RU2296107C1 - Apparatus for freshening of sea water - Google Patents
Apparatus for freshening of sea water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2296107C1 RU2296107C1 RU2005133756/15A RU2005133756A RU2296107C1 RU 2296107 C1 RU2296107 C1 RU 2296107C1 RU 2005133756/15 A RU2005133756/15 A RU 2005133756/15A RU 2005133756 A RU2005133756 A RU 2005133756A RU 2296107 C1 RU2296107 C1 RU 2296107C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heater
- condensate
- sea water
- water
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области опреснения соленых вод и может быть использовано для получения пресной воды из морской воды.The present invention relates to the field of desalination of salt water and can be used to produce fresh water from sea water.
Известны многочисленные способы и реализующие эти способы установки для получения пресной воды из морской воды (см., например, 1) Ю.В.Павлов «Опреснение воды». Издательство «Просвещение», Москва, 1972; 2) А.Ю.Дыхно «Использование морской воды на тепловых электростанциях». Издательство «Энергия», Москва, 1974; 3) Л.А.Кульский и др. «Новые методы опреснения воды». Издательство «Наукова думка», Киев, 1974 и др.).Numerous methods and installations implementing these methods are known for producing fresh water from sea water (see, for example, 1) Yu.V. Pavlov “Desalination of water”. Enlightenment Publishing House, Moscow, 1972; 2) A.Yu. Dykhno “Use of sea water in thermal power plants”. Energy Publishing House, Moscow, 1974; 3) L.A. Kulsky and others. "New methods of desalination of water." Publishing house "Naukova Dumka", Kiev, 1974, etc.).
Известна установка для опреснения морской воды, представляющая собой, так называемый, гигроскопический испаритель (см., например, Ю.В.Павлов «Опреснение воды». Издательство «Просвещение», Москва, 1972, стр.47-48, рис.15). Основной принцип работы данной установки основан на испарении нагреваемой воды в циркулирующий поток воздуха с последующей конденсацией паров воды из парогазовой смеси. Простоте установок подобного типа сопутствует малая экономическая эффективность и высокая металлоемкость из-за наличия теплообменных поверхностей.A known installation for desalination of sea water, which is a so-called hygroscopic evaporator (see, for example, Yu.V. Pavlov "Desalination of water." Publishing House "Education", Moscow, 1972, pp. 47-48, Fig. 15) . The basic principle of operation of this installation is based on the evaporation of heated water into a circulating air stream, followed by condensation of water vapor from a gas-vapor mixture. The simplicity of installations of this type is accompanied by low economic efficiency and high metal consumption due to the presence of heat exchange surfaces.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для опреснения воды, также основанная на гигроскопическом принципе и включающая испаритель непосредственного контакта горячей соленой воды и циркулирующего воздуха (см. патент США 3345272, 1967 "Multiple effect purification of contaminated fluids by direct gaseous flow contact"). Недостатки данной установки состоят в потребности значительных по величине поверхностей теплообмена при конденсации паров воды из парогазовой смеси. При использовании основного варианта установки (см. вышеуказанный патент, фиг.1) в недостаточной степени используется подводимая теплота, а при использовании многоступенчатого процесса (см. фиг.2 и 4 вышеуказанного патента) при достаточно хорошем использовании подводимой теплоты установка становится громоздкой и плохо управляемой.Closest to the proposed invention is a water desalination plant, also based on a hygroscopic principle, and comprising an evaporator for direct contact of hot salt water and circulating air (see US patent 3345272, 1967 "Multiple effect purification of contaminated fluids by direct gaseous flow contact"). The disadvantages of this installation are the need for significant heat exchange surfaces during condensation of water vapor from a gas-vapor mixture. When using the main installation option (see the above patent, FIG. 1), the supplied heat is insufficiently used, and when using a multi-stage process (see FIGS. 2 and 4 of the above patent), with a fairly good use of the supplied heat, the installation becomes cumbersome and poorly controlled .
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в создании высокоэффективной простой по конструкции установки для опреснения морской воды.The problem solved by the invention is to create a highly efficient installation simple for desalination of sea water.
