Die Erfindung betrifft eine mit einem Dampfkraftwerk kombinierte Destillationsanlage zur Entsalzung von Meerwasser, bestehend aus einem mehrstufigen Entspannungsverdampfer sowie einer Dampfkraftmaschine, welche einen Dampfverdichter und einen elektrischen Generator antreibt, wobei die Energie der Dampfkraftmaschine zur Erwärmung des Meerwassers ausgenutzt wird.
Die Wirtschaftlichkeit eines mehrstufigen Entspannungsverdampfers hängt wesentlich von der Versorgung der Anlage mit Dampf zur Erwärmung des Meerwassers sowie mit elektrischem Strom zum Antrieb der Pumpen und Steuereinrichtungen ab. Wenn man diese Betriebsmittel - Dampf und Elektrizität - als Fremdenergie beziehen muss, so betragen die Kosten hierfür, je nach Grösse und Auslegung der Verdampfungsanlage zwischen 35 und 50% der gesamten Trinkwasser-Gestehungskosten.
Aufgrund dieser Überlegungen ist man in zunehmendem Masse dazu übergegangen, nach dem Destillationsverfahren arbeitende Meerwasserentsalzungsanlagen mit einem Dampfkraftwerk mit nachgeschaltetem elektrischem Generator zu kombinieren, um einerseits die zum Betreiben der Destillationsanlage erforderliche Energie, nämlich Dampf und Elektrizität, immer in ausreichendem Masse zur Verfügung zu haben und andererseits die vorhandenen Energien besser nutzen zu können.
Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Anpassung der Leistung der Destillationsanlage an den Lastbedarf des Dampfkraftwerkes. Ein Elektrizitätswerk ist bekanntlich in seiner Belastung allein schon in Abhängigkeit von der Tageszeit sehr starken Schwankungen unterworfen. Die Meerwasserentsalzungsanlage kann jedoch nur in einem eng begrenzten Leistungsbereich von etwa 75-100% mit fast konstanter Last gefahren werden, wobei Schwankungen im Süsswasserverbrauch mit Hilfe von Wasserreservoirs abgefangen und ausgeglichen werden müssen. Das Umregeln eines grossen, mehrstufigen Entspannungsverdampfers in einen anderen Leistungsbereich dauert mehrere Stunden.
So kommt es, dass man bsp. bei einer Doppelzweckanlage der vorgenannten Art in den Nachtstunden, wenn der Stromverbrauch absinkt, gezwungen ist, hochwertigen Dampf aus dem Kessel durch eine Reduzierstation zu leiten und auf Niederdruck zu bringen, um den Entspannungsverdampfer, der mit Sattdampf von maximal 3 ata arbeitet, weiter betreiben zu können.
Ein grosser, wirtschaftlich gut ausgelegter Mehrstufen Entspannungsverdampfer mit einer Tagesproduktion von bsp. 7000 m3 Süsswasser verbraucht in einer Stunde etwa 35 t Dampf und etwa 1,4 MW an elektrischem Strom. Mit der Dampfmenge von 35 t lassen sich aber über eine Gegendruckturbine ohne Schwierigkeiten 4 MW Strom erzeugen, also etwa das 2,8fache des erforderlichen Eigenbedarfs der Entsalzungsanlage.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen bzw. Mittel zu finden, mit denen es auf wirkungsvolle Weise möglich ist, in einer Destillationsanlage den Verbrauch an Heizdampf zu reduzieren bei gegebenenfalls gleichzeitiger Erhöhung des Stromverbrauchs, so dass die Betriebseigenschaft der Anlage eine ökonomische Kombi.
nation mit einem Dampfkraftwerk zur Erzeugung des Energiebedarfs gewährleistet.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung - unter Verwendung an sich bekannter Bauteile bzw. Baugruppen - dadurch gelöst, dass dem Entspannungsverdampfer- in Vorlaufrichtung des Meerwassers gesehen - ein Fallstromverdampfer nachgeordnet ist, dessen Brüdenraum mit der Saugseite und dessen Heizraum einlaufseitig mit der Druckseite des Dampfverdichters verbunden ist, wobei die im Sumpf des Fallstromverdampfers sich sammelnde, nichtverdampfte Sole und das im Heizraum sich niederschlagende Wasser in den Solestrom bzw. den Destillatstrom des Entspannungsverdampfers eingespeist werden.
