DE10231734A1 - Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasseraufbereitung und Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser - Google Patents

Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasseraufbereitung und Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser

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Abstract

Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasser-Aufbereitung in einem Seefahrzeug (1), umfassend eine Wärmekraftmaschine (2), welche wenigstens heißes Abgas produziert und ein Rohrleitungsnetz (3) zur Ausgabe der heißen Abgase beinhaltet und mit einer Wärmeaustauschanordnung (6, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 6.10, 9, 9') versehen ist, welche Wärmeaustauschanordnung (6) einen Fließkreislauf (6.1) für ein erstes Wärmeübertragungsfluid beinhaltet, welches in Verbindung mit dem, zur Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids und zur Kühlung der Abgase eingerichteten Wärmeaustauscher steht, und ein Ballastsystem, welches zumindest einen Ballasttank (12) und einen Ballastwasserfließkreislauf (9, 9') beinhaltet, wobei der Ballastwasserfließkreislauf so angeordnet ist, dass er in Wärmeübertragungskontakt mit dem ersten Wärmetauscher (6) steht. Der Fließkreislauf (9, 9') für Ballastwasser umfasst ein Zwischenvolumen (13, 13') vor dem Ballasttank in der Fließrichtung des Ballastwassers in dem Ballastwasser-Fließkreislauf. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug (1), welches Abgaswärme einer Wärmekraftmaschine (2) nutzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasseraufbereitung in einem Seefahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Ballast in Seefahrzeugen ist üblicherweise Wasser, welches an Bord eines Seefahrzeuges gebracht wird, um Ladung zu ersetzen. Das Wasser wird zur Stabilisierung des Schiffes genutzt, indem das Gesamtgewicht erhöht oder verringert wird und der Schwerpunkt des Seefahrzeuges angepasst wird. Ballast ist notwendig für den sicheren Betrieb von Schiffen aller Art. Es wird zum Beispiel zur Steuerung von Stabilität, Trimm- und Schlagseite genutzt.
  • Der Transport von Meereslebewesen im Ballastwasser von Schiffen hat allerdings zu erheblichen Bedenken geführt, insbesondere bei Langstreckentransporten in Schiffen mit erheblichen Mengen von Ballastwasser. Wenn solche nicht einheimischen Lebewesen in eine neue Umwelt eingeführt werden, werden sie zu einer potentiellen Bedrohung der Umgebung. Als eine Gegenmaßnahme wurde Wärmebehandlung von Ballastwasser vorgeschlagen. Es wurde ermittelt, dass Temperaturerhöhungen erhebliche Todesraten bei Organismen verursachen, zum Beispiel bei Muscheln und Seepocken.
  • Es gibt allgemeine Verfahren zur Erhitzung von Ballastwasser, welche genutzt werden können. Zunächst kann von den Schiffsmotoren erzeugte Hitze zum Erwärmen des Ballastwassers umgelenkt werden. Dieses Verfahren bedingt die Installation von Wärmetauschern in den Ballasttanks, welche Wasser von den Antriebskühlsystemen oder Abwärme der Antriebssystemabgase transportieren, um das Ballastwasser zu erwärmen. Zweitens könnte Ballastwasser zu den Wärmequellen in den Antriebsanlagen geleitet werden, um Wärme zum Beispiel als ein Bestandteil des Motorenkühlsystems aufzunehmen und dann zurück in den Ballasttank geleitet werden. Diese Art von Anordnungen wurde in der Veröffentlichung US 5,816,181 gezeigt.
  • Diese Veröffentlichung gibt keine Vorschläge bezüglich der übergreifenden Steuerung des Wärmemanagements einer Wärmekraftmaschine in einem Seefahrzeug und läßt die Lösung daher unvollständig.
  • Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Anordnung zur Wärmebehandlung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug zu schaffen, bei der die Nachteile des Standes der Technik minimiert wurden und in der die Steuerung des Wärmegleichgewichts optimiert ist. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Anordnung zur kombinierten Abgasreinigung und Wärmebehandlung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug zu schaffen, welche zur Verfügung stehende Wärme effizient nutzt.
