УСТАНОВКА ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к технологии опреснения морской воды и может найти применение в проектировании и изготовлении опреснительных станций для получения пресной воды для сельского хозяйства (полив выращиваемых культур растений), для промышленности и коммунального хозяйства.
Существует несколько различных принципов опреснения морской воды: дистилляция, обратный осмос, электродиализ и других, реализуемых с помощью соответствующих установок. Однако наиболее чистую пресную воду можно получить, используя дистилляцию. Опреснение морской воды дистилляцией основано на выпаривании воды с дальнейшей конденсацией пара. Недостатками этого способа являются следующие:
- высокое энергопотребление, связанное с нагревом испаряемой морской воды до температуры кипения;
- интенсивное образование накипи;
- сложность конструкции теплообменных аппаратов, связанную с тем, что установка должна иметь высокую степень теплозащиты, а также весьма значительную площадь контакта для снижения пассивных потерь;
- невысокое КПД установок, по причине того, что большое количество тепла рассеивается в окружающую среду и не совершает полезной работы.
Из уровня техники известен способ опреснения и установка для его реализации (И.Э. Апельцин и В.А. Клячко, «Опреснение воды» М.: Стройиздат, 1968. - 222 с.стр.28…29, рис.5.12). В соответствии с данным решением морская вода разбрызгивается в камере испарения на трубопровод с горячим теплоносителем, за счет чего происходит ее нагрев до 60…70 градусов и частичное испарение. Циркуляционный вентилятор создает поток воздуха, который переносит образовавшийся пар в камеру конденсации, где пар соприкасается с трубопроводом с холодным теплоносителем и частично конденсируется. Осушенный таким образом воздух попадает обратно в вентилятор и направляется опять в камеру испарения.
Основным недостатком данного способа и установки является то, что в связи с тем, что способ реализуется при атмосферном давлении, для интенсивного испарения воды в установке требуется значительный нагрев от внешнего источника тепла. Таким источником может являться, например, внешний контур охлаждения электростанций, у которых большая часть тепловой энергии полученной при сжигании топлива (углеводородного или ядерного) рассеивается в окружающую среду. Также может быть использовано тепло, полученное при охлаждении, например, судового двигателя. При отсутствии внешнего источника бросового тепла воду придется греть, дополнительно расходуя значительное количество энергии, что снижает экономическую эффективность данного способа.
Поскольку испаряемая вода разбрызгивается на поверхность горячего трубопровода, возникает проблема аэрозольного уноса морской воды вместе с потоком воздуха в камеру конденсации, что является другим значительным недостатком данного решения. Конденсат на выходе сильно загрязнен морской водой и не является пресным. При разбрызгивании эта проблема возникает даже при низком давлении воздуха (0,02…0,05 атм.). А при атмосферном давлении острота этой проблемы возрастает кратно.
Для уменьшения энергетических затрат применяются дистилляцион-ные устройства, использующие явление снижения температуры кипения воды в вакууме. При понижении давления над поверхностью воды, температура кипения снижается, что приводит к уменьшению энергетических затрат на опреснение. (Н.Э. Апельцин В.А. Клячко. Опреснение воды. М.: Стройиздат, 1968. - 222 с, стр.15). Кроме того, при снижении температуры, значительно снижается образование накипи, поскольку этот процесс существенно зависит от температуры раствора. Экспериментально установлено, что при температуре кипения менее 40 градусов Цельсия накипь практически не образуется. (Лукин Г.Я., Колесник Н.Н. - Опреснительные установки промыслового флота. М.: Пищевая промышленность, 1970. - 368 с. Глава IV).
Ближайшим аналогом предлагаемого решения является устройство опреснения морской воды, описанное в Патенте РФ №2393995 (заявка от 06.03.2009, Косс В.А., Пензин Р.А.).
Способ и реализующее его устройство заключается в том, что морская вода с поверхности моря при температуре около 30 градусов подается под давлением в камеру испарения, в которой поддерживается низкое давление, благодаря чему вода испаряется без подвода дополнительного тепла. Полученный пар конденсируется в камере конденсации за счет контакта с циркулирующей холодной пресной водой, разогнанной в форсунке до скорости 0,6…1 от скорости звука, для создания эффекта эжекции и откачивания образовавшегося пара из камеры испарения. Пресная вода, подаваемая в форсунку эжектора, охлаждается внутри теплообменника, помещенного в море на большую глубину, где морская вода имеет значительно более низкую температуру (около 10 градусов), чем на поверхности.
