Анализ использования трансформаторов теплоты в тепловых схемах термических опреснительных установок с контактным испарителем
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-3-74-82Ключевые слова:
парокомпрессионный трансформатор теплоты, опреснительная установка, конденсатор, испаритель, компрессор, рассол, пресная вода, рабочий агентАннотация
Использование термических опреснителей с контактным испарителем чрезвычайно актуально, поскольку процесс накипеобразования в таких установках за счет более низких температур морской воды и процесса испарения, протекающего в объеме, осуществляется менее интенсивно. Одним из способов повышения эффективности установок данного типа является включение трансформаторов теплоты (ТТ) в тепловые схемы опреснителей.
Представлены оригинальные технические решения интеграции парокомпрессионных ТТ в тепловые схемы опреснительных установок, в которых в качестве низкопотенциальных источников энергии ТТ используются теплота паровоздушной смеси, рассола, пресной воды. Предложена схема, в которой избытки теплоты в конденсаторе ТТ могут служить для упаривания рассола, что позволяет снизить негативное воздействие на окружающую среду за счет уменьшения выбросов концентрата, образующегося в ходе опреснения. Определены условия эффективного применения разработанных технических решений. Выполнены тепловые расчеты разработанных схем, термодинамические расчеты цикла работы опреснителя и парокомпрессионного ТТ с обоснованием низкокипящего рабочего агента. Проанализировано влияние солености, температур морской воды и осушки на эффективность работы ТТ в составе тепловой схемы термической опреснительной установки с контактным испарителем. На основе проведенных исследований установлено, что выбор низкопотенциального источника энергии для ТТ зависит от солености и температуры морской воды. Схема с утилизацией рассола неприменима при соленостях морской воды менее 12 г/л, а схема с использованием энергии пресной воды не сможет обеспечить требуемую производительность при температуре морской воды менее 11 °С. Наиболее эффективно изо всех рассмотренных вариантов применение теплоты пресной воды, однако при солености 35 г/л наиболее приемлемой является схема с утилизацией энергии рассола.
Библиографические ссылки
1. Алиева О.О. Технология утилизационного опреснения морской воды // Вестник науки и образования. 2022. № 1—1(121). С. 36—41.
2. Благин Е.В. и др. Исследование влияния процесса накипеобразования в теплообменниках предварительного подогрева дистилляционной опреснительной установки на эффективность их работы // Вестник Международной академии холода. 2019. № 2. С. 37—42.
3. Al-Anezi K., Hilal N. Scale Formation in Desalination Plants: Effect of Carbon Dioxide Solubility // Desalination. 2007. V. 204(1—3). Pp. 385—402.
4. Mohallel S.A. e. a. Assessment of Scaling Formation During Solar Desalination Using PHREEQC Modeling in El Gebail and El Qaa Plain Areas: Southwest Sinai // Renewables: WWS. 2016. V. 3(4). Pp. 1—7.
5. Татаринцев В.А. Влияние физико-химических свойств накипи на эффективность работы теплообменников // Промышленная энергетика. 2024. № 4. С. 28—34.
6. Татаринцев В.А. Особенности накипеобразования в трубах теплообменных аппаратов // Вестник Южно-Уральского гос. ун-та. Серия: «Энергетика». 2022. Т. 22. № 1. С. 97—105.
7. Благин Е.В., Горшкалев А.А., Корнеев С.С., Урлапкин В.В. Исследование возможности повышения эффективности дистилляционной опреснительной установки // Международный научно-исследовательский журнал. 2018. № 11—1(77). С. 63—69.
8. Bronskaya V.V. e. a. Improving the Efficiency of the Water Treatment System at the Thermal Station // Proc. VIII Intern. Conf. on Advanced Agritechnologies, Environmental Eng. and Sustainable Development. Krasnoyarsk, 2023. V. 390(1). P. 05010.
9. Shahzad M.W., Burhan M., Ybyraiymkul D., Ng K.Ch. Desalination Processes' Efficiency and Future Roadmap // Entropy. 2019. V. 21(1). Pp. 84—98.
10. Ng K.Ch. e. a. A Thermodynamic Platform for Evaluating the Energy Efficiency of Combined Power Generation and Desalination Plants // Clean Water. 2021. V. 4(1). Pp. 25—35.
