WO2013170916A1 - Verfahren und vorrichtung zur betriebsabwasserreinigung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for operating effluent treatment, in particular for a power plant with a water-steam cycle, and relates to the energy-efficient and cost-effective implementation of the method.
- the invention further relates to a device for an operational sewage treatment.
- the water mass flow introduced into the evaporator must be heated.
- the evaporation temperature is not necessarily 100 ° C. It may be sufficient to raise the temperature of the process effluent, which is, for example, slightly above 50 ° C, by a few Kelvin to about 60 ° C and to initiate the evaporation by a negative pressure in the evaporator.
- the heating energy needed to heat the wastewater mass flow is typically provided by a heat pump. The electrical demand of the heat pump reduces the overall efficiency of the power plant.
- the object of the invention is to further develop said method for the operation of wastewater treatment and said device of a heat pump heated with a heat pump, so that investment and running costs and the energy consumption are minimized.
- the invention solves the problem directed to a method by providing that in such a method for operational effluent treatment of a power plant with a water-steam cycle, wherein at least a portion of the operating waste water is vaporized in an evaporator, the at least a part of Operating wastewater is heated with water from a startup and AbfahrdampfSystem.
- the waste heat source used in the power plant to improve the energy efficiency or to increase the overall efficiency of the power plant, which is to replace the electric heat pump, is the approach and AbfahrdampfSystem whose main component is a container which generates the effluents that occur during operation of the heat recovery steam boiler collects.
- the waste heat in this system is in the form of hot water which, at a temperature of approximately 100 ° C, is usually directed into the main cooling water system either via the secondary cooling water system or into the service water collection and discharge system. In both cases, the existing heat in the container was discarded and not used.
- the mass flows introduced into the container come from each of the three pressure stages of the heat recovery steam generator.
- the main entry into the system comes through the continuous bleeding of the medium and low pressure drums as well as manual and automated drains from the fresh water system, the reheater system and the feedwater and condensate system.
- some safety valves eg condensate preheaters
- condensate preheaters are on connected to the container, which can lead to water in the case of a malfunction.
- the level of the container is monitored and automatically emptied after exceeding a limit to a certain level. Furthermore, a mass flow continuously flows out of the container, which rises briefly when the filling limit is reached.
- the start-up and shut-down system has a constant water temperature and also the flow of the container shows a high consistency, which is why the startup and shutdown system is suitable as a heat source.
- the startup and shutdown system is suitable as a heat source.
- Fill level in the container can serve as a buffer for times with less water input.
- the at least one part of the operating waste water is heated substantially directly on the approach and exit steam system.
- the heat transfer should be positioned directly on the tank of the start-up and shut-down system in order to have a lower temperature level and thus less heat losses in the lines to the evaporator system.
- a heat exchanger on the primary side to be in contact with water from a container of the startup and shutdown steam system for heating the process wastewater, and for operational effluent to be passed through on the secondary side.
- non-evaporated operating sewage formed slag taken from the evaporator and passed at least in part after passing through the heat exchanger back into the evaporator.
- the at least a portion of the slag before being passed through the heat exchanger further, to be cleaned operating waste water mixed.
- a negative pressure is advantageously generated in the evaporator, for example by a vacuum pump, which lowers the boiling point of the wastewater accordingly.
- the purified operating waste water is again returned to a large extent completely into the water-steam cycle. This makes it possible to operate the power plant without continuously supplying fresh water or discharging operating waste water into the environment. This is particularly interesting when there is water shortage or with appropriate environmental protection requirements.
- the object directed to an apparatus for an industrial wastewater treatment solves the invention by a corresponding device for a process wastewater treatment comprising a start-up and AbfahrdampfSystem with a container and a supply line to the tank for waste water, which arise during operation of a heat recovery steam generator, and a branched off from the container line further comprising an evaporator for operational wastewater treatment, wherein the startup and shutdown steam system is connected to the evaporator so that heat from the startup and shutdown steam system can be transferred to a fluid to be evaporated in the evaporator. It is expedient if a heat exchanger is connected on the primary side in the container of the arrival and AbfahrdampfSystems and secondary side in a Radiobwasserzutechnisch to the evaporator.
