DE2646732C2 - Mehrstufiger Entspannungsverdampfer zum Entsalzen von Salzwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer zum Entsalzen von Salzwasser mit einer Reihe von Verdampfungsstufen und über diesen angeordneten Kondensationsstufen, wobei die nacheinander im Bodenbereich vom Salzwasser durchströmten Verdampfungsstufen und die vom Süßwasser durchströmten Kondensationsstufen unter fortschreitend niedrigerem Druck stehen und jeweils durch eine senkrechte Zwischenwand abgetrennt sind, an deren unterem Ende wenigstens eine Durchtrittsöffnung angeordnet ist, die in eine innerhalb der nachfolgenden Stufe angeordnete Vorverdampferkammer mündet, die auf einer Seite an der senkrechten Zwischenwand und auf der anderen Seite am Boden der nachfolgenden Stufe ansitzt, wobei die Vorverdampferkammer in ihrem oberen Bereich wenigstens eine in die nachfolgende Stufe mündende rechteckige Übertrittsöffnung aufweist.

Ein solcher mehrstufiger Entspannungsverdampfer ist bereits bekannt (DE-OS 21 10 949). Dabei wird das Brackwasser erwärmt und normalerweise innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen 125°C und 25°C gearbeitet. Die in den Verdampfungsstufen vorhandenen Dämpfe werden durch den kalten Brackwasserstrom gekühlt, der dadurch vorgewärmt wird. Die in den Kondensationsstufen anfallenden Kondensate bilden das herzustellende Süßwasser.

Bei einem solchen mehrstufigen Entspannungsverdampfer erweist es sich als schwierig, stabile Verhältnisse bei gleichzeitig optimalen Betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten. Da die Flüssigkeit zur nächsten Stufe übertritt, indem sie ein von der mit der Durchtrittsöffnung versehenen Zwischenwand gebiidetes eingetauchtes Wehr untersirömt, besteht die Gefahr, daß Stufen übermäßig mit Flüssigkeit belastet werden oder aber leerlaufen, so daß sich Abweichungen von den vorgesehenen Flüssigkeitsstandhöhen ergeben, was auch zu Abweichungen von den vorgesehenen Drücken

ίο führt Bei den mit dem Übertritt zur nachfolgenden Stufe verbundenen Entspannungen wird die statische Druckenergie der Flüssigkeit ebenso wie der gegebenenfalls vorhandene hydraulische Flüssigkeitsdruck aufgezehrt. Dabei führen kleine Änderungen des Flüssigkeitsdurchsatzes zu beträchtlichen Änderungen der Flüssigkeitsstandhöhe in den einzelnen Stufen, was eine übermäßig starke Ansammlung von Flüssigkeit oder aber eine teilweise Entleerung der Stufe hervorrufen kann, wobei Dampf von einer Stufe zunächst strömt Dadurch wird das System unstabil. Es muß daher von außen gesteuert werden, beispielsweise mittels an den Verdampfungsstufen vorgesehener Ablauföffnungen, um ordnungsgemäße Betriebsverhältnisse aufrechtzuerhalten.