Достигаемый технический результат состоит в повышении использования подводимой теплоты, а следовательно, в увеличении коэффициента полезного действия установки, в снижении металлоемкости установки и ее габаритов.Achievable technical result consists in increasing the use of heat input, and therefore, in increasing the efficiency of the installation, in reducing the metal consumption of the installation and its dimensions.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата установка для опреснения морской воды, включающая массообменный колонный аппарат с противоточным движением горячей морской воды и воздуха, нагреватель для повышения температуры морской воды до температуры ввода в массообменный колонный аппарат, конденсатор и побудитель расхода воздуха, снабжена дополнительным нагревателем для повышения температуры конденсата до температуры, превышающей температуру ввода морской воды в массообменный колонный аппарат, конденсатор выполнен в виде второго колонного массообменного аппарата с противоточным движением охлажденного конденсата и парогазовой смеси из первого колонного массообменного аппарата, линия вывода горячего конденсата из конденсатора соединена с дополнительным нагревателем и снабжена штуцером для отвода части продукционного конденсата, нагреватель выполнен в виде поверхностного теплообменника с противоточным движением исходной морской воды и конденсата из дополнительного нагревателя, причем вывод охлажденного конденсата из нагревателя соединен с баком-сборником охлажденного конденсата, который в свою очередь связан с конденсатором. В установке для опреснения морской воды штуцер для отвода части продукционного конденсата соединен с нагревателем дополнительного потока исходной морской воды, связанным в свою очередь с баком-сборником охлажденного конденсата, нагреватель дополнительного потока морской воды соединен со сборником нагретой морской воды, снабженным устройством для создания вакуума, а между устройством для создания вакуума и сборником нагретой морской воды установлен поверхностный конденсатор, соединенный с баком-сборником охлажденного конденсата. В установке для опреснения морской воды дополнительный нагреватель для повышения температуры конденсата выполнен в виде контактного водонагревателя с водоохлаждаемой топкой, снабженной горелкой для сжигания жидкого или газообразного топлива, водоохлаждаемая топка соединена с линией вывода горячего конденсата из конденсатора и нагревателем для повышения температуры морской воды, а собственно контактная камера контактного водонагревателя связана с источником морской воды и сборником нагретой морской воды.To solve this problem and achieve a technical result, the seawater desalination plant, including a mass transfer column apparatus with countercurrent movement of hot sea water and air, a heater for raising the sea water temperature to the temperature of entry into the mass transfer column apparatus, a condenser, and an air flow inducer, is equipped with an additional heater to increase the temperature of the condensate to a temperature exceeding the temperature of the input of sea water into the mass transfer column apparatus, condensate made in the form of a second columned mass transfer apparatus with countercurrent movement of the cooled condensate and gas mixture from the first columned mass exchange apparatus, the hot condensate outlet line from the condenser is connected to an additional heater and equipped with a fitting for removing part of the production condensate, the heater is made in the form of a surface heat exchanger with countercurrent movement of the original sea water and condensate from an additional heater, and the output of the cooled condensate from the heater with It is connected to a collection tank of chilled condensate, which in turn is connected to a condenser. In the installation for desalination of sea water, the nozzle for draining part of the production condensate is connected to a heater for an additional stream of the source sea water, which in turn is connected to a collector tank of cooled condensate, and the heater for an additional stream of sea water is connected to a collector of heated sea water equipped with a vacuum device and between the device for creating a vacuum and the heated seawater collector, a surface condenser is installed connected to the cooled condensate collecting tank. In the installation for desalination of sea water, an additional heater to increase the temperature of the condensate is made in the form of a contact water heater with a water-cooled furnace equipped with a burner for burning liquid or gaseous fuels, a water-cooled furnace is connected to the line for removing hot condensate from the condenser and a heater to increase the temperature of sea water, and actually the contact chamber of the contact water heater is connected to a source of seawater and a collector of heated seawater.
Сущность настоящего изобретения состоит в следующем.The essence of the present invention is as follows.
При непосредственном контакте горячей морской воды и воздуха в противоточном массообменном колонном аппарате (насадочном, распылительном или барботажном) происходит активный массообмен между водой и воздухом. В прототипе предусмотрен вариант с насадочной башней. Однако имеющееся решение, касающееся конденсатора, в котором проходит конденсация паров воды из парогазовой смеси, оптимальным считать нельзя. В известных решениях используют теплообменные аппараты с разделяющей потоки теплообменной поверхностью. Данное решение было бы рациональным, если бы дело касалось конденсации чистого пара - процесса с весьма высокими коэффициентами теплоотдачи. В случае, рассматриваемом в настоящем техническом решении, конденсация проходит при наличии парогазовой смеси. В этом случае наличие инертной составляющей, в частности воздуха, приводит к резкому снижению коэффициентов теплоотдачи (см., например, С.С.Кутателадзе и В.М.Боришанский «Справочник по теплопередаче». Государственное энергетическое издательство, М.-Л., 1959, стр.169-171). Снижение коэффициента теплоотдачи, в свою очередь, имеет следствием значительное увеличение поверхности теплопередачи, металлоемкости и габаритов поверхностных конденсаторов.With direct contact of hot sea water and air in a countercurrent mass transfer column apparatus (packed, spraying or bubbling), an active mass transfer occurs between water and air. The prototype provides an option with a nozzle tower. However, the existing solution regarding a condenser in which condensation of water vapor from a gas-vapor mixture takes place cannot be considered optimal. Known solutions use heat exchangers with a flow separating heat exchange surface. This solution would be rational if it came to condensation of pure steam, a process with very high heat transfer coefficients. In the case considered in this technical solution, condensation occurs in the presence of a vapor-gas mixture. In this case, the presence of an inert component, in particular air, leads to a sharp decrease in heat transfer coefficients (see, for example, S. S. Kutateladze and V. M. Borishansky “Heat Transfer Handbook.” State Energy Publishing House, M.-L. 1959, pp. 169-171). A decrease in the heat transfer coefficient, in turn, results in a significant increase in the heat transfer surface, metal consumption and dimensions of surface capacitors.
