DE3027225A1

DE3027225A1 - Low energy requirement desalination plant - uses mechanical compressor driven by steam turbine to process vapour from evaporator

Info

Publication number: DE3027225A1
Application number: DE19803027225
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 6352 Obermörlen Edler; Hans Dipl.-Ing. 4250 Bottrop Leiner
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1982-02-18

Abstract

In the single- or multi-stage evapn. of aq. liqs., esp. for producing fresh water from sea water, the liq. is preheated by a heat exchanger and fed to an evaporator where it is partly vapourised. The vapour is sepd. from the liq. and compressed by a mechanical compressor either directly or after passage through a series of evapn. stages, with the non-vapourised liq. residue removed after the last stage. The compressor is driven by a steam turbine. The vapour pressures after the compressor and after the turbine are brought to the same level, and these two vapour streams are combined for introduction into the first evapn. stage for heating. The method involves no electrical mains supply for the compressor, only the compact turbine. Over 30% of the energy consumed by conventional methods is saved, and the distillate is of high purity.

Description

Verfahren zur ein- oder mehrstufigen Procedure for single or multi-stage

Verdampfung wäßriger Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ein- oder mehrstufigen Verdampfung wäßriger Flüssigkeiten durch Vorwärmung der Flüssigkeiten mittels Wärmeaustauscher, Einführung der erwärmten Flüssigkeit in den Verdampfer, Verdampfung eines Teils der Flüssigkeit, Trennung des Dampfes von der Flüssigkeit, Verdichtung des Dampfes mittels eines Brüdenverdichters bei einstufiger Verdampfung oder Zuführung des Dampfes in den Brüdenverdichter nach Durchlauf mehrerer Verdampferstufen und Ableitung des nicht verdampften Anteils der Flüssigkeit aus der letzten Stufe. Evaporation of Aqueous Liquids The invention relates to a method for single or multi-stage evaporation of aqueous liquids by preheating the Liquids by means of a heat exchanger, introduction of the heated liquid in the evaporator, evaporation of part of the liquid, separation of the vapor from of the liquid, compression of the vapor by means of a vapor compressor with single-stage Evaporation or supply of the steam to the vapor compressor after several Evaporation stages and discharge of the non-evaporated portion of the liquid the last stage.

Zur Verdampfung von Flüssigkeiten, z.B. zur Verdampfung von Meerwasser zwecks Gewinnung von Salz und Trinkwasser, ist es bekannt, das zu behandelnde Meerwasser zu verdichten, zu erhitzen und in mehreren, in Reihe geschalteten Verdampfern einer Konzentrierung zu unterziehen.For the evaporation of liquids, e.g. for the evaporation of sea water For the purpose of obtaining salt and drinking water, it is known to be the sea water to be treated to compress, to heat and in several evaporators connected in series one Undergo concentration.

Gemäß diesem Verfahren wird die Vorkonzentration in Verdampfern durchgeführt, bei denen die Verdampfung unmittelbar auf den Heizflächen erfolgt, während die Endkonzentration und die Kristallisation zumindest eines Teilstromes des zu behandelnden Meerwassers in Verdampfern durchgeführt wird, bei denen die Verdampfung außerhalb der Heizflächen erfolgt. Hierzu wird das zu verdampfende Meerwasser zunächst in der separaten Heizstufe des jeweiligen Verdampfers unter einem Druck, der höher ist als der Druck des Verdampfungsraumes, erhitzt und anschließend in dem Verdampfungsraum des Verdampfers entspannt, in dem nunmehr eine Teilverdampfung stattfindet. Durch diese Verfahrensweise soll eine Krustenbildung in den Verdampfern vermieden werden, doch liegt der Nachteil dieses Verfahrens darin, daß der Investitionsaufwand zur Herstellung geeigneter Verdampfer im Bereich der Endkonzentration und Kristallisation relativ hoch ist.According to this procedure, the pre-concentration is carried out in evaporators, in which the evaporation takes place directly on the heating surfaces, while the final concentration and the crystallization of at least a partial flow of the seawater to be treated is carried out in evaporators in which the evaporation outside the heating surfaces he follows. For this purpose, the sea water to be evaporated is first used in the separate heating stage of the respective Evaporator under a pressure higher than the pressure of the evaporation chamber, heated and then in the evaporation chamber the evaporator expanded, in which now a partial evaporation takes place. By this procedure should avoid crust formation in the evaporators, but the disadvantage of this process is that the investment costs to Production of suitable evaporators in the range of the final concentration and crystallization is relatively high.

