СОЛНЕЧНЫЕ ОПРЕСНИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Cуществующие типы солнечных установок для опреснения морской воды и обессоливания минерализованной воды можно разделить на три группы

1.Опреснители бассейнового типа, в которых солнечная энергия используется непосредственно для испарения воды в процессе дистилляции. В качестве дополнительного источника энергии’ может использоваться, например, нагретая охлаждающая вода;

2.Установки с процессами увлажнения воздуха и конденсации паров и многократным использованием солнечной энергии в многоступенчатых или параллельно включенных расширителях-испарителях, при этом пере нос водяных паров осуществляется вследствие конвекции воздуха;

3.Установки, в которых источником энергии служит солнечная радиация, но принцип работы их подобен обычным топливным опреснительным установкам, причем движение рабочей жидкости и водяных паров осу ществляется с помощью насоса и вакуум-насоса.

СОЛНЕЧНЫЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ (ДИСТИЛЛЯТОР) БАССЕЙНОВОГО ТИПА

Солнечные опреснители. Население ряда районов юга страны испытывает острый дефицит пресной воды, и в то же время там имеются значительные запасы соленых вод, непригодных для питья. Обессоливание минерализованных вод или опреснение морской воды успешно осуществляется с помощью солнечной энергии. Первая в мире гелиоустановка для обессоливания загрязненных минерализованных вод была построена в поселке Лас Салинас на севере Чили еще в 1872г. и в течение 36 лет снабжала пресной водой рудник, давая в день 20 м3 питьевой воды. Это была простая установка бассейнового типа, занимавшая площадь 4600 м2

Устройство и принцип работы солнечной опреснительной установки бассейнового типа наглядно иллюстрируются схемой, приведенной на рис. Морская или минерализованная вода, заполняющая мелкий бассейн с теплоизоляцией и гидроизоляцией, под действием поглощаемой солнечной энергии испаряется, а образующиеся водяные пары конденсируются на наклонной стеклянной крыше бассейна, и капли дистиллята стекают в приемный желоб, откуда этот дистиллят по трубкам через гидрозатвор отводится в емкость для его сбора

Солнечный опреснитель (дистиллятор) бассейнового типа:

1 — минерализованная вода; 2 —бассейн; 3 — теплоизоляция; 4 — гидроизоляция; 5 — стеклянная крыша; 6 — конденсат; 7—приемный желоб; 8 — трубка для дистиллята

ПЛАСТМАССОВЫЙ ДИСТИЛЛЯТОР С ПОДОГРЕВОМ ВОДЫ

На рис. показана несколько измененная конструкция сол нечного опреснителя, имеющего двойную полусферическую оболочку из прозрачной пластмассы. Внутри оболочки движется минерализованная вода, подводимая по нижнему патрубку и отводимая по верхнему патрубку. Благодаря этому производится предварительный подогрев воды за счет теплоты конденсации паров.

1 — морская вода; 2 — корпус бассейна; 3 — теплоизоляция; 4 — гидроизоляция; 5 — внутренняя прозрачная оболочка; 5 —конденсат; 7

— дистиллят; 8 — отвод дистиллята; 9 —наружная прозрачная оболочка; 10 — холодная вода 11 — нагретая вода

Первая в СССР опытно-производственная солнечная установка для обессоливания минерализованных вод была сооружена в 1968 г. в поселке Бахарден в пустыне Кара-Кум в Туркмении. Она имела площадь 600 м2, летом давала от 2,4 до 4 л пресной воды в день с 1 м2 площади бассейна и обслуживала овцеводческую ферму.

Начиная с 60-х годов в различных странах был сооружен ряд крупных солнечных опреснительных установок бассейнового типа. В настоящее время в мире эксплуатируется не менее 25 мощных солнечных установок для опреснения морской воды с единичной площадью бассейна от 100 до 30000 м2 с суммарной площадью более 50 тыс. м2 и общей производительностью более 200 м3 пресной воды в день. Наиболее крупная солнечная опреснительная установка эксплуатируется с 1984 г. в Абу-Даби которая была разработана совместно США и Японией.