В настоящем изобретении предусмотрен процесс конденсации при непосредственном контакте охлажденного конденсата и парогазовой смеси. Для этого конденсатор выполнен в виде второго колонного массообменного аппарата с противоточным движением охлажденного конденсата и парогазовой смеси из колонного массообменного аппарата, в котором проходит испарение воды в воздух (первый колонный массообменный аппарат). Применение процесса конденсации при непосредственном контакте охлажденного конденсата и парогазовой смеси приводит и к ряду других полезных технических решений.The present invention provides a condensation process by direct contact of the cooled condensate and the vapor-gas mixture. For this, the condenser is made in the form of a second columned mass transfer apparatus with countercurrent movement of the cooled condensate and a vapor-gas mixture from a column mass transfer apparatus in which water is evaporated into air (first column mass transfer apparatus). The application of the condensation process in direct contact of the cooled condensate and the gas-vapor mixture leads to a number of other useful technical solutions.
Если нагреть в дополнительном нагревателе горячий конденсат, выводимый из конденсатора, до температуры, превышающей температуру ввода морской воды в первый массообменный колонный аппарат, то нагреватель для повышения температуры морской воды до температуры ввода в первый массообменный колонный аппарат может быть выполнен в виде обычного поверхностного теплообменника (кожухотрубного или, преимущественно, пластинчатого). Высокие коэффициенты теплоотдачи в теплообменниках типа «вода-вода» обеспечивают снижение габаритов нагревателя.If the hot condensate discharged from the condenser is heated in an additional heater to a temperature exceeding the temperature of the input of sea water into the first mass transfer column apparatus, then the heater to increase the temperature of sea water to the temperature of the input into the first mass transfer column apparatus can be made in the form of a conventional surface heat exchanger ( shell-and-tube or, mainly, lamellar). High heat transfer coefficients in water-water heat exchangers provide a reduction in the dimensions of the heater.
Задача нагревания конденсата может быть решена при высоких значениях температуры разделяющей теплообменной поверхности, ибо это не связано с угрозой образования накипи, как это имело бы место при контакте стенки с высокой температурой и морской воды. Для нагревания конденсата целесообразно использовать контактный водонагреватель с водоохлаждаемой топкой. В рубашку водоохлаждаемой топки при этом должен быть подан конденсат, а в контактную камеру - морская вода. При этом практически полностью используется подводимая с жидким или газообразным топливом, сжигаемым в контактном аппарате, теплота. В результате проходящих в контактном водонагревателе процессов получают горячий конденсат, температура которого превышает температуру подаваемой в первый массообменный колонный аппарат исходной морской воды, и стекающую с насадки контактного водонагревателя горячую морскую воду в небольшом количестве.The task of heating the condensate can be solved at high temperatures of the separating heat exchange surface, because this is not associated with the risk of scale formation, as would be the case when the wall came into contact with high temperature and sea water. To heat the condensate, it is advisable to use a contact water heater with a water-cooled furnace. In this case, condensate must be supplied to the jacket of the water-cooled furnace, and sea water to the contact chamber. In this case, the heat supplied to the liquid or gaseous fuel burned in the contact apparatus is almost completely used. As a result of the processes taking place in the contact water heater, hot condensate is obtained, the temperature of which exceeds the temperature of the source sea water supplied to the first mass transfer column apparatus, and a small amount of hot sea water flowing from the contact water heater nozzle.
Материальный и тепловой балансы установки для опреснения морской воды определяют необходимость вывода части продукционного конденсата в охлажденном виде и части продукционного конденсата непосредственно из конденсатора в горячем виде. При этом особо следует отметить следующее. Возникает кажущееся противоречие, заключающееся в том, что установка для опреснения морской воды по настоящему изобретению потребляет теплоту и одновременно с этим сбрасывает теплоту. Проблема, однако, состоит в том, что сбрасываемая теплота является низкопотенциальной и, если сбрасываемой теплоты в количественном отношении достаточно для замены подводимой теплоты, то температура сбрасываемых потоков недостаточна для проведения нагревания морской воды до необходимой температуры. Естественно, что современный уровень техники позволяет разрешить данное противоречие с помощью, например, теплового насоса. Но при использовании теплового насоса потребна затрата механической работы. В современных условиях необходимую механическую работу совершают обычно за счет подведения электрической энергии. Если сравнить экономически тепловую энергию, которая должна быть введена в процесс за счет сжигания в оптимальном варианте газообразного топлива, и потребную для работы теплового насоса электрическую энергию, то, к сожалению, на сегодняшний день сравнение оказывается не в пользу теплового насоса. Поэтому в настоящем изобретении потребную для работы установки для опреснения морской воды по настоящему изобретению теплоту подводят, используя жидкое или, преимущественно, газообразное топливо.The material and thermal balances of the seawater desalination plant determine the need to remove part of the production condensate in a cooled form and part of the production condensate directly from the condenser in hot form. In this case, the following should be especially noted. An apparent contradiction arises in that the seawater desalination plant of the present invention consumes heat and at the same time discharges heat. The problem, however, is that the discharged heat is low potential and, if the discharged heat is quantitatively sufficient to replace the supplied heat, then the temperature of the discharged flows is insufficient to heat the sea water to the required temperature. Naturally, the current level of technology allows to resolve this contradiction using, for example, a heat pump. But when using a heat pump, the cost of mechanical work is required. In modern conditions, the necessary mechanical work is usually done by supplying electrical energy. If we compare the economically thermal energy, which should be introduced into the process by burning gaseous fuel in the optimal variant, and the electric energy required for the operation of the heat pump, then, unfortunately, today the comparison is not in favor of the heat pump. Therefore, in the present invention, the heat required for operation of the seawater desalination plant of the present invention is supplied with heat using liquid or predominantly gaseous fuel.
