Verfahren zur Aufbereitung salzhaltigen Wassers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung salzhaltigen Was sers-insbesondere für Kesselspeisezweeke -mittels Ionenaustausches. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Das Verfahren naeh der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es unter Verwendung einer Anlage durchgeführt wird, in welcher die Ionenaust. auschmasse in mindestens einem Be hälter in einem Kreis angeordnet ist, wobei ein Teil des Kreises die Aufbereitungszone und der übrige Teil des Kreises die Regene- rationszone darstellt und während des unun- terbrochenen Betriebes der Anlage frisch re generierte Austauschmasse aus der Regenerationszone in die Aufbereitungszone und er schöpfte Austauschmasse aus der Aufbereitungszone in die Regenerationszone gelangt.
Zweckmässig ist es, wenn der Eintritt des Wassers in die Aufbereitungszone und der Eintritt der Masse in die Regenerationszone sowie der Austritt des Wassers aus der Auf- bereitungszone und der Austritt der Masse aus der Regenerationszone an benachbarten Stellen erfolgt. Die Vorrichtung zur Durch- führung des Verfahrens ist dadurch gekenll- zeichnet, dass sie mindestens einen Behälter für die in einem Kreis angeordnete Aus tauschmasse, und Einrichtungen zur Zufüh- rung des aufzubereitenden Wassers und zur Abführung des aufbereiteten Wassers sowie Zu- und Abführungsvorrichtungen für das Regenerationsmittel besitzt.
Die Austausch- masse kann zum Beispiel in einem einzigen ringförmigen Behälter angeordnet sein, und in diesem können sowohl die Aufbereitungs- zone als auch die Regenerationszone relativ zur Gesamtaustauschmasse versehiebbar sein.
Zweckmässig kann in diesem ringförmigen Be hälter eine'Transporteinrichtung vorgesehen sein, welche die Austausehmassen in dem Be hälter in der Richtung befördert, die von der Eintrittsstelle des aufzubereitenden Wassers in den Behälter über die Regenerationszone der Masse zu der Austrittsstelle des gereinigten Wassers aus dem BehÏlter verlÏuft. Es kann aber auch eine Dreheinrichtung für den die Austauschmasse enthaltenden Behälter vorgesehen sein, welche es ermöglicht, beim Drehen des Behälters dessen dafür vorgesehene Ansehlüsse an die Zu-bzw. Ableitung des Wassers und der Regenerierungsflüssigkeit nach Wahl und Erfordernis heranzuführen.
Femer können auch zur Aufnahme der Austausehmasse mehrere in einem Kreis angeordnete Behälter vorgesehen sein, wobei in den in einem Teil des Kreises angeordneten Behältern die Aufbereitung des Wassers und in den im andern T'eil des Kreises angeord- neten Behältern die Regeneration der Masse erfolgt. Die Zugehörigkeit der einzelnen Be hälter zu der für den einen oder den andern Verwendungszweek bestimmten Teilmenge kann jeweils entsprechend der in ihnen durchzuführenden Aufgabe wechseln.
Bekanntlich kann im neuzeitliehen Kesselbetrieb häufig nur solches Speisewasser verwendet werden, das einen möglichst hohen Reinheitsgrad besitzt. Dies ist besonders für solche Kesselanlagen erforderlich, die zum Beispiel mit Zwanglauf und sehr hohen Tem peraturen arbeiten, deren weitere Steigerung nur von den Eigenschaften der im Kesselbau verwendeten Stähle abhängig ist. Zur Auf- reehterhaltung eines ungestörten Kesselbetriebes muss aber auch die Zufuhr von. Speisewasser, das zum Beispiel in Ionenaustausehanlagen aufbereitet wird, stetig und unabhän gig von Störungen erfolgen.
Die Erfindung weist einen Weg, um mit verhältnismässig einfachen Mitteln die ununterbroehene Zufuhr von gereinigtem Speisewasser sowie eine wirksame Aufbereitung des Speisewassers und Regeneration der Austauschmasse durchzu- f hren, ohne dass störende Betriebsunterbre chungen der Aufbereitungsanlage oder ge fährliche Durchbrüche durch die Aufberei tmgsanlage eintreten können, welche die Sicherheit des Betriebes der Kessel-oder der Dampfkraftanlage beeinträchtigen w rden.
