DE3427302A1

DE3427302A1 - Dampfkraftanlage zur erzeugung von dampf aus salzhaltigem rohwasser

Info

Publication number: DE3427302A1
Application number: DE19843427302
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: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1986-01-30
Also published as: MA20483A1; GR851783B; CA1297684C; ES545403A0; DE3427302C2; MX170619B; ES8701297A1

Description

Dampfkraftanlage zur Erzeugung von Dampf aus
salzhaltigem Rohwasser Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Dampfkraftanlagen und ist bei der Ausgestaltung einer Anlage anzuwenden, mit der aus salzhaltigem Rohwasser Dampf erzeugt wird und welche die zusätzliche Möglichkeit bietet, aus dem Rohwasser Trinkwasser zu gewinnen und mit Hilfe des Dampfes elektrische Energie zu erzeugen.
Zur Aufbereitung von salzhaltigem Rohwasser zu Dampf ist eine Anlage bekannt, bei der zur Erwärmung des Rohwassers mehrere Wärmetauscher mit einem zwischengeschalteten Speisewasserbehälter und einer dem Speisewasserbehälter vorgeschalteten Enthärtungsanlage vorgesehen sind.
Dem letzten Wärmetauscher, der im Zuge der Abgasleitung einer Gasturbine liegt, ist ein einstufiger Abschlämmentspanner mit einem Entspannungsventil nachgeschaltet. Der in dem Entspanner erzeugte Dampf wird einem von der Gasturbine angetriebenen Verdichter zugeführt und gelangt anschließend zum Verbraucher. - Die in dem Entspanner abgezogene Sole wird zum einen Teil über den letzten Wärmetauscher dem Entspanner erneut zugeführt, zum anderen Teil dient sie zur Erwärmung des Rohwassers bzw. des Speisewassers und durchläuft hierzu sowie zur weiteren Entspannung mehrere gestaffelt angeordnete Kondensatoren, die nach Art einer multi-stage-flash (MSF-) Anlage ausgebildet sind und in denen kondensierendes Wasser gesammelt und einem anschließenden Destillatbecken zugeführt wird (DE-OS 30 20 297). Bei einer solchen Anlage ist die Ausbeute an Destillat relativ klein und der erzeugte Dampf soll als Prozeßdampf verwendet werden, d. h. zur Erwärmung anderer Stoffe vor allem in Anlagen der chemischen Industrie.
Im übrigen werden für die Enthärtung des Rohwassers erhebliche Mengen an Chemikalien benötigt.
Zur Erzeugung von Trinkwasser aus salzhaltigem Rohwasser (Meerwasser) ist andererseits eine Dampfkraftanlage bekannt, bei welcher der in einem Dampferzeuger erzeugte Dampf über eine Turbine entspannt und anschließend als Prozeßdampf den Verdampfern für das Rohwasser zugeführt wird. Das entstehende Destillat wird sowohl zu Trinkwasser aufbereitet als auch als Speisewasser für den Dampferzeuger verwendet (DE-OS 32 36 499; DE-Z Siemens-Energietechnik, Heft 5, 1983, Beiheft Energie besser nutzen ohne Kraft-Wärme-Kopplung, Seite 32 - 38). Mit einer solchen Anlage kann in Abhängigkeit von der erzeugten Trinkwassermenge auch elektrische Energie ans Netz geliefert werden kann, wobei diese Energielieferung von sekundärer Bedeutung ist.
Zur Aufbereitung von Meerwasser zu Trinkwasser ist es weiterhin bekannt, den benötigten Prozeßdampf und die benötigte elektrische Energie einem benachbarten Kraftwerk zu entnehmen und das Meerwasser im Zuge seiner chemischen Aufbereitung mit Hilfe eines Ionentauschers zu enthärten und ihm zusätzlich die Sulfationen zu entziehen.
Dabei wird zur Regeneration des Ionentauschers die Sole oder eine Kochsalzlösung verwendet, wobei die Kochsalzlösung aus der Sole gewonnen wird (DE-OS 32 43 147, DE-OS 22 33 524).