Dieses gilt auch für den bekannten Entspannungsverdampter, bei dem sowohl die Durchtrittsöffnung eingangs wie auch die Übertrittsöffnung ausgangs jeder Vorverdampferkammer eine Drosselstelle bilden, so daß sich in der Vorverdampferkammer ein Zwischendruck zwischen den Betriebsdrücken der beiden aufeinanderfolgenden Stufen einstellt. Dabei wird bewußt die Übertrittsöffnung zur nachfolgenden Stufe größer als die Durchtrittsöffnung von der vorhergehenden Stufe gewählt, um eine geringe Übertrittsgeschwindigkeit von der Vorverdampferkammer zur nachfolgenden Stufe und damit eine bessere Abscheidung der Salzwassertröpfchen unter Vermeidung von Korrosion zu erhalten. Infolge des geringen Druckabfalls an den Übertrittsöffnungen ist die Vorverdampferkammer daher im wesentlichen als eine Spritzschutzkammer anzusehen, die allenfalls eine sehr begrenzte regelnde Einwirkung auf die Flüssigkeitsstandhöhen haben kann, da die Haupldrosselung beim Eintritt in die Vorverdampferkammer am von der Zwischenwand zwischen den Stufen gebildeten Wehr erfolgt. Dieses soll normalerweise in Flüssigkeit untergetaucht sein, so daß jedenfalls bei geringen Abweichungen von den normalen Betriebsverhältnissen keine regelnde Wirkung dadurch auftritt, daß der für den Flüssigkeitsdurchtritt zur Verfügung stehende Öffnungsquerschnitt durch (verstärkten) Gasdurchtritt verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mehrstufigen Entspannungsverdampfer so zu verbessern, daß er ohne Eingriffe von außen stabil unter gleichbleibend günstigen Betriebsverhältnissen arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß der Strömungsquerschnitt der Durchtrittsöffnung in der Zwischenwand so groß im Vergleich zum Strömungsquerschnitt der Übertrittsöffnung im oberen Bereich der Vorverdampferkammer ist, daß der Druckabfall zwischen den Stufen nur an der Übertrittsöffnung stattfindet.

Durch diese Maßnahme, die sowohl bei den Verdampfungsstufen wie bei den Kondensationsstufen von Vorteil ist, ergibt sich eine selbsttätige Regelung der Flüssigkeitsstandhöhen, wobei hinsichtlich der Wirkungsweise der Vorverdampfer folgende drei Fälle auftreten können:

L Die Flüssigkeitsstandhöhe in der vorhergehenden Stufe entspricht der Flüssigkeitsstandhöhe in der Vorverdampferkammer. In diesem Falle arbeitet die Vorrichtung mit einem Strömungsdurchsatz, der dem Strömungsquerschnilt der Obertrittsöffnung entspricht, so daß beispielsweise bei der als zweckmäßig erkannten Ausbildung gemäß Anspruch 2 der Strömungsdurchsatz 20 bis 30% über dem Nominaldurchsatz liegt. Dabei stellt sich die Flüssigkeit in der vorhergehenden Stufe auf eine Höhe ein, die der Höhe der oberen Begrenzungskante der Obertrittsöffnung entspricht Hierbei strömt nur Flüssigkeit durch die Übertrittsöffnung, und die Verdampfung Findet erst in der nachfolgenden Stufe statt.

2. Die Flüssigkeitsstandhöhe in der vorhergehenden Stufe ist höher als der Flüssigkeitsstand innerhalb der Vorverdampferkammer. Dann besteht die Tendenz, daß die Flüssigkeit auch innerhalb der Vorverdampferkammer über die obe.'e Kante der Übertrittsöffnung ansteigt, und es erhöht sich der (statische) Übertrittsdruck, so daß der Flüssigkeitsstrom mit größerer Geschwindigkeit aus der Übertrittsöffnung strömt und dementsprechend meho· Flüssigkeit weitergeleitet wird, was einer Rückregelung auf eine normale Flüssigkeitsstandhöhe entspricht.

3. Die Flüssigkeitsstandhöhe in der vorhergehenden Kammer liegt unter der Flüssigkeitshöhe innerhalb der Vorverdampferkammer. In diesem Fall wird die Übertrittsöffnung mit einem den Druck der nachfolgenden Kammer angepaßten Druck durchströmt, so daß bereits innerhalb der Vorverdampferkammer eine teilweise Verdampfung stattfindet, bei der sich eine Emulsion von Wasser und Dampfblasen bildet. Durch das erhöhte spezifische Volumen dieses Zweiphasensystems und durch den verringerten Druckabfall wird die Durchströmung an der Übertrittsöffnung herabgesetzt, so daß auch in diesem Fall eine Wirkung erzielt wird, die im Sinne eines Anstiegs der Flüssigkeitsstandhöhe in der vorhergehenden Kammer rückregelnd wirksam ist.

