DD161075A3

DD161075A3 - Verfahren zur abwaermenutzung fuer die erzeugung mechanischer energie mit wahlweise gleichzeitiger kaelteerzeugung

Info

Publication number: DD161075A3
Application number: DD80220267A
Authority: DD
Inventors: Hans Foerster
Original assignee: Schwermasch Liebknecht Veb K
Priority date: 1980-04-08
Filing date: 1980-04-08
Publication date: 1984-09-19
Also published as: DE3101858A1; RO85239B; FR2481362A1; CS182881A1; CS266351B1; FR2481362B1; RO85239A; SU1486614A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung mechanischer Energie aus Abwaerme als Nachschaltprozess Abwaerme produzierender thermodynamischer Verfahren und Kreisprozesse, wobei der dabei nutzbare Waermeumsatz im Bereich geringem Temperaturniveaus liegt (<gleich 250 grad) Ziel der Erfindung ist es, einen thermodynamischen Kreisprozess so zu gestalten, dass Abwaerme geringen Niveaus durch Abkuehlung betraechtlich durch 100 grad C zur Energieerzeugung einsetzbar ist. Das Wesen der Erfindung ist darin zu sehen, dass in einem Kreisprozess ein Hochdruck-Arbeitsmittel durch Desorption bei hohem Druck freigesetzt,ueberhitzt,in einer mehrstufigen Entnahmeturbine arbeitsleistend entspannt und durch stufenweise Absorption wieder in d.fluessigen Loesung, d.h.im Absorptionsmittel geloest wird.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Abwärmenutzung für die Erzeugung mechanischer Energie mit v/ahlweise gleichseitiger Eälteerzeugung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung mechanischer Energie und daraus folgend von Elektroenergie aus Abwärme mit wahlweise gleichzeitiger Eälteerzeugung, wobei die Anteile der Erzeugung von mechanischer Energie und Kälte stark schwankendem Bedarf folgen können·

Das Verfahren ist als Nachschaltprozeß (Koppelprozeß) Abwärme produzierender thermodynamischer Verfahren und Kreisprozesse (ζ·Β·. chemische Verfahren, Verbrennungsprozesse oder andere Wärmekraftprozesse) anwendbar, wobei die Erzeugung mechanischer Energie vorrangig ist und die Kälteerzeugung mit variablem Leistungsanteil zugeordnet werden kann». Unter Abwärme ist dabei der primär nicht nutzbare Anteil des WärmeUmsatzes thermodynamischer Prozesse anzusehen, der im Bereich geringen Temperaturniveaus von Wärmeträgern anfällt ( £z 250*¹ G) und der nicht oder nur zeitweise bzw» nur in geringem Maße für andere prozess*- fremde Wärmeverbraucher nutzbar gemacht werden kann»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß durch Verdampfen und Überhitzen eines reinen Stoffes bei hohen Drücken und Temperaturen und anschließendem Kondensieren der Dämpfe in der Nähe der Umgebungstemperatur ein Wärmegefälle zur Erzeugung von mechanischer Energie gewonnen werden kann ( ζ«3» Olausius-

Rankine-Prozeß). Weiterhin ist die Verwendung von Arbeitsstoffpaaren bekannt, bei denen durch Wärmezufuhr aus einer Lösung ein Arbeitsmittel bei hohem Druck freigesetzt wird (Desorption) und bei niedrigem Druck, niedriger Temperatur und ständiger Wärmeabführung bei gleichzeitig geringer Konzentration der lösung wieder von der Lösung aufgenommen wird (Absorption) «"Das so-;,,gewonnene Wärmegefälle des Arbeitsmittels kann zur Gewinnung mechanischer Energie eingesetzt werden. Dieses Wärmegefälle läßt sich noch dadurch vergrößern, daß das .Arbeitsmittel nach der Desorption überhitzt wird« Die bekannten Ausführungen dieses Prozesses haben aber Nachteile, die in dem Widerspruch begründet sind, daß hohe Wärmegefälle einen niedrigen Absorptionsdruck erfordern, daß aber andererseits zur Bealisierung niedriger Absorptionsdrücke eine hohe Entgasung der Lösung erforderlich ist. - Das ergibt sich aus den Gleichgewichtsbedingungen der bekannten Arbeitsstoffpaare - Da eine weitgehende Entgasung der Lösung bei den anzustrebenden Desorptionsdrücken nur mittels hoher Desorptionstemperatüren realisierbar ist, ergibt sich hier-aus zwangsläufig eine Einschränkung der verwendbaren Wärmegefälle und damit Abwärmequalität, d.h* die eingesetzten Wärmeträger können nicht in dem gewünschten I&aße abgekühlt werden«