Deshalb wurde vorgeschlagen, daß jeder Verdampfer, dessen Heizfläche verkrustet ist, mit Salzwasser, das eine niedrigere Salzkonzentration als die in diesem Verdampfer im Zuge der Konzentrierung anfallende Sole aufweist, regeneriert wird, wodurch einfachere Verdampfer benutzt werden können (DE-OS 23 48 335).Therefore, it has been suggested that each evaporator, its heating surface is encrusted, with salt water, which has a lower salt concentration than that in This evaporator has brine accumulating in the course of the concentration, regenerated is, whereby simpler evaporators can be used (DE-OS 23 48 335).

Ferner wurde eine Anlage zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Entspannungsverdampfung, bestehend aus zwei Stufen-folgen, vorgeschlagen, wobei die eine Stufenfolge aus den beiden ersten Verdampfungsstufen und die zweite Stufenfolge aus den anderen Verdampfungsstufen gebildet wird, deren Anzahl veränderlich ist, mit einer Rohwasserzuführung in die erste Stufe, wobei von den Verdampfungsstufen jede eine Verdampfungskammer sowie einen Kondensationsteil mit Sammelwannen für Kondensat enthält und wobei die Vorrichtungen einzelner Stufen bzw. Stufenfolgen miteinander verbunden sind und wobei in der jeder Stufe einer Stufenfolge nachgeschalteten Stufe gegenüber der vorhergehenden ein niedrigerer Druck sowie eine niedrigere Temperatur herrscht (DE-AS 16 42 440).Furthermore, a plant for the extraction of pure water from seawater was built proposed by multi-stage flash evaporation, consisting of two stages, one of the series of stages consisting of the first two evaporation stages and the second Stage sequence is formed from the other evaporation stages, the number of which is variable is, with a raw water supply in the first stage, whereby of the evaporation stages each has an evaporation chamber and a condensation section with collecting trays for Contains condensate and wherein the devices of individual stages or sequence of stages are connected to one another and in which each stage is followed by a sequence of stages Stage a lower pressure and a lower temperature compared to the previous one prevails (DE-AS 16 42 440).

Der Reinheitsgrad der durch Entspannungsverdampfung erhaltenen Destillate ist jedoch begrenzt. Sie haben noch ein hohes Maß an Verunreinigungen, so daß sie für bestimmte Zwecke, beispielsweise als Zusatzwasser für moderne Heizkessel, keine Verwendung finden können.The degree of purity of the distillates obtained by flash evaporation however, it is limited. They still have high levels of impurities, so they do for certain purposes, for example as make-up water for modern Boiler, can not be used.

Es ist weiter ein Entspannungsverdampfer für die Destillation von Seewasser durch Mehrstufenverdampfung und anschließender Kondensation in einer Anzahl von Verdampfungskammern bekannt, die hintereinander durch Zwischenwände in einem gemeinsamen Mantel in Längsrichtung gebildet und hintereinander geschaltet sind, wobei in jeder der Kammern ein Röhrenkondensator angeordnet ist.It is also a flash evaporator for the distillation of Sea water through multi-stage evaporation and subsequent condensation in a number of evaporation chambers known, the one behind the other through partitions in one common jacket are formed in the longitudinal direction and connected in series, wherein a tube capacitor is arranged in each of the chambers.

Die Kondensatorröhren verlaufen hierbei über die ganze Länge des durch den Mantel gebildeten Verdampfers durch alle Verdampfungskammern und durch die Trennwände (DE-OS 17 92 139).The condenser tubes run along the entire length of the the jacket formed evaporator through all the evaporation chambers and through the partition walls (DE-OS 17 92 139).

Bei Fallfilmverdampfern kommt es darauf an, die einzudampf ende Flüssigkeit gleichmäßig auf eine Vielzahl von Heizrohren zu verteilen. Eine gleichmäßige Verteilung ist um so wichtiger, je größer das Konzentrationsverhältnis ist und je höher die Eindampfung an die Endkonzentration herankommt. Es wurde vorgeschlagen, daß man das Eindampfgut mit einer höheren als der Eindampftemperatur in den Raum über dem oberen Rohrboden einführt, daß man hier das Eindampfgut auf den Druck im verdampfer entspannt, auf dem oberen Rohrboden anstaut und gemäß der Beziehung wobei Q das Eindampfgut in mDlsec, F den Eintrittsquerschnitt in mz, g die Erdbeschleunigung in'm/s2 und h die Stauhöhe in m bedeuten, durch Öffnungen gleichen Querschnitts jedem Rohr separat, bei gleichzeitiger Zugabe des anteiligen Entspannungsdampfes, zuteilt (DE-OS 26 04 389).With falling film evaporators, it is important to distribute the liquid to be evaporated evenly over a large number of heating pipes. A uniform distribution is all the more important, the greater the concentration ratio and the higher the evaporation approaches the final concentration. It has been suggested that the evaporation material be introduced into the space above the upper tube sheet at a higher than the evaporation temperature, that here the evaporated material be released to the pressure in the evaporator, accumulated on the upper tube sheet and according to the relationship where Q is the evaporation material in mDlsec, F is the inlet cross-section in mz, g is the acceleration due to gravity in m / s2 and h is the storage height in m, each pipe is allocated separately through openings of the same cross-section, with simultaneous addition of the proportionate expansion steam (DE-OS 26 04 389).

