DE2054587A1 - Mehrstufige Verdampferanlage - Google Patents

Description

ATLAS-MAK MASCHINENBAU GM3H Bremen, den 5. November 1970

X 7069 TP/Sy/kö

Mehrstufige Verdampf er anlage 2054587

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer mit einer Anzahl von Verdampfungskammern, die ein Druck- und Temperaturgefälle gegeneinander aufweisen, mit Vorrichtungen zur Führung einer Flüssigkeit durch die Verdampfungskammern zwecks Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit in jeder Kammer, mit Kondensatoren, von denen jeder in Verbindung mit einer der Verdampfungskammern steht, mit Mitteln zur Entfernung des gewonnenen Destillates aus den Kondensatoren und mit Absaugevorrichtungen zur Entfernung der Inertgase aus der Verdampferanlage.

Bei Großanlagen werden zur Absaugung der Inertgase aus der Verdampferanlage hauptsächlich zwei- und mehrstufige DampfStrahlpumpen benutzt, wobei jeder Stufe der Strahlpumpen ein Kondensator zur Kondensation des Treibdampfes sowie der den Inertgasen anhängenden Dampfmenge nachgeschaltet ist.

Bei Kleinanlagen hingegen werden vielfach Wasserringluftpumpen für die Absaugung der Inertgase benutzt.

Diese bekannten Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß der Energieaufwand für die Absaugung der Inerte relativ hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Absaugen der Inertgase aus der Verdampferanlage zu schaffen, deren Energieaufwand geringer ist als mit den vorgenannten Vorrichtungen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Absaugevorrichtung aus einer Flüssigkeitsstrahlpumpe einer Treibwasserpumpe und einer Vorrichtung zur Inertgasabscheidung besteht, welche untereinander mittels Rohrleitungen verbunden sind, mit einem geschlossenen Wasserkreislauf, dem Kühlwasser zugeführt wird und erwärmtes Wasser abgezogen wird.

Des weiteren wird vorgesehen, daß die zur Wärmeabfuhr zugespeiste Kühlwassermenge für den Betrieb von einer oder mehreren Flüssigkeitsstrahlpumpen benutzt wird, deren Auslaßöffnungen mit der Inertgasabscheidevorrichtung verbunden sind.

Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen hervor. Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Ausführungsform, Fig. 2 eine schematische zweite Ausführungsform, Fig. 3 eine schematische dritte Ausführungsform und Fig. 4 eine schematische vierte Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer 10, der drei Entspannungskammern 1, 2, 3 aufweist. Die hier gewählten drei Stufen sind nur für dieses Beispiel charakteristisch. Die Kammer 1 ist die erste Stufe und weist den höchsten Druck auf. In der nachfolgenden Stufe (Kammer 2) ist der Druck geringer. Den niedrigsten Druck weist die letzte Kammer 3 auf. Die Entspannungs-Kammern 1 bis 3 werden durch ein druck- und vakuumfestes Gehäuse gebildet. Die Zwischenwände der Kammern weisen Durchlaßöffnungen 11 zum Durchtritt der Flüssigkeit auf. Diese Durchlaßöffnungen sind in der Nähe des Kammerbodens angebracht.

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In der Nähe der Kammerdecke weisen die Zwischenwände Durchlaßöffnungen 13 auf für den Durchtritt der Inertgase von einer Stufe zur folgenden. Jede Verdampfungskammer enthält ferner einen Kondensator 14 und eine darunter liegende Auffangvorrichtung 15 für das gewonnene Destillat. Die Auffangvorrichtungen 15 sind untereinander durch Rohrleitungen oder Kanäle mit einer Durchlaßöffnung 12 zum Durchtritt des Destillates von einer Stufe zur folgenden verbunden. Aus der Auffangwanne 15 der Kammer 3 wird das gewonnene Destillat über die Rohrleitung 26 und die Pumpe 27 abgezogen und zum Verbraucher gedrückt. Seewasser, Brackwasser oder Rohwasser wird mit Hilfe der Pumpe 28 und der Leitung 29 durch die Rohrseite des Kondensators 14 von Stufe 3 gefördert. Durch den aus der Entspannungskammer 3 aufsteigenden Dampf wird dieses Wasser im Kondensator 14 erwärmt und tritt über die Leitung 30 wieder aus. Der größere Teil des austretenden Wassers strömt über die Leitung 30a z.ur See bzw. zur Quelle zurück. Der kleinere Teil strömt über die Leitung 31 in die Verdampfungskammer 3» um die im Verdampfer eingedickte Lauge wieder auf eine vorbestimmte Konzentration zu verdünnen. Diese Lauge wird durch die Leitung 23 mit Hilfe einer Pumpe aus der Entspannungskammer 3 abgezogen und über die Leitung zum Kondensator 14 der Entspannungskammer 2 gefördert. Die Lauge durchströmt dann nacheinander die Kondensatoren 14 der Entspannungskammern 2 und I₉ wobei sie stufenweise aufgewärmt wird. Die Kondensatoren 14 der Entspannungskammern 2 und 1 bilden somit den Wärmerückgewinnungsteil der Verdampferanlage, wohingegen die Entspannungskammer 3 den Wärmeabführteil der Anlage bildet, da hier die im Endvorwärmer 17 zugeführte Wärmemenge abgeführt wird. Nachdem die Lauge durch Aufnahme der Kondensationswärme in den Kondensatoren 14 der Stufen 2 und 1 erwärmt worden ist, tritt sie über die Leitung 16 in den Endvorwärmer 17 ein.

