DE3236499A1

DE3236499A1 - Dampfkraftanlage zur erzeugung von trinkwasser aus meerwasser

Info

Publication number: DE3236499A1
Application number: DE19823236499
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. 8551 Röttenbach Künstle; Alex Ing.(grad.) 8523 Baiersdorf Lezuo
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1984-04-05
Also published as: ES8405885A1; DE3236499C2; ES526123A0

Description

Dampfkraftanlage zur Erzeugung von Trinkwasser aus Meer-
wasser Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Dampfkraftanlagen und ist bei der Aufbereitung von Meerwasser zu Trinkwasser zur Optimierung der Energiebilanz einzusetzen.
Bei der Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser werden im wesentlichen die beiden Energieträger Dampf und Elektrizität eingesetzt. Beide können einem benachbarten Kraftwerk entnommen werden (DE-OS 26 53 649) oder einem. elektrischen Versorgungsnetz und einem zur Meerwasseraufbereitungsanlage gehörenden Dampferzeuger. Die Art der Energie~ erzeugung und der Energiezufuhr hängt dabei sowohl von den örtlichen Gegebenheiten als auch von den im Rahmen der Meerwasseraufbereitungsanlage eingesetzten Aggregaten ab.
Die Erfindung geht von einer Dampfkraftanlage aus, bei der ein mehrstufiger, nach dem Fallfilmprinzip arbeitender Verdampfer in jeder Stufe einen Meerwasser- bzw. Sole-Eingang und einen Heizdampf-Einlaß sowie je einen Auslaß für das Destillat, für die Brüden und für die Sole aufweist und bei der dem Brüdenauslaß der letzten Verdampfer stufe ein Kompressor nachgeschaltet ist, von dem die verdichteten Brüden einem Mischer zugeführt werden; dieser Mischer ist gleichzeitig mit dem Ausgang eines Dampferzeugers verbunden, wobei der Einlaß des dem Dampferzeuger zugeordnete 1 Speisewasserbehälters mit der Destillatleitung in Verlindung steht.
Um eine solche Anlage unter Aufrechterhaltung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage an unterschiedliche Bedingungen des elektrischen Versorgungsnetzes anpassen zu können, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zwischen den Dampferzeuger und den Mischer eine den Kompressor antreibende, festdruckgeregelte Turbine geschaltet ist, die über einen elektrischen Generator oder Motor mit einem elektrischen Versorgungssystem gekoppelt ist, und daß in der Meerwasserspeiseleitung Wärmetauscher mit einem parallelgeschal teten regelbaren Bypass angeordnet sind, die gleichzeitig in der Ablaufleitung der Sole und/oder des Destillats liegen.
Bei einer solchen Ausgestaltung der Anlage ist das Verhältnis von produzierter Trinkwassermenge zu Verbrauch oder Abgabe von elektrischer Energie veränder#bar, ohne den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu verschlechtern. Beispielsweise kann bei konstanter Trinkwasserproduktion zusätzlich Elektroenergie erzeugt und in einem Lastbereich von 100 bis 0 do kontinuierlich variiert werden. Oder es kann Elektroenergie aus dem elektrischen Versorgungsnetz entnommen und mit gutem Wirkungsgrad zum Antrieb des Kompressors eingesetzt werden. Auf diese Weise wird auch das thermodynamische Potential der Kraft/Wärmekopplung voll ausgenutzt.
Die Anpassung der Gesamtanlage an veränderbare Randbedingungen der Energieversorgung ist weiterhin dadurch bestimmt, daß die Destillatleitung über ein Regelventil mit dem Mischer verbunden ist. Dadurch lassen sich die jeweils notwendige Heizdampfmenge für die Verdampfer und der gewünschte Sattdampfzustand genau einstellen.
Vor allem im Hinblick auf das An- und Abfahren der Anlage und im Hinblick auf Störfälle aber auch unter Berücksichtigung bestimmter Lastfälle empfiehlt es sich, zwischen.
der Turbine und dem Mischer ein Drei-Wege-Ventil zu schalten, dessen dritter Anschluß mit einem dem Speisewasserbehälter vorgeschalteten, im Zuge der Meerwasserspeiseleitung angeordneten Kondensator in Verbindung steht.
Ein Ausführungsbeispiel der neuen Dampfkraftanlage ist in der Figur hinsichtlich der funktionellen Zuordnung der verschiedenen Aggregate schematisch dargestellt.
Zentrale Baugruppe der Anlage sind die beiden Verdampfer 7 und 8, bei denen es. sich um bekannte Verdampfer handelt, die nach dem Fallfilmprinzip arbeiten. Anstelle von zwei Verdampfern können auch drei oder mehr Verdampfer hintereinander geschaltet sein. Dem -ersten Verdampfer 7 wird mechanisch gereinigtes und chemisch aufbereitetes Meerwasser in Form von Rohwasser RW von oben zugeführt. Der verdampfte Anteil des Meerwassers wird als Brüden Br vom Verdampfer 7 abgezogen und dem nächsten Verdampfer 8 als Heizdampf zugeführt. Der eingedickte Anteil des Rohwassers wird als Sole 51 unten am Verdampfer 7 abgelassen und dem Verdampfer 8 von oben als Rohwasser zugeführt. Unten wird die Sole 52 abgezogen und verläßt die Anlage über den Wärmetauscher 4.
Die aus dem letzten Verdampfer 8 abgezogenen Brüden Br gelangen zum Brüdenkompressor 11 und von dort zu dem Mischer 12. Diesem wird weiterhin über das Drei-Wege-Ventil 19 Heizdampf zugeführt, der im Dampferzeuger 14 erzeugt wird.
Zwischen den Dampferzeuger 14 und das Ventil 19 ist die Dampfturbine 13 geschaltet, die den Kompressor 11 antreibt.
