Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
AMMONIUM REDUCTION IN WASTEWATER FROM POWER STATIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/157488
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a power station (1) with a water-steam circuit (2), comprising an expansion container/evaporator (3) which is connected thereto via a first wastewater line (4) for the purposes of receiving and at least partially evaporating wastewater from the water-steam circuit (2) and thus utilising the heat from the wastewater or from another source (20), and comprising a first condensation stage (5) connected via a steam line (6) to said expansion container/evaporator (3), wherein a condensation recirculation line (7) branches off from the first condensation stage (5) and opens into the water-steam circuit (2). The invention also relates to a method for treating wastewater in a power station (1) with a water-steam circuit (2).

Inventors:
FAHRNBAUER, Herbert (Bahnweg 15, Feucht-Moosbach, 90537, DE)
FUCHS, Thomas (Maria-Gebbert-Straße 11, Uttenreuth, 91080, DE)
JURETZEK, Uwe (Wenzelstraße 43, Erlangen, 91058, DE)
WIDMANN, Peter (Karlsbaderstraße 3c, Dormitz, 91077, DE)
Application Number:
EP2016/077401
Publication Date:
September 21, 2017
Filing Date:
November 11, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
International Classes:
B01D1/00; B01D3/00; B01D5/00; C02F1/04; F01K13/00; F22B37/48; F22D11/00
Domestic Patent References:
2014-04-03
2015-09-11
Foreign References:
US1393800A1921-10-18
DE102014217280A12016-03-03
Other References:
None
Download PDF:
Claims:
Kraftwerksanlage (1) mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf (2) und einer Wasserauf ereitungsanlage (22), umfassend einen Entspannungsbehälter/ Verdampfer (3), der zur Aufnahme und zumindest teilweisen Verdampfung von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf (2) mit diesem über eine erste Ab- wasserleitung (4) verbunden ist, weiter umfassend eine erste Kondensationsstufe (5) , die über eine Dampfleitung

(6) mit dem Entspannungsbehälter/ Verdampfer (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kondensatrückführungsleitung (7) von der ersten Kondensationsstufe

(5) abzweigt und in den Wasser-Dampf-Kreislauf (2) mündet .

Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, wobei der Entspannungsbehälter/ Verdampfer (3) mit einer weiteren Wärmequelle (20) verbunden ist.

Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kondensatrückführungsleitung (7) mittelbar oder unmittelbar in einen Speisewasserbehälter (8) mündet.

Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kondensatrückführungsleitung (7) mittelbar oder unmittelbar in den Hotwell (23) eines Kondensators (19) mündet .

Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kondensatrückführungsleitung (7) in eine Kondensatleitung (24) zu einem Kondensatvorwärmer (25) einer Verdampfungseinrichtung (17) mündet.

Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend mehrere Destillationsstufen (9), von denen zumindest eine thermisch an die Kondensationsstufe (5) gekoppelt ist, so dass Kondensationswärme an die Destillationsstufe (9) übertragbar ist. Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zweite Abwasserleitung (10) vom Entspannungsbehälter/ Verdampfer (3) abzweigt und in die Destillationsstufen (9) mündet.

Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Rezirkulationsleitung (11) eine stromabwärtige Destillationsstufe (12) mit einer

stromaufwärtigen Destillationsstufe (13) verbindet.

Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine den Destillationsstufen (9) nachgeschaltete Endkondensationsstufe (14) über eine Kondensatleitung (15) mit einer Deionisationsanlage (16) verbunden ist .

Verfahren zur Abwasseraufbereitung in einer Kraftwerksanlage (1) mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf (2) und einer Wasseraufbereitungsanlage (22) , wobei Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf (2) entnommen und in der Wasseraufbereitungsanlage (22) in einem Entspannungsbehälter/ Verdampfer (3) zumindest teilweise verdampft und anschließend das verdampfte Abwasser in einer ersten Kondensationsstufe (5) kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat direkt in den Wasser-Dampf- Kreislauf (2) rückgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 10, wobei für die Verdampfung im Entspannungsbehälter/Verdampfer (3) neben der Wärme aus dem Abwasser Wärme aus einer weiteren Wärmequelle (20) genutzt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Entspannungsbehälter/Verdampfer (3) und die erste Kondensationsstufe (5) bei Unterdruck betrieben werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Druck im Entspannungsbehälter/Verdampfer (3) bevorzugt zwischen 0,2 und 0,99 bar liegt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Temperatur im Entspannungsbehälter/Verdampfer (3) bevorzugt zwischen 60°C und 100°C liegt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei von der ersten Kondensationsstufe (5) Wärme auf nachgeschaltete Destillationsstufen (9) übertragen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das nicht verdampfte Abwasser den Destillationsstufen (9) zugeführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei Abwasser in den Destillationsstufen (9) rezirkuliert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei in den Destillationsstufen (9) gereinigtes Abwasser einer Deionisationsanlage (16) zugeführt wird.