Durch die sinnvolle Verbindung des Entspannungsverdampfers mit dem Fallstromverdampfer und die hierbei vorgesehene Brüdenkompression gestaltet sich der Arbeitsablauf wie folgt. Das aus dem Vorlauf des Entspannungsverdampfers austretende erwärmte - und ggfs. mit Sole aus dem Rücklauf angereicherte - Meerwasser wird im Fallstromverdampfer teilweise verdampft Der hier erzeugte Dampf wird in dem vom Dampfkraftwerk getriebenen Dampfverdichter komprimiert, wobei er eine Temperaturerhöhung erfährt. Dieser temperaturerhöhte Dampf dient nun als Heizmittel für den Fallstromverdampfer, wo er kondensiert und auf den Boden des Heizraumes niedertropft Das im Fallstromverdampfer angesammelte Destillat sowie die nicht verdampfte Sole werden sodann in den Destillatstrom bzw.
Solestrom des Entspannungsverdampfers eingespeist, wo sich der Verdampfungs- und Destillationsprozess von Stufe zu Stufe wiederholt.
Durch das erfindungsgemässe Vorgehen wird ein guter Ausgleich in der Energiezufuhr und dem Energieverbrauch beider Systeme erreicht, wobei die Destillaterzeugung beträchtlich erhöht wird. Die Erfindung bietet weiterhin den Vorteil, dass durch die Verwendung herkömmlicher Entspannungsverdampfer bzw. handelsüblicher Fallstromverdampfer auch bereits bestehende Süsswassergewinnungsanlagen ohne Schwierigkeiten auf die neue, kostensparende Betriebsweise umgestellt werden können. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass das Meerwasser bereits im Fallstromverdampfer bis auf eine für den Eintritt in die erste Verdampfungskammer des Entspannungsverdampfers günstige Temperatur erhitzt werden kann, so dass bei entsprechender Auslegung der Gesamtanlage auf den sonst üblichen Enderhitzer verzichtet werden kann.
In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung eine mit einem Dampfkraftwerk kombinierte Destillationsanlage beispielsweise dargestellt und im Folgenden näher erläutert.
Die Destillationsanlage besteht hierbei aus einem Mehrstufen-Entspannungsverdampfer 3 und einem diesem zugeordneten Fallstromverdampfer 14 sowie einem aus Dampfkessel 26 und Turbine 27 gebildeten Dampfkraftwerk üblicher Bauart, das seinerseits einen elektrischen Generator 28 sowie einen Dampfverdichter 16 antreibt.
Die Anlage arbeitet wie folgt: Über eine Speiseleitung 1 wird das Rohwasser (bsp. Meerwasser) durch eine Speisepumpe 2 in einen mit Rückkühlteil 45 und Wärmerückgewinnungstei#46 ausgestatteten Mehrstufen-Entspannungsverdampfer 3 eingeführt. Durch eine Rohrleitung 4 fliesst das Rohwasser aus dem Rückkühlteil 45 wieder ab, wobei ein Teilstrom über eine Leitung 5 zur chemischen Aufbereitung in 6 abgezweigt wird. Dieser wird dann mit aus dem Entspannungsverdampfer 3 abgezogener noch warmer Sole bei 7 gemischt. Mittels einer Umwälzpumpe 8 wird das Rohwasser-Solegemisch über eine Leitung 9 in den Wärmerückgewinnungsteil 46 eingespeist, wo das Gemisch durch Kondensationsrohre 10 von Stufe zu Stufe strömt und dabei erwärmt wird.
Über eine Leitung 11 gelangt das Gemisch in einen sogenannten Enderhitzer 12, wo es noch weiter erwärmt wird.
