DE1298505B

DE1298505B - Verfahren zur Vorwaermung einer Fluessigkeit, die als Kondensat einer vielstufigen Entspannungsverdampfung erzeugt ist, und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1298505B
Application number: DER27417A
Authority: DE
Inventors: Starmer Roy Cullercoates; Emmett James Ratcliffe
Original assignee: Richardsons Westgarth and Co Ltd
Current assignee: Richardsons Westgarth and Co Ltd
Priority date: 1959-02-27
Filing date: 1960-02-25
Publication date: 1969-10-02
Also published as: FR1249195A; US3219552A; NL129275C; NL259128A; GB941063A

Description

Zur Durchführung- dieses Verfahrens ist zweckmäßig vorgesehen, daß von der Abzugsleitung für das Kondensat ein Leitungssystem abgezweigt und durch die aufeinanderfolgenden Dampfräume der Heizstufen hindurchgeführt ist. Das Leitungssystem kann dabei in jeder gewünschten Weise ausgebildet sein, z. B. als einfaches Rohr oder als Rohrbündel od. dgl. Durch den Vorschlag der Erfindung wird erreicht, daß nicht nur die zu verdampfende Rohflüssigkeit, sondern auch das zu erwärmende Kondensat als Kühlmittel durch die Heizstufen des Verdampfers hindurchströmen, so daß auch das Kondensat progressiv durch Aufnahme eines Teiles der Kondensationswärme der Brüden auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird. Dadurch wird z. B. das Kondensat zur unmittelbaren Verwendung als Kesselspeisewasser geeignet, ohne daß ein besonderer Vorwärmer erforderlich ist. Zwar steigt dabei der Energieverbrauch des Entspannungsverdampfers gegenüber einem ohne Kondensatvorwärmung arbeitenden Verdampfer etwas an, aber dieser Effekt wird überkompensiert durch die Tatsache, daß die einzelnen Verdampferstufen wegen der Zunahme der Kondensationsflächen für die Brüden sehr viel kleiner gebaut werden können und sich dadurch die bei Entspannungsverdampfern im allgemeinen sehr hohen Anlagekosten spürbar gesenkt werden können. Im Ergebnis wird somit die Wirtschaftlichkeit eines den Vorschlag der Erfin-

peraturabnahme längs der aufeinanderfolgenden Stufen eine verhältnismäßig niedrige Auslaßtemperatur, 55 dung verwendenden Entspannungsverdampfers stärdie in der Größenordnung von 40° C liegen mag. Falls ker verbessert, als nur dem Wegfall eines besonderen das Kondensat bei niedrigen Temperaturen weiterverarbeitet werden soll, ist eine solche Auslaßtemperatur voll annehmbar, da sie zur Verminderung der Wärmeverluste beiträgt. So ist es z.B. bei der Ge- 60 winnung von Trinkwasser aus Meerwasser oder

Brackwasser möglich, das das Trinkwasser bildende Kondensat im Wärmeaustausch mit als Rohflüssigkeit zugeführtem frischem Meerwasser auf etwa Zimmertemperatur herabzukühlen und dadurch die Wärmeverluste sehr gering zu halten.

In einer Reihe von Fällen ist es jedoch erforderlich, das Kondensat bei Temperaturen weiterzuverar-

65 Vorwärmers entspricht.

Wenn auch der Vorschlag der Erfindung in erster Linie in Hinsicht auf die Aufbereitung von Kesselspeisewasser entwickelt worden ist, läßt er sich dennoch allgemein dort anwenden, wo als Hauptendprodukt ein Kondensat mit erhöhter Arbeitstemperatur erforderlich ist. Dabei kann die durch Verdampfung eingeengte Rohflüssigkeit ein Abfallprodukt bilden, sie kann aber auch ihrerseits, wie dies z. B. für die schon erwähnten industriellen Verfahren gilt, bei denen das Kondensat zur Herstellung einer ausschließend einzuengenden, heißen Lösung dient, ein

weiteres Hauptendprodukt sein. Darüber hinaus können die Vorteile der Erfindung selbst dann zum Tragen kommen, wenn das Hauptendprodukt, wie z.B. bei der Trinkwassergewinnung aus Meerwasser, ein kaltes Destillat sein soll. Auch in solchen Fällen ist nämlich für die Aufheizung der vorgewärmten Rohflüssigkeit auf die endgültige Einlaßtemperatur ein Dampfkessel zur Beheizung des Rohflüssigkeiterhitzers notwendig, zu dessen Speisung ein Teil des im

hindurch erstrecken sich zwei Leitungssysteme 20 und 22, deren Wandungen als Wärmeaustauschflächen ausgebildet sind. In den Zeichnungen sind diese Leitungssysteme 20 und 22 zur Vereinfachung 5 jeweils als ein Rohr dargestellt, welches durch Öffnungen in den Kammerwänden 24 hindurchgeführt ist. In der Praxis werden diese Leitungssysteme im allgemeinen aus parallel durchströmten Rohrbündeln bestehen, die sich innerhalb jeder Kammer zwischen