Aus dieser Erläuterung wird deutlich, daß die vorteilhafte Rückregelung bei der bekannten Ausbildung nicht erzielt werden kann, weil dort die Drosselung bzw. der Druckabfall am unteren Ende der Zwischenwand eingangs der Vorverdampferkammer erfolgt. Außerdem wird deutlich, daß die selbsttätige Regelung ausschließlich durch die Ausbildung der Vorverdampferkammern mit ihrer Durchtrittsöffnung und ihrer drosselnden Übertrittsöffnung erreicht wird, ohne daß ergänzende Maßnahmen erforderlich sind. Es leuchtet auch ein, daß die Standhöhenregelung ebenso bei der Überleitung des Brackwassers wie des kondensierten Süßwassers zur nächsten Stufe von Vorteil ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schernatischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt mit einer vollständigen Verdampfungsstufe und einer über dieser angeordneten Kondensationsstufe, wobei die Flüssigkeitszuführung aus der vorhergehenden und die Flüssigkeitsabführung an die nachfolgende Stufe angedeutet sind;

Fig.2 einen Querschnitt durch die beiden Stufen gemäß FLg. 1;

Fig.3 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Darstellung im Überleitungsbtreich zwi;-chen aufeinanderfolgenden Verdampfungsstufen und

Fig.4 eine perspektivische Darstellung der Ausbildung gemäß F i g. 3.

Gemäß Fi g. i sind eine Reihe von Verdampfungsstufen 6 und eine Reihe von über den Verdampfungsstufen 6 angeordneten Kondensationsstufen 7 vorgesehen, durch die sich die Zulaufleitung 8 für das kalte Brackwasser erstreckt Unter der Zulaufleitung 8 ist am Boden der Kondensationsstufen die Sammelwanne 9 für das kondensierte Süßwasser angeordnet. Wie in F i g. 2 angedeutet, können die Dämpfe aus der Verdampfungsstufe 6 zu beiden Seiten der Sammelwanne 9 in die Kondensationsstufe 7 aufsteigen, wo sie unter Vorwärmung des durch die Zulaufleitung 8 strömenden Brackwassers kondensieren. Das Kondensat wird in der Sammelwanne 9 aufgefangen.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen, werden die Verdampfungsstufen 6 ebenso wie die Kondensationsstufen 7, die durch Zwischenwände 2 voneinander getrennt sind, in gleicher Weise nacheinander vom Brackwasser bzw. vom kondensierten Süßwasser durchströmt, und zwar in der F i g. 1 von linl's nach rechts. Dabei werden das über den Boden der Verdampfungskammern 6 wie das durch die Sammelwanne 9 der Verdampfungskammern 7 strömende Süßwasser jeweils in gleicher Weise in die nachfolgende Stufe überführt. Die dazu vorgesehene Ausbildung wird anhand der F i g. 3 und 4 für die Überleitung des Brackwassers in eine nachfolgende Verdampfungsstufe 6 erläutert.

Danach ist eine Vorverdampfungskammer 1 vorgesehen, die auf der einen Seite an die Zwischenwand 2 und auf der anderen Seite an den Boden 3 der nachfolgenden Verdampfungsstufe 6 anschließt. Im oberen Bereich der Vorverdampferkammer 1 sind, wie dargestellt, rechtekkige Übertrittsöfinungen 4 vorgesehen. Diese Übertrittsöffnungen 4 sind so dimensioniert, daß sie einen beispielsweise 20 bis 30% über dem Nominaldurchsatz liegenden Sttömungsdurchsatz bei einem Druckabfall AP zulassen, welcher der Summe des Differenzdruckes PiPo und des äquivalenten hydraulischen Differenzdrucks γ ■ ΔΗοentspricht, wobei Pt und Podie Drückein den zwei aufeinanderfolgenden Stufen sind und γ das spezifische Gewicht der Flüssigkeit und Δ Ho die Differenz der Flüssigkeitshöhen in den zwei aufeinanderfolgenden Stufen ist.

