DE1792313A1

DE1792313A1 - Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von Suesswasser aus Meer- oder Brackwasser

Info

Publication number: DE1792313A1
Application number: DE19681792313
Authority: DE
Inventors: Klaus Ruthrof
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-08-17
Filing date: 1968-08-17
Publication date: 1972-03-02
Also published as: IL32804A; IL32804A0; DE1792313C3; NL6910307A; FR2015850A1; DE1792313B2; CH491056A; ES370565A1; IT1047879B; GB1268697A; BE737538A; JPS512431B1

Description

Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von Süßwasser aus Meer- oder Brackwasser

Zur Gewinnung von Süßwasser aus Meer- oder Brackwasser sind zahlreiche Verfahren bekannt,«-die teilweise auf einer Entspannungsverdampfung beruhen. Dabei wird das vorgeheizte Meerwasser stufen-

weise entspannt und die entstehenden Brüden an Kon,densato.ren niedergeschlagen. Das Meerwasser wird dabei gleichzeitig vorgeheizt. Diese bisher bekannten Verfahren haben jedoch den "Nachtep.!, daß das entstehende Süßwasser wegen der im allgemeinen hohen Aufwärmespanne vor der Entspannung für eine gewerbliche Verwertung noch zu teuer ist. ' ■

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Aus diesem Grunde liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, ein_: Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Meer- oder Brackwasser zu schaffen, das mit einfachen Mitteln eine billige Herstellung des Süßwassers, gestattet.

Die Erfindung besteht d-ibei darin, dai3 das Meerwasser aufgewärmt und in ein derartiges Fliehkraftfeld geführt wird, dai3 durch den im nachgeschalteten Kondensator entstehenden Unterdrück eine Verdampfung an der Innenoberfläche des sich ausbildenden Wasserringes erfolgt.

Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach der Erfindung besteht aus einer äußeren rotationosymmetrischen Kammer mit seitlichen Stirnwänden und einer inneren, koaxial dazu angeordneten Trennkammer kleineren Durchmessern und' geringerer Länge derart, daß sich zwischen den seitlichen Enden der Trennkammer und den Stirnwänden je ein Ringspalt ergibt, sowie mit mindestens einer tangential in die Trennkammer einmündenden Zuführungsleitung für das Meerwasser und mit die seitlichen Stirnwände axial durchbrechenden Tauchrohren zur Dampf abfuhr .·

,Das Meerwasser gelangt dabei tangential in den Verdampfungsraum der inneren Trennkammer und bildet unter Wirkung der Zentrifugalkraft eine deutlich sichtbare Wasserringachieht, die an der Innenoberfläche entsprechend dem Siedezustand teilweise verdampft. Die Verdampfungawärme, die zur Aufrechterhaltung des Phaaenwechsela notwendig iat, wird dem nicht verdampften Teil des Wasserringea unter gleichzeitiger Temperaturabsenkung ent-

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zogen, und zwar in einem Gebret turbulenter Strömung mit sehr guten Wärmeübergangsverhältnissen* Diese Tatsache ermöglicht eine Verdampfung auf kleinstem Raum, d.h. mit kleinstem apparativen Aufwand. Der Phasenwechsel verläuft dabei nicht Undefiniert an Metalloberflachen mit der Gefahr der Krustenbildung, und den damit verbundenen Wärmeübergangseffekten, sondern nur in einer relativ dünnen Schicht der Wasserrringinnenflache.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn das Meerwasser von einem mit einer Heizung versehenen Behälter über eine Pumpe in die Trennkammer gefördert und der abströmende Dampf über eine Kondensationsan- ' lage als Sui3wasserkondensat in einen mit einer Evakuierungspumpe versehenen Kondensatbehälter geleitet wird.

Dae beschriebene .Verfahren hat insbesondere in Kombination mit einem fossilen oder nuklearen Wärmekraftwerk Bedeutung, weil dadurch neben Abdampfwärme auch Verlustwärme ausgenutzt werden kann. Dabei kann das Meerwasser als Kühlmittel durch einen als Vorwärmer dienenden Turbinenkondensator geleitet und ein Teilstrom des Kühlwassers vor dem Turbinenkondensator abgezweigt werden, das als Kühlmittel für den aus der Trennkammer abströmenden Dampf verwendet wird. Normalerweise wird die Kondensationsenthalpie des Dampfes dem Kühlwasser vollständig zugeführt, ohne daß ein Rückgewinn möglich,wäre. Der beschriebene Fliehkraftverdampfer gestattet es, in dieser Schaltung ähnlich, einer Wärmepumpe diese Energie teilweise in Form von Süßwasser mit kleiner Energie zurückzugewinnen.

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Anstelle der Ausnutzung der Aufwärmspänne im Turbinenkondensator ist es aber auch möglich, das Meerwasser beispielsweise in einem vom Turbinenentnahrnedampf beheizten,Wärmetauscher aufzuwärmen.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert .

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längs- und einen Querschnitt durch eine entsprechende Fliehkraftverdampfungskammer, während in

Fig. 2 die Schaltung einer derartigen Anlage beschrieben ist-.

Fig. 3 zeigt einen'offenen und

Fig. 4 einen halboffenen Kreislauf bei Aufwärmung des Meerwassers in. einem Turbinenkondensator. Schliei31ich ist in

Fig. 5 die Aufwärmung in eiriem vom Entnahmedampf beheizten Wärmetauscher gezeigt.

Nach Fig. 1 besteht die Einrichtung zur Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser oder Brackwasser zunächst aus einer äußeren rotationssymmetrischen Kammer 1 mit seitlichen Stirn- · wänden 2. Koaxial dazu ist eine Trennkammer 3 kleineren Durchmessers angeordnet. Dabei ist diese Trennkammer 3 etwas kürzer als die äußere Kammer 1, so daß sich zwischen den Enden der Trennkammer 3 und den Stirnwänden 2 je ein Ringspalt 4 ergibt. Die .Trennkammer 1 weist ferner in der Mitte eine

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tangentiale Zuführung 5 für das aufgewärmte Meerwasser auf.
Ferner Bind die Stirnwand*; 2 von axialen Tauchrohren 6 zur
Damp fabfuhr durchbrochen. r

Das durch die tangentiale Zuführung 5 einströmende Meerwasser wird innerhalb der Trennkammer 3 in Rotation vernetzt, so daß sich an der Innenwandung. diener Trennkammer ein Wasserring 8 ausbildet. An der Innenoberfläche des sich ..ausbildend'en
WaQfJerringes 8 verdampft oin Teil des Wassers. Der entstehende Dampf strömt durch die Tauchrohre 6 in eine nicht näher dargestellte Kondennationseinrichtung ab. Durch die Kondensation des Dampfes stellt sich dabei oin erheblicher Unterdruck ein, der bis in die Trennkammer 3 zurückwirkt. Durch die Fliehkraft, die auf das einströmende Wasser einwirkt¹, wird diesem Unterdruck das Gleichgewicht gehalten.· Dabei muß die· Fliehkraft" so grof3 sein, daß sie der dem jeweiligen Unterdruck entsprechenden geodätischen Höhe einer siüx ausbildenden Wassersäule das
Gleichgewicht halt. Durch entsprechende Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit des Wasserringes kann dabei bei einem Unterdruck von 0,2 ata eine Verdampfung schon bei.etwa 30⁰C erfolgen. Dadurch ist also nur eine geringe Aufwärmspanne des tangential eingeführten Meerwaasers erforderlich.
Das durch die Ringschlitze 4 ablaufende Wasser sammelt sich
zunächst in der Ringkammer 10 und läuft dann über den Stutzen 7 ab. ·

Da die Verdampfung an einer Wasseroberfläche und nicht an
heißen Metallflächen erfolgt, wird somit auch eine Krustenbildung an irgendwelchen Anlageteilen weitgehend vermieden.

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In Fig. 2 ist eine prinzipielle Schaltung zum Botrieb einer derartigen Trennkamrrier näher erläutert. Das Meerwasser wird zunächst im Behälter 11 durch eine Heizung 12 aufgewärmt und strömt dann über eine Pumpe 13, einen Druckschieber 14 und eine eventuell vorgesehene Mengenmessung 15 über den tangential le n Einlauf 5 in den eigentlichen Fl iehkraf !,verdampfer Von hier strömt der entstandene Dampf über eine Kondensatleitung 16 zunächst in einen Kühler 17, in dem der Dampf kon-φ densiert wird, und anschließend Ln einen SüBwasserbehälter 1M, von df im es über die Versrogungsleitung 21 abgezogen werden kann. An dem 'Süßwasserbehäl tor, 18 ist darüborhinaus eine Evakuierungspumpe 20 angeschlossen. Diese Evakuierungspumpe '?0 hat die Aufgabe, den Siededruck in der Trennkammer 3 zu hatten, indem sie das im Wasser enthaltene Gas abzieht.

Zur Ausnutzung der Verlustwärme in einem Wärmekraftwerk sei auf die Fig. 3 und 4 hingewiesen. Dabei ist in Fig. 3 zunächst ein offener Kreislauf dargestellt. Das als Kühlwasser für dun Kondensator 24 dienende Meerwasser wird über eine Leitung und die Kühlwässerpumpe 23 in die Wärmetauscherflächf; 25 des Turbinenkondensator 24 geleitet. Von hier fließt das aufge-■ wärmte Kühlwasser in ein Kraftschlußbecken 27 und wird dann über die Pumpe 13 den tangentialen Zuführungsleitungen 5 des Fliehkraftverdampfers 1 zugeführt. In einem nachge3chalteten Kühler 17t der über eine Leitung 29 mit einem Teil des von dem Turbinenkondensator abgezweigten Kühlwassers beaufschlagt wird, wird der abströmende Dampf kondensiert und über die Leitung 16 in den Kondensatsammelbehälter 18 geführt. Bei

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diesem Kreislauf wird das aus dem Fliehkraftverdampfer nicht, verdampfte Wasser über eine Leitung 28 sowie das Kühlwasser des Koridensatkühlers 17 inn Freie abgeführt.