При этом в настоящем изобретении предусмотрено полезное использование как теплоты морской воды после контактного водонагревателя, так и теплоты части продукционного конденсата, непосредственно выводимого из конденсатора. За счет теплоты конденсата можно нагреть дополнительную порцию морской воды. А далее использовать испарение совмещенного потока нагретой морской воды при наложении вакуума и конденсацию паров воды с получением опять-таки пресной воды. Соответствующие материальные данные будут приведены ниже.Moreover, the present invention provides for the beneficial use of both the heat of seawater after a contact water heater and the heat of part of the production condensate directly removed from the condenser. Due to the heat of the condensate, an additional portion of seawater can be heated. And then use the evaporation of the combined stream of heated seawater when applying vacuum and the condensation of water vapor to produce fresh water again. Relevant material data will be given below.
Контактные водонагреватели с водоохлаждаемой топкой достаточно широко распространены в современной технике, и их использование не представляет ни малейшей сложности (см., например, патент РФ №2236650 «Контактный водонагреватель», который конкретно применим в установке для опреснения воды по настоящему изобретению, или в общем случае: Ю.П.Соснин. «Контактные водонагреватели». М., «Стройиздат», 1974).Contact water heaters with a water-cooled furnace are quite widespread in modern technology, and their use is not of the slightest difficulty (see, for example, RF patent No. 2236650 “Contact water heater”, which is specifically applicable in the desalination plant of the present invention, or in general case: Yu.P. Sosnin. “Contact water heaters.” M., “Stroyizdat”, 1974).
Принципиальная схема установки для опреснения морской воды по настоящему изобретению приведена на фиг.1.Schematic diagram of the installation for desalination of sea water according to the present invention is shown in figure 1.
Установка для опреснения морской воды включает в себя массообменный колонный аппарат 1 с противоточным движением горячей морской воды и воздуха (первый массообменный колонный аппарат), нагреватель 2 для повышения температуры морской воды до температуры ввода в массообменный колонный аппарат 1, конденсатор 3 и побудитель расхода воздуха 4. Конденсатор 3 выполнен в виде второго массообменного колонного аппарата с противоточным движением охлажденного конденсата и парогазовой смеси из первого массообменного колонного аппарата 1. Нагреватель 2 выполнен в виде поверхностного теплообменника с противоточным движением исходной морской воды и конденсата, например, в виде кожухотрубного или, преимущественно, в виде пластинчатого теплообменника. Для нагревания исходной морской воды до температуры ввода в первый массообменный колонный аппарат, как указано выше, служит конденсат. Для нагревания конденсата до температуры, превышающей температуру ввода морской воды в первый массообменный колонный аппарат, установка снабжена дополнительным нагревателем 5. Дополнительный нагреватель 5 выполнен в виде контактного водонагревателя с водоохлаждаемой топкой 6. Водоохлаждаемая топка 6 дополнительного нагревателя 5 снабжена горелкой для сжигания жидкого или газообразного топлива (на фиг.1 не показана). Линией 7 вывода горячего конденсата из конденсатора 3 последний соединен с водоохлаждаемой топкой 6 дополнительного нагревателя 5. Водоохлаждаемая топка 6 также соединена линией 8 с нагревателем 2. Выполненный в виде контактного водонагревателя дополнительный нагреватель 5 включает в себя также контактную камеру 9. Контактная камера 9 связана с источником морской воды и сборником нагретой морской воды 10 линией 11. На линии 7 установлен штуцер 12 для отвода части продукционного конденсата. Установка для опреснения морской воды включает в себя также бак-сборник 13 охлажденного конденсата. Вывод охлажденного конденсата из нагревателя 2 соединен с баком-сборником 13 посредством линии 14. Бак-сборник 13 также соединен с конденсатором 3 линией 15. Штуцер 12 для отвода части продукционного конденсата соединен с нагревателем 16 дополнительного потока морской воды. Нагреватель 16 дополнительного потока морской воды соединен с баком-сборником 13 линией 17. Одновременно нагреватель 16 дополнительного потока морской воды связан со сборником 10 нагретой морской воды линией 18. Сборник 10 нагретой морской воды снабжен устройством 19 для создания вакуума. Устройство 19 для создания вакуума может быть выполнено в виде вакуум-насоса или газового эжектора. Между устройством 19 для создания вакуума и сборником 10 нагретой морской воды установлен поверхностный конденсатор 20. Поверхностный конденсатор 20 связан с баком-сборником 13 линией 21.Installation for desalination of sea water includes a mass transfer column apparatus 1 with countercurrent movement of hot sea water and air (the first mass exchange column apparatus), a heater 2 to increase the temperature of sea water to the temperature of entry into the mass exchange column apparatus 1, a condenser 3 and an air flow rate 4 The condenser 3 is made in the form of a second mass transfer column apparatus with countercurrent movement of the cooled condensate and vapor-gas mixture from the first mass transfer column apparatus 1. Heater l 2 is made in the form of a surface heat exchanger with countercurrent movement of the source sea water and condensate, for example, in the form of a shell-and-tube or, mainly, in the form of a plate heat exchanger. To heat the source of seawater to the temperature of entry into the first mass transfer column apparatus, as described above, is condensate. To heat the condensate to a temperature exceeding the temperature of the input of sea water into the first mass transfer column apparatus, the installation is equipped with an additional heater 5. The additional heater 5 is made in the form of a contact water heater with a water-cooled furnace 6. The water-cooled furnace 6 of the additional heater 5 is equipped with a burner for burning