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Verfahren und Vorrichtung zur Wasserbehandlung bei dem Betrieb von
Dampfkraftanlagen Die modernen Kraftwerksanlagen verlangen als Wärmeträger für dein
Wasserdampfprozeß ein Wasser hohen Reinheitsgrades. Dies ist insbesondere bei Anlagen
erforderlich, die mit höchsten spezifischen Belastungen, höchsten Temperaturen und
Drücken arbeiten. Diel Wasserverunreinigungen sind im wesentlichen die Ursache für
die innerhalb des Systems durch Korrosion, Erosion und die Bildung von Belägen entstehenden
Schwierigkeiten.
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Die Herstellung vollkommen salz- und ga;sTreiien Wassers ist bisher
noch nicht möglich gewesen. Auch bei Einsatz mehrfacher Verdampfung ist es nicht
gelungen, ein Wasser geringen Salzgehaltes ohne aggressive Eigenschaften zu erzeugen.
Man ist daher dazu stärker gepufferte Wässer als Wärmeträger zu verwenden. Diel
Salze reichern sich in dem Kessel bzw. in dem ganzen Kreislauf an, und werden durch
Änderungeni in dein Betrieb,sverhälrn;i.sisen abgesetzt. Es hat sich: herausgestellt,
daß diese Salzablagerungen zu starken Angriffen des Werkstoffes führen, können.
Man: hat sich in solchen Anlagen, so, geholfen, d'aß man: die Salzkonzentration
des gesamten Systems nicht über einen gewissen Grad ansteigen ließ. Hierzu rußte
eines kontinuierliche Abschlämm.ung eingerichtet werden, und es entstanden laufend
beträchtliche Wärmeiverluste. Außerdem rußte eine entsprechende Menge Zusatzwasser
erzeugt werden, das aus Weichwasser durch Verdampfung geiwonnen wird'. Zwar kann
man die im Schlammwasser enthaltene Wärmemengei dem Kreislauf teilweise
wieder
zuführen, indem man es zur Vorwärmunig des Kesselspeisewassers ausnutzt; Idas erfordert
aber zusätzliche Einrichtungen, durch die die Kosten der Anlage nicht unwesentlich
erhöht wenden. Die Menge des abzuschlämmenden Wassers hängt naturgemäß vom Salzgehalt
oder dies Höhe des Abdampfrückstandes ab. Man kann daher die Verlustei durch Abschlämmen
b:zw. die Größe der schlammwasserbehenz.ten Apparate vorringeirrn, indem mim: ein
salzarmes, Speisewasser verwendest. Auf diese Weise ist man, bei bekannten Dampfkraftanlagen
b'! zu einem Salzgehalt von i bis, 2 mgIJ gekommene. Es besteht zwar die Möglichkeit,
durch Verwendung von doppelt verdampftem Wasser den Abdamp.frückstandnoch wesentlich
unter i b-iis 2 mg@l herabzudrücken. Hiervon ist jedoch bisher kein Geobrauch gemacht
worden, weil man sich keinen wirtsohaftli!chen: Nutzen davor versprach, und zwar
einanal weilten der erforderlichen i Doppelverdampfieranlage und soidann im Hinblick
auf dem, Einfiuß Beis pH-Wertes. Um nämlich Korrosionen durch Aggressivität des
Waisser, zu vormeiden, ist eis. erforderlich, daß der pH-Wert alkalischem: Cha,rakte@r,
hat. Je niedriger aber der Salzgehalt ist, um so größer ist :die Gefuhr, idaß durch
Gasrestei, insbesondere durch CO 2 oder 02-Reste, der pH-Wert nach .der sauren
Seite umschlägt. Um dieser Gefahr zu entgehen, zog man es, -b:isher vor, mief einem
kleineng jedoch über i bis 2 mg/1 liegender Salzgehalt zu fahren und mußte info,lgeid#issen
einten entsprechenden; Verlust an Speisemausser, durch Abschlämmein oder Ablaugen
in Höhe von i bis 2°/o in Kauf nehmen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntniis zugrunde, daß es vorteilhafter
ist, mit einem Abdampfrückstand von weniger als i bis 2, mg/1 zu fahreni, ,da, der
hierbei erfo@rdierl@iche zusätzliche Aufwand für Mittel zur - Herabsetzung desi
Salzgeahaltes einerseits und, des Gasgehaltes andererseits durch Vereinfachung anderer
Apparat&-pjile großenteils wettgemacht wird und dies zudem eine wesentliche
Steigerung des wärmetechnischen Wirkungsgrades brinigt. Insbesondere wird die Apparatur
für die Doppelverdamp-£ung klein, weil wegen der fortfallenden Schlammwasserverlusite
nur noch ganz geringe Mengen Zusatzwasser benötigt werden. Ferner besteht, wie Verstuche
geizeigt haben, die Möglichkeit, eine Verschiebung dein pH-Weritesi in, das saune
Gebiet zu verhindern und dadurch die durch id'i:ei Natur des Restsiadzgehaltes gegebeine
alkalische pg-Stufe zu erhalten.