Entspannungsverdampfer gebildeten Kondensats ein- io Kopfplatten oder fortlaufend durch alle Kammern gesetzt wird. Sofern dieser Teil ausreichend groß ist, hindurch erstrecken. Alternativ können die Leitungsüberwiegen die Vorteile der höheren Kondensat- systeme 20 und 22 aber auch innerhalb jeder Heiz-,temperatur und der niedrigeren Anlagekosten noch stufe aus einer Anzahl in Serie geschalteter Rohrden Nachteil des etwas erhöhten Dampfverbrauches. stücke gebildet sein, die ihrerseits in Serie mit den Falls in einer Anlage Kondensat nicht nur aus dem 15 entsprechenden Rohren oder Rohrstücken in den beVerdampfer, sondern auch aus einer Fremdquelle, nachbarten Heizstufen verbunden sind. z.B. aus dem Kondensator einer von dem Dampf- Das Leitungssystem 22 dient zum Transport der

kessel gespeisten Turbine, zur Verfügung steht, ist es zu verdampfenden Rohflüssigkeit in Richtung von in weiterer Ausbildung der Erfindung vorteilhaft, das der letzten, kältesten Heizstufe 10 zur ersten, wärmaus dem Verdampfer stammende Kondensat vor der ae sten Heizstufe. In entsprechender Weise dient das Rückführung über die aufeinanderfolgenden Heiz- Leitungssystem 20 zum Transport des Destillats. In stufen mit dem aus der Fremdquelle stammenden beiden Fällen erwärmt sich dabei die transportierte Kondensat zu mischen. Dieses Fremdkondensat kann Flüssigkeit, wie weiter unten noch erläutert wird, dabei unmittelbar in das Einlaßende des zur Konden- Die Rohflüssigkeit wird nach dem Durchströmen

satrückf ührung dienenden Leitungssystems eingespeist 25 des Leitungssystems 22 zu einem Wärmeaustauscher werden, es kann aber auch zuvor noch in einer zu- 26 geführt, der über ein Rohr 28 von einem Dampfsätzlichen, dem Verdampfer nachgeschalteten, aus kessel 30 mit Heizdampf versorgt wird. Danach tritt einer Entspannungskammer mit zugeordneter Heiz- die Flüssigkeit in die erste Entspannungsstufe 12 ein kammer bestehenden Stufe vorgewärmt werden, in- und strömt dann über einfache Öffnungen 32, die in dem es in der Heizkammer dieser Stufe als Brüden- 30 den Kammerwänden 34 angeordnet sind, durch die kühlmittel dient. In jedem Fall wird durch das Zu- nachfolgenden Entspannungsstufen. In jeder Entmischen des Fremdkondensats zu dem aus dem Ver- Spannungsstufe verdampft ein Teil der Rohflüssigdampfer stammenden Kondensat erreicht, daß auch keit, und die dabei entstandenen Brüden gelangen das Fremdkondensat ohne besonderen zusätzlichen über die Leitungen 14 (Fig. 1) oder die Öffnungen Aufwand auf die gewünschte Arbeitstemperatur ge- 35 16 (Fig. 3) in die zugeordnete Heizstufe 10. Der bracht wird. nicht verdampfte Rest an Rohflüssigkeit wird über

eine Rohrleitung 36 mittels einer Zirkulationspumpe 38 aus der letzten Entspannungsstufe abgezogen und zum Teil über eine Rohrleitung 40 als Abfall ver-40 worfen. Die Hauptmenge wird jedoch wieder in das Leitungssystem 22 zurückgepumpt, wobei zugleich eine dem Abfall und dem verdampften Teil entsprechende Menge an frischer Rohflüssigkeit über die Rohrleitung 42 zugeführt wird.

