DE2706430C2 - Vorrichtung zum Entfernen von gelösten Feststoffen aus einer wäßrigen Lösung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von gelösten Feststoffen aus einer wäßrigen Lösung mit einem einen andererseits mit der Atmosphäre verbundenen kühlturmartigen Verdampfer und einen der Aufheizung dienenden Wärmelauscher aufweisenden Lösungs-Kreislauf, der eine Zuleitung für die zu behandelnde Lösung und eine Ableitung für die gelösten Feststoffe aufweist, und mit einer Trenneinrichtung für die Absonderung der Feststoffe.

Bei einem Naßkühlturmverfahren dienen Luft und Wasser als Kühlmittel. In einem Kühlturm gelangt das Wasser, welches in der Anlage zirkuliert, in Kontakt mit der Luft, wobei die Wärme abgeführt wird, was zum größten Teil durch Verdampfung erfolgt. Der verbleibende Teil des Wassers wird auf dem Kühlturmboden gesammelt und dann zurück in die Anlage geleitet, wo es im Dampfkondensor erneut erhitzt wird. Da die Kühlung hier zum größten Teil durch Verdampfung erfolgt, geht ein Teil des in der Anlage zirkulierenden Kühlwassers verloren. Der Verdampfungsverlusi beträgt etwa % für eine Abkühlung um etwa 5° C.

Zusätzlich gibt es zwei weitere Verlustquellen, nämlich den Abtrieb, d. h. das Wasser, welches in winzigen Tröpfchen durch die den Kühlturm verlassende Luft mitgerissen wird, und Verluste durch Ablassen des Wassers, was erforderlich ist. um einen bestimmten Gehalt an im Wasser gelösten Feststoffen nicht 7U überschreiten. Ohne dieses Wasserablassen bewirkl der ständige Verdampfungsverlusi ein beträchtliches Ansteigen der Konzentrationen der im Wasser gelösten Feststoffe. Das Ersatzwasser, welches die Verdampfungsverluste und den Abtrieb ausgleicht, ist allein nicht ausreichend, um hohe Konzentrationen von Feststoffen zu vermeiden, so daß schließlich bei Sättigung des Wassers sich im Kühlturm Niederschläge absetzen, die den Wirkungsgrad der Einrichtung beeinträchtigen. Es ist daher notwendig, einen Teil des Wassers mit einem hohtn Feststoffgehalt abzulassen und durch Frischwasser zu ersetzen, um die Feststoffkonzentrationen unter dem Sättigungspunkt zu halten. Bei diesem Ablassen gehen etwa 03% des gesamten Kühlwassers der Anlage bei einer Abkühlung um etwa 5" C verloren.

Die Notwendigkeit, ständig Wasser abzulassen, schafft zwei weitere wesentliche Probleme. Das erste Problem besieht im Verbleib des abgelassenen Wassers, denn dieses ist durch hohe Konzentration gelö5ter Feststoffe verschmutzt Das zweite Problem besteht in der Wasseraufbereitung, Obwohl auch die Abtriebsverluste eine Auffrischung erfordern, sind die dadurch hervorgerufenen Verluste relativ klein, im allgemeinen nicht über 02% des gesamten Wassers, welches in einem Kühlturm zirkuliert Die Gesamtsumme der Wasserverluste einschließlich der Ablaßverluste ist in einem großen Kühlturm jedoch beträchtlich. Beispielsweise beträgt die Wassermenge ie einem 680-MW-Kraftwerk an einem durchschnittlichen Sommertag etwa 13 Mill, cbm, wobei pro Tag etwa 25 000 cbm Frischwasser zugeführt werden müssen, von welchem ein beträchtlicher Teil

jo gespart werden könnte, falls das Ablassen nicht erforderlich wäre.

