекционного приемника питательной воды, где за счет смешения с основным потоком достигается осреднение концентрации шламовых частиц в объеме питательной воды, что является обязательным условием для обеспечения эффективного снижения концентрации солей жесткости (умягчения) в питательной воде за счет объемного шламообразования во внешней полости двухсекционного приемника питательной воды в режиме опускного движения жидкости.

Отвод умягченной воды с взвешенным шламом из корпуса двухсекционного приемника питательной воды осуществлен через патрубок, встроенный в эллиптическое днище и сообщенный с его внешней полостью, и далее, через подключенный к данному патрубку трубопровод, умягченная вода подведена в приемник питательной воды первой ступени испарения испарителя, объем которого используется в качестве дополнительной секции термического умягчения. Причем двухсекционный приемник питательной воды, в верхней части цилиндрического корпуса снабжен водоуказательной колонкой, для визуального контроля рабочего уровня. Для поддержания постоянного рабочего уровня в данном двухсекционном приемнике он также оснащен датчиком уровня (например, поплавкового типа), установленным в верхней части его цилиндрического корпуса и сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня, встроенным в подводящий трубопровод питательной воды. При этом выпуск воздуха в период его заполнения осуществляется через патрубок, встроенный по оси эллиптической крышки и сообщенный с трубопроводом, содержащим воздушный клапан.

Из приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя, через подключенные к ней перепускные трубы дроссельно-распылительных устройств (ДРУ), умягченная питательная вода с взвешенным шламом поступает в вакуумную камеру первой ступени испарения испарителя.

Благодаря включению в состав заявляемой опреснительной установки, как целого, технологически взаимосвязанных дополнительных ее составных частей: термоумягчителя, обеспечивающего эффективную генерацию подвижных шламовых частиц и их последующее использование в двухсекционном приемнике питательной воды в качестве ″затравочных кристаллов″ для снижение в нем пересыщения питательной воды по солям жесткости, а также за счет использования объема приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя в качестве дополнительной секции термического умягчения, достигается снижение концентрации накипеобразущих солей в питательной воде, содержащей взвешенный в ней шлам на входе испарителя, что существенно важно для реализации общего изобретательского замысла по снижению скорости накипеобразования в элементах опреснительной установки.

В частности, при перепуске, дроссельном распылении и испарении такой умягченной питательной воды в первой ступени испарения испарителя создаются благоприятные условия для снижения скорости накипеобразования в перепускных каналах и рабочих поверхностях дроссельно-распылительных устройств (ДРУ) за счет снижения концентрации накипеобразующих солей в питательной воде на входе в первую ступень испарения, а также на поверхностях рабочих каналов жалюзийного сепаратора вторичного пара за счет снижения солесодержания капелек влаги, вносимых в нее вторичным паром данной ступени испарения. При этом в объеме неиспарившегося рассола, содержащегося в придонной зоне камеры испарения первой ступени испарителя и сборнике рассола второй ступени испарения, протекают процессы термического умягчения рассола, вследствие роста шламовых частиц имеющихся в объеме рассола.

При перепуске такого умягченного рассола, для распыления и последующего испарения во второй ступени испарения испарителя, снижается скорость накипеобразования на рабочих поверхностях перепускных труб и отверстиях ДРУ за счет снижения концентрации солей жесткости в рассоле, а также благодаря замене поверхностного накипеобразования на объемное шламообразование на ″затравочных″ шламовых частицах, содержащихся в объеме рассола. Причем преобладающий характер объемного шламообразования над поверхностным накипеобразованием здесь обусловлен отсутствием перегрева пристенных слоев жидкости (отсутствие теплоподвода), а также большой суммарной поверхностью шламовых частиц, значительно превышающей суммарную поверхность естественных центров кристаллизации на рабочих поверхностях упомянутых элементов ступени испарения. Аналогично протекают процессы в последующих ступенях испарения испарителя при последовательном перепуске, дроссельном распылении и испарении. Укрупнившиеся частицы шлама удаляются совместно с рассолом из приемника рассола последней ступени испарения испарителя откачивающим рассольным насосом за борт.

Отличительная особенность и достигаемый при этом эффект в заявляемой группе изобретений как в составе целого, так и ее дополнительных частей, состоит в использовании единого теплофизического процесса ″нагрева″, являющегося основополагающим при термическом дистилляционном опреснении морской воды, а также в применении единой водной среды для генерации ″затравочных″ шламовых частиц, используемых в дальнейшем для термического умягчения питательной воды на входе в испаритель и рассола в его ступенях испарения, что, предопределяя идентичность химического состава этих шламовых частиц химическому составу умягчаемого раствора, обусловливает меньшую работу кристаллизации на этих ″затравочных″ шламовых частицах в объеме пересыщенного раствора, т.е. является катализирующим фактором для эффективного шламообразования (роста размера шламовых частиц) в объеме раствора с соответствующим снижением ее пересыщения по солям жесткости по ходу ее перемещения в элементах ОУ.

При этом режим частичной рециркуляции продуваемого рассола через ответвительную перемычку с клапаном, встроенную во всасывающий трубопровод питательного насоса, используемой в известной ОУ для поддержания расчетной температуры охлаждающей воды на входе в испаритель в условиях плавания морского судна в холодных водах, здесь может быть рекомендован в качестве постоянного режима частичной рециркуляции продуваемого рассола, содержащего частицы взвешенного шлама, для снижения скорости накипеобразования на внутренних теплоотдающих поверхностях труб, на всем пути последовательного прохождения нагреваемой морской воды в охлаждающих трубах конденсаторов вторичного пара, конденсатора двухступенчатого пароструйного эжектора и многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, за счет отвлечения процессов кристаллизации солей жесткости от их рабочих поверхностей на частицы подвижного шлама, вносимых рециркулирующим рассолом в объем перемещаемой морской воды, т.е. за счет замены поверхностного накипеобразования на объемное шламообразование, что является дополнительным весьма существенным эффектом.

При этом ограничительным условием использования такой постоянной частичной рециркуляции является допустимое превышения расчетной температуры охлаждающей воды на входе конденсатора вторичного пара последней ступени испарения, обеспечивающим допустимое снижения эксплуатационной производительности заявляемой опреснительной установки.

Таким образом, предложенные технические решения по конструктивной компоновке термоумягчителя и двухсекционного приемника питательной воды и схемные решения по их включению в состав опреснительной установки позволяют в достаточной мере реализовать техническую задачу изобретательского замысла по повышению надежности работы многоступенчатой адиабатной опреснительной установки, а именно: снижение скорости накипеобразования на рабочих поверхностях межступенчатых перепускных труб и дроссельно-распылительных устройств, а также на поверхностях каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара, что достигается путем эффективной генерации в термоумягчителе взвешенных в водной среде первичных ″затравочных″ частиц шлама и их последующего использования в качестве центров кристаллизации для снижения пересыщения питательной воды в объемах двухсекционного приемника питательной воды и приемника питательной воды первой ступени испарения, а также рассола, содержащихся в придонной зоне камер испарения, полостях приемников рассола и подключенных к ним перепускных трубах дроссельно-распылительных устройств при последовательном прохождении упариваемого раствора в ступенях испарения.

Кроме того, создается возможность для снижения скорости накипеобразования на теплопередающих поверхностях конденсаторов вторичного пара, конденсатора двухступенчатого пароструйного эжектора и наружного многоходового парового подогревателя питательной воды при работе ОУ в режиме частичной рециркуляции рассола, содержащего взвешенные частицы шлама, за счет отвлечения процессов кристаллизации накипеобразующих солей от теплопередающих поверхностей на эти частицы шлама, т.е. замены поверхностного накипеобразования на объемное шламообразование на всем пути последовательного нагрева питательной воды.

При этом благодаря использованию единого теплофизического процесса (нагрева) и единой водной среды при реализации процессов дистилляционного опреснения морской воды и генерации подвижного шлама, исключается необходимость использования дополнительных технологических материалов и создаются технические условия для полной автоматизации заявляемой опреснительной установки путем использования единообразных средств автоматизации.

Также существенно важно то, что шлам, удаляемый совместно с рассолом по своему составу (CaCO₃, Mg(OH)₂, CaSO₄) инертен и безвреден для окружающей среды, т.е. технологические процессы, используемые для решения поставленной технической задачи, являются экологически чистыми, что чрезвычайно важно в условиях ужесточения требований, предъявляемых к экологической безопасности применяемых технологий.

Заявляемая группа изобретений - опреснительная установка и ее термоумягчитель - поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг.1 представлена тепловая схема пятиступенчатой адиабатной глубоковакуумной опреснительной установки.

На фиг.2 - принципиальная схема подключения двухступенчатого пароструйного эжектора к его конденсатору.

На фиг.3 - конструктивно-компоновочная схема наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды.

На фиг.4 - конструктивно-компоновочная схема термоумягчителя.

На фиг.5 - узел размещения конфузорно-пленочного контактного водонагревателя.

На фиг.6 - конструктивно-компоновочная схема двухсекционного приемника питательной воды.

На фиг.7 - график физических процессов, протекающих в термоумягчителе.

На фиг.8 - график физических процессов на входе пятиступенчатого адиабатного испарителя.

На фиг.9 - график физических процессов, протекающих в пятиступенчатом адиабатном испарителе.

Сущность заявляемой группы изобретений как в составе целого, так и ее части, поясняется на примере их конкретного технического исполнения и использования в составе пятиступенчатой адиабатной опреснительной установки производительностью 240 т/сут, аналогичной известной адиабатной глубоковакуумной опреснительной установки типа М5.

Данная пятиступенчатая адиабатная опреснительная установка, тепловая схема которой представлена на фиг.1, содержит следующие элементы:

- циркуляционный питательный насос 1, его фильтр 2 и расходомер 3;

- пятиступенчатый адиабатный испаритель 4, смонтированный в герметичном корпусе, выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда, и содержащий вертикальные разделительные перегородки, образующие пять ступеней испарения. В верхней части ступеней испарения испарителя горизонтально установлены двухходовые (по охлаждающей воде) кожухотрубные конденсаторы вторичного пара 5, 6, 7, 8, 9, каждый из которых содержит прямотрубный пучок охлаждающих труб с разделительной перегородкой (не показаны), образующей полость для сбора и последующего удаления не сконденсировавшейся паровоздушной смеси (не показано), а также оборудованные сборником дистиллята 10.

В средней зоне ступеней испарения испарителя смонтированы сепараторы вторичного пара жалюзийного типа 11, разделяющие ступени испарения испарителя на две зоны: верхнюю - конденсаторную и нижнюю - испарительную, при этом в нижней зоне каждой ступени испарения размещен приемник рассола 12 данной ступени испарения, выполненный в виде опускной трубы увеличенного диаметра, с подключенными к нему перепускными трубами 13 последующей ступени испарения. Данные перепускные трубы содержат в своей верхней свободной части встроенные дроссельные устройства (не показаны), над верхним срезом каждого из которых размещены грибовидные отбойники 14, выполняющие функцию отражателей ″фонтанных″ струй воды, вытекающих из отверстий дроссельного устройства, что обеспечивает последующее капельное распыление перегретого рассола и создает условия для его эффективного испарения.

