DE2313713A1 - Kombinierter kondensor-entgaserdeaerator fuer eine entsalzungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf thermische Entsalzungsanlagen und insbesondere auf eine Vielzweekeinrichtung, die zum Kondensieren des Endproduktes und zum Entgasen von Deaerat und zum Erhitzen des eintretenden Speisewassers dient. In thermischen Entsalzungsanlagen muss eine Vorrichtung vorgesehen sein, um Dampf in ein Endprodukt zu kondensieren, das Destillat genannt wird. In einstufigen Anlagen würde dies das Gesamtprodukt sein, das kondensiert wird; in vielstufigen Anlagen würde es derjenige Teil des Gesamtproduktes sein, der in der letzten Wirkungsstufe

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erzeugt wird. Es ist weiterhin wünschenswert, die maximale abgeführte Wärmemenge an das System zurückzugeben, um so die primäre Eingangsenergie am Eingangsende der Anlage auf ein Minimum herabzusetzen, um somit den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern. Dies wird hauptsächlich durch die Verwendung der Einspeisung in die Anlage zum Kondensieren des Produktes erreicht.

Einfliessendes Speisewasser in die Entsalzungsanlage wird im allgemeinen entgast und deaeriert. Entgasung ist ein allgemeinerer Begriff und kann ohne Erhitzung des Speisewassers In einem ge- ; trennten Gerätestück durchgeführt werden, wie beispielsweise "■' einer Füllkörpersäule mit Gegenst&m-Abziehlüftern, Sprühbrücken usw. Entgasung wird hier als eine Stufe bezeichnet, die zum Beseitigen von Gasen-notwendig ist, die auf Grund der chemischen Kesselsteinsteuerung des Speisewassers entwickelt werden. Beispielsweise wird in der üblichen Behandlung, die als pH-Steuerung · bekannt wird, dem Speisewasser der Anlage Schwefelsäure zugesetzt, die mit den Carbonaten ehemisch reagiert, diese löst und in dem Prozess Kohlenstoffdioxidgas entwickelt. Dieses Gas muss beseitigt werden, indem einfach eine grosse Oberfläche des Speisewassers freigelegt wird, wie beispielsweise in einem Sprühnebel und/oder einem dünnen Film.

Deaeration wirddsfinlert als die Erhitzung der Flüssigkeit auf eine Temperatur bei dem angemessenen Druck, um so Gase zu entfernen, die in dem Speisewasser gelöst sind, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid usw. Ein Deaerator wird im allgemeinen auch In einer Entsalzungsanlage verwendet und ist ein getrennter Ausrüstungsgegenstand.

Die vorstehend genannten Behandlungen vermindern auch die Korrosion, wodurch billigere Konstruktionsmaterialien verwendet werden können, sie verhindern die Bildung von Kesselstein bzw. Steinansatz auf den Wänneübergangs-Oberflachen und sie sind ganz allgemein vorteilhaft für den Betrieb der Anlage.

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Demzufolge besteht eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, einen Vielzweck-Kondensor-Entgaser-Deaerator und Speisewasser-Vorerhitzer zu schaffen, der alle vorgenannten Funktionen in einem einzigen kompakten Behälter durchführt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht' darin, einen verbesserten Kondensor-Deaerator zu schaffen, der diese beiden Punktionen durch ein Rohrbündel In einem einzigen kompakten Behälter durchführt.

Diese Aufgaben werden, kurz gesagt, erflndungsgemäss dadurch gelöst, dass ein vertikales Rohrbündel mit Düsen zum Sprühen verwendet wird, und dann fliessen dünne Filme der eintretenden Einspeisung auf der Innenseite der Röhren, während kondensierender Dampf von der Anlage auf der Aussenseite der Röhren strömt. Ein Destillat-Sammeltank sammelt das Destillat von der Anlage und von dem Dampf, der auf den Röhren kondensiert. Deaeriertes Speisewasser wird durch den kondensierten Dampf und das Destillat in den Destillat-Sammeltank auf dem Weg zur Anlage erhitzt, während ein Vakuumsystem angeschlossen ist, um nicht kondensierbare Materialien, unkondensierten Dampf und entwickelte Gase abzuziehen.

