Диссертация (Вакуумный дистилляционный агрегат с теплонасосным энергоподводом), страница 5

Вполне актуальна на сегодняшний день диаграммавыбора метода обессоливания в зависимости от солесодержания исходной воды,представленная на рисунке 11 [83].Диаграмма для выбора способа обессоливания воды [83]С уверенностью можно констатировать, что лишь две технологии сегоднямассово применяются для опреснения морских вод в малых масштабах: обратныйосмос и дистилляция с механической компрессией пара, при чем последняяявляется более универсальным способом.Как отмечает ряд отечественных и зарубежных экспертов, дистилляция смеханической компрессией пара при малых производительностях экономическиболее выгодна при опреснении высоко соленых или загрязненных вод, особеннопри снабжении водой удаленных локаций [23, 124, 132, 129].Более того, необходимо принимать в расчет последствия загрязненияакваторий рассолами.

В ряде областей (прибрежная зона Каспийского моря,31Персидский залив, Мексиканский залив, Красное море) вследствие многолетнейработы опреснительных заводов отмечается факт постепенной деградацииприбрежнойморскойфлорыифауны.Сегоднядистилляцияявляетсяединственным способом водоподготовки, потребности которого в химическихреагентах минимальны, и который позволяет сводить объём жидких отходов донуля, то есть дает возможность исключить сброс солевых стоков [35, 37, 114].1.3 Направление развития малогабаритных дистилляторовс механической компрессией параСовершенствование выпарной опреснительной техники направлено нарешение следующих основных задач [78, 81]:1)снижение капитальных затрат, в частности уменьшение расходов надорогостоящие антикоррозионные материалы;2)достижение предельных степеней концентрирования растворов дляпредотвращения загрязнения окружающей среды сточными минерализованнымиводами и извлечения ценных минеральных веществ из соленых источников;3)улучшениеэксплуатационныххарактеристикустановок(предотвращение отложений накипи на теплообменной поверхности, повышениенадежности);4)снижение энергетических затрат на дистилляцию, в том числе за счетиспользования альтернативных источников энергии.В России проектированием и производством опреснительных установоксредней производительности занимаются компании АО «НПЦ газотурбостроения«Салют» и АО «СвердНИИхиммаш».

На их мощностях выпускаются модельныйряд опреснителей «Каскад» и ДОУ-МК, соответственно, производительностью от24 до 500 м3/ч для применения их с целью организации водоснабжения поселков,гостиничных комплексов, приготовления подпиточной воды для промышленных32нужд и энергетики. Согласно международной системе опреснители по типуиспользуемой технологии относятся к следующей классификации: MED HTFE VC(многоступенчатая дистилляция c горизонтальными трубными пучками имеханической компрессией пара).

Установки создаются на базе центробежныхкомпрессоров. Удельное потребление электроэнергии составляет порядка 10кВт ∙ ч⁄м ;этотпоказательсоответствуетмировомууровнюразвитияопреснительных установок с механической компрессией пара средней и большойпроизводительности [4, 5].Известна отечественная дистилляционная установка модели ЭСВА малойпроизводительности, разработанная компанией ООО «БМТ». Принципиальнаясхема модели ЭСВА приведена на рисунке 12. Особенностью схемы являетсяпринудительная циркуляция исходной жидкости и конденсация паров дистиллятавмежтрубномпространствеиспарителя.Установкапредназначенадляконцентрирования растворов жидких продуктов и промывных вод в различныхобластях промышленности, обессоливания морской воды и концентрированиярассолов после мембранного обессоливания.

Модель дистиллятора ЭСВА-100производительностью 100 л/ч на базе компрессора типа РУТС с внешним сжатиемобладает удельным энергопотреблением 110 кВт ∙ ч⁄м [65].33Принципиальная схема дистиллятора модели ЭСВА-100 [65]Мировымилидерамивпроизводствемобильныхдистилляционныхустановок с механической компрессией пара являются компании: Veolia Italia(Италия), H2O GmbH (Германия), Norland (США) и др.Принципиальная схема дистиллятора модели EVALED RV N 3 спринудительной циркуляцией и вынесенной зоной нагрева на базе компрессоратипа РУТС, выпускаемой компанией Veolia Italia, представлена на рисунке 13.Благодаря постоянному совершенствованию конструкции компрессорного итеплообменногооборудованияинженерыэнрегоэффективности на уровне 50 кВт ∙ ч⁄м [102].добилисьпоказателей34Принципиальная схема дистиллятора модели EVALED RV N 3 [102]Известен парокомпрессионный опреснитель фирмы Norland модели VC800,оснащаемый центробежным компрессором (рисунок 14).

