DE2156141C2 - Mehrstufen-Entspannungsverdampfer - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Mehrstufen-Entspannungsverdampfer, insbesondere zur Entsalzung von Wasser, mit einem horizontal sich erstreckenden Gehäuse mit Flüssigketseinlaß- und -auslaß, quer zur Längserstreckung angeordneten, am unteren Teil mit Öffnungen versehenen Wänden, die das Gehäuse in Kammern mit Verdampfungszone mit den Flüssigkeitspiegel bestimmender Stauwand und davon getrennter, mit einem Rohrbündel-Wärmeaustauscher versehener Kondensationszone unterteilen, wobei die Kammern durch zwei sich über die ganze Länge des Gehäuses erstreckende, den Boden mit dem Dach verbindene Wände in eine zentrale Verdampfungszone und zwei dazu symmetrische Kondensationszonen unterteilt sind, und daß zwei sich über die ganze Länge des Gehäuses erstreckende Rohrbündel-Wärmeaustauscher symmetrisch durch die Kondensationszonen verlaufen, und die Wände einen Tropfenabfangfilter tragen, nach Patent 20 18 079.
• Bei einem bekannten Mehrstufen-Entspannungsverdampfer der genannten Art (DE-OS 15 17 358) ist für eine gegebene Menge erzeugten Wassers die Dampfgeschwindigkeit in der Verdampfungszone bzw. Verdampfungskammer vergleichsweise hoch. Hierbei ist nachteilig, daß vergleichsweise viele Soletröpfchen mitgerissen werden, woraus sich eine schlechte Trennung der Soletröpfchen ergibt, was wiederum zu einer geringeren Qualität des erzeugten Wassers führt. Weiterhin ergeben sich als Folge der hohen Dampfgeschwindigkeit hohe mechanische Beanspruchungen, die überdies ungleichmäßig verteilt sind als Folge von Ungleichmäßigkeiten des Druckes in der Verdampfungszone. Schließlich ist auch der Kanal für das Kondensat aufgehängt, wodurch der Zugang des Dampfes zu den Kondensatröhren des Wärmetauschers behindert ist, was zu Wirbelbewegungen führt, aus denen sich Verluste des Bewegungsdruckes des Dampfes bei seinem Strömen entlang des Verdampfers ergeben.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mehrstufen-Entspannungsverdampfer der einleitend genannten Art derart auszuführen, daß für eine gegebene Menge erzeugten Wassers die Dampfgeschwindigkeit verringert ist. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Gehäuse im Querprofil symmetrisch um eine vertikale Mittelachse angeordnet ist, die zu beiden Seiten der Mittelachse liegenden Teile des Profils insgesamt die Gestalt einer Ellipse haben, deren Hauptachse rechtwinklig zur Mittelachse verläuft und die aufgrund der Mittelachse nach einem Ende hin abgestumpft ist, wobei das Profil von der elliptischen Krümmung in einer Zone abweicht, die an der Unterseite des Gehäuses von einem unterhalb des Mittelpunktes der Ellipse liegenden Punkt zur Mittelachse reicht und in der die Krümmung kreisförmig ist; daß die zwei Wände durch eine längliche, umgekehrt U-förmige Schale innerhalb des Gehäuses gebildet werden, die sich über die Länge desselben hinweg erstreckt und deren untere Kanten abdichtend mit dem Boden des Gehäuses derartig verbunden sind, daß ein mittlerer Bereich des Gehäuses den Boden der Schale bildet, die aus den zwei vertikalen Längsscheidewänden und einer Oberseite besteht, welche in ihrem mittleren Bereich insgesamt flach und an den an die Längsscheidewände angrenzenden Rändern gekrümmt ist und welche das Gehäuse an der Verbindungsstelle abdichtend trifft, die die elliptisch gestalteten Zonen des Gehäuses vereinigt; daß die Innenfläche des Gehäuses und die Außenfläche der Schale die getrennten Kondensationskammern begrenzen, und daß die Tropfenabfangfilter in der Oberseite der Schale aufgenommen sind.
• Bei einem Mehrstufen-Entspannungsverdampfer gemäß der Erfindung sind zwei Kondensationszonen bzw. Kondensationskammern vorhanden, wodurch ermöglicht wird, die Dampfgeschwindigkeit in der Verdampfungszone bzw. Verdampfungskammer für die gleiche gegebene Menge erzeugten Wassers wie beim Stand der Technik zu verringern. Als Folge der Verringerung der Dampfgeschwindigkeit werden weniger Soletröpfchen mitgerissen, so daß sich eine bessere Trennung der Soletröpfchen und damit eine bessere Qualität des erzeugten Wassers ergibt. Die beiden Kondensationszonen oder Kondensationskammern sind symmetrisch angeordnet, woraus sich eine Verringerung der mechanischen Beanspruchungen ergibt, wegen der niedrigeren Dampfgeschwindigkeit und wegen der besseren Verteilung der Beanspruchungen, weil in dem Druck in der Ausdehnungskammer keine Ungleichmäßigkeiten vorhanden sind. Ein weiterer Vorteil eines Verdampfers gemäß der Erfindung, der sich im wesentlichen aus der Verringerung der Dampfgeschwindigkeit ergibt, besteht darin, daß die Dicke der Filter verringert werden kann, woraus sich wiederum nur geringere Druckverluste ergeben.
