DE1519636A1

DE1519636A1 - Vielstufiger Verdampfer

Info

Publication number: DE1519636A1
Application number: DE19661519636
Authority: DE
Inventors: Fritz Robert Jonathan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-12-21
Filing date: 1966-10-15
Publication date: 1969-05-08
Also published as: US3334023A; SE317929B; FR1505288A; CH454797A; NL6617378A; GB1157392A

Description

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General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N. "£., USA

Vielstufiger Verdampfer

Die Erfindung bezieht sich auf vielstufige Verdampfer, in denen besondere Systeme zum Wärmeaustausch und zum Verteilen des Zulaufwassers vorgesehen sind. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf einen vielstufigen Verdampfer, in dem verschiedene Teilmengen der Zulaufflüssigkeit auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt und an unterschiedliche Verdampf erstuf en des Verdampfers geführt werden. Die Zufuhr der Zulaufflüssigkeit erfolgt dabei teils seriell, teils parallel.

In einem vielstufigen Verdampfer muß die Zulaufmenge, de dem Verdampfer zugeführt wir.*, außerordentlich hoch sein, um in den letzten Verdampferstufen, die unter niedrigem Druck stehen, eine übermäßige Solekonzentration zu vermeiden. Eine hohe Lösungskonzentration oder im Falle eines Seewasserverdampfers eine hohe Salzkonzentration ist ungünstig, da die Siedetemperatur einer solchen konzentrierten Lösung mit ihrer Konzentration ansteigt. Weitex-hin ist die Gefahr, daß sich dieVerdampfungsoberflachen der Verdampferstufen, die mit niedrigeren

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Temperaturen bzw. Drucken arbeiten, verschmutzen oder zusetzen, der hohen Lösungskoazentration wegen in den bei niedrigeren Temperaturen arbeitenden Stufen am höchsten. Beides führt auf einen schlechteren Wärmeübergang. Diese große Menge von Zulaufflüssigkeit, die aus diesen Gründen einem vielstufigen Verdampfer zugeführt werden muß, bei dem die einzelnen Verdampf erstuf en hintereinander mit Zulaufflüssigkeit versorgt werden, erhöht notwendigerweise die Kosten einer solchen Anlage. Bei Verdampfern dioser Art dient nicht verdampfte Flüssigkeit aus einer Stufs als Zulaufflüssigkeit für die nächstfolgende Stufe, so daß die gesamte Menge der Zulaufflüssigkeit für den Verdampfer auf eine Temperatur gebracht werden muß, die etwa gleich der Vecdampfiitsgstemperatur in der ersten Verdampfe rs tuiö ist. iäs wird daher 3 in ο groöe Wärmeaustauschfläche benötigt. Außen-u^m wiru auch der Wirkungsgrad der ersten VetxiynipferstuJe care: die große Menge von Zulauf flüssigkeit tierabisset2ν-, cfc ^in Teil der Verdampfungsfläche der ersten Yerdampferstufe dazu benützt werden muß, diese große Menge von Zulaufflüssigkeit bis auf die Verdampfungstemperatur zu erhitzen,

Die Erfindung ist daher auf einen vielstufigen Verdampfer gerichtet, bei dem die Zulaufmenge für die erste Stufe kleiner als diejenige Zulaufmenge ist, die der ersten Stufe eines üblichen vielstufigen Verdampfers der gleichen Kapazität zugeführt werden muß. Außerdem kann dadurch die Größe der Wärmeaustauscherflächen verkleinert werden, die in einem

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vielstufigen Verdampfer benötigt sind. Der vielstufige V r-