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Diesem wird über die Leitung 18 ein Heizmediura, z. B. Dampf oder Heißwasser, zugeführt, welches nach dem Wärmeaustausch über die Leitung 19 wieder austritt. Die im Endvorwärmer erhitzte Lauge tritt dann über die Leitung 16a in die Entspannungskammer 1 ein. Da der Druck in dieser Kammer niedriger als der zur Temperatur der Lauge gehörende Sättigungsdruck ist, verdampft ein Teil der eintretenden Lauge durch Entspannung. Der aufsteigende Dampf strömt durch Passagen und evtl. zwischengeschaltete, nicht dargestellte, Feuchtigkeitsabscheider in den Kondensator 14, wo er die Verdampfungswärme an das in den Rohren strömende Kühlmedium (in diesem Fall umgewälzte Lauge) abgibt. Das entstehende Destillat wird in der Auffangvorrichtung 15 gesammelt und strömt über eine geeignete Führungsvorrichtung und die Durchlaßöffnung 12 zur Auffangwanne 15 der Entspannungskammer 2. Die aus der Lauge freiwerdenden Inertgase sowie evtl. Einbruchsluft strömen durch die Durchlaßöffnung 13 ebenfalls zur Entspannungskammer 2. Der nicht entspannte Teil der Lauge strömt durch die in Nähe des Kammerbodens befindliche Durchtrittsöffnung 11 ebenfalls zur Kammer 2. Hier wiederholt sich der vorbeschriebene EntspannungsVorgang. Von Entspannungskammer 2 strömen die restliche Lauge sowie das bis hier angesammelte Destillat und die Inertgase durch die entsprechenden Durchtrittsöffnungen zur letzten Entspannungskammer 3. Hier wiederholt sich der EntspannungsVorgang nochmals. Ein Teil der nach der letzten Entspannung in Kammer verbleibenden Lauge wird über die Leitung 20 mit Hilfe einer geeigneten Pumpe 21 abgezogen und durch die Leitung 22 abgepumpt.

Durch die über die Leitung 31 zugespeiste Rohwassermenge wird die verbleibende Lauge verdünnt und die Anfangskonnentration wiederhergestellt. Die Absaugung der in der Entspannungskammer 3 angesammelten Inertgase sowie der Einbruchsluft geschieht gemäß dem Sinn dieser Erfindung mit Hilfe eines besonders für diese Zwecke ausgelegten Wasser-

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Wasserstrahlers 51» der einen äußerst geringen Energiebedarf erfordert. Die Druekwasserpumpe 41 für den Strahler saugt über die Leitung 40 das Betriebswasser aus einem Umlaufbehälter 61 und drückt es über die Leitung 42 zum Wasserstrahler 51. Dieser saugt über die Leitung 50 die Inertgase aus der Entspannungskamraer 3 ab und drückt das Gemisch aus Inertgasen und Betriebswasser über die Leitung in einen im Behälter 61 angeordneten Tangentialabscheider Um die in Wärme umgesetzte elektrische Pumpenleistung sowie die Kondensationswärme des den Inertgasen anhängenden Dampfes abzuführen, wird über die Leitung 43 konstant eine gewisse Rohwassermenge in den Betriebswasserkreislauf des Strahlers eingespeist. Eine gleiche Wassermenge läuft über den Oberlauf 62 aus dem Umlaufbehälter 6l ab.

Zum Vergleich des Energieverbrauches dieses AbsaugeVerfahrens gegenüber anderen üblicherweise benutzten Verfahren soll das folgende Beispiel dienen:

Abzusaugen sind aus einem Verdampfer 10 kg/h Luft bei einem absoluten Druck von 40 Torr. Es steht Kühlwasser mit einer Zulauftemperatur von 30 oc zur Verfügung. Die anhängende Dampfmenge beträgt 5 kg Dampf je kg Luft. Die nachstehende Rechnung zeigt deutlich den Vorteil der Wasserstrahlpumpe in Bezug auf den Energieverbrauch.

