Установка опреснения морской воды Российский патент 2023 года по МПК B63J1/00 C02F1/04 

Установка относится к теплоэнергетике и экологии, а точнее к направлению опреснения морской воды. Известны несколько методов опреснения воды. Среди них, как наиболее доступный и экономичный, наиболее часто применяется метод дистилляции.

Известна установка для опреснения соленой воды и способ опреснения соленой воды с использованием установки (Патент РФ №2280011 C02F 1/04), содержащей модуль очистки исходной воды, модуль предотвращения накипеобразования, модуль водоподогрева, модуль ступенчатого испарения, модуль создания и поддержания вакуума. Эта установка предназначена для локального водоснабжнения малых населенных пунктов.

Известна опреснительная установка с термоумягчителем, служащая для получения пресной воды из соленой морской воды (Патент РФ №2554720, МПК B63J 1/00, C02F 1/04, C02F 5/00, B01D 1/00, опубл. 27.06.2015). Она содержит трубопровод холодной морской воды, адиабатный многоступенчатый опреснитель (испаритель) морской воды, содержащий несколько корпусов ступеней вакуумного испарения морской воды нагретой паром от внешнего источника, внешний теплообменник, трубопровод отвода дистиллята, трубопровод сброса рассола; в верхней зоне каждой ступени установлен двухходовой (по охлаждающей воде) кожухотрубный конденсатор вторичного пара. Дистиллят отводится к потребителям по общему трубопроводу отвода дистиллята из сборников дистиллята. Установка имеет трубопровод удаления рассола - не сконденсировавшейся морской воды с высоким солесодержанием, трубопроводы подвода греющего и рабочего пара от внешнего источника к пароструйным эжекторам первой и второй ступеней.

Недостатками этой опреснительной установки является ее невысокая тепловая экономичность, использование в ней греющего и рабочего пара выработанного во внешнем источнике пара, применение пароструйных эжекторов, используемых для сжатия вторичного пара низкого давления.

Известна полезная модель, обеспечивающая предварительную очистку морской воды, производство из нее большого количества обессоленной воды и дополнительную выработку электрической энергии (Патент РФ №189357 U1).

Эта установка опреснения морской воды, содержит трубопровод холодной морской воды, адиабатный многоступенчатый испаритель, трубопроводы греющего пара высокого и низкого давления, внешний теплообменник, трубопровод отвода дистиллята, трубопровод отвода рассола. В верхней зоне каждой из ступеней многоступенчатого испарителя размещены нагревательные элементы - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, установленные последовательно по ходу нагреваемой в них морской воды от последней к первой ступени испарителя. В средней зоне каждой ступени размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную и нижнюю испарительную зоны с расположенными под жалюзийными сепараторами каждой ступени сборными камерами дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещены приемники рассола с подключенными к ним перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства приемников рассола последующей ступени испарителя, каждая из перепускных труб содержит дроссельное устройство и распылитель струй воды; сборные камеры дистиллята вторичного пара отдельных ступеней последовательно сообщены между собой перепускными трубами, сборная камера дистиллята последней ступени испарителя соединена с трубопроводом отвода дистиллята к внешним потребителям, а верхняя часть корпусов ступеней испарения соединена последовательно, от первой ступени испарения к последней ступени, перепускными трубами паровоздушной смеси. Приемник рассола последней ступени испарения сообщен с трубопроводом отвода рассола, трубопровод пара высокого давления подключен к внешнему теплообменнику, трубопровод греющего пара низкого давления подключен к верхней зоне испарителя первой ступени. Установка опреснения морской воды также производит выработку электроэнергии. Она дополнительно снабжена парогазовой установкой с газотурбинной установкой, паровым котлом-утилизатором, противодавленческой паровой турбиной с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления и теплообменником подогрева морской воды (конденсатором пара, расширенным в паровой турбине); деаэратором, паропроводом перегретого пара, химводоочисткой, трубопроводом конденсата с конденсатным насосом, трубопроводом подпиточной воды, устройством предварительной очистки морской воды, состоящим из установки активизации процессов, трубопроводом подогретой морской воды, устройством предварительной очистки морской воды, состоящим из установки активизации процессов и механического фильтра, установленных последовательно на трубопроводе холодной морской воды, теплообменником предварительного подогрева морской воды, конденсатором вторичного пара, паровой отсасывающей эжекторной установкой, при этом паровой котел-утилизатор содержит экономайзер, испаритель и пароперегреватель, а выхлоп противодавленческой паровой турбины соединен по пару с входом подогревателя морской воды, который имеет трубопровод рециркуляции подогреваемой морской воды с насосом, выход этого подогревателя по конденсату пара соединен трубопроводом конденсата, имеющим конденсатный насос с экономайзером котла-утилизатора, выход пароперегревателя котла-утилизатора соединен паропроводом с противодавленческой паровой турбиной, регулируемый отбор пара высокого давления которой соединен паропроводом с внешним подогревателем, регулируемый отбор пара низкого давления соединен паропроводом с верхней частью корпуса первой ступени испарителя, выход внешнего подогревателя по конденсату пара соединен с трубопроводом подпиточной воды, подогреватель предварительного подогрева холодной морской воды и конденсатор вторичного пара размещены в верхней зоне испарителя последней ступени, которая трубопроводом отсоса неконденсирующихся газов связана через паровую эжекторную установку с атмосферой, паровая эжекторная установка соединена с паропроводом отборного пара низкого давления, а трубопровод отвода дистиллята внешним потребителям связан через химводоочистку и трубопровод подпиточной воды с входом деаэратора, причем трубопровод холодной морской воды установлен с возможностью разделения воды на два потока, первый поток, который затем подлежит опреснению, направлен через теплообменник предварительного подогрева холодной морской воды в трубопровод рециркуляции подогреваемой морской воды и далее в кожухотрубный теплообменник предпоследней ступени многоступенчатого испарителя, второй поток холодной морской воды направлен в конденсатор вторичного пара, который установлен с возможностью подогрева и перенаправления потока в трубопровод сброса морской воды, при этом роторы газовой турбины и противодавленческой паровой турбины связаны валами с их электрогенераторами, а трубопровод отвода дистиллята соединен через химводоочистку с трубопроводом подпиточной воды.