Bei der Vorrichtung nach der US-PS 33 63 664 ist ein Lösungs-Kreislauf vorgesehen, in welchen ein kühlturmartiger Verdampfer und andererseits ein Wärmetauscher eingeschaltet sind. Im Bodenbereich des Verdampfers, der hier im Kreuzstrom betrieben wird, werden die Feststoffe mit Hilfe eines Filters abgeschieden, wobei die Flüssigkeit über eir»^r· Leitung zurückgeleitet wird. Dabei wird der gesamte Massenstrom der Feststoffabscheidung unterzogen. Nachdem die noch teilweise feuchten Feststoffe aus dem kühlturmartigen Verdampfer herausgeführt worden sind, muß jedoch eine weitere Trocknung der Feststoffe angeschlossen werden. Außerdem hat diese bekannte Vorrichtung den Nachteil, daß infolge der völligen Herausnahme der Feststoffe jeweils eine beachtliche Konzentrationssteigerung erzielt werden muß, bevor die Feststoffe ausfallen.
Es ist an sich aus der Literatlirstelle Matz, Kristallisation, 2. Aufl., 1969, S. 1 und 2 bekannt, durch Einführen von Impfkristallen als Kristallisationskeime in einer gesättigten Lösung eine Kristallisation einzuleiten. Wie eine entsprechende Anlage ausgebildet und wie das Verfahren hinsichtlich der Einbringung der Keime zu gestalten ist, ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar.

In Anbetracht der erheblichen Kosten und der Unwirksamkeil bekannter Anordnungen und in Anbetracht der großen Wärmemengen, die bei einem Kühlturm anfallen, besteht die Aufgabe der Erfindung darin,

bo eine technisch nicht aufwendige Vorrichtung der eingangs umrisscncn Art zu schaffen, mit welcher die andernfalls ungenutzt abgeführte Abwärme verwendet und wirtschaftlich gelöste Feststoffe aus großen Wasscrmcngcn auch dann entfernt werden können, wenn die Ausnutzung der Abwärme nicht ausschlaggebend ist. wie beispielsweise zur Entfernung verschiedener chemischer Elemente oder Verbindungen aus dem Seewasscr.

;t; Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vor-

ψ richtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, i. daß der Kreislauf nach dem Verdampfer in zwei Teile Ci aufgeteilt ist und die Trenneinrichtung für die Absonde- ~üi rung der Feststoffe in einem Teil angeordnet ist, und daß Ii ein Injektor für die Zufuhr von Kristallisationskeimen in Ri den Kreislauf hinein vorgesehen ist.
J3 Dabei sind die beiden Teile des Lösungs-Kreislaufes

^ nach der Trenneinrichtung wieder zusammengeführt % und der Wärmetauscher ist nachgeschaltet im Kreislauf J5 vorgesehen.

|i Vorzugsweise ist der Wärmetauscher im Verdampfer

Is angeordnet und der Boden des Verdampfers als Sammp ler für die die Feststoffe enthaltende Lösung ausgebildet.

If Der aufrechtstehende Verdampfer weist zweckmäßig

ti oberhalb von Verteileinrichtungen für die Lösung einen jf Luftaustritt mit einem darin vorgesehenen Ventilator auf.

'j Erfindungsgemäß wird also der Kreislauf an einer

Stelle nach dem Verdampfer in zwei Teile aufgeteilt, wobei die Trenneinrichtung für die Absonderung der Feststoffe nur in einem Teil angeordnet ist, so daß nur in diesem Teil eine Abscheidung der Feststoffe erfolgt. ■: während in dem anderen Teil die Feststoffe insbesonde-

'.; re als Feststoffkeime im Kreislauf bleiben, um auf diese ;: Weise bei erneutem Durchlauf durch den Kreislauf eins ■ Abscheidung zu begünstigen. Insbesondere zu Anfahrzwecken, wenn also keine Keime im Kreislaut vorhanden sind, wird der Injektor für die Zufuhr von Kristallisationskeimen in den Kreislauf hinein in Tätigkeit gesetzt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch ein Kraftwerk mit Kühltürmen und einer Vorrichtung zum Entfernen gelöster Feststoffe aus dem Kühlwasser;

Fig.2 ehe schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,

F i g. 3 schematisch eine andere Ausführungsform der Vorrichtung.

