DE19640460A1

DE19640460A1 - Water desalination reverse osmosis plant

Info

Publication number: DE19640460A1
Application number: DE19640460A
Authority: DE
Inventors: Thomas Altmann
Original assignee: Salzgitter Anlagenbau GmbH
Current assignee: Salzgitter Anlagenbau GmbH
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-09

Abstract

A desalination plant is coupled to a steam generator with a pump and a membrane for a reverse osmosis process. The novelty is that: (a) the pump (8) is directly coupled to a steam turbine (5, 6, 7) which is driven by steam from the steam generator; (b) the steam pipe is linked to a first heat exchanger (11) and pre-heats the water which is to be desalinated; (c) the assembly also has a second heat exchanger (12); (d) the output side of the reverse osmosis unit (9) is coupled to an energy-recovery unit (10) linked to the pump (8); (e) a turbine drive is located in the inlet flow to the reverse osmosis unit (9), and is driven by the flow of concentrate (47); (f) the inlet pipe (47) to the steam turbine (5, 6, 7) for the pump drive may be linked to an electricity generator (13) and/or a steam turbine (14), which circulate the low-pressure condensate from the steam generator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entsalzungsanlage nach dem Prinzip der Umkehrosmose.The invention relates to a desalination plant based on the principle of Reverse osmosis.

Bei derartigen Anlagen wird das zu entsalzende Wasser in kontinuierlichem Betrieb unter hohem Druck durch eine semipermeable Wand gepreßt. Diese Wand kann durch unterschiedlichste Materialien und unterschiedlichste Aufbauweisen gebildet werden. Betriebsdruck und Temperatur des zu entsalzenden Wassers werden in Anpassung an die Kenndaten, insbesondere der Membran, festgelegt, wobei die von Druck und Temperatur abhängige Standzeit der Membran zu berücksichtigen ist.In such systems, the water to be desalinated is in continuous Operation under high pressure pressed through a semi-permeable wall. This Wall can be made of different materials and different Forms of construction are formed. Operating pressure and temperature of the too desalinated water are adapted to the characteristics, in particular the membrane, where the pressure and temperature dependent service life of the membrane must be taken into account.

Bei derartigen Anlagen ist es bisher üblich, den gewonnenen Dampf zu verstromen und mittels Elektromotoren die Pumpe zur Erzeugung des hohen Drucks des zu entsalzenden Wassers anzutreiben. Entsalzungsanlagen werden häufig gekoppelt an Kraftwerke, so daß z. B. aus der Restwärme eines Kraftwerkabgases Dampf erzeugt wird, der dazu dient, die thermische Entsalzungsanlage zu betreiben.In systems of this type, it has so far been customary to add the steam obtained energize and by means of electric motors the pump to generate the high Pressure of the water to be desalinated. Desalination plants are often coupled to power plants, so that, for. B. Steam is generated from the residual heat of a power plant exhaust gas serves to operate the thermal desalination plant.

Die Verstromung hat den Nachteil, daß zum Antrieb der Pumpe zunächst mit dem Dampf Strom erzeugt werden muß, um den Elektromotor betreiben zu können. Dies erfolgt bekanntermaßen mit einem nur schlechten Wirkungsgrad, wodurch der Gesamtwirkungsgrad weiter verringert wird.The disadvantage of electricity generation is that the pump is initially driven by the steam electricity must be generated to operate the electric motor can. This is known to be done with a bad one Efficiency, which further reduces the overall efficiency.

Aufgabe der Erfindung war es, durch einen erhöhten Gesamtwirkungsgrad die Entsalzungsanlage mit einem deutlich geringeren Energieaufwand zu betreiben und damit die Kosten zu senken.The object of the invention was to increase overall efficiency the desalination plant with a significantly lower energy consumption operate and thus reduce costs.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird bei einer Entsalzungsanlage, die mit einer Dampferzeugungsanlage verbunden ist und wenigstens eine Hochdruckpumpe für das zu entsalzende Wasser sowie wenigstens eine Membran für die Durchführung einer Umkehrosmose aufweist, erfindungsgemäß die Pumpe direkt mit einer Dampfturbine verbunden, welche mit Dampf aus der Dampferzeugungsanlage betrieben wird.To achieve this goal, a desalination plant equipped with a Steam generating plant is connected and at least one High pressure pump for the water to be desalinated and at least one Has a membrane for performing reverse osmosis, according to the invention, the pump is connected directly to a steam turbine, which is operated with steam from the steam generation plant.