Der wesentliche Nachteil der bekannten Verfahren und Vorrichtungen liegt darin, daß sie einen hohen Energieaufwand erfordern.The main disadvantage of the known methods and devices is that they require a lot of energy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur ein- oder mehrstufigen Verdampfung wäßriger Flüssigkeiten vorzuschlagen, das leicht zu überwachen ist, keine hohen Investitionskosten erfordert und vor allem energiesparend arbeitet.The invention is based on the object of a simple and economical To propose processes for the single- or multi-stage evaporation of aqueous liquids, that is easy to monitor, does not require high investment costs and above all works energy-saving.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Verdichtung des Dampfes mit einem mechanischen Brüdenkompressor vornimmt, diesen mit einer Dampftur bine antreibt, den Dampfdruck hinter dem Brüdenkompressor einerseits und hinter der Dampfturbine andererseits auf ein gleiches Niveau bringt, beide Dampfstränge vereinigt und zur Beheizung in die erste Verdampferstufe einführt.According to the invention, this object is achieved by the compression of the steam with a mechanical vapor compressor, this with a steam door bine drives the steam pressure behind the vapor compressor on the one hand and behind the steam turbine, on the other hand, brings both steam trains to the same level combined and introduced into the first evaporator stage for heating.

Die mit ir Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß es auf einfache Weise gelingt, den Brüdenkompressor -insbesondere für hohe Verdichtungsleistungen - unabhängig vom Hochspannungsnetz mittels einer einfachen platzsparenden Dampfturbine anzutreiben. Weiterhin die Verdichterleistung und somit die Anlageleistung stufenlos regeln zu können, keine Investition für einen Notkondensator aufwenden zu müssen und den bei einer Brüdenkompression ohnehin schon niedrigen Energieverbrauch durch Kondensation des Turbinenabdampfes in der 1. Verdampferstufe weiterhin zu erhöhen. Die erhaltenen Destillate sind von hoher Reinheit. Das Verfahren ist besonders wirtschaftlich. Es gelingt eine Energieersparnis von über 30 % gegenüber den konventionellen Verfahren.The advantages achieved with ir invention are that it is on It is easy to use the vapor compressor - especially for high compression capacities - Independent of the high-voltage network by means of a simple, space-saving steam turbine to drive. Furthermore, the compressor output and thus the system output continuously to be able to regulate, not having to spend an investment in an emergency capacitor and the already low energy consumption with vapor compression To continue to increase condensation of the turbine exhaust steam in the 1st evaporator stage. The distillates obtained are of high purity. The process is particularly economical. Energy savings of over 30% are achieved compared to conventional methods.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.The invention is shown in the drawing by way of example and schematically and is described in more detail below.

In der Zeichnung bedeuten: D = Verdampfer; D1 bis D4 = Verdampferstufen; E = Wärmeaustauscher; E1 bis E4 Trorwärmstufen; 1 Kondensator; 2 Umwälzpumpe; 3 Pumpe zur Ableitung des nichtverdampften Flüssigkeitsanteils; 4 ~4 Pumpe; 5 Pumpe; 6 Brüdenverdichter; 7 Dampfturbine; 8 Dampfkondensat-Pumpe; 9 Leitung Kühlmedium; 10 Abfluß Kühlmedium; 11 Verdampfungsgut; 12 Leitung Dampfkondensat; 13 Dampf für Dampfturbine; 14 Abdampf-Dampfturbine; 15 Dampf aus letzter Verdampferstufe; 16 zu verdichtender Dampf; 17 verdichteter Dampf; 18 Heizdampf für 1. Verdampferstufe; 19 und 20 auszutragende Flüssigkeiten.In the drawing: D = evaporator; D1 to D4 = evaporator stages; E = heat exchanger; E1 to E4 door warming levels; 1 capacitor; 2 circulation pump; 3 Pump for discharging the non-evaporated portion of the liquid; 4th ~ 4 pump; 5 pump; 6 vapor compressor; 7 steam turbine; 8 steam condensate pump; 9 Cooling medium line; 10 cooling medium drain; 11 evaporation material; 12 steam condensate line; 13 steam for steam turbine; 14 exhaust steam turbine; 15 steam from the last evaporator stage; 16 steam to be compressed; 17 compressed steam; 18 heating steam for 1st evaporator stage; 19 and 20 liquids to be dispensed.