Основными недостатками являются следующие. Морская вода подается в камеру испарения под давлением через форсунки, благодаря чему разбрызгивается на мелкие капли, для увеличения поверхности испарения. Следовательно, существует проблема аэрозольного уноса морской воды в камеру конденсации. Предлагается направлять полет капель против направления паровоздушного потока, но это не решает проблему полностью, поскольку самые маленькие капли все равно будут подхвачены потоком паровоздушной смеси и попадут в камеру конденсации. На данный момент не существует осушителей, которые могут полностью решить эту проблему.
Поскольку в указанной установке паровоздушный контур не является замкнутым, то для эффективного откачивания паров из камеры испарения, используется сверхзвуковой эжектор, в котором пресная вода с большой скоростью вылетает из форсунок и увлекает за собой пар. Разгон воды до большой скорости (0.6…1 скорости звука) требует больших затрат энергии. При этом, как правило, КПД эжектора не превышает 7%. Следовательно, большая часть энергии, затраченной на разгон воды, тратится на ее нагрев, при том, что ее необходимо охлаждать, и данное противоречие является первым недостатком данного решения.
В соответствии с реализуемым данный способ устройством циркулирующая пресная вода охлаждается за счет того, что теплообменник (змеевик) циркулирующей трубы помещен в слой морской воды с температурой на 10…20 градусов ниже поверхностного слоя. Однако, глубина, на которой температура становится пригодной для охлаждения, сильно зависит от различных природных факторов, таких как приливы и отливы, ветер и подводные течения, которые перемешивают морскую воду. Анализ океанографических исследований показывает, что средняя глубина, на которой перепад температуры между поверхностью и глубинными слоями превышает 20 и более градусов, может составлять более 200 метров. Холодная вода, двигаясь по столь длинной трубе, неизбежно будет нагреваться, проходя через теплые слои моря. (Шокальский Ю.М., Океанография. - Ленинград, Гидрометеорологическое издательство, 1959. - 540 с, Глава VI, Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод: Пер. с англ. - Москва, Мир, 1988. - 324 с, глава 7; Жуков Л.А. Общая океанология - Ленинград, Гидрометеоиздат, 1976. - 376 с, стр.283-295.) Поднимать воду с такой глубины, сохранив ее низкую температуру, энергетически неэффективно и технически сложно, что является вторым недостатком решения.
Третий недостаток заключается в следующем. Морская вода является достаточно агрессивной средой - помимо сильной коррозионной способности, в ней постоянно находится большое количество различных микроорганизмов, которые оседают на любые поверхности, размещенные под водой. Ярким примером этому является известная веками проблема обрастания днищ кораблей. Поэтому теплообменный аппарат, помещенный на глубину моря, неизбежно начнет обрастать органикой. Толщина наросшего слоя может за считанные месяцы в несколько раз превысить толщину стенки, через которую происходит теплообмен. В результате эффективность теплообмена снижается в десятки раз. Вследствие этого теплообменный аппарат необходимо регулярно чистить. Однако сделать это на большой глубине чрезвычайно сложно и дорого, особенно учитывая то, что размеры теплообменника в масштабах опреснительного завода будут сопоставимы с размерами самого завода. Исключить это явление невозможно, даже применяя специальные «необрастающие» покрытия. Подобные покрытия лишь снижают процесс обрастания, не устраняя его полностью. К тому же, покрытие ухудшает теплопроводность, что приводит к необходимости увеличить площадь теплообмена. В итоге затраты на обслуживание такого теплообменника возрастают кратно, снижая экономическую эффективность установки.