Все ступени испарения пятиступенчатого адиабатного испарителя 4 (далее «испаритель») последовательно сообщены между собой соединительными перепускными трубами охлаждающей воды конденсаторов вторичного пара и снабжены трубами последовательного межступенчатого перепуска образующейся паровоздушной смеси из соответствующих полостей данных конденсаторов в направлении от первой ступени испарения испарителя к последней, причем в данные трубы межступенчатого перепуска встроены дроссельные шайбы 15, а сборники дистиллята 10 всех конденсаторов вторичного пара попарно последовательно сообщены между собой трубами межступенчатого перепуска дистиллята 16 в направлении от конденсатора вторичного пара первой ступени 9 испарения испарителя к пятой 5, выполненными в виде U-образной трубы. В нижней зоне ступеней испарения испарителя 4 две соседние камеры ступеней испарения попарно последовательно сообщены между собой перепускными трубами 13 из приемников рассола 12 данной ступени испарения к дроссельно-распылительным устройствам (ДРУ) последующей ступени испарения. При этом межступенчатое перемещение паровоздушной смеси, дистиллята и упариваемого рассола осуществляется за счет перепада рабочего давления в смежных ступенях испарения испарителя 4.

Адиабатная многоступенчатая опреснительная установка (ОУ) также содержит:

- конденсатор 17 двухступенчатого пароструйного эжектора с раздельными камерами конденсации паровоздушной смеси от пароструйных эжекторов первой 18 и второй 19 ступеней, причем сам конденсатор 17 (фиг.2) двухступенчатого пароструйного эжектора состоит из этих раздельных камер 20 и 21 конденсации паровоздушной смеси соответственно от пароструйных эжекторов первой 18 и второй 19 ступеней, образующими совместно с последовательно подключенными трубами охлаждающей воды 22 в них холодильники-конденсаторы с их сборниками конденсата, а в качестве сборника конденсата здесь используется нижняя часть полости данных камер конденсации, сообщенных между собой U-образной трубой 23. Камеры 20 и 21 также снабжены раздельными патрубками отвода соответственно выпара 24 и воздуха 25 от этих камер конденсации.

При этом паровоздушная смесь из соответствующей полости конденсатора 5 вторичного пара пятой ступени испарения испарителя 4 (фиг.1) отведена в приемную полость камеры смешения пароструйного эжектора первой ступени 18, выходная диффузорная часть которого сообщена с паровоздушной полостью камеры конденсации 20 конденсатора пароструйного эжектора первой ступени. Камера смешения пароструйного эжектора второй ступени 19 подключена к патрубку 24 отвода не сконденсировавшейся паровоздушной смеси (выпара) из камеры конденсации 20 пароструйного эжектора первой ступени 18, а выходной диффузор самого эжектора второй ступени 19 подключен к паровоздушной полости камеры конденсации 21 конденсатора пароструйного эжектора 19 второй ступени, из которого воздух отведен в атмосферу через патрубок 25. Входная сопловая часть этих эжекторов подключена параллельно к трубопроводу подачи рабочего пара.

Использование промежуточной конденсации смешанной среды (греющего пара и паровоздушной среды) в камере конденсации 20 пароструйного эжектора первой ступени 18 позволяет значительно снизить расход рабочего пара на пароструйный эжектор второй ступени 19 за счет уменьшения объема перемещаемой среды (выпара), поступающей в полость его камеры смешения;

- наружный двухходовой (по нагреваемой воде) кожухотрубный паровой подогреватель питательной воды 26 с его сборником конденсата 27, оснащенным датчиком уровня (не показан).

Данный подогреватель питательной воды (фиг.3) имеет прямотрубный пучок охлаждающих труб 28 с разделительной перегородкой 29, образующей полость 30 для сбора и последующего удаления не сконденсировавшейся паровоздушной смеси (выпара), сообщенной с патрубком ее отвода 31. Полость межтрубного парового объема 32 подогревателя сообщена с патрубком подвода греющего пара 33 и патрубком отвода образующегося конденсата 34 из его сборника 27. Приемная часть водной полости 35 подогревателя оборудована патрубком 36 подвода морской воды, сообщенным с трубопроводом охлаждающей воды 22 камеры конденсации 21 парострйного эжектора второй ступени 19 (фиг.2). Выходная часть водной полости 37 снабжена патрубком 38 отвода нагретой морской воды.

Причем сам данный подогреватель выполнен с перекрестным направлением движения взаимно теплообменивающихся сред.

Наружный двухходовой (по нагреваемой воде) кожухотрубный паровой подогреватель 26 (фиг.1) предназначен для нагрева питательной воды (в режиме нагрева без упаривания жидкости) до требуемой температуры за счет конденсации греющего пара, подаваемого на его патрубок 33 (фиг.3), от низкопотенциального источника (не показан). Для поддержания в нем температуры такого нагрева в пределах допустимых отклонений от ее номинального значения в подводящий паропровод греющего пара встроен регулятор температуры ″Т″, сообщенный по управляющему импульсу с датчиком температуры 39 (фиг.1), установленным на отводящем трубопроводе, подключенном через патрубок 38 к выходной части водной полости 37 наружного двухходового (по нагреваемой воде) кожухотрубного парового подогревателя 26, причем регулирование температуры осуществляется путем изменения расхода греющего пара.

Паровоздушная полость 30 (фиг.3) данного подогревателя питательной воды посредством трубопровода 40 (фиг.1) сообщена с паровоздушной полостью конденсатора 9 вторичного пара первой ступени испарения испарителя 4, а его сборник конденсата 27, имеющий также сообщение со сборником конденсата камеры конденсации 20 пароструйного эжектора первый ступени 18 (фиг.2), подключен к всасывающей полости конденсатного насоса 41, предназначенного для откачивания конденсата в цистерну конденсата (не показана), для его повторного использования в пароконденсатном цикле. При этом в напорный трубопровод данного насоса встроен регулятор уровня ″У″, сообщенным по управляющему импульсу с датчиком уровня (не показан), встроенным в сборник конденсата 27 наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды 26, для поддержания рабочего уровня в его сборнике конденсата и устойчивой работы самого конденсатного насоса 41. Причем на выходном участке его напорного трубопровода также установлен автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан 42, переключающий данный трубопровод на сброс конденсата при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером 43, установленным на измерительной отводной перемычке контура конденсата. При этом в случае превышения допустимого солесодержания конденсат сбрасывается за борт или в специальную судовую сборную цистерну технологической пресной воды (не показана) для дальнейшего использования в технологических потребителях, не предъявляющих повышенных требований к качеству пресной воды по солесодержанию. Для обеспечения текущего лабораторного контроля качества конденсата на выходном напорном участке конденсатного насоса встроен кран отбора проб (не показан);

- цистерна дистиллята 44, которая своим приемным трубопроводом подключена к сборнику дистиллята 10 конденсатора 5 вторичного пара пятой ступени испарения испарителя 4, а также сообщена трубопроводом с откачивающим дистиллятным насосом 45, при этом воздушная полость данной цистерны дистиллята сообщена трубопроводом 46 с паровоздушной полостью конденсатора 5 вторичного пара пятой ступени испарения испарителя для уравнивания давления в указанных полостях и надежного стока дистиллята, причем цистерна дистиллята 44 оснащена датчиком уровня (не показана), сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня ″У″, встроенным в напорную часть трубопровода откачивающего дистиллятного насоса 45, для поддержания рабочего уровня в цистерне дистиллята 44 и устойчивой работы самого насоса, откачивающего дистиллят в судовую цистерну дистиллята (не показана). На выходном участке напорного трубопровода откачивающего дистиллятного насоса 45 установлены расходомер 47 и автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан 48, переключающий данный трубопровод на сброс дистиллята при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером 49, установленным на измерительной отводной перемычке контура дистиллята. При этом, в случае превышения допустимого солесодержания дистиллят сбрасывается за борт или в специальную судовую сборную цистерну технологической пресной воды (не показана) для дальнейшего использования в технологических потребителях, не предъявляющих повышенных требований к качеству пресной воды по солесодержанию. Для обеспечения текущего лабораторного контроля качества конденсата на выходном напорном участке конденсатного насоса встроен кран отбора проб (не показан);

- рассольный насос 50, предназначенный для откачивания за борт неиспарившегося рассола из приемника рассола 12 последней ступени испарения испарителя 4.

При этом напорный трубопровод рассольного насоса имеет ответвительную перемычку с клапаном 51, встроенную в приемный трубопровод перед фильтром 2 питательного насоса 1, при этом данная перемычка с клапаном 51 предназначена для поддержания расчетной температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор 5 вторичного пара последней ступени испарения испарителя при плавании в холодных водах путем частичного перепуска рассола в трубопровод приема охлаждающей воды.

С целью снижения скорости накипеобразования на рабочих поверхностях каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара 11, дроссельных отверстий и перепускных каналов 13 ДРУ, обусловленных процессами кристаллизации солей жесткости на естественных центрах кристаллизации (шероховатости, неровности, загрязнения), всегда имеющихся на этих рабочих поверхностях, что может стать причиной нарушения рабочего режима ОУ и даже может привести к необходимости полной ее остановки, что весьма существенно, в состав заявляемой опреснительной установки, как целого, дополнительно введены, как ее составные части:

- термоумягчитель 52 (фиг.4), содержащий вертикальный цилиндрический корпус 53 с эллиптической крышкой 54 со встроенным по ее оси патрубком 55 подвода греющего пара; перфорированную диафрагму 56, имеющую отверстия (не показаны) в своей периферийной зоне для организации равномерной подачи пара в зону нагрева воды, и установленную под эллиптической крышкой 54; коллектор подвода воды 57 с раздающими насадками 58, под которыми размещены скомпонованные в горизонтальной перегородке 59 приемные контактно-пленочные водонагреватели 60 конфузорного типа (фиг.5); куполообразную горизонтальную перегородку 61, установленную с кольцевым зазором относительно внутренней стенки корпуса 53 на опорных элементах на этих стенках (не показано) и размещенную ниже горизонтальной перегородки 59; коллектор отвода выпара 62, установленный под куполообразной горизонтально перегородкой 61; две вертикальные цилиндрические обечайки 63 и 64, установленные концентрично на эллиптическом днище корпуса 65 по его оси и образующие три вертикальные открытые полости (секции умягчения), из которых внешняя полость 66 образована внутренней поверхностью корпуса 53 и наружной поверхностью периферийной обечайки 63, средняя полость 67 образована внутренней поверхностью периферийной обечайки 63 и наружной поверхностью центральной обечайки 64, а сама центральная обечайка 64 образует в корпусе центральную полость 68, при этом верхний торец периферийной обечайки 63 расположен выше верхнего торца центральной обечайки 64, а протяженность обеих из них по своей высоте от днища составляет более половины высоты корпуса термоумягчителя. При этом в нижней части периферийной обечайки 63 по ее периметру выполнены вырезы 69 для перетока жидкости из внешней полости в среднюю; патрубок отвода воды 70 совмещен с отводом частиц шлама и вмонтирован по оси эллиптического днища 65. Цилиндрический корпус в своей верхней части снабжен патрубками 71 для подключения водоуказательной колонки для визуального контроля рабочего уровня, а также оборудован датчиком уровня (например, поплавкового типа, не показан).

