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Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung
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durch Brüdenkompression Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Neerwasserentsalzung durch Brüdenkompression mit einem Verdampfer und einem Brüdenverdichter.
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Zur Neerwasserantsalzung findet überwiegend das Mehrstufenentspannungsverfanren
(MSF) Anwendung. Das MSF-Verfahren wird auch in absehbarer Zukunft für Großanlagen,
insbesondere in den ölexportierenden Ländern zum Einsatz kommen.
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Eine Senkung des hohen Energieverbrauches der MSF-Anlagen ist prinzipiell
durch Vergrößerung der StuSenzahl oder durch Erhöhung der Soleendtemperatur möglich.
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Die Stufenzahl läßt sich wegen der immer geringen werdenden Energieeinsparung
und der proportional zur Stufenzahl steigenden Anlagenkosten nicht beliebig steigern.
Der Temp eraturerhöhung stehen Ablagenings und Korrosionsprobleme entgegen.
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Da nicht nur die Ölstaaten, sondern in zunehmendem Maße auch enemgiearme
Länder auf die Entsalzung angewiesen sein werden, und da eine rationelle Verwendung
der Energiereserven zunehmende Bedeutung erlangen wird, ist die Entwicklung von
Entsal£ungsverfahren von Interesse, die bei gleichen Anlagenkosten einen geringeren
Energiebedarf haben, als die derzeitigen MSF-Anlagen.
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Eine Alternative zu dem MSS-Verfahren ist das Verfahren der Brüdenkompression,
das gegenüber dem MSS-Verfahren eine Reihe von thermodynamisch bedingten Vorteile
aufweist. Trotz dieser Vorteile hat die Brüdenkompression zur Entsalzung von Meerwasser
bisher nur in geringem Maße und in kleinen Anlagen Anwendung gefunden. Der Grund
hierfür besteht darin, daß bisher die Energiekosten in den Anwenderländern gegenüber
den Anlagen investitionen vernachlässigt werden konnten, daß ferner viele Probleme
der Entsalzung von Meerwasser bei den
MSS-Anlagen leichter lösbar
erschienen und daß die Vorteile der Brüdenverdichtung bei elektrischem Antrieb der
Verdichter nur ungenügend zur Geltung kommen, die Verdichter selber aber insbesondere
bei großen Anlagen aufwendig und teuer sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung
durch Brüdenkompression so zu gestalten, daß eine merkliche Verbesserung der Produktionskapazität
ohne oder nur mit geringem gleichzeitigen Anstieg der Investitionskosten gegenüber
be kannten Vorrichtungen erzielt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung ist dadurch gelöst, daß der Verdampfer der
Vorrichtung als Ballfilmverdampfer mit einem horizontal angeordneten Verdampferrohrbündel
ausgebildet ist.
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Diese Art von Verdampfer hat gegenüber dem bei bekannten Vorrichtungen
zur Meerwasserentsalzung verwendeten Vertikalrohrverdampfern mit gelüfteten Rohren
eine Reihe von Vorteilen. Es kann zum Beispiel mit sehr kleinen Temperaturdifferenzen
zwischen Heiz- und Siederaum gearbeitet werden. Der Flüssigkeitsstrom, bezogen
auf
die Breite der Heizfläche, die Bedeckung, ist proportional der Reynoldschen Zahl,
mit deren Zunahme sich die Wärmeübertragung verbessert. Dieser Zusammenhang führt
dazu, daß Vertikalrohrverdampfer sehr lange Rohre benötigen, deren Durchmesser bei
richtiger Abstimmung zu insgesamt großvolumigen Einheiten führt.
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Vertikalrohrverdampf er sind bei der Entsalzung von Meerwasser problematisch,
weil sie zur Sulfatabsclieidung an Stellen ungenügender Benetzung neigen. Bei Horizontalrohrverdampfern
sind die -Verhältnisse wegen der kleineren kritischen Reynoldszahlen günstiger.