Aus der Zeichmmg sind als Beispiel für das erfindungsgemässe Verfahren schematiseh dargestellte Durehführungsmögliehkeiten der Aufbereitung salzhaltigen Wassers ersichtlich.
In Fig. 1 ist die Versehiebbarkeit bestimmter Teile der Austauschmassen relativ zur Gesamtaustauschmasse veranschaulicht. Aus Fig. 2 geht die Verschiebbarkeit dieser Teile innerhalb eines Behälters hervor. In Fig. 3 ist die jeweils wechselnde Zusammengehörigkeit mehrerer Behälter zu einer Aufbereitungs- bzw. Regenerationsabteilung dargestellt. Die Fig. 4 und 5 zeigen die Anordnung von drei Behältern in versehiedenen Schaltungsmög- lichkeiten.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird die mit 1 bezeichnete Austauschmasse, welche einen Teil einer ringförmigen Austauschmasse darstellt, vom aufzubereitenden Wasser in Pfeilrichtung durchflossen. Die Eintrittsstelle des Wassers in die Austauschmasse ist mit 2 und seine Austrittsstelle aus der Masse mit 3 bezeichnet.
Von diesen beiden Stellen wird die Aufbereitungszone a der Austauschmasse begrenzt. Je nach dem Erschöpfungsgrad der in dieser Zone befindlichen Austauschmasse oder nach einem vorher festgelegten Zeitpunkt kann diese Zone in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Weise relativ zur Gesamtaus- tauschmasse versehoben werden, so dass danach wieder eine einwandfrei austauschende Masse in der zwischen den Ein-und Austritts ¯ffnungen 2' bzw. 3' f r das zu-reinigende Wasser befindliehen Austauschzone a'mit dem aufzubereitenden Wasser in Berührung gebracht wird. Benachbart zu der Aufbereitungszone befindet sich die hier nicht dargestellte Regenerationszone, in der die Aus tausehmasse regeneriert wird.
Diese Regene- rationszone ist von einer Ein-und Austrittsstelle für die Regenerierungsflüssigkeit begrenzt und versehiebt sich relativ zur Ge- samta, ustauschmasse in einer Weise, die der Versehiebung der Austauschzone entspricht.
Die Verschiebbarkeit der Austausch-und Regenerationszone geht besonders anschau- lich aus Fig. 2 hervor. Hier ist der die Austauchmasse 1 enthaltende Behälter ringför- mig ausgebildet. Die Eintrittsstelle des aufzubereitenden Wassers in diesen Behälter ist mit 2 und die Austrittsstelle des gereinigten Wassers aus diesem Behälter mit 3 bezeich- net. Die zwisehen diesen beiden Stellen befindliehe und vom aufzubereitenden Wasser in Pfeilriehtung durehflossene Zone der Austauschmasse ist mit A bezeichnet. Benachbart zu dieser Ein und Austrittsstelle befinden sich die hier nicht gezeigten Ein-und Austrittsstellen für die Regenerierungsflüssigkeit.
Zwischen diesen Stellen befindet sich die Re generationszone R, die von der Regenerie- rungsflüssigkeit durehflossen wird. Je nach dem fortschreitenden Grad der Erschöpfung der Austauschmasse oder nach einem vorher willkürlich bestimmten Zeitpunkt wird die Zone der Aufbereitung innerhalb der Aus tausehmasse verschoben, wie es durch den gestrichelten Pfeil und die Ein-und Austrittsstelle 2'bzw. 3'des Wassers angedeutet ist.
In entsprechender Weise verschieben sich auch die hier nicht gezeigten Ein-und Austritts stellen für die Regenerierungsflüssigkeit und somit auch die Regenerationszone.
Die Verschiebung der Aufbereitungs-sowie der Regenerationszone relativ zur Gesamtaus tauschmasse kann nicht nur stÏndig, sondern auch absatzweise fortwährend erfolgen. Sie kann mittels einer'Transportvorriehtwg durchgeführt werden, welche die Gesamtaustauschmasse zum Beispiel in einem ringför- migen feststehenden BehÏlter in der Richtung befördert, die von der Eintrittsstelle des aufzubereitenden Wassers in den Behälter über die Regenerationszone des Wassers zu der Austrittsstelle des gereinigten Wassers aus dem Behälter verläuft. Man kann aber auch den die Austauschmasse enthaltenden ringförmigen Behälter selbst, zum Beispiel um seine Mittelachse, drehen und ihn dabei an den an festen Orten befindlichen Ein-bzw.