In Fig. 1 ist eine Seitenansicht von Abschnitten der Entsalzungsanlage teilweise im Schnitt gezeigt, um so Einzelheiten zu zeigen, die für eine Wirkungsstufe (effect) einer vielstufigen Anlage typisch sind. Die verschiedenen Wirkungsstufen sind longitudinal beabstandet entlang einem Druckkessel 1, der In eine Kondensierkammer 2 in der oberen Hälfte und eine Salzlösung-Dampftrennkammer 3 in der unteren Hälfte unterteilt Ist. Dampf kondensiert auf der äusseren gerillten Oberfläche der vertikalen Röhren 4 und wird durch Mittel, wie eine Kammer 5, zur Seite geleitet, wo er durch Kondensatabfuhrleitungen 6 zur nächst niedrigeren Wirkungsstufe abgeleitet wird. Eine Druekdlchtung 6a ist vorgesehen, um einen Durchstrom zu verhindern. Diese Dichtung ist als eine Austrittsöffnung bzw. Düse dargestellt, sie könnte aber auch

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ein Ventil oder eine andere Vorrichtung sein.

Das Speisewasser wird ebenfalls in den Rohren der Speisewassererhitzer 7 durch kondensierenden Dampf erhitzt. Eine gesteuerte Strömung von Speisewasser zu jeder Wirkungsstufe wird durch Zweigleitungen 8 und durch in der Leitung befindliche Filter bzw. Siebe (strainers) 9 zum Oberteil der Speisewasserkanäle geleitet. Das Speisewasser in jedem Kanal wird durch einzelne Sprühdüsen 11 hindurch in einem dünnen Film entlang der Innenflächen der gerillten Röhren 4 zugeführt, wo es verdampft, und der dabei entstehende Dampf strömt in die untere Trennkammer 3· Unverdampfte Salzlösung fällt in den Boden des Druckkessels 1 und wird durch Soleschleifen 12 in die nachfolgende Wirkungsstufe geleitet.

Die gezeigte Anlage ist eine vielstufige Anlage, in der eine Anzahl Wirkungsstufen mit der Reihe nach höheren Temperaturen durch die Bezugszahlen 14, 15, 16 und 17 bezeichnet'sind.Selbstver-. ständlich kann jede Zahl derartiger Wirkungsstufen verwendet werden, die wirtschaftlich praktikabel sind. Die Wirkungsstufen sind im Innenaufbau im wesentlichen identisch mit möglichen Abweichungen in den Grossen und Proportionen, die nach dem Erfordernis für verschiedene Strömungsdurchsätze angepasst werden.

Die internen Details der Wirkungsstufe 15 sind im Querschnitt gezeigt. Es wird deutlich, dass axe Wirkungsstufeη strömungsmässig und thermisch eng gekoppelt sind, um den Wirkungsgrad zu verbessern und die Kosten zu senken. Dies wird erreicht durch einfache vertikale Trennwände 18, die die Wirkungsstufen trennen, öffnungen 18a gestatten den Durchtritt von Dampf von jeder Wirkuhgsstufe höheren Druckes zu einer Wirkungsstufe mit niedrigerem Druck. Dies erfolgt in Fig. 1 von links nach rechts. Die Salzlösungsschleifen 12 leiten in ähnlicher Weise unverdampfte Salzlösung nach rechts um die Trennwand 18 herum, während eine.Druckdichtung 12b vorgesehen ist, um einen Durchstrom zu verhindern.

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Kappen 12a lenken die Flüssigkeit nach unten,, wodurch ein Abreissen der gewünschten Strömungsprozesse in der Kammer 3 verhindert und der Wirkungsgrad der Verdampfung von Salzlösung verbessert wird, indem Gleichgewichtsbedingungen besser angenähert werden können.

