DE102009040110A1

DE102009040110A1 - Kondensatreinigungsanlage

Info

Publication number: DE102009040110A1
Application number: DE102009040110A
Authority: DE
Inventors: Thomas Meyerhoff; Ulrich Jauss
Original assignee: VWS DEUTSCHLAND GmbH
Current assignee: VWS DEUTSCHLAND GmbH
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kondensatreinigungsanlage eines Kraftwerkes, insbesondere eines Kernkraftwerkes und/oder Hochtemperaturkraftwerkes, die in den Wasser-Dampfkreislauf eines solchen Kraftwerkes eingebunden ist, wobei zur Entfernung von Partikeln und Kolloiden aus dem Kondensat zumindest ein Filterelement angeordnet ist, wobei das Filterelement durch keramische Membranen gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensatreinigungsanlage eines Kraftwerkes, insbesondere eines Kernkraftwerkes und/oder Hochtemperaturkraftwerkes, die in den Wasser-Dampfkreislauf eines solchen Kraftwerkes eingebunden ist, wobei zur Entfernung von Partikeln und Kolloiden aus dem Kondensat zumindest ein Filterelement angeordnet ist.
Das im Wasser-Dampfkreislauf eines Kraftwerkes umlaufende Wasser verschlechtert sich aufgrund von Korrosion im System sowie durch Luft- und/oder Kühlwassereinbrüche im Kondensator. Zur Aufrechterhaltung der geforderten Reinheit des Kesselspeisewassers nach den einschlägigen Richtlinien werden derartige Verunreinigungen mittels einer Kondensatreinigungsanlage (KRA) aus dem Wasser-Dampfkreislauf entfernt.
Je nach Kraftwerksbauart wird das gesamte Kondensat oder nur ein Teilstrom über die Kondensatreinigungsanlage (KRA) gefahren. Ziel der Kondensatreinigungsanlage ist es, ein nahezu salzfreies sowie partikel- und kolloidfreies Kondensat bzw. Kesselspeisewasser zu erhalten.
Zur Entfernung der partikulären und kolloidalen Fracht wie Eisenmischoxyde und andere Fremdstoffe werden verschiedenste Filtrations- und Abscheideverfahren eingesetzt. Ziel dieser Filtrationsverfahren ist es, suspendierte Fremdstoffe wie Eisenmischoxyde und andere Partikel, die durch Erosion und Korrosion innerhalb des Systems entstehen und die zu Ablagerungen führen, die wiederum Korrosion und schlechten Wärmetransport verursachen, zu entfernen.
Zur Entfernung bzw. Reduzierung der kolloidalen und partikulären Inhaltsstoffe ist es nach dem Stand der Technik bekannt, Kerzenfilter mit Einwegkerzen oder rückspülbaren Kerzen oder Anschwemmfilter zu verwenden.
Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren zur Entfernung der kolloidalen und partikulären Inhaltsstoffe ist es, dass die Abscheiderate um so schlechter ist, je kleiner die Partikel sind und dass Partikel im Größenbereich unterhalb von 2 μm nur ungenügend von den Filtrationsverfahren entfernt werden. Ferner ist bei der Verwendung von Kerzenfiltern nachteilig, dass ein erhöhter Aufwand an Rückspülungen und Kerzenwechseln respektive bei der Verwendung von Anschwemmfiltern mit häufigen Anschwemmungen zu rechnen ist, was zu erheblichen Betriebsaufwendung führt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist es, dass kolloidale Inhaltsstoffe nur unwesentlich abgeschieden werden.
Hieraus resultiert ein erhöhter Resteisengehalt im Kesselspeisewasser nach der Kondensatreinigung sowie ein erhöhter Kolloid- und Partikelgehalt im Kesselspeisewasser, die nicht aus Eisen bestehen. Daraus entstehen Ablagerungen im Kessel, die zu erhöhter lokaler Korrosion führen und eine Verschlechterung des Wärmeübergangs verursachen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kondensatreinigungsanlage eines Kraftwerkes derart zu verbessern, dass eine hohe Abscheiderate von Partikeln und kolloidalen Inhaltsstoffen im Kondensat realisiert werden kann, wobei die Kondensatreinigungsanlage gleichzeitig eine hohe Verfügbarkeit, eine lange Lebensdauer sowie und einen geringen Wartungsaufwand gewährleisten soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kondensatreinigungsanlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Kondensatreinigungsanlage eines Kraftwerkes, insbesondere eines Kernkraftwerkes und/oder Hochtemperaturkraftwerkes, die in den Wasser-Dampfkreislauf eines solchen Kraftwerkes eingebunden ist, wobei zur Entfernung von Partikeln und Kolloiden aus dem Kondensat zumindest ein Filterelement angeordnet ist, ist es, dass das Filterelement durch keramische Membranen gebildet ist.
Die erfindungsgemäße Kondensatreinigungsanlage benutzt somit keramische Membranen zur Filtration der kolloidalen und partikulären Fracht des Kondensats, d. h. des Wassers im Wasser-Dampfkreislauf des Kraftwerkes. Durch die Verwendung keramischer Membranen sind insbesondere höhere Wassereintrittstemperaturen beim Eintritt in die Filtrationseinheit möglich, als dies beispielsweise bei Polymermembranen der Fall ist.
Hierdurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Kondensatreinigungsanlage im Wasser-Dampfkreislaufs eines Kraftwerkes der Hochtemperaturtechnologie einzusetzen, da es stets angestrebt wird das Temperaturniveau in Kraftwerken zur Steigerung des Kraftwerkswirkungsgrades anzuheben. Die erfindungsgemäße Kondensatreinigungsanlage ist dabei sowohl in Kernkraftwerken als auch in fossil befeuerten Kraftwerken, insbesondere Hochtemperaturkraftwerken verschiedenster Bauarten vorteilhaft einsetzbar.
Vorzugsweise weisen die keramischen Membranen eine Porengröße von kleiner oder gleich 1,0 μm (Mikrometer), vorzugsweise kleiner oder gleich 0,2 μm auf.
Als keramische Membranen für die Kondensatfiltration können Mikrofiltrationsmembranen und/oder Ultrafiltrationsmembranen und/oder Nanofiltrationsmembranen eingesetzt werden. Auch ist es möglich, eine Kombination dieser Membranen einzusetzen, um verschiedene Filterstufen hintereinander und/oder parallel zu schalten.
