DE102009007193A1 - Purifying salt-containing water using hot exhaust gases of combustion device of gas-turbine power plant, comprises partially evaporating the water to be cleaned with exhaust gas by direct heat transfer and then removing droplets of steam - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches AnwendungsgebietTechnical application
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen salzhaltigen Wassers mittels heisser Abgase gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 6.The The invention relates to a method for purifying saline water by means of hot exhaust gases according to the preamble of the claim 1 and an arrangement for carrying out the method according to claim 6.
Stand der TechnikState of the art
Zur Entsalzung von Wasser, insbesondere von Meerwasser, sind verschiedene etablierte Techniken, wie die Umkehrosmose (reverse osmosis) oder die mehrstufige Entspannungsverdampfung (Multi-Stage-Flash-Evaporation (MSF)) bekannt. Beim MSF-Verfahren wird Salzwasser durch ein heißes Abgas eines Kraftwerks erhitzt. Anschließend verdampft das erhitzte Salzwasser in mehreren nachfolgenden Entspannungsstufen. Das sich an Kühlrohren niederschlagende Kondensat wird als salzfreies Wasser abgezogen. Hierbei kommt das zu entsalzende Wasser nicht direkt mit dem Abgas des Kraftwerks in Berührung.to Desalination of water, especially of seawater, are different established techniques, such as reverse osmosis or the multi-stage flash evaporation (multi-stage flash evaporation (MSF)). In the MSF process, salt water is replaced by a hot Exhaust gas of a power plant heated. Then evaporated the heated salt water in several subsequent relaxation stages. The condensate that condenses on the cooling pipes becomes withdrawn as salt-free water. Here comes to be desalted Water is not directly in contact with the exhaust gas of the power plant.
Die
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein neues Verfahren und eine neue Anordnung zum Reinigen salzhaltigen Wassers mittels heisser Abgase, insbesondere solcher einer Gasturbine, vorzuschlagen, die es erlauben, die latente Abgaswärme nutzbringend einzusetzen und damit den thermischen Wirkungsgrad einer Verbrennungsanlage, insbesondere eines Gasturbinenkraftwerks, signifikant zu erhöhen.task The present invention is now a new method and a new arrangement for cleaning saline water by means of hot Exhaust gases, in particular those of a gas turbine to propose, the make it possible to use the latent heat of exhaust gas profitably and thus the thermal efficiency of a combustion plant, in particular of a gas turbine power plant to increase significantly.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Entsalzung von Wasser mittels heisser Abgase mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine entsprechende Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These Task is by a process for the desalination of water by hot exhaust gases with the features of claim 1 and by a corresponding arrangement solved with the features of claim 6. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent Claims.
Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindungen besteht darin, das zu reinigende salzhaltige Wasser, wie beispielsweise zu entsalzendes Meerwasser, direkt mit den heissen Abgasen in einer vorgegebenen Umgebung in Kontakt zu bringen, so dass die im Abgas noch enthaltene Wärmeenergie effizient das zu reinigende Wasser bis etwa zum Siedepunkt des Wassers aufheizt, um ein teilweises Verdampfen des Wassers zu bewirken. Der so erzeugte Wasserdampf enthält weiterhin eine flüssige Phase in Form von Tröpfchen, in denen Salz in hoher Konzentration verbleibt. Durch Abscheiden der Tröpfchen aus dem Wasserdampf wird ein Dampf aus im Wesentlichen entsalztem Wasser erhalten, der nach Kondensation als gereinigtes Wasser abgeschieden wird. Die abgeschiedenen Tröpfchen bilden eine Salzlake, die das ursprünglich im zu reinigenden Wasser enthaltene Salz in hoher Konzentration enthält. Da in der Regel das Abgas moderner Gasturbinenkraftwerke bereits gefiltert ist und daher nur noch sehr wenige Partikel enthält, also relativ rein ist, wird durch die Erfindung trotz des direkten Kontakts des Abgases mit dem zu reinigenden Wasser ein derart gereinigtes Wasser erhalten, das sich vor allem für industrielle Zwecke und möglicherweise sogar für die Benutzung in Haushalten eignet, insbesondere wenn ein Minimum an zusätzlicher Technologie zur Aufbereitung