Ausgehend von einer Dampfkraftanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 (DE-OS 30 20 297) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anlage so auszugestalten, daß mit ihr gleichzeitig elektrischer Strom und größere Mengen Trinkwasser erzeugt werden können, wobei die Menge der erzeugten elektrischen Energie unabhängig von der erzeugten Trinkwassermenge sein soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der letzte Wärmetauscher aus einem Dampferzeuger besteht, dessen Frischdampfauslaß mit einer Dampfturbine mit zugeordnetem Generator und nachgeschaltetem Kondensator verbunden ist, daß die Anlage zur Enthärtung des Rohwassers aus einer Ionentauscheranlage besteht, deren Einrichtung zur Regeneration der Ionentauscherharze mit dem Soleauslaß des Abschlämmentspanners verbunden ist, daß der Dampfauslaß des Abschlämmentspanners mit einer Einrichtung zur physikalischen Behandlung des Speisewassers verbunden ist und daß dem Kondensatauslaß des der Turbine nachgeschalteten Kondensators eine Anlage zur Aufbereitung von Trinkwasser aus dem Kondensat nachgeschaltet ist.
Eine solche Dampfkraftanlage zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß für die Erzeugung des Turbinendampfes und für die Herstellung des Trinkwassers ein gemeinsamer Dampferzeuger benutzt wird. Geeignete Dampferzeuger sind die bekannten Trommelkessel, Doppeltrommelkessel, Schmidt-Hartmann-Kessel oder Löffler-Kessel, weil diese mit salzhaltigem Wasser betrieben werden können. Dabei ist eine Aufkonzentration der Sole durch zusätzliche Eindickung im Abschlämmentspanner bis auf 20 % Kochsalzkonzentration möglich.
Der im Rahmen der Erfindung vorgesehene Abschlämmentspanner kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein. Bei einstufiger Ausbildung, bei welcher der Soleauslaß des Abschlämmentspanners über eine Pumpe mit dem dem Abschlämmentspanner zugeordneten Entspannungsventil verbunden ist und zwischen den Wärmetauschern für das Rohwasser bzw. das Speisewasser ein Speisewasserbehälter angeordnet ist, empfiehlt es sich, den Dampfauslaß des Abschlämmentspanners mit einem Entgaser zu verbinden, der dem Speisewasserbehälter zugeordnet ist und damit die Einrichtung zur physikalischen Behandlung des Speisewassers bildet. Dabei kann zwischen dem Soleauslaß des Abschlämmentspanners und das Entspannungsventil ein Wärmetauscher geschaltet sein, der mit Frischdampf aus dem Dampferzeuger gespeist wird.
Bei mehrstufiger Ausgestaltung des Abschlämmentspanners ist dieser zweckmäßig nach Art einer multi-stage-flash-(MSF)-Anlage ausgebildet; die Kondensatoren dieses Entspanners dienen dann als Wärmetauscher zur physikalischen Behandlung des Speisewassers, wobei diesen Wärmetauschern ein mechanischer Entgaser für das Speisewasser vorgeschaltet und der Kondensatauslaß des mehrstufigen Entspanners mit der Kondensatleitung zwischen dem Kondensator der Turbine und der Anlage zur Aufbereitung von Trinkwasser verbunden ist.
Sofern bei der neuen Anlage nicht die gesamte anfallende Kondensatmenge zu Trinkwasser aufbereitet werden soll, empfiehlt es sich, im Zuge der Kondensatleitung zwischen dem Kondensator und der Anlage zur Aufbereitung von Trinkwasser ein Dreiwegeventil anzuordnen, dessen dritte Ventilöffnung mit der Rohwasser-Zuleitung verbunden ist. Soll dagegen auch bei Teillastbetrieb der Turbine die Trinkwasserproduktion in einem bestimmten Umfang aufrechterhalten werden, so kann man den Frischdampfauslaß des Dampferzeugers über ein Ventil direkt mit dem Einlaß des Kondensators verbinden.
Mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Dampfkraftanlage können je nach gewähltem Frischdampfdruck bis zu 10 Liter Trinkwasser pro kWh erzeugt werden.