Es lassen sich kompakte Verdampfer bauen. Die notwendige Wärmetauscherfläche ist
bei HorizontalrohrfilmverdampSern geringer, weil der in den Rohren strömende Dampf
zum Zerreißen des Kondensatfilms und einer Ereilegung der Rohroberfläche führt,
Totwasserzonen werden vermieden.
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Die horizontale Anordnung der Verdampferrohre ist insbesondere bei
transportablen oder komplett verschiffbaren Anlagen von Vorteil.
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Ferner bietet sich bei der horizontalen Anordnung der Verdampferrohre
die Möglichkeit, den Brüdenverdichter in den Verdampfer zu integrieren, wodurch
Strömung
und liårmeverluste in langen Zuleitungsrohren vermieden
werden können.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Verdampferrohre
peripher um einen zentralen Dampfsammelraum angeordnet. Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel
im unteren Bereich des Sammelraumes des Verdampfers Tröpfchenabscheider eingebaut.
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Da eine gleichmäßige Verteilung des Rohwassers auf die Rohre wichtig
ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Bedeckung und eines schnellabfließenden Filmes,
ist vorzugsweise oberhalb des Rohrbündels des Verdampfers eine Wasserverteileinrichtung
mit einer Vielzahl von Sprünköpfen zur Verteilung des zu verdampfenden Wassers auf
das Rohrbündel vorgesehen.
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Eine weitere Erhöhung der Entsalzungskapazität kann dadurch erzielt
werden, daß der Verdampfer mehrstufig ausgebildet wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Rohre
des Verdampfers gerippt, wodurch eine
weitere Reduzierung der Rohrfläche
erreicht wird.
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Horizontalrohrfallfilmverdampfer zeichnen sich insgesamt durch sehr
kleine Flüssigkeitsinhalte aus. Die Flächen des Siede- und Erhitzeraumes sind nur
mit Flüssigkeit benetzt. Es ergeben sich sehr kurze Durchlaufszeiten, wodurch kurze
Anfahrzeiten ohne Gefahr eines Schäumens sowie ein problemloses Umschalten von Betrieb
auf Reinigung möglich ist.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann energiesparend betrieben werden,
wenn die Abwärme aus der Antriebsmaschine des Verdichters dem Meerwasser vor Eintritt
in den Verdampfer zugeführt wird, um es auf die Temperatur des Verdampfungsprozesses
oder einehöhere Temperatur zu erhitzen.
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In dem Verdampfer kann eine Kondensatksmmer vorgesehen sein, die von
dem Dampfssmmelraum durch eine Wand getrennt ist, in der vorzugsweise ein federbelastetes
oder gesteuertes Ventil angeordnet ist, so daß ein Anfahren des Verdichters bei
teilweise mit ~luft gefülltem Verdampfer erfolgen kann, um ein schnelles Erreichen
der,Betrietstemperabur ohne Zufuhr fremder Wärme zu erreichen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichn#ingen -dargestellt
und wird im folgenden unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen naher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 einen ~längsschnitt durch einen Horizontalrohrfallfilmverdampfer
mit eingebautem Brüdenverdichter nach der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt des
in Fig. 1 dargestellten Horizontalrohrfallfilmverdampfers auf zwei verschiedenen
Schnittebenen, von denen die linke entlang der Linie A-B und die rechte entlang
der Linie C-D in Fig. 1 gelegt worden ist und Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Meerwasserentsalzungsvorrichtung
mit vi erstufigem Horizont alrolirfallfilmverdampf er.