eingesetzt wird, beispielsweise zur Mineralisierung des gereinigten Wassers. Die Erfindung ist vor allem zur Anwendung bei Gasturbinenkraftwerken nahe an Salzwassermeeren oder -seen oder als Kogenerationsvorrichtung neben einem Abhitzedampferzeuger (Heat-Recovery Steam Generator (HRSG)) mit gemeinsamer Heissgasversorgung geeignet. Die Erfindung kann auch in Kombination mit der mehrstufigen Entspannungsverdampfung (MSF-Verfahren) eingesetzt werden, insbesondere durch Benutzung von zirkulierendem Wasser für die Beheizung der mehrstufigen Entspannungsverdampfung, anstelle einer direkten Kühlung.One The essential idea of the present invention is that the saline water to be purified, such as to be desalted Seawater, directly with the hot exhaust gases in a given To bring environment in contact, so that the exhaust still contained Heat energy efficiently the water to be purified to about to the boiling point of the water heats up to a partial evaporation to effect the water. The water vapor thus produced contains continue a liquid phase in the form of droplets, in which salt remains in high concentration. By separating the Droplets of the water vapor become a vapor of essentially desalinated water, which after condensation as purified Water is separated. The separated droplets form a brine, which originally in the to be cleaned Contains water containing salt in high concentration. As a rule, the exhaust gas of modern gas turbine power plants already is filtered and therefore contains only very few particles, So is relatively pure, is achieved by the invention despite the direct Contact of the exhaust gas with the water to be purified such purified water received, especially for industrial purposes and possibly even for household use is suitable, especially if a minimum of additional technology used for processing, for example for mineralization of purified water. The invention is primarily for use at gas turbine power plants near saltwater seas or lakes or as a cogeneration device in addition to a heat recovery steam generator (heat recovery Steam Generator (HRSG)) with common hot gas supply suitable. The invention may also be used in combination with multi-stage flash evaporation (MSF method) are used, in particular by use of circulating water for heating the multi-level Flash evaporation, instead of direct cooling.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Entsalzung von Wasser mit heissem Abgas, das die folgenden Schritte aufweist:
- – teilweises Verdampfen des zu reinigenden Wassers durch direkte Wärmeübertragung aus dem Abgas; und
- – Entfernen von Tröpfchen aus dem durch den vorhergehenden Schritt erzeugten Wasserdampf.
- - Partial evaporation of the water to be purified by direct heat transfer from the exhaust gas; and
- Removing droplets from the water vapor generated by the preceding step.
Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte aufweisen:
- – Kondensieren des weitgehend tröpfchenfreien Wasserdampfs; und
- – Abführen des durch den vorhergehenden Schritt erzeugten Wassers.
- - condensing the largely droplet-free water vapor; and
- - removing the water generated by the previous step.
Der Schritt des teilweisen Verdampfens kann ferner einschliessen, dass das zu reinigende Wasser in das strömende Heissgas eingesprüht wird. Hierdurch kann ein effizientes Verdampfen des zu reinigenden Wassers erzielt werden, da die durch das Einsprühen des Wassers erzeugten Tröpfchen schneller verdampfen können.Of the The step of partial evaporation may further include that the water to be purified is sprayed into the flowing hot gas becomes. This allows an efficient evaporation of the water to be purified be achieved, as by the spraying of the water produced droplets can evaporate faster.
Der Schritt des Kondensierens kann ferner aufweisen, dass der weitgehend tröpfchenfreie Wasserdampf durch eine indirekte Kühlung kondensiert und das kondensierte Wasser gereinigt wird. Die indirekte Kühlung vermeidet eine Verunreinigung des Wasserdampfes. Zudem kann für die indirekte Kühlung aus dem Kreislauf des zu reinigenden Wassers abgezweigtes Wasser verwendet werden.Of the Condensation step may further comprise that of the substantially droplet-free water vapor through indirect cooling condensed and the condensed water is purified. The indirect cooling avoids contamination of the water vapor. In addition, for the indirect cooling from the circulation of the to be cleaned Water diverted water can be used.