Die Kondensierung des Turbinenabdampfes in dem der Turbine nachgeschalteten Kondensator kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Im einfachsten Fall wird dieser Kondensator von Rohwasser, also von mechanisch gereinigtem Meerwasser, durchströmt, wobei ein Teil dieses Kühlwassers anschließend zu Speisewasser aufbereitet wird. Die Kondensierung kann aber auch dadurch erfolgen, daß der Kondensator einen Teil einer zusätzlichen Meerwasserentsalzungsanlage bildet, deren Kondensat ebenfalls der Trinkwasseraufbereitungsanlage zugeführt wird. Bei dieser zusätzlichen Meerwasserentsalzungsanlage kann es sich um eine MSF-Anlage handeln, deren Enderhitzer zugleich den Kondensator der Turbine bildet.
Zur besseren Wärmeausnutzung des Kondensates empfiehlt es sich dabei, wenn die Entspannungskammern der MSF-Anlage an den Kondensatauslaß des Kondensators angeschlossen sind. -Die zusätzliche Meerwasserentsalzungsanlage kann aber auch eine VTE-Anlage (Prospekt "Advanced Desalination Technology DWEC" der Kraftwerk Union, Fig. 3, November 1981) sein, deren erster Verdampfer zugleich den Kondensator der Turbine bildet.
Zur besseren Wärmeausnutzung des Kondensates empfiehlt es sich dabei, den nachfolgenden Verdampfer der VTE-Anlage an den Kondensatauslaß des ersten Verdampfers anzuschließen.
Drei Ausführungsbeispiele der neuen Dampfkraftanlage sind in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellt.
Gemäß Fig. 1 wird mechanisch gereinigtes Meerwasser in Form von Rohwasser RW zunächst durch einen Kondensator 1 geleitet, der zur Kondensation des Abdampfes einer Dampfturbine dient. Ein Teilstrom dieses Kühlwassers wird dem Kühlwasser-Rücklauf entnommen und über einen Wärmetauscher 2 und einem weiteren Wärmetauscher 3 einer lonentauscheranlage 4 zugeführt, mit deren Hilfe dem Rohwasser die Härtebildner Kalzium und Magnesium fast vollständig entzogen werden.
Mit den Wärmetauschern 2 und 3 wird dabei eine optimale Temperatur des Rohwassers für die Ionentauscheranlage eingestellt.
Der lonentauscheranlage 4 ist ein Speisewasserbehälter 6 nachgeschaltet, der mit einem dampfbetriebenen Entgaser versehen ist. Von dort gelangt das Speisewasser über die Speisepumpe 7 und einen weiteren Wärmetauscher 8 zum Dampferzeuger 5, der mit fossilem oder nuklearem Brennstoff oder mit Abgasen einer GT beheizt wird. Bei diesem Dampferzeuger handelt es sich beispielsweise um- einen Schmidt-Hartmann-Kessel, an dessen Dampferzeugertrommel das Speisewasser abgeschlämmt wird. Dabei wird die auftretende Aufkonzentration des Speisewassers an Salzen auf einem zulässigen Wert gehalten. Aus dem Dampferzeuger 5 tritt Frischdampf FD aus, der durch den Verdampfungsvorgang im Kessel und durch entsprechende Tropfenabscheider fast vollständig von Salzen befreit ist. Dieser Frischdampf wird der Turbine 13 zugeführt, an die der Generator 14 angekoppelt ist. Je nach gewähltem Dampfdruck kann die Turbine eingehäusig oder mehrgehäusig mit zwischengeschaltetem Wasserabscheider 15 ausgebildet sein. Das Kondensat des Wasserabscheiders 15 wird in den Speisewasserbehälter 6 zurückgeleitet.
Der Abdampf aus der Turbine 13 wird im Kondensator 1 kondensiert und mit der Kondensatpumpe 16 über ein Dreiwegeventil 17 einer Trinkwasseraufbereitungsanlage 18 zugeführt und zu Trinkwasser TW aufgehärtet.
Das im Dampferzeuger 5 anfallende. Abschlämmwasser AW wird über ein Entspannungsventil 9 dem Abschlämmentspanner 10 zugeleitet. Der sich dabei bildende Dampf D wird als Treibdampf für den dem Speisewasserbehälter 6 zugeordneten Entgaser verwendet. Für den gleichen Zweck kann Anzapfdampf aus der Turbine 13 verwendet werden.