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.Indem somit gemäß. der Erfindung mit einen Speisewasser gefahren
wird, dessen Abdampfrücksta,nd durch Verwendung von mehrfach verdampftem Zusatzwaisiser
kleiner als i bis 2 mg/1 ist und dessen pH-Wert-Verschiebung in das . saure Gebiet
verhindert wird, besteht erstmalig die vorteilhafte Möglichkeit, eine Dampfkraftanlage,
für hohes T'emporaturem und Drücke fast oder auch völlig ohne Abschlämmen zu fahren.
Der erforderliche Grad der Gasabscheidung wird vorteilhaft durch Behandlung des
Speisewassers. mit Schallwellen herbeigeführ't, In der Zeichnung ist die Erfindung
beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i den Hauptkondenisator einer
Da,mpfkraftanlagei mit einer Vorrichtung zur Schallbehandlung des Kondensats in
schematischer Darstellung, Fig. 2 und 3 den Hauptkondensator mit Schallbehandlungseinrichtung
in zwei weiteren Aus.führungsformer.
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Der Hauptkondensator i der Fig. i mit seinem Kühlsystem 2, 2, dein
der Abdampf der Dampfkraftanlage durch eine Zuleitung 3 mit z. B. 35° und 0,057
atä zuströmt, ist über, seine Kondensat-1eitung 4 mit einem Behälter 5 verbunden.
Dem Kondensator werden über eine Zuleitung -6 die Nebenkondensate insbesondere aus
der Regenerätivän:lage und geringe Menagen Zusatzwasser über eine: Zuleitung 7 zugeführt:
Das Zusatzwasser dienet zum Ersatz der im Spenstwasserkreislauf der Dampfkraftanlage
auftreitenden, Verluste durch Undichtigkeiten und beim Entlüften oder AU.schwaden.
Ein Entsehlämmeni des Kessels findet nicht statt. Gegebenenfalls kann mach langen
Betriebsperioden von mehreren Wochen oder Monaten Idas Wasser :des Kreislaufes einmal
idurch Verdampfer geleitet werden, um etwaige Salzkonzentrationen zu beseitigen:
Es treten infolgedessen keine Verluste durch Abschlämmen auf und es eintfall-en
besondere Maßnahmen und Einrichtungen zur Rückgewinnung der Wärmeenergie des Schlammwas:siers,
wies ,sie bei hochwertigen Kraftänl@agen bisher erforderlich waren, zumal wenn,
wie vielfach üblich, der Salzgehalt durch Zudois:fe, ren von Alkalien noch künstlich
erhöht wurde, um den: alkalischen pg-Wert sicherzustellen. Im Gebensitz hierzu wird,
um zu einem möglichst niedrigen Salzgehalt und: Abdampfrückstand unter i mg/1 zu
gelangen, das 7,usatzwas.s,er aus salzarmem Weichwasseir dhrch Doppelverdampfung
gewonnen. Man gelangt so, z. B. auf einer Abdampfrücks:tand von o,5 rng/1. Um bei
diesem niedrigen: Salzgehalt die Bildung eines sauren pH-Wertes zu verhindern, wird
der 02- .bzw. C02-Gehalt in dem Behälter 5 auf einten, entsprechend niedrigen Wert
gebracht. Die C OAbscheidun:g erfolgt im dargestellten Beispiel durch Schallbehandlung.
