DD155194A1

DD155194A1 - METHOD FOR THE ENERGETIC OPTIMIZATION OF A COMPACTION PROCESS

Info

Publication number: DD155194A1
Application number: DD22587180A
Authority: DD
Inventors: Artur Wilda
Original assignee: Artur Wilda
Priority date: 1980-12-09
Filing date: 1980-12-09
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE3134844A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur energetischen Optimierung eines Verdichtungsprozesses fuer mehrstufige Verdichtung, insbesondere mit Kreisel- und Kolbenverdichtern. Das Ziel besteht darin, die Verdichtungswaerme als nutzbare Waerme zurueckzugewinnen, den Kuehlwasserverbrauch und die Kuehlwasseranlagen zu beseitigen und den Energieaufwand zu vermindern. Aufgabe der Erfindung ist es, die Elemente einer Waermepumpe in eine Verdichteranlage zu integrieren und so zu gestalten und miteinander zu verknuepfen, dass die komplexe Funktion der Anlage das Ziel erfuellt. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass eine Waermepumpe in eine Verdichteranlage integriert ist.The invention relates to a method for the energetic optimization of a compression process for multi-stage compression, in particular with centrifugal and piston compressors. The aim is to recover the heat of compression as usable heat, to eliminate the consumption of cooling water and the cooling water systems and to reduce the energy consumption. The object of the invention is to integrate the elements of a heat pump in a compressor unit and to design and connect with each other so that the complex function of the system meets the goal. The task is solved by the fact that a heat pump is integrated into a compressor system.

Description

22 5 8 7122 5 8 71

Titel der Erfindung:Title of the invention:

Verfahren zur energetischen Optimierung eines Verdichtungs-Process for the energetic optimization of a compaction

prozesses. .process. ,

Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:

Pie Erfindung betrifft ein Verfahren zur energetischen Optimierung eines Verdichtungsprozesses für mehrstufige Verdichtung, insbesondere mit Kreisel- und Kolbenverdichtern.Pie invention relates to a method for energetic optimization of a compression process for multi-stage compression, in particular with centrifugal and piston compressors.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Die Kühlung des Gases im Verdichtungsprozeß hat den Zweck, die isentrope Verdichtung in die isotherme Verdichtung näherungsweise zu überführen, um dadurch Antriebsenergie zu sparen. Die Verdichtungswäriae wird vom Kühlwasser abgeführt und geht verloren. Entweder fließt sie mit dem Kühlwasser ab, das durch Frischwasser ersetzt wird, oder sie v/ird in einer Eückkühlanlage durch Aufwendung von Energie und Verdunstungskühlung dem Kühlwasser entzogen.Characteristic of the known technical solutions: The cooling of the gas in the compression process has the purpose of approximately converting the isentropic compression into the isothermal compression, thereby saving drive energy. The Verdichtungswäriae is dissipated by the cooling water and is lost. It either flows off with the cooling water, which is replaced by fresh water, or it is removed from the cooling water in an e-cooling plant by the application of energy and evaporative cooling.

Nachteilig ist an diesem allgemein üblichen Prinzip, daß die Eückkühlwärme vollständig und große Mengen an Kühlwasser durch Verdunstung teilweise' verloren gehe.n.A disadvantage of this generally accepted principle that the Eückkühlwärme completely and large amounts of cooling water by evaporation partly 'lost geh.n.

Die energetisch optimale Arbeitsweise Jeder Verdichterstufe ist nur dann gewährleistet, wenn das Gas tatsächlich die für jede Stufe richtige Temperatur und den richtigen Druck am Eintritt aufweist« Die herkömmlichen Verfahren der Kühlung und Zwischenkühlung ermöglichen keine hinreichend genaue Führung dieser Parameter.The energetically optimal mode of operation Each compressor stage is only guaranteed if the gas actually has the correct temperature and pressure at the inlet for each stage. "Conventional cooling and intercooling methods do not provide sufficiently accurate control of these parameters.

Es wurde bereits vorgeschlagen, das zu verdichtende Gas unter Verwendung einer Absorptionskälteanlage vor dem Eintritt in die erste Verdichtungsstufe zu kühlen, um dadurch die Leistung eines Verdichters zu erhöhen. Die Absorptionskälteanlage wird dabei mit der Kompressionswärme einer Verdichtungsstufe betrieben.It has already been proposed to cool the gas to be compressed using an absorption refrigeration system before entering the first compression stage, thereby increasing the capacity of a compressor. The absorption refrigeration system is operated with the heat of compression of a compression stage.