Von dort wird das heisse Rohwasser-Solegemisch über eine Leitung 13 in einen sogenannten Fallstromverdampfer 14 geführt, wo ein Teil dieses Gemisches verdampft wird. Dabei erfährt der nicht verdampfte, mit Salz angereicherte Teil des Gemisches nochmals eine weitere Temperaturerhöhung, so dass je nach Ausgangstemperatur des zu verdampfenden Wassers im Entspannungsverdampfer 3 auf einen Enderhitzer 12 unter Umständen verzichtet werden kann.
Die bei der Verdampfung im Fallstromverdampfer 14 entstehenden, sich im Brüdenraum 42 sammelnden Dämpfe werden über eine Leitung 15 zu dem Dampfverdichter 16 geführt und komprimiert, wobei die Temperatur des Dampfes beträchtlich erhöht wird. Dieser komprimierte und tempert.
turerhöhte Dampf wird alsdann über eine Leitung 17-- gegebenenfalls unter Zumischen von Wasser in einer Kühlstation 18 - in den Heizraum 43 des Fallstromverdanipfers 14 eingeleitet, wo er seine Kondensationswärme an das durch die Lei- tung 13 in den Fallstromverdampfer 14 eintretende Rohwasser-Solegemisch abgibt. Bei diesem Wärmeaustausch schlägt sich der Dampf als destilliertes Wasser nieder, das über eine Leitung 19 in die Auffangwannen 21 des Entspannungsverdampfers 3 eingespeist wird. Falls der Dampf vor der Einführung in den Heizraum 43 des Fallstromverdarnpfers 14 abge.
kühlt werden muss, was sich aus der allgemeinen Wärmebilanz errechnen lässt, so erfolgt dies in der Kühlstation 18 durch Einspritzen von Destillatwasser, das durch Leitungen 39 und 40 mittels einer Pumpe 41 aus der Leitung 19 abgezweigt wird.
Ebenso wie das Destillat wird auch die im Sumpf 44 des Fallstromverdampfers 14 sich sammelnde heisse Sole über eine Leitung 20 in die erste Entspannungsstufe des Entspannungsverdampfers 3 eingeleitet, wo sie teilweise verdampft, sich an den Kondensatorrohren 10 niederschlägt und in die
Destillatauffangwannen 21 tropft. Destillat wie Sole laufen von Stufe zu Stufe, wobei sich durch den in jeder nachfolgen den Stufe herrschenden niedrigeren Druck der Verdamp fungs- und Destillationsprozess wiederholt. Schliesslich wird das Destillat durch eine Leitung 22 und eine Destillatabzugs pumpe 23 sowie die Sole durch eine Leitung 24 und eine So leabzugspumpe 25 aus der Anlage abgezogen.
Der Dampfkreislauf des Kraftwerkes beginnt im Dampfkessel 26, durch den eine Turbine 27 angetriebenen wird, die ihrerseits mit einem elektrischen Generator 28 und dem bereits erwähnten Dampfverdichter 16 verbunden ist. Ein grosser Teil des aus der Turbine 27 austretenden Dampfes strömt durch die Leitungen 29, 30, 31 zu dem Enderhitzer 12, wo er das im Entspannnungsverdampfer 3 vorgewärmte Rohwasser-Solegemisch weiter aufheizt. Von dort gelangt der Dampf über eine Leitung 32 zu einem Speisewasserentgaser 33, von wo das Speisewasser über eine Leitung 34 unter Einschaltung einer Pumpe 35 zurück zum Dampfkessel 26 geführt wird. Der Rest des Dampfes wird für die Erzeugung des Vakuums im Entspannungsverdampfer 3 herangezogen.