dämpfer nach der Erfindung ist ein Verdampfer, in dem die gesamte Zulaufflüssigkeit, nachdem sie in einem Kondensor für den Abdampf des Verdampfers aufgeheizt ist, in Teilmengen unterteilt und aufverschiedene Temperaturen gebracht wird. Anschließend werden die Teilmengen in verschiedene Stufen des vielstufigen Verdampfers getrennt eingegeben. Ein Teil der Zulaufflüssigkeit wird durch Berührung mit den Dämpfen aufgeheizt, die in den verschiedenen Stufen des Verdampfers entstehen, so diß dieser Teil der Zulaufflüssigkeit auf eine Temperatur gebracht wird, die in der Nähe der Temperatur der ersten S ufe des Verdampfers liegt, die mitdem höchsten Druck arbeitet. Dieser Teil der Zulaufflüssigkeit wird dann der ersten Verdampferstufe zugeführt. Die nicht verdampfte Flüssigkeit der ersten und jeder nachfolgenden Stufe mit Ausnahme der letzten wird auf übliche Weise der Reihe nach durch die nachfolgenden Verdampferstufen hinduichgeführt, die jeweils mit einem niedrigeren Druck arbeiten. Ein weiterer Teil der Zulaufflüssigkeit wird in einem Wärmeaustauscher aufgeheizt, in dem das Kondensat, das sich in der ersten Verdampferstufe gebildet hat,dieunter dem höchsten Druck steht, abgekühlt wird. Dieser Teil der Zulaufflüssigkeit wird mit der nichtverdampften Flüssigkeit zusammengefaßt, die einer oder mehreren Verdampferstufen zugeführt werden sollen, die unter einem

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mittleren Druck stehen. Ein dritter Teil der Zulaufflüssigkeit wird schließlich in einem Wärmeaustauscher auf eine Temperatur gebracht, die niedriger als die Temperatur des zweiten Anteils der Zulaufflüssigkeit ist. In diesem Wärmeaustauscher wird das Kondensat aus den Niederdruckstufen des vielstufigen Verdampfers abgekühlt. Dieser dirtte Anteil wird dann mit dem nicht verdawpften Zulauf zusammengefaßt und an eine oder mehrere Niederdruckstufen des Verdampfers gegeben.

In einer Ausführungsform derErfindung wird der Wirkungsgrad eines vielstufigen Verdampfers dadurch noch weiter erhöht,

daß das Kondensat aus einer Stufe einer nachfolgenden unter dort unmittelbar verdampft und erneut kondensiert wird; geringerem Druck stehenden Stufe zugeführt wird/ Hiervon bildet nur die Stufe mit dem niedrigsten Druck eine Ausnahme. Dadurch ist es möglich, Wärme aus dem Kondensat einer vorgegebenen 3tufe an eine nachfolgende Stufe weiterzugeben.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben werden. Die Zeichnung stellt schematisch einen fünf stuf igen Verdampfer dar, der eine Aus-führungsform der Erfindung ist. Es sei bemekrt, daß die Erfindung nicht auffünfstufige Verdampfer beschränkt ist, sondern sich auch auf Verdampfer anwenden läßt, diemehr oder weniger als fünf Stufen haben. Die dargestellteAusführungsform eines vielstufigen Verdampfers weist 5 Verdampferstufen 1 bis 5 auf.

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Die Verdampferstufe 1 ist die erste Stufe und arbeitet unter hohem Druck. Die Verdampferstufen 2 und 3 sind Mltteldruckstufen, vtthrend die Verdampferstufen 4 und 5 bei niedrigem Druck arbeiten. Weiterhin ist ein Dampfkondensor 6 vorgesehen sowie zwei Wärmeaustauscher 7 und8. Im Wärmeaustauscher 7 wird das Kondensat aus den Niederdruckstufen gekühlt, während im Wärmeaustauscher 8 das Kondensat aus der Hochdruckstufe gekühlt wird. Innerhalb der verschiedenen Verdampferstufen sind zusätzliche Wärmeaustauscher 9 angeordnet, so daß sie mit dem Dampf innerhalb der verschiedenen Verdampferstufen in Berührung stehen. So können beispielsweise Wärmeaustauscher 9 in dem Dampfraum der einzelnen unter verschiedenem Druck arbeitenden Verdampferstufen angeordnet sein, wie es dargestellt ist.

Das Verteilersystem für Zulaufflussigkeit nach der Erfindung weist die verschiedensten Röhren, Pumpen, Pittinge, Ventile usw. auf, um die entsprechende Verteilung der Zulaufflüssigkeit an die einzelnen Stufen möglich zu machen. Uta dieBeschreibung zu vereinfachen wird daher im folgenden nur von Leitungen oder Zweigleitungen gesprochen."Das Zulaufverteilersystem weist eine Leitung 10 auf, dä,e die gesamte Zulaufmenge über den Dampfkondensor 6 dem Verdampfer zuführt. Ein Teil des gesamten Zulaufs wird hinter dem Dampfkondensor 6 abgenommen und einem Kühler 8 zugeführt, in dem das Kondensat