• Gegenüber einem Verdampfer gemäß dem Hauptpatent 20 18 079 ergibt sich der Vorteil, daß die Leistungsfähigkeit des Verdampfers um mindestens 60% erhöht werden kann.
• Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
• Fig. 1 ist eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Mehrfach-Entspannungsverdampfers gemäß der Erfindung;
• Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;
• Fig. 3 ist eine vergrößerte, schematische Ansicht eines Teils aus Fig. 2;
• Fig. 4 ist ein teilweiser Längsschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2.
• Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, ist der Aufbau des Vielfach-Entspannungsverdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung im Querprofil symmetrisch um eine vertikale Mittelachse A angeordnet. Der Verdampfer umfaßt ein kontinuierliches, insgesamt horizontales, sich in Längsrichtung erstreckendes, rohrförmiges Gehäuse 1, welches mittels hier nicht gezeigter, bekannter Stützeinrichtungen auf einer ebenen Fläche abgestützt ist. Wie Fig. 3 im einzelnen zeigt, hat das Profil des Gehäuses 1 zu jeder Seite der Achse A insgesamt die Form einer Ellipse mit einem durch die Mittelachse A bedingten Stumpf an einem Ende. Das Verhältnis zwischen der Hauptachse M der Ellipse und der Nebenachse m der Ellipse liegt vorzugsweise im Bereich von 1,4 : 1 bis 1,6 : 1. Das Profil des Gehäuses 1 weicht von der elliptischen Krümmung in einer Zone B ab, die an der Unterseite des Gehäuses 1 von einem unterhalb des Mittelpunktes der Ellipse liegenden Punkt C zu einem Punkt D auf der Mittelachse A reicht. Die Zone B ist insgesamt kreisförmig, und der Bogen CD beschreibt vorzugsweise einen Winkel im Bereich von 13° bis 18°.
• Wie Fig. 1 und 2 zeigen, ist innerhalb des Gehäuses 1 und über die Länge desselben hinweg eine umgekehrt U-förmige Schale 2 angeordnet, die aus Seitenwänden 3 und 4 und einer flachen Oberseite bzw. einem Flachdach 5 zusammengesetzt ist, welches an den in die Seitenwände 3 und 4 übergehenden Rändern 6 bzw. 7 gekrümmt ist. Die Unterkanten 8 und 9 der Seitenwände 3 und 4 sind abdichtend mit dem mittleren Bereich der Bodenfläche 10 des Gehäuses 1 verbunden, so daß dieser Bereich den Boden der Schale 2 bildet. Die Oberseite 5 der Schale 2 trifft auf das Gehäuse 1 abdichtend an der Verbindungsstelle J auf, die die elliptisch gestalteten oberen Zonen 11 und 11&min; des Gehäuses 1 verbindet. Zwei vertikale Trennwände 12 und 13 mit je zwei Durchgangsöffnungen 12 a, 12 b und 13 a und 13 b und Endwände 17 und 18 unterteilen das Innere der Schale 2 in drei Verdampferkammern 14, 15 und 16, von denen jede Kammer eine Aufnahmestufe für Speisewasser und auch eine Verdampfungsstufe bildet. An die Schale 2 ist eine hier nicht gezeigte Heizvorrichtung für Meerwasser angeschlossen. Verbindungen zwischen dieser Heizvorrichtung und einem Einlaß 19 für reines Meerwasser in der Endwand 17 sind gleichfalls in den Zeichnungen nicht dargestellt. In der Stirnwand 18 befindet sich ein Auslaß 20 zur Abgabe des reinen Meerwassers, welches auf seinem Strömungsweg durch die Verdampfungskammern 14, 15 und 16 nicht verdampft wurde.
• In jeder der Verdampfungskammern 14, 15 und 16 ist eine Stauwand 21 vertikal angeordnet und erstreckt sich in Querrichtung der Schale 2. Wie Fig. 4 zeigt, liegen die Oberkanten 21&min; der Stauwände 21 oberhalb der oberen Ränder der Durchgangsöffnungen 12 a, 12 b, 13 a und 13 b, um den Meerwasserspiegel in jeder Kammer auf einer Mindesthöhe zu halten, die ausreicht, um zu verhindern, daß Dampf durch die Durchgangsöffnungen zwischen aneinander angrenzende Kammern hindurchgeblasen wird, während aber noch eine Strömung des zu verdampfenden Meerwassers möglich ist.