Hierzu dient ein an die schon erwähnte Dampfleitung 30 angeschlossener Dampfstrahler 36, der saugseitig durch eine Leitung 37 mit dem Entspannungsverdampfer 3 verbunden ist. Zum Ausgleich von Dampfverlusten kann über die Leitung 39 Süsswasser aus der Destillatleitung 19 abgezweigt und zum Speisewasserentgaser 33 geführt werden. Eine die Hauptdampfleitung 29 mit dem Fallstromverdampfer 14 verbindende Leitung 38 dient lediglich zum Anfahren der Anlage und ist im Betriebszustand geschlossen.
The invention relates to a distillation system combined with a steam power plant for desalination of seawater, consisting of a multi-stage expansion evaporator and a steam engine which drives a steam compressor and an electric generator, the energy of the steam engine being used to heat the seawater.
The profitability of a multi-stage expansion evaporator depends essentially on the supply of the system with steam to heat the seawater and with electrical power to drive the pumps and control devices. If you have to purchase these resources - steam and electricity - as external energy, the costs for this amount to between 35 and 50% of the total drinking water production costs, depending on the size and design of the evaporation system.
As a result of these considerations, there has been an increasing trend towards combining seawater desalination plants that work according to the distillation process with a steam power plant with a downstream electrical generator in order, on the one hand, to always have sufficient amounts of energy, namely steam and electricity, to operate the distillation plant on the other hand to be able to use the available energies better
However, this results in difficulties in adapting the performance of the distillation plant to the load requirements of the steam power plant. It is well known that a power station is subject to very strong fluctuations in its load, depending on the time of day alone. However, the seawater desalination plant can only be operated in a narrowly limited power range of around 75-100% with an almost constant load, with fluctuations in fresh water consumption having to be intercepted and compensated for with the help of water reservoirs. It takes several hours to adjust a large, multi-stage flash evaporator to a different output range.
So it happens that one ex. In the case of a dual-purpose system of the aforementioned type, during the night, when power consumption drops, high-quality steam is forced to pass high-quality steam from the boiler through a reducing station and bring it to low pressure in order to continue operating the expansion evaporator, which works with saturated steam of a maximum of 3 ata can.
A large, economically well-designed multi-stage expansion evaporator with a daily production of ex. 7000 m3 of fresh water consumes around 35 t of steam and around 1.4 MW of electricity in one hour. With the amount of steam of 35 t, a back pressure turbine can easily generate 4 MW of electricity, i.e. around 2.8 times the required internal requirement of the desalination plant.
The invention is now based on the object of showing a way or to find a means with which it is possible in an effective way to reduce the consumption of heating steam in a distillation plant while possibly increasing the power consumption at the same time, so that the operating characteristics of the plant economical combination.
nation with a steam power plant to generate the energy required.
This object is achieved according to the invention - using components or assemblies known per se - in that the expansion evaporator - seen in the direction of flow of the seawater - is followed by a falling film evaporator, the vapor chamber of which is connected to the suction side and the heating chamber of the inlet side to the pressure side of the steam compressor The non-evaporated brine collecting in the bottom of the falling film evaporator and the water precipitating in the heating room are fed into the brine flow or the distillate flow of the flash evaporator.
Due to the sensible connection of the expansion evaporator with the falling film evaporator and the vapor compression provided for this, the workflow is as follows. The heated seawater emerging from the flow of the expansion evaporator - and possibly enriched with brine from the return - is partially evaporated in the downdraft evaporator.The steam generated here is compressed in the steam compressor driven by the steam power plant, whereby it experiences a temperature increase. This temperature-increased steam now serves as a heating medium for the falling film evaporator, where it condenses and drips down to the floor of the boiler room. The distillate collected in the falling film evaporator and the non-evaporated brine are then transferred to the distillate stream or
Brine stream fed into the flash evaporator, where the evaporation and distillation process is repeated from stage to stage.
The procedure according to the invention achieves a good balance in the energy supply and the energy consumption of both systems, with the distillate production being increased considerably. The invention also offers the advantage that, through the use of conventional expansion evaporators or commercially available downdraft evaporators, even existing fresh water extraction systems can be converted to the new, cost-saving mode of operation without difficulty. Another advantage is seen in the fact that the seawater can be heated in the downdraft evaporator to a temperature that is favorable for entry into the first evaporation chamber of the expansion evaporator, so that the otherwise common end heater can be dispensed with if the overall system is designed accordingly.
