DE7920133U1

DE7920133U1 - Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung durch Brüdenkompression

Info

Publication number: DE7920133U1
Application number: DE7920133U
Authority: DE
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1985-08-14
Also published as: DE2928392A1; DE2928392C2

Description

MASCHINEHFABBIK AUGSBUEG-Kt)EHBERG Aktiengesellschaft

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München, 09. Juli 1979

Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung durch Brüdenkompression

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung durch Brüdenkompression mit einem Verdampfer und einem Brüdenverdichter.

Zur Meerwasserentsalzung findet überwiegend das Mehr-Etufenentspannungsverfahren (MSF) Anwendung. Das MSP-Verfahren wird auch, in absehbarer Zukunft für Großanlagen, insbesondere in den ölexportierenden Ländern zum Einsatz kommen.

ifEine Senkung des honen Energieverbrauches der MSF-Anlagen ist prinzipiell durch Vergrößerung der Stufenzahl oder durch Erhöhung der Soleendtemperatur möglich.

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Die Stufenzahl läßt sich wegen der immer geringen werdenden Energieeinsparung und der proportional zur ßtufenzahl steigenden Anlagenkosten nicht "beliebig steigern. Der Temperaturerhöhung stehen Ablagerungs- und Eorrosionsprobleme entgegen.

Da nicht nur die ölstaaten, sondern in zunehmendem Maße auch energiearme Länder auf die Entsalzung angewiesen sein werden, und da eine rationelle Verwendung · der Energiereserven zunehmende Bedeutung erlangen wird, ist die Entwicklung von Entsalzungsverfahren von Interesse, die bei gleichen Anlagenkosten einen geringeren Energiebedarf haben, als die derzeitigen MSF-AnIagen.

Eine Alternative zu dem HSF-Verfahr en ist das Verfahren der Brüdenkompression, das gegenüber dem MSF-Verfahren eine Eeihe von thermodynamisch bedingten Vorteile aufweist. Trotz dieser Vorteile hat die Brüdenkompression zur Entsalzung von Meerwasser bisher nur in geringem Maße und in kleinen Anlagen Anwendung gefunden. Der Grund hierfür besteht darin, daß bisher die Energiekosten in den Anwenderländern gegenüber den Anlageninvestitionen vernachlässigt werden konnten, daß ferner viele Probleme der Entsalzung von Meerwasser bei den

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MSF-Anlagen leichter lösbar erschienen und daß die Vorteile der Brüdenverdichtung bei elektrischem Antrieb der Verdichter nur ungenügend zur Geltung kommen, die Verdichter selber aber insbesondere bei großen Anlagen aufwendig und teuer sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung durch Brüderkompression so zu gestalten, daß eine merkliche Verbesserung der Produktionskapazität ohne oder nur mit geringem gleich-W

zeitigen Anstieg der Investitionskosten gegenüber bekannten Vorrichtungen erzielt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist dadurch gelost, daß der Verdampfer der Vorrichtung als Fallfilmverdampfer mit einem horizontal angeordneten Verdampf errohrbündel ausgebildet ist.

Diese Art von Verdampfer hat gegenüber dem bei bekannten

Vorrichtungen zur Meerwasserentsalzung verwendeten Vertikalrohrverdampfern mit gelüfteten Bohren eine Eeihe von Vorteilen. Es kann zum Beispiel mit sehr kleinen Temperaturdifferenzen zwischen Heiz- und Siederaum gearbeitet werden. Der Flüssigkeitsstrom, bezogen

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auf die Breite der Heizfläche, die Bedeckung, ist proportional der Beynoldschen Zahl, mit deren Zunahme sich die Tiiärmeübertragung verbessert. Dieser Zusammenhang fuhrt dazu, daß Vertikalrohrverdampfer sehr lange Bohre benötigen, deren Durchmesser bei richtiger Abstimmung zu insgesamt großvolumigen Einheiten führt. Vertikalrohrverdampfer sind bei der Entsalzung von Meerwasser problematisch, weil sie zur Sulfatabscheidung an Stellen ungenügender Benetzung neigen. Bei Horizontalrohrverdampfern sind die Verhältnisse wegen der kleineren j kritischen Eeynoldszahlen günstiger. Es lassen sich torn- | pakte Verdampfer bauen. Die notwendige Wärmetauscher- j fläche ist bei Horizontalrohrfilmverdampfern geringer, I weil der in den Bohren strömende Dampf zum Zerreißen des ί Kondensatfilms und einer Iteilegung der Bohr ob er fläche j führt, Totwasserzonen werden vermieden. / f

Die horizontale Anordnung der Verdampferrohre ist ins- i besondere bei transportablen oder komplett verschiff- ] baren Anlagen von Vorteil. . j

Ferner bietet sich bei der horizontalen Anordnung der '

Verdampferrohre die Möglichkeit, den Brüdenverdichter k

in den Verdampfer zu integrieren, wodurch Strömungs- {§!