Zu -diesem Zweck wird das Kondensat in ein oben offenes Steigrohr, 8 geführt, an
dessen Boden Schallsender 9 angebracht sind. Das. Kondensat steigt über der Strahlfläehe
deir Schallsender hoch und fällt schließlich über seinier Rand am oberen, offenien
Ende in den Behälter 5, aus dem es -dann durch :die Leitung io dIer Hauptkondensatp.umpe
zufließt. Der Dampfraum lese Behälters 5 isst an die Entlüftung i i deis Kondensators.
i angeschlossene durch die aus dem Kondensat infolgej der Beschad1ung austretende
02 und C 02-Reste entweichen. Praktisch wird man die Beschallungs,dauer so wählen,
daß die Bildung eines sauren pH-Wertes ausgeschlossen ist.
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Während das. Kondensat oder Speisewasser bei der Anlage nach Feig.
i bei seinem, Kreislauf auf dem Wege vom Hauptkondensator zur Hauptkondienisatpumpe
nur einmal dien Behälter 5 durchläuft und dabei der Schallbehandlung unterworfen
wird,
zeigt Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der das Speisewasser in einem an den Hauptkreislauf
angeschlossenen besonderen Kreislauf umgewälzt wird und dabei den Schallbehandlungsbehälter
5 mehrmals nacheinander durchläuft. Hierzu ist eine Umwälzleitung 12 und eine Umwälzpumpe
13 vorgesehen, durch die das Speisewasser, nachdem es den Behälter durchflossen
hat, wieder in den Kondensator i zurückgeführt wird. Nur ein Teil des Speisewassers
fließt über die Leitung 14 der Hauptkondensatpumpe zu. Es hängt vom Verhältnis der
geforderten Mengen im Haupt- und Nebenkreislauf ab, wie oft das Wasser durchschnittlich
den Schallbehandlungsbehälter 5 durchläuft, ehe es zur Hauptkondensatpumpe abfließt.
Bei einem Verhältnis 1 : 5 beispielsweise wird das Wasser im Durchschnitt erst,
nachdem es im Kreislauf über die Leitung 12 fünfmal umgewälzt worden ist, über die
Leitung 1.1 zur Hauptkondensatpumpe weiterfließen.
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Fig.3 schließlich zeigt eine Ausführungsform mit in den Hauptkondensator
15 eingebauter Umwälz- und Beschallungseinrichtung. Dabei ist in dem einen gewissen
Wasservorrat speichernden Hauptkondensator ein zentrales Steigrohr 16 mit Umwälzpumpe
17 und Schallerzeugern 18 angeordnet, in die das Kondensat durch Einlaßöffnungen
ig aus dem unteren Teil dies Behälters angesaugt wird und aus der es nach der Schallbehandlung
über zwei konzentrische Tassen 20, 21 mit Überlauf wieder in den Wasserraum des
Kondensators zurückfällt. Am Boden der Tasse 2o sind noch weitere Schallsender 22
angebracht. In gleicher Weise wie bei der Anlage nach Fig. 2 wird ein der Umwälzmenge
im Steigrohr 16 und der Fördermenge im Hauptkreislauf entsprechender Teil des beschallten,
Wa!s.seris aus der unteren: Tasse 2i über eines Leitung 23 vor der Hauptkonde@nsa,tpumpe
abgezogen. In: dem über den Schalls.trahlorn; 18, 22 hochsteigenden Wasser -werden
die 0z und C 02-Reste, zu größeren Bläschen und haben dadurch. bereits das Bestreiben,
hochzusteigen und zu entweichen, Diese Abscheidunig wird weiter wesentlich dadurch
gefördert, daß die Gasbläschen vom Wasserstrom im Steigrohr mitgenommen und an die
freue Waisseroberfläche in der Tasse 2o gebrarht werden. Durch den wiederho,lteni
Überlauf aus den Tassen 2o und 2i wird den Gasteilchen reichlich Gelegenheit zum
Entweichen gegeben. Weiterhin wirkt auch die von den Schallerzeugern entwickelte
Wärme durch Verluste bei. der elektroakustischen Umwandlung (W irbelstrom-und Hysteresis-Verluste)
und durch die Umsetzung der Schallenergie in der Flüssigkeit förderlich auf die
Abscheidung ein. Es: ergibt sich dadurch eine Dampfeintwicklu,ng1 die in an, sich
bekannter Weise ein Wiederinlösuniggehen der durch die Beischa:llung gebildeten
Gasbläschen verhindert und die @b@scheidung begünstigt. Die gleiche kombinierte
Schall-und Dampfbehandlung finCiet auch bei dien Ausführungen der Fig. i und :2
statt.
