Результат интеллектуальной деятельности: Способ работы парового компрессора многоступенчатой опреснительной установки и устройство для его реализации

Изобретение относится к области опреснения морской воды.

Известен способ работы парового компрессора многоступенчатой опреснительной установки (Выпарные процессы и установки, Ф.М. Тарасов, Ленинградский технологический институт холодильной промышленности, 1962, с. 3, 19), в котором применяют механическое сжатие в компрессоре пара, вышедшего из последней ступени многоступенчатой опреснительной установки, с подачей сжатого пара в первую ступень многоступенчатой опреснительной установки. Преимущество этого способа заключается в том, что для запуска этой опреснительной установки используют сжатый пар из внешнего источника пара и при работе этой установки на стационарном режиме не требуется применение дополнительного источника сжатого пара.

Недостатками этого способа являются сложность механического сжатия пара и низкая экономичность опреснительной установки, работающей по этому способу.

Известен способ работы парового компрессора опреснительной установки, в котором производят механическое сжатием пара, а также устройства для реализации этого способа (Технологии опреснения. Морская и слабосоленая вода. http://www.wabag.com/wp-content/uploads/2013/02/WABAG_desalination_ru_2012_rev01_proof.pdf). В соответствии с этим способом в многоступенчатых опреснительных установках применяют сжатие технологического пара, вышедшего из последней ступени многоступенчатой опреснительной установки с давлением 0,16-0,2 МПа в механических компрессорах с повышением давления до 0,3-0,34 МПа. Привод механических компрессоров производят через редукторы от электродвигателей или двигателей внутреннего сгорания, потребляющих большое количество энергии.

Известна установка для опреснения морской воды MED-MVC, разработанная компанией WABAG (WABAG_desalination_ru_2) (Технологии опреснения. Морская и слабосоленая вода http://www.wabag.com/wp-content/uploads/2013/02/WABAG_desalination_ru_2012_rev01_proof.pdf). Эта многоступенчатая опреснительная установка состоит из нескольких баков (ступеней) испарителей воды и механического парового компрессора. Теплоту для подогрева и испарения исходной морской воды в этой опреснительной установке получают за счет энергии, затрачиваемой на механическое сжатие пара в паровом компрессоре. Опреснительные установки MED-MVC обычно применяют для малых и средних установок опреснения морской воды.

Преимуществом данной многоступенчатой опреснительной установки является отсутствие в ней внешнего источника для подогрева пара. Ее недостатками являются повышенный расход электроэнергии вследствие значительных потерь электроэнергии при механическом сжатии пара, конструктивная сложность и повышенная стоимость опреснительной установки.

Известен способ работы парового компрессора, производящего механическое сжатие пара в многоступенчатой опреснительной установке (Дистилляционные опреснительные установки «Каскад» http://www.salut.ru/ViewTopic.php?Id=644). Согласно способу работы парового компрессора насыщенный пар из последней ступени многоступенчатого опреснителя с давлением 0,016-0,02 МПа сжимают в механическом паровом компрессоре до давления 0,03-0,036 МПа и подают в первую ступень этого опреснителя. Привод механического парового компрессора производят от электродвигателя, питаемого электроэнергией из внешней электрической сети. Исходную морскую воду подогревают в теплообменниках за счет теплоты дистиллята опреснительной установки и рассола обработанной в этой установке морской воды. Этот способ работы парового компрессора многоступенчатой опреснительной установки с механическим сжатием в нем насыщенного пара принят в качестве прототипа изобретения.

Недостатками этого способа-прототипа являются его недостаточная экономичность и повышенная стоимость, связанные с механическим процессом сжатия пара, конструктивная сложность и повышенная стоимость устройства для реализации этого способа вследствие применения в многоступенчатой опреснительной установке высокооборотного парового компрессора, мультипликатора и электродвигателя.

Задачей предлагаемого способа работы парового компрессора многоступенчатой опреснительной установки является устранение отмеченных недостатков способа-прототипа и повышение эффективности рабочих процессов установки.

Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого способа, является повышение экономичности процесса сжатия пара с уменьшением потребления электрической энергии, а также снижение стоимости опреснительной установки с паровым компрессором, реализующей предлагаемый способ.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе работы парового компрессора многоступенчатой опреснительной установки, согласно которому насыщенный пар с давлением 0,016-0,02 МПа подают в паровой компрессор из последней ступени многоступенчатой опреснительной установки, сжимают до давления 0,03-0,032 МПа и направляют в первую ступень этой установки, в паровом компрессоре, содержащем, по меньшей мере, две паровые емкости, открывают вход и закрывают выходы первой емкости, заполняют ее насыщенным паром из последней ступени многоступенчатой опреснительной установки, закрывают вход в первую емкость, производят термическое сжатие содержащегося в ней насыщенного пара с повышением его давления до 0,03-0,032 МПа путем его электрического нагрева за счет внешней электрической энергии, открывают выход сжатого пара из емкости и направляют его в первую ступень многоступенчатой опреснительной установки, при снижении давления пара в емкости до 0,03 МПа прекращают подачу сжатого пара в первую ступень многоступенчатой опреснительной установки, а паром, отводимым из емкости, нагревают морскую воду, при этом пар, охлажденный при нагреве морской воды, смешивают с паром низкого давления из последней ступени опреснительной установки и подают смесь пара в следующую паровую емкость, в которой последовательно выполняют те же процессы, что и в первой паровой емкости - заполняют паром низкого давления, термически сжимают пар, подают сжатый пар в первую ступень опреснительной установки, нагревают морскую воду, смешивают пар с паром низкого давления и подают в следующую паровую емкость, причем этапами работы парового компрессора управляют в соответствии с изменяющимися давлениями пара в паровых емкостях.

Устройство парового компрессора многоступенчатой опреснительной установки для реализации способа, содержащее трубопровод насыщенного пара низкого давления, вход которого связан с последней ступенью многоступенчатой опреснительной установки с давлением пара на ее выходе 0,016-0,02 МПа, трубопровод сжатого пара, выход которого связан с первой ступенью многоступенчатой опреснительной установки с давлением 0,03-0,032 МПа, также снабжено, по меньше мере, двумя паровыми емкостями с запорными органами для ввода в них пара, вывода из них пара и их опорожнения, электрическими нагревателями, манометрами, электрическими выключателями, теплообменником нагрева морской воды, струйным аппаратом смешения, состоящим из инжектора и камеры смешения, системой управления режимами работы парового компрессора, при этом электрические нагреватели связаны через выключатели с внешней электрической сетью, система управления связана импульсными линиями с запорными органами паровых емкостей, а также с выключателями, соединенными с внешней электрической сетью, причем вход каждой паровой емкости связан трубопроводом насыщенного пара с последней ступенью многоступенчатой опреснительной установки, а ее выход связан трубопроводом сжатого пара с первой ступенью многоступенчатой опреснительной установки, каждая паровая емкость связана трубопроводом опорожнения через теплообменник подогрева опресняемой морской воды со струйным аппаратом смешения, вход инжектора которого связан с трубопроводом выхода пара из теплообменника, а камера смешения связана трубопроводом насыщенного пара низкого давления с последней ступенью опреснительной установки, при этом выход струйного аппарата связан трубопроводом со следующей паровой емкостью парового компрессора.

В предлагаемом способе работы парового компрессора многоступенчатой опреснительной установки морской воды электрическую энергию, подводимую к электрическим нагревателям, установленным в первой и второй паровых емкостях, используют для нагрева и термического сжатия пара. В то время как в способе-прототипе механическое сжатие пара требует применения электродвигателя, мультипликатора и парового механического компрессора, что требует повышенного расхода электроэнергии из-за не высоких КПД высокооборотного механического парового компрессора, мультипликатора и электродвигателя. Применение парового компрессора с термическим сжатием пара в паровых емкостях способствует повышению экономичности, упрощению конструкции и уменьшению стоимости многоступенчатой опреснительной установки.

Техническая сущность предложенных в способе технических решений поясняется чертежом, где изображена схема устройства парового компрессора многоступенчатой опреснительной установки.