Nach F i g. 1 ist ein Kraftwerk 1 mit einer Dampfturbine 2 und einem Kühlturmsystem 3 vorgesehen. Ein mechanisch betriebener Verdampfe'· 5 ist im einzelnen in Fig.2 gezeigt. Dieser Verdampfer 5 ist einer von mehreren im Kühlturmsystem 2, wobei die übrigen jedoch völlig konventionell in ihrem Aufbau und ihrer Arbeitsweise sind. Der Verdampfer 5 ist vertikal ausgerichtet und an seiner oberen öffnung mit einem Ventilator 30 versahen, der Luft durch öffnungen 32 im unteren Teil des Verdampfers ansaugt. Die Luft strömt aufwärts durch die ihr entgegenfallende Flüssigkeit, die durch eine Verteilereinrichtung 6 in Form eines Düsensystems gepreßt wird. Im Verdampfer sind Prallbleche 33 vorgesehen, um den freien Fall des Wassers zu unterbrechen und um sicherzustellen, daß dieses in feine Tröpfchen aufgeteilt wird, so daß der Wirkungsgrad bei der Verdampfung erhöht wird. Über der Verteilereinrichtung 6 sind weitere Bleche 36 angeordnet, die das Mitreißen von Wassertröpfchen verhindern sollen. Am Boden des Verdampfers ist ein Auffangbecken 21 untergebracht, welches das Wasser auffängt und sammelt.

Obwohl der Verdampfer 5 im wesentlichen konventionell im Aufbau ist, sind die Einzelheiten jedoch so ausgelegt, daß ihn auch Schlämme wirksam durchlaufen können, und zwar im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen, bei denen nur ungesättigtes Wasser hindurchläuft. Horizontale Flächen sind zu diesem Zweck beispielsweise durch vertikal ausgerichtete Strukturen ersetzt, um ein Ansammeln von Schlämmen an horizontalen Flächen zu verhindern, was zum Absetzen von Feststoffen an diesen Flächen führt. Zum Vergrößern der wirksamen Fläche können dünne Wasserfilme gebildet werden, anstatt das Kühlmittel in winzige Tropfen zu unterteilen. Ein Absetzen von Feststoffen im Verdampfer ist zu vermeiden.

ίο Das Kühlwasser, welches im Teil 41 der Vorrichtung zirkuliert, weist bereits infolge der Verdampfungsverluste eine erhöhte Konzentration gelöster Feststoffe auf. Das Wasser wird über eine Leitung 15 in ein geschlossenes Leitungssystem 7 eingeleitet, welches den kühlturmartigen Verdampfer 5 und einen Wärmetauscher 11 umfaßt.

Ein Teil des verbleibenden Kühlwassers wird über eine Leitung 9 zum Wärmetauscher 11 geführt, von welchem es zurück in das Kühlsystem über die Leitung 13 gelangt.

Der Teil des Wassers, der durch die Le'iung 15 fließt, wird in zwei Teile aufgespalten, von denen ein Teil in einen Injektor 17 eingeleitet wird, wo er mit Kristallen geimpft und chemisch vorbehandelt wird, während der andere Teil des Wassers über eine Umleitung um den Injektor 17 herumgeführt wird. In dem Injektor 17 werden dem Wasser Kristallkeime zugesetzt und in diesem fein verteilt. Außerdem werden hier Chemikalien zugefügt, um eine gezielte Übersättigung zu erreichen. Damit im Wasser ausreichend viele Kristallisationskeime vorhanden sind, werden diese künstlich zugesetzt und damit die wirksame Oberfläche pro Lösungsmittelvolumen aufrechterhalten und die Kristallisation in der Lösung gefördert. Die Kristallisationsgeschwindigkeit und der Grad der Übersättigung können durch Änderung der wirksamen Kristallfläche pro Volumeneinheit Lösungsmittel gesteuert werden. Da sich die gelösten Feststoffe bevorzugt auf den eigenen Kristallen abätzen und nicht auf fremden Materialien, wie beispielsweise das Material des Verdampfers, kann der Grad der Übersättigung so gewählt werden, daß wohl eine gute Kristallisation, aber kein Absetzen im Verdampfer erfolgt.