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■und Wärme Verluste in langen Zuleitungsrohren vermieden werden können.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Verdampferrohre peripher um einen zentralen Dampfsammelraum angeordnet. Perner sind "bei diesem Ausführungsbeispiel im unteren Bereich des Sammelraumes des Verdampfers Tröpfchenabscheider eingebaut.

Da eine gleichmäßige Verteilung des Eohwassers auf die Bohre wichtig ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Bedeckung und eines schnellatifließenden Filmes, ist vorzugsweise oberhalb des Eohrbündels des Verdampfers eine Wasserverteil einrichtung mit einer Vielzahl von Sprühköpfen zur Verteilung des zu verdampfenden Wassers auf das Bohrbündel vorgesehen.

Eine weitere Erhöhung der Entsalzungskapazität kann, dadurch erzielt werden, daß der Verdampfer mehrstufig ausgebildet wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Bohre des Verdampfers gerippt, wodurch eine

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weitere !Reduzierung der Bohrfläche einreicht wird.

Horizontalrohrfallfilmverdampfer zeichnen sich, insgesamt durch, sehr !deine ELüssigkeitsinhalte aus. Die Flächen des Siede- und JSrhitzeraumes sind nur mit Flüssigkeit benetzt. Es ergeben sich, sehr kurze Durchlaufszeiten, wodurch, kurze Anfahrzeiten ohne Gefahr eines Schäumens so-wie ein problemloses Umschalten von Betrieb auf Reinigung möglich ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann energiesparend betrieben were en, wenn die Abwärme aus der Antriebsmaschine des Verdichters dem Meerwasser vor Eintritt in den Verdampfer zugeführt wird, um es auf die Temperatur des Verdampfungsprozesses oder eine höhere Temperatur zu erhitzen.

In dem Verdampfer kann eine Kondensatkammer vorgesehen sein, die von dem Dampfsammeiraum durch eine Wand getrennt ist, in der vorzugsweise ein federbelastetes oder gesteuertes Ventil angeordnet ist, so daß ein Anfahren des Verdichters bei teilweise mit Luft gefülltem Verdampfer erfolgen kann, um ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur ohne Zufuhr fremder Wärme zu erreichen.

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% Sin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den

% Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden unter

i Bezugnahme auf diese Zeichnungen näher "beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Horizontalrohrfallfilmverdanrpfer mit eingetai verdichter nach der Erfindung,

I fallfilmverdampfer mit eingetautem Brüden-

Eig. 2 einen Querschnitt des in Fig. 1 dargestellten Horizontalrohrfallfilmverdampfers auf zwei verschiedenen Schnitt ebenen, von denen die linke entlang der Linie A-B und die rechte entlang der Linie G-D in Fig. 1 gelegt worden ist und

\ Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Meerwasser 'ntsalaungs-

vorrichtung mit vierstufigem Horizontalrohrfall-

filmverdampfer.

Eine Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung· nach der Erfindung weist einen Hörizontalrohufallfilmverdampfer

! auf, der aus einem Bündel horizontal liegender Bohre

j besteht, die in einem horizontal liegenden zylindrischen

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Tank 2 angeordnet sind. Der Tank 2 ist auf seinen "beiden Stirnseiten durch jeweils eine nach außen gewölbte Wand 3» 4 verschlossen. Die Wand 3 auf der rechten Seite des Verdampfers bildet den Abschluß für eine Kondensatkammer 5 und die Wand 4 auf der linken Seite bildet den Abschluß für eine Druckkammer 6. Ein Radialverdichter 7 ist in einer zentralen Öffnung in der Wand befestigt.