1. Dampfstrahlpumpe: Saugstrom:
Qs = 60 kg/h

Treibdampfverbrauch:

G_{D spez#} ca. 2,5 kg/kg Gemisch

G_D = 2,5 . 60 = 150 kg/h

Dampfzustand:
10 ata Sattdampf
r = 482,1 kcal/kg

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Wärmeverbrauch:

Q = 482,1 . 150 = 72.315 kcal/h

2. Waseerringluftpumpe: Saugetrom: O₃ = 60 kg/h

Volumetr. Saugeleistung: VS = 1845 m³/h

Leistungsbedarf;

N = 150 kW * 129.000 kcal/h

3· Wasserstrahler: Saugstrom: G_s = 60 kg/h

Treibwasserbedarf: G * 220 m³/h

Druck: 1,5 kp/cm3

Förderhöhe der Treibwasserpumpe : H = 16 m Pl. S. Pumpenleistung: N = 11,5 kW S 9,590 kcal/h

Eine weitere Verringerung des Energiebedarfes läßt sich mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 erreichen. Das Ober die Leitung 43 zwecks Wärmeabfuhr zugespeiste Rohwasser besitzt eine gewisse Druckenergie, die in dem Ausführungsbeißpiel gemäß Fig. 1 nicht genutzt wird. Es besteht die Möglichkeit, mit dieser Wassermenge einen oder mehrere kleine Strahlpumpen zu betreiben und mit diesen Pumpen ebenfalls Inertgase aus der Verdampferanlage abzusaugen. In dem Ausführungsbeispiel Fig. 2 wird die über die Leitung 43 zugeführte Wassermenge in zwei Teilströme aufgeteilt.

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Diese Ströme werden über die Leitungen 44 bzw. 45 zwei Strahlpumpen 53 bzw. 53a zugeführt. Die Strahlpumpe 53a saugt über die Leitung 55 einen Teil der in der Kammer 1 des Verdampfers freiwerdenden Inertgase und fördert das Gas-Wassergemisch über die Leitung 57 in den Umlaufbehälter 61. Desgl. saugt die Strahlpumpe 53 über die Leitung 54 einen Teil der in der Kammer 2 des Verdampfers anfallenden Inertgase und fördert das Gas-Wassergemisch über die Leitung in den Umlaufbehälter 6l. Die Absaugung der verbleibenden Inertgase aus der Kammer 3 des Verdampfers geschieht, wie bereits vorstehend beschrieben, mit Hilfe des Wasserstrahlers 51. Im Umlaufbehälter 61 mischen sich Treibwasserströme der einzelnen Wasserstrahler. Ein Teil der Wassermenge fließt über den überlauf 62 ab. Die Druckwasserpumpe 41 des Wasserstrahlers 51 saugt wie bisher das Betriebswasser über die Leitung 40 aus dem Umlaufbehälter 61 und fördert das Treibwasser über die Leitung 42 zum Strahler. Das Wasser-Gasgemisch tritt über die Leitung 52 in den Tangentialabscheider 60 ein, wo Gas und Wasser getrennt werden. Dadurch, daß bereits ein Teil der in der gesamten Anlage anfallenden Inertgase durch die Strahlenpumpe 53 bzw. 53a aus den ersten Verdampferstufen abgesaugt werden, kann die Leistung des Wasserstrahlers 51 und somit die Leistung der Treibwasserpumpe 4l um ca. 20 % verringert werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3· Hier geschieht die Absaugung der Inertgase mit Hilfe einer Niederdruck-Dampfstrahlpumpe 71 und einer nachgeschalteten Wasserstrahlpumpe Die hier benutzte Dampfstrahlpumpe 71 arbeitet bereits zufriedenstellend mit Treibdampfdrücken von weniger als 0,8 ata. Als Treibdampf wird daher der in der Kammer 1 des Verdampfers entstehende Entspannungsdampf benutzt, dem außerdem die in dieser Stufe freiwerdenden Inertgase anhängen. Das Gemisch aus Inertgasen und Entspannungsdampf wird der Strahlpumpe über die Treibdampfleitung 72 zugeführt, über die Leitung saugt die Strahlpumpe die restlichen Inertgase aus der Entspannungskammer 3 des Verdampfers und fördert sie über die