Ss sind auch Absorptionskälteanlagen bekannt, die. ausschließlich zur Erzeugung von Kälte aus vorhandener Abwärme eingesetzt werden. Die Anforderung an die Yerdampfungstemperatur des eingesetzten Kältemittels setzt jedoch Grenzen für die Höhe der Konzentration der reichen Lösung und damit für die erreichbare Abkühlung des Abwärmeträgers, also für die Hutzung von Abwärme mit geringem lemperaturniveau. Die Gleichgewichtskonzentration des Arbeitsmitteldampfes bei Arbeitsstoffpaaren mit Absorptionsflüssigkeiten, deren Dampfdruck im Bereich der Arbeitstemperatür nicht vernachlässigt werden kann, erfordert bei geringer Konzentration der reichen Lösung neben der Austreibersäule des Desorbers eine zusätzliche Verstärkersäule mit Rücklauferzeuger (Dephlegmator)» Jahreszeitlich oder kurzfristig

schwankender Kältebedarf schränkt aber die gleichmäßige Abnahme eines bestehenden Abwärmeangebetes ein·

Nach den DE-FS 940 466 und 942 515 sind Mehrstoffverfahren zur Umwandlung von Wärme in mechanische Energie bekannt, die mit einer !Turbine arbeiten, bei denen die Entspannung des Arbeitsmittels und seine Eückverdichtung durch Absorption in einer Lösung in mehreren Sintereinandergeschaiteten Stufen erfolgt« Dabei wird der !Turbine das Arbeitsmittel be« reits zu einem feil vor der vollständigen Entspannung aus Zwischenstufen entnommen und in Absorber mit gestaffeltem Druckniveau eingeleitet« Unter Verletzung des Gegenstromprinzips wird dabei aber die arme Lösung (das Absorptionsmittel) vollständig in den Absorber mit der höchsten Druckstufe entspannt, die so erzeugte reiche Lösung von Absorberstufe zu Absorberstufe im Druck weiter erniedrigt, das Arbeitsmittel dabei zum großen Teil wieder freigesetzt und eine vorteilhaft größere Beladungsbreite (Bntgasungsbreite) damit verhindert« Es treten bei diesem mehrstufigen Yerfahren gegenüber einem Prozeß mit nur einer Entspannungsund Absorptionsstufe Verluste und Nachteile auf« Die Entspannung des Arbeitsmittels erfolgt dabei nur bis zur Ent— nahmesteile der höchsten Druckstufe« Der Aufwand weiterer Entnahmen ist somit nachteilig und nicht zu rechtfertigen« In einem anderen Verfahren wird der Desorber durch einen Wärmeübertrager mit anschließendem Behälter zur Abtrennung des Gases von der Flüssigkeit ersetzt« Durch den Kontakt zwischen Lösung mittlerer Konzentration und Arbeitsmittel muß die Heinheit des Arbeitsmitteldampfes zwangsläufig gering sein, wenn der Dampfdruck der Absorptionsflüssigkeit nicht vernachläßigbar ist« Das führt zu Einbußen im Wärmegefälle der Turbine und verhindert die angestrebte starke Abkühlung des Wärmeträgers« Außerdem kann der Arbeitsmitteldampf ohne zusätzliche Rektifikation nicht zur Kälteerzeugung herangezogen werden«

Nachteilig an diesem Verfahren ist auch der Verzicht auf regenerativen Wärmetausch zwischen.armer und reicher Lösung. Die reiche Lösung wird durch heiße Hauchgase vorgewärmte