liquid or gaseous fuel (not shown in FIG. 1). The hot condensate discharge from condenser 3 is connected by a line 7 to a water heater 6 of an additional heater 5. Water heater 6 is also connected by a line 8 to a heater 2. The additional heater 5 made in the form of a contact water heater also includes a contact chamber 9. The contact chamber 9 is connected with a source of sea water and a collector of heated sea water 10 by line 11. On line 7, a fitting 12 is installed to drain part of the production condensate. Installation for desalination of sea water also includes a collection tank 13 of chilled condensate. The outlet of the cooled condensate from the heater 2 is connected to the collection tank 13 via line 14. The collection tank 13 is also connected to the condenser 3 by line 15. A fitting 12 for removing part of the production condensate is connected to the heater 16 of the additional sea water stream. The heater 16 for an additional flow of sea water is connected to the collection tank 13 by a line 17. Simultaneously, the heater 16 for an additional flow of sea water is connected to the collector 10 of heated sea water by line 18. The collector 10 of heated sea water is equipped with a device 19 for creating a vacuum. The device 19 for creating a vacuum can be made in the form of a vacuum pump or gas ejector. Between the device 19 for creating a vacuum and the collector 10 of heated sea water, a surface capacitor 20 is installed. The surface capacitor 20 is connected to the collection tank 13 by a line 21.
Установка для опреснения морской воды по настоящему изобретению работает следующим образом.Installation for desalination of sea water according to the present invention operates as follows.
Исходная морская вода поступает в нагреватель 2, служащий для повышения температуры исходной морской воды (источником исходной морской воды является море) до температуры ввода в массообменный колонный аппарат 1. Далее горячая исходная морская вода поступает в массообменный колонный аппарат 1. При выполнении массообменного колонного аппарата в виде башни с насадкой горячая исходная морская вода поступает на насадку и, распределяясь по ней, стекает в нижнюю часть аппарата и выводится в море. Выводимая в море вода имеет, естественно, бóльшую концентрацию солей, нежели вводимая в массообменный колонный аппарат 1. В массообменный колонный аппарат 1 одновременно подают атмосферный воздух с помощью побудителя расхода воздуха 4. В аппарате 1 одновременно проходят процессы нагревания воздуха, охлаждения морской воды и испарения воды в воздух. Морская вода в аппарате 1 может быть охлаждена вплоть до температуры мокрого термометра, присущей атмосферному воздуху. При этом в аппарате 1 несколько увеличивается теплота, используемая для испарения и нагревания воздуха. Воздух в аппарате 1 нагревается до температуры несколько меньшей той, с которой поступает в аппарат 1 исходная вода из нагревателя 2. Насыщенный парами воды атмосферный воздух с высокой температурой поступает в конденсатор 3, представляющий собой второй массообменный колонный аппарат. В наиболее целесообразном варианте конденсатор 3 (второй массообменный колонный аппарат) выполняют также в виде башни с насадкой. В конденсатор 3 по линии 15 одновременно подают охлажденный конденсат из бака-сборника 13 охлажденного конденсата. В конденсаторе 3 при противоточном движении охлажденного конденсата и парогазовой смеси одновременно проходят процессы охлаждения парогазовой смеси, конденсации из нее паров воды и нагревания охлажденного конденсата до температуры, несколько меньшей, нежели температура поступающей в конденсатор 3 парогазовой смеси из массообменного колонного аппарата 1. Парогазовая смесь, прошедшая конденсацию, далее выбрасывается в атмосферу. По линии 7 нагретый конденсат из конденсатора 3 поступает в водоохлаждаемую топку 6 дополнительного нагревателя 5. Дополнительный нагреватель 5 представляет собой, как указывалось выше, контактный водонагреватель с водоохлаждаемой топкой. В описываемом варианте дополнительный нагреватель 5 снабжен вертикально размещенной водоохлаждаемой топкой 6, в которой дымовые газы от сжигания жидкого или, преимущественно, газообразного топлива движутся по центральному каналу, а конденсат - по кольцевому каналу, расположенному по периферии центрального канала. Из водоохлаждаемой топки 6 конденсат с температурой, превышающей температуру ввода исходной морской воды в массообменный колонный аппарат 1, подают по линии 8 в нагреватель 2. В нагревателе 2, выполненном в виде поверхностного теплообменника с противоточным движением исходной морской воды и конденсата из дополнительного нагревателя 5, конденсат отдает теплоту нагреваемой морской воде. Из нагревателя 2 по линии 14 конденсат в охлажденном виде направляют в бак-сборник 13 охлажденного конденсата. Из бака-сборника 13 одновременно выводят продукционный конденсат, т.е. пресную воду. Согласно принятой конструкции, дополнительный нагреватель 5 снабжен контактной камерой 9. Контактная камера 9 в преимущественном варианте имеет насадку, на которую подают исходную морскую воду. Одновременно на насадку контактной камеры 9 поступает дымовой газ из центрального канала водоохлаждаемой топки 6. Дымовые газы в этом случае могут быть охлаждены вплоть до температуры поступающей морской воды, что соответствует коэффициенту полезного действия дополнительного нагревателя 5, превышающему 100% (необходимо отметить, что по общепринятому методу коэффициент полезного действия аппаратов, использующих теплоту от сжигания жидкого или газообразного топлива, рассчитывают на основании низшей, а не высшей теплоты сжигания топлива, поэтому в случае понижения температуры отходящих газов до температуры, меньшей точки росы дымового газа, величина коэффициента полезного действия начинает превышать 100%). В насадочной контактной камере 9 исходная вода может быть нагрета вплоть до температуры мокрого термометра охлажденного в центральном канале водоохлаждаемой топки 6 дымового газа. По линии 11 нагретая морская вода поступает в сборник нагретой морской