ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
DESALTING PLANT

Изобретение относится к машиностроению, в частности к опреснительным установкам, и может быть использовано для опреснения морских, соленых вод, кроме того, для переработки загрязненных сточных вод промышленных предприятий, в том числе нефтепродуктами, а также для получения подпиточной воды котлов тепловых и электрических станций.
Известны опреснительные установки, содержащие паропромывочное устройство, конденсатный и питательный насосы, испаритель, снабженный насосным агрегатом со струйным эжектором, насос для откачки рассола и регулятор уровня кипящего рассола (авторские свидетельства SU №1108043, 1983 г. и №1588640, 1988 г., B63J 1/00).
Указанные установки имеют большой расход тепла и энергии, что ограничивает их широкое использование.
Наиболее близким к заявленному объекту является известная опреснительная установка, содержащая нагреватель, паровую камеру с тангенциальным подводом воды, внутри которой установлена радиальная турбина, выполняющая функцию конденсатора, соединительные магистрали, патрубки для подвода исходной воды, слива конденсата, отвода рассола и отбора пара, насосы подачи исходной воды, откачки рассола и образующейся пресной воды, при этом входное сопло турбины совмещено с патрубком отбора пара паровой камеры (патент RU №2013315, B63J 1/00, 1991 г.).
Недостатками этой опреснительной установки является сложность конструкции, большие энергетические затраты из-за наличия нескольких насосов и радиальной турбины, ограничивающие широкое применение установки.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи создания опреснительной установки упрощенной конструкции, имеющей сравнительно низкие энергозатраты и надежность в эксплуатации.
Технический результат заявленной опреснительной установки заключается в достижении простоты конструкций ее узлов, компоновке их в установке, в снижении энергозатрат и в повышении эффективности процесса опреснения.
Указанный технический результат достигается тем, что в опреснительной установке, содержащей насос для подачи исходной воды в установку, нагреватель, конденсатор, паровое устройство, соединительные магистрали и вентили для подвода исходной воды, слива конденсата, отвода рассола и отвода парогазовой смеси, она дополнительно содержит теплообменник в виде камеры со змеевиком, соединенный с конденсатором с одной стороны и с нагревателем с другой стороны и имеющий магистраль для слива рассола, вакуумный насос, выполненный в виде входной и выходной цилиндрических камер, соединенных между собой переходным зазором, образованным посредством расширяющегося диффузора и дросселя в виде усеченного конуса, установленного внутри диффузора, при этом входная цилиндрическая камера вакуумного насоса соединена с напорной магистралью насоса для подачи исходной воды и имеет тангенциальный подвод воды, а выходная камера соединена с конденсатором, установка также дополнительно содержит емкость для слива конденсата, соединенную с конденсатором через магистраль отвода конденсата, и с центральной частью вакуумного насоса через магистраль и вентиль для отвода газа, при этом нагреватель и конденсатор снабжены змеевиками, а паровое устройство имеет конструкцию, аналогичную вакуумному насосу, причем входная камера парового устройства соединена с нагревателем, центральная ее часть соединена с конденсатором через магистраль и вентиль выхода пара, а выходная камера парового устройства соединена с теплообменником.
На чертеже схематично изображена опреснительная установка, общий вид.
Опреснительная установка содержит насос 1 для подачи исходной воды в установку, нагреватель 2 со змеевиком 3, конденсатор 4 со змеевиком 5, теплообменник 6 со змеевиком 7, соединенный с конденсатором 4, с одной стороны и с нагревателем 2 с другой стороны и имеющий магистраль 8 для слива рассола, вакуумный насос 9, выполненный в виде входной и выходной цилиндрических камер 10 и 11 соответственно, при этом входная камера 10 имеет тангенциальный подвод воды, соединенный с напорной магистралью 12 насоса 1, и соединена с выходной камерой 11 посредством кольцевого зазора 13, образованного расширяющимся диффузором 14 и дросселем 15, выполненным в виде усеченного конуса и установленного внутри диффузора 14, а выходная камера вакуумного насоса соединена с конденсатором 4, емкость 16, соединенную с конденсатором 4 через магистраль 17 отвода конденсата и с входной камерой 10 вакуумного насоса 9 через магистраль 18 и вентиль 19 для отвода газа. Также установка содержит паровое устройство 20, выполненное в виде входной и выходной цилиндрических камер 21 и 22 соответственно, при этом входная камера 21 имеет тангенциальный подвод воды, соединенный с нагревателем 2, и соединена с выходной камерой 22 парового устройства 20 посредством кольцевого зазора 23, образованного расширяющимся диффузором 24 и дросселем 25 в виде усеченного конуса, установленного внутри диффузора 24, причем центральная часть входной камеры 21 парового устройства 20 соединена с конденсатором 4 через магистраль 26 и вентиль 27, а выходная камера 22 соединена с теплообменником 6 через магистраль 28.