Der Kreisprozeß erhält dadurch zuviel Wärme, die dann aus der armen Lösung wieder an die Umgebung abgeführt v/erden muß und anstelle des Wärmetausches zwischen den reinen Produkten, also der reichen und der armen Lösung, treten zwei Wärmeübertragungsvorgänge mit--jeweils einem verschmutzenden Medium auf .(Zeitschrift Energie 26 (1974), 3» ^s. 83 «· 87) bzw* ähnlich: (DE-OS 2$T42 263) . - ' '

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen thermodynamischen Kreisprozeß zu entwickeln, bei dem gleichzeitig mechanische'bzw* elektrische Hutzenergie und gegebenenfalls Kälte, mit flexiblen Anteilen der Energieformen, aas Abwärme geringen Temperaturniveaus erzeugt werden, wobei die Wärmeträger in einem breiten Temp€ abgekühlt werden«

nem breiten temperaturbereich bis beträchtlich unter 100° G

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Hutzung von Abwärme niedrigen Temperaturniveaus als Hachschalt-Sorptionsprozeß thermischer Verfahren unter Verwendung eines Arbeitsstoffpaares mit gut absorbierbarem, bei Umgebungsdruck niedrig siedendem Hochdruckarbeitsmittel und einem geeigneten Absorptionsmittel zur Erzeugung mechanischer bzw« elektrischer Energie mit wahlv/eise gleichzeitiger Kälteerzeugung zu schaffen· Dabei soll das Hochdruckarbeitsmittel durch Desorption bei hohem Brück thermisch aus der Lösung freigesetzt, überhitzt, in einer Entnahme turbine arbeitsleistend entspannt und durch stufenweise Absorption - entsprechend den Druckstufen der Entnahme der Turbine bei gleichzeitiger Wärmeabführung wieder in der flüssigen Lösung, d*h# im Absorptionsmittel gebunden werden, wobei durch hohe Aufsättigung der reichen Lösung und darausfolgend niedrige Desorptionsanfangstemperatur, eine Abkühlung der Wärmeträger im breiten Temperaturbereich und die Hutzung von Abwärme geringen Temperaturniveaus ermöglicht wird*

— 5 —

Brfindungsgeinäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die am unteren Ende des Desorbers anfallende arme Lösung ihre fühlbare Wärme zuerst überwiegend regenerativ in einem leilstromdesorber an einen Teil der zu entgasenden Lösung oder in einem Yorüberhitzer an die am oberen Ende des Desorbers. anfallenden und der Entnahmeturbine zuzuleitenden Arbeitsmitteldämpfe abgibt und anschließend eine weitere regenerative Wärmeabgabe in einem Wärmeübertrager an die dem Descrber zuzuführende reiche Lösung und gegebenenfalls noch weitere Wärmeabgabe in Sihleinrichtungen mit äußerer Wärmeabführung erfolgt und die arme Lösung vollständig in eine Niederdruck-Absorberstufe entspannt wird» Dabei wird das am oberen Ende des Desorbers anfallende dampfförmige Arbeitsmittel entweder vollständig über Überhitzer der mehrstufigen Entnahmeturbine oder zu einem Teil über die Überhitzer der mehrstufigen Entnahmeturbine und zum anderen Φeil kondensiert und über eine Absorptionskälteanlage direkt der Hiederdruck—Absorberstufe zugeleitet· Das Arbeitsmittel wird in der Entnahmeturbine mehrstufig arbeitsleistend entspannt und die arme Lösung in der Niederdruck-Absorb erstufe nimmt aus der ersten"(Niederdruck) Stufe der Entnahmeturbine ungeregelt und gegebenenfalls aus der Absorptionskälteanlage Arbeitsmitteldampf bis zur Gleichgewichtskonzentration auf« Danach wird die Lösung (Absorbens) durch eine Pumpe auf den Druck der nächsthöheren "Absorberstufe gebracht und nimmt dort erneut soviel Arbeitsmitteldampf aus der zweiten Stufe der Entnähmeturbine bis zur Gleichgewichtskonzentration auf, worauf eine weitere stufenweise AufSättigung der Lösung durch stufenweise Erhöhung des Lösungsdruckes bei entsprechender Arbeitsmitteldampfentnahme aus den jeweiligen Stufen der Entnahmeturbine erfolgt, so daß nach der letzten Absorberstufe (Hochdruck-Absorberstufe) eine stark mit Arbeitsmittel beladene reiche Lösung mit niedriger Desorptionsanfangstemperatür und - durch Begrenzung der Wärmeübertragung von der armen Lösung an die reiche Lösung im Wärmetauscher nahe dem Siede-" zustand, vorzugsweise mit definierter Unterkühlung - in den Desorber eintritt« Damit ist der im Gegenstrom zur entgasenden