Der in dem Wärmetauscher 17 behandelte Teil des Kühlwassers wird anschließend wieder mit dem vorbeigeführten Wasser vereinigt und dann in die Verteilereinrichtung 6 des Verdampfers 5 geleitet. Wenn die Flüssigkeit über die Prallbleche 33 läuft, findet eine Verdampfung und eine Konzentration statt, worauf sich die abgekühlte Flüssigkeit im Becken 21 am Boden des Verdampfers sammelt. Ein Teil dieser Flüssigkeit wird durch eine Umwälzpumpe 24 direkt in eine Trenneicrichtung in Form eines mechanischen Separators 26 geleitet, wo die kristallisierten Feststoffe von der Flüssigkeit getrennt werden. Eine Pumpe 29 pump·, die Flüjsigkeil aus der Trenneinrichtung zurück in die Leitung, die von der Pumpe 24 in die Leitung 32a mündet. Diese Leitung führt in den Wärmetauscher U, der andererseits von dem he^;3en Kühlwasser durchströmt wird, welches auf der Leitung 9 in ihn einströmt. Diese Wärbo me ist erforderlich, um den Kristallisationsvorgang in Gang zu halten. Nachdem die Flüssigkeit den Wärmetauscher 11 verlassen hat, wird sie direkt über die Leitung 35 zum Ausgang der Pumpe 37 geleitet, welche das Frischwasser und da* vorbehandelte Wasser aus dem j5 Injektor 17 zur Vcrlei!ercinrichtung6 pumpt.

In dieser Ausführungsform dient das Impfen der Flüssigkeit nur als Anfangsmaßnahme, um die Kristallisation in diesem geschlossenen Kreislauf in Gang zu setzen.

Danach hält sich die Kristallisation selbsttätig in Gang, wobei Kristallisationskeime gebildet werden, die das Kristallwachstum in Gang setzen. Dieser Vorgang erfolgt zunächst im kühlturmartigen Verdampfer selbst und anschließend im Sammelbecken. Die gelösten Fest- ■> stoffe weisen hier eine Konzentration auf, die höher liegt als es für die Kristallisation erforderlich ist, so daB ein Teil durch den mechanischen Separator 26, wie oben beschrieben ist, entfernt werden kann.

Die aus dem Wärmetauscher Il stammende Wärme in wird zum größten Teil zur Verdampfung im Verdampfer 5 benötigt. Die Wärmebelastung des Verdampfers 5 wird also durch den Wärmetauscher 11 herabgesetzt.

Die Ausführungsform gemäß Fig.3 unterscheidet sich nicht wesentlich von der Ausführungsform nach F i g. 1. Jedoch führen dort die erforderlichen Änderungen zu einem Verdampfer 5a, bei dem die Heizschlangen des Wärmetauschers S '.3 als Prallbleche ausgebildet sind. Diese Prallbleche sind so geformt, daß ein dünner Flüssigkeitsfilm über eine möglichst große Fläche geführt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

25

30

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Entfernen von gelösten Feststoffen aus einer wäßrigen Lösung, mit einem einen andererseits mit der Atmosphäre verbundenen kühlturmartigen Verdampfer und einen der Aufheizung dienenden Wärmetauscher aufweisenden Lösungs-Kreislauf, der eine Zuleitung für die zu behandelnde Lösung und eine Ableitung für die gelösten Feststoffe aufweist, und mit einer Trenneinrichtung für die Absonderung der Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf nach dem Verdampfer (5) in zwei Teile aufgeteilt ist und die Trenneinrichtung (26) für die Absonderung der Feststoffe in einem Teil angeordnet ist, und daß ein Injektor (17) für die Zufuhr von Kristallisationskeimen in den Kreislauf hinein vorgesehen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ds3 die beiden Teüe des Lösungs-Kreislaufes nach der Trenneinrichtung (26) wieder zusammengeführt sind und der Wärmetauscher (11) nachgeschaltet im Kreislauf vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (Ua) im Verdampf er (5) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Verdampfers (5) als Sammler (21) für die die Feststoffe enthaltende Lösung ausgeredet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aufrechtstehende Verdampfer (5) oberhalb von Ver'eileinrichtungen (6) für die Lösung einen Luftaustritt mit einem darin vorgesehenen Ventilator (30) aufweist.