Опреснительная установка работает следующим образом.
При закрытых вентилях 19 и 27 включают насос 1 и холодную морскую воду по всасывающей магистрали (поз. не указана) и напорной магистрали 12 под заданным давлением подают через тангенциальный подвод во входную цилиндрическую камеру 10 вакуумного насоса 9.
Из выходной камеры 10 холодная морская вода через кольцевой зазор 13, образованный расширяющимся диффузором 14 и дросселем 15, поступает в выходную цилиндрическую камеру 11 вакуумного насоса 9 и далее по магистралям (поз. не указана) последовательно подается через змеевик 5 конденсатора 4, змеевик 7 теплообменника 6, змеевик 3 нагревателя 2 во входную цилиндрическую камеру 21 парового устройства 20.
Из входной камеры 21 парового устройства 20 вода через кольцевой зазор 23, образованный расширяющимся диффузором 24 и дросселем 25, поступает в выходную цилиндрическую камеру 22, а из нее по магистрали 28 в теплообменник 6 и далее по магистрали слива рассола 8 удаляется на сброс.
При движении воды к центру входной камеры 10 вакуумного насоса 9 тангенциальная скорость ее за счет сохранения момента количества движения возрастает, а давление в соответствии с законом Бернулли падает и на определенном радиусе закрутки достигает своего минимального значения, равного давлению насыщения для данной температуры холодной жидкости. Величина тангенциальной скорости на поверхности закрученной жидкости достигает своего максимального значения и за счет своего действия производит вакуумирование магистрали 18 для отвода газа вплоть до вентиля 19.
Движение холодной воды в кольцевом зазоре 13 вакуумного насоса 9 меняется с меньшего радиуса закрутки на больший, в результате чего тангенциальная скорость уменьшается, а давление растет и восстанавливается до первоначального за вычетом потерь давления, затраченных на преодоление трения.
Воду, поступившую в теплообменник 6, нагревают до температуры ниже температуры насыщения при заданном давлении и подают через тангенциальный подвод во входную цилиндрическую камеру 21 парового устройства 20. За счет сохранения момента количества движения скорость воды возрастает, а давление в соответствии с законом Бернулли падает и на определенном радиусе закрутки становится меньше давления насыщения для заданной температуры, в результате чего жидкость выкипает.
Образовавшийся пар заполняет внутреннюю полость (центральную часть) парового устройства 20 и часть магистрали 26 до вентиля 27.
После выхода опреснительной установки на заданный режим открывают вентили 19 и 27 и пар из паровой полости парового устройства 20 через магистраль 26 и вентиль 27 поступает в конденсатор 4, где на наружной поверхности змеевика 5, внутри которого прокачивается холодная морская вода, охлаждается до образования конденсата.
Образовавшийся конденсат по магистрали 17 стекает в дополнительную емкость 16 для слива конденсата, а жидкость, подогретая от сконденсированного пара, поступает в змеевик 7 теплообменника 6. Оставшаяся часть неиспарившейся жидкости из выходной камеры 22 парового устройства 20 по магистрали 28 поступает в теплообменник 6 и далее по магистрали 8 слива рассола отводится на сброс.
Для более полного использования тепла от воды, идущей на сброс, ее движение в теплообменнике 6 организовано навстречу потоку воды, движущейся внутри змеевика 7. Подогретую в теплообменнике 6 воду направляют в нагреватель 2, подогревают ее до заданной температуры и процесс повторяется.
В предлагаемой установке вакуумный насос и паровое устройство имеют одинаковую конструкцию, но функции их разные; вакуумный насос 9 работает как устройство, предназначенное для создания, повышения и поддержания вакуума в установке, а паровое устройство 20 - для производства водяного пара. При этом, как показала практика, паровое устройство 20 является и хорошим сепаратором, поэтому с его помощью удается получить сухой пар без примесей капель жидкости, т.е. с минимальным присутствием солей. Использование вакуумного насоса 9 предлагаемой конструкции позволяет существенно снизить электрозатраты, а введение в установку теплообменника позволяет снизить и тепловые потери до минимума. Кроме того, дополнительные узлы установки, а именно емкость для слива конденсата и новое конструктивное решение парового устройства, позволяют использовать установку в широком температурном диапазоне и тем самым расширить возможность ее использования. Установка несложная в конструктивном решении и ее исполнении и имеет сравнительно высокую надежность в эксплуатации, чем известная.