In the drawing, a distillation plant combined with a steam power station is shown, for example, in a schematic representation and explained in more detail below.
The distillation plant consists of a multi-stage expansion evaporator 3 and a downdraft evaporator 14 assigned to it, as well as a steam power plant of conventional design consisting of a steam boiler 26 and a turbine 27, which in turn drives an electric generator 28 and a steam compressor 16.
The system works as follows: Via a feed line 1, the raw water (e.g. sea water) is introduced by a feed pump 2 into a multi-stage expansion evaporator 3 equipped with a recooling section 45 and heat recovery section # 46. The raw water flows out of the recooling part 45 again through a pipe 4, a partial flow being branched off via a pipe 5 for chemical processing in 6. This is then mixed at 7 with the still warm brine withdrawn from the flash evaporator 3. By means of a circulation pump 8, the raw water / brine mixture is fed via a line 9 into the heat recovery section 46, where the mixture flows through condensation pipes 10 from stage to stage and is heated in the process.
The mixture arrives via a line 11 in a so-called end heater 12, where it is further heated.
From there, the hot raw water / brine mixture is fed via a line 13 into a so-called falling film evaporator 14, where part of this mixture is evaporated. The non-evaporated, salt-enriched part of the mixture experiences a further increase in temperature so that, depending on the starting temperature of the water to be evaporated in the expansion evaporator 3, an end heater 12 may be dispensed with.
The vapors arising during evaporation in the falling film evaporator 14 and collecting in the vapor space 42 are conveyed via a line 15 to the steam compressor 16 and compressed, the temperature of the steam being increased considerably. This compressed and annealed.
Increased steam is then introduced via a line 17 - possibly with the addition of water in a cooling station 18 - into the heating room 43 of the downflow evaporator 14, where it gives off its heat of condensation to the raw water / brine mixture entering the downflow evaporator 14 through the line 13 . During this heat exchange, the steam precipitates as distilled water, which is fed into the collecting trays 21 of the expansion evaporator 3 via a line 19. If the steam is removed before it is introduced into the heating space 43 of the downdraft evaporator 14.
must be cooled, which can be calculated from the general heat balance, this is done in the cooling station 18 by injecting distillate water which is branched off from the line 19 through lines 39 and 40 by means of a pump 41.
Just like the distillate, the hot brine collecting in the sump 44 of the downdraft evaporator 14 is introduced via a line 20 into the first expansion stage of the expansion evaporator 3, where it partially evaporates, is deposited on the condenser tubes 10 and into the
Distillate collecting trays 21 drips. Distillate and brine run from stage to stage, with the evaporation and distillation process being repeated due to the lower pressure prevailing in each subsequent stage. Finally, the distillate is withdrawn from the system through a line 22 and a distillate withdrawal pump 23 and the brine is withdrawn from the system via a line 24 and a suction pump 25.
The steam cycle of the power plant begins in the steam boiler 26, by which a turbine 27 is driven, which in turn is connected to an electrical generator 28 and the steam compressor 16 already mentioned. A large part of the steam emerging from the turbine 27 flows through the lines 29, 30, 31 to the final heater 12, where it further heats the raw water / brine mixture preheated in the expansion evaporator 3. From there, the steam passes via a line 32 to a feed water degasser 33, from where the feed water is fed back to the steam boiler 26 via a line 34 with the activation of a pump 35. The rest of the steam is used to generate the vacuum in the flash evaporator 3.
A steam jet 36 connected to the already mentioned steam line 30, which is connected to the expansion evaporator 3 on the suction side by a line 37, is used for this purpose. To compensate for steam losses, fresh water can be branched off from the distillate line 19 via the line 39 and fed to the feedwater degasser 33. A line 38 connecting the main steam line 29 to the falling film evaporator 14 is only used to start up the system and is closed in the operating state.