WO2017157487A1 - Raw water treatment - Google Patents

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Herbert FAHRNBAUER
Thomas Fuchs
Uwe Juretzek
Peter Widmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B01D5/0075—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes with heat exchanging
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D11/00—Feed-water supply not provided for in other main groups
    • F22D11/006—Arrangements of feedwater cleaning with a boiler

Definitions

  • Raw water treatment The invention relates to a power plant as well as a process for raw water treatment.
  • the raw water can alternatively or additionally via a heat exchanger 7, which is connected on the primary side in a branching off from the device 3 for cleaning wastewater sewer 8 and the secondary side in the raw water line 5 with waste water from the

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Abstract

The invention relates to a power station (1) having a water-steam circuit (2) and a device (3) that is connected to said water-steam circuit (2) and cleans wastewater from the water-steam circuit (2), wherein said device (3) for cleaning wastewater comprises a feed point (4) into which a raw water line (5) opens. The invention also relates to a method for treating raw water in a power station (1) with a water-steam circuit (2).

Description

Beschreibung description
Rohwasseraufbereitung Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage sowie ein Verfahren zur Rohwasseraufbereitung. Raw water treatment The invention relates to a power plant as well as a process for raw water treatment.
Thermische Kraftwerke sondern Abwässer aus Wasser-Dampf- Kreisläufen ab, den sogenannten Blow-Down. Dieses energierei- che und sehr saubere Wasser wird bisher meist als Abwasser verworfen . Thermal power plants but sewage from water-steam circuits from, the so-called blow-down. This energy-rich and very clean water has hitherto generally been rejected as wastewater.
Für die Nachspeisung in den Wasser-Dampf-Kreislauf wird üblicherweise eine herkömmliche Wasseraufbereitung bereitge- stellt, die aus Rohwasser (Flusswasser, Trinkwasser, Meerwasser) Deionat mit entsprechender Reinheit herstellt. Dieses wird als Make-up-Wasser zum Ausgleich der Verluste bereitgestellt . Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftwerksanlage bereitzustellen, die eine Rohwasseraufbereitung mit vergleichsweise geringen Investitions- und Betriebskosten ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Verfahren zur Rohwasseraufbereitung anzugeben. For the make-up in the water-steam cycle usually a conventional water treatment is provided, which produces from raw water (river water, drinking water, seawater) deionized with appropriate purity. This is provided as make-up water to compensate for the losses. The object of the invention is to provide a power plant that allows raw water treatment with relatively low investment and operating costs. Another object of the invention is to provide a corresponding method for raw water treatment.
Die Erfindung löst die auf eine Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einer derartigen Kraftwerksanlage mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf und mit einer mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf verbundenen Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf , die Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser eine Einspeisestelle umfasst, in die eine Rohwasserleitung mündet. Dadurch sinken die Investitionskosten, da statt in zwei separaten Wasseraufbereitungsanlagen die Aufbereitung von Kreislaufabwasser und Rohwasser in einer gemeinsamen Anlage erfolgt. The invention solves the task directed to a power plant by providing that in such a power plant with a water-steam cycle and connected to the water-steam circuit device for cleaning waste water from the water-steam cycle, the device for purifying wastewater comprises a feed point into which a raw water line opens. This reduces the investment costs, because instead of two separate water treatment plants, the treatment of cycle wastewater and raw water takes place in a common system.