воды 10. В соответствии с материальным балансом часть продукционного конденсата после конденсатора 3 отводят через штуцер 12 в нагреватель 16 дополнительного потока морской воды. Охлажденный конденсат из нагревателя 16 дополнительного потока морской воды по линии 17 направляют в бак-сборник 13 охлажденного конденсата. Нагретая морская вода по линии 18 поступает в сборник 10 нагретой морской воды. Сборник 10 нагретой морской воды находится под вакуумом, создаваемым устройством 19 для создания вакуума. При этом проходит снижение температуры морской воды и ее частичное испарение. Пары поступают в поверхностный конденсатор 20, охлаждаемый потоком морской воды, далее сбрасываемой обратно в море. Из поверхностного конденсатора 20 конденсат по линии 21 направляют в бак-сборник 13 охлажденного конденсата.The source sea water enters the heater 2, which serves to increase the temperature of the source sea water (the source of the source sea water is the sea) to the temperature of entry into the mass transfer column apparatus 1. Next, the hot source sea water enters the mass transfer column apparatus 1. When performing the mass transfer column apparatus in In the form of a tower with a nozzle, hot source sea water enters the nozzle and, distributed along it, flows into the lower part of the apparatus and is discharged into the sea. The water discharged into the sea naturally has a higher concentration of salts than that introduced into the mass transfer column apparatus 1. Atmospheric air is simultaneously supplied to the mass transfer column apparatus 1 using an air flow inducer 4. In the apparatus 1, processes of air heating, cooling of sea water and evaporation are simultaneously conducted water into the air. Sea water in the apparatus 1 can be cooled up to the temperature of the wet thermometer inherent in atmospheric air. In this case, the apparatus 1 slightly increases the heat used for evaporation and heating of air. The air in the apparatus 1 is heated to a temperature slightly lower than that with which the source water enters the apparatus 1 from the heater 2. Atmospheric air saturated with water vapor enters a condenser 3 with a high temperature, which is a second mass transfer column apparatus. In the most appropriate embodiment, the capacitor 3 (second mass transfer column apparatus) is also made in the form of a tower with a nozzle. Chilled condensate is simultaneously supplied to condenser 3 via line 15 from a cooled condensate collecting tank 13. In the condenser 3 during countercurrent movement of the cooled condensate and the vapor-gas mixture, processes of cooling the vapor-gas mixture, condensation of water vapor from it and heating the cooled condensate to a temperature slightly lower than the temperature of the vapor-gas mixture entering the condenser 3 from the mass transfer column apparatus 1 simultaneously occur. past condensation is then released into the atmosphere. Via line 7, the heated condensate from the condenser 3 enters the water-cooled furnace 6 of the additional heater 5. The additional heater 5 is, as indicated above, a contact water heater with a water-cooled furnace. In the described embodiment, the additional heater 5 is equipped with a vertically placed water-cooled furnace 6, in which flue gases from burning liquid or, mainly, gaseous fuel move along the central channel, and condensate along the annular channel located around the periphery of the central channel. From the water-cooled furnace 6, condensate with a temperature exceeding the temperature of the input of the source sea water into the mass transfer column apparatus 1 is fed via line 8 to the heater 2. In the heater 2, made in the form of a surface heat exchanger with countercurrent movement of the source sea water and condensate from the additional heater 5, condensate gives off heat to heated seawater. From the heater 2, along the line 14, the condensate in a cooled form is sent to the collection tank 13 of the cooled condensate. Production condensate is simultaneously withdrawn from the collection tank 13, i.e. fresh water. According to the accepted design, the additional heater 5 is provided with a contact chamber 9. The contact chamber 9 preferably has a nozzle to which the source sea water is supplied. At the same time, flue gas enters the nozzle of the contact chamber 9 from the central channel of the water-cooled furnace 6. Flue gases in this case can be cooled down to the temperature of the incoming sea water, which corresponds to the efficiency of the additional heater 5 exceeding 100% (it should be noted that according to the generally accepted the efficiency of the apparatus using the heat from the combustion of liquid or gaseous fuels is calculated based on the lower and not the higher heat of burning the fuel, oetomu in the case of lowering the temperature of exhaust gases to a temperature below the dew point of the flue gas, the magnitude of the efficiency exceeds 100%). In the packed contact chamber 9, the source water can be heated up to the temperature of the wet thermometer cooled in the central channel of the water-cooled flue gas furnace 6. On line 11, the heated seawater enters the collection of heated seawater 10. In accordance with the material balance, part of the production condensate after the condenser 3 is diverted through the nozzle 12 to the heater 16 for an additional stream of seawater. The cooled condensate from the heater 16 of the additional flow of sea water through line 17 is sent to the collection tank 13 of the cooled condensate. Heated sea water through line 18 enters the collection 10 of heated sea water. The collection 10 of heated sea water is under vacuum created by the device 19 for creating a vacuum. In this case, a decrease in the temperature of sea water and its partial evaporation takes place. Vapors enter a surface condenser 20, cooled by a stream of sea water, then discharged back into the sea. From the surface condenser 20, the condensate is sent via line 21 to the cooled condensate collection tank 13.