Description:
Beschreibung

Ammoniumreduktion im Abwasser von Kraftwerken Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abwasseraufbereitung in einer Kraftwerksanlage mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf . Thermische Kraftwerke sondern Abwässer aus Wasser-Dampf- Kreisläufen ab, den sogenannten Blow-Down. Dieser enthält ggf. dampfflüchtige Dosierungsbestandteile wie Ammoniak.

Letzteres stellt bei der Abwasserabgabe ein Problem dar und muss des Weiteren z.B. bei AVT-Fahrweise (AVT = All Volatile Treatment, ein Verfahren, um eine bestimmte Speisewasserqualität zu erzielen, bei dem bestimmte Werte hinsichtlich ph- Wert, Sauerstoffgehalt , Dosierung von Ammoniumhydroxid eingehalten werden) dem Kreislaufwasser wieder zu dosiert werden. Für die Abwasserabgabe und Ammoniumdosierung musste der

Kraftwerksbetreiber betriebliche Kosten kalkulieren. Dazu gibt es derzeit parallele Bemühungen die absolute Abwassermenge aus dem sogenannten Blow-Down durch thermische Wasseraufbereitungsverfahren zu reduzieren. Ein mögliches thermisches Wasseraufbereitungsverfahren ist die Humidifikation/ Dehumidifikation von Luft also ein thermisches Verfahren, bei dem Abwasser zum Teil in einem Luftstrom verdunstet wird und dieser verdunstete Wasseranteil anschließend wieder als „sauberes" Wasser auskondensiert wird. Alternativ kann die Wasserreinigung durch das thermische Wasseraufbereitungsverfah- ren der Membrandestillation erfolgen, bei der mikroporöse Membranen eingesetzt werden, die nur den Wasserdampf durchlassen, flüssiges Wasser aber zurückhalten. Nachteilig ist bei diesen herkömmlichen Prozessen, dass der im Blow-Down enthaltene Ammoniak für den Wasser-Dampfkreislauf verloren geht und entsprechend nachdosiert werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftwerksanlage mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf bereitzustellen, bei der eine zu ver- werfende Abwassermenge möglichst gering ist. Eine weitere Aufgabe ist die Angabe eines entsprechenden Verfahrens zur Abwasseraufbereitung, welches die direkte Rückführung von Ammoniak aus dem Abwasser in den Wasser-Dampfkreislauf ermög- licht.

Die Erfindung löst die auf eine Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einer derartigen Kraftwerksanlage mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf und einer Wasse- raufbereitungsanlage , umfassend einen Entspannungsbehälter/ Verdampfer, der zur Aufnahme und zumindest teilweisen Verdampfung von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf mit diesem über eine erste Abwasserleitung verbunden ist, weiter umfassend eine erste Kondensationsstufe, die über eine Dampf- leitung mit dem Entspannungsbehälter/ Verdampfer verbunden ist, eine Kondensatrückführungsleitung von der ersten Kondensationsstufe abzweigt und in den Wasser-Dampf-Kreislauf mündet. Dabei kann die Verdampfungswärme aus dem Abwasser selbst (reiner Entspannungsbehälter) oder auch aus einer weiteren, externen Quelle (z.B. Niederdruckdampf aus dem Wasser-Dampf- Kreislauf des Kraftwerkes oder auch aus einem externen Dampferzeuger) stammen.

Diese Art der gesonderten Gewinnung und direkten Rückführung ammoniumhaltiger Kondensate ermöglicht es, den Ammoniak- Anteil bereits im ersten Verfahrensschritt der Abwasserreinigung aus dem Blow-Down-Reinigungsprozess zu entnehmen und in den Wasser-Dampf-Kreislauf zurückzuführen. Damit kann nun auch der Ammoniumgehalt und die Stickstofffrächt des Abwas- sers bzw. die Nachdosierungsmenge wesentlich verringert werden .