Der Verdampfer 7 wird somit mit Heizdampf D gespeist, der sich im wesentlichen aus den komprimierten Brüden Br und dem Abdampf der Turbine 13 zusammensetzt.
Der dritte Anschluß des Drei-Wege-Ventils 19 ist mit dem Kondensator 21 verbunden, der außerdem im Zuge der Meerwasserzuleitung liegt.
Dem Dampferzeuger 14 ist der Speisewasserbehälter 15 vorgeschaltet, der über die Pumpe 22 mit Destillat DE versorgt wird, welches den Verdampfern 7 und 8 entnommen und zum größten Teil über den Wärmetauscher 3 der weiteren Aufbereitung zu Trinkwasser zugeführt wird. Ein kleinerer Teil des Destillates gelangt auch über das Ventil 20 in den Mischer 12.
Beim Betrieb der Anlage wird Meerwasser Mw zunächst in einem Einlauf Bauwerk 1 mechanisch gereinigt und durch Zugabe von Additiven chemisch zu Rohwasser RW aufbereitet. Von dort wird das Rohwasser zunächst mit Hilfe der Pumpe 2 den parallelgeschalteten Wärmetauschern, nämlich dem Solekühler 4 und dem Destillatkühler 3, zugeführt.
Mit dieser Maßnahme wird der Wärmeinhalt des abgezogenen Destillats und der zu verwerfenden Sole ausgenutzt, um das Rohwasser vorzuwärmen.
Den Wärmetauschern 3 und 4 ist die Bypassleitung 5 mit dem nachfolgenden Drei-Wege-Ventil 6 parallelgeschaltet.
Mit dem temperaturgeregelten Ventil 6 wird die Durchflußmenge durch die Wärmetauscher 3 und 4 geregelt und damit die Eintrittstemperatur des Rohwassers in die Verdampfergruppe dem jeweiligen Betriebszustand der Anlage angepaßt.
Hinter dem Ventil 6 durchläuft das Rohwasser den Kondensator 5.
Die restliche Vorwärmung des Rohwassers bis knapp unterhalb Siedetemperatur erfolgt in Wärmetauschern 10 und 9, die an die beiden Verdampfer 7 und 8 angehängt sind.
Die bei der Verdampfung des Rohwassers RW in der zweiten Verdampferstufe 8 entstehenden Brüden Br, also der verdampfte Anteil der aus dem Verdampfer 7 abgezogenen Sole 51 werden anschließend dem Kompressor 11 zugeführt, bei dem es sich je nach Ansaugvo lumen um einen Turboverdichter radialer oder axialer Bauart handelt. Mit dem Kompressor 11 werden die Brüden auf Heizdampfdruck komprimiert. Der Antrieb des Verdichters erfolgt mit der festdruckgere3elten Gegendruckturbine 13, deren Abdampfdruck dem Druck des Heizdampfes D entspricht und damit auch konstant gehalten werden kann. Die Feuchte des Abdampfes der*Turbine kann so groß gewählt werden, wie es die Turbine zuläßt, da der Abdampf mit dem überhitzten Dampf aus dem Verdichter 11 vermischt wird.
Durch die im Mischer 12 erforderliche Abdampfmenge der Turbine 13 fällt in der Turbine mehr Leistung an, als an sich für den Antrieb des Verdichters 11 notwendig ist.
Aus diesem Grunde ist die Turbine 13 über ein Getriebe 17 mit einem Generator 18 zur Stromerzeugung gekoppelt.
Die Leistung dieses an ein Stromversorgungsnetz angeschlos senen Generators kann durch Veränderung der Rohwasser~ vorwärmtemperatur mit Hilfe der Wärmetauscher 3 und 4 innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden. Auch kann bei überkapazitäten im Netz, beispielsweise während der Nacht, der Generator 15 als Motor und damit zur Deckung der Differenzleistung zwischen Verdichter 11 und Turbine 13 verwendet werden, ohne die Destillatproduktion zu verringern oder den Anlagenwirkungsgrad zu verschlechtern.
Bei Teillast des Dampferzeugers 14 wird der Ab dampfdruck der Turbine mit dem Regelventil 16 auf Heizdampfdruck gehalten. - Der dem Dampferzeuger 14 vorgeschaltete Spei sewasserbehälter 15 dient gleichzeitig zur Entgasung der dem Destillat DE entnommenen Teilmenge. -Im Normalbetrieb wird der gesamte Abdampfstrom der Turbine 13 mit Hilfe des Drei-Wege-Ventils 19 in den Mischer 12 geleitet, und zwar unabhängig von der Schaltung des Generators 18 als Generator oder Motor. Da die &eneratorleistung der Turbine indirekt durch die Vorwärmtemperatur des Rohwassers geregelt wird, stellen sich für jede Last bestimmte Brüdenmengen in überhitztem Zustand ein, die mit einer bestimmten Menge feuchtem Turbinendampf gemischt eine bestimmte Einspritzwassermenge erfordert, die über das Regelventil 20 dem immer noch überhitztem Dampf zugegeben wird. Die Summe der drei Massenströme ergibt die notwendige Heizdampfmenge genau bei Sattdampfzustand.
Der dem dritten Anschluß des Dr#ei-Wege-Ventils 19 nachgeschaltete Kondensator 21 dient hauptsächlich der Kondensation des Abdampfes der Turbine während des An- und Abfahrens und bei Störfällen. In diesen Fällen wird der gesamte Abdampf über das Drei-Wege-Ventil 19 zum Kondensator 21 geleitet. Bei bestimmten Lastfällen kann der Betrieb des Kondensators 21 auch zu einer zusätzlichen Erhöhung der Verdampfereintrittstemperatur des Rohwassers verwendet werden. - Für den Fall eines Turbinenschnellschlusses muß der Kondensator 21 auf 100 °Ó Frischdampfmenge ausgelegt sein. Auch in diesem Fall genügt aber die in die derdampfer 7 und 8 einzuspeisende Rohwassermenge? um die im Abdampf enthaltende Verdampfungswärme abzuführen. Reines Kühlwasser ist nur wenig erforderlich im Vergleich zu herkömmlichen Entsalzungsanlagen.
3 Ansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansprüche U Dampfkraftanlage zur Erzeugung von Trir kwasser aus Meerwasser, bei der ein mehrstufiger, nach dem Fallfilmprinzip arbeiwender Verdampfer in jeder Stufe einen Meerwasser- bzw.