Austrittsstellen sowohl des Wassers als auch der Regenerierungsflüssigkeit vorbeiführen und in geeigneter Weise mit diesen Stellen verbinden.
Naeh Fig. 3 sind mehrere, Austauschmassen enthaltende und mit 4 bezeichnete BehÏlter in Form eines Kreises angeordnet. Das aufzubereitende Wasser durchfliesst nacheinander eine gewisse Anzahl oder Gruppe dieser Behälter, die es dann als ausreichend gereinigtes Wasser verlässt. Die zu dieser bestimm- ten Anzahl von Behältern gehörenden ersten Ein-bzw. letzten Austrittsstellen des Wassers sind auch hier mit 2 bzw. 3 bezeichnet. In den nieht vom aufzubereitenden Wasser durchflossenen restlichen Behältern wird die Regenerierung der Austauschmasse durchgeführt. Die Anzahl der f r die Regenerierung benötigten Behälter richtet sich nach dem Aus tauschvermögen der Masse und dem Fassungsvermögen der einzelnen Behälter.
Ist die zuerst vom aufzubereitenden Wasser durchflos- sene Masse im ersten der zu dieser Anzahl gehörenden Behälter erschöpft oder die für den Ionenaustausch für diesen Behälter von vornherein festgesetzte Zeitdauer abgelaufen, so wird dieser Behälter vom Durchfluss des aufzubereitenden Wassers abgeschaltet und die Eintrittsstelle des aufzubereitenden Wassers zu dem in dieser Gruppe folgenden näch- sten Behälter verlagert.
Damit aber die Anzahl der zur Aufbereitung des Wassers dienenden Behälter gleich bleibt, wird in geeig- neter Weise der Behälter, der von der Re generierungsflüssigkeit als letzter durchflos- sen worden ist und sich jetzt im voll gebrauchsfähigen Zustand befindet, der zur Auf- bereitung des Wassers dienenden Behälter- gruppe nachgeschaltet. Diesem neuen Betriebszustand entsprechend sind die Ein-und Aus trittsstellen des Wassers mit 2 ! bzw. 3'bezeichnet. Demzufolge verschiebt sich auch die Gruppe derBehälter, in denen die Regeneration der Masse durchgeführt wird.
Hierdurch kann man erreichen, dass immer eine frisch regenerierte Austauschmasse als letzte in den Durchfluss des aufzubereitenden Wassers naehgeschaltet wird.
In den Fig. 4 und 5 sind drei Austausch- massen enthaltende Behälter 4 dargestellt, die in Ringform hintereinander geschaltet sind.
Das aufzubereitende Wasser tritt hier über die Leitung'2 in die Rlingleitung, welche die Behälter 4 untereinander verbindet. Die Abführung des gereinigten Wassers erfolgt über die Leitung 3, die von der zwischen diesen beiden Behältern und dem dritten Behälter befindlichen Ringleitung abzweigt. Durch geeignete Leitungsführung und Absperrorgane lässt sich erreichen, dass jeweils zwei Behälter vom aufzubereitenden Wasser durchflossen werden, während der dritte Behälter von diesem Durchfluss ausgenommen wird. Während dieser Zeit kann die Austauschmasse des dritten Behälters regeneriert und danach dem letzten der bisher zur Aufbereitung des Wassers dienenden Behälter nachgeschaltet werden.
Gleichzeitig wird der zuerst vom aufzu- bereitenden Wasser durehflossene Behälter, dessen Austauschmasse jetzt mehr oder weniger erschöpft ist, vom Durchfluss des Wassers abgeschaltet und seine Austauschmasse regeneriert. Wird die Austauschmasse eines jeden Behälters so bemessen, dass sie allein für die volige Aufbereitung des Wassers genügt, so ist es möglich, den ersten der beiden jeweils hintereinander geschalteten Behäl ter bis zur völligen Erschöpfung der Masse auszufahren.