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aus der Hocbdruckstufe gekühlt wird. Eine Zweigleitung 12 führt einen Teil der gesamten Zulaufmenge hinter dem Kondensor 8 einem Künlor- 7 ku, in dem das Kondensat aus den Niederdruckstufen gekühlt wird. Ein dritter Teil der Zulaufmenge wird hinter dem Kondensor S über eine Leitung 14 den Wärmeaustauschern 9 zugeführt, die innerhalb der Dampfräume der unter verschiedenem Druck stehenden Verdampferstufen angeordnet sind. Jenseits der Wärmeaustauscher 9 führt dieLeitung 14 diesen dritten Teil des Zulaufs in die Hochdruckverdampferstufe 1.

Eine weitere Zweigleitung 15 führt den ersten Teil der Zulaufmenge von dem Kühler 8 , in dem das Kondensat aus der Hochdruckstufe gekühlt wird, an eine Stelletim mehrstufigen Verdampfer, an der er mit der nicht verdampften Flüssigkeit 16 vereinigt wird, die den M*tteldruckverdampEerstufen 2 und 3 zugeführt wird. Die Zweigleitung 17 führt den Zweigteil der Zulaufmenge vom Kühler 7, in dem das Kondensat aus den Niederdruckstufen gekühlt wird, an eine solche StellefLn dem Verdampfer, an der er mit der nicht verdampften Flüssigkeit 18 vereinigt werden kann, die den Niederdruckstufen 4 und 5 zugeführt werden soll.

Das Kondensat aus der ersten oder der Hochdruckverdampferstufe 1 wird über eine Leitung 18* dem Kühler 8 zugeführt, in dem das Kondensat aus dieser unter hohem Druck stehenden Stufe

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gekühlt wird. Vom Kühler 8 aus wird das Kondensat dann einem Kessel (nicht gezeigt) zugeführt, in dem es verdampft wird. Dieser Dampf wird dann vom Kessel wieder der Verdampferstufe 1 zugeführt. Das Kondensat aus den Sfcifen 4 und 5 wird über eine Leitung 20 dem Kühler 7 zugeführt, in dem das Kondensat aus den Niederdruckstufen abgekühlt wird. Vom Kühler 7 aus wird dann das Kondensat mit den anderen Abdampfprodukten des mehrstufigen Verdampfers in der Abdampfleitung 19 vermischt. Der Abdampf aus der Niederdruckverdampferstufe 5 wird über eine Leitung 21 an den Dampfkondensor 6 gegeben. Vom Kondensor 6 aus werden dann die Abdampfprodukte der Niederdruckstufen mit den anderen Abdampfprodukten der Verdampferanlage in der Leitung 19 zusammgengefaßt. Die nicht verdampfte Flüssigkeit aus der Niederdruckverdampferstufe 5 wird über eine Leitung 22 abgelassen. Weiterhin sind Leitungen 23 vorgesehen, durch die dann Verdampfungsprodukte von einer Verdampferstufe an dienächstfolgende, mit niedrigerem Druck arbeitende Verdampferstufe abgegeben werden können. Die Leitungen 24 dienen dagegen dazu, das Kondensat aus einer Stufe an die nächstfolgende unter niedrigerem Durck arbeitende Stufe weiterzugeben. Eine Ausnahme hiervon bildet nur die letzte Verdampferstufe, die unter dem niedrigsten Druck steht.

Im folgenden soll nun im einzelnen beschrieben werden, wie der in der Zeichnung dargestellte vielstufige Verdampfer im ein-

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zelnen arbeitet. Die Zulaufflüssigkeit für den Verdampfer wird zuerst durch Kondensieren des Abdampfs aus der letzten Verdampferstufe, die unter dem niedrigsten Druck steht, im Kondensor 6 aufgeheizt. Anschließend wird die Zulaufmenge geteilt. Diejenige Zulau menge, die de ersten Stufe des Verdampfers zugeführt wi:.d, die unter dem höchsten Druck steht, wird mit Hilfe von Dampf aufgeheizt, der" in den verschiedenen Verdampferstufen erzeugt wird. Hierzu wird diese Zulaufmenge durch dieRöhren 14, durch die Wärmeaustauscher 9 und anschließend in die Verdampferstufe 1 mit dem höchsten Druck geführt ν Da nun nicht die gesamte Zulaufmenge für den vielstufigen Verdampfer der ersten Verdampferstufe zugeführt wird, kann die Kapazität der ersten Verdampferstufe merklich verkleinert werden, und außerdem, was noch wichtiger ist, kann dieGröße der Wärmeaustauscherflächen verkleinert werden, die notwendig sLnd, um die Zulaufmenge für die erste Verdampferstufe bis auf die Betriebstemperatur dieser ersten Verdampfe!stufe aufzuheizen. Da nun die Betriebstemperaturen der verschiedenen Verdampferstufen mit abnehmendem Druck ebenfalls sinken, sieht man sofort ein, caß nur ein Teil der Zulaufmenge auf eine Temperatur gebracht werden muß, die in der Nähe der Betriebstemperatur der ersten Stufe liegt.