Устройство для реализации способа содержит: 1 - трубопровод подвода насыщенного пара из последней ступени многоступенчатой опреснительной установки, 2 - теплообменник, 3 - трубопровод морской воды, 4 - трубопровод опорожнения первой паровой емкости 8, 5 - запорный орган опорожнения первой паровой емкости 8, 6 - запорный орган входа пара в первую паровую емкость, 7 - запорный орган входа пара во вторую паровую емкость 11, 8 - первая паровая емкость, 9 - электрический нагреватель первой паровой емкости, 10 - манометр первой паровой емкости, 11 - вторая паровая емкость, 12 - электрический нагреватель второй паровой емкости, 13 - манометр второй паровой емкости, 14 - трубопровод выхода пара из первой паровой емкости, 15 - запорный орган на выходе пара из первой паровой емкости, 16 - электрическая сеть, 17 - трубопровод подачи сжатого пара в первую ступень многоступенчатой опреснительной установки, 18 - электрический выключатель первой паровой емкости, 19 - электрический выключатель второй паровой емкости, 20 - трубопровод выхода пара из второй паровой емкости, 21 - запорный орган выхода пара из второй паровой емкости, 22 - запорный орган опорожнения второй паровой емкости, 23 - трубопровод опорожнения второй паровой емкости, 24 - струйный аппарат с инжектором и смесителем, 25 - система управления.

Сущность способа и устройства для его реализации заключается в следующем.

По сигналам системы управления 25 открывают запорный орган 6, закрывают запорные органы 5 и 15 первой паровой емкости 8 многоступенчатой опреснительной установки и запорные органы 21, 22, 7 второй паровой емкости 11. По трубопроводу 1 подвода насыщенного пара низкого давления из последней ступени многоступенчатой опреснительной установки подают пар низкого давления 0,016-0,02 МПа в первую паровую емкость 8. После ее заполнения паром система управления 25 обеспечивает включение электрического выключателя 18 и электроэнергию из электрической сети 16 подводят к электрическому нагревателю 9 первой паровой емкости 8. Теплоту электрического нагревателя используют для нагрева и повышения давления пара в первой паровой емкости 8 до 0,03-0,032 МПа (на чертеже многоступенчатая опреснительная установка не показана). По сигналу манометра 10 после повышения давления пара в первой паровой емкости 8 до 0,03-0,032 МПа системой управления 25 по импульсным линиям подают управляющее воздействие на открытие выходного запорного органа 15 на выходе пара из первой паровой емкости 8. Из нее сжатый пар направляют в трубопровод 17 подачи пара к первой ступени многоступенчатой опреснительной установки. При снижении давления в первой емкости до 0,03 МПа по сигналу манометра 10 система управления производит закрытие выходного запорного органа 15 и открытие запорного органа 5 опорожнения первой паровой емкости 8. Отводимый из нее пар подают по трубопроводу 4 в теплообменник 2, теплоту этого пара используют для нагрева морской воды, подводимой в теплообменник 2 по трубопроводу 3. Пар со сниженным давлением при его охлаждении в теплообменнике 2 подают в инжектор струйного аппарата 24 и смешивают его в смесителе с паром низкого давления 0,016-0,02 МПа, подводимым в него по трубопроводу 1.

На втором этапе работы парового компрессора система управления 25 производит открытие входного запорного органа 7 и пар, вышедший из струйного аппарата 24, подают во вторую паровую емкость 11. Затем система управления 25 обеспечивает закрытие входного запорного органа 7, включает электрический выключатель 19 и электроэнергию из электрической сети 16 подают к электрическому нагревателю 12 второй паровой емкости 11. Теплоту электрического нагревателя 12 используют для повышения давления пара во второй паровой емкости 11 до давления 0,03-0,032 МПа. По сигналу манометра 13 после повышения давления пара во второй паровой емкости 11 до этого давления система управления 25 подает управляющее воздействие на открытие выходного запорного органа 21 и обеспечивает подачу сжатого пара по трубопроводу 17 в первую ступень многоступенчатой опреснительной установки. При снижении давления пара во второй паровой емкости до 0,03 МПа по сигналу манометра 13 система управления производит закрытие выходного запорного органа 21 и открытие запорного органа 22 опорожнения второй паровой емкости. Отводимый из нее пар подают по трубопроводу 23 в теплообменник 2, где его теплоту используют для нагрева морской воды, подводимой в теплообменник 2 по трубопроводу 3. Пар, охлажденный в теплообменнике 2, подают в инжектор смесительного аппарата 24 и смешивают его с паром низкого давления, подводимым в камеру смешения по трубопроводу 1 из последней ступени многоступенчатой опреснительной установки. Затем, как это описано выше, подают этот пар в первую паровую емкость 8.