- the heat exchanger is arranged in the container. This design is compact, but in this embodiment, the level of the container is relevant.
- the heat exchanger is on the primary side at the branched from the container line, i. outside the container, arranged.
- the pipes through which the operating wastewater to be heated flows no longer lie only in hot water, as in the solution with the heat exchanger in the tank, but are actively circulated around it. This raises the heat transfer coefficient and thus causes a better heat transfer. Due to this increase, the heat exchange area of a heat exchanger installed outside the tank is smaller. Due to the smaller size and easier installation, a heat exchanger installed outside the tank is the economically and energetically better solution.
- a speed-controlled pump is connected in the line branching off from the container. In the first case, it can be used to set a desired fill level in the container, in the second case, it can be used to set a substantially constant mass flow through the line.
- Figure a power plant with a device for a process wastewater treatment.
- the figure shows a power plant 1 with a device 2 according to the invention for an industrial wastewater treatment for the inventive method and the rest of the power plant part 3, which includes a water-steam cycle 4.
- the figure shows in particular the approach and AbfahrdampfSystem 5, whose main component is a container 6, with a supply line 7 to the container 6 for wastewater, which are incurred during operation of a heat recovery steam generator.
- the waste heat is present in this system in the form of hot water, which is passed at a temperature of approximately 100 ° C usually via the branching line from the container 8 8 either via a secondary cooling water system in a main cooling water system or in a collection and discharge system for process water.
- FIGURE shows an evaporator 9 provided with an operating waste water feed line 10 for the forced circulation evaporation process of the operational waste water purification. Due to the integrated evaporation of the operating waste water 11 in the evaporator 9, all particles will remain as slag and the resulting steam 12 can be recovered after its condensation be used. Part of the slag leaving the evaporator 9 crystallizes in a subsequent process by cooling to a solid material 13.
- the remaining part of the slag 14 recirculates from the evaporator 9 to produce as much pure water as possible.
- the vacuum pump not shown in the figure, creates a vacuum of about 60 mbar in the evaporator, which lowers the boiling point of the wastewater accordingly.
- the recirculation temperature of the slag is approx. 57 ° C.
- the recirculating mass flow is heated by the introduction of the operating waste water 11 to about 60 ° C by a heat exchanger 15 to convert it at the initiation into the evaporator 9 at a corresponding pressure reduction in the vapor phase.
- a speed-controlled pump 16 in the branched off from the container 6 line 8 ensures a substantially constant mass flow through the transformer tubes in the heat exchanger 15th
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Description
Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Betriebsabwasserreinigung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebsabwasserreinigung, insbesondere für eine Kraftwerksanlage mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf, und bezieht sich auf die energieeffiziente und kostengünstige Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung für eine Betriebs- abwasserreinigung .
Da die Umweltverträglichkeit von modernen Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerken eine immer größere Rolle spielt, ist neben der Verringerung der C02-Emissionen auch die Verbrauchsver- ringerung von anderen Rohstoffen wie zum Beispiel Wasser relevant. Das Ziel entsprechender Konzepte ist die Verringerung aller flüssigen Rohstoffe, besonders Wasser, bis zu dem
Punkt, an dem das Kraftwerk einen geschlossenen Kreislauf hat und keine Flüssigkeiten mehr verworfen werden.
Um den Frischwasserverbrauch eines Gas- und Dampfturbinen- Kraftwerks möglichst gering zu halten, werden Verunreinigungen aus dem Brauchwasser entfernt, und das gereinigte Wasser wird wieder in den Kreislauf zurückgeleitet. Die Verschmut- zungen werden mittels eines Verdampfer-Systems aus dem Wasser entfernt, welches die zurückbleibende Schlacke nach der Kristallisation als festes Material ausgibt.