Durch die Entspannung des Abschlämmwassers im Abschlämmentspanner 10 wird das Abschlämmwasser weiter aufkonzenzentriert. Es wird von dort dem Wärmetauscher 2 zugeführt und gelangt anschließend in die Ionentauscheranlage 4. Deren Ionentauscherharze werden mit Hilfe der stark eingedickten Sole regeneriert. Die so verbrauchte Sole S wird anschließend abgeführt.
Sofern die Konzentration der dem Abschlämmentspanner 10 entnommenen Sole noch nicht derjenigen Konzentration entspricht, die für die Regeneration der Ionentauscherharze notwendig ist, kann ein Teil der aus dem Entspanner 10 austretenden Sole mit einer Pumpe 11 über einen Wärmetauscher 12 zur nochmaligen Entspannung umgewälzt werden. Zur Beheizung des Wärmetauschers 12 wird dabei gesättigter Frischdampf des Dampferzeugers 5 verwendet.
Der Wärmetauscher 3 wird mit Anzapfdampf aus der Turbine 13 gespeist. Das dabei anfallende Kondensat wird dem Hauptkondensat aus dem Kondensator 1 zugeleitet. In der vom Kondensator 1 zur Trinkwasseraufbereitungsanlage 18 führenden Kondensatleitung ist dabei ein Dreiwegeventil 17 angeordnet, mit dem Kondensat auch in die Zuleitung des Rohwassers eingespeist werden kann. Weiterhin ist parallel zur Turbine 13 ein Reduzierventil 19 vorgesehen, mit dem Frischdampf aus dem Dampferzeuger 5 um die Turbine 13 umgeleitet werden kann. Damit sind alle Voraussetzungen geschaffen, um auch bei geringem Trinkwasserbedarf die Turbine 13 mit voller Leistung betreiben zu können und um bei konstanter Trinkwasserproduktion die Erzeugung von elektrischem Strom an den jeweiligen Bedarf anzupassen.
Bei dem gemäß Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Abschlämmentspanner aus einem mehrstufigen Kondensator 20 nach Art einer multi-stage-flash-(MSF)-Anlage, bei der das im Dampferzeuger anfallende Abschlämmwasser in mehreren Stufen entspannt wird und der anfallende Dampf mit Hilfe des kälteren Speisewassers kondensiert wird.
Das dabei anfallende Destillat DE wird in die Kondensatleitung zwischen Kondensator 1 und Trinkwasseraufbereitungsanlage 18 eingespeist. Das eingedickte Abschlämmwasser, also die Sole, wird ebenfalls zur Regeneration des Ionentauschers 4 verwendet. Die Entgassung des Rohwassers findet in diesem Fall in einem separaten Entgaser 21 vor dem mehrstufigen Entspanner 20 statt oder ist in diesen integriert.
Sofern bei dieser Ausgestaltung der Anlage das gesamte Rohwasser über die Kondensatoren des mehrstufigen Entspanners 20 geleitet wird, kann die Verbindung zwischen dem Ausgang des Ionentauschers 4 und dem Speisewasserbehälter 6 entfallen. Es ist jedoch denkbar, den Speisewasserstrom so aufzuteilen, daß nur ein Teil davon in dem mehrstufigen Entspanner 20 erwärmt wird, während der andere Teil über den Speisewasserbehälter 6 und den Wärmetauscher 8 geführt wird.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entspricht in wesentlichen Teilen dem Beispiel gemäß Fig. 1, wobei der Dampf-Teil dieser Anlage im wesentlichen nicht dargestellt ist. Der Unterschied besteht in einer zusätzlichen Meerwasserentsalzungsanlage 30, die als bekannte MSF-Anlage ausgebildet ist. Dabei bildet der Kondensator 1 der Turbine zugleich den Enderhitzer der MSF-Anlage, die im übrigen aus dem Vorwärmer 31, der Enthärtungsanlage 33 und dem Hauptwärmer 32 mit den einzelnen Entspannungskammern besteht. Das aus dem Kondensator 1 austretende Kondensat wird dabei der ersten Entspannungskammer zugeführt und wird damit in den Entsalzungsprozeß eingebunden. Das anfallende Destillat DE wird über das Dreiwegeventil 17 der Trinkwasseraufbereitungsanlage 18 zugeführt. - Beim Betrieb dieser Anlage wird das Rohwasser RW zunächst dem Vorwärmer 31 zugeführt und danach in den Rohwasserestrom RW 1 zur Speisung der Dampfkraftanlage und den Rohrwasserstrom RW 2 zur Speisung der MSF-Anlage aufgeteilt.
