Установка опреснения морской воды и выработки электрической энергии

Установка опреснения морской воды и выработки электрической энергии относится к теплоэнергетике и экологии, а точнее к направлению опреснения морской воды и выработки электрической энергии.
Известен способ обработки различных жидкостей и материалов, который реализуется в установке активизации процессов (УАП), имеющей цилиндрический корпус с внешними электромагнитными индукторами (Патент РФ №2049569, МПК В21С 23/02, опубл. 10.12.1995). В цилиндрическом корпусе находятся металлические иголки. Под действием вращающегося магнитного поля иголки вращаются с высокими скоростями. При этом в прокачиваемых жидких средах происходит многократное увеличение скорости физико-химических и механо-физических реакций с образованием нерастворимых соединении, удаляемых из обработанных сред в механических фильтрах.
Известна опреснительная установка с термоумягчителем, служащая для получения пресной 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 опреснительной установки, принятой в качестве прототипа, является ее невысокая тепловая экономичность, невозможность производить собственную выработку электрической энергии, использование греющего и рабочего пара, подводимого из внешнего источника пара, применение пароструйных эжекторов используемых для сжатия вторичного пара низкого давления.
Целью полезной модели является устранение недостатка прототипа с обеспечением предварительной очистки морской воды и экономичного производства из морской воды большого количества обессоленной воды, а также выработку электрической энергии.
Техническим результатом является повышение срока службы, тепловой экономичности и надежности установки по опреснению морской воды и выработки электрической энергии.
Технический результат достигается за счет того, что установка для опреснения морской воды, содержащая трубопровод холодной морской воды, адиабатный многоступенчатый испаритель, трубопроводы греющего пара высокого и низкого давления, внешний теплообменник, трубопровод отвода дистиллята, трубопровод отвода рассола, при этом 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 полостями сбора (сборными камерами) дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещены приемники рассола с подключенными к нему 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, сборная камера дистиллята последней ступени соединена с трубопроводом отвода дистиллята к внешним потребителям, а верхняя часть корпусов ступеней испарения соединена перепускными трубами паровоздушной смеси последовательно от первой ступени испарения к последней, 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, причем 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.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где приведена тепловая схема комплексной установки для опреснения морской воды и выработки электрической энергии.
Установка содержит: 1 - газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной и электрогенератором 2, 3 - паропровод перегретого пара, 4 - противодавленческую паровую турбину с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, 5 - электрогенератор, 6 - паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем и экономайзером, 7 - деаэратор, 8 - теплообменник подогрева морской (конденсатором пара, расширенным в паровой турбине), 9 - трубопровод холодной морской воды, 10 - водяной экономайзер, 11 - трубопровод питательной воды, 12 - паропровод отборного пара высокого давления, 13 - трубопровод рециркуляции с насосом, 14 - паропровод отборного пара низкого давления, 15 - трубопровод, 16 - трубопровод подпиточной воды, 17 - трубопровод перепуска паровоздушной смеси, 18 - трубопровод подогретой морской воды, 19 - паровая эжекционная установка, 20 - внешний теплообменник, 21 - трубопровод воды нагретой в конденсаторах вторичного пара, 22 - теплообменник предварительного подогрева морской воды, 23 - трубопровод воды нагретой во внешнем теплообменнике, 24 - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, 25 - сборные камеры дистиллята, 26 - конденсатор вторичного пара, 27 - трубопровод конденсата, 28 - трубы дроссельно-распылительного устройства, 29 - трубопровод отвода нагретой морской воды, 30 - трубопровод отвода дистиллята внешним потребителям, 31 - сборную камеру рассола последней ступени, 32 - трубопровод сброса рассола, 33 - химводоочистку, 34 - установку активизации процессов, 35 - фильтр.
