DE3236499C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Dampfkraftanlagen und ist bei der Aufbereitung von Meerwasser zu Trinkwasser zur Optimie­ rung 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 Versorgungs­ netz und einem zur Meerwasseraufbereitungsanlage gehörenden Dampferzeuger. Die Art der Energieerzeugung und der Energie­ zufuhr hängt dabei sowohl von den örtlichen Gegebenheiten als auch von den im Rahmen der Meerwasseraufbereitungsanlage eingesetzten Aggregaten ab.

Durch die DE-OS 25 31 295 ist bereits ein Dampfkraftwerk mit angeschlossener Meerwasserentsalzungsanlage bekannt, bei der dem Fallstromverdampfer Heizenergie aus dem Abdampf der Dampf­ turbine zugeführt wird. Bei diesem Dampfkraftwerk wird der Brüdenkompressor von der Dampfturbine angetrieben. Die Regel­ barkeit dieses Dampfkraftwerks ist durch die seitens der Dampf­ turbine an den Brüdenkompressor abgebbare maximale und minimale Wellenleistung beschränkt.

Die Erfindung geht von einer Dampfkraftanlage zur Erzeugung von Trinkwasser aus aufbereitetem Meerwasser ( Rohwasser) aus, mit einem mehrstufigen, nach dem Fallfilmprinzip arbeitenden Ver­ dampfer mit je einem Meerwasser- bzw. Sole-Eingang, je einem Heizdampf-Einlaß sowie mit je einem Auslaß für das Destillat, für die Brüden und für die Sole je Stufe, mit einem an dem Aus­ laß für das Destillat angeschlossenen Speisewasserbehälter, mit einem an den Speisewasserbehälter angeschlossenen Dampferzeuger mit nachgeschalteter Dampfturbine bei der der Brüdenauslaß der letzten Verdampferstufe an einem von der Dampfturbine angetriebenen Kompressor angeschlossen ist, von dem die ver­ dichteten Brüden einem Mischer zugeführt werden, der eingangs­ seitig außerdem mit dem Wasserkreislauf des Dampferzeugers verbunden ist, wobei die Dampfturbine mittels eines Generators mit einem elektrischen Versorgungssystem gekoppelt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Umsteuerbereich zwischen vorrangiger Stromerzeugung und maximaler Erzeugung von Destillat soweit wie möglich zu erweitern. Dabei soll im genannten Regelbereich mit größtmöglichem Wirkungsgrad gearbei­ tet werden.

Um eine solche Anlage unter Aufrechterhaltung des Gesamtwirkungs­ grades an unterschiedliche Bedingungen des elektrischen Versor­ gungsnetzes anpassen zu können, ist gemäß der Erfindung vorge­ sehen, daß die den Kompressor antreibende Dampfturbine über einen elektrischen Generator oder Motor mit einem elektrischen Versorgungssystem gekoppelt ist, daß zur Veränderung der Rohwasser­ vorwärmtemperatur in der Rohwasserspeiseleitung ein von Sole durchströmter Wärmetauscher und ein von Destillat durchströmter Wärmetauscher angeordnet sind, denen eine Bypassleitung mit einem temperaturgeregelten Ventil parallelgeschaltet ist.

Bei einer solchen Ausgestaltung der Anlage ist das Verhältnis von produzierter Trinkwassermenge zu Verbrauch oder Abgabe von elektrischer Energie veränderbar, ohne den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu verschlechtern. Beispielsweise kann bei konstan­ ter Trinkwasserproduktion zusätzlich Elektroenergie erzeugt und in einem Lastbereich von 100 bis 0% kontinuierlich vari­ iert 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 Randbedin­ gungen der Energieversorgung ist weiterhin dadurch bestimmt, daß die Destillatauslaßleitung über ein Regelventil mit dem Mischer verbunden ist. Dadurch lassen sich die jeweils notwen­ dige 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 Dampf­ turbine und dem Mischer ein Drei-Wege-Ventil anzuordnen, von dem ein Anschluß an einem dem Speisewasserbehälter vorge­ schalteten, in der Meerwasserspeiseleitung angeordneten Kondensator angeschlossen ist.

Eine besonders zweckmäßige Bauweise ergibt sich, wenn der Generator als Motor betreibbar ist. In solch einem Fall wird nicht nur eine zusätzliche elektrische Maschine eingespart, sondern es läßt sich auch einfacher umsteuern.