Для повышения надежности и долговечности работы данного устройства коллектор подвода воды 57 с раздающими насадками 58 к контактно-пленочным водонагревателям 60, куполообразная горизонтальная перегородка 61, коллектор отвода выпара 62 и вертикальные обечайки 63 и 64, находящиеся в наиболее коррозионно- и накипеопасной зоне термоумягчителя выполнены из термостойких гидрофобных пищевых пластмасс. При этом изготовление не нагруженных элементов термоумягчителя с применением пластмасс с меньшим по сравнению с металлом удельным весом обеспечивает снижение массы устройства в целом.

Термоумягчитель 52 встроен в состав ОУ (фиг.1) в следующем порядке: коллектор подвода воды 57 (фиг.4) через патрубок на корпусе 53 (не показан) сообщен с ответвлением 72, снабженным регулирующим клапаном 73, расходомером 74, а также регулятором уровня ″У″ и встроенным в трубопровод отвода нагретой питательной воды из выходной части водной полости 37 (фиг.3) наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды 26 (фиг.1), а его патрубок подвода греющего пара 55 подключен к паропроводу источника греющего пара (не показан); коллектор отвода выпара 62 через патрубок на корпусе 53 (не показан) сообщен с паровоздушной полостью 30 наружного двухходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды (фиг.3); патрубок отвода воды 70 со взвешенным шламом сообщен с приемным патрубком 75 двухсекционного приемника питательной воды 76 (фиг.1, 6).

- двухсекционный приемник питательной воды 76 (фиг.6), установленный перед приемником питательной воды 77 первой ступени испарения испарителя 4 (фиг.1) и содержащий: цилиндрический корпус 78 с эллиптическими крышкой 79 и днищем 80, обечайку 81, размещенную по оси эллиптического днища 80 с протяженностью по своей высоте от днища, равной высоте цилиндрической части корпуса, и образующую две вертикальные открытые полости (секции умягчения), из которых внешняя полость 82 образована внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 78 и наружной поверхностью обечайки 81, а сама обечайка 81 образует в корпусе центральную полость 83. При этом патрубок 84 подвода питательной воды размещен по оси эллиптического днища 80 и сообщен с центральной полостью 83, а патрубок 75 подвода воды со взвешенным шламом от термоумягчителя установлен в нижней зоне цилиндрической части корпуса 78 и сообщен через трубку 85 с полостью центральной секции 83, а патрубок 86 отвода воды встроен в эллиптическое днище и сообщен с приемной полостью приемника питательной воды 77 первой ступени испарения испарителя 4 (фиг.1). По оси эллиптической крышки 79 в нее встроен патрубок 87 для отвода воздуха. Цилиндрический корпус 78 в своей верхней части снабжен патрубками 88 для присоединения водоуказательной колонки для визуального контроля рабочего уровня (не показан), а также оборудован датчиком уровня (не показан).

Двухсекционный приемник питательной воды встроен в состав ОУ в следующем порядке: внешняя полость 82 патрубком отвода 86, размещенным в нижней ее зоне, сообщена с патрубком подвода водной среды приемника питательной воды 77 (фиг.1) первой ступени испарения испарителя, а центральная полость 83 патрубком подвода 84 питательной воды в нижней зоне подключена к отводящему трубопроводу выходной части водной полости 37 наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя (фиг.3), а также сообщена с патрубком отвода воды 70 со взвешенным шламом термоумягчителя (фиг.4) для их качественного смешивания, т.е. для осреднения концентрации ″затравочных″ шламовых частиц в объеме жидкости в центральной полости, что является непременным условием для реализации эффективного умягчения питательной воды во внешней секции двухсекционного приемника. Для поддержания постоянного рабочего уровня двухсекционный приемник питательной воды оснащен датчиком уровня (например, поплавкового типа, не показан), связанным по управляющему импульсу с регулятором уровня ″У″, встроенным в подводящий к нему трубопровод нагретой питательной воды, сообщенный с патрубком отвода 38 наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя (фиг.3).

В составе заявляемой опреснительной установки (фиг.1), как единого целого, эти дополнительные ее составные части предназначены для реализации двух технологически взаимосвязанных процессов. Так термоумягчитель 52 является технологическим устройством для генерации частиц подвижного шлама в объеме пересыщенного по накипеобразующим солям раствора, используемых в последующем в двухсекционном приемнике питательной воды 76 в качестве ″затравочных кристаллов″ для снижения пересыщения солей жесткости в питательной воде первой ступени испарения испарителя 4 за счет шламообразования в объеме пересыщенной по солям жесткости нагретой питательной воды (термическое умягчение).

Заявляемую многоступенчатую адиабатную опреснительную установку (ОУ) используют следующим образом (фиг.1).

Забортная (питательная) вода (при температуре t_o=28°C с концентрацией накипеобразующих солей С_о, мг-экв/л) подается циркуляционным питательным насосом 1 через его фильтр 2 и расходомер 3 в приемную водную полость (не показана) охлаждающих труб кожухотрубного конденсатора вторичного пара 5 пятой ступени испарения пятиступенчатого адиабатного испарителя 4 (далее по тексту «испаритель»). Далее проходя последовательно в охлаждающих трубах конденсаторов вторичного пара 5-6-7-8-9 испарителя в направлении от пятой ступени испарения к первой, морская вода повышает свою температуру за счет теплоты конденсации вторичного водяного пара. Такая схема движения охлаждающей воды позволяет достаточно полно регенерировать теплоту конденсации вторичного пара в ступенях испарения.

Из конденсатора вторичного пара 9 первой ступени испарителя охлаждающая вода проходит через охлаждающие трубы 22 (фиг.2) конденсатора 17 двухступенчатого пароструйного эжектора с раздельными камерами конденсации 20 и 21 пароструйных эжекторов первой 18 и второй 19 ступеней, где осуществляется ее подогрев за счет теплоты конденсации смешанной паровоздушной среды (рабочего пара и паровоздушной смеси от конденсаторов вторичного пара) пароструйных эжекторов, и поступает к приемной части водной полости 35 (фиг.3) наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя 26, где питательная вода догревается в режиме нагрева без упаривания жидкости (до температуры, не превышающей t₁=77°C) за счет теплоты конденсации греющего пара, подаваемого в его паровую полость 32 от низкопотенциального источника пара (не показан), (например, пар отбора от вспомогательных турбин при рабочем давлении 0,8 ата).

При этом скорость накипеобразования в названных элементах ОУ по ходу движения нагреваемой питательной воды, однозначно определяемая теплонапряженностью и температурой теплопередающих труб, наибольшая в наружном многоходовом кожухотрубном паровом подогревателе 26 (фиг.1), что, в конечном счете, предопределяет необходимость ограничения температуры нагрева питательной воды, для обеспечения допустимой по условиям эксплуатации скорости накипеобразования, за счет использования низкопотенциального источника греющего пара (не показан). Поэтому для исключения чрезмерного нагрева питательной воды на трубопроводе, сообщенном с выходной водной полостью 37 (фиг.3) данного наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя 26, установлен датчик температуры 39, управляющий работой регулятора температуры ″Т″, встроенного в подводящий паропровод низкопотенциального источника греющего пара (не показан) и обеспечивающего поддержание заданной температуры нагрева питательной воды путем изменения расхода греющего пара.

Из выходной водной полости 37 наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя 26 нагретая морская вода поступает в нижнюю зону центральной секции 83 (фиг.6) двухсекционного приемника питательной воды 76, а часть этой воды через ответвление 72 с регулирующим клапаном 73, расходомером 74 и регулятором уровня ″У″ поступает к коллектору подвода водной среды 57 (фиг.4) термоумягчителя.

В термоумягчителе 52 за счет подвода греющего пара осуществляется дополнительный нагрев морской воды, отбираемой по ответвлению 72 из линии подачи питательной воды, что способствует увеличению ее пересыщения по накипеобразущим солям и создает условия для эффективной генерации подвижных шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора, используемых в дальнейшем в качестве ″затравочных кристаллов″ для снижения пересыщения в объеме нагретой морской воды в двухсекционном приемнике питательной воды 76 за счет шламообразования (термического умягчения) на этих ″затравочных кристаллах″.

Для поддержания постоянного рабочего уровня в термоумягчителе 52 он оборудован датчиком уровня (не показан), связанным по управляющему импульсу с регулятором уровня ″У″, встроенным в упомянутое ответвление 72, содержащее также регулирующий клапан 73 и расходомер 74. Термоумягчитель 52 также снабжен водоуказательной колонкой (не показан) на патрубках 71 для визуального контроля рабочего уровня.

Из термоумягчителя 52 вода со взвешенным шламом через патрубок отвода водной среды 70, встроенный по оси эллиптического днища 65 (фиг.4), и сообщенный с ним трубопровод, через патрубок 75 и трубку 85 поступает в центральную полость 83 двухсекционного приемника питательной воды (фиг.6), где за счет смешения с основным потоком достигается осреднение концентрации шламовых частиц в объеме питательной воды, что является обязательным условием для обеспечения эффективного снижения концентрации солей жесткости (термического умягчения) в питательной воде за счет объемного шламообразования во внешней полости 82 двухсекционного приемника питательной воды в режиме опускного движения жидкости.

Отвод умягченной воды со взвешенным шламом из корпуса двухсекционного приемника питательной воды 76 осуществляется через патрубок 86, сообщенный с его внешней полостью 82, и далее, через подключенный к данному патрубку 86 трубопровод, поступает в приемник питательной воды первой ступени испарения испарителя 77 (фиг.1), объем которого также используется в качестве дополнительной секции термического умягчения. При этом двухсекционный приемник питательной воды 76 в верхней части цилиндрического корпуса 78 (фиг.6) снабжен водоуказательной колонкой (не показан) на патрубках 88, для визуального контроля рабочего уровня. Для поддержания постоянного рабочего уровня в данном двухсекционном приемнике он также оснащен датчиком уровня (не показан), сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня ″У″, встроенным в подводящий трубопровод питательной воды.

Из приемника питательной воды 77 первой ступени испарения испарителя 4, через подключенные к нему перепускные трубы 13 дроссельно-распылительных устройств (ДРУ), умягченная питательная вода с взвешенным шламом поступает в вакуумную камеру первой ступени испарения испарителя 4. Перепуск неиспарившейся в первой ступени испарителя рассола для дроссельного распыления и частичного упаривания во второй ступени испарения осуществляется из приемника рассола 12 первой ступени испарения через сообщенные с ним перепускные трубы 13, подключенные к дроссельно-распылительному устройству второй ступени испарения. Перепуск и распыление рассола в последующих ступенях испарения испарителя осуществляется из приемника рассола 12 предыдущей ступени испарения через сообщенные с ними перепускные трубы 13, подключенные к дроссельно-распылительным устройствам последующей ступени испарения. При этом указанные процессы протекают за счет перепада давлений между ступенями испарения. Данные перепускные трубы, содержат в своей верхней свободной части встроенные дроссельные устройства (не показаны), над верхним срезом которого размещены грибовидные отбойники 14, выполняющие функцию отражателей ″фонтанных″ струй воды, вытекающих из отверстий дроссельного устройства, что обеспечивает капельное распыление перегретого рассола и создает условия для его эффективного испарения.