Das kondensierte Wasser kann weiterhin gereinigt werden, indem es gefiltert wird. Mit einer solchen Filterung können ggf. noch im kondensierten Wasser enthaltene Partikel aus dem Abgas, wie beispielsweise Verbrennungsrückstände, entfernt werden.The Condensed water can be further purified by being filtered becomes. With such a filtering can possibly still in the condensed Water contained particles from the exhaust gas, such as combustion residues, be removed.
Insbesondere können das zu reinigende Wasser zu entsalzendes Meeerwasser und das Abgas das Heißgas am Auslass einer Gasturbine sein. Dies ermöglicht den Einsatz mit einem Gasturbinenkraftwerk, das in der Nähe von Salzwasser betrieben wird, beispielsweise an Meeresküsten. So kann die latente Wärme der Abgase eines Gasturbinenkraftwerks zur Meerwasserentsalzung verwendet werden. Dies trägt zu einer Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades des Gasturbinenkraftwerks bei.Especially the water to be purified can be demineralised seawater and the exhaust gas is the hot gas at the outlet of a gas turbine. This allows use with a gas turbine power plant, which is operated near salt water, for example on seacoasts. So can the latent heat of the exhaust gases a gas turbine power plant for seawater desalination. This contributes to an increase in the thermal efficiency of the gas turbine power plant.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Anordnung zum Reinigen salzhaltigen Wassers mittels aus einer Verbrennung herrührender heisser Abgase vorgesehen, die folgendes aufweist:
- – eine erste Vorrichtung zum teilweisen Verdampfen des zu entsalzenden Wassers durch direktes Inkontaktbringen mit dem Abgas; und
- – eine zweite Vorrichtung zum Entfernen von Tröpfchen aus dem von der ersten Vorrichtung erzeugten Wasserdampf.
- - A first device for partially evaporating the water to be desalinated by directly contacting the exhaust gas; and
- A second device for removing droplets from the water vapor generated by the first device.
Weiterhin kann eine dritte Vorrichtung zum Kondensieren des von der zweiten Vorrichtung erzeugten weitgehend tröpfchenfreien Wasserdampfs und zum Abführen des dadurch erzeugten Wassers vorgesehen sein.Farther may be a third device for condensing of the second Device generated largely droplet-free water vapor and be provided for discharging the water generated thereby.
Die erste Vorrichtung kann eine Abkühlvorrichtung sein, in der das zu reinigende Wasser in das Abgas eingesprüht wird.The first device may be a cooling device, in the water to be purified is sprayed into the exhaust gas.
Die dritte Vorrichtung kann eine indirekte Kühlvorrichtung zum Kondensieren des weitgehend tröpfchenfreien Wasserdampfs und einen Sprühturm aufweisen, in den das von der indirekten Kühlvorrichtung abgegebene Wasser eingeführt wird, um als gereinigtes Wasser ablaufen zu können.The third device may be an indirect cooling device for condensing the substantially droplet-free water vapor and having a spray tower into which that of the indirect Cooling device is introduced water discharged, to drain as purified water.
Der Sprühturm kann ferner eine Füllkörperstufe zum Reinigen von Wasser aufweisen, über die das von der indirekten Kühlvorrichtung abgegebene Wasser zwecks Erhöhung der zur Verfügung stehenden Stoffaustauschoberfläche geleitet wird.Of the Spray tower may further include a packed stage for cleaning water over which the of the Indirect cooler dispensed water in order to increase the available mass transfer surface is directed.
Ferner kann ein Bypass für das Abgas vorgesehen sein, der zwischen der Abgaszuführung zur ersten Vorrichtung und einer Wasserdampf-Abführung der dritten Vorrichtung angeordnet ist. Dadurch kann die Zufuhr von Abgas zur Entsalzung effizient geregelt werden.Further a bypass for the exhaust gas may be provided between the exhaust gas supply to the first device and a water vapor discharge the third device is arranged. This allows the feed be controlled efficiently by exhaust gas for desalination.
Die zweite Vorrichtung kann einen Ablauf für Wasser aufweisen, der mit einem Zirkulationstank gekoppelt ist, in den aus der zweiten Vorrichtung ablaufendes Wasser fließen kann, wobei ein Ablauf für Wasser des Zirkulationstanks mit einer Wasserzuführung der ersten Vorrichtung gekoppelt ist.The second device may have a drain for water, which is coupled to a circulation tank, in the second Device running water can flow, with a Drain for water of the circulation tank with a water supply the first device is coupled.