In Fig. 4 ist ein halboffener Kreislauf dargestellt. Dabei fließt das nicht verdampfte Meerwasser au3 dem Fliehkraftverdampfer 1 zunächst, in das Becken 27 und wird von hier aus über du; Leitung 22 und die Kühlwasserpumpe 23 in den Turbinenkondenmtor 24 geführt und aufgewärmt. Zur Kühlung des au>-. dem Fliehkraftvordampfer 1 abströmenden Dampfes dient hierbei cino Zusatzmenge von Meerwasser, die. über die Leitung und die i'umpe 30 in den Kondensator 17 geleitet wird. Da^ hier aufgowärmtu Wa:*oqr wird über eine Leitung 31 dem aus dem Turbinenkonionsntor 24 abströmenden aufgewärmten Meerwasser sugeniLiicht und ctrimt. susammen mit diesem i;i den eigentlichen Fliehkraftvardampfer.

Mit diesen beschriebenen Schaltungen int. es also möglich, die sonst verlorene und nicht auswertbare Aufwärmepanne in einem Turbinenkondensator zur Süßwassergewinnung auszunutzen..

Schließlich nei in Fig. 5 noch auf eine, Schaltung·hingewiesen, bei der zur Aufwärmung des Meerwasyers ein yom Entnahmedampf einer Turbine 33 beaufschlagter Wärmetauscher 32 verwendet wird, Dabei kann diese Aufwärmung allein oder zusätzlich zum Turbinenkondensator angewendet werden.

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Unter Verwendung der angegebenen Schaltungen kann eine Verdampfung auch in mehreren Stufen durchgeführt werden, da das nicht verdampfte Meerwasser stets wieder zurückfließt und gesammelt werden kann.

Mit dem beschriebenen Verfahren und der Einrichtung ist es als-o möglich,'auf einfache Weise mit geringem apparativen Aufwand und unter Ausnutzung von Abdampf- oder Vor iustwiirme ein preisgünstigeH Süßwasser su gewinnen. Dabei kann wepp»·: des einfachen Aufbauo einer derartigen Anlage auch die gesamte Einrichtung transportabel gebaut werden, wobei lediglieh die Energie für die Pumpe und eine geringe Aufwärmspanne erforderlich ist. . " ■

7 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

, „„ 68/1506 Paten tansprüehe

1. Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Meer- oder Brackwasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Seewasser aufgewärmt in ein derartiges Pliehkraftfeld geführt wird, daß durch den im nachgenchalteten Kondensator entstehenden Unterdruck eine Verdampfung an der Innenoberflache des sich ausbildenden Wasserringes erfolgt. . ""

2. Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine äußere rotationssymmetrische . Kammer ( 1.) mit seitlichen Stirnwänden (2) und einer inneren» koaxial-dazu angeordneten Trennkammer (3) kleineren Durchmeijsers und geringerer Länge derart, daß sich zwischen den seitlichen Enden der Trennkammer (3) und den Stirnwänden (2) je ein Ringspalt (4) ergibt, sowie mit mindestens einer tangential in die Trennkammer (3) einmündenden Zuführungsleitung (j| (5) für das Meerwasser und mit die seitlichen Stirnwände (2) axial durchbrechenden Tauchrohren (6) zur Dampf abfuhr. '■

3. Einrich tung/zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meerwasser von einem mit einer Heizung (12) versehenen Behälter (11) über eine Pumpe (13) in die Trennkammer (3) gefördert und der abströmende Dampf über eine Kondensationsanlage (17) -als SüBwasserkondensat in einen mit einer Evakuierungspumpe

(20) versehenen Kondensatbehälter (19) geleitet wird.

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4. Einrichtung nach Anspruch 3» da lurch gekennzu 1 -hrie t, dai3 das Meerwasser als "KühlmittoL durch einen als Vorwärmer (25) dienenden Turbinenkondensator (24 ^ _fTeIeitot und daf3 ein Teilstrom des Kühlwassers vor dem Turbinonkondenuator (24) ubgezweigt und als Kühlmittel für den aus der Trennkammer (3) abströmenden Dampf vorwendet wird.

^ 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dal3 das Kühlmittel für den abströmenden Dampf dem "Jeerwasser vor Einführung in die Tre'nnkammer (3) zugeführt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch Aufwärmung des Meerwassers in einem von Turbinenentnahmedampf (34) beheizt en Wärme tauπeher (32)·

7. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zusätzliche Aufwärmung des Meerwa^sers in einem von Turbinenent-

P nahmedampf (34) beheizten Wärmetauscher (32):

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