Lösung im Desorber geführte Wärmeträger bis erheblich unter 100° G abkühlbar and gleichzeitig ist eine hohe Reinheit des Arbeitsmitteldampfes im Desorber erzielbar. In einer besonderen Ausführung der Erfindang ist vorgesehen, daß die Menge der aufgesättigten Lösung vor der letzten (Hochdruck) Absorberstufe aufgeteilt"wird, wovon der eine £eil der Hochdruck-Absorberstufe und der andere !Peil einem parallelgeschalteten, bei gleichem Druck arbeitenden Mitteldruckdesorber zugeführt wird, der mit Abwärme noch geringerem Temperaturniveaus beheizt wird» Der Arbeitsmitteldampf dieses Mitteldruckdesorbers wird in die Hochdruck-^bsorberstufe geleitet, wodurch die Arbeitsmitteldampfentnahme der Hochdruckstufe der Entnahmeturbine entsprechend verringert und damit die Menge des zu niedrigeren Druckstufen in der Entnahmeturbine entspannten Arbeitsmittels in gleichem Maß erhöht wird. Die dabei im Mitteldruckdesorber entgaste Lösung wird nach regenerativer Wärmeabgabe in einem Teilstromdesorber oder einem Lösungswärmetauscher mit der armen Lösung aus dem Desorber zusammengeführt.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist. vorgesehen, daß die Bückverdichtung des Arbeitsmittels in einem zweistu-. figen thermischen Verdichter erfolgt, wobei die aufgesättigte Lösung von der Hochdruck-Absorberstufe über den Wärmetauscher einem Mitteldruckdesorber zugeleitet wird, dessen desorbierfcer Arbeitsmitteldampf in einer Sesorptionsstufe durch die arme Lösung aus dem.Desorber resorbiert, das Hesorbat durch eine Pumpe auf höheren Druck gebracht, im Wärmetauscher vorgewärmt, das Arbeitsmittel im Desorber wieder freigesetzt, überhitzt und in der Entnahmeturbine entspannt wird* Währenddessen wird die im Mitteldruckdesorber anfallende arme Lösung nach regenerativer Wärmeabgabe im leilstromdesorber oder im Vorüberhitzer, weiter Wärmeabgabe im Wärmetauscher und gegebenenfalls in einer Kühleinrichtung der Niederdruck-Absorbers tufe zur Entspannung und Arbeitsmitteldampfauf nähme zugeleitet.

Als günstige Ausführung der Erfindung durch die Kombination

mm Π mm

der parallel and in Seihe geschalteten Desorption ist vorgesehen, daß der Strom der aufgesättigten Lösung nach einer Absorberstufe, vorzugsweise nach der Hochdruck-Absorberstufe, geteilt wird, wovon ein Seilsbrom über den Wärmetauscher einem Mitfceldruckdesorber zugeleitet und der dort desorbierbe Arbeibsmitbeldampf einer Eesorpbionssbufe zugeführt wird, in der der andere Teilstrom der Lösung aus der Hochdruck-Absorbersbufe als Absorbens eingesetzt wird und die Arbeitsmitteldämpfe des Mibteldesorbers resorbiert» Das Eesorbat wird anschließend über einen Lösungswärmebauscher dem Desorber als reiche Lösung zugeführt« Die arme Lösung aus dem Mitteldruckdesorber wird nach regenerativer Wärmeabgabe in einem Teilstromdesorber und einem Wärmetauscher und gegebenenfalls einer zusätzlichen Suhleinrichtung in die Hiederdruck-Absorberstufe zur Arbeitsmitbeidampfaufnahme entspannt* Die arme Lösung aus dem Desorber wird nach regenerabiver Wärmeabgabe in dem Lösungswärmebauscher und gegebenenfalls in einer Kühleinrichbung einer Absorbersbufe mit annähernd gleicher Konzentration der Lösung zugeführt ,