Eine nach unten ragende Leitplatte 19 ist im Abstand von einer Teilerwand 18 angeordnet, um einen zur Öffnung 18a führenden Durchlass zu bilden. Ein Feuchtigkeitsabscheiderelement 20 in dem Durchlass entfernt irgendwelche Soletröpfchen aus dem Dampf, wenn dieser in die Wirkungsstufe mit dem nächst niedrigeren Druck strömt.

Die Kombination Kondensor-Entgaser-Deaerator, die im folgenden KED genannt wird, ist insgesamt mit 21 bezeichnet und umfasst einen vertikalen Behälter 22, der eine Speisewassersammelkammer in seinem unteren Teil mit einer Auslassleitung 24 bildet. Ein Destillat-Sammeltank 25 ist in dem Behälter angeordnet, um so mit dem Speisewasser in Berührung zu kommen, wobei ein Auslass 26 zum Auslasspunkt für das Endprodukt aus der Anlage läuft. Das Destillat tritt durch eine Leitung 27 hindurch in den Tank 25 ein, die von der letzten Stufe 14 der Entsalzungsanlage herangeführt wird, während behandeltes und erhitztes Speisewasser von der Leitung 24 durch eine Pumpe 28 in den ersten internen Speisewassererhitzter 7 in der Anlage eingeführt wird.

In dem oberen Teil des Behälters 22 ist ein Rohrbündel 29 aus vertikalen Röhren angeordnet, die vorzugsweise eine doppelt gerillte bzw. geriffelte Konfiguration aufweisen, wie es in der US-Patentschrift 3 291 704 bzw. der deutschen Patentanmeldung P 14 44 340.4 beschrieben ist. Die geriffelten Röhren, die bei 30 gezeigt sind, werden zwischen einem oberen und unteren Rohrblech 31 bzw. 32 gehalten, die zusammen eine DampfsammeIkammer in dem Behälter dicht abschliessen. Eine Leitung 34, die Dampf von der letzten Wirkungsstufe 14 zur Entsalzungsanlage leitet, dient zur Zuführung von zu kondensierendem Dampf zu den auf der Aussen-

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seite gerillten bzw. geriffelten Oberflächen der Röhren 30.

Das obere Rohrblech 3ljäient als der Boden einer Speisewasserzuführkammer 44 im oberen Teil des Behälters. Die Kammer 44 speist die Innenseiten der Röhren 30 mit einer Strömung durch die Düsen 35 hindurch.

Die Einzelheiten der Düsen 35 sind aus Fig. 2 ersichtlich. Jede Düse 35 ist vorzugsweise eine Porzellankappe mit inneren schrägen Wänden 36 und einer Zuführöffnung 37· Nicht gezeigte Wirbelöffnungen bewirken, dass sich bei 37 eintretendes Speisewasser um die Wände 37 herum verteilt und in einem Sprühnebel austritt und dann in dünnen Filmen durch die Schwerkraft an der inneren gerillten bzw. geriffelten Oberfläche der Röhren 30 nach unten strömt.

In Fig. 1 ist bei 38 ein chemisches Behandlungssystem angedeutet, durch das das eintretende Speisewasser auf dem Weg zur Speisewasser zuführkammer 44 im Oberteil des Behälters hindurchströmt. Typischerweise wird an diesem Punkt Schwefelsäure eingespritzt, wo—.durch die Entwicklung von Kohlenstoff dioxidgas bewirkt wird, während es mit den Carbonaten in dem Speisewasser chemisch reagiert.

Schliesslich ist ein Vakuumsystem 39 angegeben, das gewöhnlieh Ejektoren umfasst, die durch Dampf von der Entsalzungsanlage betätigt werden. Das Vakuumsystem ist mit einer Entlüftung 40 oberhalb des Spiegels des gesammelten Speisewassers verbundenjund durch eine Leitplatte 4l abgeschirmt. Eine zusätzliche Entlüftungsleitung 42 von der Dampfkammer 33 ist ebenfalls mit dem Dampfsystem über ein Druckreduz_±erventil 43 oder eine entsprechende Vorrichtung verbunden, die eine Durchtrittsöffnung bzw. Düse sein kann.