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Eine Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung nach der Erfindung weist
einen Horizontalrohrfallfilmverdampfer auf, der aus einem Bündel horizontal liegender
Rohre 1 besteht, die in einem horizontal liegenden zylindrischen
Tank
2 angeordnet sind. Der Tank 2 ist auf seinen beiden Stirnseiten durchjeweils eine
nach außen gewölbte Wand 3, 4 versclilossen. Die Wand 3 auf der rechten Seite des
Verdampfers bildet den Abschluß für eine Kondensatkammer 5 und die Wand 4 auf der
linken Seite bildet den Abschluß für eine Druckkammer 6 Ein Radialverdichter 7 ist
in einer zentralen Öffnung in der Wand 4 befestigt.
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Die Druckkammer 6, die ringförmig ausgebildet ist und sich kegelförmig
zu den angeschlossenen Rohren 1 des Verdampfers hin erweitert, ist durch einen radialen
Kanal 8 mit dem Auslaß des Verdichters 7 verbunden. In der Mitte des Verdampfers
befindet sich eine Dampfsammelkammer 9, in der der zwischen den Rohren 1 austretende
Dampf gesammelt wird. An einem der Enden der Dampfsammelkammer 9 befindet sich der
Einlaß des Verdichters 7,der im Betrieb den in der Kammer 9 gesammelten Dampf ansaugt.
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Die Rohre 1 sind peripher um die Dampfsammelkammer 9 angeordnet. Im
unteren Bereich der Dampfsammelkammer 9 sind ein Tropfenfeinstabscheider 10 und
darunter ein weiterer Tropfenabscheider 11 eingebaut. Unterhalb der Tropfenabscheider
10, 11 ist ein Raum 12 vorgesehen, in dem sich Sole 13 sammeln kann. Ein Auslaß
14 für die Sole 13 befindet sich im Boden des Tanks 2.
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Die Rohre 1 sind an ihrem der Druckkammer 6 abgekehrten Ende durch
eine Trennwand 15 hindurch mit der Kondensatkammer 5 verbunden. Für das Kondensat
16 befindet sich ein Auslaß 17a in der Wand 3. Oberhalb des Auslasses 17a ist ein
Auslaß 17b für aus dem Rohwasser freiwerdende inerte Gase in der Wand 3 vorgesehen.
In der Wand 15 ist eine federbelastete Ventilklappe 15' angeordnet.
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Im oberen Bereich des Tanks 2, über den Rohren 1, befindet sich eine
Wasserverteileinrichtung 18, die in wesentlichen aus Verteilerleitungen besteht,
an deren Enden sich Vollkegelsprünköpfe 19 befinden. Die Verteilerleitungen sind
gemeinsam an einen Rohwassereinlaßstutzen 20 angeschlossen.
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Bei Betrieb der Vorrichtung wird auf Prozeßtemperatur oder darüber
geheiztes Rohwasser auf die Rohre 1 gesprüht, wo es verdampft. Der entstehende Dampf
wird von dem Verdichter 7 angesaugt, verdichtet und in die Druckkammer 6 gedrückt.
Von der Druckkammer 6 strömt der Dampf in die Rohre 1 ein, wo er kondensiert. Das
Kondensat tritt am anderen Ende der Rohre 1 aus und wird in der Kammer 5 gesammelt.
Die Sole 13 sammelt sich am Boden des Tanks 2 und wird durch den Auslaß 14 abgeführt.
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Das aus dem Rohwasser entweichende nicht kondensierbare Inertgas wird
durch den Auslaß 17b über eine nicht dargestellte Kondensator- und eine Vakuumpumpe
kontinuierlich abgesaugt. Im nachgeschalteten Kondensator, der nicht dargestellt
ist, wird weiteres Kondensat gewonnen sowie freiwerdende Wärme dem Prozeß zugeführt.
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In Fig. 3 ist das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung
mit vierstufi gem Verdampfer 21 und vom Verdampfer separaten Verdichter 22 gezeigt.