Die Druckkammer 6, die ringförmig ausgebildet ist und sich kegelförmig zu den angeschlossenen Bohren 1 des Verdampfers hin erweitert, ist durch einen radialen Kanal 8 mit dem Auslaß des Verdichters 7 verbunden. In der Mitte des Verdampfers befindet sich eine Dampfsammeikammer 9 j in der der zwischen den Bohren 1 austretende Dampf gesammelt wird. An einem der Enden der Dampfsammelkammer 9 befindet sich der Einlaß des Verdichters 7» der im Betrieb den in der Kammer 9 gesammelten Dampf ansaugt. Die Bohre 1 sind peripher um die Dampfsammeikammer 9 angeordnet. Im unteren Bereich der Dampfsammeikammer 9 sind ein Tropfenfeinstabscheider 10 und darunter ein weiterer Tropfenabscheider 11 eingebaut. Unterhalb der Tropfenabscheider 10, 11 ist ein Baum 12 vorgesehen, in dem sich Sole 13 sammeln kann. Ein Auslaß 14 für die Sole befindet sich im Boden des Tanks 2.

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Die Bohre 1 sind an ihrem der Druckkammer 6 abgekehrten Ende durch eine Trennwand 15 hindurch, mit der Kondensatkammer 5 verbunden. Ι*ϋτ das Kondensat 16 befindet sich, ein Auslaß 17a in der Wand 3. Oberhalb des Auslasses 17a ist ein Auslaß 17b für aus dem Eohwasser freiwerdende inerte Gase in der Wand 3 vorgesehen. In der Wand 15 ist eine federbelastete Ventilklappe 15' angeordnet.

Im oberen Bereich des Tanks 2, über den Bohren 1, befindet sich eine Wasserverteil einrichtung 18, die im wesentlichen aus Verteilerleitungen besteht, an deren Enden sich Vollkegelsprühköpfe 19 befinden. Die Verteilerleitungen sind gemeinsam an einen Bohwassereinlaßstutzen 20 angeschlossen.

Bei Betrieb der Vorrichtung wird auf Ecozeßtemperatur oder darüber geheiztes Bohwasser auf die Bohre 1 gesprüht, vro es verdampft. Der entstehende Dampf wird von dem Verdichter 7 angesaugt, verdichtet und in die Druckkammer 6 gedruckt. Von der Druckkammer 6 strömt der Dampf in die Bohre 1 ein, wo er kondensiert. Das Kondensat tritt am anderen Ende der Bohre 1 aus und wird in der Kammer 5 gesammelt. Die Sole 13 sammelt sich am Boden des Tanks 2 und wird durch den Auslaß 14- abgeführt.

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Bas aus dem Rohwasser entweichende nicht kondensierbare Inertgas wird durch den Auslaß 17b über eine nicht dargestellte Kondensator- und eine Valcuumpumpe kontinuierlich abgesaugt. Im nachgeschalteten Kondensator, der nicht dargestellt ist, wird weiteres Kondensat gewonnen sowie freiwerdende Wärme dem Erozeß zugeführt.

In Fig. 3 ist das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung mit vierstufigem Verdampfer 21 und vom Verdampfer separaten Verdichter 22 gezeigt. Jede Verdampferstufe 23 ist als Horizontairohrfallfilmverdampfer ausgebildet, der, abgesehen von dex* Ausbildung seines Druckraumes 24 und seiner Kondensatkammer 25, dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Horizontalrohr fallfilmverdampfer ähnlich ist. Der Druckraum 24 der in der Zeichnung obersten Verdampferstufe 23 ist mittels eines Lampfrohres 26 mit dem Auslaß des Verdichters 22 verbunden, und die Druckräume 24 der in der Zeichnung weiter unten angeordneten Verdampferstufen 23 sind mit dem nicht näher dargestellten Dampfsammeiraum der jeweils darüberliegenden Verdampferstufe 23 mittels eines Dampfrohres verbunden.