За счет реализации вцентробежном компрессоре процесса внутреннего сжатия рабочий средыдостигается высокая энергоэффективность. Удельные затраты энергии для моделиVC800 производительностью 125 л/ч составляют 50 кВт ∙ ч⁄м , а для моделиVC3000 производительностью 950 л/ч – 30 кВт ∙ ч⁄м [120].35Принципиальная схема дистиллятора модели VC800 [120]Сопоставлениедистилляционныхтехническихустановокмалойхарактеристикпроизводительностирассмотренныхсмеханическойкомпрессией пара представлено в таблице 1.Мобильные дистилляционные установкиУдельноеВыходТип основного Температурапотреблениидистиллята,Модельвакуумногокипенияэнергии,насосаводы, °Сл⁄чкВт ∙ ч⁄мNorland VC800центробежный80…9012550компрессорEVALED RV N 380…9012550типа РУТСкомпрессорH2O GmbH XS 18080…903080типа РУТСООО "БМТ"компрессор80…90100110ЭСВА-100типа РУТСВ опреснительных установках жесткие требования предъявляются ккомпрессорной технике по части отсутствия контакта масла с откачиваемойпаровой средой.

Роторные компрессора типа РУТС отвечают этому требованию, втоже время охватывают относительно широкий диапазон производительности,36надежныиотносительноэффективны,чтоиобъясняетихширокоераспространение [9, 87].Применение центробежных компрессоров ограничено как при больших, таки малых производительностях ввиду их чувствительности к попаданию капель впроточную часть.Ряд исследователей работают над адаптацией винтовых компрессоров дляприменения в дистилляционных установках с механической компрессией пара.Внедрение винтовых компрессоров в дистилляционные системы должно позволитьсоздавать энергоэффективные установки малой производительности, но насегодняшнийденьподобныеразработкинаходятсятольконастадииэкспериментальных образцов [143, 131, 141].Общейхарактеристикойодноступенчатыхустановокдлядлявышеописанныхводоочисткиидистилляционныхопресненияявляетсяосуществление процесса выпаривания исходной жидкости лишь при небольшомразрежении и температурах кипения близких к температурам, соответствующимкипению при атмосферном давлении, что определяет один из главных недостатковвыпарных систем – высокую скорость образования накипи на теплообменнойповерхности и, как следствие, со временем существенное ухудшение условийтеплообмена и снижение производительности опреснительной установки [81].Испарениеводыпринизкихтемпературахзначительноснижаетинтенсивность образования накипи.

В испарителях с температурой кипения неболее 40 °С образование накипи минимально. Общий характер измененияинтенсивности накипеобразования в кипящих испарителях в зависимости оттемпературы кипения показан на рисунке 15 [45, 85].В тоже время при малой разности температур между обогревающим телом иводой и наличии сепарационных устройств достигается очень низкая влажностьпара и, следовательно, столь же малая соленость дистиллята [77].Как было показано выше, важен и тот факт, что работа при пониженныхтемпературах кипения при минимальной скорости образования накипи на37теплообменной поверхности создает более благоприятные условия для полученияболее насыщенных растворов при прочих равных условиях, что, в свою очередь,упрощает последующую утилизацию рассола [89].Общий характер изменения интенсивности накипеобразования вкипящих испарителях в зависимости от температуры кипения [45]Прирасчетепараметровработыдистилляционныхустановокопределяющими являются процессы переноса теплоты.

Вместе с тем, процесскипения носит сложный характер и все еще не изучен полностью несмотря набольшое количество работ в этой области. С понижением давления нижеатмосферногоприпостоянномтепловомпотокезаметноуменьшаетсякоэффициент теплоотдачи. Задача по выбору расчетных зависимостей дляопределения коэффициента теплоотдачи в условиях разрежения паровогопространства усложняется малым количеством экспериментальных данных,особенно в диапазоне температур 20…40 ºС. В доступной литературе длярассматриваемого диапазона температур приводятся данные по теплообмену длягоризонтальных плоских и оребренных пластинах [94, 103, 125] и для близкорасположенных друг к другу горизонтальных труб [142], использование которыхне всегда представляется возможным из-за узкого круга рассматриваемыхповерхностей теплообмена.