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Jede Verdampferstufe 23 ist als Horizontalrohrfallfilmverdampfer ausgebildet,
der, abgesehen von der Ausbildung seines Druckraumes 24 und seiner Kondensatkammer
25, dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Horizontalrohrfallfilmverdampfer älinlich
ist. Der Druckraum 24 der in der Zeichnung obersten Verdampferstufe 23 ist mittels
eines Dampfrohres 26 mit dem Auslaß des Verdichters 22 verbunden, und die Druckräume
24 der in der Zeichnung weiter unten angeordneten Verdampferstufen 23 sind mit dem
nicht naher dargestellten Dampfsammelraum der jeweils darüberliegenden Verdampferstufe
23 mittels eines Dampfrohres 27 verbunden.
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Ein Dampfrohr 28 führt vom Dampfsammelraum der untersten
Verdampferstufe
23 zum Einlaß des Verdichters 22. Die Kondensatkammer 25 jeder Verdampferstufe 23
ist mit der Xondensatkammer der jeweils benachbarten Verdampferstufe durch Leitungen
29 verbunden. Von der Kondensatkammer 25 der untersten Verdampferstufe 23 führt
eine Leitung 36 zu einem Hauptvorwärmer 30, in dem das Kondensat Wärme an das mittels
einer Pumpe 31 zugeführte Speisewasser abgibt. Ferner ist der Solesammelraum jeder
oberhalb der untersten Verdampferstufe 23 liegenden Stufe mit der Sprüheinrichtung
32 der jeweils darunter liegenden Stufe 23 durch eine Leitung 33 verbunden. Vom
Solesammelraum der untersten Stufe 23 führt eine Bettung 34 zu einer Soleentspannungskammer
35, durch die eine von dem Hauptvorwärmer 30 kommende Leitung 37 zur Führung von
Speisewasser hindurchführt und die mittels einer Beitung 38 zur Führung von Sole
mit dem Hauptvorwärmer 30 verbunden ist. Die Leitung 37 zur Führung von Speisewasser
führt von der Soleentspannungskammer 35 zu einem Vorwärmer 39, der von Kühlwasser
aus einem Verbrennungsmotor 40 durchströmt wird. Das Kühlwasser wird mittels einer
Pumpe 41 im Umlauf gehalten. Von dem Vorwärmer 39 führt eine weitere Leitung 42
für das Speisewasser zur Kondensatkammer 25 der untersten Verdampferstufe 23. Die
Leitung 42 ist durch jede Kondensatkammer 25 der jeweiligen Verdampferstufe 23 hindurchgeführt
und mündet in einen Enderhitzer 43, der an einen Abhitzekessel 44
angeschlossen
ist. Durch den Abhitzekessel 44 werden die Notorabgase geleitet. Von dem Enderhitzer
43 führt eine Speisewasserleitung 45 zu der Sprüheinrichtung 32 der obersten Verdampferstufe
23.
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Im Betrieb der Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung wird das Speisewasser
auf seinem Weg durch den Hauptvorwärmer 30, die Soleentspannungskammer 35, den Vorwärmer
39, die Kondensatkammern 25 und den Enderhitzer 43 aufgeheizt, bevor es der obersten
Verdam#ferstufe 23 zugeführt wird Der Brüdenverdichter 22 fördert den Brüdendampf
der untersten Verdampferstufe 23 zur obersten Verdampf erstufe 2-3. Die Verdampfungswärme
bringt einen entsprechenden Teil des aufgege#benen Speisewassers zum Verdampfen.
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Der so gebildete Brüdendampf wird ebenso wie die Sole, deren Konzentration
sich erhöht hat, der unterhalb der obersten Verdampferstufe angeordneten Stufe zugeführt.
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Dort verdampft wiederum ein Teil der Sole, deren Konzentraktion weiter
zunimmt. Dieser Vorgang setzt sich fort bis zur untersten Stufe. Von dort fließt
die konzentrierte Sole dem Hauptvorwärmer 30 zu, in dem die Sole und das Süßwasserkondensat
im Gegenstrom zum zufließenden Spe#isewasser geführt werden,
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