11. Petersen N.H., Arras M., Wirsum M., Ma L. Integration of Large-scale Heat Pumps to Assist Sustainable Water Desalination and District Cooling // Energy. 2023. V. 289(2). P. 129733.
12. Св-во № 2024661609 РФ о гос. регистрации программы для ЭВМ. «SeaWaterPro» / Банников А.В., Козлова М.В., Лапшова В.М. // Бюл. 2024. № 6.
13. Козлова М.В., Банников А.В., Банникова С.А. Исследование работы термической опреснительной установки с контактным испарителем и компрессией паровоздушной смеси // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2024. № 5. С. 21—30.
14. Воронцов А.А., Баталкина С.А., Булыгин А.М., Нефедова Г.И. Солёностный режим Чёрного моря в последние пять лет // Труды Всерос. науч-исслед. ин-та гидрометеорологической информации — Мирового центра данных. 2023. № 191. С. 111—120.
15. Валле А.А., Губарев А.В., Полонский А.Б. Современное состояние банка океанологических данных Института природно-технических систем // Системы контроля окружающей среды. 2024. № 3(57). С. 88—98.
16. Sokolov P.S., Kozlova M.V., Bannikov A.V. Hygroscopic Method Application and Realization for Demineralization of Sea and Salted Water // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1683(5). P. 052006.
17. Ивлева Г.А., Гусев Н.Н. Анализ мирового опыта и научно-технических разработок в области кондиционирования опресненных высокоминерализованных вод для питьевых целей (применительно к шахтным водам Восточного Донбасса) // Горный информационно-аналитический бюл. 2011. № 10. С. 162—170.
18. Сигора Г.А. и др. Обзор методов переработки рассолов, образующихся в результате работы дистилляционных установок // Успехи современной науки. 2017. Т. 1. № 12. С. 140—146.
19. Пронин В.А., Кованов А.В., Калашникова Е.А., Цветков В.А. Перспектива использования озонобезопасных хладагентов с низким потенциалом глобального потепления в спиральных компрессорах. Ч. 1 // Омский научный вестник. Серия «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». 2021. Т. 5. № 4. С. 9—16.
20. Pabon Ju.J.G. e. a. Applications of Refrigerant R1234yf in Heating, Air Conditioning and Refrigeration Systems: a Decade of Researches // Intern. J. Refrigeration. 2020. V. 118. Pp. 104—113.
---
Для цитирования: Козлова М.В. Анализ использования трансформаторов теплоты в тепловых схемах термических опреснительных установок с контактным испарителем // Вестник МЭИ. 2026. № 3. С. 74—82. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-74-82.
#
1. Alieva O.O. Tekhnologiya Utilizatsionnogo Opresneniya Morskoy Vody. Vestnik Nauki i Obrazovaniya. 2022;1—1(121):36—41. (in Russian).
2. Blagin E.V. i dr. Issledovanie Vliyaniya Protsessa Nakipeobrazovaniya v Teploobmennikah Predvaritel'nogo Podogreva Distillyatsionnoy Opresnitel'noy Ustanovki na Effektivnost' Ih Raboty. Vestnik Mezhdunarodnoy Akademii Holoda. 2019;(2):37—42. (in Russian).
3. Al-Anezi K., Hilal N. Scale Formation in Desalination Plants: Effect of Carbon Dioxide Solubility. Desalination. 2007;204(1—3):385—402.
4. Mohallel S.A. e. a. Assessment of Scaling Formation During Solar Desalination Using PHREEQC Modeling in El Gebail and El Qaa Plain Areas: Southwest Sinai. Renewables: WWS. 2016;3(4):1—7.
5. Tatarintsev V.A. Vliyanie Fiziko-himicheskih Svoystv Nakipi na Effektivnost' Raboty Teploobmennikov. Promyshlennaya Energetika. 2024;4:28—34. (in Russian).
6. Tatarintsev V.A. Osobennosti Nakipeobrazovaniya v Trubah Teploobmennyh Apparatov. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo Gos. Un-ta. Seriya: «Energetika». 2022;22(1):97—105. (in Russian).
