DE2236519C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Destillaterzeugung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur DestillaterzeugungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Destillaterzeugung aus Rohwasser,
insbesondere aus Seewasser oder Brackwasser in einem mehrstufigen Entspannungsverdampfer und einer weiteren
Verdampferanlage, wobei im Entfpannungsverdampfer das angewärmte Rohwasser stufenweise in
einer Vielzahl von Entspannungsstufen zu einem Teil verdampft, das verdampfte Rohwasser an jeder
Entspannungsstufe zugeordneten Kondensatoren sich verflüssigt und in darunter befindlichen Wannen
aufgefangen wird und Mittel zur Absaugung und Entfernung der Inertgase und eine Vorrichtung zur
Zusatzenergiezufuhr vorgesehen sind.
Es ist eine mehrstufige Entspannungsverdampfung zur Entsalzung von Seewasser oder Brackwasser
bekannt. Anlagen, die nach diesem Prinzip arbeiten,
ίο habe» sich seit Jahren in der Praxis gut bewährt Der
Energiebedarf solcher Anlagen liegt üblicherweise zwischen 120 und 50 kcal/kg Destillat, ohne Berücksichtigung
der erforderlichen Energie zum Antrieb der Pumpen. Bereits der letztgenannte, relativ geringe
iS spezifische Wärmebedarf bedingt eine Anlage mit einer
hohen Stufenzahl. Eine weitere Verringerung des spezifischen Wärmebedarfs, die allerdings mit einer
starken Zunahme der Kapitalkosten verbunden ist, soll bereits durch ein bekanntes Verfahren der oben
angegebenen Art erreicht werden, bei dem als weitere Verdampferanlage ein zweiter Entspannungsverdampfer
vorgesehen ist, wobei der dort freiwerdende Dampf im Wärmeüberträger der ersten Anlage das vorgewärmte
Rohwasser aufheizt und dann die Anlage als Kondensat verläßt, das zusammen mit dem in der ersten
Anlage gewonnenen Destillat als Süßwasser zur Verfugung steht. Die Erfindung hat sich demgegenüber
die Aufgabe gestellt, eine verbesserte Wirtschaftlichkeit unter gleichzeitiger Herabsetzung der Anlagekosten
herbeizuführen. Das soll durch sinnvolle Anwendung eines Durchlaufverdampfers bei dem eingangs beschriebenen
Verfahren in Verbindung mit der ebenfalls bekannten Brüdenverdichtung erreicht werden, die
jedoch bisher nur für kleinere Anlagen angewendet wird. Der Energiebedarf einer Verdampferanlage, die
nach diesem Prinzip arbeitet, liegt wesentlich unter dem einer Entspannungsverdampferanlage. Üblicherweise
werden Brüdenverdichteranlagen mit spezifischem Wärmeverbrauch von ca. 15 kcal/kg Destillat ausgeführt.
Der spezifische Wärmebedarf einer solchen Verdampferanlage fällt mit steigender Arbeitstemperatur.
Allerdings erfordert eine Steigerung der Arbeitstemperatur eine Vorwärmung des zugespeisten Rohwassers
über einen höheren Temperaturbereich und damit verbunden einen größeren Wärmeaustauscher.