Um die Verdampfungstemperatur zu erreichen, muss der in den Verdampfer eingeleitete Wassermassenstrom erwärmt werden. Dabei liegt die Verdampfungstemperatur nicht zwangsläufig bei 100°C. Es kann ausreichend sein, die Temperatur des Betriebsabwassers, die beispielsweise bei etwas über 50°C liegt, um wenige Kelvin auf etwa 60°C anzuheben und die Verdampfung durch einen Unterdruck im Verdampfer einzuleiten. Die zur Erwärmung des Abwasser-Massenstroms benötigte Heizenergie wird typischer Weise durch eine Wärmepumpe bereitgestellt.
Durch den elektrischen Eigenbedarf der Wärmepumpe verringert sich der Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks.
Aufgabe der Erfindung ist es, das genannte Verfahren zur Be- triebsabwasserreinigung und die genannte Vorrichtung eines mit einer Wärmepumpe beheizten Verdampfers weiterzuentwickeln, so dass Investitions- und laufende Kosten sowie der Energieaufwand minimiert werden. Die Erfindung löst die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einem derartigen Verfahren zur Betriebsabwasserreinigung einer Kraftwerksanlage mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf , wobei mindestens ein Teil des Betriebsabwassers in einem Verdampfer verdampft wird, der min- destens eine Teil des Betriebsabwassers mit Wasser aus einem An- und AbfahrdampfSystem erwärmt wird.
Die zur Verbesserung der Energieeffizienz bzw. zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrads des Kraftwerks genutzte Abwärmequelle im Kraftwerk, welche die elektrische Wärmepumpe ersetzen soll, ist das An- und AbfahrdampfSystem, dessen Hauptkomponente ein Behälter ist, welcher die Abwässer, die während des Betriebs des Abhitzedampfkessels anfallen, sammelt. Die Abwärme liegt in diesem System in Form von heißem Wasser vor, welches mit einer Temperatur von annähernd 100°C üblicherweise entweder über das Nebenkühlwassersystem in das Hauptkühlwassersystem oder in das Sammel- und Ableitungssystem für Betriebswasser geleitet wird. In beiden Fällen wurde die im Behälter vorhandene Wärme verworfen und nicht weiter genutzt.
Im Falle eines Drei -Druck-Systems kommen die in den Behälter eingeleiteten Massenströme aus jeder der drei Druckstufen des Abhitzedampferzeugers. Der Haupteintrag in das System kommt durch die kontinuierliche Abschlämmung der Mittel- und Nie- derdrucktrommeln sowie aus manuellen und automatisierten Abflüssen aus dem Frischwassersystem, dem Zwischenüberhitzer- System und dem Speisewasser- und KondensatSystem . Weiterhin sind einige Sicherheitsventile (z.B. Kondensatvorwärmer) an
den Behälter angeschlossen, die im Falle einer Fehlfunktion Wasser in den Behälter leiten können.
Neben Wasser und Kondensat wird auch Dampf in den Behälter eingeleitet. Weiterer Dampf kann zudem aufgrund der Entspannung der Massenströme von Systemdruck auf 1,5 bar im Behälter entstehen. Der entstehende Dampf teilkondensiert im Behälter, der Rest wird durch eine Ausblasvorrichtung in die Atmosphäre abgegeben .
Im Normalbetrieb des Kraftwerks wird der Füllstand des Behälters überwacht und nach der Überschreitung einer Grenze automatisch bis auf eine bestimmte Füllhöhe entleert. Weiterhin fließt kontinuierlich ein Massenstrom aus dem Behälter, der beim Erreichen der Füllgrenze kurzzeitig ansteigt.
Das An- und Abfahrsystem hat daher eine konstante Wassertemperatur und auch der Durchfluss des Behälters zeigt eine hohe Konstanz, weshalb das An- und Abfahrsystem als Wärmequelle geeignet ist. Insbesondere die immer vorhandene minimale
Füllhöhe im Behälter kann als Puffer für Zeiten mit weniger Wassereintrag dienen.
