DE2133807C3 - Mehrstufiger Sprühfilmverdampfer zur Gewinnung von Brauchwasser aus Rohwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Sprühfilmverdampfer zur Gewinnung von Brauchwasser aus Rohwasser, bei dem der Druck im Dampfraum von Stufe zu Stufe abnimmt und bei dem das Rohwasser in

π jeder Stufe angeordnete Vorwärmer durchströmt und der Stufe mit dem höchsten Druck zugeführt wird, wobei die Vorwärmer jeweils zur Kondensation des aus der vorhergehenden Stufe kommenden Dampfes dienen, und bei dem das vorgewärmte Rohwasser in jeder Stufe auf Wärmetauscherrohre versprüht wird, die unterhalb der Sprühöffnungen horizontal angeordnet und mit Dampf aus der vorhergehenden Stufe beheizt sind, mit Ausnahme der Wärmeaustauscherrohre in der ersten Stufe, die mit Fremddampf beheizt sind, wobei in

-'"> jeder Stufe das nicht verdampfte Rohwasser in einem Sammelbecken und das angefallene Destillat in einem Destillatsammler aufgefangen und der nachfolgenden Stufe zugeführt wird.

Ein Sprühfilmverdampfer dieses Typs ist aus der

J" DE-OS 15 17 503 bekannt. In jeder Stufe wird das Rohwasser aus dem Sammelbecken abgezogen und vermittels einer Pumpe in eine Leitung gedrückt, die sich oberhalb der genannten Wärmetauscherrohre befindet und mit diversen Sprühdüsen ausgerüstet ist.

i"> Das an den Wärmtauscherrohren nicht verdampfte Rohwasser fällt in das Sammelbecken zurück und wird hier durch Rohwasser der vorhergehenden Stufe ergänzt. Um diese Zirkulation des Rohwassers innerhalb einer Stufe mit der gewünschien Wirkung aufrecht

■»<> zu erhalten, bedarf es einer beachtlichen Pumpleistung. Denn es kann das gewünschte gleichmäßige und vollständige Besprühen der Wärmetauscherrohre nur bei einem entsprechend hohen Rohwasserumsatz erreicht werden. Zudem bedarf es beachtlicher Drücke

■f > vor den Sprühdüsen, um eine ausreichende Sprühverteilung sicherzustellen. Die Sprühdüsen selbst müssen entsprechend aufwendig konstruiert sein und besitzen in der Regel einen DUsenkegel.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem

'in Verdampfer dieses Typs die Pumpleistungen entscheidend zu verringern und die Verwendung von Spezialdüsen mit aufwendiger Konstruktion zu vermeiden.

Die Lösung besteht darin, daß die einzelnen Stufen des mehrstufigen Verdampfers in einer Kolonne

··"> übereinander angeordnet sind, in der jeweils die Trennböden zwischen den Stufen als Böden der Rohwasser-Sammelbecken ausgebildet und mit Sprühöffnungen versehen sind, und daß der Dampfraum der einzelnen Stufen jeweils an einen Dampfschacht

i'¹· angeschlossen ist, von dem aus sich die Wärmeaustauscherrohre in den Dampfraum der nachfolgenden Stufe hineinerstrecken, wobei der Boden des Dampfschachtes jeweils als Destillatsammler ausgebildet ist.

Bei einem so ausgebildeten Verdampfer fällt die

h> große Umpumpleistung pro Stufe fort. Das Rohwasser braucht lediglich einmal in die oberste Stufe mit dem höchsten Druck eingespeist zu werden. Die erwünschte .Sprühverteilung wird hier durch einfache Sprühöffnun-

gen erreicht, die keinerlei aufwendige Düsenkonstruktionen erfordern. Dies ergibt sich durch die Ausnutzung des zwischen den Stufen vorhandenen normalen Druckgefälles beim Durchtritt des Rohwassers durch die Sprühöffnungen. Während bei dem vorbekannten Verdampfer das normal vorhandene Druckgefälle zwischen zwei Stufen für die Sprühverteilung nicht ausgenutzt wird, sorgt hier das Druckgefälle für ein schlagartiges Entspannen und Verdampfen des Rohwassers beim Durchtritt durch die Sprühöffnungen. Die ι υ damit verbundene Volumenexpansion zerreißt die aus den öffnungen austretenden Wässertropfen in feine Sprühbestandteile und verteilt diese gleichmäßig über den gesamten Bereich der darunter liegenden Wärmetauscherrohre.

In konstruktiver Hinsicht ist. der neue Sprühverdampfer äußerst kostengünstig aufgebaut Die Trennböden ersetzen gesonderte Rohwasser-Sammelbecken. Der erforderliche Dampfschacht erstreckt sich zweckmäßigerweise bis in die darunter liegende Stufe hinein und wird zum Teil von dem Rohrboden gebildet, von dem aus sich die Wärmetauscherrohre horizontal urter den Sprühöffnungen erstrecken. Der untere Teil des Dampfschachtes kann in vorteilhafter Weise den als Kondensator arbeitenden Vorwärmer für das Rohwas- J-. ser aufnehmen.