Ausgehend von diesen Zusammenhängen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das in den
Kondensatoren des Entspannungsverdampfers vorgewärmte Rohwasser einem oder mehreren Durchlaufverdampfern
zugeführt und durch Wärmezufuhr teilweise verdampft und der abgeführte Brüdendampf des
Durchlaufverdampfers mittels eines Heißwasserejektors und einer vorgeschalteten Ejektortreibwasserpumpe
auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht und dem Durchlaufverdampfer als Heizmedium
zugeführt wird, welches seine Verdampfungswärme an das zu verdampfende Rohwasser im Durchlaufverdampfer
abgibt, dann als Destillat dem Entspannungsverdampfer zugeführt wird und einen Teil seiner
FlUssigkeitswärme durch stufenweise Entspannung an das in den Kondensatoren aufzuwärmende Rohwasser
abgibt, daß das im Durchlaufverdampfer leicht eingedickte Rohwasser nach dem einmaligen Durchlauf
durch das Heizsystem dem oberen Flüssigkeitsraum des Durchlaufverdampfers entnommen und dem Laugeraum
der ersten Stufe und anschließend den folgenden Stufen des Entspannungsverdampfers zugeführt wird, in
bekannter Weise durch stufenweise Entspannung
teilweise verdampft, seine Verdampfungswärme durch Kondensation des in den einzelnen Stufen erzeugten
Brüdendampfes an das aufzuwärmende Rohwasser abgibt, daß das Destillat in den Destillatwannen der
jeweiligen Stufen aufgefangen wird, sich mit dem vom Durchlaufverdampfer kommenden Destillat mischt und
an der letzten Entspannungsstufe abgeführt wird. Hierbei ist also praktisch zwischen die Funktion des
Entspannungsverdampfers der Durchlaufverdampfer eingeschoben, und zwar unter Einschluß des iu
Heißwass?rejektors, der im Kreislauf an den Durchlaufverdampfer
angeschlossen ist. Einmal ist dadurch, daß der Durchlaufverdampfer so ausgelegt ist, daß in ihm die
gesamte Rohwassermenge behandelt und die größtmögliche Destillatmenge erzeugt wird, der im Vergleich
zur Entspannungsverdampfung erheblich niedrigere spezifische Wärmebedarf des Thermokompressionsprinzips
weitgehend genutzt Zum anderen ist darüber hinaus eine weitere Verminderung des Energiebedarfs
durch die Verwendung des Heißwasserojektors gegeben.
Außerdem bringt der Ersatz des üblicherweise in
Brüdenverdichtern verwendeten störanfälligen mechanischen Kompressors durch einen Heißwasserejektor
über den wärmewirtschaftlichen Vorteil hinaus eine entscheidende Verbesserung der Funktionssicherheit
der Anlage mit sich.
Die Wärmezufuhr für die Verdampferanlage kann in Form von mechanischer Energie ausschließlich über die
Ejektortreibwasserpumpe erfolgen. Um jedoch diese Energieform wegen ihres höheren Aufwandes gering zu
halten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Aufteilung der Energiezufuhr vorzunehmen. Deshalb
wird vorgeschlagen, zwischen dem Austritt der Ejektortreibwasserpumpe und dem Heißwasserejektor
einen Wärmetauscher vorzusehen. Außerdem hat es sich in besonders gelagerten Fällen für erforderlich
ergeben, einen Wärmetauscher in eine Rohrleitung zwischen Rohwasseraustritt, Entspannungsverdampfer
und Rohwassereintritt in den Durchlaufverdampfer einzuschalten.
Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Ausführungsform, bei der die Entspannungsverdampferanlage nach dem Laugeumwälzprinzip
arbeitet,
F i g. 2 eine schematische Ausführungsform, bei der die Entspannungsverdampferanlage nach dem Durchlaufprinzip
geschaltet ist, und
Fig.3 eine schematische Ausführungsform, bei der
die erforderliche Heizfläche der Brüdenverdichteranlage apparativ in zwei Teile aufgeteilt ist.
Fig. 1 zeigt in einem Beispiel einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer l.der fünf Entspannungskammern
aufweist.