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 hinter­ einander 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 S₁ unten am Verdampfer 7 abgelassen und dem Ver­ dampfer 8 von oben als Rohwasser zugeführt. Unten wird die Sole S₂ 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 Meer­ wasserzuleitung liegt.

Dem Dampferzeuger 14 ist der Speisewasserbehälter 15 vorge­ schaltet, 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 Auf­ bereitung 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 aufberei­ tet. 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 Durchfluß­ menge durch die Wärmetauscher 3 und 4 geregelt und damit die Eintrittstemperatur des Rohwassers in die Verdampfer­ gruppe dem jeweiligen Betriebszustand der Anlage angepaßt. Hinter dem Ventil 6 durchläuft das Rohwasser den Konden­ sator 5.

Die restliche Vorwärmung des Rohwassers bis knapp unter­ halb 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 verdampf­ te Anteil der aus dem Verdampfer 7 abgezogenen Sole S₁, werden anschließend dem Kompressor 11 zugeführt, bei dem es sich je nach Ansaugvolumen 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 festdruckgeregel­ ten Gegendruckturbine 13, deren Abdampfdruck dem Druck des Heizdampfes D entspricht und damit auch konstant ge­ halten 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 Verdich­ ter 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 ver­ ringern oder den Anlagenwirkungsgrad zu verschlechtern.

Bei Teillast des Dampferzeugers 14 wird der Abdampfdruck 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 Gene­ rators 18 als Generator oder Motor. Da die Generatorlei­ stung 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 überhitzten Dampf zuge­ geben wird. Die Summe der drei Massenströme ergibt die notwendige Heizdampfmenge genau bei Sattdampfzustand.

Der dem dritten Anschluß des Drei-Wege-Ventils 19 nach­ geschaltete Kondensator 21 dient hauptsächlich der Kon­ densation 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 Konden­ sator 21 geleitet. Bei bestimmten Lastfällen kann der Betrieb des Kondensators 21 auch zu einer zusätzlichen Erhöhung der Verdampfereintrittstemperatur des Rohwas­ sers verwendet werden. - Für den Fall eines Turbinenschnell­ schlusses muß der Kondensator 21 auf 100% Frischdampf­ menge ausgelegt sein. Auch in diesem Fall genügt aber die in die Verdampfer 7 und 8 einzuspeisende Rohwasser­ menge, um die im Abdampf enthaltende Verdampfungswärme abzuführen. Reines Kühlwasser ist nur wenig erforderlich im Vergleich zu herkömmlichen Entsalzungsanlagen.

Claims (4)

1. Dampfkraftanlage zur Erzeugung von Trinkwasser aus aufberei­ tetem Meerwasser (Rohwasser), mit einem mehrstufigen, nach dem Fallfilmprinzip arbeitenden Verdampfer mit je einem Meerwasser- bzw. Sole-Eingang, je einem Heizdampfeinlaß sowie mit je einem Auslaß für das Destillat, für die Brüden und für die Sole je Stufe, mit einem an den Auslaß für das Destillat angeschlosse­ nen Speisewasserbehälter, mit einem an den Speisewasserbehälter angeschlossenen Dampferzeuger mit nachgeschalteter Dampfturbine, bei der der Brüdenauslaß der letzten Verdampferstufe an einen von der Dampfturbine angetriebenen Kompressor angeschlossen ist, von dem die verdichteten Brüden einem Mischer zugeführt werden, der eingangsseitig außerdem mit dem Wasserkreislauf des Dampferzeugers verbunden ist, wobei die Dampfturbine mittels eines Generators mit einem elektrischen Versorgungs­ system gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kompressor (11) antreibende Dampfturbine (13) über einen elektrischen Generator oder Motor (18) mit einem elektrischen Versorgungssystem gekoppelt ist,
daß zur Veränderung der Rohwasservorwärmtemperatur in der Rohwasserspeiseleitung ein von Sole (S₂) durchströmter Wärme­ tauscher (4) und ein vom Destillat (DE) durchströmter Wärme­ tauscher (3) angeordnet sind, denen eine Bypassleitung (5) mit einem temperaturgeregelten Ventil (6) parallelgeschaltet ist.

2. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Destillatauslaßleitung über ein Regelventil (20) mit dem Mischer (12) verbunden ist.

3. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Dampfturbine (13) und dem Mischer (12) ein Drei-Wege-Ventil (19) angeordnet ist, von dem ein Anschluß an einem dem Speisewasserbehälter (15) vorgeschalteten, in der Meerwasserspeiseleitung angeordneten Kondensator (21) angeschlossen ist.

4. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (18) als Motor betreibbar ist.