Ein Dampf rohr 28 führt vom Dampfsammeiraum der untersten

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Verdampferstufe 23 zum Einlaß des Verdichters 22. Die Kondensatkammer 25 jeder Verdampf er stufe 23 ist mit der Kondensatkammer der jeweils benachbarten Verdampferstafe durch Leitungen 29 verbunden. Von der Kondensatkammer 25 der untersten Verdampferstufe 23 führt eine Leitung 36 zu einem Hauptvorwärmer 30, xn dem das Kondensat Wärme an das mittels einer Pumpe 31 zugeführte Speisewasser abgibt. Ferner ist der Solesammelraum jeder oberhalb der untersten Verdampf er stufe 23 liegenden Stufe mit der Sprüheinrichtung 32 der jeweils darunter liegenden Stufe 23 durch eine Leitung 33 verbunden. Vom Solesammelraum der untersten Stufe 23 führt eine Leitung 34-zu einer Soleentspannungskammer 35, durch die eine von. dem Hauptvorwärmer 30 kommende Leitung 37 zur Führung von Speisewasser hindurchführt und die mittels einer Leitung 38 zur Führung von Sole mit dem Hauptvorwärme:?? 30 verbunden, ist. Die Leitung 37 zur Führung von. Speisewasser führt von der Soleentspannungskammer 35 zu einem Vorwärmer 39» der von Kühlwasser aus einem Verbrennungsmotor 40 durchströmt wird. Das Kühlwasser wird mittels einer Pumpe 41 im Umlauf gehalten. Von dem Vorwärmer 39 führt eine weitere Leitung 42 für das Speisewasser zur Kondensatkammer 25 der untersten Verdampf er stufe 23· Die leitung 42 ist durch jede Kondensatkammer 25 der jeweiligen Verdampferstufe 23 hindurchgeführt und mündet in einen Enderhitzer 43, der an einen Abhitzekessel 44

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angeschlossen ist. Durch den Abhitzekessel 44 werden die Motorabgase geleitet. Von dem Enderhitzer 43 führt eine Speisewasserleitung 45 zu der Sprüheinrichtung 32 der obersten Verdampf er stufe 23.

Im Betrieb der Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung wird das Speisewasser auf seinem Weg durch den Hauptvorwärmer 30, die Soieentspannungskcümaer- 35 ·> «-«η Vorwärmer 39, die Kondensatkammern 25 und den Enderhitzer 43 aufgeheizt, bevor es der obersten Verdampf er stufe 23 zugeführt wird. Der Brüdenverdichter 22 fördert den Brüdendampf der untersten Verdampferstufe 23 zur obersten Verdampferstufe 23· Die Verdampfungswärme bringt einen entsprechenden Teil des aufgegebenen Speisewassers zum Verdampfen. Der so gebildete Brüdendampf wird ebenso wie die Sole, deren Konzentration sich erhöht hat, der unterhalb der obersten Verdampferstufe angeordneten Stufe zugeführt. Dort verdampft wiederum ein Teil der Sole, deren Konzentration weiter zunimmt. Dieser Vorgang setzt sich fort bis zur untersten Stufe. Von dort fließt die konzentrierte Sole dem Hauptvorwärmer 30 zu, in dem die Sole und das Süßwasserkondensat im Gegenstrom zum zufließenden Speisewasser geführt werden.

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Claims

AnGSBUEG-HUBiIBERG
Aktiengesellschaft

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Ί. Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung durch Brüdenkompression mit einem Verdampfer und einem "brennkraftmaschj.nengetriebenen Brüdenverdichter, d adurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer als Fallfilmverdampfer mit einem horizontal angeordneten Verdampferrohrbündel (1) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brüdenverdichter (7)

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in den Verdampfer integriert ist.
3. Vorrichtung nach, Anspruch. 1 oder 2, dadurch gek ennz ei ch.net, daß die "Verdampf errolire peripher xim einen zentralen Dampfsammelraum (9) angeordnet sind.
¹T-. Vorrichtung nach. ϋηκη-πίρ-Ή 3> dadurch. g e— kennz eichnet, daß im xinteren Bereich, des Sammelraumes (9) Tröpfchenabscheider (10, 11) eingebaut sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden insprüene, dadurch gekennzeich.net, daß oberhalb des Eohrbündels (1) des Verdampfers eine Vasserverteileinrichtung (18) mit einer Vielzahl von Sprühkopf *sn (19) zur Verteilung des zu verdampf enden. Wassers auf dem Eohrbündel (1) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich.net, <?.aß der Verdampfer mehrstufig ausgebildet ist.
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l 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) des Verdampfers gerippt sind.

5 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dent Verdampfer eine Kondensatkammer (3) vorgesehen 1st, die von dem Dampfsammei raum (9) durch eine Wand (15) getrennt 1st, in der ein federbelastetes oder gesteuertes Ventil (15¹) angeordnet ist. IO

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