  • Die Ziele der Erfindung können, wie es in den Ansprüchen 1, 12 und in weiteren Ansprüchen detaillierter beschrieben wurde erreicht werden.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasseraufbereitung in einem Seefahrzeug eine Wärmekraftmaschine, welche wenigstens heißes Abgas produziert, und ein Rohrleitungssystem zur Ausgabe der heißen Abgase beinhaltet und mit einer Wärmeaustauschanordnung versehen ist, welche einen ersten Wärmetauscher beinhaltet. Die Wärmeaustauschanordnung beinhaltet auch einen Fließkreislauf für ein erstes Wärmeübertragungsfluid, welcher in Fließverbindung mit dem ersten Wärmetauscher ist, welcher zur Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids und zur Kühlung des Abgases eingerichtet ist. Die Anordnung umfasst auch ein Ballastsystem, welches wenigstens einen Ballasttank und einen Ballastwasserfließkreislauf beinhaltet, wobei der Ballastwasserfließkreislauf im Wärmeübertragungskontakt mit dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist. Der erste Wärmetauscher ist vorzugsweise ein direkter Wärmetauscher. Der Fließkreislauf für Ballastwasser umfasst zusätzlich ein Zwischenvolumen vor dem Ballasttank in der Fließrichtung des Ballastwassers in Verbindung mit dem Ballastwasserfließkreislauf. Das Zwischenvolumen ist vorzugsweise ein Tank und/oder eine geeignete wärmeisolierte Leitung von bestimmter Länge. Dadurch ist es möglich, das Ballastwasser einer Wärmebehandlung auszusetzen, so dass jeweils ein Teil des Wassers aufbereitet wird.
  • Der erste Wärmetauscher ist ein direkter Wärmetauscher. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Fließkreislauf für Ballastwasser in Verbindung mit dem Fließkreislauf für ein erstes Wärmeübertragungsfluid, so dass das erste Wärmeübertragungsfluid Ballastwasser ist, d. h. das Ballastwasser wird direkt durch Kontakt mit dem Abgas erwärmt.
  • In der Wärmeaustauschanordnung ist eine Sprühkopfanordnung nach dem Wärmetauscher in der Fließrichtung des Abgases zur Versprühung von Seewasser angeordnet, welche Sprühkopfanordnung in Fließverbindung mit einer Quelle von ungeheiztem Seewasser ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Fließkreislauf in Fließverbindung mit einem zweiten Wärmetauscher, welcher zur Kühlung des ersten Wärmeübertragungsfluids und zur Erwärmung des Ballastwassers eingerichtet ist, wobei der zweite Wärmetauscher ein indirekter Wärmetauscher ist und das Ballastwasser somit indirekt erwärmt wird.
  • Der erste Wärmetauscher, d. h. der direkte Wärmetauscher ist vorteilhaft mit einem Gravitationstank für Wärmeübertragungsfluid versehen, welcher zur Einführung des ersten Wärmeübertragungsfluids in den ersten Wärmetauscher mittels Schwerkraft eingerichtet ist. Der Gravitationstank befindet sich mittels des ersten Fließkreislaufes in Fließverbindung mit Seewasser und das erste Wärmeübertragungsfluid angeordnet, um Wärme von einem Kühlsystem der Wärmekraftmaschine mittels eines dritten Wärmetauschers zu beziehen, bevor es von einer Quelle von unbeheizten Seewasser zu dem Fluidgravitationstank geführt wird. Der Ballastwasserfließkreislauf ist zusätzlich mit einem vierten Wärmetauscher versehen, welcher zur Wärmeentnahme von einem Kühlsystem der Wärmekraftmaschine eingerichtet ist. Auf diese Weise kann die Temperatur des Ballastwassers weiter erhöht werden.
  • Es ist vorteilhaft, dass das aufzubereitende Ballastwasser durch das schon aufbereitete Ballastwasser vorgewärmt wird. Wenn Ballastwasser aufbereitet wird, indem es von einem ersten Ballastwassertank zu einem zweiten Ballastwassertank gepumpt wird und dazwischen einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ist es daher vorteilhaft, dass der Ballastwasserfließkreislauf mit einem fünften Vor-Wärmetauscher versehen ist, welcher hinter dem Ballasttank, von dem das Wasser abgepumpt wird angeschlossen ist und vor dem Haupt-Wärmetauscher und zwischen dem Haupt-Wärmetauscher und dem Ballasttank, zu dem das Wasser auf der anderen Fließseite gepumpt wird. Somit kann das schon aufbereitete warme Ballastwasser durch Erwärmung des kalten, aufzubereitenden Ballastwassers gekühlt und die Gesamteffizienz erhöht werden.