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Das hat aber den Nachteil, daß die Kompressionswärme dieser Stufe nur soweit genutzt wird, wie sie zur Kühlung des Mediums vor dem Eintritt in den Verdichter benötigt wird. Sowohl der verbleibende Teil, als auch die gesamte Korapressionswärme aller weiteren Stufen bleiben ungenutzt und werden mit dem Kühlwasser abgeführt. Kühlwasser wird somit nicht eingespart und der Wirkungsgrad des mehrstufigen Verdichtungsprozesses nicht verbessert (DE-OS 21 02 279)·But this has the disadvantage that the heat of compression of this stage is used only as far as it is needed to cool the medium before entering the compressor. Both the remaining part, as well as the entire Korapressionswärme all other stages remain unused and are dissipated with the cooling water. Cooling water is thus not saved and the efficiency of the multi-stage compression process is not improved (DE-OS 21 02 279)

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die genannten Mangel zu beseitige», insbesondere aber die Verdichtungswärme als nutzbare Wärm© zurückzugewinnen, den Kühlwasser verbrauch und die Kühlwasseranlagen zu beseitigen und den Energieaufwand für den Verdichtungsprozeß zu vermindern.The aim of the invention is to eliminate said deficiency », but in particular to recover the heat of compression as usable heat ©, consuming the cooling water and eliminate the cooling water systems and to reduce the energy consumption for the compression process.

Darlegung des Wesens der Erfindung;Explanation of the essence of the invention;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Elemente einer Wärmepumpe in eine. Verdichteranlage zu integrieren und so zu . gestalten und miteinander zu verknüpfen, daß die komplexe Punktion der neuen Anlage das genannte Ziel erfüllt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Wärmepumpe in eine Verdichteranlage integriert ist und die Wärmepumpe nach dem Absorptionsprinzip arbeitet. Der Austreiber einer Absorptionswärmepumpe wird mit einem Teil der Verdichtungswärme einer Verdichtungsstufe betrieben. Eine, andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, daß der Austreiber einer Absorptionswärmepumpe mit fremder, sonst verlorener Abwärme betrieben wird.The invention is based on the object, the elements of a heat pump in a. Integrate compressor unit and so on. design and link together that the complex puncture of the new plant fulfills the stated goal. According to the invention the object is achieved in that a heat pump is integrated into a compressor unit and the heat pump works on the principle of absorption. The expeller of an absorption heat pump is operated with a portion of the compression heat of a compression stage. Another possible solution is that the expeller of an absorption heat pump is operated with foreign, otherwise lost waste heat.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß in die das erwärmte Kühlwasser führenden Rohrleitungen mindestens einer, vorteilhaft aber allen Kühlstufen mindestens ein Verdampfer einer Wärmepumpe eingebunden ist, daß alle Kühler einer Verdichteranlage als Verdampfer ausgeführt sind und daß in die das Kühlwasser bz?/_e den Wärmeträger führenden Eohrleitungen einstellbare Drosselventile eingebunden sind.Further advantageous embodiments of the invention are that in which the heated cooling water leading pipelines at least one, but advantageously all stages cooling at least one evaporator of a heat pump is involved, that all radiators of a compressor unit are designed as evaporators and in that the cooling water bz? / _E the heat transfer leading Eohrleitungen adjustable throttle valves are involved.

Ausführungsbeispielsembodiment

Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert Fig. 1j Schaltschema einer herkömmlichen Verdichteranlage mit einer Absorptionswärmepumpe gekoppelt.The invention is explained in more detail with reference to two exemplary embodiments. FIG. 1j shows a schematic diagram of a conventional compressor system coupled to an absorption heat pump.

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Fig« 2: Schaltschema einer Verdichteranlage mit integrierter Absorptionswärmepumpe.Fig. 2: Schematic diagram of a compressor unit with integrated absorption heat pump.

Die £lg. 1 zeigt eine orfindungsgeraäße Schaltung zur Durchführung des Verfahrens zur energetischen Optimierung eines Ver-The £ lg. 1 shows a circuit according to the invention for carrying out the method for the energetic optimization of a

. dichtungsprozesses zwischen den Verdichtungsstufen 1.1· 1.2 und 1.3 und seinem Kühlraitte!kreislauf mit einer vereinfacht schematisierten Absorptionswärmepumpe 4; 5; 6; 7 und 8» Das in der ersten Verdichtungsstufe 1.1 und in der zweiten Verdichtungsstufe 1.2 verdichtete Gas gibt seine Verdichtungswärme ^₀ in den Kühlern 2 an das Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufes ab, wobei die Kühlwasserpumpe 3 den Umlauf des Kühlwassers bewirkt. ' -, sealing process between the compression stages 1.1 · 1.2 and 1.3 and its Kühlraitte! cycle with a simplified schematic absorption heat pump 4; 5; 6; 7 and 8 »The compressed in the first compression stage 1.1 and in the second compression stage 1.2 gas gives its compression heat ^ ₀ in the radiator 2 to the cooling water of the cooling water circuit, the cooling water pump 3 causes the circulation of the cooling water. '-

Das Kühlwasser gibt die Wärme Qq im Verdampfer 4 an den Wärmeträger der Absorptionswärmepumpe weiter. Im Absorber 5 wird das .Lösungsmittel mit dem Wärmeträger angereichert und mittels der Lösungspumpe 9 dem Austreiber 7 zugeführt.The cooling water transfers the heat Qq in the evaporator 4 to the heat carrier of the absorption heat pump. In the absorber 5, the .Lösungsmittel enriched with the heat transfer medium and supplied to the expeller 7 by means of the solution pump 9.

