Тема 5. Обработка пара и конденсата
5.1. Метод дистилляции
Очистка (опреснение) вод с высоким солесодержанием, включая морские, а также переработка высокоминерализованных сбросных растворов в целях защиты окружающей среды и выделения ценных компонентов для повторного использования – важнейшие научно-технические проблемы. Обработка высокоминерализованных вод и растворов может осуществляться, во-первых, удалением из воды растворенных примесей, что реализуется, как правило, без фазовых переходов растворителя (воды) в парообразное или твердое состояние; во-вторых, методом извлечения из раствора молекул Н2О, основанным на изменении их агрегатного состояния (методом дистилляции).
При нагревании водных растворов молекулы воды приобретают энергию, превышающую силы молекулярного притяжения, и выносятся в паровое пространство. Когда давление насыщенного пара Н2О становится равным внешнему давлению, вода начинает кипеть. Ионы и молекулы растворенных веществ, содержащихся в воде и находящихся в гидратированном состоянии, не имеют такого запаса энергии и переходят в пар при невысоких давлениях в весьма незначительном количестве. Таким образом, организовав процесс кипения водных растворов, можно разделить растворитель (воду) и содержащиеся в ней примеси. Дистилляция (термическое обессоливание) реализуется в испарительных установках (рис. 5.1), в которых вода за счет получения теплоты от подводимого в нагревательную систему первичного пара превращается во вторичный пар, который затем конденсируется. Первичный пар обычно отбирается от паровой турбины. Вещества, загрязняющие воду, остаются в объеме испаряемой воды и удаляются из испарителя с отводимой (продувочной) водой. Дистиллят – конденсат вторичного пара – содержит лишь незначительное количество нелетучих примесей, поступающих в него за счет капельного уноса испаряемой воды (концентрата).
|
Рис.5.1. Принципиальная схема испарительной установки: 1 – линия подвода первичного пара; 2 – греющая секция; 3 – корпус испарителя; 4 – линия отводаобразующегося (вторичного) пара; 5 – конденсатор; 6 – линия отвода конденсата первичного пара; 7 – линия подвода питательной воды; 8 – линия продувки; 9 – линия опорожнения; 10 – линия отвода дистиллята
|
Рис.5.2. Схема трёхступенчатой установки с последовательным питанием:
1 – линия подвода греющего пара; 2, 3, 4 – испаритель соответственно 1...3-й ступеней; 5 – линия отвода вторичного пара; 6 – конденсатор; 7 – линия отвода конденсата; 8 – линия подвода питательной воды; 9 – подогреватель питательной воды; 10 – продувочная линия
Питание многоступенчатой установки может осуществляться по параллельной схеме с питанием каждого испарителя из общего коллектора, но чаще – по последовательной схеме, как показано на рис. 5.2. При этом всю питательную воду, которая должна соответствовать требованиям ПТЭ 4.8.37, подают в первую ступень установки, а затем после частичного испарения вода пepетекает в следующую ступень, а из последней сбрасывается в дренаж или в доупариватель, если не допускается сброс продувочных вод. При такой схеме концентрация растворенных в выпариваемой воде веществ во всех, кроме последней, ступенях ниже, чем при параллельном питании за счет увеличения продувки из них при одном и том же значении конечной продувки. В то же время потери теплоты с продувочной водой уменьшаются. Многоступенчатые испарительные установки обычно используются на ТЭЦ с большими общими и внешними потерями пара и конденсата. Одноступенчатые испарительные установки применяются на КЭС при небольших потерях (1–3 %) и включаются в схемы переработки сточных вод ВПУ при запрещенных сбросах.
Для испарительных установок мгновенного вскипания, называемых также адиабатными или «флеш», не требуется высокое качество питательной воды, так как в этих установках процесс испарения воды при вскипании осуществляется без передачи теплоты через поверхность. Вскипание воды в камере испарения происходит за счет ее предварительного подогрева до температуры, превышающей на несколько градусов температуру насыщения. Так как температура насыщения непосредственно зависит от давления насыщения, то при осуществлении вскипания при давлении ниже атмосферного (при вакууме определенной глубины) можно организовать работу испарителей рассматриваемого типа при температуре менее 100 °С, что снижает вероятность накипеобразования.
Рис.5.3. Одноступенчатый испаритель мгновенного вскипания
Одноступенчатый испаритель мгновенного вскипания с принудительной циркуляцией (рис.5.3) работает следующим образом. Исходная вода поступает в конденсатор 1, после которого часть ее направляется в камеру испарения 3. Циркуляционный насос 5 забирает воду из камеры испарения и прокачивает ее через подогреватель 6, возвращая воду через сопло 2 в корпус испарителя. При отсосе неконденсирующихся газов паровым эжектором 8 определяется снижение давления в камере ниже давления насыщения пара, вследствие чего происходит испарение с поверхности капель и зеркала. Сепарация капель влаги осуществляется в устройстве 7. Дистиллят откачивается из испарителя насосом 4, его количество в одноступенчатых установках примерно равно количеству конденсирующегося греющего пара.