Общая техническая задача, которую решает предлагаемая полезная модель - создание установки опреснения морской воды, имеющей высокую эффективность и низкий уровень потребляемой энергии на единицу опресняемой воды, при этом лишенной вышеуказанных недостатков. Более детально, в предлагаемом устройстве:
1) отсутствует аэрозольный унос морской воды в зону конденсации;
2) отсутствует необходимость нагрева воды от внешнего источника;
3) отсутствует необходимость использования энергетически затратных способов переноса паровоздушной смеси;
4) отсутствует необходимость обслуживания теплообменных аппаратов, помещенных на большую глубину;
5) отсутствуют непрерывно работающие вакуумные насосы.
Основой предлагаемого решения является совокупность известных природных явлений. Так, известно что:
- вода в вакууме (2…5 кПа) кипит при комнатной температуре;
- вода на глубине моря холоднее, чем на поверхности;
- если организовать над поверхностью воды сдув приповерхностного слоя насыщенного пара потоком газа (искусственную конвекцию), то интенсивность испарения возрастает в десятки раз (Ярким примером, иллюстрирующим это явление, может служить самое сухое место на планете Земля - "Сухие Долины Мак-Мердо" в Антарктиде. В этом месте дуют постоянные сильные ветра, достигающие 320 км/ч, которые вызывают интенсивное испарение воды, не смотря на рекордно низкие температуры в этом регионе. За счет сильного ветра, испарившаяся влага быстро удаляется от места испарения. Некоторые районы Сухих Долин не видели жидкой воды уже 2 миллиона лет.).
Основываясь на вышеприведенных эффектах, поставленные технические задачи решаются реализацией следующего устройства.
Устройство содержит герметичный корпус, внутри которого содержатся камера испарения, снабженная устройством безаэрозольной подачи воды, камера конденсации, снабженная устройством безаэрозольной подачи воды, вентилятор, приводимый во вращение двигателем, кольцевая разделительная перегородка с устройством разделения морской и пресной воды; систему подачи морской воды, вакуумирования и деаэрации, состоящей из бака-деаэратора, соединенного с корпусом посредством вакуумного трубопровода с запорными клапанами, подающего трубопровода с насосом, сливного трубопровода с вентилем, трубопровода подачи морской воды в герметичный корпус с насосом и вентилем, к которому параллельно подключен вспомогательный шунтирующий трубопровод, с вентилем и дроссельным устройством; систему циркуляции морской и пресной воды, состоящей из теплообменного аппарата, двух трубопроводов с насосом морской воды, двух трубопроводов с насосом пресной воды; систему слива пресной воды, состоящей из емкости пресной воды и трубопровода с вентилем; бассейн-отстойник, сообщающийся с водоемом с соленой водой (далее «море») при помощи трубопровода; участок водоема, оборудованного заборным и сливным трубопроводами; систему контрольно-измерительной и управляющей аппаратуры.
Устройство состоит из следующих основных элементов, представленных на фигуре 1:
- модуля, представляющего собой герметичный корпус 1 внутри которого расположены: камера испарения 12, снабженная устройством безаэрозольной подачи воды с подающем трубопроводом 13 и направляющими элементами 3, камера конденсации 2, снабженная устройством безаэрозольной подачи воды с подающим трубопроводом 9 и направляющими элементами 10, вентилятор 6, приводимый во вращение двигателем 15, кольцевая разделительная перегородка 11 с устройством разделения морской и пресной воды;
- системы подачи морской воды, вакуумирования и деаэрации, состоящей из бака-деаэратора 7, подключенного к модулю вакуумным трубопроводом 4 с запорными клапанами 5 и 8, подающего трубопровода 29 с насосом 28, сливного трубопровода 30 с вентилем 31, трубопровода 16 подачи морской воды в модуль с насосом 14 и вентилем 24, к которому параллельно подключен вспомогательный шунтирующий трубопровод 19, с вентилем 25 и дроссельным устройством 23;
- системы циркуляции морской и пресной воды, состоящей из теплообменного аппарата 27, трубопроводов 38 и 34 с насосом морской воды 21, трубопроводов 18 и 33 и насосом пресной воды 20;
- системы слива пресной воды, состоящей из емкости пресной воды 32, трубопровода 26 с вентилем 17;
- бассейна-отстойника 35, сообщающегося с источником морской воды при помощи трубопровода 36
- участка морской акватории 37, оборудованного заборным и сливным трубопроводами 22;
- системы контрольно-измерительной и управляющей аппаратуры.
