Создание семейства импортозамещающих энергосберегающих установок, основанных на применении инновационных технологий для опреснения морской воды и получения дистиллята из сточных вод производительностью до 10 м куб./час

Научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа по разработке семейства импортозамещающих энергосберегающих установок, основанных на применении инновационных технологий для опреснения морской воды и получения дистиллята из сточных вод производительностью до 10 м³/ч, позволила выявить большой потенциал научных исследований в данной области. Были определены основные способы опреснения морской воды. Рассмотрен вопрос нормативно-правового регулирования слива концентрированных рассолов и очистки сточных вод.В ходе оценки энергоэффективности дистилляционных установок были предложены показатели эффективности, которые могут быть использованы как для оценки термодинамического совершенства установок, так и для сравнительного анализа установок между собой. Наиболее объективным является показатель эксергетического КПД, который представляет собой отношение минимальной работы опреснения к действительной работе, совершаемой установкой. Для оценки возможностей регулирования термодинамическими параметрами установки было проведено исследование влияния этих параметров друг на друга. Было выявлено незначительное влияние температуры исходной воды на характеристики установки и предложено проектировать теплообменники подогрева в условиях наименее благоприятного режима по температуре. В целях оценки возможных путей повышения энергоэффективности установки выявлено влияние степени вакуумирования на отдельные узлы установки. Изучено влияние работы компрессора и солености морской воды на рабочий процесс установки; проанализирована возможность подключения установки к существующей инфраструктуре. Проведен анализ работы компрессора для рабочего колеса, разработанного для частоты вращения привода, равной 32000 об/мин. Анализ влияния солености на работу узлов установки показал, что напрямую изменение солености влияет только на работу теплообменников подогрева и испарителей-конденсаторов. Основными путями повышения энергетической эффективности установки видятся более полное использования тепла, которое производится некоторыми элементами установки (электродвигатель, мультипликатор, блок водоэжекции), а также определение более эффективных способов получения пара высокого давления. Представлены модели, позволяющие производить расчеты с учетом закономерностей теплообмена, реализуемого в конкретном элементе схемы опреснителя, с учетом зависимости констант равновесий и коэффициентов активностей от температуры, химического состава и концентрации, а также особенностей парообразования на поверхности нагрева при различных режимах работы аппарата. В результате анализа всех факторов, влияющих на скорость образования накипи, установлено, что скорость отложения накипи при низких температурах насыщения вторичного пара примерно в десять раз ниже, чем при высоких (100°С и более). Полученные результаты оценки возможности повышения энергоэффективности установки за счет изменения геометрических параметров позволяют сделать вывод о потенциальной работоспособности одноступенчатой установки. Анализ возможности повышения энергоэффективности установки показал, что потенциально эффективным является компоновка нескольких компрессоров в различных конфигурациях. Проведен анализ существующих методов утилизации и переработки высококонцентрированных солевых растворов, которые образуются в результате эксплуатации опреснительных установок. При сбросе отработанных вод после опреснения в море целесообразно использовать рассредоточенные водовыпуски, обеспечивающие максимально полное разбавление сбрасываемых вод. Наилучшим вариантом утилизации высокоминерализованных солевых вод будет получение солей в твердом виде, что удобно и при транспортировке. Проведенное исследование возможности создания установки с приводом от воздушного вентилятора показало принципиальную возможность использования воздуходувок для привода установки. Определены условия возникновения и поддержания режима пленочного испарения в испарителе-конденсаторе, показавшие возможность регулирования производительности ступени за счет изменения расхода циркулируемой воды. Проведен сравнительный анализ компоновок теплообменников предварительного подогрева, который показал, что пластинчато-ребристый теплообменник обладает наилучшими массогабаритными характеристиками и средними величинами гидравлических потерь. Разработана методика определения потребной мощности трубчатого электронагревателя, показавшая, что при использовании ТЭН малой мощности время выхода на рабочий режим значительно увеличивается, особенно в случае отсутствия теплоизоляции на поверхности испарителя-конденсатора. Проведен анализ влияния географического расположения установки выпарной вакуумной на ее энергетические характеристики, показавший, что разрабатываемая для Крыма установка может быть без значительных переделок использована в основных местах, где наблюдается дефицит пресной воды.