  • Gemäß dem Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser in Seefahrzeugen, welches eine Wärmekraftmaschine umfasst, welche wenigstens heißes Abgas erzeugt, und ein Rohrleitungsnetz zur Ausgabe der heißen Abgase beinhaltet, und mit einer Wärmeaustauschanordnung versehen ist, wird beim Zuführen von Ballastwasser in den Ballastwassertank die von den Abgasen übertragene Wärme weiter zum Ballastwasser übertragen, wodurch das Ballastwasser von einer ersten Temperatur zu einer zweiten, erhöhten Temperatur erwärmt wird. Darüber hinaus wird das Ballastwasser nach Empfang der Wärme in dem Wärmetauscher für eine bestimmte Zeitperiode auf einer erhöhten Temperatur gehalten, bevor es zu dem Ballasttank geführt wird und bevor es mit kälterem Wasser in dem Ballastwassertank gemischt wird. Dies kann durch zeitweilige Verringerung der Fließgeschwindigkeit des Wasser erreicht werden, indem es zum Beispiel durch eine Sektion mit vergrößertem Fließquerschnitt geführt wird. Diese Sektion ist vorteilhaft ein Tank.
  • Gemäß dem Verfahren der Erfindung werden das Ballastwasser und die Abgase vorzugsweise in direkten Wärmeaustausch miteinander in den Wärmeaustauschvorrichtungen gebracht.
  • Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die Einführung des Ballastwasser durch Einhaltung einer Wasseroberflächenhöhe auf einem gewünschten Level in einem Gravitationstank gesteuert wird, welcher zur Einführung des Wassers in die Wärmeaustauschvorrichtung eingerichtet ist.
  • Die Erfindung hat mehrere Vorteile. Die Aufbereitung von Ballast basiert auf einer effizienten Wärmerückgewinnung, bei der die Anlagengesamteffizienz 90% übersteigt. Eine Zuführung von Chemikalien wird zur Ballastwasseraufbereitung nicht benötigt. Durch Ballastwasseraufbereitung werden keine Wegwerfabfälle erzeugt. Die vorliegende Erfindung schafft niedrigere Abgasemissionen und verbessert die Sicht nach achtern von der Brücke, aufgrund des direkten Wärmetauschers zur Kühlung der Abgase der Wärmekraftmaschine. Der vertikale Schwerpunkt des Schiffes ist niedriger, was vorteilhafte Auswirkungen auf die Stabilität des Schiffes hat.
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen
  • Fig. 1 eine schematische Illustration einer Ausführungsform einer Anordnung zur Wärmeaufbereitung von Ballastwasser gemäß der Erfindung zeigt, und
  • Fig. 2 eine schematische Illustration einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung zur Wärmeaufbereitung von Ballastwasser gemäß der Erfindung zeigt.
  • In der Fig. 1 wird eine prinzipielle Darstellung gezeigt, wie das Ballastwasser effizient aufbereitet werden kann, d. h. einer Wärmeaufbereitung in Verbindung mit einer Abgasreinigung ausgesetzt wird. Ein Schiff 1 ist mit einer Wärmekraftmaschine 2 versehen, wie zum Beispiel ein Dieselmotor, welcher dem Schiff als Hauptantriebsmaschine dient. Natürlich können auch mehrere solcher Maschinen vorhanden sein. Von der Dieselmaschine 2 werden die Abgase mittels einer Abgasleitung 3 zuerst zu einem Abgasboiler 4 geleitet, welcher, falls gewünscht, vorgesehen sein kann und über einen Abgasschalldämpfer 5 zu einem horizontal befestigten direkten Wärmetauscher, d. h. einem Wascher 6, welcher Begriff im folgenden genutzt werden wird. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform werden die Abgase im Wascher 6 gekühlt und außerdem mittels Seewasser gereinigt, welches wiederum durch die heißen Abgase erwärmt wird. In dem Wascher 6 wird das Seewasser in die Abgase in geeigneter Weise eingesprüht. Der horizontale Wascher ist insbesondere vorteilhaft, da das zu erwärmende Wasser nicht notwendigerweise auf höhere Ebenen des Schiffes erhöht wird, was einen positiven Einfluss auf die Stabilität des Schiffes 1 hat.