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Es -wird nun die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung näher beschrieben. In dem Hauptteil der Entsalzungsanlage 1 strömt Speisewasser bei den in Fig. 1 gezeigten Relationen nach links, wobei es durch einen Speisewassererhitzer 7 in jeder Wirkungsstufe erhitzt wird. Ein Teil des Speisewassers t£itt in die Wirkungsstufe durch eine Zweigleitung 8 und Filter bzw. Siebe 9 hindurch ein. Dampf strömt nach rechts durch die aufeinanderfolgenden Kondensierkammern 2 einschliesslieh der » Speisewassererhitzer 7 hindurch und gelangt durch die Abscheidekammern 3 und die Feuchtigkeitsabscheider 20 zur nächsten Wiikungs stufe. Destillat oder Produktwasser strömt nach rechts in den Leitungen 6 und wird in jeder Wirkungsstufe aus kondensiertem Dampf gesammelt. Sole bzw. Salzlösung strömt ebenfalls nach ; rechts durch die Salzlösungsschleifen 12 hindurch.

Bezüglich der Speisewasserzuführung zu der Entsalzungsanlage 1 tritt angesäuertes Speisewasser von dem chemischen Behandlungssystem 38 in die Speisewasserzuführkammer 44 ein. Es ist in einem dünnen Film mittels der Düsen 35 auf die Innenseite der vertikalen gerillten bzw. geriffelten Röhren" 30 gerichtet. An j diesem Punkt wird das Speisewasser von chemisch entwickeltem Kohlenstoffdioxid und anderen entwickelten Gasen entgast. Eine ^: gewisse Deaeration wird an der Düse ebenfalls erreicht, da diese-Kammer auf einem niedrigeren als atmosphärischen Druck /gehalten wird. Die Sprühdüsen sorgen über die Tröpfchenbildung für eine grosse Oberfläche des Wassers, die die Erreichung von Gleichgewicht sbe dingungen in einem kurzen Zeitintervall gestattet.

Das Speisewasser wird in einem dünnen Film auf der inneren Oberfläche der Röhren verteilt und wenn die Flüssigkeit auf der Oberfläche nach unten strömt, wird sie durch auf der Aussenseite kondensierenden Dampf fühlbar erhitzt. Zusätzlicherfolgt ein geringfügiges Sieden, wodurch der Deaerationsprozess vervollständigt wird. Das entwickelte Gas sbrömt zusammen mit der Flüssigkeit an der Innenseite der Röhre nach unten zur Speisewassersamme lkammer 23. Das Speisewasser wird nun weiter.erhitzt, da es sich in einer Wärmeaustauschrelation mit einem Destillat -

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sammeltank 25 befindet, und von dort wird es durchweine Pumpe der Hauptanlage zugeführt. Wenn eine zusätzliche chemische Behandlung-erforderlich ist, d.h. eine pH-Werteinstellung auf basische Werte, können der SpeisewassersammeIkammer 23 die erforderlichen Chemikalien zugesetzt werden, bevor das Speisewasser in die Anlage fliesst«

Am Dampf aus lassende der Anlage kondensier.t der durch die Leitung 34 in die Dampfkammer 33 strömende Enddampf auf der Aussenseite der Röhren 30 und wird in Richtung auf den Destillatsammeltank 25 gelenkt. Der Tank 25 wird auch durch die Hauptdestillatauslassleitung 27 von der Anlage gespeist.