Установка для опреснения морской воды работает следующим образом. Первоначально морская вода поступает из моря в бассейн - отстойник 35, в котором происходит первичная очистка морской воды от взвешенных частиц. Далее, по трубопроводу 29 морская вода подается в бак-деаэратор 7. Затем морская вода из бака-деаэратора 7 по трубопроводу 16 поступает в устройство безаэрозольной подачи воды камеры испарения 12, откуда по направляющим элементам 3 устройства безаэрозольной подачи воды тонкой пленкой стекает вниз и через трубопровод 22 удаляется из модуля. Применение направляющих элементов 3, выполненных из хорошо смачиваемого материала (угол смачивания больше 90°) полностью исключает разбрызгивание поступающей морской воды и, следовательно, образование в камере аэрозоля. Вследствие этого в предлагаемом изобретении полностью отсутствует такой вредный эффект, как аэрозольный унос морской воды в зону конденсации и решается первая из поставленных технических задач.
При прохождении по направляющим элементам 3 устройства безаэрозольной подачи воды, морская вода частично испаряется за счет поддержания внутри модуля низкого давления, соответствующего температуре ее кипения, а также за счет обдува поверхности морской воды потоком ненасыщенной паровоздушной смеси, создаваемого вентилятором 6. Паровоздушная смесь, проходя через испарительную камеру, насыщается. Насыщенная паровоздушная смесь подается в камеру конденсации 2, где соприкасается с циркулирующей холодной пресной водой, в результате чего пар частично конденсируется. Вследствие этого, паровоздушная смесь становится ненасыщенной и направляется через устройство разделения морской и пресной воды 11 в камеру испарения - для обдува направляющих элементов 3 устройства безаэрозольной подачи воды. Таким образом, внутри модуля создается непрерывный замкнутый поток паровоздушной смеси. Сконденсировавшаяся пресная вода самотеком удаляется из системы циркуляции пресной воды в емкость пресной воды 32 через трубопровод 26.
Циркулирующая пресная вода при помощи насоса 20 подается на устройство безаэрозольной подачи воды камеры конденсации 2 и по направляющим элементам 10 стекает на дно корпуса 1, откуда по трубопроводу 18 поступает в теплообменник, в котором она охлаждается, контактируя с холодной морской водой, подаваемой со слоя морской воды с температурой на 10…20 градусов ниже, чем температура поверхности, насосом 21, и снова поступает в устройство безаэрозольной подачи воды камеры конденсации.
Камеры конденсации и испарения отделены друг от друга кольцевой перегородкой 11 с устройством разделения морской и пресной воды, которая препятствует перетеканию морской воды в камеру конденсации, а пресной воды в камеру испарения.
Необходимый вакуум создается за счет размещения камер испарения и конденсации так, что их днища расположены на высоте, превышающей барометрическую высоту столба воды (примерно 10 м), а бак-деаэратор устанавливается так, что барометрическая высота столба воды в нем всегда находится между днищем и верхней крышкой бака-деаэратора. При этом крышка бака-деаэратора может быть как выше крышек камер испарения и конденсации, так и ниже их; предпочтительным вариантом размещения является такое, при котором крышка бака-деаэратора при номинальном уровне (то есть сразу после удаления очередной порции скопившихся газов), была немного выше этого уровня - 0,1-1 метр (что необходимо для того, чтобы при выдавливании газов был меньше объем, который нужно заполнить водой. Для этого крышку бака также выполняют конической формы).
В качестве вакуумного насоса используется сам бак-деаэратор, который также используется для удаления из морской воды растворенных в ней газов. Его использование обеспечивает непрерывную работу установки, исключая необходимость перерыва для удаления скопившихся газов. Такое решение позволяет решить техническую задачу, направленную на отказ от присутствия в конструкции (и использования в способе) таких энергозатратных элементов, как вакуумные насосы.
