В статье рассматриваются вопросы опреснения и очищения составе воды от минерализованных смесей, обосновываются удобства использования солнечной энергии в данной отрасли.
Ключевые слова: солнечная энергия, пресной воды, гелиоопреснение, теплообменник, производительность установки, дистиллят, солнечное опреснение, концентратор.
Население ряда районов мира и республик Средней Азии испытывает острый дефицит пресной воды и это ощущается на территории более 40 стран, расположенных главным образом в аридных, а также засушливых областях и составляет около 60 % всей поверхности земной суши и по расчётам, к началу 21 века достигло 120–150·109 м3 в год. Этот дефицит может быть покрыт опреснением солёных (солесодержание более 10 г/л) и солоноватых (2–10 г/л) океанических, морских и подземных вод [1, 2].
В связи с этим, разработка и создание эффективной комбинированной солнечной установки предназначенной для получения пресной воды, теплохладоснабжения теплицы и овощехранилища является актуальной задачей.
Стремление увеличить производительность опреснителей привело к созданию многоступенчатых систем. В них теплота конденсации пара многократно используется для выпаривания рассолов с отдельных цистерн и резервуаров. У нас и за рубежом ведутся исследования по отысканию как конструкционных материалов, снижающих стоимость опреснения, так и способов, повышающих эффективность процесса гелиоопреснения.
Уже в настоящее время недостаток пресной воды термозит развитие многих экономических районов. Положение усугубляется тем, что решение проблемы опреснения соленых вод наиболее затруднительно в условиях строительства из-за отсутствия достаточной энергетической базы. Одним из вариантов комплексного решения водо- и энергоснабжения является строительство опреснителей, работающих на выхлопе газовых турбин. Преимущества такой установки несомненны. Газовая турбина не требует качественной воды, много дешевле паровой по капитальным затратам, может быть пущена в более короткий срок. Что касается опреснителей, работающих на тепле продуктов сгорания топлива, то в практике опреснения такие установки известны [1].
Принцип работы установки заключался в следующем: в раскаленные продукты сгорания топлива с помощью форсунки впрыскивалась соленая вода и практически мгновенно испарялась. После очистки на электрофильтре парогазовая смесь поступала в конденсатор, охлаждаемый исходной соленой водой.
Для работы в блоке с газовой турбиной может быть применена многоступенчатая установка мгновенного вскипания, у которой в качестве головного подогревателя применен контактный аппарат каскадного или барбатажного типа в зависимости от давления выхлопа. Исходная вода только нагревается газами, затем само испаряется, что исключает из процесса обработку парогазовой смеси [1].
Собственно опреснитель может быть выполнен в виде многоступенчатого аппарата с трубчатыми теплообменниками или в виде установки с гидрофобным теплоносителем.
Применение опреснителя с гидрофобным теплоносителем позволяет опреснять воды любого солевого состава без боязни отложений накипи.
Существенный научный и практический интерес представляет изыскание гидрофобного теплоносителя, который мог бы быть использован в качестве рабочей жидкости в контактном аппарате, что значительно повысит экономичность установки.
Как показывает расчет, 12-ти ступенчатый опреснитель работающий на выхлопе серийной газовой турбины ГТ-100–750–2 может дать до 880 тонн пресной воды в час при работе с рециркуляцией выхлопных газов после контактного аппарата для приготовления рабочей смеси турбины [1].
При работе без рециркуляции выхлопных газов может быть достигнута производительность установки 450–500 т/час. Еще большие перспективы открываются при использовании специальных газовых турбин с повышенными параметрами выхлопа. В этом случае на тепле выхлопа может работать парогенератор или водогрейный котел, а опреснитель будет замыкать цепочку.
Возможность получения пресной воды по изложенному способу была проверена на опытном стенде в г. Шевченко при испытаниях головной ступени опытно-промышленной опреснительной установки при работе на воде? Каспийского моря [1].
Приведенный анализ по экономике солнечного опреснения указывает на отсутствие единого подхода при определении себестоимости дистиллята. Сопоставления экономических показателей солнечного опреснения с показателями других способов водоопреснения, приведенные в работах, [1, 2, 3] подтвердили экономические преимущества солнечного опреснения перед такими наиболее распространенными способами, как мгновенное вскипание, многоступенчатая выпарка и парокомпрессионная дистилляция в тех сходных случаях, когда производительность установок небольшая, т.е предназначенных для питьевого водоснабжения малочисленных и рассредоточенных потребителей.
Расчеты показали, что солнечное опреснение экономически выгоднее доставки пресной воды авто водовозами в местах: а) где минерализация исходной воды 10 г/л и источник пресной воды находится на расстоянии более 35 км; б) где минерализация исходной воды доходит 40 г/л и расстояние от пресного источника больше 45 км. Таким образом, из многочисленных рассмотренных регенеративных солнечных опреснителей наиболее рациональным является опреснитель, состоящий из солнечно парового котла с параболоцилиндрическим концентратором, работающим в блоке с опреснительной установкой с термодинамическим тепловым контуром [2, 3].
Установлено, что для некоторых районов Средней Азии опреснение воды с использованием солнечной энергии более рентабельно, чем опреснение на базе привозного топлива [1, 3].
Таким образом, многофункциональная комбинированная солнечная установка «гелиотеплица- опреснитель- овощехранилище» на основе принципиально новой технологии для получения пресной воды, теплохлодоснабжения теплицы и овощехранилища позволяет сэкономить 35–45 % топлива- энергетических ресурсов при выращивании и хранение овощей, а также обеспечить горячей водой и дисстилятом (пресной водой) [4].
Литература:
- Горшенев В. Г. и др. Гелиоопреснительная установка индивидуального пользования // Теплоэнергетика. –М.: № 2.2001.-С. 14–16.
- Вардияшвили Асф.А. Теплофизика испарения и конденсации в гелоопреснителе с термодинамическим контуром. Республика Кыргызстан. Ош. междн. журнал 2009 г. № 1 –с. 71–73.
- Асф. А.Вардияшвили, А. Абдурахмонов, А. Б. Вардияшвили. Расчёты моделирования тепло-и массообменных процессов в параболоцилиндрическом гелиоопреснителе. //Кимёвий технология назорат ва бошқарув. Халқаро илмий-техникавий журнал. Тошкент № 5/2010 г. 30–30 бетлар.
- Асф.А.Вардияшвили, А. А. Абдурахмонов и др. Расчет солнечной комбинированной установки «теплица-опреснитель-овощехранилище» с применением математического моделирования. Материали сборника респуб. научно-прак. конф. ТАТУ Каршинский филиал. Г. Карши, -2012г. с. 457–459