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser eine thermische Wasseraufbereitungsanlage. Eine solche Wasseraufbereitungsanlage hat gegenüber anderen Einrichtungen zur Reinigung von Flüssigkeiten den Vorteil, dass üblicherweise keine weiteren Stoffe zur Entfernung der Verunreinigungen hinzugefügt werden müssen. In an advantageous embodiment of the invention, the device for purifying wastewater comprises a thermal Water treatment plant. Such a water treatment plant has the advantage over other means for cleaning liquids that usually no further substances must be added to remove the impurities.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung einer thermischen Wasseraufbereitungsanlage ist durch die Humidifikation/Dehumi - difikation von Luft gegeben. Dies ist ein thermisches Wasse- raufbereitungsverfahren, bei dem Abwasser zum Teil in einem Luftstrom verdunstet wird und dieser verdunstete Wasseranteil anschließend wieder als „sauberes" Wasser auskondensiert wird . Es ist auch vorteilhaft, wenn die thermische Wasseraufbereitungsanlage eine Membrandestillationseinrichtung ist. Die Trennung von Wasser und Verunreinigungen geschieht durch eine mikroporöse, hydrophobe Membran, die von flüssigem Wasser nicht benetzt wird und gleichzeitig aber durch ihre hohe Po- rosität Wasserdampf gut durchlässt. Die Vorteile der Membrandestillation liegen wie beim zuvor genannten Verfahren zur Humidifikation/Dehumidifikation von Luft vor allem in den vergleichsweise niedrigen Betriebstemperaturen von 60°C bis 100 °C. Damit können auch Wärmequellen verwendet werden, deren Wärme in vielen Anwendungen aufgrund ihres geringen Niveaus einfach an die Umgebung abgegeben wird und verloren ist. A particularly advantageous embodiment of a thermal water treatment plant is given by the humidification / dehumidification of air. This is a thermal water treatment process in which waste water is partially evaporated in an air stream and this evaporated water is subsequently condensed out again as "clean" water Impurities are caused by a microporous, hydrophobic membrane, which is not wetted by liquid water and at the same time allows water vapor to pass well due to its high porosity.The advantages of membrane distillation are, as in the case of the aforementioned method for humidification / dehumidification of air, especially in the comparatively low operating temperatures from 60 ° C to 100 ° C, which can also be used to heat sources, where heat is simply released into the environment and lost in many applications due to its low level.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kraftwerksanlage ferner einen Wärmetauscher, der primär- seitig in eine von der Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser abzweigenden Abwasserleitung (Brine) und sekundärseitig in die Rohwasserleitung geschaltet ist. Somit kann die Energie des Blow-down-Wassers genutzt werden um das Rohwasser vorzuwärmen . In an advantageous embodiment of the invention, the power plant further comprises a heat exchanger, which is on the primary side in a branched off from the device for cleaning waste water sewer (Brine) and secondary side connected in the raw water line. Thus, the energy of the blow-down water can be used to preheat the raw water.
In einer alternativen Ausführungsform ist eine von der Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser unabhängige Wärmequelle in die Rohwasserleitung geschaltet. Eine derartige Vorwärmung des Rohwassers durch Abwasserwärme oder externe Wärmequellen vor der Einspeisung auf einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau in die Membran- destillationsanlage hat den Vorteil, dass etwa im Rohwasser enthaltene Calcium- und Magnesium-Bestandteile in Lösung bleiben und nicht auf den Membranen ausfallen. Somit kann auch das Rohwasser bis zu einer Reinheit gebracht werden, bei der eine nachgeschaltete Feinreinigung (Mischbettfilter, Elektrodeionisation) ausreicht, um die Anforderungen an das Make-up-Wasser für den Wasser-Dampf-Kreislauf einzuhalten. In an alternative embodiment, a heat source independent of the wastewater treatment device is connected to the raw water line. Such a preheating of the raw water by waste heat or external heat sources before feeding at a relatively low temperature level in the membrane distillation plant has the advantage that about calcium contained in the raw water and magnesium components remain in solution and do not precipitate on the membranes. Thus, the raw water can be brought to a purity in which a subsequent fine cleaning (mixed bed filter, electrodeionization) is sufficient to meet the requirements of the make-up water for the water-steam cycle.