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Wie bei üblichen vielstufigen Verdampferanlagen wird die nicht verdampfte Flüssigkeit einer Stufe der Reihe nach den nachfolgenden Stufen zugeführt, die jeweils unter niedrigerem Druck stehen, AuSerdem wird von jeder Verdampferstufe an die nächstfolgende unter niedrigerem Druck stehende Verdampferstufe über die Leitung 23 Wärme abgegeben, die den Abdampf der Stufen an die nächstfolgende Stufe weiterführt. Eine Ausnahme hiervon macht nur die letzte, unter niedrigem Druck stehende Stufe.

Die restlichen Zulaufmengen werden durch Wärmeaustausch mit dem Kondensat aus der ersten, unter hohem Druck stehenden S ufe im Kühler 8 und durch das Kondensat aus der letzten oder der Niederdruckstufe im Kühler 7 aufmittlere bzw. niedrigere Temperaturwerte gebracht, Diese letzten beiden Teilmengen der Zulaufflüssigkeit werden dann parallel den Mitteldruck- und den Niederdruckstufen zugeführt. Hierzu werden diese beiden Teilmengen durch Leitungen 15 und 17 mit den nicht verdampften Flüssigkeiten 16 und 18 vereinigt, de derMitteldruck- und der Niederdruckstufe zugeführt werden. Da die Betriebstemperaturen in den einzelnen Verdampferstufen mit abnehmendem Druck entsprechend niedriger werden, liegt die Temperatur der nicht verdampften Flüssigkeit 16 auf einem mittleren Tempera tu rniveau, "während dieTemperatur der nicht verdampften Flüssigkeit 18 auf einem niedrigeren Wert liegt. Das mittlere

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Temperaturniveau der nicht verdampften Flüssigkeit 16 wird jedoch etwas höher sein als die Temperatur derjenigen Zulaufmenge, die über die Leitung 15 vom K-ühler 8 für das Kondensat aus der Hochdruckstufe stammt. Dieser Teil der Zulaufmenge wird dasher durch das Zusammenfassen mit der nicht verdampften Flüssigkeit 16 weiter erhitzt. Die nicht verdampften Flüssigkeiten 16 und 18 haben eine höhere Salzkonzentration als die Zulaufmenge selbst, da in den vorangegangenen Verdampferstufen Flüssigkeit verloren gegangen ist. Wenn man nun der unverdampften Flüssigkeit 16 einen Teilder Zulaufmenge hinzufügt, und weiterhin der nicht verdampften Flüssigkeit 18 einen weiteren Teil der Zulaufmenge zufügt, so vergrößert man die Flüssigkeit tsraenge, die der Mitteldruckstufe bzw, der Niederdruckstufen des Mittelstufen Verdampfers zugeführt wird, Dadurch wird die Konzentration in diesen Flüssigkeiten herabgesetzt. Dieses hat zwei bemerkenswerte Wirkungen: Einmal wird die Verdampfung dieser Flüssigkeiten aufgrund der niedrigeren Verdampfungstemperatur verstärkt, die sich aufgrund der Verdünnung der meisten Lösungen ergibt. Zumzweiten wird die Gefahr, daß sich in den Verdampferstufen ein Niederschlag bildet, vermieden, die bei stärker konzentrierten Lösungen vorhanden ist. Dadurch wird die Wartung vereinfacht, und außerdem wird der Wärmeausch in der Anlage nicht beeinträchtigt.

