Установка для опреснения морской воды

 

Изобретение относится к установкам непрерывного действия для опреснения морских, соленых вод и электропроводных растворов и может быть использовано для переработки загрязненных сточных вод промышленных предприятий, в том числе нефтепродуктами, а также для получения подпиточной воды котлов тепловых и электрических станций. Задачей, для решения которой предлагается данная установка для опреснения морской воды, является увеличение срока эксплуатации установки, повышение ее производительности, снижение затрат электроэнергии на испарение жидкости за счет использования энергии природно-климатических факторов, оздоровление экологии окружающей среды, а также уменьшение затрат на ее строительство и эксплуатацию. Установка для опреснения морской воды содержит герметичный полый вакуумный выпариватель с нижним подводом морской воды, полость которого сверху соединена трубопроводами с конденсатором пара и вакуумным насосом, и включает в себя емкость для сбора опресненной воды. Новым является то, что вакуумный выпариватель выполнен в виде вертикальной башни, имеющей форму тела вращения, причем основание башни расположено ниже уровня моря, а диаметры любого поперечного сечения полости вертикальной башни много меньше высоты вертикальной башни. В стенке вертикальной башни между плоскостью основания и уровнем моря выполнены отверстия для подвода морской воды. Верхняя часть вертикальной башня располагается выше уровня моря. С внутренней поверхности башни выполняются спиральные ребра. На верхней части вертикальной башни монтируется вакуумный насос, который соединяется с полостью верхней части вертикальной башни патрубком. В качестве привода вакуумного насоса используется ветродвигатель, смонтированный на верхней части вертикальной башни. В качестве конденсатора пара используется турбодетандер. 10 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к установкам непрерывного действия для опреснения морских, соленых вод и электропроводных растворов и может быть использовано для переработки загрязненных сточных вод промышленных предприятий, в том числе нефтепродуктами, а также для получения подпиточной воды котлов тепловых и электрических станций.

Известна установка для опреснения морской воды, содержащая герметичный полый вакуумный выпариватель с нижним подводом морской воды, полость которого сверху соединена трубопроводами с конденсатором пара и вакуумным насосом, включающая емкость для сбора опресненной воды [JP 11-216459, опубл. 10.08.1999] . Известная установка имеет сложную электрическую систему контроля и управления приборами, установленными на трубопроводах и оборудовании, и потребляет большое количество электроэнергии при относительно небольшой производительности и ограниченном объеме вырабатываемой пресной воды, при этом трубопроводы для подачи и отвода морской воды быстро приходят в негодность и подлежат замене, поэтому установка является дорогостоящей и неэффективной в эксплуатации.

В качестве прототипа выбрана установка для опреснения морской воды, содержащая емкость для сбора опресненной воды, герметичный полый вакуумный выпариватель с нижним подводом морской воды, выполненный в виде полой вертикальной башни, имеющей форму тела вращения, основание которой расположено ниже уровня моря, а верхняя часть расположена выше уровня моря [патент US 4302297, опубл. 24.11.1981] . Диаметры любого поперечного сечения полости вертикальной башни много меньше высоты вертикальной башни, причем ее полость сверху соединена трубопроводами с конденсатором пара и вакуумным насосом. При работе установки по полости башни поднимается опресняемая вода, т.е. полость выполняет функцию проточной части. Однако выполнение в известной конструкции проточной части с постоянным сечением снижает производительность установки.

Задачей, для решения которой предлагается данная установка для опреснения морской воды, является повышение производительности установки за счет оптимизации формы полости вакуумного выпаривателя.

Предлагаемая установка для опреснения морской воды содержит емкость для сбора опресненной воды, герметичный полый вакуумный выпариватель с нижним подводом морской воды, выполненный в виде полой вертикальной башни, имеющей форму тела вращения, основание которой расположено ниже уровня моря, а верхняя часть расположена выше уровня моря, причем диаметры любого поперечного сечения полости вертикальной башни много меньше высоты вертикальной башни, причем полость вертикальной башни сверху соединена трубопроводами с конденсатором пара и вакуумным насосом. Новым является то, что хотя бы часть вертикальной башни, расположенная над уровнем моря, выполнена в форме вогнутого усеченного конуса, сужающегося кверху, причем хотя бы нижняя часть образующей усеченного конуса является параболой, определяемой но формуле h= а•(В-d)², где а - постоянный множитель, причем а=0,3-0,6; d - диаметр полости усеченного конуса на высоте h от уровня моря, В - постоянное число, причем В>dmax. Такая форма полости заявляется в связи с тем, что авторами установлено, что, поднимаясь вверх, поток морской воды закручивается вокруг вертикальной оси, а при вихревом движении вихрь стремится принять форму вогнутого параболического конуса. Выполнение такой полости позволяет снизить потери энергии на подъем воды.

В стенке вертикальной башни между плоскостью основания и уровнем моря может быть выполнено как минимум одно отверстие для подвода морской воды.

На внутренней стенке вертикальной башни может быть выполнено как минимум одно спиральное ребро, что дополнительно снижает потери вихревого движения. При этом спиральное ребро лучше выполнять с шагом, уменьшающимся к верху, причем шаг ребра в месте расположения лучше выполнять примерно равным половине диаметра поперечного сечения полости вертикальной башни в этом месте.