  • Der letzte Teil der Abgasleitung 3 ist ein Schacht 3.1, welcher sich vertikal über eine Tauchgrenze oder ein Schottdeck erstreckt und nach unten zu dem niedrigst gewünschten Ausgang 3.2 von mehreren Ausgängen umgeleitet wird. Die Anzahl der Gasausgänge 3.2 kann wie benötigt gewählt werden und variiert von einem bis zum Beispiel vier oder fünf. Der höchste kann hoch genug angeordnet sein, um den Austritt der Gase während jeglichen Extrembedingungen zu ermöglichen, wie zum Beispiel raue See oder ein beschädigter Zustand des Rumpfes, mit einem den vorgesehenen Tiefgang übersteigenden statischen Tiefgang. Der niedrigste Ausgang kann nahe der Ballastwasserlinie angeordnet sein, um zum Beispiel eine maximale vertikale Distanz zwischen dem Ausgang 3.2 und der Schiffscrew zu erlauben, welche während Manövern unter Ballastbedingungen auf dem achteren Anlegedeck steht. Eine geeignete Höhe kann ebenfalls gewählt werden, um störende Gasabgaben zu verhindern, wenn Leute auf dem Pier im Hafen stehen und während Ankünften und Abfahrten. Für Hauptantriebsmaschinen kann der niedrigste Ausgang 3.2 üblicherweise für einen geringen Gasfluss ausgelegt werden, als während Manöverbedingungen erwartet werden kann. Die Ausgänge 3.2 sind mit Absperrventilen 7 versehen. Schlepp- und Lotsenverschiffungsverfahren können, falls gewünscht, ebenfalls miteinbezogen werden.
  • Das Schiff kann mit Gasausgängen 3.2 auf Steuerbord- und Backbordseite, falls für notwendig befunden ausgestattet werden, wie in Fig. 1 abgebildet. Der Abgasschacht 3 für Steuerbord- und Backbordausgänge ist mit einem Umschaltungsventilsystem 6.9 versehen, welches den Fluss der Abgase steuert, die entweder zu den Ausgängen auf Steuerbord- und Backbordseite oder, falls gewünscht, zu beiden lenkt. Das Umstellventilsystem 6.9 kann automatisch gesteuert werden, zum Beispiel mittels eines Windrichtungssensors oder durch andere geeignete Mittel (nicht abgebildet). Diese Ausführungsform der Erfindung bietet einen zusätzlichen Vorteil für die Anordnung der Erfindung aufgrund seiner Flexibilität beim Auswählen des genutzten Gasausgangsortes. Das Führen der Gase zu den Ausgängen auf der windabgewandten Seite des Schiffes verringert zum Beispiel den Gegendruck der Maschine 2. Der Abgasschacht kann auch eine Gabelung 3.3, 3.4 umfassen, welche an der Obersektion des Schiffes zur Umgebung führt.
  • Die Wärmeaufbereitung des Ballastwassers wird mittels Abwärme durchgeführt, welche durch Reinigung der Abgase in einem Wascher 6 freigegeben wird. Wie aus Fig. 1 gesehen werden kann, verfügt der Wascher 6 funktionsgemäß über verschiedene, aufeinanderfolgende Abschnitte und die Wärmetauscheranordnung beinhaltet zwei Wärmeübertragungsfluid- Fließkreisläufe. Zuerst werden die heißen Abgase durch Nutzung eines ersten Fließkreislaufs 6.1 abgekühlt. Der erste Fließkreislauf 6.1 umfasst ein Rohrleitungssystem, um Seewasser zuerst zu einem Gravitationstank 6.2 zu führen, von dem Seewasser als ein Wärmeübertragungsfluid in den Wascher durch Sprühköpfe 6.3 eingeführt wird. Es ist möglich, das Seewasser vorzuwärmen, indem ein Wärmetauscher 10 vorgesehen wird, um Wärme von einem Kühlsystem der Wärmekraftmaschine 2 zu entnehmen, bevor es zu dem Fluidgravitationstank 6.2 geleitet wird. Der Wascher ist gemäß eines Aspektes der Erfindung so angeordnet, dass das Versprühen des Wassers durch Einhaltung einer geeigneten Höhe der Oberfläche in dem Gravitationstank eingestellt wird, welcher einen bestimmten Hydraulikdruck schafft, was zu einer geeigneten Einführung von Wasser in den Wascher führt. Der Druck in dem Gravitationstank 6.2 wird vorzugsweise auf Umgebungsdrucklevel gehalten, d. h. unter Luftdruck. Mit dieser Anordnung kann ein konstanter Druck und damit ein kontrollierter Wasserfluss mittels der Hilfe von Schwerkraft eingehalten werden. Im Falle eines plötzlichen Pumpendruckverlustes oder kurzfristiger Fehlfunktion wird der Gravitationstank die Wasserzufuhr zu dem Wascher für eine bestimmte Zeitperiode sicherstellen, um ein Überhitzen der nach dem Wasser 6 folgenden Rohrleitungen zu verhindern.