Durch den direkten Einsatz des Dampfes auf die Dampfturbine, welche die Pumpe antreibt, wird eine deutliche Verringerung des pro m³ entsalzten Wassers benötigten Energieverbrauches erreicht. Ein weiterer Vorteil ist daß bei der Dampfturbine ohne weiteren Aufwand eine Drehzahlregelung erfolgen kann, so daß eine Mengenstromregelung für das zu entsalzende Wasser und damit auch für das entsalzte Wasser möglich ist. Bei elektrisch angetriebenen Pumpen ist zwar grundsätzlich auch eine Drehzahlregelung möglich, diese ist aber technisch aufwendig und teuer.Through the direct use of the steam on the steam turbine, which the Pump drives, there is a significant reduction in the desalted per cubic meter Water required energy consumption reached. Another advantage is that in the steam turbine speed control without further effort can be done so that a flow control for desalination Water and therefore also for demineralized water is possible. With electrical driven pumps is basically also a speed control possible, but this is technically complex and expensive.

Die Entsalzungsanlagen werden üblicherweise mit Meer- oder Brackwasser gespeist. Das Salzwasser unterliegt in seiner Temperatur jahreszeitlichen Schwankungen. Auch die Leistung der Einheit für die Umkehrosmose ist von der Temperatur abhängig. Die Leistung der Entsalzungsanlage muß daher auf die niedrigste Wassertemperatur ausgelegt werden. Da bei höheren Wassertemperaturen nicht mit gleichbleibendem Druck verfahren werden kann, muß eine Druckentlastung der Umkehrosmoseeinheit erfolgen. Nachdem der Druck vorher mit Energieaufwand erzeugt worden ist, führt dies letztlich zu einer nutzlosen Energievernichtung.The desalination plants are usually with sea or brackish water fed. The temperature of the salt water is seasonal Fluctuations. The performance of the reverse osmosis unit is also of depending on the temperature. The performance of the desalination plant must therefore designed for the lowest water temperature. Because at higher Water temperatures cannot be maintained at a constant pressure pressure, the reverse osmosis unit must be depressurized. After the pressure has been generated with energy, leads this ultimately leads to useless energy destruction.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, dies zu vermeiden.Another object of the invention is to avoid this.

Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Dampfturbine, welche dem Betrieb der Pumpe dient, mit einem Wärmetauscher zur Vorheizung des zu entsalzenden Wassers zu verbinden. Die erforderliche Dampfmenge kann eingangseitig der Dampfturbine abgezweigt werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, den aus der Dampfturbine austretenden Dampf über den Wärmetauscher zu führen, an dem eine Abkühlung des Dampfes mit anschließender Entspannung stattfindet, so daß ein Niedrigdruckkondensat vorliegt, welches erneut für die Dampferzeugung verwendet werden kann. Es ist insbesondere vorgesehen, in dem Wärmetauscher das zu entsalzende Wasser auf eine im wesentlichen jahreszeitunabhängige Temperatur zu erwärmen. Damit liegen an der Umkehrosmoseeinheit im wesentlichen gleichbleibende, konstante Arbeitsbedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur des zu entsalzenden Wassers vor. Hiermit kann in Abstimmung auf die Kenndaten der Umkehrosmoseeinheit der Betrieb so eingestellt werden, daß eine optimale Standzeit erreicht wird. Die Vorheizung ist insbesondere auch deshalb vorteilhaft, weil pro Temperaturerhöhung um 1 K bei gleichbleibendem Druck eine Produktionssteigerung von ca. 2-3% erreicht wird.For this purpose, the steam turbine is provided according to the invention Operation of the pump is used with a heat exchanger to preheat the to combine desalinating water. The amount of steam required can are branched off on the inlet side of the steam turbine. It is particularly advantageous it, however, the steam emerging from the steam turbine through the To conduct heat exchangers, with a cooling of the steam subsequent expansion takes place, so that a low pressure condensate is present, which can be used again for steam generation. In particular, it is provided in the heat exchanger that to be desalinated Water to an essentially season-independent temperature heat. This is essentially due to the reverse osmosis unit constant, constant working conditions with regard to pressure and Temperature of the water to be desalinated. This can be in coordination the operation is set to the characteristics of the reverse osmosis unit that an optimal service life is achieved. The preheating is especially advantageous because each temperature increase of 1 K with constant pressure, a production increase of approx. 2-3% is achieved.

