Исследование работы термической опреснительной установки с контактным испарителем и компрессией паровоздушной смеси
М.В. Козлова, А.В. Банников, С.А. Банникова
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 5, сс. 21—30
Скачать PDF
Состояние вопроса. Одной из глобальных проблем современности является дефицит пресных водных ресурсов. Опреснение морских и солоноватых вод является перспективным вариантом решения данной проблемы. Наиболее распространенными технологиями опреснения являются термические (дистилляция) и баромембранные (обратный осмос и нанофильтрация) процессы. При проектировании станций деминерализации с обратноосмотическими установками необходимо принимать во внимание ряд ограничений, связанных с более высокими требованиями к предварительной подготовке воды, поступающей в установку. Применение термических опреснительных установок позволяет получать пресную воду более высокого качества, а к предварительной подготовке воды для такого типа установок предъявляются менее жесткие требования. Однако в процессе работы опреснителей данного типа на поверхностях нагрева образуется накипь, которая негативно влияет на эффективность работы установок. Менее интенсивно накипь образуется в установках с контактными испарителями, поскольку в таком случае процесс испарения происходит в объеме. В связи с этим разработка тепловых схем таких установок и исследование их работы является актуальной задачей.
Материалы и методы. Поставленные задачи решены с использованием методов экспериментальных исследований процессов тепломассообмена и балансовых расчетов энергетических установок.
Результаты. Разработана тепловая схема термической опреснительной установки с контактным испарителем с компрессией паровоздушной смеси. Составлены тепловой и материальный балансы, на основе которых определены затраты энергии для получения 1 м3 пресной воды. Доказано определяющее влияние температуры опресняемой воды в зоне барботажа на производительность опреснительных установок с контактным испарителем. Получена поправка, позволяющая при расчете цикла работы установки учесть исходную соленость воды и рассола.
Выводы. В результате анализа полученных результатов установлено, что увеличение температуры воды в зоне барботажа позволяет повысить производительность установки, повышение температуры осушки паровоздушной смеси приводит к снижению энергопотребления опреснителя. Введение поправки, учитывающей соленость исходной воды и рассола, позволяет повысить точность расчета увлажнения воздуха до 15 %.
1. Sivamani S. Flow energy analysis of reverse osmosis unit in seawater desalination plant with energy recovery device // International Journal of Advanced Research. – 2022. – Vol. 10, No. 12. – P. 381–388.
2. Соколов П.С., Козлова М.В., Банников А.В. О применении и реализации гигроскопического метода опреснения для деминерализации морских и солоноватых вод // Энергосбережение теория и практика: труды Х Междунар. школы-семинара молодых ученых и специалистов, Москва, 19–23 октября 2020 г. – Курск: Закрытое акционерное общество «Университетская книга», 2020. – С. 93–98.
3. Мизин А.И., Сокирко Т.И. Обзор методов опреснения морской и солесодержащей воды // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2023. – № 12. – С. 58–68.
4. Исследование влияния процесса накипеобразования в теплообменниках предварительного подогрева дистилляционной опреснительной установки на эффективность их работы / Е.В. Благин, А.А. Шиманов, М.Ю. Анисимов и др. // Вестник Международной академии холода. – 2019. – № 2. – С. 37–42.
5. Sokolov P.S., Kozlova M.V., Bannikov A.V. Hygroscopic method application and realization for demineralization of sea and salted water // Journal of Physics: Conference Series: 3, Moscow, 19–23 октября 2020 г. – Moscow, 2020. – P. 1–7.
6. Гриценко А.Н., Стрекалов С.Д. Энергоэффективные установки опреснения минерализованной воды // Междунар. науч. журнал «Альтернативная энергетика и экология». – 2015. – № 7(171). – С. 108–115.
7. Слесаренко В.Н. Дистилляционные опреснительные установки. – М.: Энергия, 1980. – 248 с.
8. Пат. на полезную модель № 194759 U1 Российская Федерация МПК C02F 1/04. Паровоздушная опреснительная установка: № 2019128616: заявл. 11.09.2019: опубл. 23.12.2019 / А.В. Банников, П.С. Соколов, М.В. Козлова.
9. Прохоров В.И. I-d-диаграммы влажного воздуха для переменных давлений. – М.: Книга, 1973. – 30 с.
10. Липин В.А. Методы оптимизации: учеб. пособие. – СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2022. – 47 с.
11. Сорокин М.Н., Ануфриева К.С. Расширение множества центральных композиционных планов // Известия МГТУ МАМИ. – 2015. – Т. 2, № 1(23). – С. 40–48.
12. Данилов-Данильян В.И. Водные ресурсы: мир и Россия // Доклад о человеческом развитии в Российской Федерации за 2017 год: Экологические приоритеты для России. – М.: Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации, 2017. – С. 147–172.
13. Козлова М.В., Соколов П.С., Банников А.В. Исследование влияния реальных физических свойств влажного воздуха на точность расчета тепломассообменных процессов // Вестник ИГЭУ. – 2020. – Вып. 4. – С. 5–13.