Hierbei braueilt nicht befiirchtet zu werden, dass schädliche lonendurchbrüche in die Reinwasserleitung erfolgen können, da in den Durchflu¯ des Wassers immer noch ein zweiter Behälter mit seiner frisch regene rierten und voll austauschfÏhigen Masse nachgeschaltet ist, welche unerwünschte Ionen- durchbrüche auf jeden Fall unschädlich macht. Das Umschalten des Durehflusses des aufzubereitenden Wassers von einem Behälter zu dem andern und die Abschaltung des BehÏlters mit der zu regenerierenden Austausch- masse kann auch zu einem Zeitpunkt erfolgen, der nicht mit der völligen Erschöpfung der Austauschmasse des vorgeschalteten Behälters zusammenfällt. Zur Regenerierung der Massen können die einzelnen Behälter in ähnlicher Weise auf die Zu-bzw.
Ableitungen der Re generierungsflüssigkeit umgeschaltet werden.
An Stelle feststehender Behälter, die in bestimmter Reihenfolge jeweils wechselnd mittels Absperrorganen in den Zu-und Abfluss des Wassers eingeschaltet werden, kann man auch eine Transportvorrichtung benutzen, die es erlaubt, die Behälter mitsamt ihren Austauschmassen an diese Zu-und Abflussstellen heranzuführen.
Bei geeigneter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens hat man es in der Hand, ohne zeitraubende oder kostspielige Kontrollen des Zustandes der Aus tauschmasse doch immer sicher zu sein, dass ein Uberfahren der Austauschmasse unmög- lieh gemacht ist und ein unbemerkter Ionen- durchbruch durch die vorgeschaltete Aus tauschmasse von der nachgeschalteten Aus tauschmasse in jedem Fall unschädlich gemacht wird. Die Vorteile eines derartigen Verfahrens machen sich besonders auch bemerkbar bei Zwanglaufkesselanlagen, die mit überkritischem Druck und sehr hohen Tem- peraturen von beispielsweise 600 C und mehr arbeiten.
Ohne Nachteile befürchten zu müssen, können dann auch die Überhitzer- rohre in den Strahlungsteil des Kessels verlegt werden. Durch eine zuverlässig und aus- reichend wirkende Wasseraufbereitungsanlage lassen sich alle die Schäden vermeiden, die sonst üblicherweise durch Ablagerungen in den Kesselrohren entstehen würden. Auch beim Betrieb von Dampfkraftanlagen und bei Verfahren, insbesondere chemischer Art, bei denen es neben einem hohen Reinheitsgrad auch auf eine zuverlässige Aufbereitung des verwendeten Wassers ankommt, ist das neue Verfahren von aussehlaggebender Bedeutung.
PATENTANSPR¯CHE
I. Verfahren zur Aufbereitung salzhalti- gen Wassers-insbesondere für Kessel- speisezwecke-mittels Ionenaustausches, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Verwendung einer Anlage durchgeführt wird, in welcher die Ionenaustauschmasse in mindestens einem Behälter in einem Kreis angeordnet ist, wobei ein Teil des Kreises die Aufbereitungszone und der übrige Teil des Kreises die Regenerationszone darstellt und während des ununterbroehenen Betriebes der Anlage frisch regenerierte Austauschmasse aus der Regenerationszone in die Aufbereitungszone und erschöpfte Austauschmasse aus der Aufbereitungszone in die Regenerationszone gelangt.
Process for treating salty water
The invention relates to a method for processing salty What sers-in particular for boiler food purposes-by means of ion exchange. The invention also relates to an apparatus for performing this method.
The method according to the invention is characterized in that it is carried out using an installation in which the ions are exchanged. Exchanging mass is arranged in a circle in at least one container, with part of the circle representing the processing zone and the remaining part of the circle representing the regeneration zone and during the uninterrupted operation of the plant freshly regenerated exchange material from the regeneration zone into the processing zone and he scooped exchange mass from the processing zone in the regeneration zone.
It is expedient if the entry of the water into the preparation zone and the entry of the mass into the regeneration zone as well as the exit of the water from the preparation zone and the exit of the mass from the regeneration zone take place at neighboring points. The device for carrying out the method is characterized in that it has at least one container for the exchange mass arranged in a circle, and devices for supplying the water to be treated and for discharging the treated water as well as supply and discharge devices for the Has regeneration agent.