7. Blagin E.V., Gorshkalev A.A., Korneev S.S., Urlapkin V.V. Issledovanie Vozmozhnosti Povysheniya Effektivnosti Distillyatsionnoy Opresnitel'noy Ustanovki. Mezhdunarodnyy Nauchno-issledovatel'skiy Zhurnal. 2018;11—1(77):63—69. (in Russian).
8. Bronskaya V.V. e. a. Improving the Efficiency of the Water Treatment System at the Thermal Station. Proc. VIII Intern. Conf. on Advanced Agritechnologies, Environmental Eng. and Sustainable Development. Krasnoyarsk, 2023;390(1):05010.
9. Shahzad M.W., Burhan M., Ybyraiymkul D., Ng K.Ch. Desalination Processes' Efficiency and Future Roadmap. Entropy. 2019;21(1):84—98.
10. Ng K.Ch. e. a. A Thermodynamic Platform for Evaluating the Energy Efficiency of Combined Power Generation and Desalination Plants. Clean Water. 2021;4(1):25—35.
11. Petersen N.H., Arras M., Wirsum M., Ma L. Integration of Large-scale Heat Pumps to Assist Sustainable Water Desalination and District Cooling. Energy. 2023;289(2):129733.
12. Sv-vo № 2024661609 RF o Gos. Registratsii Programmy dlya EVM. «SeaWaterPro». Bannikov A.V., Kozlova M.V., Lapshova V.M. Byul. 2024. № 6. (in Russian).
13. Kozlova M.V., Bannikov A.V., Bannikova S.A. Issledovanie Raboty Termicheskoy Opresnitel'noy Ustanovki s Kontaktnym Isparitelem i Kompressiey Parovozdushnoy Smesi. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2024;5:21—30. (in Russian).
14. Vorontsov A.A., Batalkina S.A., Bulygin A.M., Nefedova G.I. Solenostnyy Rezhim Chernogo Morya v Poslednie Pyat' Let. Trudy Vseros. Nauch-issled. In-ta Gidrometeorologicheskoy Informatsii — Mirovogo Tsentra Dannyh. 2023;191:111—120. (in Russian).
15. Valle A.A., Gubarev A.V., Polonskiy A.B. Sovremennoe Sostoyanie Banka Okeanologicheskih Dannyh Instituta Prirodno-tekhnicheskih Sistem. Sistemy Kontrolya Okruzhayushchey Sredy. 2024;3(57):88—98. (in Russian).
16. Sokolov P.S., Kozlova M.V., Bannikov A.V. Hygroscopic Method Application and Realization for Demineralization of Sea and Salted Water. J. Phys.: Conf. Ser. 2020;1683(5):052006.
17. Ivleva G.A., Gusev N.N. Analiz Mirovogo Opyta i Nauchno-tekhnicheskih Razrabotok v Oblasti Konditsionirovaniya Opresnennyh Vysokomineralizovannyh Vod dlya Pit'evyh Tseley (Primenitel'no k Shahtnym Vodam Vostochnogo Donbassa). Gornyy Informatsionno-analiticheskiy Byul. 2011;10:162—170. (in Russian).
18. Sigora G.A. i dr. Obzor Metodov Pererabotki Rassolov, Obrazuyushchihsya v Rezul'tate Raboty Distillyatsionnyh Ustanovok. Uspekhi Sovremennoy Nauki. 2017;1(12):140—146. (in Russian).
19. Pronin V.A., Kovanov A.V., Kalashnikova E.A., Tsvetkov V.A. Perspektiva Ispol'zovaniya Ozonobezopasnyh Hladagentov s Nizkim Potentsialom Global'nogo Potepleniya v Spiral'nyh Kompressorah. Ch. 1. Omskiy Nauchnyy Vestnik. Seriya «Aviatsionno-raketnoe i Energeticheskoe Mashinostroenie». 2021;5(4):9—16. (in Russian).
20. Pabon Ju.J.G. e. a. Applications of Refrigerant R1234yf in Heating, Air Conditioning and Refrigeration Systems: a Decade of Researches. Intern. J. Refrigeration. 2020;118:104—113
---
For citation: Kozlova M.V. On the Use of Heat Transformers in the Process Circuits of Thermal Desalination Plants with a Direct Contact Evaporator. Bulletin of MPEI. 2026;3:74—82. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-74-82