Образовавшийся вторичный пар поднимается вверх в ступенях испарения испарителя 4 и, проходя через сепаратор 11 вторичного пара жалюзийного типа данной ступени испарения, где происходит отделение капелек рассола, захваченных поднимающимся вторичным паром, конденсируется в конденсаторе той же ступени испарения, что происходит за счет отвода теплоты охлаждающей воде. Не сконденсировавшаяся паровоздушная смесь из соответствующих полостей конденсаторов вторичного пара последовательно перепускается в направлении от конденсатора вторичного пара 9 первой ступени испарения к конденсатору вторичного пара 5 пятой ступени испарения через систему межступенчатых дроссельных шайб 15, встроенных в данные трубы последовательного перепуска, и отсасывается двухступенчатым пароструйным эжектором 18 и 19, встроенным в конденсатор 17 (фиг.2) двухступенчатого пароструйного эжектора с раздельными камерами конденсации 20 и 21 паровоздушной смеси соответственно от эжекторов первой 18 и второй 19 ступеней, образующими совместно с последовательно подключенными трубами охлаждающей воды 22 в них холодильники-конденсаторы с их сборниками конденсата, сообщенными между собой U-образной трубой 23, предназначенной для создания между ними гидравлического затвора. При этом перемещаемая среда из паровоздушной полости конденсатора вторичного пара 5 (фиг.1) пятой ступени испарения испарителя поступает в приемную полость камеры смешения пароструйного эжектора первой ступени 18, выходная диффузорная часть которого сообщена с паровоздушной полостью камеры конденсации 20 конденсатора пароструйного эжектора первой ступени 18, откуда не сконденсировавшаяся часть смешанной среды (выпар) поступает в полость камеры смешения пароструйного эжектора второй ступени 19, а выходной диффузор самого эжектора второй ступени 19 сообщен с паровоздушной полостью камеры конденсации 21 конденсатора пароструйного эжектора второй ступени 19, из которого выпар (воздух) через патрубок 25 удаляется в атмосферу, при этом входная сопловая часть этих обоих эжекторов подключена параллельно к трубопроводу подающему рабочий пар. Такая схема отвода паровоздушной смеси от конденсаторов вторичного пара с применением промежуточной конденсации смешанной среды в камере конденсации пароструйного эжектора первой ступени позволяет значительно снизить расход рабочего пара на пароструйный эжектор второй ступени за счет уменьшения объема перемещаемой среды, поступающей в полость его камеры смешения.

Ступенчато увеличивающийся рабочий вакуум в ступенях испарения испарителя 4 обеспечивается за счет конденсации вторичного пара в конденсаторах соответствующих ступеней испарения испарителя и работы двухступенчатого пароструйного эжектора 18 и 19, отсасывающего паровоздушную смесь из паровоздушной полости конденсатора 5 вторичного пара пятой ступени испарения испарителя 4, через систему межступенчатых дроссельных шайб 15, встроенных в трубы их последовательного перепуска.

В данной пятиступенчатой адиабатной опреснительной установке (ОУ) абсолютное давление в ступенях испарения ступенчато уменьшается от 0,318 ата (в первой ступени) до 0,084 ата (в пятой ступени), что соответствует температурам насыщения 70 и 42°C, и при этом поддерживается одинаковая разность температур насыщения испаряемого рассола 7°C во всех смежных ступенях испарения, что обеспечивает одинаковую производительность ступеней испарителя (2 т/ч).

Полученный дистиллят перемещается в корпусе опреснителя по направлению от конденсатора вторичного пара 9 первой ступени испарения испарителя к пятой 5 самотеком за счет перепада давлений между ступенями испарения путем его последовательного перепуска из сборников дистиллята этих конденсаторов через сообщающие U-образные трубы 16. При этом расчетный рабочий перепад давлений между ступенями испарения испарителя поддерживается высотой столба жидкости в данных U-образных трубах, которая однозначно определяет разность температур насыщения испаряемого рассола в этих смежных ступенях испарения испарителя.

Отвод полученного в опреснителе дистиллята осуществляется из сборника дистиллята 10 конденсатора 5 вторичного пара пятой ступени испарения через трубопровод, подключенный к цистерне дистиллята 44, паровая полость которого сообщена трубопроводом 46 с паровоздушной полостью конденсатора 5 вторичного пара пятой ступени испарения для уравнивания давления в отмеченных полостях и обеспечения надежного стока дистиллята. Из цистерны 44 дистиллят откачивается дистиллятным насосом 45 в общесудовую цистерну дистиллята (не показана) для его последующего использования в технических, технологических и бытовых потребителях.

Цистерна дистиллята 44 оснащена датчиком уровня (не показано), сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня ″У″, встроенным в напорный трубопровод откачивающего дистиллятного насоса 45, для поддержания постоянного рабочего уровня в данной цистерне и обеспечения устойчивой работы самого насоса. При этом установленные на выходном участке напорного трубопровода откачивающего дистиллятного насоса 45 расходомер 47 и автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан 48 переключают данный трубопровод на сброс дистиллята при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером 49, установленным на измерительной отводной перемычке контура дистиллята. При этом в случае превышения допустимого солесодержания, дистиллят сбрасывается за борт или в специальную судовую сборную цистерну технологической пресной воды (не показана) для дальнейшего использования в технологических потребителях, не предъявляющих повышенных требований к качеству пресной воды по солесодержанию.

Для обеспечения текущего лабораторного контроля качества дистиллята на выходном напорном участке дистиллятного насоса 45 встроен кран отбора проб (не показан).

Образовавшийся конденсат от конденсатора 17 двухступенчатого пароструйного эжектора 18 и 19 поступает из камеры конденсации 20 (фиг.2) пароструйного эжектора первой ступени 18 в сообщенный с ней сборник конденсата 27 многоходового кожухотрубного парового подогревателя 26, откуда совместно с образовавшимся в его полости парового объема 32 конденсатом греющего пара откачивается конденсатным насосом 41 в цистерну конденсата (не показана) для последующего использования в пароконденсатном цикле энергетической установки.

Сборник конденсата 27 кожухотрубного парового подогревателя 26 оснащен датчиком уровня (не показано), сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня ″У″, встроенным в напорный трубопровод откачивающего конденсатного насоса 41, что поддерживает постоянство рабочего уровня в данном сборнике и обеспечивает устойчивую работу самого насоса. При этом установленный на выходном участке напорного трубопровода откачивающего конденсатного насоса автоматический трехходовой соленоидный клапан 42 переключает данный трубопровод на сброс дистиллята при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером 43, установленным на измерительной отводной перемычке контура конденсата. При этом в случае превышения допустимого солесодержания конденсат сбрасывается за борт или в специальную судовую сборную цистерну технологической пресной воды (не показана) для дальнейшего использования в технологических потребителях, не предъявляющих повышенных требований к качеству пресной воды по солесодержанию.

Для обеспечения текущего лабораторного контроля качества конденсата на выходном напорном участке конденсатного насоса 41 встроен кран отбора проб (не показан).

Неиспарившийся рассол с укрупнившимися частицами шлама (при температуре t₃=42°C) удаляется за борт из приемника рассола 12 последней ступени испарения испарителя рассольным насосом 50, напорный трубопровод которого имеет перемычку с клапаном 51, встроенную в трубопровод перед питательным насосом 1. При этом данная рециркуляционная перемычка используется для поддержания в работе расчетной температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор 5 вторичного пара пятой ступени испарения при плавании в холодных водах путем частичного перепуска рассола в трубопровод охлаждающей (питательной) воды.

В термоумягчителе (фиг.4), как части целого ОУ, технологический процесс генерации подвижных частиц шлама объеме пересыщенного раствора осуществляется следующим образом.

Морская вода, частично отбираемая из трубопровода подачи предварительно нагретой питательной воды через ответвление 72, содержащее регулирующий клапан 73, расходомер 74 и регулятор уровня ″У″ (фиг.1), подается на коллектор подвода воды 57 с раздающими насадками 58 к контактным водонагревателям конфузорного типа 60, встроенным в горизонтальную перегородку 59, где стекает в пленочном режиме по внутренней конфузорной поверхности (фиг.5). Греющий пар через патрубок 55, размещенный по оси эллиптической крышки 54, подается в зону нагрева через перфорированную диафрагму 56, имеющую отверстия (не показаны) в своей периферийной зоне и размещенную горизонтально под эллиптической крышкой 54, равномерно поступает к контактным водонагревателям конфузорного типа 60, где за счет конденсации греющего пара на свободной поверхности гравитационно-стекающей пленки жидкости обеспечивается ее эффективный нагрев. Такой контактный нагрев с использованием конфузора 60, выполненного из малотеплопроводного материала, обеспечивает минимальную температуру в пристенных слоях жидкости, что чрезвычайно важно для создания условий безнакипного режима работы самого контактного водонагревателя.

Дальнейший контактный нагрев осуществляется в режиме кольцевого струйно-пленочного течения жидкости на выходе водонагревателя конфузорного типа 60 (фиг.5) в спутно-поперечном режиме движения греющего пара. Нагретая вода поступает на внешнюю поверхность горизонтальной куполообразной перегородки 61 и стекает в виде струй во внешнюю секцию 66 термического умягчения, образованной внутренней поверхностью корпуса 53 и периферийной обечайкой 63. На этом участке догрев воды обеспечивается за счет конденсации греющего пара на внешних поверхностях последовательно обтекаемых ею струй воды. На всем пути своего спутно-поперечного движения греющий пар обеспечивает ″вентиляцию″ свободных поверхностей нагреваемой жидкости, способствуя удалению выделившихся газов через коллектор отвода выпара 62, размещенный под горизонтальной куполообразной перегородкой 61. При этом размещение коллектора отвода паровоздушной смеси под горизонтальной куполообразной перегородкой 61, имеющей максимальную площадь в нижнем поперечном сечении, и учитывая, что расход выпара, удаляемого с изменением вектора направления движения на 90°, не превышает 3-5% от расхода греющего пара, исключает вынос капелек солесодержащей влаги совместно с выпаром и позволяет направить выпар в соответствующий конденсатор (а именно в 26) для последующего возврата конденсата в пароконденсатный цикл.

Данная схема организации дополнительного нагрева жидкости в режиме спутно-поперечного движения греющего пара в сочетании с активной ″вентиляцией″ свободных поверхностей нагреваемой воды предопределяет увеличение парциального давления пара на границе раздела фаз, благодаря чему достигается минимальный недогрев жидкости до температуры насыщения, соответствующей давлению в корпусе термоумягчителя, что способствует достижению максимального пересыщения раствора по накипеобразующим солям на входе во внешнюю секцию 66.

Частицы пара, захваченные струями жидкости, стекающими с куполообразной перегородки 61, создают в верхней зоне внешней секции 66 термического умягчения насыщенную паровыми пузырями зону, перемещающуюся вместе с жидкостью вниз. При этом паровые пузырьки различных размеров выполняют различные функции в процессе движения раствора в данной внешней секции термического умягчения. Так паровые пузырьки больших размеров способствуют дегазации нагретой жидкости за счет диффузии выделившихся газов в их объем, и по мере роста эти паровые пузырьки всплывают вверх к вентилируемой границе раздела фаз, способствуя удалению газов совместно с выпаром. В то же время мельчайшие паровые пузырьки, выполняя функцию центров кристаллизации в объеме пересыщенного раствора, служат катализирующим фактором образования зародышей первичных частиц шлама в объеме пересыщенного раствора во внешней секции умягчения. Наряду с отмеченными процессами в объеме нагретого пересыщенного раствора во внешней секции 66 термического умягчения происходит также естественное образование центров кристаллизации (зародышей первичных частиц шлама) за счет снижения пересыщения жидкости.