  • Das dem in Gasflussrichtung letzten Abschnitt der Sprühkopfanordnung 6.8 zugeführte Wasser wird vorzugsweise direkt von einer Ableitung der Seewasserpumpe 8 zugeführt, um eine niedrige Gasausgangstemperatur sicherzustellen. Alternativ kann eine separate Pumpe 8.1 diesen letzten Abschnitt versorgen. Das Seewasser wird von einer Seetasche 15 des Schiffes genommen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eine Seetasche abgebildet, aber es sollte klar sein, dass das Schiff mit mehreren Seetaschen versehen sein kann.
  • Das Wasser fließt von dem Wascher 6 nach unten in alle Wärmeübertragungsabschnitte, mit Ausnahme des letzten Seewasserkühlabschnitts, durch indirekte Wärmetauscher 6.4, wodurch es abkühlt und Wärme zu dem zweiten Wärmeübertragungsfluid überträgt, d. h. dem Ballastwasser, welches in dem zweiten Fließkreislauf 9 fließt. Das Seewasser fließt durch die Wärmetauscher zu einem Sammeltank 6.5, von dem das Wasser mittels einer Pumpe 6.6 über Bord abgelassen wird. Es ist auch möglich, das Wasser mittels Röhren 6.7, welche mit einer Zirkulationspumpe 6.11 versehen sind, zurück zu dem Gravitationstank 6.2 zu rezirkulieren. Die Betriebs- und Strukturparameter des ersten Abschnitts des Waschers 6 in der Gasfließrichtung werden bevorzugt gewählt, um eine Wascher-Wasserendtemperatur von ca. 60 bis 75°C zu erreichen, jedoch mit einem Minimum an Verdampfung.
  • Die indirekten Wärmetauscher 6.4 und die verschiedenen Abschnitte des Waschers 6 arbeiten gemäß eines Gegenstromverfahrens, um den bestmöglichen Erwärmungseffekt zu erreichen. Dies bedeutet, dass der erste Abschnitt des Waschers den letzten Abschnitt des zweiten Wärmeübertragungsfluids, d. h. des Ballastwassers erwärmt.
  • In manchen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, das Ballastwasser weiter zu erwärmen und daher ist ein vierter Wärmetauscher 11 eingerichtet, um Wärme aus Kühlsystem der Wärmekraftmaschine zu ziehen, um das Ballastwasser direkt zu erwärmen. Das Kühlsystem, insbesondere eines Hubkolbenverbrennungsmotors ist ein Hochtemperaturkreislauf, welcher zum Beispiel Zylinderblock und -köpfe kühlt. Dies ist insbesondere auf kürzeren Strecken des Schiffes vorteilhaft, d. h. wenn die verfügbare Zeit zum Erwärmen des Ballastwassers limitiert ist. Das Ballastwasser wird bis zu einer gewünschten Aufbereitungstemperatur erwärmt, welche ungefähr 40 bis 60°C sein kann, abhängig von zum Beispiel der verfügbaren Aufbereitungszeit. Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, wird das erwärmte Wasser in einen Tank, welcher als ein Zwischenvolumen 13 zwischen dem Wärmetauscher 11 und dem Ballasttank 12 liegt, geführt. Der Tank 13 wurde so eingerichtet, dass die Verweilzeit des Ballastwassers auf der erhöhten Temperatur ausreichend ist, um die unerwünschten Organismen in dem Wasser zu zerstören. Die benötigte Verweilzeit hängt stark von der Temperatur ab, allerdings sollte sich die Aufbereitung wenigstens von zweistelligen Sekundenbeträgen bis zu mehreren Minuten erstrecken. Die Erhöhung der Verweilzeit wird, wie in Fig. 1 dargestellt, mittels des Tanks 13 erreicht, aber dieser kann in manchen Fällen durch zum Beispiel eine gut isolierte Leitung von ausreichender Länge ersetzt werden, wie in Fig. 2 dargestellt.
  • Nach ausreichender Wärmeaufbereitungszeit kann das Ballastwasser vor der Zuführung zu dem Ballastwassertank 12 gekühlt werden. Dies wird vorteilhaft mit einem fünften Wärmetauscher 14 erreicht, welcher zwischen dem Ballasttank 12 und dem zweiten Wärmetauscher, d. h. dem indirekten Wärmetauscher 6.4 auf der anderen Fließseite des Wärmetauschers und zwischen dem Zwischentank 13 und dem Ballasttank 12 auf der anderen Fließseite angeordnet ist. Der Fluss des Ballastwassers wird mittels eines Ventilsystems 14.1 gesteuert. Auf diese Weise wird das aufzubereitende kalte Ballastwasser vor der Zuführung zu den Wärmetauschern 6.4 vorgewärmt und das Ballastwasser vor der Zuführung zu dem Ballastwassertank 12 abgekühlt. Das Ballastwasser wird in anderen Worten nur zeitweilig zur Dekontaminierung erwärmt.