Werden die Dampfschächte der einzelnen Stufen fluchtend übereinander angeordnet, dann kann das angefallene Destillat über einfache Durchtrittsöffnungen im Boden der Dampfschächte bis in die letzte Stufe κι weitergeleitet werden, ohne daß es hierdurch zu einem Druckabfall in den Stufen kommt. Der Dampfschacht, der mit dem Dampfraum der letzten Stufe in Verbindung steht dient dann zur Aufnahme eines fremdgespeisten Kondensators und als Destillat-Endsammler.

Ein Teil des aus dem Endsammler abgezogenen Destillates kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung über eine Rezirkulationsleitung dem in den Vorwärmer der letzten Stufe eingespeisten Rohwasser zugemischt werden. Damit kann der Verdampfer stets stabil betrieben werden, wenn z. B. nur geringe Mengen Brauchwasser entnommen werden. Entsprechend kann die Menge der zugesetzten Verkrustungsinhibitoren verringert werden. Auch die in dem System sich befindenden Mengen an gelöstem Sauerstoff und Kohlendioxyd werden hierdurch klein gehalten, so daß die Korrosionsneigung gemindert ist.

Es empfiehlt sich, den Flüssigkeitsspiegel in den Rohwasser-Sammelbeckep der einzelnen Stufen ver- ><> mittels eines Niveaureglers konstant zu halten. Um die von Stufe zu Stufe auftretende Absenkung des Flüssigkeitsspiegels in den Rohwasser-Sammelbecken auszugleichen ist es zweckmäßig vorzusehen, daß ein Teil des in den Vorwärmern aufsteigenden Rohwassers über eine Stichleitung entnehmbar und direkt dem Rohwasser in einer mittleren Stufe des Verdampfers z'jsetzbar ist

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Sprühfilmverdampfers

Fig.2 + 3 einen Längsschnitt bzw. die Stirnansicht eines Wärmetauscher, obres aus dem Verdampfer gemäß F ig. 1.

Die einzelnen Stufen 2a—2d des dargestellten Verdampfers sind in einer Kolonne übereinander angeordnet, wie dies durch das dargestellte Gehäuse 1 verdeutlicht ist.

Die einzelnen Stufen sind durch Trennböden 32 voneinander getrennt Die Trennböden bilden zugleich die Rohwasser-Sammelbecken 5a—c und besitzen eine Vielzahl von Sprühöffnungen 4, durch die das gesammelte Rohwasser in die nächste Stufe überführt wird. Der Flüssigkeitsspiegel der Rohwasser-Sammelbecken 5a—c wird durch den Oberlauf 4' und den Niveauregler 33 konstant gehalten.

In jeder Stufe sind Wärmetauscherrohre 6 bzw. 13 angeordnet, die sich ausgehend von einem vertikalen Rohrboden 31 im wesentichen horizontal erstrecken. Die Wärmetauscherrohre 13 der obersten Stufe 2a sind über die Leitung 27 fremd beheizt, wohingege'n alle Wärmetauscherrohre 6 der nachfolgenden Stufe über den Dampfschacht 7 mit dem Dampfraum der vorhergehenden Stufe in Verbindung stehen. Die Wärmetauscherrohre 6 werden von außen vermittels des durch die Sprühöffnungen 4 !.-.ndurchtretenden Rohwassers der vorangegangenen Stule g.kühlt. Der in den Wärmetauscherrohren 6 nicht kondensierte Dampf wird durch die Bohrungen 8 am Ende der Wärmetauscherrohre in die nachfolgende Stufe überführt

Unterhalb der Wärmetauscherrohre jeder Stufe ist des weiteren eine Vorwärmer-Kammer 10 vorhanden, in der ein Vorwärmer 9 angeordnet ist. Auch diese Vorwärmer-Kammer 10 steht mit dem Dampfschacht 7 in Verbindung und besitzt endseitige Bohrungen zum Überführen des nichtkondensierten Dampfes in die nachfolgende Stufe.

Am Boden der einzelnen Dampfschächte 7 sind Destillatsammler 11 gebildet, die wiederum Destillatdurchtrittsöffnungen 12 besitzen, durch die das Destillat von dem Dampfschacht einer Stufe in den Dampfschacht der nachfolgenden Stufe übertreten kann.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Wärmetauscherrohre 13 der obersten Stufe 2a über die Leitung 27 fremd beheizt werden. Das dabei entstehende Kondensat wird vermittels der Pumpe 30 abgezogen. Ebenfalls fremd gespeist ist der Kondensator 14 unterhalb der untersten Stufe 2d. Dieser Kondensator befindet sich in einer Kondensator-Kammer 3 und besitzt einen Kühlwasserzulauf 17 und einen Kühlwa^serablauf 18. Aus der Kondensator-Kammer 3 wird vermittels des Dampfejektors 15 Dampf abgezogen, um in den einzelnen Stufen von oben nach unten einen Druckabfall zu erzeugen.