В объеме раствора последующих секций термического умягчения: средней 67 и центральной секции 68, происходит рост первичных частиц шлама (шламообразование), генерируемых в объеме раствора внешней секции 66 термического умягчения, причем основным критерием оценки эффективности работы термоумягчителя являются количество и размер шламовых частиц на выходе устройства.

При этом благодаря изготовлению горизонтальной куполообразной перегородки 61, периферийной 63 и центральной 64 обечаек из пластмасс с гидрофобными свойствами, ухудшаются условия отложения накипи на внешней поверхности куполообразной горизонтальной поверхности и вертикальных поверхностях цилиндрических обечаек, что препятствует снижению пересыщения раствора, обусловленного накипеобразованием на указанных поверхностях, перед его поступлением во внешнюю секцию 66, а также в самих секциях умягчения по ходу движения пересыщенного раствора, что является дополнительным фактором, способствующим повышению эффективности генерации шламовых частиц, являющихся главной целевой технологической продукцией термоумягчителя.

Описанные процессы генерации подвижных шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора термоумягчителя иллюстрируются графически на фиг.7.

Интенсивность генерации частиц шлама в объеме пересыщенного раствора, основанной на использовании отрицательной растворимости солей жесткости, возрастает с повышением температуры нагрева жидкости, в связи с увеличением ее пересыщения. Поэтому использование в термоумягчителе дополнительного нагрева жидкости, подаваемой на ее вход из трубопровода нагретой в подогревателе 26 питательной воды с концентрацией солей жесткости C₁, мг-экв/л, здесь является фактором, интенсифицирующим процесс образования шламовых частиц. При этом характер снижения пересыщения раствора (кинетика термического умягчения), за счет шламообразования в ее объеме, и степень завершенности процесса термического умягчения (количество и размер шламовых частиц) зависят от гидродинамического режима движения жидкости (ламинарный, ламинарно-турбулентный, турбулентный) и времени пребывания раствора в термоумягчителе.

При турбулентном режиме движения раствора (режим идеального смешения), при котором, за счет активного выноса жидкости из зоны с меньшим пересыщением раствора в зону с повышенным пересыщением, происходит общее снижение пересыщения умягчаемого раствора по ходу его движения в термоумягчителе, что, в конечном счете, предопределяет снижение интенсивности образования и роста частиц шлама (линия C_рс=f(τ)) в целом и не отвечает требованиям по обеспечению эффективной генерации частиц шлама.

Идеальным режимом генерации частиц взвешенного шлама в термоумягчителе является ламинарный режим движения умягчаемого раствора (режим идеального вытеснения), при котором, за счет отсутствия перемешивания жидкости, достигается наибольшая эффективность образования и роста частиц шлама в условиях наибольшего концентрационного потенциала для эффективного шламообразования по ходу термического умягчения раствора в термоумягчителе. При этом снижение пересыщения раствора определяется только процессами шламообразования и временем пребывания раствора в термоумягчителе (линия С_рв=f(τ)). Однако практическая реализация данного идеального варианта достаточно сложна и сопряжена с необходимостью использования термоумягчителя со значительно большими размерами.

Поэтому применение секционирования водного объема, исключающее перемешивание жидкости во всем водном объеме термоумягчителя и обеспечивающее возможность ламинаризации движущейся жидкости в секциях умягчения за счет снижения скорости ее перемещения, создает благоприятные условия для эффективной генерации шламовых частиц при плавном (в результате шламообразования) уменьшении степени пересыщения раствора в направлении от внешней секции умягчения к центральной (линия 0-1-2-3), где τ₁, τ₂, τ₃ - время пребывания пересыщенного раствора в соответствующих секциях умягчения в режиме последовательного чередования опускного и подъемного движения, что позволяет приблизить интенсивность указанных процессов к идеальному (ламинарному) варианту (линия С_рв=f(τ)). При этом наибольшей интенсивностью снижения пересыщения раствора характеризуется внешняя секция 66 термического умягчения, где протекают интенсивные процессы зарождения шламовых частиц в условиях наибольшего пересыщения раствора и наличия мельчайших пузырьков шлама, служащих катализаторами этих процессов в качестве центров кристаллизации. В последующих секциях умягчения (средней и центральной) интенсивность снижения пересыщения раствора ослабевает в связи с уменьшением концентрационного потенциала для роста шламовых частиц, генерируемых во внешней секции термического умягчения.

Известно, что с увеличением количества секций достигаемая глубина термического умягчения будет нарастать. Однако при этом необходимо учитывать, что в дополнительных секциях умягчения процессы роста шламовых частиц будут протекать в зоне с более низким пересыщением накипеобразующих солей, что предопределяет и низкую скорость роста шламовых частиц. Поэтому достигаемый дополнительный эффект от увеличения количества секций умягчения, сопряженной с существенным усложнением конструкции и ухудшением массогабаритных характеристик термоумягчителя, будет незначительным.

В этой связи существенно то, что в заявленном трехсекционном варианте исполнения термоумягчителя, размер шламовых частиц на выходе устройства, требуемый для их последующего эффективного использования в качестве ″затравочных кристаллов″, обеспечен изменением высоты водного объема устройства (увеличением времени генерации частиц шлама) без изменения его поперечных размеров, что чрезвычайно существенно.

Функциональное назначение этих секций термического умягчения различно, поэтому для организации эффективной генерации шламовых частиц выполнено рациональное распределение общего водного объема термоумягчителя между секциями термического умягчения, а именно:

- во внешней секции 66, в условиях максимального пересыщения раствора, обусловленного ее дополнительным нагревом, и наличия мельчайших паровых пузырьков, выполняющих функцию центров кристаллизации, происходит интенсивное образование первичных зародышей центров кристаллизации и начинается их рост (шламообразование). При этом общая эффективность работы термоумягчителя определяется эффективностью организации процессов именно в данной секции, что достигнуто за счет увеличения времени пребывания и снижения скорости опускного движения раствора. Поэтому водный объем внешней секции выполнен наибольшим (не менее половины общего водного объема термоумягчителя);

- в средней секции 67 в режиме подъемного движения происходит дальнейший рост и укрупнение шламовых частиц, поступающих из внешней секции 66, в результате чего возрастает их суммарная поверхность. При этом использование единой водной среды, предопределяющее идентичность химического состава первичных зародышей центров кристаллизации, генерируемых в объеме внешней секции 66, химическому составу умягчаемого раствора, обусловливает меньшую работу кристаллизации на этих ″затравочных″ шламовых частицах в объеме пересыщенного раствора. Благодаря отмеченному катализирующему фактору обеспечивается эффективный рост шламовых частиц в объеме раствора данной секции термического умягчения.

В объеме средней секции для эффективного роста шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора также требуется ламинаризация потока жидкости в режиме ее подъемного движения, что достигнуто за счет обеспечения соответствующей скорости движения и времени пребывания в ней умягчаемого раствора. В итоге, средняя секция 67 выполнена с объемом, занимающим не менее трети общего водного объема термоумягчителя;

- в центральной секции 68 в режиме опускного движения жидкости, продолжается рост шламовых частиц и завершается на стадии, достаточном для их дальнейшего использования в качестве ″затравочных кристаллов″ в двухсекционном приемнике 76 питательной воды испарителя. При этом интенсивность роста шламовых частиц в объеме данной секции, происходящая в зоне с наименьшим пересыщением раствора, будет ниже, чем в средней секции 67, поэтому основное дополнительное назначение данной центральной секции состоит в обеспечении отвода воды с наибольшим содержанием взвешенных шламовых частиц из нижней своей зоны на вход двухсекционного приемника питательной воды 76.

Для обеспечения устойчивой работы термоумягчителя необходимо поддержание в нем оптимального рабочего уровня жидкости, при этом предельный диапазон зоны контроля уровня жидкости ограничен предельно верхним и нижним допустимыми уровнями жидкости, определяемыми соответственно высотой размещения верхней кромки промежуточной обечайки 63 и переливной кромки центральной обечайки 64. Для этих целей термоумягчитель оборудован водоуказательной колонкой (не показано) на патрубках 71 для визуального контроля уровня, а также снабжен датчиком уровня (не показан).

Таким образом, предложена часть целого (ОУ) в совокупности своих отличительных признаков, а именно:

- включение в состав термоумягчителя дополнительных конструктивных элементов: горизонтальной перфорированной диафрагмы 56, горизонтальной куполообразной перегородки 61 с установленным под ним коллектором отвода выпара 62;

- применение секционирования водного объема и организации процессов термического умягчения в направлении от внешней секции 66 умягчения к центральной 68 в режиме последовательного чередования опускного и подъемного ламинаризованного движения жидкости в секциях умягчения, обеспечивающие отвод водной среды с наибольшим содержанием генерируемых частиц подвижного шлама из нижней зоны центральной секции термического умягчения через патрубок 70;

- использование дополнительного эффективного контактного нагрева умягчаемого раствора в режиме спутно-поперечного движения греющего пара, обеспечивающее максимальное пересыщение раствора по солям жесткости на входе внешней секции 66 термического умягчения, что способствует повышению эффективности генерации первичных шламовых частиц в объеме данной секции в условиях наличия мельчайших паровых пузырьков, выполняющих катализирующую функцию в качестве центров кристаллизации при образовании первичных шламовых частиц;

- изготовление горизонтальной куполообразной перегородки 61, периферийной 63 и центральной 64 обечаек из пластмасс с гидрофобными свойствами, ухудшающими условия отложения накипи на внешней поверхности данных элементов термоумягчителя и препятствующие снижению пересыщения раствора, обусловленного накипеобразованием на указанных поверхностях, перед его поступлением во внешнюю секцию 66 термического умягчения, а также в самих секциях умягчения по ходу движения пересыщенного раствора, что служит дополнительным фактором, способствующим повышению эффективности генерации шламовых частиц;

- использование единой водной среды, предопределяющее идентичность химического состава первичных зародышей центров кристаллизации, генерируемых в объеме внешней секции 66, химическому составу умягчаемого раствора, обусловливающие меньшую работу кристаллизации на этих ″затравочных″ шламовых частицах в объеме пересыщенного раствора.

Отмеченные позитивные факторы в своей совокупности позволяют в достаточной мере реализовать возлагаемые на термоумягчитель технологические задачи по эффективной генерации и отводу шламовых частиц для дальнейшего их использования в качестве ″затравочных кристаллов″ с целью снижения пересыщения раствора в объеме двухсекционного приемника питательной воды.

Двухсекционный приемник питательной воды 76 в составе заявляемой ОУ работает следующим образом (фиг.6).

Нагретая питательная вода подводится к патрубку 84 подвода водной среды, размещенному в нижней зоне центральной секции 83 данного двухсекционного приемника питательной воды через отводящий трубопровод, присоединенный к выходной части водной полости 37 (фиг.3) наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя 26 (фиг.1). Вода со взвешенным шламом от термоумягчителя 52 подводится также в полость центральной секции 83 данного двухсекционного приемник через патрубок 75 и трубку 85, размещенные в нижней части его корпуса (фиг.6). Такая схема подвода двух водных сред обеспечивает их качественное смешивание, т.е. осреднение концентрации ″затравочных″ шламовых частиц в объеме жидкости в ее центральной секции 83 в режиме ее подъемного движения, что является непременным условием для эффективной реализации процессов термического умягчения во внешней секции 82 двухсекционного приемника питательной воды в режиме опускного движения жидкости, поступающей в полость данной секции путем перелива через верхнюю кромку дополнительной обечайки 81 из центральной секции 83. При этом основные факторы, определяющие эффективность процесса термического умягчения (шламообразования) в водном объеме внешней секции 82, аналогичны интенсифицирующим факторам, изложенным при описании работы термоумягчителя.