In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung mündet die Kondensatrückführungsleitung mittelbar oder unmittelbar in einen Speisewasserbehälter, einen Hotwell (=KondensatSammelbehälter) des Kondensators des Wasser-Dampf-Kreislaufs oder auch in eine Kondensatleitung zu einem Kondensatvorwärmer einer Verdampfungseinrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs . Das derart zurückgewonnene Wasser ist nämlich von ausreichender Qualität, dass es als Speisewasser verwendet werden kann.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Wasseraufbereitungsan- läge der Kraftwerksanlage mehrere Destillationsstufen, beispielsweise Membrandestillationsstufen, umfasst, von denen zumindest eine thermisch an die Kondensationsstufe des zur Ammoniakrückgewinnung vorgeschalteten Entspannungsbehälter/ Verdampfer gekoppelt ist, so dass Kondensationswärme an die Destillationsstufe übertragbar ist. Dabei wird die Kondensationswärme an die Verdunstungs-/Verdampfungssegmente der Destillationsstufe übertragen.

Es ist sinnvoll, wenn eine zweite Abwasserleitung vom Ent- spannungsbehälter/ Verdampfer abzweigt und in die Destillationsstufen mündet. Der im Entspannungsbehälter/Verdampfer nicht verdampfte Anteil des Abwassers soll nicht verworfen werden und kann vorteilhafterweise in den Destillationsstufen aufbereitet werden.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn eine Rezirkulationsleitung eine stromabwärtige Destillationsstufe mit einer stromauf- wärtigen Destillationsstufe verbindet. Es ist zweckmäßig, wenn eine den Destillationsstufen nachgeschaltete Endkondensationsstufe über eine Kondensatleitung mit einer Deionisationsanlage beispielsweise einem Mischbettfilter zur abschließenden Vollentsalzung verbunden ist. Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Abwasseraufbereitung in einer Kraftwerksanlage mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf und einer Wasseraufbereitungsanlage, wobei Abwasser aus dem Wasser-Dampf- Kreislauf entnommen und in der Wasseraufbereitungsanlage in einem Entspannungsbehälter/ Verdampfer zumindest teilweise verdampft und anschließend das verdampfte Abwasser in einer ersten Kondensationsstufe kondensiert wird, bei dem das Kondensat direkt in den Wasser-Dampf-Kreislauf rückgeführt wird. Es erfolgt keine weitere Reinigung des Kondensats über zwischengeschaltete Destillations- oder Deionisationsstufen, da dieses bereits Speisewasserqualität aufweist. Zur Sicherstellung dieser Qualität sind nur entsprechende Tropfenfänger oder ähnliches vorzusehen, um die möglichst vollständige

Trennung von Wasser („verschmutzt") und Dampf („sauber") zu realisieren .

Sollte die im Abwasser enthaltene Wärme nicht ausreichend sein, ist es zweckmäßig, wenn neben der Wärme aus dem Abwasser auch Wärme aus einer weiteren Wärmequelle genutzt wird, beispielsweise Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf .

Um möglichst viel Ammoniak über die Verdampfung im Entspan- nungsbehälter/ Verdampfer zurückgewinnen zu können, ist es vorteilhaft wenn der Entspannungsbehälter und die erste Kondensationsstufe bei Unterdruck betrieben werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Druck im Entspannungsbehälter zwischen 0,2 und 0,99 bar liegt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur im Entspannungsbehälter zwischen 60°C und 100°C liegt.

Im Hinblick auf einen hohen Gesamtwirkungsgrad der Wasseraufbereitungsanlage ist es vorteilhaft, wenn von der ersten Kon- densationsstufe Wärme auf nachgeschaltete Destillationsstufen übertagen wird.

Im Entspannungsbehälter/ Verdampfer nicht verdampftes Abwasser wird zweckmäßiger Weise den Destillationsstufen zuge- führt, um die zu verwerfende Wassermenge möglichst gering zu halten .

Um die Abwassermenge weiter zu verringern ist es zweckmäßig, Abwasser in bzw. zwischen den Destillationsstufen zu

rezirkulieren.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn in den Destillationsstufen gereinigtes Abwasser einer Deionisationsanlage zugeführt wird, um unter allen Randbedingungen die geforderte Speisewasserqualität zu erreichen.

Mit der Erfindung ergeben sich mehrere Vorteile:

Es wird verhindert, dass Ammoniak z.B. in der Nachreinigung des Produktwassers (EDI, Mischbettfilter) abgeschieden werden und über eine Dosierstation dem Wasser/Dampfkreislauf erneut zugegeben werden muss.