  • Die Ventile 8.2 sind zur Steuerung der Höhe des Oberflächenlevels des Seewassers in dem Gravitationstank 6.2 vorgesehen und außerdem zur Führung des Kühlwassers der Maschine 2, indem Seewasser von dem Wärmetauscher 10 entweder zu dem Gravitationstank 6.2 oder zurück in die See geführt wird. Jeder Abschnitt des Waschers kann mit dem Wartungsluftsystem des Schiffes verbunden sein, um das Reinigen der Wassersprühköpfe durch Durchblasen mit unter Druck stehender Luft zu ermöglichen (nicht in den Figuren abgebildet).
  • Die Anordnung der Erfindung ist mit allen See-Einrichtungen anwendbar, welche heiße Abgase produzieren, wie zum Beispiel Haupt- und Ersatzdieselmaschinen, Gasturbinen, ölbefeuerte Boiler und Verbrennungsöfen.
  • Als ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung werden Schwefeloxide in großem Maße von den Abgasen in dem Wascher 6 ausgewaschen. Dies kann durch die Nutzung von geeigneten Additiven in das System intensiviert werden. Die Additive können zum Beispiel dem Gravitationstank 6.2 durch eine Additiv-Verbindung 6.10 zugeführt werden, wonach die gebildete Wassersuspension in einen Gasfluss in einen Wascher 6 gesprüht wird. Die Additive können aus einer Gruppe von allgemein bekannten Reagenzien ausgewählt werden, welche zur Reduktion von Gasemissionen genutzt werden, wie zum Beispiel Kalk. Partikel werden ebenfalls effizient durch das versprühte Wasser weggewaschen. Es ist ebenfalls möglich, Additive zur Kesselsteinansatzverhinderung in der Anordnung zu nutzen.
  • Um die Erfindung anzuwenden, gibt es alternative Ballastwasser-Zirkulationsprinzipien:
    • 1. Auswechselnd, Einfachleitung. Es wird jeweils ein Ballastwassertank über Bord entleert und dann über die Wärmeaufbereitungsanordnung nachgefüllt. Entleerung und Befüllung kann nicht gleichzeitig erfolgen.
    • 2. Auswechselung, Doppelleitung. Es wird jeweils ein Ballastwassertank über Bord entleert, während ein anderer über die Wärmeaufbereitungsanordnung nachgefüllt wird. Gleichzeitiges Entleeren und Befüllen ist möglich.
    • 3. Tank-zu-Tank-Zirkulation. Absaugen von einem Tank und Entleerung über die Wärmeaufbereitungsanordnung in einen anderen. Diese Art von Wasserzirkulation ist in Fig. 1 dargestellt.
    • 4. Individuelle Tankzirkulation. Absaugen von einem Tank und Re-Zirkulation über die Wärmeaufbereitungsanordnung zurück in denselben Tank.
  • In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Anordnung zur Wärmeaufbereitung von Ballastwasser gemäß der Erfindung abgebildet, welche prinzipiell zu der in Fig. 1 abgebildeten übereinstimmt, aber welche dazu gedacht ist, in Verbindung mit solch einer Wärmekraftmaschine genutzt zu werden, deren Abgase relativ sauber sind, oder welche das Wasser nicht dazu veranlassen, in zu starkem Ausmaß aggressiv oder korrosiv zu werden, wenn es in das Gas in dem Wascher 6 gesprüht wird. Im folgenden wird die Fig. 2 beschrieben, in dem hauptsächlich auf die Merkmale eingegangen wird, welche sich von der Anordnung aus Fig. 1 unterscheiden. Die in der Fig. 2 genutzten Referenzzahlen entsprechen soweit möglich den in Fig. 1 benutzten.
  • In der Anordnung in Fig. 2 ist das Ballastwasser so angeordnet, dass es in direktem Kontakt mit den Abgasen der Wärmekraftmaschine 2 ist. Auf diese Weise kann die Temperatur des Ballastwassers stärker erhöht werden, als mit einem kombinierten Wascher und indirektem Wärmetauscher, wie in Fig. 1 abgebildet. Das Abgassystem der Maschine korrespondiert im Prinzip mit der Darstellung aus Fig. 1, obwohl die Gasauslässe 3.2 hier nur auf einer Seite des Schiffes 1 abgebildet sind.