Im Betrieb des dargestellten Sprühfilmverdampfers wird über den Kühkrasserzulauf 17 Rohwasser dem Kondensator 14 zugeführt. Dieser kondensiert einen Teil des in der Stufe 2d erzeugten Dampfes. Das RohwaoSer wird aus dem Kondensator 14 über den Kühlwasserablauf 18 wieder abgeführt. An den Kühlwasserablauf 18 ist eine Zweigleitung 19 angeschlossen, durch die ein Teil des aufgewärmten Rohwassers über die Leitung 20 dem Sammelbecken 21 der untersten Stufe 2d zugeführt wird. Hier mischt sich das über die Leitung 20 zugeführte relativ salzarme Rohwasser mit dem in den Stufen anfallenden, mit Salz angereicherten Rohwasser des Sammelbeckens 21. Ein Teil dieses Gemisches wird vermittels der Pumpe 22 aus dem Sammelbecken 21 abgezogen und über die Rezirkula· tionsleitung 23 dem V?rwärmer der untersten Stufe 2d zugeführt. Der restliche Teil des vermittels der Pumpe 22 abgezogenen Gemisches wird über die Ablaßleitung 24 aus dem System abgeführt.

Um ein Verkrusten der Wärmetauscherrohre etc. zu verhindern, kann eine Entlüftung oder die Injektion eines Verkrustungsinhibitors oü. dgl. erfolgen, wie es auch bei den bekannten Verdampfungsverfahren durchgeführt wird. ;

In dem Vorwärmer der untersten Stufe 2d wird das Rohwasser vermittels des Dampfes aus der vorangegangenen Stufe 2c vorgewärmt. Das Rohwasser wird dann über die Steigleitung 25 dem Vorwärmer 9 der Stufe 2c zugeführt und wird dann nach einer weiteren Vorwär- ι·. mung in der obersten Stufe 2a über die Steigleitung 26 in das obere Roh wasser-Sammelbecken 5 eingespeist.

Aus diesem Sammelbecken 5 gelangt das Rohwasser im feinversprühten Zustand über die Sprühöffnungen 4 auf die fremdbeheizten Wärmetauscherrohre 13 und ι · wird dabei teilweise verdampft. Der erzeugte Dampf gelangt über den Dampfschacht und durch die Öffnungen in dem Rohrboden 31 in die Wärmetauscherrohre der zweiten Stufe 2b.

Das in der ersten Stufe 2a nicht verdampfte : ι Rohwasser sammelt sich in dem Sammelbecken 5a und gelangt durch die Sprühöffnungen 4 bzw. notfalls durch den Überlauf 4' in die nachfolgende Stufe 2b. Da zwischen den Stufen 2a und 2b ein Druckgefälle besteht, wird ein Teil des durch die Sprühöffnungen 4 .·"· hindurchtretenden Rohwassers bereits verdampft. Ein ■ eiterer Teil wird beim Auftreffen des feinversprühten Rohwassers auf die Wärmetauscherrohre ^A- - nachfolgenden Stufe verdampft. Dabei wird ein Teil des in den Wärmetauscherrohren strömenden Dampfes der vorangegangenen Stufe kondensiert, wobei sich das Kondensat in dem Destillatsammler am Boden des Dampfschachtes sammelt. Von dort kann das gesammelte Destillat über die Destillatdurchtrittsöffnung 12 in den Dampfschacht 7 bzw. den Destillatsammler 11 der nachfolgenden Stufe 2cgelangen.

Der nicht verdampfte Anteil des durch die Sprühöffnungen 4 hindurchtretenden Rohwassers wird wieder in dem Rohwasser-Sammelbecken 5b der nachfolgenden Stufe gesammelt. Die Flüssigkeitsspiegel dieser Rohwasser-Sammelbecken werden, wie bereits erwähni. durch den Niveauregler 23 im wesentlichen konstantgehalten, um ein stabiles Arbeiten des Verdampfers zu erreichen, und zwar unabhängig davon, ob sich die Durchflußmenge des Rohwassers oder die Druckdifferenz zwischen den einzelnen Stufen ändert. Zur Beeinflussung des Flüssigkeitsspiegels in den Rohwasser-Sammelbecken dient auch die Stichleitung 16. vermittels der ein Teil des in den Vorwärrr.ei η aufsteigenden Rohwassers aus der Steigleitung 12 abgenommen und direkt dem RohwassiT-Sammelhekken 5c einer mittleren Verdampferstufe zugeführt werden kann.

