DE3427302C2 - - Google Patents
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Description
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 Trink
wasser 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 zwischengeschal
teten Speisewasserbehälter und einer dem Speisewasserbe
hälter vorgeschalteten Enthärtungsanlage vorgesehen sind.
Dem letzten Wärmetauscher, der im Zuge der Abgasleitung
einer Gasturbine liegt, ist ein einstufiger Abschlämment
spanner 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 anschlie
ßenden 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.
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 auszuge
stalten, daß mit ihr gleichzeitig elektrischer Strom und
größere Mengen Trinkwasser erzeugt werden können, wobei die
Menge der erzeugten elektrischen Energie nicht starr mit der
erzeugten Trinkwassermenge gekoppelt sein soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorge
sehen, 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 physikali
schen 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 möqlich.
Der im Rahmen der Erfindung vorgesehene Abschlämmentspanner
kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein. Bei einstufiger
Ausbildung, bei welcher der Soleauslaß des Abschlämm
entspanners 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 der den Soleauslaß
des Abschlämmentspanners mit der Eingangsseite des Entspan
nungsventils verbindenden Leitung ein Wärmetauscher geschaltet
sein, der sekundärseitig mit Frischdampf aus dem Dampferzeu
ger gespeist wird.
Bei mehrstufiger Ausgestaltung des Abschlämmentspanners dienen
dann die Kondensatoren dieses Entspanners als Wärmetauscher
zur physikalischen Behandlung des Speisewassers, wobei diesen
Wärmetauschern ein mechanischer Entgaser für das Speisewasser
vorgeschaltet und der Kondensatauslaß des mehrstufigen Ent
spanners mit der Kondensatleitung zwischen dem Kondensator der
Turbine und der Anlage zur Aufbereitung von Trinkwasser ver
bunden ist.
Sofern bei der neuen Anlage nicht die gesamte anfallende
Kondensatmenge zu Trinkwasser aufbereitet werden soll,
empfiehlt es sich, in 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 Meerwasserentsal
zungsanlage kann es sich um eine Mehrstufenentspannungsanlage
handeln, deren Enderhitzer zugleich den Kondensator der Turbi
ne bildet.
Zur besseren Wärmeausnutzung des Kondensates empfiehlt es
sich dabei, wenn die Entspannungskammern der Mehrstufenent
spannungsanlage an den Kondensatauslaß des Kondensators an
geschlossen sind. - Die zusätzliche Meerwasserentsalzungsan
lage 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 Fig. 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 Dampf
turbine dient. Ein Teilstrom dieses Kühlwassers wird dem
Kühlwasser-Rücklauf entnommen und über einen Wärmetauscher 2
und einem weiteren Wärmetauscher 3 einer Ionentauscheranlage
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 Ionentauscheranlage 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 zwischen
geschaltetem Wasserabscheider 15 ausgebildet sein. Das
Kondensat des Wasserabscheiders 15 wird in den Speise
wasserbehälter 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 Treib
dampf 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 Abschlämm
entspanner 10 wird das Abschlämmwasser weiter aufkonzen
zentriert. 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 anschlie
ßend 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 Haupt
kondensat 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 Abschlämm
wasser in mehreren Stufen entspannt wird und der anfallende
Dampf mit Hilfe des kälteren Speisewassers kondensiert wird.
Das dabei anfallende Destillat DE wird in die Kondensat
leitung zwischen Kondensator 1 und Trinkwasseraufberei
tungsanlage 18 eingespeist. Das eingedickte Abschlämm
wasser, also die Sole, wird ebenfalls zur Regeneration des
lonentauschers 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 Ent
spanners 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 Ent
spanner 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 Meer
wasserentsalzungsanlage 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 Trink
wasseraufbereitungsanlage 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.
Claims (10)
1. 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,
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, dadurch ge
kennzeichnet,
daß die Einrichtung zur physikalischen Behandlung des
Speisewassers aus einem Entgaser besteht, der dem
Speisewasserbehälter (6) zugeordnet ist.
3. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der den Sole
auslaß des Abschlämmentspanners (10) mit der Eingangsseite
des Entspannungsventils (9) verbindenden Leitung ein Wärme
tauscher (12) geschaltet ist, der sekundärseitig mit Frisch
dampf aus dem Dampferzeuger (5) gespeist wird.
4. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur phy
sikalischen Behandlung des Speisewassers aus Wärmetauschern
besteht, die einen Teil eines mehrstufigen Abschlämmentspan
ners (20) bilden, wobei diesen Wärmetauschern ein mechanischer
Entgaser (21) für das Speisewasser vorgeschaltet ist und der
Kondensatauslaß des mehrstufigen Entspanners mit der Konden
satleitung zwischen dem Kondensator (1) und der Anlage (18)
zur Aufbereitung von Trinkwasser verbunden ist.
5. Dampfkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in der
Kondensatleitung zwischen dem Kondensator (1) und der Anlage
(18) zur Aufbereitung von Trinkwasser ein Dreiwegeventil (17)
angeordnet ist, dessen dritte Ventilöffnung mit der Rohwas
ser-Leitung verbunden ist.
6. Dampfkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Frischdampfauslaß des Dampferzeugers (5) über ein Ventil
(16) direkt mit dem Einlaß des Kondensators (1) verbunden
ist.
7. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der der Turbine (13)
nachgeschaltete Kondensator (1) vom Rohwasser (RW)
durchströmt wird.
8. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der der Turbine (13)
nachgeschaltete Kondensator (1) einen Teil einer zusätz
lichen Meerwasserentsalzungsanlage bildet, deren Kondensat
ebenfalls der Trinkwasseraufbereitungsanlage (18) zugeführt
wird.
9. Dampfkraftanlage nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kondensator (1) den
Enderhitzer einer Mehrstufenentspannungsanlage (30) bildet,
deren Entspannungskammern an den Kondensatauslaß des Konden
sators angeschlossen sind.
10. Dampfkraftanlage nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kondensator (1) den
ersten Verdampfer einer VTE-Anlage bildet, deren
nachfolgender Verdampfer an den Kondensatauslaß des ersten
Verdampfers angeschlossen ist.
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