  • Das aufzubereitende Ballastwasser wird durch den Fließkreislauf 9' zirkuliert, welcher folgende Elemente in der Fließreihenfolge des wärmeübertragenden Fluids, d. h. des Ballastwassers umfasst. In diesem Falle wird das Ballastwasser von einem ersten Ballastwassertank 12 durch einen Wärmetauscher 14 gepumpt, in welchem das aufzubereitende Ballastwasser durch das schon behandelte Ballastwasser vorgewärmt wird. Das vorgewärmte Ballastwasser wird zu dem Gravitationstank 6.2 geführt, welcher so eingerichtet ist, um das Ballastwasser in den direkten Wärmetauscher, d. h. dem Wascher 6 einzuführen. In der in Fig. 2 abgebildeten Ausführungsform wird das in dem Wascher 6 erwärmte Ballastwasser in einen weiteren Ballastwassertank 12 durch ein Zwischenvolumen 13' zugeführt, welches eine gut isolierte Leitung von ausreichender Länge ist. Nach der Aufnahme von Wärme in dem Wascher 6 wird das Ballastwasser somit auf erhöhter Temperatur für eine vorgewählte Zeitperiode gehalten, bevor es zu dem Ballasttank geführt wird, und bevor es mit kälterem Wasser in dem Ballastwassertank 12 gemischt wird.
  • Der Wascher 6 umfasst mehrere Abschnitte 6.11, welche in Serie angeordnet sind und das Gegenstromprinzip nutzen. Der Gravitationstank ist ebenfalls in mehrere Abschnitte unterteilt. Es ist möglich, verschiedene Fließeigenschaften zu wählen, zum Beispiel zu den Sprühköpfen eines jeden Abschnitts. Das in einem Abschnitt erwärmte Wasser wird gesammelt und zu dem Gravitationstank des zweiten Abschnitts gepumpt, bis alle Abschnitte durchlaufen wurden und die Temperatur des Wassers für die Zerstörung von unerwünschten Organismen ausreichend ist.
  • Nach dem Wascher 6 in der Fließrichtung des Abgases ist eine Sprühkopfanordnung 6.8 zum Sprühen von Seewasser angeordnet, welche Sprühkopfanordnung in Fließverbindung mit einer Quelle von ungeheiztem Seewasser ist, zum Beispiel mit der Seetasche 15 des Schiffes 1.
  • Die Erfindung ist nicht auf die abgebildeten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind verschiedene Änderungen der Erfindung im Rahmen der angehängten Ansprüche möglich.

Claims (16)

1. Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasser-Aufbereitung in einem Seefahrzeug (1), umfassend:
eine Wärmekraftmaschine (2), welche wenigstens heißes Abgas produziert, welche Maschine ein Rohrleitungsnetz (3) zur Ausgabe der heißen Abgase beinhaltet und mit einer Wärmeaustauschanordnung (6, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 6.10, 9, 9') versehen ist, welche einen ersten Wärmetauscher (6) beinhaltet, und
die Wärmeaustauschanordnung (6, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 6.10, 9, 9') weiter einen Fließkreislauf (6.1) für ein erstes Wärmeübertragungsfluid beinhaltet, welcher in Verbindung mit dem ersten, zur Erwärmung des ersten Wärmeübertragungsfluids und zur Kühlung der Abgase eingerichteten Wärmetauscher (6) steht, und
ein Ballastsystem, welches zumindest einen Ballasttank (12) und einen Ballastwasserfließkreislauf (9, 9') beinhaltet, wobei der Ballastwasserfließkreislauf so angeordnet ist, dass er in Wärmeübertragungskontakt mit dem ersten Wärmetauscher (6) steht,
dadurch gekennzeichnet, dass der Fließkreislauf (9, 9') für Ballastwasser in der Fließrichtung des Ballastwassers in dem Ballastwasserfließkreislauf vor dem Ballasttank ein Zwischenvolumen (13, 13') umfasst.
2. Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasseraufbereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließkreislauf (9, 9') für Ballastwasser in Verbindung mit dem Fließkreislauf (6.1) für ein erstes Wärmeübertragungsfluid steht, so dass das erste Wärmeübertragungsfluid Ballastwasser ist und dass der erste Wärmetauscher (6) ein direkter Wärmetauscher ist.
3. Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasseraufbereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenvolumen (13) ein Tank und/oder eine geeignete wärmeisolierte Leitung (13') von bestimmter Länge ist.
4. Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasseraufbereitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sprühkopfanordnung (6.8) zum Einsprühen von Seewasser in die Abgase in der Fließrichtung der Abgase nach dem Wärmetauscher angeordnet ist, wobei die Sprühkopfanordnung über Fließverbindung mit einer Quelle von ungeheiztem Seewasser verfügt.