Es ist zweckmäßig, zusätzlich zu dem "Haupt"-Wärmetauscher einen weiteren Wärmetauscher vorzusehen, in dem der Dampf das aus der Umkehrosmose abfließende, mit Salz angereicherte Wasser erwärmt. Dies dient dazu, die Temperatur des Dampfes zu verringern, so daß nach Entspannung ein Niedrigdruckkondensat zur Dampferzeugung vorliegt. Mit diesem weiteren Wärmetauscher kann eine Anpassung an sich jahreszeitlich verändernde Temperaturen des zu entsalzenden Wassers erfolgen. In dem Hauptwärmetauscher ist dann immer nur soviel Wärme zu übertragen, wie zur Einstellung der konstanten Temperatur des zu entsalzenden Wassers erforderlich ist. Die Restwärme des Dampfes wird über den Zusatzwärmetauscher abgeführt. Bevorzugt ist der Zusatzwärmetauscher parallel zum Hauptwärmetauscher geschaltet.It is convenient to have one in addition to the "main" heat exchanger to provide further heat exchanger in which the steam from the Reverse osmosis flowing, salt-enriched water heated. This serves to reduce the temperature of the steam, so that after A low-pressure condensate for steam generation is present during expansion. With This additional heat exchanger can be seasonally adjusted changing temperatures of the water to be desalinated. By doing The main heat exchanger can then only ever transfer as much heat as to set the constant temperature of the water to be desalinated is required. The residual heat of the steam is over the Additional heat exchanger removed. The additional heat exchanger is preferred connected in parallel to the main heat exchanger.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Entsalzungsanlage ist die Druckseite der Anlage für die Umkehrosmose ausgangsseitig mit einer an die Pumpe gekoppelten Energierückgewinnungseinrichtung verbunden. Hierbei kann es sich insbesondere um eine auf die durch die Dampfturbine angetriebene Pumpenwelle aufgesetzte Peltonturbine handeln. Hierdurch wird der noch relativ hohe Druck des mit Salz angereicherten Wassers, welches aus der Umkehrosmoseeinrichtung abgeleitet wird, genutzt, um die Dampfturbine zu entlasten.According to a further expedient embodiment of the invention Desalination plant is the pressure side of the plant for the reverse osmosis on the output side with a coupling to the pump Energy recovery device connected. It can be in particular to one driven by the steam turbine Act Pelton turbine mounted on the pump shaft. This will still relatively high pressure of the water enriched with salt, which comes from the Reverse osmosis device is derived used to the steam turbine relieve.

Alternativ kann in den Eingangsstrom der Membran ein Turboantrieb eingebracht sein, der von dem Konzentratstrom aus der Membran angetrieben wird.Alternatively, a turbo drive can be inserted into the membrane's input flow be introduced by the concentrate stream from the membrane is driven.

Nach einer weiter bevorzugten Ausführung wird der Dampf nicht nur für den Antrieb der Pumpe mittels einer Dampfturbine verwendet, sondern ein Teil des Dampfes wird abgezweigt, um Strom für die weiterhin erforderlichen Nebenaggregate zu erzeugen und/oder um die für die Dampferzeugung erforderliche Umwälzpumpe direkt mit Dampf zu betreiben. Dazu ist erfindungsgemäß die Zuleitung zur Dampfturbine für den Pumpenantrieb mit wenigstens einem Generator zur Stromerzeugung und/oder mit wenigstens einer Umwälzpumpe der Dampferzeugungsanlage verbindbar.According to a further preferred embodiment, the steam is not only for the Pump used by means of a steam turbine, but part The steam is diverted to continue to provide electricity for the required To produce auxiliary units and / or to generate steam operate the required circulation pump directly with steam. Is to According to the invention, the feed line to the steam turbine for the pump drive at least one generator for power generation and / or with at least one a circulation pump of the steam generating system connectable.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Entsalzungsanlage wird anhand der beigefügten Abbildung erläutert.An embodiment of the desalination plant according to the invention explained using the attached figure.