Mit der Erfindung wird das zur Deckung der Wasserbilanz erforderliche Rohwasser an optimaler Stelle in den Verfahrens- prozess der Membrandestillation eingespeist. Damit wird ein für die Zusatzwasserreinigung optimales Temperaturniveau eingestellt. Die Einspeisung an einer Stelle mit niedrigem Temperaturniveau in beiden Prozessen, der Abwasserreinigung und der Rohwasseraufbereitung, erlaubt Rohwasser mit höherem Ge- halt an Calcium und Magnesium ohne Ausfällung von Calcium- und Magnesium-Salzen aufzubereiten. With the invention, the raw water required to cover the water balance is fed at the optimum point into the process of membrane distillation. This sets an optimum temperature level for the additional water purification. Feeding at a location with a low temperature level in both processes, wastewater treatment and raw water treatment, allows raw water with a higher content of calcium and magnesium to be treated without precipitation of calcium and magnesium salts.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Rohwasseraufbereitung in einer Kraftwerks- anläge mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf und einer Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf , bei dem Rohwasser der Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf vorgewärmt zugeführt wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Rohwasser im Wärmetausch mit Abwasser (Brine) aus der Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf vorgewärmt wird. The object directed to a method is achieved by a method for raw water treatment in a power plant with a water-steam circuit and a device for cleaning waste water from the water-steam cycle, in the raw water of the device for cleaning wastewater from the water-steam cycle is supplied preheated. It is advantageous if the raw water is preheated in heat exchange with wastewater (Brine) from the device for cleaning wastewater from the water-steam cycle.
Alternativ oder ergänzend kann es vorteilhaft sein, wenn Roh- wasser durch eine von der Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser unabhängige Wärmequelle vorgewärmt wird, bevor es der Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser zugeführt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Abwasser aus dem Wasser- Dampf-Kreislauf und Rohwasser in der Vorrichtung zur Reinigung mittels einer Anlage zur Humidification/Dehumidification von Luft oder mittels Membrandestillation gereinigt werden. Alternatively or additionally, it may be advantageous if raw water is preheated by a heat source independent of the device for purifying wastewater before it is fed to the device for purifying wastewater. It is particularly advantageous if wastewater from the water-steam cycle and raw water in the device for cleaning by means of a plant for humidification / Dehumidification be purified by air or by membrane distillation.
Die Erfindung wird beispielhaft für eine Membrandestillation anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt schematisch und nicht maßstäblich: Figur 1 eine Kraftwerksanlage nach der Erfindung. The invention will be explained in more detail by way of example for a membrane distillation with reference to the drawings. It shows schematically and not to scale: Figure 1 shows a power plant according to the invention.
Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine erfindungsgemäße Kraftwerksanlage 1 mit einem Wasser-Dampf- Kreislauf 2, in den ein Speisewasserbehälter 10, eine Ver- dampfungseinrichtung 11, eine Dampfturbine 12 und ein Kondensator 13 hintereinander geschaltet sind. Im Betrieb der 1 shows schematically and by way of example a power plant 1 according to the invention with a water-steam circuit 2, in which a feedwater tank 10, an evaporator 11, a steam turbine 12 and a condenser 13 are connected in series. In operation of the
Kraftwerksanlage 1 fallen Abwässer an, die in einer Vorrichtung 3 zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf- Kreislauf 2 wieder aufbereitet und in den Prozess zurückge- führt werden. Power plant 1 fall to wastewater, which are recycled in a device 3 for purifying waste water from the water-steam cycle 2 and returned to the process.
Die Kraftwerksanlage 1 umfasst zu diesem Zweck einen Entspannungsbehälter/ Verdampfer 14, der zur Aufnahme und zumindest teilweisen Verdampfung von Abwasser aus dem Wasser-Dampf- Kreislauf 2 mit diesem über eine Abwasserzuleitung 15 verbunden ist. The power plant 1 comprises for this purpose a flash tank / evaporator 14, which is connected for receiving and at least partial evaporation of waste water from the water-steam circuit 2 with this via a waste water supply line 15.
