Тема: Адіабатні водоопріснюючі установки.
Мета: Ознайомитися із адіабатні водоопріснюючі установки.
Характерная особенность всех ранее рассмотренных испарителей кипящего типа - парообразование на поверхностях нагрева, расположенных внутри кип ящ ей жидкости. Такое испарение наиболее просто осуществимо и позволяет достигнуть высоких значений коэффициента теплопередачи благодаря интенсивной турбулизации пограничного слоя при образовании и отрыве паровых пузырей. Однако именно с этой особенностью связан и ряд недостатков кипящих испарителей. В частности, увеличение отрывных размеров паровых пузырей при снижении давления в испарителе, предопределяет усиленное образование накипи на поверхностях нагрева (на границах отрыва паровых пузырей), а также обусловливает интенсивный вынос капель рассола в паровое пространство и образование пены над кипящим слоем, а сам кипящий слой жидкости оказывается неустойчивым (изменяется его высота), особенно при глубоком вакууме. В итоге вторичный пар оказывается загрязненным капельками рассола, что требует организации ее эффективной сепарации для обеспечения требуемого качества дистиллята. Наконец, при попытках добиться большой производительности в одном агрегате снижается температурный напор и коэффициент теплопередачи на нижних трубках нагревательных батарей из-за гидростатического эффекта.
|
|
Рис. 1. Схема одноступенчатой адиабатной опреснительной установки: 1 - подогреватель питательной воды; 2 - камера испарения; 3 - вакуумный насос; 4 - конденсатор; 5 - питательный насос; 6 - дистиллятный насос; 7 - регулятор уровня рассола; 8 - рассольный циркуляционный насос |
Кроме того, к экономичности крупных опреснительных установок предъявляются повышенные требования, которые можно удовлетворить лишь при многоступенчатом исполнении. Между тем сложность многоступенчатых установок, обусловленная главным образом наличием труб и арматуры для перепуска рассола, пара, охлаждающей воды и дистиллята, существенно удорожают их стоимость, усложняет проблему регулирования и затрудняет обслуживание.
Этих недостатков не имеют адиабатные опреснители (рис. 1), в которых нагретая морская вода частично испаряется при входе в расширительные камеры, где поддерживается температура насыщения на 5-10 оС меньше температуры поступающей воды. При этом происходит испарение с поверхности струй или потока морской воды, которое не сопровождается образованием паровых пузырей или пены. Нагрев охлаждающей воды в конденсаторах и морской воды в подогревателях осуществляется без кипения, за счет повышенного давления в этих теплообменниках.
|
|
В качестве греющей среды в вакуумных адиабатных опреснительных установках используется низкопотенциальный пар отбора и отработавший пар турбин, а также вода из системы охлаждения ДВС. В данном аспекте такие установки можно отнести к утилизационным опреснителям.
Тепловая схема утилизационной адиабатной водоопреснительной установки РТМ типа «Тропик» с использованием теплоты охлаждающей системы главного двигателя изображена на рис. 2.
В принципиальной схеме (рис. 2а) вода из замкнутой системы охлаждения двигателя 1 прокачивается циркуляционным насосом 7 через водоводяной теплообменник-подогреватель 2. За счет теплоты охлаждающей воды нагревается забортная вода, прокачиваемая по змеевику теплообменника после конденсатора-испарителя 4 питательным насосом 8. Из теплообменника морская вода поступает в испарительную камеру, где разбрызгивается и частично испаряется за счет внутренней теплоты. Образовавшиеся пары поступают в конденсационную камеру, откуда образовавшийся дистиллят откачивается насосом 5. Неиспарившаяся часть морской воды откачивается рассольным насосом 6.