Die aus den Entspannungsstufen 12 in die Heizstufen 10 eingetretenen Brüden geben ihre Wärme an die durch die Leitungssysteme 20 und 22 hindurchströmenden Flüssigkeiten ab und werden dadurch kondensiert. Das Kondensat strömt kaskadenartig

Nachfolgend werden Einzelheiten der Erfindung am Beispiel der Vorwärmung von Kesselspeisewasser an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellt dar

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform eines nach der Erfindung ausgebildeten Entspannungsverdampfers,

Fig. 2 analog Fig. 1 eine zweite Ausführungsform eines nach der Erfindung ausgebildeten Ent- 45 Spannungsverdampfers,

Fig. 3 im Vertikalschnitt eine konstruktive Variante in der Ausbildung der einzelnen Verdampferstufen,

Fig. 4 eine Abwandlung des in Fig. 2 gezeigten so über einfache öffnungen 44, die in den Kammer-Verdampfers, wänden 24 gebildet sind, durch Heizstufen hindurch

Bei den zeichnerisch dargestellten Entspannungs- und wird aus der letzten Heizstufe mittels einer Verdampfern ist eine Anzahl von Verdampferstufen Pumpe 46 als Destillat abgezogen. Alternativ kann nebeneinanderliegend angeordnet, wobei jede dieser das Destillat aber auch unmittelbar aus jeder einzel-Stufen aus einer Entspannungsstufe 12 und einer zu- 55 nen Heizstufe abgezogen werden, geordneten Heizstufe 10 besteht. Die Heizstufen und Ein Teil des abgezogenen Destillats kann über die

Entspannungsstufen können dabei, wie F i g. 1 und 2 Leitung 58 einer anderweitigen Verwendung zugezeigen, als gesonderte Kammern ausgebildet und je führt werden. Der Rest (bzw., falls kein Destillat über eine Leitung 14 untereinander verbunden sein. einer anderweitigen Verwendung zugeführt wird, die Sie können aber auch in einer gemeinsamen Kammer 60 Gesamtmenge) an Destillat wird über das Leitungsuntergebracht sein, die durch eine Trennwand in system 20 im Gegenstrom wieder durch die Heizzwei Abteilungen unterteilt ist. In dem Beispiel der stufen zurückgeführt. Nachdem es sich auf diese F i g. 3 ist diese Trennwand 18 vertikal angeordnet Weise auf etwa die Temperatur der ersten Heizstufe und mit einer einfachen öffnung 16 versehen, jedoch erhitzt hat, wird es als Speisewasser in den Dampfkann sie bei entsprechender Lage der Heizstufen und 65 kessel 30 eingespeist.

Entspannungsstufen relativ zueinander auch horizon- Der über das Leitungssystem 20 geführte Teil des

tal angeordnet sein. Destillats kann über eine Rohrleitung 48 zusätzlich

Durch die aufeinanderfolgenden Heizstufen 10 mit Kondensat vermischt werden, das z.B. einem

Kondensator 50 entnommen wird. Dieser Kondensator 50 dient zur Kondensation des Abdampfes einer Dampfturbine 54 und ist über eine Rohrleitung 52 mit der Turbine verbunden. Die Turbine selbst wird über eine Rohrleitung 56 mit Dampf aus dem Kessel 5 30 versorgt.

Wenn die Temperatur des Kondensats aus dem Kondensator 50 (oder aus einer anderen äußeren Quelle stammenden Flüssigkeit, die dem Destillat zugefügt werden soll) besonders niedrig liegt, ist es vorteilhaft, das Kondensat vor der Zugabe zum Destillat vorzuwärmen. Dazu kann, wie F i g. 2 zeigt, die von dem Kondensator 50 ausgehende Rohrleitung 48 vor dem Anschluß an das Leitungssystem 20 noch durch eine besondere Heizkammer 60 hindurchgeleitet werden, die den Teil einer letzten Verdampferstufe bildet und von einer besonderen Entspannungskammer 62 über eine Leitung 64 mit Brüden versorgt wird. Alternativ kann das Kondensat aus dem Kondensator 50 aber auch in die Heizkammer 60 eingesprüht wer- ao den, so daß es in dieser Kammer als Kondensationsmittel für die aus der Entspannungskammer 62 eintretenden Brüden dient und sich mit den kondensierten Brüden mischt. Diese Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt, wobei die Heizkammer 60 mit einer Sprühdüse 64 ausgerüstet ist und zugleich konstruktionsmäßig eine Einheit mit den übrigen Verdampfungsstufen bildet.

Die beiden Leitungssysteme 20 und 22 müssen nicht notwendigerweise gleich beschaffen sein. Ihre Anordnung und Ausbildung kann vielmehr so getroffen sein, daß das durch das Leitungssystem 20 hindurchströmende Kondensat auf eine andere Endtemperatur erwärmt wird als die durch das Leitungssystems 22 hindurchströmende Rohflüssigkeit.