Mit Hilfe der Erfindung gelingt es, mit einem vergleichsweise geringen Aufwand an Investitionen ein Gasturbinenkraftwerk nachzurüsten und damit durch Nutzung der Abgaswärme dessen Wirkungsgrad erheblich zu steigern.With Help of the invention succeeds, with a comparatively small Retrofit investment to retrofit a gas turbine power plant and thus by using the exhaust heat whose efficiency significantly increase.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel.Further Advantages and applications of the present invention will be apparent from the following description in conjunction with the embodiment shown in the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Die Zeichnungen zeigen inThe Drawings show in
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Im Folgenden sind gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden angegebene absolute Werte und Maßangaben sind nur beispielhafte Werte und stellen keine Beschränkung der Erfindung auf derartige Dimensionen dar.in the The following are the same and / or functionally identical elements with provide the same reference numerals. The absolute number given below Values and dimensions are only exemplary values and do not represent any Limitation of the invention to such dimensions.
Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Reinigung salzhaltigen Wassers beschrieben, wie sie beispielsweise zusammen mit Gasturbinenkraftwerken zur Meerwasserentsalzung eingesetzt werden können. Die Erfindung kann aber grundsätzlich zur Reinigen von Wasser mittels Abgasen aus einem thermischen Prozess eingesetzt werden, insbesondere wenn das Abgas von einer Abhitze erzeugenden Vorrichtung oder Anlage, wie einem Kraftwerk oder einer Gasturbine stammt.It Now, various embodiments of the invention for the purification of saline water, as for example used together with gas turbine power plants for seawater desalination can be. The invention can, however, in principle for purifying water by means of exhaust gases from a thermal process be used, especially if the exhaust gas from a waste heat generating device or plant, such as a power plant or a Gas turbine comes.
Die Erfindung basiert, wie oben bereits erläutert, darauf, das zu entsalzende Wasser, also beispielsweise Meerwasser, direkt mit dem Abgas unter vorgegebenen Umgebungsbedingungen in Kontakt zu bringen, so dass das zu entsalzende Wasser etwa bis zum Siedepunkt des Wassers erhitzt wird, so dass dieses teilweise verdampft. Bei diesem Prozess verbleiben Verunreinigungen, wie Salze, in der flüssigen Phase des Abgas-Wasser-Gemisches und können daher in einem nachfolgenden Tropfenabscheider von der gasförmigen Phase getrennt werden. Durch eine nachfolgende Kondensation kann aus der gasförmigen Phase dann gereinigtes Wasser gewonnen werden.The Invention is based, as already explained above, on the water to be desalinated, so for example seawater, directly in contact with the exhaust gas under predetermined environmental conditions to bring so that the water to be desalinated to about the boiling point the water is heated so that it partially evaporates. at In this process, impurities, such as salts, remain in the liquid Phase of the exhaust-water mixture and can therefore in one subsequent droplet separator of the gaseous phase be separated. By a subsequent condensation can from the gaseous phase then purified water can be recovered.