Начальное вакуумирование камер испарения и конденсации осуществляется следующим образом: при закрытых вентилях 5, 24, 25 и 31 и открытом вентиле 8, морская вода заполняет при помощи насоса 28 бак 7, выдавливая в атмосферу весь содержащийся в нем воздух через вентиль 8. После чего вентиль 8 закрывается, насос 28 останавливается. Затем вентили 5 и 31 открываются. Вода опускается вниз под действием силы тяжести, выливаясь обратно в море. Давление в камерах понижается. Повторив эту процедуру несколько раз, добиваются соответствия давления в камерах температуре кипения подаваемой в модуль морской воды. После этого открывается вентиль 24 и морская вода насосом 14 подается в камеру испарения на подающую трубу 13 устройства безаэрозольной подачи воды. Расход воды в баке 7 восполняется через питающий трубопровод 30. По мере накопления выходящих из морской воды растворенных в ней газов, вышеуказанную процедуру повторяют, но для обеспечения непрерывной работы устройства при работе насоса 28 вентиль 25 открывают, вентиль 24 закрывают, насос 14 выключают, морская вода поступает в камеру испарения через шунтирующий трубопровод 19 и дроссельное устройство 23. При этом дроссельное устройство 23 подбирается таким образом, чтобы расход воды в форсунках 13 при работе насоса 28 примерно соответствовал расходу в них же при работе насоса 14.
Поскольку подающая труба 13 устройства безаэрозольной подачи воды в камере испарения расположена выше уровня воды в баке-деаэраторе на 0,2…1 м, то нагрузка на насос 14 минимальна и сводится к преодолению гидродинамического сопротивления в трубопроводах и перепада высоты (менее 1 метра).
Холодная морская вода с глубинных, наименее прогретых слоев прибрежной акватории, подается по трубопроводу 36 в теплообменник 27 с помощью насоса 21 - для охлаждения циркулирующей в камере конденсации 2 пресной воды. После прохождения теплообменника 27 вода по трубопроводу 34 сливается обратно в море.
В камерах испарения 12 и конденсации 2 поддерживается давление, близкое к давлению насыщенного пара при температуре морской воды, взятой с поверхности моря (2000…5000 Па при температуре от 17 до 40 С°), что приводит к вскипанию морской воды без дополнительного нагрева. За счет этого решается техническая задача по отсутствию необходимости дополнительного нагрева воды от внешнего источника, что приводит к лучшим, по сравнению с аналогами, экономическим показателям работы установки по опреснению морской воды. Морскую воду подают в камеру испарения при помощи устройства безаэрозольной подачи воды (3 и 13). Поверхность морской воды, помещенной в камеру испарения, обдувают потоком ненасыщенной паровоздушной смеси, который создается за счет вращения вентилятора 6. При этом скорость потока паровоздушной смеси не превышает 20 м/с, преимущественно - в пределах 7-9 м/с. В результате обдува морская вода частично испаряется, и образовавшийся пар удаляется вместе с потоком паровоздушной смеси в камеру конденсации через вентилятор. Неиспарившаяся часть воды удаляется из камеры, преимущественно самотеком, через сливное отверстие. В камере конденсации 2 часть пара конденсируется за счет контакта с циркулирующей пресной водой, температура которой на 10…20 С° меньше температуры морской воды в камере испарения 12, образовавшийся конденсат самотеком сливается в емкость для пресной воды, а осушенная паровоздушная смесь направляется в камеру испарения 12. Таким образом, формируется замкнутый паровоздушный контур, а поток паровоздушной смеси не встречает на своем пути значительного сопротивления. Отсутствие такого сопротивления при переносе паровоздушной смеси из одной камеры в другую означает отсутствие необходимости использования энергетически затратных способов переноса паровоздушной смеси, и использования энергоемких насосов/вентиляторов для их реализации. Так, в ближайших аналогах требуемая для переноса паровоздушной смеси требуемая мощность составляет порядка киловатт или даже порядка десятков киловатт, в предлагаемом изобретении мощность вентилятора составляет от 1 до 10 ватт. Для обеспечения необходимой скорости паровоздушной смеси при помощи вентилятора создается перепад давления между камерами испарения и конденсации в 1…10 Па. Охлаждение циркулирующей пресной воды осуществляется за счет теплообмена с морской водой, имеющей температуру на 10…20 градусов ниже, чем температура морской воды, взятой с поверхности.