Die typischen Temperaturen, die während des Betriebes in einem Verdampfer nach F i g. 1 herrschen, sind nachfolgend als Zahlenbeispiele angegeben:

Temperatur der Rohflüssigkeit im Leitungssystem 22 unmittelbar vor Eintritt in die kälteste Heizstufe 10 68° C

Temperatur der Rohflüssigkeit im Leitungssystem 22 unmittelbar nach Austritt aus der wärmsten Heizstufe 10 103° C

Temperatur der Rohflüssigkeit unmittelbar vor Eintritt in die wärmste Entspannungsstufe 12 110° C

Temperatur der Rohflüssigkeit unmittelbar nach Verlassen der kältesten Entspannungsstufe 12 71° C

Temperatur des Kondensats im Leitungssystem 20 unmittelbar nach Verlassen der wärmsten Heizstufe 10 103° C

Entsprechend sind die typischen Temperaturen für den in F i g. 2 gezeigten Verdampfer folgende:

Temperatur der Rohflüssigkeit im Leitungssystem 22 unmittelbar nach Austritt aus der wärmsten Heizstufe 10 99° C

40

55 Temperatur der Rohflüssigkeit unmittelbar nach Verlassen der kältesten Entspannungsstufe 12 73° C

Temperatur des Kondensats in der Leitung 48 unmittelbar vor Eintritt in die Heizkammer 60 49° C

Temperatur des Kondensats in der Leitung 48 unmittelbar nach Verlassen der Heizkammer 60 65,5° C

Temperatur des Kondensat- und Destillatgemisches im Leitungssystem 20 unmittelbar vor Eintritt in die kälteste Heizstufe 10 62,5° C

Temperatur des Kondensat- und Destillatgemisches im Leitungssystem 20 unmittelbar nach Verlassen der wärmsten Heizstufe 10 99° C

Somit ist zu erkennen, daß mittels der Rückführung des Destillats über das Leitungssystem 20 durch die Heizstufen hindurch die Temperatur des Destillats auf einen Wert erhöht wird, der die Temperatur des Wassers im Kessel 30 fast erreicht. Dadurch ist das rückgeführte Destillat ohne weitere Maßnahmen als Kesselspeisewasser geeignet.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vorwärmung einer Flüssigkeit, wie z. B. Kesselspeisewasser, die durch Kondensation der bei einer vielstufigen Entspannungsverdampfung einer erwärmten Rohflüssigkeit entstandenen Brüden erzeugt ist, indem in jeder Entspannungsstufe die Brüden einer zugeordneten Heizstufe zugeleitet werden, in der sie unter Kondensation die im Gegenstrom über die aufeinanderfolgenden Heizstufen geführte Rohflüssigkeit erwärmen, bevor diese nach einer abschließenden Erwärmung mittels einer äußeren Wärmequelle in die erste Entspannungsstufe eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Kondensats von der letzten Heizstufe aus parallel zu der Rohflüssigkeit über die aufeinanderfolgenden Heizstufen zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat vor der Rückführung über die aufeinanderfolgenden Heizstufen mit einem aus der Fremdquelle stammenden Kondensat vermischt wird.

3. Vielstufiger Entspannungsverdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, wobei in jeder Verdampferstufe die Heizstufe und die Entspannungsstufe als Kammern mit verbundenen Dampfräumen ausgebildet sind, deren Flüssigkeitsräume an jeweils eine gemeinsame Abzugsleitung angeschlossen sind und wobei durch die aufeinanderfolgenden Dampfräume der Heizstufen ein von der Abzugsleitung für die verdampfte Rohflüssigkeit abgezweigtes Leitungssystem für die Rohflüssigkeit hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß von der Abzugsleitung (58) für das Kondensat ein Leitungssystem (20) abgezweigt und durch die aufeinanderfolgenden Dampfräume der Heizstufen (10) hindurchgeführt ist.

4. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß an das Einlaßende des Kondensatleitungssystems (20) über eine Leitung (48) ein Behälter (50) für außerhalb des Entspannungsverdampfers angefallenes Kondensat angeschlossen ist (F i g. 1).

5. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (48) durch den Dampfraum einer dem Verdampfer nachgeschalteten, einer zusätzlichen Entspannungskammer (62) zugeordneten zusätzlichen Heizkammer (60) hindurchgeführt und hinter dieser Heizkammer an das Kondensatleitungssystem (20) angeschlossen ist, wobei der Flüssigkeits-

raum dieser zusätzlichen Heizkammer an die Abzugsleitung (58) für das Kondensat aus den Heizstufen (10) des Verdampfers angeschlossen ist (Fig. 2).

6. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (48) über eine Sprühdüse (64) in dem Dampfraum einer dem Verdampfer nachgeschalteten einer zusätzlichen Entspannungskammer zugeordneten zusätzlichen Heizkammer (60) mündet, deren Flüssigkeitsraum an die Abzugsleitung (58) für das Kondensat aus den Heizstufen (10) des Verdampfers angeschlossen ist (Fig. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909540/123