Der Vorteil der keramischen Membranen ist insbesondere die hohe Temperaturstabilität und die hohe mechanische Stabilität im Vergleich zu Polymermembranen. Dieses sind wesentliche Eigenschaftsmerkmale und besondere Vorteile der keramischen Membranen, die bei der Kondensatfiltration erfüllt sein müssen. Durch die Verwendung keramischer Membranen wird insbesondere ein deutlich gesteigertes Temperaturniveau im Wasser-Dampfkreislauf ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl keramischer Membranen parallel zu Membranelementen zusammengefasst. Auch ist es möglich, eine Mehrzahl keramischer Membranen gleicher Typen oder immer feiner werdender Bauart in Reihe hintereinander zu einem Membranelement zusammenzufassen.
Vorzugsweise ist das Filterelement durch ein etwa zylinderförmiges keramisches Membranelement gebildet, welches durch eine Vielzahl keramischer Hohlfasern oder Hohlfaserblöcke gebildet ist.
Die erfindungsgemäße Kondensatreinigungsanlage kann derart aufgebaut sein, dass mehrere Filterelemente parallel und/oder in Reihe geschaltet sind.
Der Parallelbetrieb und/oder Reihenbetrieb ist dabei sowohl kondensatseitig als auch filtratseitig in beliebiger Schaltung möglich.
Insbesondere können Mikrofiltrationsmembranen und/oder Ultrafiltrationsmembranen und/oder Nanofiltrationsmembranen jeweils ein Filterelement bilden, die derart in Reihe geschaltet sind, dass die Porengröße von der Rohwasserseite hin zur Reinwasserseite hin immer feiner wird. Je nach Anforderungen an den zu filternden Massenstrom können mehrere Filterelemente parallel geschaltet sein, um einen entsprechenden Durchsatz zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist die Kondensatreinigungsanlage derart ausgestaltet, dass das Filterelement rückspülbar ist bzw. die Filterelemente rückspülbar sind.
Durch die Rückspülbarkeit des/der Filterelemente/s ist gewährleistet, dass Ablagerungen im Filterelement, die nach einer gewissen Betriebszeit auftreten, durch Rückspülwasser entfernbar sind, um einen Einsatz der Kondensatreinigungsanlage über einen sehr langen Zeitraum gewährleisten zu können.
Kern der Erfindung ist somit die Verwendung keramischer Membranen zur Kondensatreinigung in einem Wasser-Dampfkreislauf eines Kraftwerkes, eines Kernkraftwerkes, eines fossil befeuerten Kraftwerkes, insbesondere eines Hochtemperaturkraftwerkes.
Durch die Verwendung keramischer Membranen für die Kondensatfiltration wird eine hohe Temperaturstabilität und hohe mechanische Stabilität erreicht.
Die keramischen Membranen bilden eine Barriere für Partikel und entfernen die kolloidalen Verunreinigungen je nach gewählter Membran von 99,9% bis 99,9999%. Daraus resultiert ein quasi Partikel- und kolloidfreies Kesselspeisewasser mit Eisengehalten von << 1 ppb Fe (parts per billion), d. h. Einsengehalten von deutlich unter 1 ppb Fe (Eisen).
Damit verschwinden die Korrosionsprobleme, die durch diese Verunreinigungen im Kessel hervorgerufen werden und es können für die weiter folgende Kondensatreinigung wirtschaftliche Gegenstromionentauscher verwendet werden, die sehr wartungsarm sind, da eine Harzwäsche nicht mehr erforderlich ist, die sonst aufgrund einer höheren Belastung mit Partikeln und Kolloiden erforderlich wäre.
Hieraus resultiert eine erheblich gesteigerte Qualität des Kesselspeisewassers woraus bessere Betriebsbedingungen, geringerer Wartungsaufwand und Kosteneinsparungen im Bereich der Kesselrevision resultieren. Weitere Vorteile der Erfindung liegen in der hohen Lebensdauer der keramischen Membranen, die bei über 10–15 Jahren liegt. Es entfallen im Vergleich zu Kerzenfiltern die Wechselintervalle der Kerzen und Vergleich zu Anschwemmfiltern die Anschwemmungen.
Daraus ergeben sich insbesondere im Bereich der Anwendung in Kernkraftwerken besondere Vorteile. Die Frachten im Kondensat sind teilweise radioaktiv, wobei das Volumen des radioaktiven Abfalls so gering wie möglich gehalten werden muss. Bei allen anderen bekannten Filtrationsverfahren müssen die Filtermedien im Vergleich zu den keramischen Membranen sehr häufig gewechselt werden. Bei dem Einsatz von keramischen Membranen ist der Anfall von radioaktivem Abfall minimiert.
Ferner werden Spitzenbelastungen, die bei der Neuinbetriebnahme eines Kraftwerkes sowie nach Revisionen und längeren Kühlwassereinbrüchen auftreten, von den keramischen Membranen ohne Probleme aufgenommen.
Besonders vorteilhaft sind somit die hohe Temperaturstabilität der keramischen Membranen, die das Filterelement der Kondensatreinigungsanlage (KRA) bilden, sowie die Rückhalteeigenschaften der Mikrofiltration und/oder Ultrafiltration und/oder Nanofiltration für Kolloide und Partikel.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kondensatreinigungsanlage ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Es zeigt:
1 ein Schema einer Kondensatreinigungsanlage eines Kraftwerkes
In 1 ist schematisch dargestellt eine Kondensatreinigungsanlage, die in den Wasser-Dampfkreislauf eines Kraftwerkes eingebunden wird.
Über den Zulauf 2 wird der Filtrationseinheit 1 das Rohkondensat zugeführt. Die Filtrationseinheit 1 weist eine Vielzahl keramischer Membranen auf, mittels derer das über den Zulauf 2 zugeführte Rohkondensat gefiltert wird. Über den Ablauf 3 wird das gefilterte Kondensat dem weiteren Wasser-Dampfkreislauf des Kraftwerkes zugeführt und dient als Kesselspeisewasser oder wird einem weiteren Aufbereitungsschritt außerhalb der KRA zugeführt.
Ferner ist vorgesehen eine Rückspüleinheit 4. Wenn es nach einer gewissen Betriebsdauer erforderlich ist, die Filtrationseinheit 1 rückzuspülen, wird mittels der Rückspüleinheit 4 über die Rückspülwasserzuleitung 5 die Filtrationseinheit rückgespült. Das Rückspülabwasser wird über den Ablauf 6 abgeleitet.
Die Betriebsart der Kondensatreinigungsanlage ist dabei beliebig. Die erfindungsgemäße Kondensatreinigungsanlage kann in allen denkbaren Varianten wie Dead-End (Totes Ende) oder Kreuzstromverfahren, jeweils mit oder ohne Rückspülung eingesetzt werden. Bei der Rückspülung können auch Chemikalien eingesetzt werden, sofern dies erforderlich ist.