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Nach der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der thermische Wirkungsgrad des Verdampfers weiterhin dadurch verbessert, daß Kondensat aus den einzelnen Verdampferstufen durch Leitungen 24 in die nachfolgende Verdampferstufe geführt wird, die unter einem niedrigeren Druck steht. Dort wird das Kondensat unmittelbar verdampft und anschließend wieder kondensiert, so daß diejenige Flüssigkeit, die gerade in dieser Stufe verdampft werden soll, durch diesen Vorgang aufgeheizt wird. Nur die erste Stufe ist hiervon ausgenommen.

Der vielstufige Verdampfer nach der Erfindung zeichnet sich somit durch einen verbesserten Wirkungsgrad aus, und zwar sowohl was dieWärmeausnutzung betrifft, als auch was die Menge der Zulaufflüssigkeit betrifft, die verdampft wird. Weitere Vorteile, die der Erfindung innewohnen, bestehen in einer Verminderung der Wärmeaustauschflächenund in einer Verminderung der Lösungskonzentrationen in den hinteren Stufen des vielstufigen Verdampfers. Die günstigen Wirkungen, die sich durch eine Verdünnung der Lösungskonzentrationen ergeben, sind bereits aufgeführt worden.

Der vielstufige Verdampfer nach der Erfindung ist besonders für die Reinigung von Seewasser geeignet,da konzentriertes Seewasser ein definiertes Problem darstellt. Seewasser führt nicht nur zum Absetzen von Krusten, sondern ist auch, wenn es konzen-

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triert ist, eine Flüssigkeit, die Metalle korrodiert, mit denen sie in Berührung kommt. Die vorliegende Erfindung ist daher besonders deswegen vorteilhaft, weil sie diese Einflüsse auf ein Mindestmaß herabsetzt.

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Claims

Ansprüche

1. Vielstufiger Verdampfer mit mehreren Verdampferstufen, die bei unterschiedlichen Drucken arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Verdampferstufe, ausgenommen, die unter dem niedrigsten Druck stehende Verdampferstufe, zwei Leitungen zur nächstfolgenden Verdampferstufe, die unter einem niedrigeren Druck arbeitet, führen, von ebnen die eine (16,18) nicht verdampfte Flüssigkeit und die andere (23) Abdampf von einer Stufe an eine nachfolgende, unter geringerem Druck stehende Verdampferstufe führt, daß der Abdampf der mit dem niedrigsten Druck arbeitenden Verdampferstufe (5) über eine Leitung (21) einem Dampfkondensor (6) zugeführt ist, in dem er durch Wärmeaustausch mit der Zulaufflüssigkeit für den Verdampfer kondensiert ist, während die Zulaufflüssigkeit dadurch aufgehiezt ist, daß weiterhin ein Kühler (8) vorgesehen ist, in dem Kondensat aus der ersten, unter dem höchsten Druck stehenden Verdampferstufe (1,18·) durch eine Zulaufteilmenge (11) gekühlt ist, daß ein weiterer Kühler (7) vorgesehen ist, in dem Kondensat aus einer unter niedrigem Durck stehenden Verdampferstufe (5,20) durch eine weitere Zulaufteilmenge (12) gekühlt ist, daß innerhalb der VerdampferstufenWärmeaustauscher (9) vorgesehen sind, die mit dem Dampf innerhalb der Verdampferstufen in Berührung stehen, und denen eine dritte Zulaufteilmenge (13,14) zugeführt ist, die in den Wärmeaustauscher aufgeheizt und anschließend an die unter dem höchsten Jruck stehende Verdampf erstuf e (1) abgegeben ist, daß diezweite Zulaif teilmenge

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(12,17), bevor sie an eine unter niedrigerem Druck stehende Verdampf erstuf e abgegeben ist, mit nicht verdampfter Flüssigkeit (18) gemischt ist, und daß die erste Zulaufteilmenge ebenfalls vor ihrer Abgabe an eine unter einem mittleren Druck stehende Verdampferstufe mit nicht verdampfter Flüssigkeit gemischt ist,

2. Vielstufiger Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnne t , daß die Wärmeaustauscher (9) im Dampfraum der einzelnen Verdampferstufen angeordnet sind.

3, Vielstufiger Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d aß a is jeder Verdampferstufe, ausgenommen die erste und di? letzte , Kondensat an eine unter niedrigereift Druck stehende Verdampferstufe abgegeben ist, und daß dieses Kondensat aas der unter höherem Druck stehenden Verdampf erstule in efer unter niedrigerem Druck stehenden Verdampferstufe unmittelbar verdampft und anschließend kondensiert ist.

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