Die Entspannungsverdampferanlage ist in diesem Beispiel nach dem Laugeumwälzprinzip geschaltet. Die
Laugeumwälzpumpe 2 saugt die Lauge aus der letzten Stufe des Entspannungsverdampfers 1 und fördert sie
durch Kondensatoren, die im oberen Raum der einzelnen Entspannungsstufen des Entspannungsverdampfers
1 untergebracht sind. Hier wärmt sich die Lauge Stufe für Stufe durch kondensierende Dämpfe
auf und tritt anschließend über eine Rohrleitung 3 in einen Durchlaufverdampfer 4 ein. Dieser besteht aus
einem vertikalen Rohrbündel 5, einem das vertikale Rohrbündel 5 umschließenden Dampfraum 6, einer
unteren Eintrittswasserkammer 7 sowie einem Brüdenraum 8 und einem darin befindlichen Feuchtigkeitsabscheider
9. Das Rohwasser tritt mit annähernd Siedetemperatur in die untere Eintrittswasserkammer 7
ein. Diese sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Wasserstromes über das gesamte Rohrbündel 5. Das
Rohwasser strömt durch das vertikal angeordnete Rohrbündel 5 und wird zunächst durch den im
Dampfraum 6 befindlichen Dampf auf Siedetemperatur aufgewärmt. Durch weitere Zufuhr von Wärme
verdampft ein Teil dieses Rohwassers, so daß beim Austritt aus dem Rohrbündel 5 ein Gemisch von Wasser
und Dampf in den Brüdenraum 8 des Durchlaufverdampfers 4 eintritt Durch eine geeignete Anordnung
von Ablenkblechen wird dieses Gemisch von Wasser und Dampf getrennt Das durch die teilweise Verdampfung
etwas stärker konzentrierte Rohwasser fließt über die Rohrleitung 10 zur ersten Entspannungskammer des
Entspannungsverdampfers 1. Der im Durchlaufverdampfer 4 erzeugte Brüdendampf passiert zunächst den
Feuchtigkeitsabscheider 9, um evtl. mitgerissene Feuchtigkeitströpfchen zurückzuhalten, und strömt danach
über eine Saugleitung 11 zum Heißwasserejektor 12.
Das erhitzte Treibwasser tritt über eine Rohrleitung
Das erhitzte Treibwasser tritt über eine Rohrleitung
13 in den Heißwasserejektor 12 ein. In einer Düse des Heißwasserejektors 12 wird die Energie des Treibwassers
in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt. Hierbei verdampft ein Teil des heißen Treibwassers, so daß ein
Gemisch aus Wasser und Dampf mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse austritt. Der über die Saugleitung
U angesaugte Brüdendampf mischt sich im Mischrohr des Heißwasserejektors 12 mit dem Triebwasser, wobei
sich eine mittlere Gemischgeschwindigkeit einstellt. Im Diffusor des Heißwasserejektors 12 erfolgt die Verzögerung
des Gemisches unter Druckzunahme. Das verdichtete Gemisch, welches immer noch aus Treibwasser
und Dampf besteht, tritt über eine Rohrleitung
14 in einen Abscheidebehälter 15 ein. Das Wasser und der Dampf werden hier getrennt. Der gesamte Dampf
strömt über eine Rohrleitung 16 in den Dampfraum 6 des Durchlaufverdampfers 4 und dient hier als
Heizmedium für das in den Durchlaufverdampfer 4 eingetretene Rohwasser. Der Dampf gibt hierbei seine
Verdampfungswärme an das Rohwasser im Inneren des Rohrsystems 5 ab und kondensiert dabei. Ein Teil des
entstehenden Destillats fließt über eine Rohrleitung 20 zu einer Ejektortreibwasserpumpe 18. Ein weiterer
Wasserstrom, nämlich das restliche Wasser vom Abscheidebehälter 15, strömt über eine Rohrleitung 17
ebenfalls zur Ejektortreibwasserpumpe 18. Die Summe dieser beiden Wasserströme entspricht wiederum dem
vorher in den Heißwasserejektor 12 eingetretenen Treibwasserstrom. Die Ejektortreibwasserpumpe 18
sorgt für die erforderliche Druckerhöhung des Treibwasserstromes. Anschließend passiert dieser Treibwasserstrom
einen Wärmetauscher 19, in dem eine Wärmezufuhr für die Verdampferanlage erfolgt. Dieser
Wärmetauscher 19 ist vorzugsweise als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt.