Следует сделать несколько существенных замечаний. В описанном варианте в установку вводят атмосферный воздух. Безусловно допустимо воздушный поток из конденсатора 3 вернуть на вход побудителя расхода 4, т.е. организовать циркуляционный воздушный поток, что, тем не менее, является определенным усложнением схемы. Для территорий с жарким климатом описанная выше установка оптимальна.A few significant points should be made. In the described embodiment, atmospheric air is introduced into the installation. Of course, it is permissible to return the air flow from the condenser 3 to the inlet of the flow inducer 4, i.e. organize a circulating air flow, which, however, is a certain complication of the scheme. For areas with a hot climate, the installation described above is optimal.
При внедрении изобретения в простейшем варианте возможно не устанавливать аппараты 10, 16, 19 и 20, но это приведет к существенному снижению коэффициента полезного действия установки, снизит количество получаемой пресной воды, хотя и сохранит за установкой конкурентоспособность.When implementing the invention in the simplest embodiment, it is possible not to install the devices 10, 16, 19 and 20, but this will lead to a significant decrease in the efficiency of the installation, reduce the amount of fresh water produced, although it will remain competitive for the installation.
При наличии источника горячих газов, например выхлопа двигателей внутреннего сгорания, установка для опреснения морской воды может работать без затрат жидкого или газообразного топлива.In the presence of a source of hot gases, for example, exhaust from internal combustion engines, a desalination plant for sea water can operate without the expense of liquid or gaseous fuels.
Целесообразно привести некоторые технические данные работы установки для опреснения морской воды.It is advisable to provide some technical data on the operation of the installation for desalination of sea water.
Для получения 1000 л/ч пресной воды достаточно затратить лишь 6,8 нм3/ч природного газа (расчет проведен для газа, содержащего 98,5% метана). При этом поток исходной морской воды на нагреватель 2 составляет 10,35 м3/ч. Расход воздуха на массообменный колонный аппарат 1 равен 307 м3/ч. Полный поток конденсата из конденсатора 3 - 10,8 м3/ч. Через штуцер 12 выводят 0,4 м3/ч. В дополнительный нагреватель 5 подают 10,4 м3/ч. Конденсат из конденсатора 3 выводят при температуре 92°С. Нагрев конденсата в водоохлаждаемой топке 6 проводят до температуры 95,5°С. На насадку контактной камеры 9 направляют 0,62 м3/ч морской воды. При работе аппаратов 10, 16, 19 и 20 получают дополнительно 90 л/ч пресной воды (т.е. около 10% от общего количества получаемой пресной воды). На насадку массообменного колонного аппарата 1 морскую воду подают с температурой ~93°С.To obtain 1000 l / h of fresh water, it is enough to spend only 6.8 nm 3 / h of natural gas (the calculation was carried out for gas containing 98.5% methane). In this case, the flow of source sea water to the heater 2 is 10.35 m 3 / h. The air flow rate to the mass transfer column apparatus 1 is 307 m 3 / h. The total condensate stream from condenser 3 is 10.8 m 3 / h. Through the nozzle 12 output 0.4 m 3 / h An additional heater 5 is fed with 10.4 m 3 / h. The condensate from the condenser 3 is removed at a temperature of 92 ° C. Condensate heating in a water-cooled furnace 6 is carried out to a temperature of 95.5 ° C. 0.62 m 3 / h of sea water is directed to the nozzle of the contact chamber 9. When the devices 10, 16, 19 and 20 are working, an additional 90 l / h of fresh water is obtained (i.e., about 10% of the total amount of fresh water received). To the nozzle of the mass transfer column apparatus 1, sea water is supplied with a temperature of ~ 93 ° C.