Die Kraftwerksanlage 1 der Figur 1 umfasst weiter eine erste Kondensationsstufe 16, die über eine Dampfleitung 17 mit dem Entspannungsbehälter/ Verdampfer 14 verbunden ist. Das imThe power plant 1 of Figure 1 further comprises a first condensation stage 16, which is connected via a steam line 17 with the flash tank / evaporator 14. The im
Entspannungsbehälter/ Verdampfer 14 verdampfte Abwasser (die dazu notwendige Verdampfungswärme kann aus dem Abwasser selbst oder aus einer externen Wärmequelle 25 stammen) wird in der ersten Kondensationsstufe 16 kondensiert und über eine Kondensatrückführungsleitung 18, die von der ersten Kondensationsstufe 16 abzweigt, in den Wasser-Dampf-Kreislauf 2 zurückgeführt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 mündet die Kondensatrückführungsleitung 18 in den Speisewasserbehälter 10. Expansion tank / evaporator 14 evaporated waste water (the necessary heat of vaporization can come from the waste water itself or from an external heat source 25) is condensed in the first condensation stage 16 and via a condensate return line 18, which branches off from the first condensation stage 16, into the water vapor -Circuit 2 returned. In the embodiment of Figure 1 opens the Condensate return line 18 in the feedwater tank 10th
Zur weiteren Abwasserreinigung umfasst die Kraftwerksanlage 1 der Figur 1 neben dem Entspannungsbehälter/ Verdampfer 14 und der ersten Kondensationsstufe 16 ferner eine Destillationseinrichtung 6, die thermisch an die erste Kondensationsstufe 16 gekoppelt ist, so dass Kondensationswärme an die Destillationseinrichtung 6 übertragbar ist. Über eine Abwasserablei - tung 23 wird im Entspannungsbehälter/ Verdampfer nicht verdampftes Abwasser der Destillationseinrichtung 6 zugeführt. For further wastewater treatment, the power plant 1 of Figure 1 in addition to the flash tank / evaporator 14 and the first condensation stage 16 further comprises a distillation device 6, which is thermally coupled to the first condensation stage 16, so that heat of condensation is transferable to the distillation device 6. Via a waste water discharge 23, non-evaporated waste water is fed to the distillation device 6 in the flash tank / evaporator.
Die Destillationseinrichtung 6 weist eine Rezirkulations- leitung 24 auf. Somit können die Rückgewinnungsrate erhöht bzw. die endgültige Abwassermenge verringert werden. The distillation device 6 has a recirculation line 24. Thus, the recovery rate can be increased or the final wastewater amount can be reduced.
Zur abschließenden Aufbereitung ist der Destillationseinrichtung 6 und einer Endkondensationsstufe 19 über eine Kondensatleitung 20 eine Deionisationsanlage 21 nachgeschaltet, welche vollentsalztes Wasser über eine entsprechende Deionat- leitung 22 an den Speisewasserbehälter 10 abgibt. For the final treatment of the distillation device 6 and a final condensation stage 19 via a condensate line 20 is followed by a Deionisationsanlage 21, which delivers demineralized water via a corresponding Deionat- line 22 to the feedwater tank 10.
Gemäß der Erfindung wird nun Rohwasser über eine entsprechende Rohwasserleitung 5 an einer Einspeisestelle 4 der Vorrich- tung 3 zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-According to the invention, raw water is now conveyed via a corresponding raw water line 5 at a feed point 4 of the device 3 for the purpose of purifying waste water from the water-steam flow.
Kreislauf 2 zugeführt. Vor der Einspeisung kann das Rohwasser alternativ oder ergänzend über einen Wärmetauscher 7, der primärseitig in eine von der Vorrichtung 3 zum Reinigen von Abwasser abzweigenden Abwasserleitung 8 und sekundärseitig in die Rohwasserleitung 5 geschaltet ist mit Abwasser aus derCircuit 2 fed. Before the feed, the raw water can alternatively or additionally via a heat exchanger 7, which is connected on the primary side in a branching off from the device 3 for cleaning wastewater sewer 8 and the secondary side in the raw water line 5 with waste water from the
Vorrichtung 3 zur Reinigung bzw. über eine unabhängige Wärmequelle 9 vorgewärmt werden. Device 3 are preheated for cleaning or via an independent heat source 9.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kraftwerksanlage (1) mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf (2) und mit einer mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf (2) verbundenen Vorrichtung (3) zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (3) zum Reinigen von Abwasser eine Einspeisestelle (4) umfasst, in die eine Rohwasserleitung (5) mündet. 1. power plant (1) with a water-steam cycle (2) and with the water-steam circuit (2) connected to the device (3) for the purification of waste water from the water-steam cycle (2), characterized in that the device (3) for purifying wastewater comprises a feed point (4) into which a raw water line (5) opens.
2. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (3) zum Reinigen von Abwasser eine thermische Wasseraufbereitungsanlage (6) umfasst. Second power plant (1) according to claim 1, wherein the device (3) for the purification of wastewater comprises a thermal water treatment plant (6).
3. Kraftwerkanlage (1) nach Anspruch 2, wobei die thermische Wasseraufbereitungsanlage (6) eine Anlage zur Humidiica- tion/Dehumidification von Luft ist. 3. Power plant (1) according to claim 2, wherein the thermal water treatment plant (6) is a plant for Humidi / tion / Dehumidification of air.
4. Kraftwerkanlage (1) nach Anspruch 2, wobei die thermische Wasseraufbereitungsanlage (6) eine Membrandestillationseinrichtung ist. 4. Power plant (1) according to claim 2, wherein the thermal water treatment plant (6) is a membrane distillation device.
5. Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Wärmetauscher (7) , der primärseitig in eine von der Vorrichtung (3) zum Reinigen von Abwasser abzweigenden Abwasserleitung (8) und sekun- därseitig in die Rohwasserleitung (5) geschaltet ist. 5. Power plant (1) according to any one of the preceding claims, further comprising a heat exchanger (7), the primary side in one of the device (3) for purifying wastewater branching sewer line (8) and secondary side connected in the raw water line (5) is.
6. Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine von der Vorrichtung (3) zur Reinigung von Abwasser unabhängige Wärmequelle (9) in die Rohwasserleitung (5) geschaltet ist. 6. Power plant (1) according to one of the preceding claims, wherein one of the device (3) for the purification of waste water independent heat source (9) is connected in the raw water line (5).
7. Verfahren zur Rohwasseraufbereitung in einer Kraftwerksanlage (1) mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf (2) und einer Vorrichtung (3) zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser- Dampf-Kreislauf (2), dadurch gekennzeichnet, dass Rohwas- ser der Vorrichtung (3) zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf -Kreislauf (2) vorgewärmt zugeführt wird. 7. A process for raw water treatment in a power plant (1) with a water-steam cycle (2) and a device (3) for the purification of waste water from the water-steam cycle (2), characterized in that Rohwas- water of the device (3) for purifying wastewater from the water-steam cycle (2) is supplied preheated.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Rohwasser im Wärmetausch mit Abwasser aus der Vorrichtung (3) zum Reinigen von Abwasser aus dem Wasser-Dampf -Kreislauf (2) vorgewärmt wird. The method of claim 7, wherein the raw water is preheated in heat exchange with waste water from the device (3) for purifying waste water from the water-steam cycle (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei Rohwasser durch eine von der Vorrichtung (3) zur Reinigung von Abwasser unabhängige Wärmequelle (9) vorgewärmt wird, bevor es der Vorrichtung (3) zur Reinigung von Abwasser zugeführt wird. A method according to any one of claims 7 or 8, wherein raw water is preheated by a heat source (9) independent of the waste water purification apparatus (3) before being supplied to the waste water purification apparatus (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Abwas ser aus dem Wasser-Dampf -Kreislauf (2) und Rohwasser in der Vorrichtung (3) zur Reinigung mittels einer Anlage zur Humidification/Dehumidification von Luft gereinigt werden Method according to one of claims 7 to 9, wherein wastewater from the water-steam cycle (2) and raw water in the device (3) are cleaned for cleaning by means of a humidification / Dehumidification plant of air
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Abwas ser aus dem Wasser-Dampf -Kreislauf (2) und Rohwasser in der Vorrichtung (3) zur Reinigung mittels Membrandestillation gereinigt werden. Method according to one of claims 7 to 9, wherein waste water from the water-steam cycle (2) and raw water in the device (3) are cleaned for cleaning by means of membrane distillation.
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