Забор воды в камеру испарения может осуществляться с поверхности бассейна-отстойника, в котором взвешенные частицы, содержащиеся морской воде, оседают на дно, а поверхность воды дополнительно прогревается солнечным излучением.
Для удаления растворенных в морской воде газов может применяться внешний бак-деаэратор, соединенный с камерой испарения, который циклически удаляет скопившиеся газы, позволяя реализовать непрерывный режим работы. Морская вода, прежде чем попасть в испарительную камеру, сначала проходит через бак-деаэратор, в котором давление соответствует давлению насыщенного пара при температуре морской воды. В результате, растворенные в воде газы интенсивно выходят из морской воды, скапливаясь в баке. По мере накопления газов уровень воды в баке уменьшается, и по достижении определенного критического уровня, запускается процедура удаления скопившихся газов из бака-деаэратора.
Эффективность работы установки зависит от многих факторов, но основными являются следующие: разница температур между морской водой, подаваемой в камеру испарения и циркулирующей пресной водой в камере конденсации, площади испарения и конденсации и эффективность обдува направляющих элементов устройства безаэрозольной подачи воды в камере испарения.
Экспериментально установлено, что установка устойчиво работает, если указанная разница температур составляет более 10 градусов. Обеспечить такую разность температур, в отсутствие источника нагрева в самой конструкции, можно разными способами - либо дополнительно охлаждать воду в камере конденсации, либо дополнительно нагревать воду в камере испарения, либо использовать комбинацию этих способов.
Получение холодной воды достигается за счет использования эффекта температурной стратификации по глубине. Однако природная стратификация может быть неустойчивой вследствие влияния большого количества различных факторов - приливы, отливы, ветер (что может быть нивелировано при помощи использования бассейна-отстойника) а также влияние стратификации воды по солености.
Вода, испаряясь с поверхности моря (или бассейна-отстойника), охлаждается и увеличивает свою соленость и плотность. Она начинает тонуть, пытаясь занять то положение по глубине, которое соответствует ее плотности. Однако по мере погружения она встречает на своем пути слои воды с большей температурой и нагревается. При этом соленость ее не успевает значительно измениться, и она продолжает погружаться дальше, но уже нагретая. Вследствие этого, более нагретые слои воды попадают на глубину большую, чем глубина, на которую она бы опустилась без влияния солености. (Л.Х. Ингель, М.В. Калашник «Успехи Физических Наук», 2012, том 182, №4 стр.379…405)
Несовпадение стратификаций по температуре и по солености приводит к дополнительному перемешиванию слоев воды. Для того чтобы получить на глубине более холодную воду, необходимо дополнительно увеличить соленость придонных слоев воды. Это можно осуществить, например, принудительно увеличивая соленость придонных слоев акватории, на которой осуществляется забор морской воды для охлаждения циркулирующей пресной воды.
Для усиления прогрева поверхности морской воды в бассейне-отстойнике от солнца, на поверхность морской воды в бассейне отстойнике насыпается большое количество плавающих элементов. Они могут быть выполнены, например, в виде полых герметичных сфер, изготовленных из гидрофобного материала, стойкого к воздействию морской воды. Размеры и вес этих сфер выбираются таковыми, чтобы под водой находилось примерно половина объема элемента. Количество их таково, что они максимально закрывают поверхность воды в бассейне-отстойнике. Цвет выбирается черный или близкий к нему, для усиления нагрева от солнца. В результате воздействия солнца на зачерненную поверхность плавающих элементов, они нагреваются и отдают тепло морской воде. А поскольку они закрывают большую часть поверхности воды от воздействия ветра, испарение нагретой воды снижается. В результате, поверхностный слой морской воды прогревается сильнее. Морская вода из этого слоя подается в опреснительную установку. Экспериментально установлено, что черная поверхность на летнем дневном солнце может разогреться до 70…100 градусов и более. А поскольку сфера свободно плавает в воде, она постоянно поворачивается под действием небольших возмущений морской поверхности. Нагретая сторона погружается в воду, отдавая ей тепло. А поскольку материал сфер выбирается гидрофобным, т.е. плохо смачиваемым, то верхняя поверхность сфер остается сухой, что уменьшает поверхность испарения на открытой части бассейна-отстойника и увеличивает температуру поверхностного слоя воды. Если выбрать в качестве материала сфер, например, полиэтилен, то никакого загрязнения моря не происходит, т.к. полиэтилен практически инертен.