• Um die Strömung des zu verdampfenden Meerwassers durch die Verdampungskammern und den Spiegel des Meerwassers in den Kammern zu regulieren, können die Durchgangsöffnungen 12 a, 12 b, 13 a und 13 b mit wahlweise verstellbaren, variierbaren Einrichtungen zur Einengung versehen sein ( beispielsweise einem schleusentorartigen Ventil).
• In der Oberseite 5 der Schale 2 sind sich in Längsrichtung erstreckende Öffnungen 22 vorgesehen, in denen horizontale Tropfenabfangfilter 23 aufgenommen sind, welche zwar die Strömung von Dampf erlauben, aber die von dem Dämpfen mitgerissenen Tröpfchen abfangen, so daß diese in die Verdampfungskammer zurücktropfen.
• Die Außenwandflächen der Schale 2 und die Innenwandflächen des Gehäuses 1 umgrenzen seitliche Kondensationskammern 24, 24 a, 24 b und 25, 25 a und 25 b. Innerhalb dieser Kondensationskammern sind Wärmeaustauscher 26 und 27 mit einer Vielzahl von Kondensationsrohren 29 angeordnet, die sich über die Länge der Kondensationskammern hinweg erstrecken. An die Kondensationskammern sind hier nicht gezeigte, bekannte Abzugseinrichtungen für das Destillat angeschlossen, um destilliertes Wasser aus den Kammern abzugeben.
• Reines Meerwasser wird in den Kondensationsrohreinlaß 30 der Verdampfungskammer 16 eingeführt, welche auf dem niedrigsten Druck und der niedrigsten Temperatur gehalten ist. Dieses Meerwasser wird dadurch vorerwärmt, daß es das Kondensationsmittel bildet, welches durch die Kondensationsrohre 29 fließt, nacheinander die Verdampfungskammern 16, 15 und 14 durchströmt und schließlich den Kondensationsrohrauslaß 31 der Kammer 14 verläßt, die die höchste Temperatur und den höchsten Druck hat. Das teilweise vorerwärmte Meerwasser läuft dann durch die hier nicht gezeigte Heizvorrichtung, in der es auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird. Das vollkommen erhitzte Meerwasser wird dann in den Aufnahmeabschnitt für Speisewasser der Kammer 14 eingefüllt, um den Entsalzungsprozeß zu beginnen. In der Verdampfungskammer 14 geht ein bestimmter Anteil des Wassers in Dampf über, der aufsteigt und durch die Tropfenabfangfilter 23 in die Kondensationskammern 24 und 25 gelangt, wie die Pfeile in Fig. 2 zeigen. Die Filter 23 fangen Tropfen nicht-verdampften Meerwassers ab, welche in die Kondensationskammer 14 zurücktropfen, so daß jegliche Verschmutzung des in den Kondensationskammern 24 und 25 enthaltenen kondensierten Dampfes 33 verhindert wird. Die elliptisch gestalteten Zonen 11 und 11&min; an der Oberseite des Gehäuses 1 verhindern eine Ablagerung des destillierten Dampfes im oberen Bereich des Gehäuses 1. Wenn destillierter Dampf mit den Wärmeaustauschern 26 und 27innerhalb der Kondensationskammern 24 und 25 in Berührung tritt, gibt er eine gewisse Wärmemenge an das in den Kondensationsrohren 29 fließende rohe Meerwasser ab, und dann kondensiert sich der destillierte Dampf und sammelt sich am unteren Bereich der Kondensationskammern 24 und 25. Das reine Meerwasser, welches in der ersten Verdampfungskammer 14 nicht destilliert wurde, strömt kontinuierlich durch die Durchgangsöffnungen 12 a und 12 b in die nächste Verdampfungskammer 15, d. h. es fließt in entgegengesetzter Richtung zu dem in den Kondensationsrohren 29 vorerwärmten Meerwasser. In der Verdampfungskammer 15 geht derselbe Vorgang vor sich wie in der Verdampfungskammer 14. Allerdings hat das in die Verdampfungskammer 15 eintretende Meerwasser eine niedrigere Temperatur als das Meerwasser in der Kammer 14 , und auch der Druck in der Kammer 15 ist entsprechend niedriger. Dann fließt das Meerwasser kontinuierlich durch die Verdampfungskammern 14, 15, 16 mit fortschreitend abnehmender Temperatur und ebenso abnehmendem Druck und verläßt schließlich die Kammer bei niedrigster Temperatur und niedrigstem Druck. Das Destillat 33 wird aus den Kondensationskammern 24, 24 a, 24 b, 25, 25 a und 25 b durch eine hier nicht gezeigte bekannte Destillatabzugseinrichtung abgeführt.