Преимуществом этой установки, принятой в качестве прототипа предполагаемого изобретения, является одновременное производство обессоленной воды и выработка электроэнергии. Ее недостатки связаны с технической сложностью, высокой стоимостью и невозможностью системы применения этой установки обессоливания морской воды в мобильных передвижных установках.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и стоимости установки обессоливания морской воды, повышение ее срока службы, маневренности и возможности ее установки на транспортных средствах.

Технический результат достигается за счет того, что установка опреснения морской воды, содержащая трубопровод холодной морской воды, теплообменник предварительного подогрева морской воды, адиабатный многоступенчатый испаритель, внешний теплообменник, трубопровод отвода дистиллята внешним потребителям, трубопровод сброса рассола, при этом в верхней зоне каждой из ступеней многоступенчатого испарителя размещены двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, установленные последовательно по ходу нагреваемой морской воды от последней к первой ступени испарителя, в средней зоне каждой ступени размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную и нижнюю испарительную зоны с расположенными под жалюзийными сепараторами каждой ступени полостями сбора дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещены сборные камеры рассола с подключенными к ним перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства последующей ступени испарителя, каждая из перепускных труб содержит дроссельное устройство и распылитель струй воды; сборные камеры дистиллята вторичного пара отдельных ступеней последовательно сообщены между собой перепускными трубами, полость сбора дистиллята последней ступени соединена с трубопроводом отвода дистиллята к внешним потребителям, а верхняя часть корпусов ступеней испарения соединена трубопроводами перепуска паровоздушной смеси, последовательно от первой ступени испарения к последней, сборная камера рассола последней ступени испарения сообщена с трубопроводом сброса рассола, причем установка дополнительно снабжена, паровым компрессором с электродвигателем, водогрейным котлом с химводоочисткой, трубопроводом подогретой морской воды, трубопроводом воды нагретой в водогрейном котле, тепло-электронагревателями, системой автоматического регулирования температуры рассола, паропроводом низкого давления, паропроводом низкого давления; причем паровой компрессор связан паропроводом низкого давления с верхней частью корпуса первой ступени испарителя, водогрейный котел связан с внешним теплообменником трубопроводом воды нагретой в водогрейном котле, тепло-электронагреватели размещены в сборных камерах рассола первой, второй и третьей ступеней испарителя и связаны импульсными линиями с системой автоматического регулирования температуры рассола. Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена тепловая схема установки для опреснения морской воды.