Также можно разместить на поверхности бассейна-отстойника перфорированную полимерную пленку, которая уменьшит испарение с поверхности, что снизит охлаждения поверхности воды от ветра.
Также можно разместить на глубине 0,1…1 метра систему сеток темного цвета, выполненных из некорродирующих в морской воде материалов, так чтобы солнечный свет не проникал вглубь бассейна. Сетки нагреваясь под действием солнца, будут отдавать тепло воде, прогревая поверхностный слой морской воды в бассейне отстойнике.
Также возможно комбинированное использование плавучих элементов, сеток и поверхностной пленки.
За счет дополнительного прогрева температура поверхности воды может достигнуть 40-50 градусов, вместо обычных 25…30, что позволит в качестве охлаждающей воды брать любую воду из моря.
Также на дно бассейна-отстойника могут быть уложены емкости с морской солью.
Сам бассейн-отстойник может быть выполнен как в виде отдельного инженерного сооружения, так и в виде части акватории моря отгороженной от моря, например при помощи дамбы. При этом бассейн-отстойник должен сообщаться с морем для поддержания уровня воды. Выбор применяемого варианта диктуется особенностями географического расположения конкретного опреснительного завода. Например, если опреснительный завод планируется построить на скалистом берегу, то, скорее всего, места для строительства бассейна-отстойника для дополнительного прогрева морской воды, может не оказаться. При этом если естественная температурная стратификация в этом месте начинается с небольшой глубины (10…20 м), что характерно для скалистого берега, то необходимость в дополнительном прогреве отпадает.
В связи с вытекающим из вышесказанного отсутствием необходимости установки теплообменного аппарата на большой глубине решается задача по отсутствию технологически сложного и дорогостоящего обслуживания теплообменного аппарата, чего лишены существующие аналоги. Морская вода является очень агрессивной средой - помимо сильной коррозионной способности, в ней постоянно находится большое количество различных микроорганизмов, которые оседают на различные поверхности под водой. Примером этому является известная веками проблема обрастания днищ кораблей. Поэтому теплообменный аппарат, помещенный на глубину моря, неизбежно и очень быстро начнет обрастать органикой. Толщина наросшего слоя может, за очень короткий промежуток времени, в несколько раз превысить толщину стенки, через которую происходит теплообмен. В результате эффективность теплообмена может снизиться в десятки раз. Теплообменный аппарат придется регулярно чистить. Однако сделать это на большой глубине чрезвычайно сложно и дорого, особенно учитывая то, что размеры теплообменника в масштабах опреснительного завода будут сопоставимы с размерами самого завода. Исключить это явление невозможно, даже применяя специальные «необрастающие» покрытия. Подобные покрытия лишь снижают процесс обрастания, не устраняя его полностью. Покрытие ухудшает теплопроводность, что приводит к необходимости увеличить площадь теплообмена. В итоге затраты на обслуживание такого теплообменника возрастают кратно, ухудшая общую экономику установки. Предлагаемое решение полностью решает данную проблему.
Площадь испарения и конденсации увеличивается за счет применения в устройстве безаэрозольной подачи воды направляющих элементов с развитой поверхностью. Направляющие элементы могут быть выполнены из ткани или шнура и прикреплены одним концом к отверстию подающей трубы, обеспечивая безаэрозольное вытекание морской воды в виде тонкой пленки.
Для интенсивного испарения морской воды, вдоль поверхности направляющего элемента формируется поток паровоздушной смеси, так, что образовавшийся пар быстро удаляется от поверхности морской воды. Для этого направляющие элементы в испарительной камере устанавливаются так, что их поверхности расположены вдоль потока циркулирующей паровоздушной смеси.
Также перепад температуры между камерами испарения и конденсации может быть усилен за счет предварительной подачи охлаждающей морской воды во внешнюю градирню, установленной на берегу, в которой вода дополнительно охлаждается, после чего подается в теплообменник для охлаждения циркулирующей пресной воды.