Рис. 2. Тепловая схема опреснительной установки РТМ типа «Тропик»: (а - принципиальная; б - модернизированная): 1 - ДВС; 2 - водо-водяной подогреватель; 3 - паровой подогреватель; 4 - испаритель; 5 - дистиллятный насос; 6 - рассольный насос; 7 - циркуляционный насос системы охлаждения; 8 - насос забортной воды; I, II - перепускной трубопровод |
Для повышения экономичности и эффективности работы опреснительной установки в тепловой схеме предусмотрен паровой подогреватель 3 (рис. 2б) для предварительного подогрева питательной воды перед входом в испаритель 4. Кроме того, на РТМ «Кассиопея» и «Козерог» произведена модернизация, заключающаяся в рециркуляции рассола для подогрева забортной воды в за счет ее смешивания с частью, откачиваемой из испарителя рассола. Для этого дополнительно проведены перепускные трубопроводы I и II. Рециркуляция рассола позволяет уменьшить количество забортной воды, подаваемой в систему, и добиться постоянной ее температуры перед теплообменником путем регулирования количества перепускаемого рассола независимо от температуры забортной воды.
Основным направлением повышения экономичности адиабатных опреснителей является увеличение ступеней испарения. При этом в отличие от многоступенчатого испарения в кипящих опреснителях теплота вторичного пара не используется для непосредственного нагрева воды в последующей ступени, а аккумулируется в охлаждающей воде конденсаторов.
С точки зрения расхода теплоты нет принципиальной разницы между многоступенчатыми установками с кипящими и адиабатными испарителями, а число ступеней или камер в обеих установках почти одинаково влияет на выход дистиллята. Однако адиабатные установки, благодаря простоте их состава и конструкции, а также меньшим габаритам каждой ступени, можно выполнить с большим числом ступеней при той же стоимости, чем многоступенчатые установки с кипящими испарителями.
На промысловых судах получили широкое распространение многоступенчатые бесповерхностные адиабатные опреснители, обладающие высокими экономическими показателями. Они имеют наиболее высокий коэффициент полезного использования теплоты и значительную производительность. В многоступенчатых опреснителях этого типа (рис. 3) испаряемая вода проходит через несколько ступеней с последовательно понижающимся давлением. В последней ступени давление обычно составляет 0,05-0,06 кг/см, в первой - (0,35-0,4) кг/см. Конденсаторы всех ступеней прокачиваются питательной водой, так что для ее нагрева удается использовать всю теплоту вторичного пара.
|
|
Рис. 3. Схема пятиступенчатого адиабатного опреснителя типа М-5: 1 - подогреватель; 2 - эжектор второй ступени; 3 - эжектор первой ступени; 4 - конденсатор эжекторов; 5, 7,9,11, 13 - камеры испарения; 6, 8, 12, 14 - конденсаторы; 15 - питательный насос; 16 - дистиллятный насос; 17 - рассольный насос |
Перепуск вторичного пара между ступенями не требуется, а перепуск испаряемой воды и дистиллята осуществляется самотеком по внутренним каналам. Поэтому увеличение числа ступеней в адиабатных испарителях не вызывает столь заметного усложнения конструкции, увеличения веса, габаритов и повышения стоимости, как в установках с кипящими испарителями. Многоступенчатые адиабатные опреснители оказываются менее сложными и дорогими, чем многоступенчатые кипящие, и наиболее удобными для крупных судов.
На расход теплоты в адиабатном испарителе влияет не только число камер испарения. Немалую роль играет также температура воды перед первой ступенью испарения, температура забортной воды и разность температур пара и охлаждающей воды на выходе из конденсатора соответствующей ступени.
Температура забортной воды влияет на экономичность двояко. Чем ниже ее температура, тем выше выход дистиллята. Однако это справедливо л ишь до тех пор, пока температуре забортной воды соответствует и вакуум в последней ступени. По условиям работы эжекторов, сепараторов, рассольного и дистиллятного насосов, а также по габаритным соображениям вакуум в последней ступени допускается не более 94 %.