• Der Verdampfer gemäß der Erfindung ist zum Erzielen hoher Abgabeleistungen besser geeignet als bekannte Verdampfer und ergibt beispielsweise Destillationsprodukte von 500 m³/h und mehr. Außerdem werden mit der Erfindung ein bedeutend geringeres Gewicht und erheblich kleinere Gesamtabmessungen des Verdampfers erreicht. Ferner führt die besondere Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu weniger starker Korrosion, da sich keine Staubereiche für nicht zu kondensierende Stoffe bilden und keine scharfen Ecken vorhanden sind. Die ausgesprochen symmetrische Anordnung erlaubt außerdem eine bessere Spannungsverteilung, so daß entsprechend die Beanspruchung geringer ist.

Claims (4)

1. Mehrstufen-Entspannungsverdampfer, insbesondere zur Entsalzung von Wasser, mit einem horizontal sich erstreckenden Gehäuse mit Flüssigkeitsein- und -auslaß, quer zur Längserstreckung angeordneten, am unteren Teil mit Öffnungen versehenen Wänden, die das Gehäuse in Kammern mit Verdampfungszone mit den Flüssigkeitsspiegel bestimmender Stauwand und davon getrennter, mit einem Rohrbündel-Wärmeaustauscher versehener Kondensationszone unterteilen, wobei die Kammern durch zwei sich über die ganze Länge des Gehäuses erstreckende, den Boden mit dem Dach verbindende Wände in eine zentrale Verdampfungszone und zwei dazu symmetrische Kondensationszonen unterteilt sind, und daß zwei sich über die ganze Länge des Gehäuses erstreckende Rohrbündel-Wärmeaustauscher symmetrisch durch die Kondensationszonen verlaufen, und die Wände einen Tropfenabfangfilter tragen, nach Patent 20 18 079, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) im Querprofil symmetrisch um eine vertikale Mittelachse angeordnet ist, die zu beiden Seiten der Mittelachse liegenden Teile des Profils insgesamt die Gestalt einer Ellipse haben, deren Hauptachse rechtwinklig zur Mittelachse verläuft und die aufgrund der Mittelachse nach einem Ende hin abgestumpft ist, wobei das Profil von der elliptischen Krümmung in einer Zone abweicht, die an der Unterseite des Gehäuses von einem unterhalb des Mittelpunktes der Ellipse liegenden Punkt zur Mittelachse reicht und in der die Krümmung kreisförmig ist;
daß die zwei Wände durch eine längliche, umgekehrt U-förmige Schale (2) innerhalb des Gehäuses gebildet werden, die sich über die Länge desselben hinweg erstreckt und deren untere Kanten (8, 9) abdichtend mit dem Boden (10) des Gehäuses derartig verbunden sind, daß ein mittlerer Bereich des Gehäuses den Boden der Schale bildet, die aus den zwei vertikalen Längsscheidewänden (3, 4) und einer Oberseite (5) besteht, welche in ihrem mittleren Bereich insgesamt flach und an den an die Längsscheidewände angrenzenden Rändern (6, 7) gekrümmt ist und welche das Gehäuse an der Verbindungsstelle (J) abdichtend trifft, die die elliptisch gestalteten Zonen (11, 11&min;) des Gehäuses vereinigt;
daß die Innenfläche des Gehäuses und die Außenfläche der Schale die getrennten Kondensationskammern (24, 24 a, 24 b, 25, 25 a, 25 b) begrenzen;
und daß die Tropfenabfangfilter (23) in der Oberseite der Schale aufgenommen sind.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Hauptachse und der Nebenachse der Ellipse im Bereich von 1,4 : 1 bis 1,6 : 1 liegt.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der kreisförmigen Krümmung beschriebene Winkel im Bereich von 13° bis 18° liegt.

4. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stauwände (21) vertikal innerhalb der Schale auf dem Boden derselben angeordnet sind und sich quer zur Schale erstrecken, und daß jede Stauwand innerhalb einer Verdampfungskammer etwa in der Mitte zwischen den Querscheidewänden angeordnet ist, und daß die Oberkante (21&min;) der Stauwände höher liegt als der obere Rand der Durchgangsöffnungen (12 a, 12 b, 13 a, 13 b) in den Querscheidewänden, so daß der Flüssigkeitsspiegel oberhalb des oberen Randes der Durchgangsöffnungen gehalten ist.