Sole-Eingang und einen Heizdampfeinlaß sowie je einen Auslaß für das Destillat, für die Brüden und für die Sole aufweist, und-bei der dem Brüdenauslaß der letzten Verdampferstufe ein Kompressor nachgeschaltet ist, von dem die verdichteten Brüden einem Mischer zugeführt werden, der gleichzeitig mit dem Ausgang eines Dampferzeugers verbunden ist, wobei der Einlaß des Speisewasserbehälters des Dampferzeugers mit der Destillatleitung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dampferzeuger (14) und den Mischer (12) eine den Kompressor (11) antreibende, festdruckgeregelte Turbine (13) geschaltet ist, die über einen elektrischen Generator oder Motor (18) mit einem elektrischen Versorgungssystem gekoppelt ist, und daß in der Meerwasserspeiseleitung Wärmetauscher (3, 4) mit einem parallelgeschalteten, regelbaren Bypass (5) angeordnet sind, die gleichzeitig in der Ablaufleitung der Sole (S2) und/oder des Destillats (DE) liegen.
2. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e-t , daß die Destillatleitung über ein Regelventil (20) mit dem Mischer (12) verbunden ist.
3. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Turbine (13) und dem Mischer (12) ein Drei-Wege-Ventil (19) angeordnet ist, dessen dritter Anschluß mit einem dem Speisewasser behälter (15) vorgeschalteten, im Zuge der Meerwasserspeiseleitung angeordneten Kondensator (21) in Verbindung steht.