В соответствии с действующими нормативами для средних широт расчетная температура забортной воды tзВ = 28 оС, ей соответствует расчетный вакуум в последней ступени 90-91 %. Если температура забортной воды ниже оптимальных расчетных значений, то она будет соответственно ниже и на выходе из каждого конденсатора, что приведет к дополнительным затратам тепла в подогревателе. Более глубокий вакуум, достижимый при плавании в холодных водах, приводит к перегрузке зеркала испарения и ухудшению качества дистиллята. Поэтому для повышения экономичности при плавании в холодных водах следует повысить температуру питательной воды. С этой целью может быть рекомендована частичная рециркуляция рассола. Хотя его солесодержание при этом повышается, оно все же остается ниже принятого в обычных испарителях.
|
|
Следует отметить, что поверхность конденсаторов, а следовательно, до некоторой степени и стоимость испарителей уменьшается с ростом числа ступеней. Однако при производительности 100-200 т/сут, характерных для судовых опреснителей, увеличение числа ступеней более 7-9 приводит не к уменьшению, а к увеличению стоимости в связи с сужением каждой ступени до размеров, затрудняющих изготовление корпуса и монтаж внутренних узлов. По этой причине, для опреснителей малой производительности принимают не более 4-5 ступеней.
Многоступенчатые адиабатные опреснительные установки требуют для своей эффективной работы точной регулировки давлений в ступенях испарения. При этом для поддержания требуемого вакуума в камерах испарения используются пароэжекционные устройства, требующие для своей работы относительно большого количества первичного греющего пара.
Тепловая схема пятиступенчатого бесповерхностного адиабатного опреснителя типа М изображена на рис. 4. Забортная вода циркуляционным питательным насосом 2 засасывается через фильтр 1 и подается через расходомер 3 в конденсаторы опреснителя 4. Проходя последовательно по змеевикам ступеней опреснителя, вода повышает свою температуру за счет теплоты конденсирующегося вторичного пара.
Перегрев питательной воды осуществляется при прохождении конденсатора 5 эжектора и парового подогревателя 8. Перегретая по отношению к температуре насыщения, соответствующей давлению в первой ступени испарителя, питательная вода, проходя последовательно камеры испарения, испаряется в каждой ступени с I по V последовательно, так как давление в ступенях все время снижается. Поддержание в ступенях вакуума осущест-
вляется двухступенчатым пароструйным эжектором 6, который отсасывает воздух через систему дроссельных шайб, обеспечивающих создание необходимого перепада давлений в камерах. |
Рис. 4. Тепловая схема пятиступенчатого бесповерхностного адиабатного опреснителя типа М:
1 - фильтр; 2 - питательный насос; 3 - расходомер; 4 - конденсаторы опреснителя; 5 - конденсаторы эжектора; 6 - двухступенчатый пароструйный эжектор;
7 - автоматический регулятор; 8 - паровой подогреватель; 9, 10 - датчики;
11 - насос конденсата греющего пара; 12 - регулятор уровня; 13 - насос химической чистки; 14 - автоматический клапан; 15 - рассольный насос;
16, 18 - автоматический клапан; 17 - ротаметр; 19 - датчик соленомера;
20 - дистиллятный насос; 21 - сборник дистиллята
Для уменьшения накипеобразования расчетная температура забортной питательной воды за подогревателем равна 77 оС. В каждой ступени вода охлаждается на 7 оС и отсасывается из последней ступени V рассольным насосом 15. Поддержание температуры забортной воды за подогревателем на требуемом уровне осуществляется автоматически регулятором 7, получающим импульс от датчика 9.
Вторичный пар, образовавшийся в камерах испарения, сепарируется и конденсируется. Образовавшийся в конденсаторах дистиллят под действием разности давлений перетекает по ступеням в сборник дистиллята 21. Из сборника он отсасывается дистиллятным насосом 20 и через регулятор уровняв типа РУК и ротаметр 17 подается к автоматическому переключающему клапану 16, который в соответствии с импульсом от датчика со- леномера 19 направляет дистиллят в цистерну пресной воды или на сброс.
По аналогичной схеме происходит откачивание конденсата греющего пара из подогревателя насосом 11, регулятором уровня 12 и переключающим автоматическим клапаном 14, действующим от датчика 10.
Рециркуляция рассола забортной воды по замкнутому контуру используется для химической чистки теплообменных поверхностей 5 % -ным раствором ингибированной соляной кислоты и осуществляется специальным насосом 13.