The exchange mass can, for example, be arranged in a single ring-shaped container, and in this both the processing zone and the regeneration zone can be displaceable relative to the total exchange mass.
A transport device can expediently be provided in this ring-shaped container, which transports the replacement masses in the container in the direction that runs from the point of entry of the water to be treated into the container via the regeneration zone of the mass to the point of exit of the purified water from the container . However, a rotating device can also be provided for the container containing the exchange compound, which makes it possible, when rotating the container, to connect its intended connections to the inlet or outlet. Discharge the water and the regeneration liquid according to choice and requirement.
Furthermore, several containers arranged in a circle can also be provided for receiving the exchange material, the water being treated in the containers arranged in one part of the circle and the regeneration of the mass taking place in the containers arranged in the other part of the circle. The affiliation of the individual containers to the subset intended for one or the other use can change in each case according to the task to be carried out in them.
It is well known that in modern boiler operation only such feed water can be used that has the highest possible degree of purity. This is particularly necessary for those boiler systems that work, for example, with forced operation and very high temperatures, the further increase of which only depends on the properties of the steels used in boiler construction. To maintain undisturbed boiler operation, however, the supply of. Feed water, which is treated in ion exchange systems, for example, takes place continuously and independently of disturbances.
The invention shows a way to carry out the uninterrupted supply of purified feed water as well as an effective treatment of the feed water and regeneration of the exchange mass with relatively simple means, without disruptive operational interruptions of the treatment plant or dangerous breakthroughs through the treatment plant, which would impair the safety of the operation of the boiler or steam power plant.
The drawing shows, as an example of the method according to the invention, the possibility of carrying out the treatment of salty water, which is schematically illustrated.
In Fig. 1, the displaceability of certain parts of the exchange mass is illustrated relative to the total exchange mass. From Fig. 2, the displaceability of these parts within a container is evident. In Fig. 3, the changing association of several containers to a processing or regeneration department is shown. FIGS. 4 and 5 show the arrangement of three containers in different circuit possibilities.
As can be seen from FIG. 1, the exchange mass denoted by 1, which is part of an annular exchange mass, is traversed by the water to be treated in the direction of the arrow. The point of entry of the water into the exchange mass is denoted by 2 and its exit point from the mass is denoted by 3.
The processing zone a of the exchange mass is limited by these two points. Depending on the degree of exhaustion of the exchange mass located in this zone or after a predetermined point in time, this zone can be displaced in a continuous or discontinuous manner relative to the total exchange mass, so that there is then again a perfectly exchangeable mass in the between the inlet and outlet openings 2 'or 3' for the water to be purified exchange zone a 'is brought into contact with the water to be treated. Adjacent to the processing zone is the regeneration zone, not shown here, in which the removal mass is regenerated.
This regeneration zone is delimited by an entry and exit point for the regeneration liquid and is displaced relative to the total exchange mass in a manner which corresponds to the displacement of the exchange zone.
The displaceability of the exchange and regeneration zone can be seen particularly clearly in FIG. Here, the container containing the exchange compound 1 is annular. The entry point of the water to be treated into this container is denoted by 2 and the exit point of the purified water from this container is denoted by 3. The zone of the exchange mass located between these two points and through which the water to be treated flows in the direction of the arrow is denoted by A. Adjacent to this entry and exit point are the entry and exit points, not shown here, for the regeneration liquid.
The regeneration zone R is located between these points, through which the regeneration fluid flows. Depending on the progressive degree of exhaustion of the exchange mass or after a previously arbitrarily determined point in time, the processing zone is shifted within the exchange mass, as indicated by the dashed arrow and the entry and exit points 2 ′ or. 3'of the water is indicated.
The entry and exit points for the regeneration liquid and thus also the regeneration zone, which are not shown here, also shift in a corresponding manner.
The processing and regeneration zones can be shifted relative to the total exchange mass not only continuously, but also continuously intermittently. It can be carried out by means of a transport device, which conveys the total exchange mass, for example in an annular fixed container, in the direction from the point of entry of the water to be treated into the container via the regeneration zone of the water to the point of exit of the purified water from the container runs. However, it is also possible to rotate the ring-shaped container containing the exchange compound itself, for example about its central axis, and to hold it in or at the fixed locations.