В частности, за счет использования центральной секции 83 для смешения водных сред в двухсекционном приемнике 76 исключается перемешивание в объеме умягчаемого раствора во внешней его секции 82, что позволяет реализовать в нем эффективное термическое умягчение питательной воды с использованием ″затравочных″ шламовых частиц в ламинаризованном потоке в режиме опускного движения. Причем использование для генерации шламовых частиц в термоумягчителе 52 водной среды, отбираемой из линии подачи питательной воды, предопределяет идентичность химического состава этих шламовых частиц химическому составу умягчаемого в двухсекционном приемнике 76 раствора, что обусловливает меньшую работу кристаллизации на упомянутых ″затравочных″ шламовых частицах в объеме пересыщенного раствора, т.е. является дополнительным фактором, стимулирующим эффективное шламообразование (рост размеров первичных шламовых частиц) в объеме раствора его внешней секции 82 за счет снижения его пересыщения по ходу опускного движения. Достигаемая при этом глубина термического умягчения (концентрация солей жесткости на выходе устройства 76) определяется временем пребывания раствора во внешней его секции умягчения, т.е. ее объемом. Поэтому для максимально эффективного использования объема внешней секции 82 термического умягчения двухсекционного приемника 76 дополнительная обечайка 81, образующая центральную секцию 83, выполнена с протяженностью по своей высоте от его днища, равной высоте цилиндрической части его корпуса 78. При этом выпуск воздуха при заполнении устройства осуществляется через патрубок 87, размещенный по оси эллиптической крышки 79 корпуса данного двухсекционного приемника питательной воды и подключенный к трубопроводу с воздушным клапаном (не показан). При этом для поддержания оптимального рабочего уровня он оснащен датчиком уровня (не показан), сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня ″У″, встроенным в отводящий от подогревателя 26 трубопровод нагретой питательной воды, сообщенный с его патрубком 84.

Таким образом, предложенный двухсекционный приемник питательной воды в совокупности своих отличительных признаков, а именно: секционирование водного объема двухсекционного приемника питательной воды, позволяет оптимально решить двуединую технологическую задачу по организации эффективного смешивания в нем потоков воды со взвешенными шламом от термоумягчителя 52 (фиг.1) и умягчаемой питательной воды (в центральной секции 83), и последующего термического умягчения этой смешанной водной среды (во внешней секции 82).

Умягченная питательная вода со взвешенным шламом выводится из нижней зоны полости внешней секции 82 корпуса через патрубок 86, встроенный в эллиптическое днище 80, и подается на вход приемника питательной воды 77 (фиг.1) первой ступени испарения испарителя 4 (фиг.1). При этом его объем используется в качестве дополнительной секции умягчения двухсекционного приемника питательной воды, что позволяет достичь большей глубины умягчения питательной воды, что весьма существенно для реализации общего изобретательского замысла по снижению скорости накипеобразования в элементах опреснительной установки.

Эффективность от дополнительного включения двухсекционного приемника питательной воды 76 в состав ОУ (фиг.1) обусловлена следующим.

Приемник питательной воды первой ступени испарения испарителя известной ОУ, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и эллиптическим днищем и снабженный патрубками подвода и отвода водных сред, не отвечает требованиям по эффективному умягчению пересыщенного раствора на ″затравочных″ шламовых частицах, генерируемых в термоумягчителе (в случае его непосредственного подключения к термоумягчителю), в силу ограниченности его водного объема, а следовательно, и времени протекания процессов термического умягчения. При этом односекционное исполнение приемника питательной воды не обеспечивает одновременное качественное решение двух сопряженных задач: эффективное смешивание ″затравочных″ шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора и реализацию эффективного умягчения пересыщенного раствора, т.е. в односекционном конструктивном исполнении приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя, выполняя главным образом функцию смесителя ″затравочных″ шламовых частиц в объеме пересыщенного раствора, не позволяет в достаточной мере реализовать основную цель изобретательского замысла заявляемого изобретения по снижению пересыщения питательной воды на входе в испаритель.

Таким образом, предложенный двухсекционный приемник (фиг.6) питательной воды в совокупности своих отличительных признаков, а именно: секционирование увеличенного водного объема путем установки дополнительной обечайки 81 с протяженностью по своей высоте от днища, равной высоте цилиндрической части корпуса, позволяющее оптимально решить двуединую технологическую задачу по эффективному смешиванию потоков воды с взвешенными шламом от термоумягчителя и умягчаемой питательной воды (в центральной секции 83), а также реализацию последующего эффективного термического умягчения этой смешанной водной среды (во внешней секции 82) в режиме ламинаризованного опускного движения умягчаемой питательной воды, что в совокупности с использованием объема приемника 77 (фиг.1) питательной воды первой ступени испарения испарителя в качестве дополнительной секции умягчения, обеспечивает достижение поставленной технической задачи по обеспечению эффективного снижения пересыщения питательной воды, в частности на входе первой ступени испарения испарителя, возлагаемой на данный дополнительный элемент заявляемой опреснительной установки.

Благодаря включению в состав предлагаемой опреснительной установки, как целого, технологически взаимосвязанных дополнительных ее составных частей: термоумягчителя 52, обеспечивающего эффективную генерацию подвижных шламовых частиц и их последующее использование в двухсекционном приемнике питательной воды 76 в качестве ″затравочных кристаллов″ для снижение в нем пересыщения питательной воды по солям жесткости, а также за счет использования объема приемника питательной воды 77 первой ступени испарения испарителя в качестве дополнительной секции термического умягчения, достигается снижение концентрации накипеобразущих солей в питательной воде, содержащей взвешенный в ней шлам, на входе испарителя, что существенно важно для реализации общего изобретательского замысла по снижению скорости накипеобразования в элементах опреснительной установки.

В частности, при перепуске по трубам 13, дроссельном распылении и испарении такой умягченной питательной воды в первой ступени испарения испарителя создаются благоприятные условия для снижения скорости накипеобразования в перепускных каналах и рабочих поверхностях дроссельно-распылительных устройств (ДРУ) за счет снижения концентрации накипеобразующих солей в питательной воде на входе в первую ступень испарения, а также на поверхностях рабочих каналов жалюзийного сепаратора 11 вторичного пара за счет снижения солесодержания капелек влаги, вносимых в нее вторичным паром данной ступени испарения. При этом в объеме неиспарившейся жидкости (рассола), содержащейся в придонной зоне камеры испарения первой ступени испарителя и сборнике рассола 12 второй ступени испарения протекают процессы термического умягчения рассола, вследствие роста шламовых частиц, имеющихся в объеме рассола.

При перепуске такого умягченного рассола для распыления и последующего испарения во второй ступени испарения испарителя снижается скорость накипеобразования на рабочих поверхностях перепускных труб 13 и отверстиях ДРУ за счет снижения концентрации солей жесткости в рассоле, а также благодаря замене поверхностного накипеобразования на объемное шламообразование на ″затравочных″ шламовых частицах, содержащихся в объеме рассола. При этом преобладающий характер объемного шламообразования над поверхностным накипеобразованием здесь обусловлен отсутствием перегрева пристенных слоев жидкости (отсутствие теплоподвода), а также большой суммарной поверхностью шламовых частиц, значительно превышающей суммарную поверхность естественных центров кристаллизации на рабочих поверхностях упомянутых элементов ступени испарения. Аналогично протекают процессы в последующих ступенях испарения испарителя при последовательном перепуске, дроссельном распылении и испарении.

Происходящие при работе ОУ физические процессы проиллюстрированы графически на фиг.8.

Забортная вода с исходной концентрацией растворенных накипеобразующих солей С_о, мг-экв/л при температуре t_o, °C поступает на вход конденсатора 5 вторичного пара пятой ступени испарения испарителя 4.

При последовательном прохождении в охлаждающих трубах конденсаторов вторичного пара 5-9 всех ступеней испарения испарителя 4, конденсатора 17 двухступенчатого пароструйного эжектора и наружного многоходового кожухотрубного подогревателя питательной воды 26 она последовательно нагревается до температуры t₁, °C за счет теплоты конденсации в конденсаторах вторичного пара в ступенях испарения, теплоты конденсации паровоздушной смеси и рабочего пара ступеней пароструйных эжекторов, а также теплоты конденсации греющего пара наружного подогревателя питательной воды. Вследствие нарастания пересыщения накипеобразующих солей в ней (С_о-С_р), мг-экв/л, обусловленных снижением растворимости солей жесткости с повышением температуры C_p=f(t), где С_р=_f(1) - функциональная зависимость равновесной концентрации солей жесткости от температуры жидкости, происходит отложение накипи на теплообменных поверхностях названных элементов ОУ, что приводит к снижению концентрации накипеобразующих солей на выходе наружного многоходового кожухотрубного подогревателя питательной воды до C₁, мг-экв/л (линия 0-1). При этом скорость накипеобразования, однозначно определяемая теплонапряженностью и температурой теплопередающих труб, наибольшая в наружном кожухотрубном паровом подогревателе питательной воды.

Питательная вода из наружного кожухотрубного парового подогревателя питательной воды при температуре t₁ и с концентрацией растворенных солей жесткости c₁, мг-экв/л последовательно проходит через двухсекционный приемник 76 и приемник питательной воды 77 первой ступени испарения испарителя, где при неизменной температуре концентрация растворенных солей жесткости в ней снижается до концентрации C₂, мг-экв/л (линия 1-3) за счет объемного шламообразования на ″затравочных″ шламовых частицах, генерируемых в термоумягчителе. Умягченная питательная вода с взвешенным шламом через подключенные к приемнику питательной воды 77 перепускные трубы 13 дроссельно-распылительных устройств первой ступени испарения поступает в первую ступень вакуумного испарения с температурой насыщения в камере испарения t₂ и той же концентрацией C₂, мг-экв/л (линия 3-4). В ходе последовательного межступенчатого перепуска, дроссельного распыления и адиабатного испарения рассола содержащийся в нем взвешенный шлам используется в качестве ″затравочных кристаллов″ для снижения пересыщения рассола (содержащихся в придонной зоне ступеней испарения испарителя и в объеме их приемников рассола второй и последующих ступенях испарения) за счет объемного шламообразования в рассоле по ходу его ступенчатого перепуска (линия 4-6), причем данные процессы протекают в условиях последовательного ступенчатого снижения температуры насыщения в ступенях испарения и завершаются при температуре t₃, соответствующей давлению насыщения в пятой ступени испарения испарителя при концентрации солей жесткости в рассоле с некоторым снижением концентрации солей жесткости ниже C₂, мг-экв/л.

Для сравнения на фиг.8 одновременно показан характер изменения пересыщения раствора в известной опреснительной установке (линия 1-2-5), где линия 1-2 - процесс дросселирования и вакуумного испарения в первой ступени испарителя; линия 2-5, процесс дросселирования и вакуумного испарения в последующих ступенях испарения. При этом снижение пересыщения рассола (при повышенных значениях концентраций) в ступенях испарения обусловлено именно накипеобразованием на рабочих поверхностях ДРУ и каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара ступеней испарения испарителя, что снижает их рабочий ресурс.