Abhängig vom Wirkungsgrad des Heißwasserejektors 12 muß ein mehr oder weniger großer prozentualer
Anteil des Treibwasserstromes in der Düse ausdampfen, um die erforderliche Verdichtiingsarbeit zur Verdichtung
des Brüdendampfes zu leisten. Somit strömt über die Rohrleitung 16 ein größerer Dampfstrom als über
die Saugleitung U von dem Heißwasserejektor 12 angesaugt wird. Die Kondensationswärme dieser
überschüssigen Dampfmenge wird andererseits jedoch
zur Aufwärmung des über die Rohrleitung 3 eintretenden Rohwassers von der Eintrittstemperatur bis zur
Siedetemperatur benötigt. Ein Teil des im Dampfraum 6 anfallenden Heizdampfkondensates fließt, wie bereits
erwähnt, über die Rohrleitung 20 zur Ejektortreibwasserpumpe 18. Der restliche Teil dieses Heizdampfkondensates
strömt entsprechend der über die Saugleitung 11 angesaugten Brüdenmenge als Destillat über eine
Rohrleitung 21 zur Destillatwanne der ersten Stufe des Entspannungsverdampfers 1.
Parallel zu dem über die Rohrleitung 10 eintretenden eingedickten Rohwasser strömt das Destillat nun durch
den Entspannungsverdampfer 1. Durch den sich von Stufe zu Stufe wiederholenden Entspannungsvorgang
verdampft ein weiterer Anteil des eingedickten Rohwassers, wodurch eine zusätzliche Destillatmenge
erzeugt wird. Das gesamte produzierte Destillat, also das im Entspannungsverdampfer 1 sowie im Durchlaufverdampfer
4 erzeugte Destillat, wird aus der letzten Stufe des Entspannungsverdampfers 1 mit Hilfe einer
Pumpe abgezogen. Desgleichen wird ein Teil der stark eingedickten Lauge aus dem Laugeraum dieser Stufe
abgezogen und ein entsprechender Teil frischen Seewassers in diese Stufe eingespeist, um die Anfangskonzentration im Umwälzkreislauf wiederherzustellen.
Fig.2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anlage. Der Entspannungsverdampfer
besteht hierbei nur aus einer Reihe hintereinander geschalteter Entspannungskammern mit den zugehörigen
Brüdenkondensatoren, ohne die frühere Aufteilung im Wärmerückgewinnungs- und Wärmeabführteil. Die
Rohwasserpumpe 2 fördert in diesem Fall das einfach konzentrierte Rohwasser durch die in Reihe geschalteten
Kondensatoren der Entspannungsverdampferanlage 1 und danach in die Eintrittswasserkammer 7 des
Durchlaufverdampfers 4. Hier verdampft ein Teil dieses Rohwassers, wodurch sich die Konzentration des
verbleibenden Rohwassers stark erhöht. Dieser verbleibende Rohwasserstrom fließt danach, wie beschrieben,
über die Rohrleitung 10 in die erste Entspannungskammer der Entspannungsverdampferanlage 1. Durch die
Entspannungsverdampfung in dieser Anlage nimmt die Konzentration des Rohwassers von Stufe zu Stufe zu,
bis schließlich in der letzten Stufe die maximal zulässige Konzentration erreicht ist.