Предлагаемая установка для опреснения морской воды и выработки электрической энергии работает следующим образом. Атмосферный воздух, сжатый в компрессоре газотурбинной установки 1, подают в камеру сгорания, сжигают в ней топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине приводящей электрогенератор 2 и вырабатывающий электроэнергию. Выхлопные газы газовой турбины подают в паровой котел-утилизатор 6 для выработки в нем перегретого пара высокого давления. По паропроводу перегретого пара 3 его подают на вход противодавленческой паровой турбины 4, имеющей регулируемые отборы пара высокого и низкого давления. Полезную работу паровой турбины 4 используют для выработки электрической энергии в электрогенераторе 5. Пар, расширенный в паровой турбине 4 подают в теплообменник подогрева морской воды 8 (конденсатор пара), снабженный трубопроводом рециркуляции 13 с насосом. Рециркуляция обеспечивает увеличение расхода воды через теплообменник подогрева морской воды 8. В описываемую установку по трубопроводу холодной морской воды 9 подают общий поток исходной морской воды. Затем общий поток обработанной морской воды разделяют на два потока, первый из них направляют в теплообменник 22 предварительного подогрева морской воды и по трубопроводу 15 подают через установку активизации процессов 34 (УАП) и механический фильтр 35 в трубопровод рециркуляции подогреваемой морской воды 13 и теплообменник подогрева морской воды 8 (конденсатор пара, расширенный в паровой турбине). Содержащиеся в УАП металлические иголки под действием вращающегося магнитного поля вращаются с высокими скоростями. При этом в прокачиваемой через УАП морской воде происходит многократное увеличение скорости ряда физико-химических и механо-физических реакций с образованием нерастворимых соединений, которые удаляются из обработанной морской воды в механическом фильтре 35, содержащем, например, слой песка. Второй поток подают в конденсатор вторичного пара 26, где его подогревают, производя конденсацию вторичного пара, поступившего в верхнюю часть последней ступени многоступенчатого испарителя, и выводят это из установки по трубопроводу 29 отвода нагретой морской воды. Рециркуляция воды в теплообменнике подогрева морской воды 8 (конденсаторе пара) позволяет увеличить ее расход через этот теплообменник, увеличить расход пара в противодавленческой турбине 4, ее полезную мощность и мощность электрогенератора 5. При этом соответственно, увеличивается выработка перегретого пара в паровом котле-утилизаторе 6. Конденсат пара из теплообменника подогрева морской воды 8 (конденсаторе пара расширенного в паровой турбине) подают по трубопроводу питательной воды с конденсатным насосом через водяной экономайзер 10 котла-утилизатора 6 в первый вход деаэратора 7, где из него удаляют агрессивные газы. Выход деаэратора 7 связан с испарителем котла-утилизатора 6. Вода из теплообменника подогрева морской воды 8 подается по трубопроводу подогретой морской воды 18 на вход двухходового кожухотрубного конденсатора вторичного пара предпоследней ступени испарителя. Далее она проходит через последовательно включенные кожухотрубные конденсаторы 24 предыдущих ступеней, где подогревается за счет тепла конденсации вторичного пара подводимого в последнюю ступень из предыдущих ступеней испарителя по трубопроводам перепуска паровоздушной смеси 17.
Вода, вышедшая из кожухотрубного конденсатора первой ступени испарителя, нагретая в конденсаторах вторичного пара 21, дополнительно подогревается во внешнем теплообменнике 20 паром, подводимым из паровой турбины 4 по паропроводу 12 отборного пара высокого давления, и подается по трубопроводу 23 воды нагретой во внешнем теплообменнике 20 в трубы дроссельно-распылительного устройства 28 первой ступени испарителя. Распыленная в них горячая вода частично испаряется. Образовавшаяся пароводяная смесь проходит из нижней полости этой ступени испарения через разделительную перегородку в верхнюю полость ступени и частично конденсируется на внешней поверхности кожухотрубного конденсатора 24 первой ступени испарителя. Полученная при этом смесь конденсата и не спарившейся воды поступает в находящийся в средней части корпуса сепаратор вторичного пара жалюзийного типа. Капли дистиллята отделяется от не сконденсировавшейся паровой смеси и поступают в полость 25 сбора дистиллята этой ступени. Неиспарившаяся вода с высоким содержанием солей поступает в приемник рассола, находящийся в нижней части корпуса первой ступени испарителя и затем последовательно отводится в сборники рассола последующих ступеней испарительной установки и поступает затем в сборную камеру рассола последней ступени 31. Последующие ступени многоступенчатого испарителя работают аналогично вышеописанному процессу. Из приемника рассола предыдущей ступени рассол по трубам 28 дроссельно-распылительных устройств подается в нижнюю часть камеры последующей ступени и распыливается. Образовавшийся в каждой ступени дистиллят, отводится из полостей 25 сбора дистиллята и подается в трубопровод 30 отвода дистиллята внешним потребителям. Меньшая часть дистиллята подается через химводоочистку 33 в трубопровод 16 подпиточной воды котла-утилизатора 6. Большая часть пара низкого давления подается по паропроводу отборного пара низкого давления 14 в качестве греющего агента в верхнюю часть корпуса испарителя первой ступени, а его меньшая часть поступает в паровую эжекторную установку 19, которая производит отсос из верхней части корпуса последней ступени испарителя несконденсированных газов с их сбросом в атмосферу.
Предлагаемая полезная модель за счет применения парогазовой установки, содержащей газотурбинную установку, паровой котел-утилизатор, противодавленческую паровую турбину с регулируемыми отборами пара, теплообменник подогрева морской воды (конденсатор пара, расширенного в паровой турбине), деаэратора, паропровода перегретого пара, химводоочистки, трубопровода конденсата с конденсатным насосом, трубопровода подпиточной воды, паровой эжекторной установки, соединенной с паропроводом отборного пара низкого давления, устройства предварительной очистки морской воды, состоящего из установки активизации процессов и механического фильтра позволяет осуществлять дополнительную выработку электроэнергии, производить предварительную обработку исходной морской воды с удалением из нее части растворенных соединений и примесей, повысить экономичность и надежность многоступенчатой испарительной установки с уменьшением отложений солей на трубах ступеней испарителя.