Vorteilhafter Weise wird der mindestens eine Teil des Be- triebsabwassers im Wesentlichen unmittelbar am An- und Abfahrdampfsystem erwärmt. Aus energetischer Sicht sollte die Wärmeübertragung direkt am Behälter des An- und Abfahrsystems positioniert sein, um ein niedrigeres Temperaturniveau und dadurch weniger Wärmeverluste in den Leitungen zum Verdamp- fersystem zu haben.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn zum Erwärmen des Betriebsabwassers ein Wärmetauscher primärseitig mit Wasser aus einem Behälter des An- und AbfahrdampfSystems in Kontakt ist und se- kundärseitig von Betriebsabwasser durchströmt wird.
Um möglichst viel reines Wasser zu produzieren, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform aus nicht verdampftem Betriebs-
abwasser gebildete Schlacke dem Verdampfer entnommen und zumindest zum Teil nach Durchlaufen des Wärmetauschers wieder in den Verdampfer geleitet. Zweckmäßiger Weise wird dem zumindest einen Teil der Schlacke vor Durchlaufen des Wärmetauschers weiteres, zu reinigendes Betriebsabwasser zugemischt.
Um auch bei den vergleichsweise niederen Temperaturen im An- und Abfahrsystem, d.h. Temperaturen von unter 100°C, eine
Verdampfung zu erzielen, wird vorteilhafter Weise im Verdampfer ein Unterdruck erzeugt, beispielsweise durch eine Vakuumpumpe, der die Siedetemperatur des Abwassers entsprechend herabsenkt .
Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das gereinigte Betriebsabwasser wieder weitgehend vollständig in den Wasser-Dampf-Kreislauf zurückgeführt wird. Dadurch wird ein Betrieb der Kraft- Werksanlage ohne kontinuierliches Zuführen von Frischwasser bzw. Ausleiten von Betriebsabwasser in die Umwelt möglich. Dies ist dann besonders interessant, wenn Wasserknappheit herrscht oder bei entsprechenden Anforderungen an den Umweltschutz .
Die auf eine Vorrichtung für eine Betriebsabwasserreinigung gerichtete Aufgabe löst die Erfindung durch eine entsprechende Vorrichtung für eine Betriebsabwasserreinigung umfassend ein An- und AbfahrdampfSystem mit einem Behälter und einer Zuleitung zum Behälter für Abwässer, die während des Betriebs eines Abhitzedampferzeugers anfallen, und einer vom Behälter abzweigenden Leitung, weiter umfassend einen Verdampfer zur Betriebsabwasserreinigung, wobei das An- und AbfahrdampfSystem mit dem Verdampfer so verbunden ist, dass Wärme aus dem An- und AbfahrdampfSystem auf ein im Verdampfer zu verdampfendes Fluid übertragen werden kann.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Wärmetauscher primärseitig in den Behälter des An- und AbfahrdampfSystems und sekundär- seitig in eine Betriebsabwasserzuleitung zum Verdampfer geschaltet ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher im Behälter angeordnet. Diese Bauweise ist kompakt, allerdings ist bei dieser Ausführungsform der Füllstand des Behälters relevant.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher primärseitig an der vom Behälter abzweigenden Leitung, d.h. außerhalb des Behälters, angeordnet. Die Rohre, durch die das zu erhitzende Betriebsabwasser fließt, liegen nicht mehr nur im heißen Wasser, wie bei der Lösung mit dem Wärmetauscher im Behälter, sondern werden aktiv umströmt. Dies hebt den Wärmedurchgangskoeffizienten an und bewirkt somit einen besseren Wärmeübergang. Aufgrund dieser Erhöhung ist die Wärmetauscherfläche eines außerhalb des Tanks instal- Herten Wärmetauschers kleiner. Aufgrund der kleineren Bauweise und leichteren Montage ist ein außerhalb des Behälters installierter Wärmetauscher die wirtschaftlich und energetisch bessere Lösung. Sowohl beim im Behälter integrierten, als auch beim außerhalb des Behälters angeordneten Wärmetauscher ist es vorteilhaft, wenn eine drehzahlgeregelte Pumpe in die vom Behälter abzweigende Leitung geschaltet ist. Im ersten Fall kann mit ihr eine gewünschte Füllstandshöhe im Behälter eingestellt werden, im zweiten Fall lässt sich mit ihr ein im Wesentlichen konstanter Massenstrom durch die Leitung einstellen.