In
Die
Einsprühvorrichtung
Das
derart erzeugte Gemisch
Aus
dem Zirkulationstank
Das
im Tropfenabscheider
In
Durch
die in den
Die
gezeigten Anordnungen können mit dem Auslass einer Gasturbine
gekoppelt sein. Hierzu können das Abschaltventil V1, das
Einlaßventil V2 sowie ein Drosselventil V4 im Bypass vorgesehen
sein. Gesteuert von dem Drosselventil V4 kann ein Anteil des Abgases,
beispielsweise 1% bis 2%, über den Bypass fließen, um
so die Temperatur des in den Gasmischer
Im
Folgenden wird eine beispielhafte Berechnung einer Massenbilanz
des in der Vorrichtung gemäss
Das
bedeutet, dass der maximale Betrag von wieder aufbereitetem reinem
Kondenswasser auf etwa 50 kg/s begrenzt ist. In der Praxis wird
allerdings weit weniger reines Kondenswasser erzeugt werden können, da
die Kapazität des gesamten Reinigungssystems auf die Menge
von Wasser begrenzt ist, die durch das System fließen kann,
ohne es zu überfluten. Die berechneten Massen der Bilanz
sind in der folgenden Tabelle angegeben:
In
der obigen Tabelle sind die grundlegenden Massenflüsse
im Sprühturm bzw. Kondensator
Als
Kühler
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
Im Folgenden werden einige Hinweise zur Implementierung einer erfindungsgemäßen Anordnung gegeben: Sowohl die Zuführung als auch der obere Abschnitt der Abkühlvorrichtung sollten aus einer Hochtemperaturlegierung gefertigt sein, um den hohen Temperaturen des eingeleiteten Heißgases widerstehen zu können. Die übrigen Teile können aus Kunststoff gefertigt sein. Behälter für Salzwasser sollten salzwasserbeständig sein. Weiterhin sollte von aussen zugeführtes Wasser gefiltert werden, um Partikel weitgehend zu entfernen, welche ein Zusetzen von Düsen und Ventilen bewirken können.in the Below are some hints for the implementation of an inventive Arrangement given: Both the feeder and the upper Section of the cooling device should be made of a high temperature alloy be manufactured to the high temperatures of the introduced hot gas to be able to resist. The remaining parts can be made of plastic. Container for salt water should be saltwater resistant. Furthermore, should from externally supplied water can be filtered to particles largely to remove, which is a clogging of nozzles and valves can cause.
Die Erfindung kann auch für die Reinigung des Abgases eingesetzt werden. Die Erfindung eignet sich beispielsweise prinzipiell auch zum Reinigen von Abgas, wenn das zugeführte Wasser fähig ist, Schwefeloxide SOx aus dem Abgas zu entfernen, ferner die Möglichkeit besteht, Säureneutralisierungsmittel hinzuzufügen.The invention can also be used for the purification of the exhaust gas. For example, the invention is in principle also suitable for purifying exhaust gas if the supplied water is capable of removing sulfur oxides SO x from the exhaust gas, and it is also possible to add acid neutralizing agents.
Durch die Erfindung kann auch die Effizienz einer konventionellen Destillationseinheit mit dem eingangs erwähnten MSF-Verfahren dadurch erhöht werden, dass eine größere Menge an gereinigtem Wasser aus nahezu derselben abzuführenden Hitze im Abgas erzeugt wird.By the invention can also improve the efficiency of a conventional distillation unit increased by the aforementioned MSF method thereby be that a larger amount of purified Water from almost the same dissipated heat in the exhaust is produced.
- 11
- Heißgas (heißes Abgas) von Gasturbinehot gas (hot exhaust gas) from gas turbine
- 22
- Bypaß für HeißgasBypass for hot gas
- 33
- Gemisch von Heißgas und Dampf auf konzentrierter Flächemixture of hot gas and steam on a concentrated surface
- 44
- Abkühlvorrichtungcooling device
- 4.14.1
- EinsprühvorrichtungEinsprühvorrichtung
- 55
- TropfenabscheiderDroplet
- 5.15.1
- Pumpepump
- 66
- Gemisch aus Heißgas und Dampfmixture from hot gas and steam
- 77
- Sprühturm/KondensatorSpray tower / condenser
- 7.17.1
- Sprühvorrichtungsprayer
- 7.27.2
- Pumpepump
- 88th
- Füllkörperpacking
- 99
- Gasmischergas mixer
- 1010
- Abzug zum Kamindeduction to the fireplace
- 1111
- Wasserzulaufwater supply
- 11.111.1
- Pumpepump
- 1212
- SchneckenabscheiderSchneckenabscheider
- 1313
- Zirkulationstankcirculation tank
- 13.113.1
- Pumpepump
- 13.213.2
- Pumpepump
- 1414
- Indirekter Kühlerindirect cooler
- 14.114.1
- Pumpepump
- 1515
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 1616
-
Becken
16 mit kaltem Salzwasserpool16 with cold salt water - 1717
- Abzugdeduction
- V1–V4V1-V4
- Ventilevalves
- GTGT
- Gasturbinegas turbine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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Effective date: 20110901 |