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Die Nebein:konde!nsutei werden bei 24., das durch Doppeilverda:mpfun,g
erzeugte Zusatzwasser durch eine Spritzrohra,nord'nung 25 im, den Kondensator eingeführt.
Das Zusatzwasser kann, mit dem Kondensat der H:auptlzond-ensatpump,e erst zufließen,
nachdem es die Schall- und Da:mpfb,eh an idilunigseinrich.tung durchlaufen hat.
Die abgeischied:enien Gaise werden von dem Abdampf mitgenommen, der bei 3 in den
Kondensator eintritt und das Kühlsystem 26 zu dem Luftauslaß 27 hin durchströmt,
wo, die nicht kondensierb.aren Gase entweichein.
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Der Behälter des Hauptkondensa:to,rs der Fig. 3 ist etwa, halbkugelförmig
ausgebildet, und das Kühlsystem ist in etwa: dreieckförnniger Ouerschni:tt:sform
so angeordnet, daß der "3#,bda:mpf nach der in deir Dreiecksspitze liegenden, Entlüftung
einen entsprecheind seinem Volumen allmählich abnehmenden Raumquerschnitt vorfindet.
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Die erforderliche Entgasung kann: restlos im Ha,uptko,ndeinsator bzw.
in dem mit dem Hauptkondensa,tor verbundenen Abscheider bewältigt werdemi. Zusätzliche
Entgasen insbesondere kostspielige und schwere Überdruckentgaser, sind nicht -erforderlich.
Auch kann die Dampfkraftanlage ohne zusätzlichen Speicher betrieben werden, da die
C02- Abscheidung kontinuierlich vor sich geht.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt,
vielmehr sind: noch mancherlei Abänderungen, und': auch andere Ausführungen möglich.
So muß die C 02-Abscheidung nicht -notwendig im Kondensator oder einem mit dein
Kondensator verbundenen Abscheiider erfolgen:, obwohl sie gerade da: besonders voTteilbaft
ist. Zumal für dien Betrieb und die Wirksamkeit der Schallsender ist das Arbeiten
im Unterdruckgeibiet günstiger. Diese Vereinigunig.des. Abscheiders mit Schall-
oder Dampfbehandlung mit dem Hauptkondensator kann somit vorteülhaft auch Anwendung
finden, wenn mit höherem Salzgehalt gefahren wird.
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Wenn: ein bereits: sehr salzarmes Weichwasser vorliegt, kann, rnan
für das, Zusatzwasser gegebenenfalls auch mit einfacher Verdampfung, auskommen,
wie es Überhaupt für dien Zweck der Erfindung grundsätzlich auf die Art .der Gewinnung
salzarmem Zusatzwassers nicht ankommt, weinn nur der Salzgeha:l.t auf irgendeine
Weisse auf dien erforderlichen niedrigen Wert gebracht ist. Beie stark salzha:l:tigem
Wasser kann auch eine mehr als zweimalige Verdampfung erforderlich sein. So, hat
man: schon, bei Schiffsanlagen eine Doppelverdampfung vorgesehen, trotzdem aber
bei weitem nicht die Grenze, von i mg/l unterschritten. Für solche An, lagaen, wäre!
also, ein mehr als zweistufiger Verdampfer vorzusehen, um das Verfahren nach der
Erfindung ausüben zu könnein.
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Die Schallbehandlung kann auch so, vor sich gehen, da:ß in einem geschlossenen,
vollkommen wassergefüllten Behälter beschallt und! das heschallte Wasser in einen
besonderen Behälter zur Ausscheidung .der C 02-Bläschen geleitet wird. Ferner könnten
an Steillee stationärer bewegliche Schallstrahler vorgesehen sein,, durch diie der
Wirkraum kontinuierlich überstrichen wird'. Es kann vorteilhaft sein, die Schallsender
nicht koutinu erlich, sondern stoßweise zu betreiben:. Schließlich könnte auch noch
zusätzlich Dampf zur CO.,-Ab-
scheidung eingeführt oder an
Stelle einer kombinierten Schall- und Dampf- mit einer reinere Dampfbehandlung gearbeitet
werden.