,ο Mit zunehmender Verlagerung der Destillatproduktion
in den Durchlaufverdampfer vergrößert sich auch der Anteil der Heizfläche dieses Verdampfers, in dem
die zur Vorwärmung des Rohwassers auf Siedetemperatur erforderliche Wärmemenge übertragen wird. Dies
kann eine Aufteilung der Gesamtheizfläche des Durchiaufverdampfers in zwei getrennte Apparate
zweckmäßig erscheinen lassen. Das in der Entspannungsverdampferanlage vorgewärmte Rohwasser tritt
über die Rohrleitung 3 in einen Röhrenwärmeaustauscher 22 ein, wo es annähernd bis auf die Siedetemperatur
des Durchlaufverdampfers erwärmt wird, und strömt danach über die Fortsetzung der Rohrleitung 3 in die
Eintrittswasserkammer des Durchlaufverdampfers 4, wo die Verdampfung eines Teils dieses Rohwassers
erfolgt. F i g. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel dieser Anlagenkombination.
Eine weitere Variante sieht die Ausführung des Durchlaufverdampfers als zwei- oder mehrstufigen
Apparat vor. Hierbei dient der in der ersten Stufe, d. h.
der mit der höchsten Temperatur arbeitenden Stufe, erzeugte Brüdendampf zur Beheizung der nächst
folgenden Stufe. Aus der mit der niedrigsten Temperatur arbeitenden Stufe wird der Brüdendampf mit Hilfe
des vorbeschriebenen Heißwasserejektors 12 abgezogen und auf den Sättigungsdruck des Heizdampfsystems
der ersten Stufe verdichtet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Destillaterzeugung aus Rohwasser, insbesondere aus Seewasser oder Brackwasser
in einem mehrstufigen Entspannungsverdampfer und einer weiteren Verdampferanlage, wobei im
Entspannungsverdampfer das angewärmte Rohwasser stufenweise in einer Vielzahl von Entspannungssuifen
zu einem Teil verdampft, das verdampfte Rohwasser an jeder Entspannungsstufe zugeordneten
Kondensatoren sich verflüssigt und in darunter befindlichen Wannen aufgefangen wird und Mittel
zur Absaugung und Entfernung der Inertgase und eine Verrichtung zur Zusatzenergiezufuhr vorgesehen
sind, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kondensatoren des Entspannungsverdampfers
vorgewärmte Rohwasser einem oder mehreren Durchlaufverdamptern zugeführt und
durch Wärmezufuhr teilweise verdampft und der abgeführte Brüdendampf des Durchlaufverdampfers
mittels eines Heißwasserejektors und einer vorgeschalteten Ejektortreibwasserpumpe auf ein höheres
Druck- und Temperaturniveau gebracht und dem Durchlaufverdampfer als Heizmedium zugeführt
wird, welches seine Verdampfungswärme an das zu verdampfende Rohwasser im Durchlaufverdampfer
abgibt, dann als Destillat dem Entspannungsverdampfer zugeführt wird und einen Teil seiner
Flüssigkeitswärme durch stufenweise Entspannung an das in den Kondensatoren aufzuwärmende
Rohwasser abgibt, daß das im Durchlaufverdampfer leicht eingedickte Rohwasser nach dem einmaligen
Durchlauf durch das Heizsystem dem oberen Flüssigkeitsraum des Durchlaufverdampfers entnommen
und dem Laugeraum der ersten Stufe und anschließend den folgenden Stufen des Entspannungsverdampfers
zugeführt wird, in bekannter Weise durch stufenweise Entspannung teilweise
verdampft, seine Verdampfungswärme durch Kondensation des in den einzelnen Stufen erzeugten
Brüdendampfes an das aufzuwärmende Rohwasser abgibt, daß das Destillat in den Destillatwannen der
jeweiligen Stufen aufgefangen wird, sich mit dem vom Durchlaufverdampfer kommenden Destillat
mischt und an der letzten Entrpannungsstufe abgeführt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Austritt der Ejektortreibwasserpumpe (18) und dem Heißwasserejektor (12) ein
Wärmetauscher vorgesehen ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Rohrleitung (3) zwischen
Rohwasseraustritt des Entspannungsverdampfers (1) und Rohwassereintritt in den Durchlaufverdampfer
(4) ein Wärmetauscher (22) eingeschaltet ist.
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