Установка содержит: 1, 2, 3, 4, 5 - ступени многоступенчатого испарителя, 6 - паровой компрессор с электродвигателем, 7 - водогрейный котел, 8 - химводоочистку, 9 - внешний теплообменник, 10 - трубопроводы перепуска паровоздушной смеси, 11 - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, 12 - теплообменник предварительного подогрева морской воды, 13 - установку активизации процессов и механический фильтр, 14 - трубопровод холодной морской воды, 15 - сепараторы вторичного пара жалюзийного типа с полостями сбора дистиллята, 16 - трубопровод отвода дистиллята внешним потребителям, 17 - трубопровод воды нагретой во внешнем теплообменнике, 18 - трубы дроссельно-распылительного устройства, 19 - сборные камеры рассола, 20 - трубопровод воды отводимой из внешнего теплообменника, 21 - тепло-электронагреватели, 22 - трубопровод сброса рассола, 23 - система автоматического регулирования температуры рассола, 24 - трубопровод подогретой морской воды, 25 - паропровод пара низкого давления, 26 - трубопровод воды нагретой в водогрейном котле.

Установка опреснения морской воды работает следующим образом. По трубопроводу холодной морской воды 14 ее пропускают через установку активизации процессов и механический фильтр 13, где за счет вращающегося магнитного поля в морской воде происходит многократное увеличение скорости физико-химических и механо-физических реакций с образованием нерастворимых соединений удаляемых в механическом фильтре. Очищенную от примесей морскую воду подают в теплообменник предварительного подогрева морской воды 12, подогревают за счет конденсации вторичного пара, поступившего в верхнюю часть последней ступени 5 многоступенчатого испарителя и по трубопроводу подогретой морской воды 24 подают в последовательно расположенные двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара 11, где ее последовательно подогревают в каждой ступени этих конденсаторов за счет тепла конденсации вторичного пара подводимого из предыдущих ступеней испарителя по трубопроводам перепуска паровоздушной смеси 10. Морская вода, вышедшая из кожухотрубного конденсатора первой ступени испарителя, дополнительно подогревается во внешнем теплообменнике 9 теплом горячей воды, подводимой в него по трубопроводу воды 26, которая была нагрета в водогрейном котле 7 и очищена от солей в химводоочистке 8. Затем по трубопроводу 17 эта морская вода поступает в дроссельно-распылительное устройство 18 первой ступени испарителя. Распыленная в нем горячая морская вода частично испаряется. Образовавшаяся при этом пароводяная смесь проходит из нижней полости первой ступени испарения через разделительную перегородку в ее верхнюю полость и частично конденсируется на внешней поверхности кожухотрубного конденсатора 11 первой ступени испарителя. Полученная при этом смесь конденсата и не спарившейся воды поступает в находящийся в средней части корпуса 1 сепаратор вторичного пара жалюзийного типа, в котором капли образовавшиеся дистиллята отделяется от не сконденсировавшейся паровой смеси и поступают в полость 15 сбора дистиллята этой ступени. Затем неиспарившаяся вода, с высоким содержанием солей, поступает в сборную камеру рассола 19, находящуюся в нижней части корпуса первой ступени испарителя, затем она последовательно отводится по трубопроводам 18 в сборники рассола последующих ступеней испарительной установки, поступает в сборную камеру рассола последней ступени испарителя 5 и подается в трубопровод сброса рассола 22. В первой, второй и третьей ступенях сборных камерах рассола 19 размещены тепло-электронагреватели 21 связанные с системой автоматического регулирования температуры рассола 23. Тепло-электронагреватели служат для подогрева рассола в этих камерах при пуске установки обессоливания и для поддержания требуемых температур рассола.

Последующие ступени многоступенчатого испарителя работают аналогично вышеописанному процессу. Из сборной камеры рассола предыдущей ступени рассол по перепускным трубам дроссельно-распылительного устройства 18 подается в нижнюю часть камеры последующей ступени, где он распыливается. Образовавшийся в каждой ступени дистиллят отводится из полостей сбора дистиллята 15 в трубопровод 16 отвода дистиллята внешним потребителям. Из верхней части корпуса ступени 5 полученный вторичный пар подается в паровой компрессор 6, который производит отсос вторичного пара из верхней части корпуса последней ступени 5 испарителя и его сжатие в паровом компрессоре 6. Сжатый вторичный пар подается по паропроводу пара низкого давления 25 во внешний теплообменник 9, где он используется как греющий агент для дополнительного нагрева морской воды вышедшей из кожухо-трубчатого конденсатора 11 первой ступени испарителя.