10 Ansprüche 3 Figuren - L e e r s e i t e -

Claims

Patentansprüche Dampfkraftanlage zur Erzeugung von Dampf aus salzhaltigem Rohwasser, bei der zur Erwärmung des Rohwassers und des zu Speisewasser gereinigten Rohwassers mehrere Wärmetauscher mit einer zwischengeschalteten Anlage zur Enthärtung des Rohwasseres vorgesehen sind, bei der dem letzten Wärmetauscher ein Abschlämmentspanner mit einem Dampfauslaß und einem Soleauslaß nachgeschaltet ist und bei der der Soleauslaß mit einer Anlage zur Behandlung des Speisewassers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, - daß der letzte Wärmetauscher aus einem Dampferzeuger (5) besteht, dessen Frischdampfauslaß mit einer Dampfturbine (13) mit zugeordnetem Generator (14) und nachgeschaltetem Kondensator (1) verbunden ist, - daß die Anlage zur Enthärtung des Rohwassers aus einer Ionentauscheranlage (4) besteht, deren Einrichtung zur Regeneration der Ionentauscherharze mit dem Soleauslaß des Abschlämmentspanners (9, 10) verbunden ist, - daß der Dampfauslaß des Abschlämmentspanners mit einer Einrichtung (6) zur physikalischen Behandlung des Speisewassers verbunden ist - und daß dem Kondensatauslaß des der Turbine nachgeschalteten Kondensators (1) eine Anlage (18) zur Aufbereitung von Trinkwasser aus dem Kondensat nachgeschaltet ist.
2. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1 mit einem einstufigen Abschlämmentspanner, bei der der Soleauslaß des Abschlämmentspanners über eine Pumpe mit dem dem Abschlämmentspanner zugeordneten Entspannungsventeil verbunden ist und zwischen den Wärmetauschern ein Speisewasserbehälter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur physikalischen Behandlung des Speisewassers aus einem Entgaser besteht, der dem Speisewasserbehälter (6) zugeordnet ist.
3. Dampfkraftanlage nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Soleauslaß des Abschlämmentspanners (10) und das Entspannungsventil (9) ein Wärmetauscher (12) geschaltet ist, der mit Frischdampf aus dem Dampferzeuger (5) gespeist wird.
4. 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 Einrichtung zur physikalischen Behandlung des Speisewassers aus Wärmetauschern besteht, die einen Teil des nach Art einer multi-stage-flash (MSF)-Anlage ausgebildeten mehrstufigen Abschlämmentspanners (20) bilden, wobei diesen Wärmetauschern ein mechanischer Entgaser (21) für das Speisewasser vorgeschaltet ist und der Kondensatauslaß des mehrstufigen Entspanners mit der Kondensatleitung zwischen dem Kondensator (1) und der Anlage (18) zur Aufbereitung von Trinkwasser verbunden ist.
5. Dampfkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Zuge der Kondensatleitung zwischen dem Kondensator (1) und der Anlage (18) zur Aufbereitung von Trinkwasser ein Dreiwegeventil (17) angeordnet ist, dessen dritte Ventilöffnung mit der Rohwasser-Leitung verbunden ist.
6. Dampfkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Frischdampfauslaß des Dampferzeugers (5) über ein Ventil (16) direkt mit dem Einlaß des Kondensators (1) verbunden ist.
7. 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 der der Turbine (13) nachgeschaltete Kondensator (1) vom Rohwasser (RW) durchströmt wird.
8. 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 der der Turbine (13) nachgeschaltete Kondensator (1) einen Teil einer zusätzlichen Meerwasserentsalzungsanlage bildet, deren Kondensat ebenfalls der Trinkwasseraufbereitungsanlage (18) zugeführt wird.
9. Dampfkraftanlage nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kondensator (1) den Enderhitzer einer MSF-Anlage (30) bildet, deren Entspannungskammern an den Kondensatauslaß des Kondensators angeschlossen sind.
10. Dampfkraftanlage nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kondensator (1) den ersten Verdampfer einer VTE-Anlage bildet, deren nachfolgender Verdampfer an den Kondensatauslaß des ersten Verdampfers angeschlossen ist.