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Leitung 50 zur Saugeseite der Wasserstrahlpumpe 51. Bei dieser Strahlpumpe wird, wie bereits früher beschrieben, Treibwasser im Kreislauf umgewälzt sowie eine gewisse Menge, die zur Abfuhr der Wärme benötigt wird, Über die Leitung zugespeist. Eine gleiche Menge läuft über den überlauf 62 aus dem Umlaufbehälter ab. In der Wasserstrahlpumpe 51 kondensiert die Treibdampfmenge der Strahlpumpe 71 sowie der den Inertgasen anhängende Dampf. Dadurch, daß die Inertgase und die Einbruchsluft bereits mit Hilfe der Dampfstrahlpumpe 71 vorverdichtet sind, läßt sich der Treibwasserbedarf der Wasserstrahlpumpe 51 sowie der Leistungsbedarf der Treibwasserpumpe 41 erheblich vermindern.

Eine weitere Ausführungsform dieser Anordnung zeigt Fig. Die Dampfstrahlpumpe 71 erhält ihren Treibdampf, wie vorbeschrieben, über die Leitung 72 aus der Entspannungskammer des Verdampfers. Hierdurch werden gleichzeitig die freiwerdenden Inertgase und die Einbruchsluft aus der Entspannungskammer 1 entfernt. Die Strahlpumpe 71 saugt über die Leitung 70 die verbleibenden Inertgase und die Einbruchsluft aus der Entspannungskammer 3 des Verdampfers und fördert das Gas-Dampfgemisch über die Leitung 73 in einen Zwischenkondensator 75· Dieser Zwischenkondensator enthält ' ein Kühlsystem, welches Über die Leitung 76 von der Rohwasserpumpe 28 mit jKühlwasser versorgt wird. Das erwärmte Kühlwasser tritt über die Leitung 77 aus dem Zwischenkondensator aus und wird zusammen mit dem von dem Verdampfer kommenden erwärmten Rohwasser über die Leitung 30 abgeführt. Der über die Leitung 73 in den Zwischenkondensator eintretende Dampf gibt seine Kondensationswärme an das Kühlwasser ab und kondensiert. Das entstehende Kondensat läuft über die Leitung 78 zur Saugeleitung 26 einer Destillatpumpe 7. Die Inertgase mit einer kleinen Menge anhängenden Dampfes werden über die Leitung 50 von der Wasserstrahlpumpe 51 abgezogen und das Gas-Wassergemisch über die Leitung 52 in den Tangentialabscheider 60 gefördert.

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Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer' mehrstufigen Entspannungsverdampferanlage beschrieben wurde, liegt darin keine Begrenzung. Es sind viele Variationen möglich. So
besteht z. B. die Möglichkeit einer Anwendung bei mehrstufigen Tauchverdampfern, Kre,islaufverdampfern und Fallfilmverdampfern.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   [ 1.JVerdampfer mit einer Anzahl von Verdampfungskammern, —' die ein Druck- und Temperaturgefälle gegeneinander aufweisen, mit Vorrichtungen zur Führung einer Flüssigkeit durch die Verdampfungskammern zwecks Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit in jeder Kammer, mit Kondensatoren, von denen jeder in Verbindung mit einer der Verdampfungskammern steht, mit Mitteln zur Entfernung des gewonnenen Destillates aus den Kondensatoren und mit Absaugevorrichtungen zur Entfernung der Inertgase aus der Verdampfer anlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugevorrichtung aus einer Flüssigkeitsstrahlpumpe (51), einer Treibwasserpumpe (41) und einer Vorrichtung zur Inertgasabscheidung (60, 61) besteht, welche untereinander mittels Rohrleitungen (40, 42, 52) verbunden sind, mit einem geschlossenen Wasserkreislauf, dem Kühlwasser zugeführt wird und erwärmtes Wasser abgezogen wird.
2. 2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wärmeabfuhr zugespeiste Kühlwassermenge für den Betrieb von einer oder mehreren Flüssigkeitsstrahlpumpen (53) bzw. (53a) benutzt wird, deren Auslaßöffnungen mit der Inertgasabscheidevorrichtung (60, 61) verbunden sind.
3. 3. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inertgasabscheidevorrichtung aus einem Tangentialabscheider (60) und einem ümlaufbehälter (61) besteht.
4. 4. Verdampfer nach Anspruch 1 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckdampfstrahlpumpe (71) ein Kondensator (75) zur Kondensation dee Treibdarapfes sowie der den Inertgasen anhängenden Dampfmenge nachgeschaltet ist, wobei das entstehende Kondensat zusammen mit dem in der Anlage erzeugten Deetillat durch eine Destillatpumpe (27) abgezogen wird.

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