Die Möglichkeit der Nutzung der Abwärme des An- und Abfahrsystems für die Betriebsabwasseraufbereitung stellt aufgrund vergleichsweise geringer Investitionskosten und niedrigem E- nergieaufwand eine wirtschaftlich und energetisch vorteilhafte Alternative zur bisherigen Lösung mittels Wärmepumpe dar. Zudem stellt die Rückführung von Abwärme eine energieeffi-
ziente Lösung dar und hilft somit in vorteilhafter Weise den energetischen Eigenbedarf des Kraftwerks zu reduzieren und C02-Emissionen zu verhindern. Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt schematisch und nicht maßstäblich:
Figur eine Kraftwerksanlage mit einer Vorrichtung für eine Betriebsabwasserreinigung.
Die Figur zeigt eine Kraftwerksanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 für eine Betriebsabwasserreinigung für das erfindungsgemäße Verfahren sowie dem übrigen Kraftwerksteil 3, der einen Wasser-Dampf-Kreislauf 4 umfasst.
Die Figur zeigt insbesondere das An- und AbfahrdampfSystem 5, dessen Hauptkomponente ein Behälter 6 ist, mit einer Zuleitung 7 zum Behälter 6 für Abwässer, die während des Betriebs eines Abhitzedampferzeugers anfallen. Die Abwärme liegt in diesem System in Form von heißem Wasser vor, welches mit einer Temperatur von annähernd 100 °C üblicherweise über die vom Behälter 6 abzweigende Leitung 8 entweder über ein Nebenkühlwassersystem in ein Hauptkühlwassersystem oder in ein Sammel- und Ableitungssystem für Betriebswasser geleitet wird.
Ferner zeigt die Figur einen für den Zwangsumlauf-Verdampf- ungsprozess der Betriebsabwasserreinigung vorgesehenen Verdampfer 9 mit einer Betriebsabwasserzuleitung 10. Durch die integrierte Verdampfung des Betriebsabwassers 11 im Verdamp- fer 9 werden sämtliche Partikel als Schlacke zurückbleiben und der entstehende Dampf 12 kann nach dessen Kondensation wieder verwendet werden. Ein Teil der am Verdampfer 9 austretenden Schlacke kristallisiert in einem Folgeprozess durch Kühlung zu einem festen Material 13.
Neben dem Massenfluss des Betriebsabwassers 11 rezirkuliert der verbleibende Teil der Schlacke 14 aus dem Verdampfer 9, um möglichst viel reines Wasser zu produzieren. Durch eine in
der Figur nicht gezeigte Vakuumpumpe entsteht im Verdampfer ein Unterdruck von etwa 60 mbar, der die Siedetemperatur des Abwassers entsprechend herabsenkt. Die Rezirkulationstempera- tur der Schlacke beträgt ca. 57°C.
Nach der Erfindung wird durch einen Wärmetauscher 15 der rezirkulierende Massenstrom nach der Einbringung des Betriebsabwassers 11 auf ca. 60°C erwärmt, um diesen bei der Einleitung in den Verdampfer 9 bei entsprechender Druckabsenkung in die Dampfphase zu überführen.
Eine drehzahlgeregelte Pumpe 16 in der vom Behälter 6 abzweigenden Leitung 8 sorgt für einen im Wesentlichen konstanten Massenstrom durch die Übertragerrohre im Wärmetauscher 15.
Claims
1.Vorrichtung (2) nach Anspruch 9, wobei der Wärmetauscher (15) primärseitig an der vom Behälter (6) abzweigenden Leitung (8) angeordnet ist.
2.Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine drehzahlgeregelte Pumpe (15) in die vom Behälter (6) abzweigende Leitung (8) geschaltet ist. 13. Kraftwerksanlage (1) mit einer Vorrichtung (2) für eine Betriebsabwasserreinigung nach einem der Ansprüche 8 bis 12.
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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