Ferner ist der abzuführende Abwassermassenstrom (Brine) damit ebenfalls weitgehend Ammoniak- und somit stickstofffrei. Die nachgeschalteten Reinigungsstufen können dadurch kleiner ausgeführt werden oder ganz entfallen.

Schließlich kann die interne Rezirkulation des Membrandestillationsverfahrens damit deutlich erhöht werden und somit die Rückgewinnungsrate, was wiederum die zu verwerfende Abwassermenge reduziert.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt schematisch und nicht maßstäblich:

Figur 1 eine Kraftwerksanlage nach der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine erfindungsgemäße Kraftwerksanlage 1 mit einem Wasser-Dampf- Kreislauf 2, in den ein Speisewasserbehälter 8, eine Verdampfungseinrichtung 17, eine Dampfturbine 18 und ein Kondensator 19 mit Hotwell (=Kondensatsammelbehälter) 23 hintereinander geschaltet sind. Im Betrieb der Kraftwerksanlage 1 fallen Abwässer an, die nach Möglichkeit wieder aufbereitet und in den Prozess zurückgeführt werden sollen. Die erfinderische Kraftwerksanlage 1 umfasst zu diesem Zweck eine Wasseraufbereitungsanlage 22 mit einem Entspannungsbehälter/ Verdampfer 3, der zur Aufnahme und zumindest teilwei- sen Verdampfung von Abwasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf 2 mit diesem über eine erste Abwasserleitung 4 verbunden ist.

Die Wasseraufbereitungsanlage 22 der Kraftwerksanlage 1 der Figur 1 umfasst weiter eine erste Kondensationsstufe 5, die über eine Dampfleitung 6 mit dem Entspannungsbehälter/ Verdampfer 3 verbunden ist. Das im Entspannungsbehälter/ Verdampfer 3 verdampfte Abwasser wird in der ersten Kondensati - onsstufe 5 kondensiert und über eine Kondensatrückführungs- leitung 7, die von der ersten Kondensationsstufe 5 abzweigt, in den Wasser-Dampf-Kreislauf 2 zurückgeführt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 mündet die Kondensatrückführungs- leitung 7 in den Speisewasserbehälter 8. Ebenfalls denkbar ist einer Rückführung in den Hotwell 23 oder auch in eine Kondensatleitung 24 zu einem Kondensatvorwärmer 25 in der Verdampfungseinrichtung 17.

Für eine optimale Abtrennung von Ammoniak aus dem Abwasser in diesem ersten Reinigungsschritt wird der Entspannungsbehäl - ter/ Verdampfer 3 bei Unterdruck und bei Verdampfungstempera- turen knapp unter 100°C, d.h. z.B. zwischen 80 °C und 90 °C betrieben. Die Verdampfungswärme lässt sich, falls die im Abwasser enthaltene Wärme nicht ausreicht, wie in Figur 1 gezeigt, über eine weitere Wärmequelle 20, beispielsweise durch Zufuhr von Dampf einstellen.

Zur weiteren Abwasserreinigung umfasst die Kraftwerksanlage 1 der Figur 1 neben dem Entspannungsbehälter/ Verdampfer 3 und der ersten Kondensationsstufe 5 ferner mehrere Destillations- stufen 9, von denen zumindest eine 13 thermisch an die erste Kondensationsstufe 5 gekoppelt ist, so dass Kondensationswärme an die Destillationsstufe 13 übertragbar ist. Über eine zweite Abwasserleitung 10 wird im Entspannungsbehälter/ Verdampfer 3 nicht verdampftes Abwasser den Destillationsstufen 9 zugeführt. Den Destillationsstufen 9 ist jeweils eine Kondensationsstufe 26 nachgeschaltet. Die Destillationsstufen 9 weisen eine Rezirkulationsleitung 11 auf, welche eine stromabwärtige Destillationsstufe 12 mit einer stromaufwärtigen Destillationsstufe 13 verbindet. Somit können die Rückgewinnungsrate erhöht bzw. die endgültige Ab- wassermenge verringert werden.

Zur abschließenden Aufbereitung ist den Destillationsstufen 9 und einer Endkondensationsstufe 14 über eine Kondensatleitung 15 eine Deionisationsanlage 16 nachgeschaltet, welche vol- lentsalztes Wasser über eine entsprechende Deionatleitung 21 an den Speisewasserbehälter 8 abgibt.