На фиг.9 приведено графическое отображение характера физических процессов, протекающих в самом пятиступенчатом адиабатном испарителе.

В известной опреснительной установке питательная вода поступает в камеру испарения первой ступени испарителя из приемника питательной воды с концентрацией растворенных солей жесткости C₁, мг-экв/л (которая значительно выше C₂, мг-экв/л) через подключенные к ней перепускные трубы дроссельно-распылительных устройства данной ступени испарения, где испаряется за счет теплоты перегрева в вакуумном режиме при такой же температуре насыщения t_2, °C (фиг.8).

При этом, за счет ступенчатого снижения температуры насыщения в ступенях испарения испарителя, в них ступенчато возрастает растворимость солей жесткости в рассоле С_р=f(τ), где С_р=f(τ) - функциональная зависимость равновесной концентрации солей жесткости от температуры жидкости на входе ступеней испарения, что приводит к соответствующему снижению ее пересыщения ΔC_n, мг-экв/л (здесь индекс ″n″ соответствует номеру ступени испарения) в ступенях испарения (фиг.9). Однако данный позитивный фактор, обусловленный ступенчатым снижением давления (температуры насыщения) в ступенях испарения, не позволяет обеспечить существенное уменьшение скорости накипеобразования на рабочих поверхностях межступенчатых перепускных труб дроссельно-распылительных устройств, а также на поверхностях каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара в условиях сохранения большого пересыщения рассола ΔC_n, мг-экв/л в ходе его ступенчатого упаривания. В частности, в процессе испарения концентрация растворенных солей жесткости в питательной воде первой ступени испарения нарастает (линия а-б). При этом за счет накипеобразования в перепускных каналах и отверстиях ДРУ (линия б-с) рассол поступает в камеру испарения второй ступени испарения с концентрацией растворенных солей жесткости, соответствующей точке ″с″. Аналогичные процессы протекают в последующих ступенях испарения работающих в условиях ступенчатого снижения давления (ступенчато-ломанная линия 1). Неиспарившийся рассол выводится из корпуса опреснителя при концентрации солей жесткости C₃, мг-экв/л из приемника рассола пятой ступени испарения откачивающим рассольным насосом.

В отличие от известной в предлагаемой ОУ на вход камеры испарения первой ступени испарителя поступает умягченная питательная вода с взвешенным шламом из приемника питательной воды 77 с пониженной концентрацией растворенных солей жесткости C₂, мг-экв/л через подключенные к ней перепускные трубы 13 дроссельно-распылительных устройства данной ступени испарения, где испаряется за счет теплоты перегрева в вакуумном режиме при температуре насыщения T₂, °C (фиг.8). Неиспарившийся рассол с частицами шлама из приемника рассола 12 первой ступени испарения, через подключенные к ней перепускные трубы 13 дроссельно-распылительных устройств второй ступени испарения, поступает в вакуумную камеру второй ступени испарения. Перепуск неиспарившегося рассола с взвешенным шламом в последующие ступени испарения осуществляется аналогично из приемника рассола 12 предыдущей ступени испарения через подключенные к ним перепускные трубы 13 дроссельно-распылительных устройств соответствующей ступени испарения.

При этом благодаря наличию взвешенных шламовых частиц в объеме пересыщенного рассола, содержащихся в полостях днищевой зоны и приемников рассола ступеней испарения опреснителя, в каждой из них достигается существенное снижение пересыщения жидкости (линия 2) на величину ΔC_nт, мг-экв/л (здесь индекс ″n″ соответствует номеру ступени испарения) за счет объемного шламобразования в рассоле, что предопределяет снижение скорости накипеобразования на поверхностях рабочих каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара, за счет снижения концентрации солей жесткости в капельках рассола, вносимых в них совместно с потоком сепарируемого вторичного пара, что существенно важно для решения технической задачи по повышению надежности работы ОУ.

Кроме того, за счет значительного превышения суммарной поверхности шламовых частиц, содержащихся в питательной воде первой ступени испарения и рассоле последующих ступеней испарения, по отношению к суммарной поверхности естественных центров кристаллизации на рабочих поверхностях перепускных каналов и отверстий дроссельно-распылительного устройства (ДРУ) происходит отвлечение процесса накипеобразования от их шероховатой поверхности на взвешенные в объеме перемещаемого раствора частицы шлама, т.е. осуществляется замена поверхностного накипеобразования на интенсивное шламообразование в объеме перемещаемой жидкости. При этом дополнительным фактором снижения скорости накипеобразования в названных элементах опреснителя служит само снижение концентрации накипеобразующих солей в питательной воде на входе пятиступенчатого адиабатного испарителя, а также и в объеме рассола в ступенях испарения.

Укрупнившиеся частицы шлама удаляются совместно с рассолом из приемника рассола 12 пятой ступени испарения откачивающим рассольным насосом 50 за борт при температуре t₃=42°C с концентрацией C₄, мг-экв/л.

Из приведенного сравнения физических процессов, протекающих в известной и предлагаемой ОУ, очевиден позитивный эффект, достигаемый за счет предварительного умягчения питательной воды в двухсекционном приемнике питательной воды, с использованием объема приемника питательной воды первой ступени испарения в качестве дополнительной секции термического умягчения на входе многоступенчатого адиабатного испарителя. В частности, физические процессы в ступенях испарения пятиступенчатого адиабатного испарителя предлагаемой ОУ протекают при более низкой концентрации накипеобразующих солей в рассоле, что обусловливает снижение скорости накипеобразования в перепускных каналах ДРУ и на рабочих поверхностях каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара ступеней испарения, что является достигнутым эффектом в осуществлении целевой задачи общего изобретательского замысла.

Отличительная особенность и достигаемый при этом эффект заявляемой группы изобретений как в составе целого, так и ее дополнительных частей, состоит в использовании единого теплофизического процесса ″нагрева″, являющегося основополагающим при термическом дистилляционном опреснении морской воды, а также в применении единой водной среды для генерации ″затравочных″ шламовых частиц, используемых в дальнейшем для термического умягчения питательной воды на входе в испаритель и рассола в его ступенях испарения, что, обусловливая идентичность химического состава этих шламовых частиц химическому составу умягчаемого раствора, предопределяет меньшую работу кристаллизации на этих ″затравочных″ шламовых частицах в объеме пересыщенного раствора, т.е. является катализирующим фактором эффективного шламообразования (роста размера шламовых частиц) в объеме раствора, сопровождающееся снижением ее пересыщения по солям жесткости по ходу ее перемещения в элементах ОУ.

Немаловажно также то, что режим частичной рециркуляции продуваемого рассола через перемычку с клапаном 51, встроенную во всасывающий трубопровод питательного насоса, используемый в известной ОУ для поддержания расчетной температуры охлаждающей воды на входе конденсатора вторичного пара 5 пятой ступени испарения испарителя в условиях плавания морского судна в холодных водах, здесь может быть рекомендован к использованию при эксплуатации ОУ в качестве постоянного режима частичной рециркуляции продуваемого рассола, содержащего частицы взвешенного шлама, для снижения скорости накипеобразования на внутренних теплоотдающих поверхностях труб, на всем пути последовательного прохождения нагреваемой морской воды в охлаждающих трубах конденсаторов вторичного пара, конденсатора двухступенчатого пароструйного эжектора и многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, достигаемой за счет отвлечения процессов кристаллизации солей жесткости от их рабочих поверхностей на частицы подвижного шлама, вносимых рециркулирующим рассолом в объем перемещаемой морской воды, т.е. за счет замены поверхностного накипеобразования на объемное шламообразование. Это принесет дополнительный позитивный эффект.

При этом ограничительным условием использования такой частичной рециркуляции является допустимое превышение расчетной температуры охлаждающей воды на входе конденсатора вторичного пара последней ступени испарения испарителя, обеспечивающего допустимое снижения эксплуатационной производительности предлагаемой опреснительной установки.

Таким образом, предложенные технические решения по конструктивной компоновке термоумягчителя и двухсекционного приемника питательной воды и схемные решения по их включению в состав опреснительной установки позволяют в достаточной мере реализовать поставленную задачу в осуществлении изобретательского замысла по повышению надежности работы многоступенчатой адиабатной опреснительной установки, а именно: снижение скорости накипеобразования на рабочих поверхностях межступенчатых перепускных труб и дроссельно-распылительных устройств, а также на поверхностях каналов жалюзийных сепараторов вторичного пара, что достигается путем эффективной генерации в термоумягчителе взвешенных в водной среде первичных ″затравочных″ частиц шлама и их последующего использования в качестве центров кристаллизации для снижения пересыщения питательной воды в объемах двухсекционного приемника питательной воды и приемника питательной воды первой ступени испарения, а также и рассола, содержащихся в придонной зоне камер испарения, полостях приемников рассола и подключенных к ним перепускных трубах дроссельно-распылительных устройств при последовательном прохождении упариваемого раствора в ступенях испарения.

Кроме того, создается возможность для снижения скорости накипеобразования на теплопередающих поверхностях конденсаторов вторичного пара, конденсатора двухступенчатого пароструйного эжектора и наружного многоходового парового подогревателя питательной воды при работе ОУ в режиме частичной рециркуляции рассола, содержащей взвешенные частицы шлама, за счет отвлечения процессов кристаллизации накипеобразующих солей от теплопередающих поверхностей на эти частицы шлама, т.е. замены поверхностного накипеобразования на объемное шламообразование на всем пути последовательного нагрева питательной воды.

При этом благодаря использованию единого теплофизического процесса (нагрева) и единой водной среды при реализации процессов дистилляционного опреснения морской воды и генерации подвижного шлама, исключается необходимость использования дополнительных технологических материалов и создаются технические условия для полной автоматизации заявляемой опреснительной установки с использованием единообразных средств автоматизации.

Следует отметить, что шлам, удаляемый совместно с рассолом по своему составу (CaCO₃, Mg(OH)₂, CaSO₄), инертен и безвреден для окружающей среды, т.е. технологические процессы, используемые для решения поставленной технической задачи, являются экологически чистыми, что чрезвычайно важно в условиях ужесточения требований, предъявляемых к экологической безопасности применяемых технологий.

Группа изобретений относится к области опреснения морской воды, а именно к опреснительной установке и ее термоумягчителю. Опреснительная многоступенчатая адиабатная установка дополнительно содержит термоумягчитель (52), служащий для генерации частиц шлама в объеме нагретой в паровом подогревателе (26) питательной воды, отбираемой из трубопровода ее подачи на вход многоступенчатого адиабатного испарителя (4), и двухсекционный приемник питательной воды (76) для снижения пересыщения в упариваемой морской воде за счет использования шламовых частиц в качестве ″затравочных кристаллов″ в объеме пересыщенного раствора. Термоумягчитель (52) содержит встроенную в корпус (53) под его крышкой перфорированную диафрагму (56), куполообразную горизонтальную перегородку (61), установленную с зазором относительно внутренней стенки корпуса, вертикальные цилиндрические обечайки, коллектор отвода выпара (62) под куполообразной перегородкой, патрубок отвода воды совмещен с отводом частиц шлама и установлен в днище корпуса, а патрубок подвода пара вмонтирован в крышку корпуса. Обеспечивается снижение скорости накипеобразования на рабочих поверхностях элементов установки. 2 н.п. ф-лы, 9 ил.