Предполагаемое изобретение, за счет применения в нем парового компрессора 6, водогрейного котла 7 с химводоочисткой 8, тепло-электронагревателей 21 с системой автоматического регулирования температуры рассола 23, позволяет производить дистиллят из исходной морской воды с его последующей подачей внешним потребителям. Установка в сборных камерах рассола 19 тепло-электронагревателей 21, связанных с системой автоматического управления 23, позволяет ускорить пуск установки и поддержание требуемых температур рассола в сборных камерах 19.

Применение в установке дополнительного перечисленного оборудования позволяет повысить маневренность, экономичность и надежность многоступенчатой испарительной установки, упростить конструкцию и уменьшить ее стоимость.

Изобретение относится к теплоэнергетике и экологии, а точнее к опреснению морской воды. Заявлена установка опреснения морской воды, которая содержит адиабатную многоступенчатую испарительную установку с производством дистиллята из морской воды. В верхней зоне каждой из ступеней испарителя установлены двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, в средней зоне этих ступеней размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную и нижнюю испарительную зоны со сборными камерами дистиллята. В нижней зоне ступеней размещены сборные камеры рассола, связанные с перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства. Сборные полости дистиллята вторичного пара отдельных ступеней сообщены между собой перепускными трубами, полость дистиллята последней ступени испарителя соединена с трубопроводом отвода дистиллята к внешним потребителям. Верхняя часть корпуса последней ступени связана с паровым компрессором, который служит для создания разрежения в последней ступени испарителя. Выход парового компрессора связан паропроводом низкого давления с верхней частью корпуса первой ступени испарителя. Установка снабжена водогрейным котлом, связанным трубопроводом с внешним теплообменником, используемым для подогрева морской воды, вышедшей из кожухотрубного конденсатора первой ступени. В камерах рассола ступеней установлены тепло-электрические нагреватели, связанные с системой автоматического управления, которые служат для дополнительного подогрева рассола в камерах рассола, сокращения времени пуска установки и поддержания требуемых температур в камерах рассола, что способствует повышению маневренности установки. 1 ил.

Установка опреснения морской воды, содержащая трубопровод холодной морской воды, теплообменник предварительного подогрева морской воды, адиабатный многоступенчатый испаритель, внешний теплообменник, трубопровод отвода дистиллята внешним потребителям, трубопровод сброса рассола, при этом в верхней зоне каждой из ступеней многоступенчатого испарителя размещены двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, установленные последовательно по ходу нагреваемой морской воды от последней к первой ступени испарителя, в средней зоне каждой ступени размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную и нижнюю испарительную зоны с расположенными под жалюзийными сепараторами каждой ступени полостями сбора дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещены сборные камеры рассола с подключенными к ним перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства последующей ступени испарителя, каждая из перепускных труб содержит дроссельное устройство и распылитель струй воды; сборные камеры дистиллята вторичного пара отдельных ступеней последовательно сообщены между собой перепускными трубами, полость сбора дистиллята последней ступени соединена с трубопроводом отвода дистиллята к внешним потребителям, а верхняя часть корпусов ступеней испарения соединена трубопроводами перепуска паровоздушной смеси, последовательно от первой ступени испарения к последней, сборная камера рассола последней ступени испарения сообщена с трубопроводом сброса рассола, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена паровым компрессором с электродвигателем, водогрейным котлом с химводоочисткой, трубопроводом подогретой морской воды, трубопроводом воды, нагретой в водогрейном котле, тепло-электронагревателями, системой автоматического регулирования температуры рассола, паропроводом низкого давления, паропроводом низкого давления; причем паровой компрессор связан паропроводом низкого давления с верхней частью корпуса первой ступени испарителя, водогрейный котел связан с внешним теплообменником трубопроводом воды, нагретой в водогрейном котле, тепло-электронагреватели размещены в сборных камерах рассола первой, второй и третьей ступеней испарителя и связаны импульсными линиями с системой автоматического регулирования температуры рассола.