Es ist erkennbar, daß der Dampf jeder Verdampferstufc im Wärmetausch mit dem umlaufenden Rohwasser steht und dabei zu destilliertem Wasser kondensiert wird, das sich in den Destillatsaminlcrn am Boden üer Dampfschächte sammelt. Über die Öffnungen 12 am Boden der Destillatsammler gelangt das DestüUit von Stufe zi: ^cdife in den Destillat-Endsammler und wird von dort vermittels der Pumpe 28 und der Rohrleitung 29 abgezogen.

D"r dargestellte und beschriebene Sprühfilmverdampfer besteht aus 4 Stufen. Die Zahl der Stufen kann jedoch variiert werden, insbesondere auch erhöht WTi-'en. Im letzteren Fall kann jedoch in den unteren Stufen bereits ein so hoher Verdampfungsgrad erreicht werden, daß nicht mehr eine ausreichende Menge Rohwasser in den Rohwasser-Sammelbecken vorhanden ist und eine gleichmäßige Vertcüii:^ des Rohwassers über alle Sprühöffnungen 4 nicht möglich ist. In einem solchen Fall wird es zweckmäßig sein, mehrere der bereits genannten Stichleitungen 16 vorzusehen, vermittels der vorgewärmtes Rohwasser insbesondere in den unteren Stufen des Verdampfers zugeführt wird, um auf diese Weise eine Fehlmenge in diesen Stufen auszugleichen.

Hien-u 1 Blatt Zeichnuncen

Claims (8)

Patentansprüche;

1. Mehrstufiger Sprühfilmverdampfer zur Gewinnung von Brauchwasser aus Rohwasser, bei dem der Druck im Dampfraum von Stufe zu Stufe abnimmt und bei dem das Rohwasser in jeder Stufe angeordnete Vorwärmer durchströmt und der Stufe mit dem höchsten Druck zugeführt wird, wobei die Vorwärmer jeweils zur Kondensation des aus der vorhergehenden Stufe kommenden Dampfes dienen, und bei dem das vorgewärmte Rohwasser in jeder Stufe auf Wärmetauscherrohre versprüht wird, die unterhalb der Sprühöffnungen horizontal angeordnet und mit Dampf aus der vorhergehenden Stufe beheizt sind, mit Ausnahme der Wärmetauscherrohre in der ersten Stufe, die mit Fremddampf beheizt sind, wobei in jeder Stufe das nicht verdampfte Rohwasser in einem Sammelbecken und das angefallene Destillat in einem Destillatsammler aufgefangen und der nachfolgenden Stufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen in einer Kolonne übereinander angeordnet sind, in der jeweils die Trennböden (32) zwischen den Stufen als Böden der Rohwasser-Sammelbecken (5a—c) ausgebildet und mit Sprühöffnungen (4) versehen sind, und daß der Dampfraum der einzelnen Stufen jeweils an eineD Dampfschacht (7) angeschlossen ist, von dem aus sich die Wärmetauscherrohre (6) in den Dampfraum der nachfolgenden Stufe hineinerstrecken, wobei der Boden des Dampfschachtes jeweils als Destillatsammler ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch ', dadurch gekennzeichnet, daß sich der Dampfschacht (7) jeweils bis in den Dampfraum der darunter Hegenden Stufe hineinerstreckt, und daß die horizontal unter den Sprühöffnungen (4) angeordneten Wärmetauscherrohre (6) an den oberen Teil des Dampfschachtes angeschlossen sind, wobei der untere Teil des Dampfschachtes zur Aufnahme des als Kondensator arbeitenden Vorwärmers (9) dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfschächte (7) der einzelnen Stufen fluchtend übereinander angeordnet sind und im Boden Destillatdurchtrittsöffnungen (12) besitzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfschacht (7), der mit dem Dampfraum der letzten Stufe in Verbindung steht, zur Aufnahme eines Kondensators (3,14) dient und als Destillat-Endsammler ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontal unter den Sprühöffnungen (4) angeordneten Wärmetauscherrohre (6) jeweils am einen Ende mit wenigstens einer in den umgebenden Dampfraum mündenden Bohrung (8) versehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohwasser-Sammelbecken jeder Stufe jeweils mit einem Niveauregler (33) ausgerüstet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rezirkulationsleitung (23), über die ein Teil des aus einem Sammelbecken (21) abgezogenen Gemisches aus mit Salz angereicherter Lösung und aus relativ salzarmer Lösung dem in den Vorwärmer (9) der letzten Stufe eingespeisten Rohwasser zumischbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Stichleitung (16), über die ein Teil des in den Vorwärmern (9) aufsteigenden Rohwassers entnehmbar und direkt dem Rohwasser in einer mittleren Stufe des Verdampfers zusetzbar ist