Z. B. ein Abgasstrom eines Kraftwerkes oder einer Chemie-Anlage wird in einen Wärmetauscher 1 geleitet, der z. B. einen Vorheizkreislauf für das Niedrigdruckkondensat 2, einen mittleren Verdampfungskreislauf 3 und einen Dampfüberhitzungskreislauf 4 aufweist. Der überhitzte Dampf wird über die Leitung 41 der Dampfturbine 5 bzw. den weiteren Dampfturbinen 6 und 7 zugeleitet. In den Abzweigungen der Leitung 41 werden die Stromerzeugung 13 für Nebenaggregate und die Dampfturbine 14 für die Umwälzpumpe des Niedrigdruckkondensats für die Dampferzeugung betrieben. Das Niedrigdruckkondensat wird im Kondensattank 15 gesammelt und über die Umwälzpumpe dem Vorwärmkreislauf zugeführt. Das vorgewärmte Niedrigdruckkondensat wird einem Vorlagebehälter 16 für die Dampferzeugung im Dampferzeugungskreislauf 3 zugeführt. Über die Leitung 42 bzw. 43 wird das zu entsalzende Wasser zu den Pumpen 8 geführt. Die Pumpen 8 erhöhen den Druck auf den gewünschten Betriebsdruck in den Umkehrosmoseeinheiten 9. Mindestens ein Teilstrom 43 des in der Leitung 42 angesaugten, zu entsalzenden Wassers wird über den Wärmetauscher 11 zur Vorwärmung geführt. Das zu entsalzende Wasser wird den üblichen chemischen und physikalischen Vorbehandlungen unterworfen, bevor es dem Wärmetauscher 11 zugeführt wird. Über Leitungen 47 gelangt das angereicherte Salzwasser auf die Energierückgewinnungseinrichtungen 10 (z. B. Pelton-Turbinen). Das aus den Energierückgewinnungseinrichtungen abfließende angereicherte Salzwasser wird über eine Sammelleitung 44 einem zusätzlichen Wärmetauscher 12 zugeführt, welcher dazu dient, den ausgangsseitig der Dampfturbinen 5, 6 und 7 austretenden Dampf zu kühlen, so daß nach einer Entspannung über eine Leitung 45 Niedrigdruckkondensat dem Kondensattank 15 zugeführt werden kann. Das entsalzte Wasser wird aus den Umkehrosmoseeinheiten 9 über Leitungen 46 abgeführt. Durch die erfindungsgemäße Entsalzungsanlage gelang es, den elektrischen Energiebedarf pro m³ Produktwasser um mehr als 75% zu verringern.For example, an exhaust gas stream from a power plant or a chemical plant is passed into a heat exchanger 1 , which, for. B. has a preheating circuit for the low pressure condensate 2 , a middle evaporation circuit 3 and a steam superheating circuit 4 . The superheated steam is fed via line 41 to the steam turbine 5 or to the further steam turbines 6 and 7 . In the branches of line 41 , the power generation 13 for auxiliary units and the steam turbine 14 for the circulation pump of the low pressure condensate for steam generation are operated. The low-pressure condensate is collected in the condensate tank 15 and fed to the preheating circuit via the circulation pump. The preheated low-pressure condensate is fed to a storage container 16 for steam generation in the steam generation circuit 3 . The water to be desalinated is fed to the pumps 8 via line 42 or 43 . The pumps 8 increase the pressure to the desired operating pressure in the reverse osmosis units 9 . At least a partial flow 43 of the water to be desalinated which is sucked into the line 42 is conducted via the heat exchanger 11 for preheating. The water to be desalinated is subjected to the usual chemical and physical pretreatments before it is fed to the heat exchanger 11 . The enriched salt water reaches the energy recovery devices 10 (eg Pelton turbines) via lines 47 . The enriched salt water flowing out of the energy recovery devices is fed via a manifold 44 to an additional heat exchanger 12 , which serves to cool the steam escaping on the outlet side of the steam turbines 5 , 6 and 7 , so that, after expansion, 45 low-pressure condensate is fed to the condensate tank 15 via a line can be. The demineralized water is discharged from the reverse osmosis units 9 via lines 46 . The desalination plant according to the invention succeeded in reducing the electrical energy requirement per m³ of product water by more than 75%.

Claims

1. Desalination plant, which is connected to a steam generating plant, with at least one pump and at least one membrane for carrying out a reverse osmosis, characterized in that the pump ( 8 ) is connected directly to a steam turbine ( 5 , 6 , 7 ), which with Steam is operated from the steam generating plant.

2. Desalination plant in particular according to claim 1, characterized in that a steam line is connected to a heat exchanger ( 11 ) for preheating the water to be desalinated.

3. Desalination plant according to claim 2, characterized in that in addition to the heat exchanger ( 11 ) for the preheating, a further heat exchanger ( 12 ) is provided.

4. Desalination plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure side of the reverse osmosis unit ( 9 ) is connected on the output side to an energy recovery device ( 10 ) coupled to the pump ( 8 ).

5. Desalination plant according to one of claims 1-3, characterized in that a turbo drive is introduced into the input stream of the reverse osmosis unit ( 9 ), which is driven by the concentrate stream ( 47 ).

6. Desalination plant according to one of claims 1 to 5, characterized in that the feed line ( 41 ) to the steam turbine ( 5 , 6 , 7 ) for the pump drive with at least one generator ( 13 ) for power generation and / or with at least one steam turbine ( 14 ) for a circulation pump for the low-pressure condensate of the steam generating system can be connected.