Это установка нового типа, и расчетная производительность составляет 120 м3 пресной воды в день, а фактически достигнутая среднегодовая производительность 80 м3 в день. К числу крупных солнечных опреснительных установок относятся четыре установки в Греции — на островах Патмос (площадь бассейна 8500 м2, производительность 40 м3 дистиллята в день), Кимолос и Сими (площадь 2600—2800м2), две установки в Кубер Педи в Австралии производительностью 14 м3 в день, установка в Пакистане (Гвадар) площадью 16 000 м2 и производительностью 60 м3 пресной воды в день. Установки большой производительности построены также в Испании, Индии и других странах.

Для нагревания от 20 до 50 °С 1 кг или 1 л воды и ее испарения требуется около 2400 кДж теплоты или 670 кВт-ч на 1 м3 воды. В течение летнего солнечного дня на 1 м2 поступает около 20 МДж солнечной энергии, при КПД солнечного опреснителя 0,36 за день испаряется слой воды толщиной 3 мм.

СХЕМА МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ОПРЕСНИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ МГНОВЕННОГО ВСКИПАНИЯ

Схема такой дистилляционной установки показана на рис. 39. Морская вода проходит последовательно через ряд конденсаторов, встроенных в испарители, где нагревается, а затем многократно испаряется в камерах испарения. Пар конденсируется в трубках конденсаторов и в виде дистиллята стекает в емкости, откуда выводится потребителю. Неиспарившаяся вода в первой ступени переливается в качестве питательной во второй испаритель и т. п. Концентрация солей по ступеням возрастает, достигая максимальной в последнем корпусе. Давление в корпусах от ступени к ступени уменьшается, и температура кипения воды снижается, что способствует предупреждению выпадания солевых

отложений. Установки мгновенного вскипания бывают с поверхностной и контактной конденсацией водяных паров. В первом случае вторичный пар конденсируется при охлаждении его через стенку встречным потоком холодной воды, во втором — при смешении с потоком охлажденного рециркулирующего дистиллята.

1 — паровые эжекторы; 2 — конденсатор эжекторов; 3 — теплообменник-кои-денсатор; 4 — подогреватель; 5 — адиабатный испаритель; 6 — насос.

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К ГЕЛИОТЕХНИКЕ, А БОЛЕЕ КОНКРЕТНО К СОЛНЕЧНЫМ ОПРЕСНИТЕЛЬНЫМ УСТАНОВКАМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является солнечная опреснительная установка, содержащая теплоизолирующий кожух с нижней теплоемкой панелью, над которой установлены ряд выпуклых промежуточных панелей со сборниками конденсата по периферии, подведенные к кожуху патрубки для подачи соленой воды и отвода опресненной воды и коллектор для отвода рассола. Подача соленой воды осуществляется через размещенные между панелями оросители для равномерного распределения воды, подключенные к патрубкам для подачи соленой воды.

В этой установке реализуется регенерация тепла, выделяющегося при конденсации паров воды на нижней поверхности каждой последующей панели, используемого для испарения соленой воды с верхней поверхности указанных панелей.

Однако эта известная опреснительная установка вследствие принятого способа подвода соленой воды к каждой панели через разветвленную систему оросителей неэффективна и ненадежна в работе в условиях обеспечения достаточно большой ее производительности.

Для достижения поставленной цели в известной установке, содержащей теплоизолирующий кожух с теплоемкой нижней панелью и рядом установленных над ней промежуточных панелей со сборниками конденсата, указанные панели выполнены с отбортовкой в виде противней и снабжены установленными между смежными панелями дренирующими трубками, верхние обрезы которых расположены в горизонтальных плоскостях, лежащих выше поверхности соответствующих панелей и ниже краев отбортовок этих панелей. При этом патрубок подачи соленой воды подведен к поверхности верхней промежуточной панели, а дренирующие трубки нижней панели объединены в коллектор для слива рассола.