1. Опреснительная установка, включающая наружный многоходовой кожухотрубный паровой подогреватель питательной воды, имеющий прямотрубный пучок с разделительной перегородкой, образующей паровоздушную полость для сбора и последующего удаления не сконденсировавшейся паровоздушной смеси, а также оборудованный сборником конденсата с его датчиком уровня; двухступенчатый пароструйный эжектор; конденсатор двухступенчатого пароструйного эжектора с раздельными камерами конденсации паровоздушной смеси соответственно от эжекторов первой и второй ступеней, образующими совместно с последовательно подключенными трубами охлаждающей воды в них холодильники-конденсаторы с их сборниками конденсата, сообщенными между собой U-образной трубой, а также снабженные раздельными патрубками отвода воздуха от этих камер конденсации; а также содержащая насосы, трубопроводы, разобщительную и переключающую автоматическую арматуру, контрольно-измерительные приборы, средства автоматического управления и защиты; многоступенчатый адиабатный испаритель, смонтированный в герметичном корпусе, выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда, и содержащий вертикальные разделительные перегородки, образующие отдельные ступени испарения, в каждой из которых в верхней зоне горизонтально установлен двухходовой кожухотрубный конденсатор вторичного пара, имеющий прямотрубный пучок с разделительной перегородкой, образующей полость для сбора и последующего удаления не сконденсировавшейся паровоздушной смеси, а также оборудованный сборником дистиллята, а в средней зоне смонтирован сепаратор вторичного пара жалюзийного типа, разделяющий данные ступени испарения на верхнюю зону, являющуюся конденсаторной, и нижнюю, являющуюся испарительной, при этом в нижней зоне каждой ступени испарения размещен приемник рассола данной ступени испарения, выполненный в виде опускной трубы увеличенного диаметра с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства последующей ступени испарения испарителя, причем каждая из этих перепускных труб содержит в своей верхней свободной части встроенное данное дроссельное устройство, над верхним срезом каждого из которых размещен грибовидный отбойник, выполняющий функцию отражателей ″фонтанных″ струй воды, вытекающих из отверстий дроссельного устройства; все данные ступени испарения последовательно сообщены между собой соединительными перепускными трубами охлаждающей воды конденсаторов вторичного пара и снабжены трубами последовательного перепуска образующейся паровоздушной смеси из соответствующих полостей данных конденсаторов вторичного пара в направлении от первой ступени испарения к последней, а две соседние камеры ступеней испарения попарно последовательно сообщены между собой в нижней зоне перепускными трубами из приемников рассола данной ступени испарения к дроссельно-распылительным устройствам последующей ступени испарения, при этом приемник рассола последней ступени испарения сообщен с откачивающим рассольным насосом, напорный трубопровод которого имеет ответвительную перемычку с клапаном, встроенную в трубопровод перед питательным насосом испарителя, напорная полость которого сообщена с приемным трубопроводом охлаждающих труб конденсатора вторичного пара последней ступени испарения, причем напорный трубопровод питательного насоса снабжен расходомером, а в его всасывающий трубопровод встроен фильтр забортной воды; многоступенчатый адиабатный испаритель также содержит систему межступенчатых дроссельных шайб, установленных на упомянутых трубах последовательного перепуска паровоздушной смеси из конденсаторов вторичного пара, при этом паровоздушная полость конденсатора вторичного пара последней ступени испарения сообщена с приемной полостью камеры смешения пароструйного эжектора первой ступени, выходная диффузорная часть которого сообщена с паровоздушной полостью камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора, полость камеры смешения пароструйного эжектора второй ступени подключена к патрубку отвода воздуха из камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора, выходной диффузор пароструйного эжектора второй ступени подключен к паровоздушной полости камеры конденсации конденсатора второй ступени пароструйного эжектора, снабженной патрубком выпуска воздуха в атмосферу; входная сопловая часть обоих этих эжекторов подключена параллельно к трубопроводу подачи рабочего пара, а полость сборника конденсата камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора сообщена с полостью сборника конденсата наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды; к приемной части охлаждающих труб камеры конденсации конденсатора второй ступени пароструйного эжектора подведен отводящий трубопровод охлаждающей воды конденсатора вторичного пара первой ступени испарения испарителя, а выходная часть охлаждающих труб камеры конденсации конденсатора первой ступени пароструйного эжектора сообщена с приемной частью водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, паровая полость которого также подключена к низкопотенциальному источнику греющего пара через паропровод со встроенным регулятором температуры, причем подогреватель выполнен с перекрестным направлением движения их взаимно теплообменивающихся сред с прямолинейным направлением движения нагреваемого потока, выходная часть данной водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, в свою очередь, посредством отводящего трубопровода, снабженного датчиком температуры, связанным по управляющему импульсу с регулятором температуры, встроенным в подводящий паропровод греющего пара, имеет сообщение с входным патрубком приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя, встроенным по оси его эллиптического днища, а к выходной части данного приемника питательной воды подключены перепускные трубы дроссельно-распределительных устройств первой ступени испарения испарителя; сборники дистиллята всех конденсаторов вторичного пара попарно последовательно сообщены между собой трубами межступенчатого перепуска дистиллята, каждая из которых выполнена в виде U-образной трубы, при этом сборник дистиллята конденсатора вторичного пара последней ступени испарения подключен к приемному трубопроводу цистерны дистиллята, сообщенной трубопроводом с откачивающим дистиллятным насосом; воздушная полость цистерны дистиллята сообщена с паровоздушной полостью конденсатора вторичного пара последней ступени испарения испарителя для уравнивания давления в данных полостях и надежного стока дистиллята, причем цистерна дистиллята оснащена датчиком уровня, сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня цистерны, встроенным в напорную часть трубопровода данного насоса для поддержания ее рабочего уровня и устойчивой работы откачивающего дистиллятного насоса, причем на выходном участке напорного трубопровода откачивающего дистиллятного насоса установлены расходомер и автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан, переключающий данный трубопровод на сброс дистиллята при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером, установленным на измерительной отводной перемычке контура дистиллята; паровоздушная смесь из паровоздушной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды отведена посредством трубопровода в паровоздушную полость конденсатора вторичного пара первой ступени испарения испарителя, а конденсат греющего пара из сборника конденсата данного наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды отведен по трубопроводу откачивающим конденсатным насосом в цистерну конденсата для его повторного использования в пароконденсатном цикле, при этом его сборник конденсата оснащен датчиком уровня, сообщенным по управляющему импульсу с регулятором уровня, установленным на напорном трубопроводе откачивающего конденсатного насоса для поддержания рабочего уровня в сборнике конденсата и устойчивой работы самого насоса, причем на выходном участке его напорного трубопровода установлен автоматический трехходовой переключающий соленоидный клапан, переключающий данный трубопровод на сброс конденсата при его низком качестве посредством его связи по управляющему импульсу с соленомером, установленным на измерительной отводной перемычке контура конденсата, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит двухсекционный приемник питательной воды с патрубками подвода и отвода водных сред, установленный перед приемником питательной воды первой ступени испарения испарителя, и термоумягчитель, содержащий патрубки подвода и отвода рабочих сред, при этом его патрубок подвода водной среды сообщен с ответвлением, имеющим регулирующий клапан, расходомер и регулятор уровня, а само данное ответвление встроено в отводящий трубопровод выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды; патрубок отвода водной среды со взвешенным шламом термоумягчителя сообщен с входным патрубком двухсекционного приемника питательной воды, а его патрубок отвода паровоздушной среды сообщен с паровоздушной полостью наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды; патрубок подвода пара термоумягчителя сообщен с источником греющего пара для дополнительного нагрева в нем водной среды, а двухсекционный приемник питательной воды содержит цилиндрический корпус с эллиптическими крышкой и днищем, патрубки подвода и отвода водных сред, патрубки для подключения водоуказательной колонки в верхней его части и оснащен датчиком уровня, установленным в верхней части цилиндрического корпуса, а также имеет дополнительную обечайку внутри корпуса, встроенную по оси его эллиптического днища с протяженностью по высоте от днища, равной высоте цилиндрической части корпуса, и образующую две вертикальные открытые полости: внешнюю и центральную; внешняя полость патрубком отвода, размещенным в нижней ее зоне, сообщена с патрубком подвода водной среды приемника питательной воды первой ступени испарения испарителя, а центральная полость патрубком подвода, размещенным по оси днища, подключена к отводящему трубопроводу выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, содержащему регулирующий клапан и регулятор уровня, сообщенный по управляющему импульсу с датчиком уровня двухсекционного приемника питательной воды, причем его центральная полость в нижней зоне также сообщена с патрубком подвода воды со взвешенным шламом от термоумягчителя для их качественного смешивания с питательной водой; по оси эллиптической крышки встроен патрубок отвода воздуха, подключенный к трубопроводу с воздушным клапаном.

2. Термоумягчитель, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с днищем, крышкой и патрубком подвода пара, а также патрубками отвода выпара, умягченной воды и шлама, а также содержащий коллектор подвода воды с раздающими насадками, под которыми размещены скомпонованные в горизонтальной перегородке приемные контактно-пленочные водонагреватели конфузорного типа; а также содержащий две вертикальные цилиндрические обечайки, установленные концентрично на днище корпуса по его оси и образующие три вертикальные открытые полости, из которых внешняя полость образована внутренней поверхностью корпуса и периферийной обечайкой, средняя полость образована периферийной обечайкой и центральной обечайкой, а сама центральная обечайка образует в корпусе центральную полость, отличающийся тем, что он дополнительно содержит встроенную в корпус под его крышкой перфорированную диафрагму, имеющую отверстия в периферийной зоне для организации равномерной подачи пара в зону нагрева воды; куполообразную горизонтальную перегородку, установленную с кольцевым зазором относительно внутренней стенки корпуса на опорных элементах на этих стенках и размещенную ниже горизонтальной перегородки со скомпонованными в ней приемными контактно-пленочными водонагревателями конфузорного типа; а также дополнительно содержит коллектор отвода выпара, установленный под куполообразной перегородкой; при этом верхний торец периферийной обечайки расположен выше верхнего торца центральной обечайки, а протяженность обеих из них по своей высоте от днища составляет более половины высоты корпуса термоумягчителя; в нижней части периферийной обечайки по ее периметру выполнены вырезы для перетока жидкости из внешней полости в среднюю; форма дниша корпуса и его крышки выполнена эллиптической, патрубок отвода воды совмещен с отводом частиц шлама и вмонтирован по оси эллиптического днища корпуса под его центральной полостью, а патрубок подвода пара вмонтирован в эллиптическую крышку корпуса по его оси; при этом цилиндрический корпус, в своей верхней части, снабжен патрубками для подключения водоуказательной колонки, а также оборудован датчиком уровня; причем датчик уровня установлен в верхней части цилиндрического корпуса и связан по управляющему импульсу с регулятором уровня, установленным на ответвлении отводящего трубопровода выходной части водной полости наружного многоходового кожухотрубного парового подогревателя питательной воды, которое подключено к патрубку подвода воды термоумягчителя, а коллекторы отвода выпара и подвода воды подключены к контактно-пленочным водонагревателям, вертикальные цилиндрические обечайки и куполообразная горизонтальная перегородка выполнены из термостойких гидрофобных пищевых пластмасс.