Das Gas mit der Verdichtungswärme Q_G der im Beispiel letzten Verdichtungsstufe 1.3 heizt den Austreiber 7» der Wärmeträger und Lösungsmittel weitgehend trennt.The gas with the heat of compression Q _G in the example last compression stage 1.3 heats the expeller 7 »the heat transfer medium and solvent largely separates.

Lösungsmittel und ein Rest des Wärmeträgers fließen über ein Drosselventil 6 zurück zum Absorber 5· Im Wärmetauscher 8 gibt der Wärmeträger die Wärme Q^ zur unmittelbaren nutzung ab. Die optimale Steuerung der thermodynamisehen Parameter vor cjeder Verdichtungsstufe'wird mit Hilfe der regelbaren Drosselventile 10 oder energetisch günstiger, mit einer drehzalgeregelten Kühlwasserpumpe 3 iⁿ Abstimmung mit der Wärmeleistung der Wärmepumpe durchgeführt. Das dargestellte Beispiel ist günstig für die nachträgliche energetische Optimierung einer herkömmlichen Verdichteranlage.Solvent and a remainder of the heat carrier flow back to the absorber 5 via a throttle valve 6. In the heat exchanger 8, the heat carrier releases the heat Q 1 for direct use. The optimum control of the thermodynamic parameters before cjeder Verdichtungsstufe'wird using the variable throttle valves 10 or energetically favorable, with a cooling water pump 3 drehzalgeregelten i ⁿ coordination with the heat output of the heat pump performed. The example shown is favorable for the subsequent energetic optimization of a conventional compressor system.

Für den Eahmen der Erfindung ist die Anzahl der Zwischenkühlungen oder die Existenz von Vor- und Hachkühlstufen unerheblichFor the purposes of the invention, the number of intermediate cooling or the existence of pre and Hachkühlstufen is irrelevant

Die wesentlichen Vorteile dieser Ausführung der Erfindung sind: The main advantages of this embodiment of the invention are:

—· Minimierung des Energieaufwandes für den VerdichtungspiOzeß,Minimizing the energy expenditure for the compaction process,

- Geschlossener Kühlwasserkreislauf, deshalb kein Wasserverlust,- Closed cooling water circuit, therefore no loss of water,

- Einsatz eines anderen günstigen Kühlmittels im Kühlkreislauf,Use of another favorable coolant in the cooling circuit,

- Die Verdichtungswärme wird zurückgewonnen und auf einem verwertbaren Temperaturniveau zur Weiterverwendung bereitgestellt.- The heat of compression is recovered and provided at a usable temperature level for re-use.

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Eine andere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeigt Fig. 2· Bei dieser Ausführung sind die Kühler des Verdichters als Verdampfer 4 ausgebildet und damit Bestandteil der wärmepumpe· Über die für das Beispiel nach Fig. 1 genannten Vorteile hinaus ergeben sich dadurchiIn this embodiment, the coolers of the compressor are designed as evaporator 4 and thus part of the heat pump · Beyond the advantages mentioned for the example of FIG

- Eine Verminderung des Material- und Bauaufwandes,- A reduction of the material and construction costs,

- Eine günstige Gestaltung der Größenverhältnisse Kühler- ³ Maschine einer Verdichteranlage, weil in einem Verdampfer 4· erheblieh größere Temperaturdifferenzen für den Wärmedurchgang realisiert werden können als in einem Wasserkühler.- A favorable design of the size ratios cooler- ³ machine a compressor unit, because in a vaporizer 4 · erheblieh greater temperature differences for the heat transfer can be realized as in a water cooler.

Der Verdampfer gleicher Wärmeleistung wie ein entsprechender Wasserkühler hat erheblich kleinere Abmessungen» The evaporator with the same heat output as a corresponding radiator has considerably smaller dimensions »

Claims

Invention claim:

1. A process for the energetic optimization of a compression process, in particular for multi-stage compression with centrifugal and reciprocating compressors, characterized in that a heat pump is integrated in a compressor unit.

2. The method according to item 1, characterized in that the heat pump operates on the principle of absorption.

35 .. The method of item 1 and 2, characterized in that the expeller (7) of an absorption heat pump with a portion of the compression heat of a compression stage (1) is operated.

4 · Method according to items 1 and 2, characterized in that the expeller (7) of an absorption heat pump with foreign, otherwise lost waste heat is operated.

5 »method according to item 1 to 2 and 3 or 4, characterized in that in the heated cooling water Eo leads at least one, but advantageously all cooling stages at least one evaporator (4) is integrated a heat pump.

6 · Method according to items 1 to 2 and 3 or 4, characterized in that all coolers (2) of a compressor unit are designed as evaporators (4).

7 · Method according to item 1 to 2 and 3 or 4 and 5 or 6, characterized in that adjustable throttle valves (10) are integrated into the pipelines carrying the cooling water or the heat transfer medium.

For this A pages drawings