5. Anordnung zur kombinierten Abgas- und Ballastwasseraufbereitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fließkreislauf (6.1) in Fließverbindung mit einem zweiten Wärmetauscher (6.4) steht, welcher zur Kühlung des ersten Wärmetauscherfluids und zur Erwärmung des Ballastwassers eingerichtet ist.
6. Anordnung zur Wärmebehandlung von Ballastwasser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (6.4) ein indirekter Wärmetauscher ist.
7. Anordnung zur Wärmebehandlung von Ballastwasser nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (6) mit einem Gravitationstank (6.2) für Wärmeübertragungsfluid versehen ist, welcher dazu eingerichtet ist, das erste Wärmeübertragungsfluid in den ersten Wärmetauscher (6) zu leiten.
8. Anordnung zur Wärmebehandlung von Ballastwasser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gravitationstank (6.2) für Wärmeübertragungsfluid mittels des ersten Fließkreislaufes (6.1) in Fließverbindung mit Seewasser steht und dass das erste Wärmeübertragungsfluid angeordnet ist, um mittels eines dritten Wärmetauschers (10) Wärme aus einem Kühlsystem der Wärmekraftmaschine (2) zu ziehen, bevor sie von einer Quelle von ungeheiztem Seewasser (15) zu dem Fluidgravitationstank (6.2) fließt.
9. Anordnung zur Wärmebehandlung von Ballastwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballastwasserfließkreislauf (9) mit einem vierten Wärmetauscher (11) versehen ist, welcher eingerichtet ist, um Wärme von einem Kühlsystem der Wärmekraftmaschine (2) zu ziehen.
10. Anordnung zur Wärmebehandlung von Ballastwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballastwasserfließkreislauf (9) mit einem fünften Wärmetauscher (14) versehen ist, welcher zwischen dem Ballasttank (12) und dem ersten Wärmetauscher (6) auf der anderen Fließseite des Wärmetauschers, und zwischen dem ersten Wärmetauscher (6) und dem Ballasttank (12) auf der anderen Fließseite angeschlossen ist.
11. Anordnung zur Wärmebehandlung von Ballastwasser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballastwasserfließkreislauf (9) mit einem fünften Wärmetauscher (14) versehen ist, welcher zwischen dem Ballasttank (12) und dem zweiten Wärmetauscher (6.4) auf der anderen Fließseite des Wärmetauschers und zwischen dem zweiten Wärmetauscher (6.4) und dem Ballasttank (12) auf der anderen Fließseite angeschlossen ist.
12. Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug (1), umfassend eine Wärmekraftmaschine (2), welche wenigstens heißes Abgas produziert und ein Rohrleitungsnetz (3) zur Ausgabe der heißen Abgase an die. Umgebung beinhaltet und mit einer Wärmetauscheranordnung (6, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 6.10, 6.11, 9, 9') versehen ist, wobei beim Zuführen von Ballastwasser in einen Ballasttank (12) von dem Abgas in der Wärmeübertragungsanordnung (6) übertragene Wärme weiter zu dem Ballastwasser übertragen wird, und somit das Ballastwasser von einer ersten Temperatur zu einer zweiten, erhöhten Temperatur erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ballastwasser und die Abgase in der Wärmeaustauschanordnung (6) in Wärmeübertragungskontakt gebracht werden und dass nach Empfang der Wärme in der Wärmeaustauschanordnung das Ballastwasser für eine vorbestimmte Zeitperiode auf erhöhter Temperatur gehalten wird, bevor es zu dem Ballasttank (12) geleitet wird und bevor das Wasser in dem Ballasttank (12) mit kälterem Wasser vermischt wird.
13. Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließgeschwindigkeit des Wassers zeitweilig verringert wird, indem es zum Beispiel durch eine Sektion (13) mit vergrößerter Querschnittsfließfläche geführt wird.
14. Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektion (13) mit vergrößerter Querschnittsfließfläche ein Tank ist.
15. Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführung des Ballastwassers in Verbindung mit den Abgasen durch Aufrechterhaltung der Wasseroberflächenhöhe in einem Gravitationstank (6.2) auf einem gewünschten Level gesteuert wird, welcher Gravitationstank zur Einführung des Wassers in die Wärmeaustauscheinrichtung (6) eingerichtet ist.
16. Verfahren zur Aufbereitung von Ballastwasser in einem Seefahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ballastwasser und die Abgase in direkten Wärmeaustauschkontakt gebracht werden.
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