Диаметр аппаратов 1 и 3 составляет 0,5 м. При малой скорости газовой фазы, соответствующей данному диаметру, брызгоунос практически исключен. Разность температур на концах нагревателя 2 принята на уровне 2,5°С, но теплообменная поверхность нагревателя 2 даже при столь малой разности температур составляет не более 200 м2 при передаче ориентировочно 700000 ккал/ч. В прототипе при передаче теплоты от парогазовой смеси в этом же случае потребовалась бы десятикратно большая величина теплообменной поверхности. Внутренний диаметр водоохлаждаемой топки 6 равен 0,25 м при длине топки 1,2-1,4 м.The diameter of apparatuses 1 and 3 is 0.5 m. At a low velocity of the gas phase corresponding to this diameter, spraying is practically excluded. The temperature difference at the ends of the heater 2 is assumed to be 2.5 ° C, but the heat exchange surface of the heater 2, even with such a small temperature difference, is not more than 200 m 2 when transmitting approximately 700,000 kcal / h. In the prototype, when transferring heat from the gas-vapor mixture in the same case, a tenfold larger value of the heat exchange surface would be required. The inner diameter of the water-cooled furnace 6 is 0.25 m with a furnace length of 1.2-1.4 m.
Таким образом, для получения одной тонны пресной воды в час необходимы весьма малогабаритные аппараты, что определяет низкую металлоемкость установки для опреснения воды по настоящему изобретению.Thus, to obtain one ton of fresh water per hour, very small-sized devices are required, which determines the low metal consumption of the desalination plant of the present invention.
Согласно приведенным данным столь малый расход природного газа для получения 1 м3/ч пресной воды характеризует высокие экономическими показателями работы установки для опреснения морской воды.According to the data presented, such a low consumption of natural gas to produce 1 m 3 / h of fresh water characterizes the high economic performance of the installation for desalination of sea water.
Настоящим изобретением создана высокоэффективная и простая по конструкции установки с эффективным использованием подводимой теплоты, а следовательно, с высоким коэффициентом полезного действия.The present invention has created a highly efficient and simple in design installation with efficient use of heat input, and therefore with a high efficiency.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005133756/15A RU2296107C1 (en) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | Apparatus for freshening of sea water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005133756/15A RU2296107C1 (en) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | Apparatus for freshening of sea water |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2296107C1 true RU2296107C1 (en) | 2007-03-27 |
Family
ID=37999140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005133756/15A RU2296107C1 (en) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | Apparatus for freshening of sea water |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2296107C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015004650A1 (en) * | 2013-07-10 | 2015-01-15 | Green Hydrometallurgy Proceccing Ltd. | A method and installation for production of crystal salt and fresh water from sea water and other saliferous solution |
| RU2543873C1 (en) * | 2011-09-23 | 2015-03-10 | Массачусетс Инститьют Оф Текнолоджи | Moistening-drying system containing steam mixing condenser with bubble column |
-
2005
- 2005-11-01 RU RU2005133756/15A patent/RU2296107C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543873C1 (en) * | 2011-09-23 | 2015-03-10 | Массачусетс Инститьют Оф Текнолоджи | Moistening-drying system containing steam mixing condenser with bubble column |
| WO2015004650A1 (en) * | 2013-07-10 | 2015-01-15 | Green Hydrometallurgy Proceccing Ltd. | A method and installation for production of crystal salt and fresh water from sea water and other saliferous solution |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4120787A (en) | Fuel cell water conditioning process and system and deaerator for use therein | |
| EA004324B1 (en) | Water distillation system | |
| US6981651B2 (en) | Heating system | |
| CN102650431A (en) | Stepped recycle method for residual heat of fuel gas | |
| CN205783036U (en) | A kind of power-plant flue gas system heat-exchanger rig | |
| TW201245055A (en) | System for drying sludge by steam extracted from boiler set with thermal compensation | |
| CN103486603B (en) | A kind of flue gas processing device and processing method | |
| CN104964265A (en) | Energy-saving emission reduction system and energy-saving emission reduction method of horizontal type phase change heat exchanger and front-arrangement type water medium type GGH combined | |
| RU2296107C1 (en) | Apparatus for freshening of sea water | |
| Varlamov et al. | Improvement of energy efficiency and environmental safety of thermal energy through the implementation of contact energy exchange processes | |
| CN104406186A (en) | Flue gas water recycling system | |
| CN208169996U (en) | Combustion-type water bath type gasifier energy conserving system | |
| RU2700843C1 (en) | Combined-cycle plant with deep waste gas heat recovery | |
| RU2392555C1 (en) | Circulating water cooling plant | |
| CN202869322U (en) | Chimney with heat energy recovery device | |
| CN101337700A (en) | Desalination plant using residual heat of thermal superconductivity of heat pipe and engine high-temperature exhaust air | |
| CN211999440U (en) | Sludge drying device capable of recycling steam heat | |
| CN204400923U (en) | A kind of gasifying biomass multi-joint-production apparatus | |
| CN102408920B (en) | Phenol water treatment system by utilizing waste heat of gas furnace | |
| CN202322756U (en) | Phenolated water treatment system implemented by using waste heat of gas stove | |
| RU2083919C1 (en) | Plant for recovery of heat in heat generator with gas cleaning system | |
| RU2176766C2 (en) | Hot-water boiler | |
| CN201779856U (en) | Condensing type condensation water heater for biomass boiler | |
| RU2411411C1 (en) | Fuel combustion method | |
| RU2338968C1 (en) | Method of utilisation of impure sewage water heat and preparation of hot coolant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091102 |