Ausführungsbeispiel 0 430 tih Seewasser mit einer Temperatur von 27,5 C werden über 9 unter gleichzeitiger Erwärmung in den Kondensator 1 eingeführt und zum Teil als Kühlwasser über 10 abgeführt. Aus dem Kondensator 1 werden mit Hilfe der Dampfkondensatpumpe 8 über Leitung 12 9 t/h Dampfkondensat mit einer Temperatur von 45 0C abgezogen. Ein anderer Teil des Kühlwassers 11 wird über die Pumpe 5 in die Vorwärmstufen E4 bis E1 des Verdampfers D eingeführt, der im vorliegenden Beispiel aus 4 Verdampferstufen D1 bis D4 besteht. In diesen Vorwärmstufen wird das zu verdampfende Gut stufenweise auf 60 0C vorgewärmt. Die zu verdampfende Flüssigkeit wird von Stufe D1 bis D4 gefördert und durch die Pumpen 2 umgewälzt. Aus der 4. Verdampferstufe D4 wird über die Pumpe 3 115 t/h nichtverdampfter Flüssigkeitsanteil mit einer Temperatur von 0 46 c abgezogen und bei 19 ausgetragen. Der Dampf aus der letzten Verdampferstufe D4 mit einer Temperatur von 45 0C wird über 15 und 16 in den Brüdenverdichter 6 geleitet Der verdichtete Dampf 17 wird mit dem Abdampf 14 der Dampfturbine 7, in die über 13 Dampf mit einem Druck von 15 bar und 240 0C in einer Menge von 9 t/h eingeleitet wurde, vereinigt. Es resultieren 28 900 kg/h Heiz- dampf 18 mit einer Temperatur von 63 Or und einem Druck von 226 mbar für die erste Verdampferstufe D1 des Verdampfers D. über die Pumpe 4 werden 110 t/h Frischwasser mit einer Temperatur von 50 0C gewonnen. LeerseiteEmbodiment 0 430 tih sea water with a temperature of 27.5 C are introduced into the condenser 1 via 9 with simultaneous heating partly discharged as cooling water over 10. From the capacitor 1 are with the help the steam condensate pump 8 via line 12 9 t / h steam condensate at one temperature subtracted from 45 0C. Another part of the cooling water 11 is via the pump 5 in the preheating stages E4 to E1 of the evaporator D introduced, which in the present example consists of 4 evaporator stages D1 to D4. In these preheating stages, what is to be evaporated Well preheated gradually to 60 ° C. The liquid to be evaporated is from stage D1 to D4 promoted and circulated by pumps 2. From the 4th evaporator stage D4 is via the pump 3 115 t / h of non-evaporated liquid portion with a temperature deducted from 0 46 c and discharged at 19. The steam from the last evaporator stage D4, with a temperature of 45 ° C., enters the vapor compressor 6 via 15 and 16 The compressed steam 17 is passed with the exhaust steam 14 of the steam turbine 7, in the over 13 steam with a pressure of 15 bar and 240 0C in an amount of 9 t / h was initiated, united. This results in 28,900 kg / h of heating steam 18 with a temperature of 63 Or and a pressure of 226 mbar for the first evaporator stage D1 of the evaporator D. via the pump 4, 110 t / h of fresh water with a temperature won from 50 0C. Blank page

Claims

Method for single or multi-stage evaporation of aqueous Liquids by preheating the liquids using a heat exchanger, introduction the heated liquid in the evaporator, evaporation of part of the liquid, Separation of the vapor from the liquid, compression of the vapor by means of a Vapor compressor with single-stage evaporation or supply of steam to the Vapor compressor after passing through several evaporation stages and deriving the non-evaporation th portion of the liquid from the last stage, characterized in that one compresses the steam with a mechanical vapor compressor, this drives with a steam turbine, the steam pressure behind the vapor compressor on the one hand and behind the steam turbine, on the other hand, brings both steam trains to the same level united 'and introduced for heating in the first evaporator stage.