Die Durchtrittsöffnung 5 im unteren Bereich der Vorverdampferkammer 1, die unterhalb der im Abstand vom Boden 3 endenden Zwischenwand 2 gebildet ist, die ein von der Flüssigkeit unterströmtes Wehr bildet, ist sehr groß, so daß der Druckabfall der Flüssigkeit an der Durchtrittsöffnung 5 vernachlässigbar ist. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Vorverdampferkammer 1 wie in F i g. 3 dargestellt, wobei der Druckabfall an den Übertrittsöffnungen 4 erfolgt und die Verdampfung am Ausgang dieser Übertrittsöffnungen 4 stattfindet. Geht die Belastung auf den Nominalwert oder einen niedrigeren Wert zurück, so ergibt sich e>ne Tendenz zur schnellen Entleerung der in Strömungsrichtung nachfolgenden Stufe 6, wobei die hydraulische Druckhöhe negativ wird. Der Flüssigkeit wird die Möglichkeit gegeben, die Übertrittsöffnungen 4 mittels ihrer Druckenergie zu erreichen, was einem übersättigten Zustand entspricht und eine Dampfentwicklung innerhalb der Vorverdampferkammer 1 zur Folge hat. Der Dampf nimmt wegen seines größeren spezifischen Volumens im Vergleich zur Flüssigkeit einen entsprechenden Teil des Durchtrittsquerschnitts der Übertritts-

öffnungen 4 ein und sperrt in entsprechendem Maße die Übertriltsöffnungen 4 für den Flüssigkeitsübertritt. Durch diese Selbstregulierung wird ein Entleeren der Stufe 6 verhindert und damit einer Verdampfströmung von der vorhergehenden zur nachfolgenden Verdampfungsstufe 6 vorgebeugt. Gleichzeitig ergibt sich eine Rückkehr zu stabilen Verhältnissen unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen.

F i g. 4 zeigt die Flüssigkeitsstandhöhen während gcs Normalbetriebs. In der Vorverdampferkammer 1 steigt die Flüssigkeit auf eine geodätische Höhe oberhalb der Anfangshöhe, wobei eine Verdampfung in der Vorverdampferkammer 1 auftritt, durch die ein Teil des Querschnitts der Übertrittsöffnungen 4 für den Flüssigkeitsübertritt gesperrt wird. Dadurch werden die Standhöhen festgelegt, wobei eine Wirkung wie bei einem Regelventil erzielt wird. Da die Übertrittsöffnungen 4 so dimensioniert sind, daß sie einen Flüssigkeitsdurchsatz über dem Nominalwert zulassen würden, arbeitet die Vorverdampferkammer 1 beim Betrieb mit Nominalbelaslung oder darunter ständig unter Verdampfungsbedingungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer zum Entsalzen von Salzwasser mit einer Reihe von Verdampfungsstufen und über diesen angeordneten Kondensationsstufen, wobei die nacheinander im Bodenbereich vom Salzwasser durchströmten Verdampfungsstufen und die vom Süßwasser durchströmten Kondensationsstufen unter fortschreitend niedrigerem Druck stehen und jeweils durch eine senkrechte Zwischenwand abgetrennt sind, an deren unterem Ende wenigstens eine Durchtrittsöffnung angeordnet ist, die in eine innerhalb der nachfolgenden Stufe angeordneten Vorverdampferkammer mündet, die auf einer Seite an der senkrechten Zwischenwand und auf der anderen Seite am Boden der nachfolgenden Stufe ansitzt, wobei die Vorverdainpferkammer in ihrem oberen Bereich wenigstens eine in die nachfolgende Stufe mündende rechteckige Übertrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Durchtrittsöffnung (5) in der Zwischenwand (2) so groß im Vergleich zum Strömungsquerschnitt der Übertrittsöffnung (4) im oberen Bereich der Vorverdampferkammer (1) ist, daß der Druckabfall zwischen den Stufen nur an der Übertrittsöffnung (4) stattfindet.

2. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Übertrittsöffnung (4) im oberen Bereich der Vorverdampferkammer (1) gegenüber einem dem Nominaldurchsatz entsprechenden StrömungsquerschniU um 20 bis 30% überdimensioniert ist.