Pass the exit points of both the water and the regeneration liquid and connect them to these points in a suitable manner.
According to FIG. 3, several containers containing exchange masses and denoted by 4 are arranged in the form of a circle. The water to be treated flows through a certain number or group of these containers one after the other, which it then leaves as sufficiently purified water. The first input or output associated with this specific number of containers. The last outlet points for the water are also designated here by 2 and 3, respectively. The regeneration of the exchange mass is carried out in the remaining containers through which the water to be treated does not flow. The number of containers required for regeneration depends on the exchange capacity of the mass and the capacity of the individual containers.
If the mass through which the water to be treated is first flowing in the first of the containers belonging to this number is exhausted or if the time period set in advance for the ion exchange for this container has expired, this container is switched off from the flow of the water to be treated and the entry point of the water to be treated is closed relocated to the next container in this group.
However, so that the number of containers used to treat the water remains the same, the container that was last flowed through by the regeneration liquid and is now in a fully usable state is suitably used for treating the Water-serving container group downstream. According to this new operating status, the entry and exit points for the water are 2! or 3 '. As a result, the group of containers in which the regeneration of the mass is carried out also shifts.
This means that a freshly regenerated exchange mass is always the last to be added to the flow of the water to be treated.
In FIGS. 4 and 5, three containers 4 containing exchange materials are shown, which are connected in series in a ring shape.
The water to be treated enters the ring line via line 2, which connects the containers 4 to one another. The purified water is discharged via line 3, which branches off from the ring line located between these two containers and the third container. By means of suitable routing of pipes and shut-off devices, it can be achieved that the water to be treated flows through two containers, while the third container is excluded from this flow. During this time, the exchange mass of the third container can be regenerated and then connected downstream of the last of the containers previously used to treat the water.
At the same time, the container through which the water to be treated first flowed, whose exchange mass is now more or less exhausted, is switched off from the flow of water and its exchange mass is regenerated. If the exchange mass of each container is dimensioned so that it is sufficient for the volige treatment of the water alone, it is possible to extend the first of the two containers connected in series until the mass is completely exhausted.
There is no need to fear that harmful ion breakthroughs can occur in the pure water line, since a second container with its freshly regenerated and fully exchangeable mass is still connected downstream in the flow of the water, which in any case renders undesired ion breakthroughs harmless . Switching the flow of the water to be treated from one container to the other and switching off the container with the exchange mass to be regenerated can also take place at a time that does not coincide with the complete exhaustion of the exchange mass of the upstream container. To regenerate the masses, the individual containers can be opened or closed in a similar manner.
Derivatives of the regeneration liquid are switched.
Instead of fixed containers, which are alternately switched on in a certain order by means of shut-off devices in the inflow and outflow of the water, a transport device can also be used which allows the containers and their exchange masses to be brought up to these inflow and outflow points.
With a suitable application of the method according to the invention one has it in hand, without time-consuming or costly controls of the condition of the exchange mass, to always be sure that driving over the exchange mass is made impossible and an unnoticed ion breakdown through the upstream exchange mass is made harmless in any case by the downstream exchange mass. The advantages of such a process are particularly noticeable in forced-flow boiler systems that work with supercritical pressure and very high temperatures of, for example, 600 C and more.
The superheater pipes can then also be laid in the radiation part of the boiler without having to fear disadvantages. A water treatment system that works reliably and adequately can avoid all of the damage that would otherwise normally result from deposits in the boiler tubes. The new process is also of crucial importance in the operation of steam power plants and in processes, particularly chemical ones, in which, in addition to a high degree of purity, reliable treatment of the water used is important.
PATENT CLAIMS
I. A method for processing salty water - in particular for boiler feeding purposes - by means of ion exchange, characterized in that the method is carried out using a system in which the ion exchange mass is arranged in at least one container in a circle, with part of the Circle represents the processing zone and the remaining part of the circle represents the regeneration zone and during uninterrupted operation of the plant freshly regenerated exchange mass from the regeneration zone into the preparation zone and exhausted exchange mass from the preparation zone into the regeneration zone.