Вакуумный насос может быть смонтирован на верхней части вертикальной башни и соединен с полостью верхней части вертикальной башни патрубком, при этом лучше, когда ось входного отверстия патрубка совпадает с осью траектории движения пара по спиральному ребру в верхней части полости вертикальной башни.

В качестве привода вакуумною насоса можно использовать ветродвигатель, например смонтированный на верхней части вертикальной башни.

Ветродвигатель и вакуумный насос могут быть смонтированы на верхней части вертикальной башни с помощью патрубка, который при этом выполнен жестким.

В качестве конденсатора пара можно использовать турбодетандер. а в качестве привода такого турбодетандера можно использовать тот же ветродвигатель, что и для привода вакуумного насоса.

Изобретение поясняется одним чертежом, на котором показан общий вид установки для опреснения морской воды.

Изобретение поясняется на примере выполнения установки для опреснения морской воды.

Установка для опреснения морской воды представляет собой железобетонную башню-испаритель, имеющую форму вогнутого усеченною конуса, стенки которого образованы параболой, определяемой по формуле h=0,4•(5-d)² (м), где d - диаметр полости усеченного конуса на высоте h от уровня моря (м). Основание 1 башни располагается на дне моря (бухты, залива) ниже уровня поверхности моря, а верхняя часть 2 башни возвышается выше уровня поверхности моря. В вертикальной стенке основания 1 имеется двенадцать овальных отверстий 3, которые также находятся ниже уровня поверхности моря и через которые морская вода попадает внутрь башни. На внутренней стенке башни выполнено спиральное ребро 4 с высотой 0,1 м, которое выполнено с шагом, уменьшающимся к верху, причем шаг в месте расположения равен примерно 0,5 d, например 0,5•2,0=1,0 м и т. д. Вакуумный насос 5 смонтирован па верхней части 2 башни и соединен с полостью 6 верхней части патрубком 7, входное отверстие 8 которого совпадает с траекторией движения пара по ребру 4. В качестве привода вакуумного насоса 5 использован ветродвигатель 9 с лопастями 10. Ветродвигатель 9 и вакуумный насос 5 закреплены на верхней части 2 башни с помощью жесткого патрубка 7. В качестве конденсатора пара используется турбодетандер 11, а в качестве его привода - ветродвигатель 9 (через передачу гибкой связью - не показана). Морская вода, поступающая в основание башни 1 под собственной массой, атмосферным давлением поднимается вверх башни, при этом чем больше разрежение воздуха в верхней части башни, создаваемое вакуумным насосом, тем выше поднимется водяной столб, с поверхности которого в полости 6 происходит испарение водяного пара, который, завихряясь по спиральному ребру 4, поднимается вверх и через отверстие 8 патрубка 7 всасывается в турбодетандер 11, где пар конденсируется в капли воды и по трубопроводу 12 стекает в накопительную емкость 13.

Формула изобретения

1. Установка для опреснения морской воды, содержащая емкость для сбора опресненной воды, герметичный полый вакуумный выпариватель с нижним подводом морской воды, выполненный в виде полой вертикальной башни, имеющей форму тела вращения, основание которой расположено ниже уровня моря, а верхняя часть расположена выше уровня моря, причем диаметры любого поперечного сечения полости вертикальной башни много меньше высоты вертикальной башни, причем полость вертикальной башни сверху соединена трубопроводами с конденсатором пара и вакуумным насосом, отличающаяся тем, что хотя бы часть вертикальной башни, расположенная над уровнем моря, выполнена в форме вогнутого усеченного конуса, сужающегося кверху, причем хотя бы нижняя часть образующей усеченного конуса является параболой, определяемой по формуле h=а×(В-d)², где а - постоянный множитель, причем а=0,3-0,6; d - диаметр полости усеченного конуса на высоте h от уровня моря, В - постоянное число, причем В>dmax.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в стенке вертикальной башни между плоскостью основания и уровнем моря выполнено как минимум одно отверстие для подвода морской воды.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней стенке вертикальной башни выполнено как минимум одно спиральное ребро.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что спиральное ребро выполнено с шагом, уменьшающимся к верху, причем шаг ребра в месте расположения примерно равен половине диаметра поперечного сечения полости вертикальной башни в этом месте.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вакуумный насос смонтирован на верхней части вертикальной башни и соединен с полостью верхней части вертикальной башни патрубком.

6. Установка по пп.3 и 5, отличающаяся тем, что ось входного отверстия патрубка совпадает с осью траектории движения пара по спиральному ребру в верхней части полости вертикальной башни.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве привода вакуумного насоса использован ветродвигатель.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что ветродвигатель смонтирован на верхней части вертикальной башни.

9. Установка по пп.5 и 8, отличающаяся тем, что ветродвигатель и вакуумный насос смонтированы на верхней части вертикальной башни с помощью патрубка, выполненного жестким.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве конденсатора пара используется турбодетандер.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что в качестве привода турбодетандера используется тот же ветродвигатель, что и для привода вакуумного насоса.

РИСУНКИ

Рисунок 1