Die Kammer 33 enthält gewisse nicht-kondensierbare Gase, deren Beseitigung den Wirkungsgrad? der Gesamtanlage erhöht, Auch der Raum oberhalb des Speisewassers in dem Sammeltank 23 ist frei für sich kontinuierlich entwickelnde Gase aus der Entgasungsund Deaeratio_nsphase. Diese werden durch das Vakuumsystem 39 über Leitungen 40, 42 von den entsprechenden Kammern kontinuierlich abgezogen. Wegen der Druckdifferenz ist ein Ventil 43 oder eine äquivalente Vorrichtung erforderlich. ·

Bisher haben die Deaeration des Speisewassers und die Kondensierung des Dampfes aus der Anlage etwas unterschiedliche Konstruktionen erfordert und sie wurden in getrennten Behältern ausgeführt. Durch die Anwendung des Sprühens von Speisewasser in dünnen Filmen auf die Innenseite der vertikalen Röhren und die verstärkte Wärmeübertragung, die insbesondere von den doppelt gerillten bzw. geriffelten Röhren verfügbar ist, schafft die oben-beschriebene Vorrichtung jedoch eine stark verbesserte und kompakte Einrichtung, um die Speisewasser-Vorbehandlung, die Anlageprodukt- und Dampf-Nachbehandlung in einer einzelnen kombinierten Einheit durchzuführen.

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Claims (5)

Ansprüche

1. Kombinierte Entgaser- und/oder Deaerator- und Kondensor-Vorrichtung für eine Entsalzungsanlage, die entgastes und/oder deaeriertes Speisewasser erfordert und sowohl Destillat als auch Dampf abgibt, gekennzeichnet durch

einen Behälter (22) mit einer Speisewassersammelkammer (23) in seinem unteren Teil und einer Speisewasserzuführkammer (44) in seinem oberen Teil,

ein Rohrbündel (29) mit zahlreichen vertikalen Rohren (30), dfe in dem Behälter (22) angeordnet sind und deren untere Enden in die Speisewassersammelkammer (23) münden, einen Destillatsamme!tank (25),

Düsen (35)> die zum Sprühen und zum Verteilen von Speisewasser aus der Speisewasserzuführkammer (44) in einem dünnen Film auf der Innenseite der Rohre (30) verbunden/sind, so dass das Speisewasser entgasbar und dann abschliessend deaerierbar ist, während es an den Rohren (30) entlang nach unten fliesst,

eine erste Leitung (34), die Dampf aus der Anlage über die Aussenseite der Rohre (30) zuführt,

eine zweite Leitung, die kondensierten Dampf von der Umgebung der Rohre (30) in den Destillatsammeltank (25) leitet, und ein„Vakuumsystem (39), das zur Ableitung von nicht kondensierbaren Materialen und unkondensiertem Dampf mit dem Behälter (22) und der Anlage verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Destillatsammeltank (25) in der Speisewassersammelkammer (23) angeordnet ist, derart, dass er in einer Wärmeübergangsrelation zu dem gesammelten Speisewasser steht, und dass eine dritte Leitung (27) vorgesehen ist, die das Destillat aus der Entsalzungsanlage in

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den Destillatsammeltank (25) leitet_s so dass . · - 'der Destillatsammeltank zur abschlies.senden Erhitzung des Speisewassers auf dem Weg zur Entsalzungsanlage dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet j dass die vertikalen Rohre (30) sowohl auf der Innenseite als auch auf der Aussenseite gerillt bzw. geriffelt sind und· dass die Düsen (35) eine derart angeordnete Sprühdüse bilden₉ dass Speisewasser auf die innenseitigen Rillen strömt,

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3* dadurch gekennzeichnet , dass das Rohrbündel (29) ein Paar im Abstand angeordneter Rohrplatten (31_S 32) aufweist, die die vertikalen Rohre tragen und dazwischen eine Dampf-' kammer (33) zur Aufnahme von Dampf für die Anlage bilden, wobei die obere Rohrplatte (3D einen Abschnitt der Speisewasserzuführkammer (44) bildet und die untere Rohrplatte (32) kondensierten Dampf in Richtung auf den Destillatsammeltank (25) abfliessen lässt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Vakuumsystem (39) zum Abziehen von nicht kondensierbaren Materialien aus der Dampfkammer (33) zwischen den Rohrplatten (3.1, 32) und auch zum Entfernen von entwickeltem Gas und unkondensiertem Dampf aus der Speisewassersammelkammer (23) angeschlossen ist.