Claims

Kondensatreinigungsanlage eines Kraftwerkes, insbesondere eines Kernkraftwerkes und/oder Hochtemperaturkraftwerkes, die in den Wasser-Dampfkreislauf eines solchen Kraftwerkes eingebunden ist, wobei zur Entfernung von Partikeln und Kolloiden aus dem Kondensat zumindest ein Filterelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement durch keramische Membranen gebildet ist.
Kondensatreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Membranen eine Porengröße von kleiner oder gleich 1,0 μm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,2 μm aufweisen.
Kondensatreinigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den keramischen Membranen um Mikrofiltrationsmembranen und/oder Ultrafiltrationsmembranen und/oder Nanofiltrationsmembranen oder eine Kombination dieser Membranen handelt.
Kondensatreinigungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl keramischer Membranen parallel zu Membranelementen zusammengefasst sind.
Kondensatreinigungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement durch ein etwa zylinderförmiges keramisches Membranelement gebildet ist, welches durch eine Vielzahl keramischer Hohlfasern oder Hohlfaserblöcke gebildet ist.
Kondensatreinigungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Filterelemente parallel und/oder in Reihe geschaltet sind.
Kondensatreinigungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement rückspülbar ist.
Verwendung keramischer Membranen zur Kondensatreinigung in einem Wasser-Dampfkreislauf eines Kraftwerkes, eines Kernkraftwerkes, eines fossil befeuerten Kraftwerkes, insbesondere eines Hochtemperaturkraftwerkes.