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß der im Mitteldruckdesorber und der mit ihm verbundenen Absorberstufe bzw, Hesorptionssbufe herrschende Systemdruck im Gleitdruckbebrieb zum Ausgleich schwankender Kühlmibbelbemperaburen zur Beeinflussung der Konzenbrabion der reichen,-in den Desorber eintrebenden Lösung gesteuert wird*

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist zur Kühlwassereinsparung vorgesehen, daß vor dem Eintritt der Lösung in die Absorberstufen ein adiabafeer Absorber angeordnet ist und daß dem Ausgang der Blederdruck-Absorberstufe ein weiterer adiabater Absorber nachgeschaltet ist, in dem die aus der iTiederdruck-Absorbersbufe austretende Lösung mit Arbeitsmittel aus der Niederdruckstufe der Entnahmeturbine nachgesätbigt und der am Kopf des adiababen Absorbers austretende Arbeitsmibbeidampf dann der Hiederdruck-Absorbersbufe zugeleitet wird»

Pur die gesamte Erfindung ist die Verwendung des Arbeitsstoffpaares Ammoniak-Wasser von besonderem Vorteil. Es kann aber auch ein anderes Hochdruck-Arbeitsmittel, das bei Umgebungsdruck niedriger als Ammoniak siedet, beispielsweise GO₂J P 13» P 23 oder Äthan in Verbindung mit einer geeigneten Absorptionsflüssigkeit Verwendung finden*

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

: Das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen

" Sorptionsprozesses zur Gewinnung mechanischer (elektrischer) Energie aus Abwärme mit erster regenerativer Nutzung der fühlbaren Wärme der armen Lösung in einem Teilstromdesorber. .

: Das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses ähnlich Pig· 1 mit einer ersten regenerativen Wärmenutzung in einem Vorüberhitzer und der Erweiterung des Prozesses durch einen Kondensations- und Kälteteil.

ί Sas Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses ähnlich Pig, 1 oder 2 mit zur Hochdruck-Absorberstufe parallelgeschaltetem Mitteldruckdesorber zur Verdrängung des Arbeitsmittels in Richtung niedriger Entnahmedrücke in der Entnahme turbine«

Pig, 4 i Das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses ähnlich Pig· 1 oder 2 für zusätzliche die nutzung von Abwärme mit sehr niedrigem !Eemperaturniveau durch zweistufige thermische Verdichtung des Arbeitsmittels,

Pig· 5 j Das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses mit Heihen- und Parallelschaltung von Desorbern als spezielle Kombination aus den Prozessen nach Pig, 3 und Pig* 4,

g· 6 : Einen Ausschnitt aus dem Absorberteil des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses, bei dem den Absorberstufen zusätzlich adiabate Absorber vor- oder nachgeschaltet sind.

In einem Desorber 1 tritt oben die reiche Lösung ein und gelangt über eine Verteileinrichtung und einen Stoffausfeauschteil in den beheizten Desorberteil 2, in dem sie an senkrechten Bohren als Film nach unten fließt und dabei Arbeitsmittel abgibt, das im Gegenstrom zur entgasenden Lösung nach oben strömt. Der gleiche Prozeß läuft auch im Teilstromdesorber 22 ab, Der ?/ärmeträger für die Beheizung des Desorberteiles 2 tritt, sofern er ohne Phasenwechsel Heizwärme abgibt, beim Heizwärme-^Sintritt 7 in, den Desorberteil 2 unten ein und verläßt diesen durch den Heizwärme— Austritt 8» Bei Beheizung mit Dampf ist eine Unterteilung des beheizten Desorberteiles 2 vorteilhaft, wobei im oberen Seil Sattdampf"geringeren Druckes, im unteren (Beil höheren Druckes eingesetzt wird· Die im Sumpf des Desorbers 1 anfallende arme Lösung gibt ihre fühlbare Wärme entweder in einem Seilstromdesorb er 22, von unten nach oben fließend, an einen leil der reichen Lösung (3?£g» 1) oder in einem Vorüberhitzer 10 an das dampfförmige, desorbierte Arbeitsmittel (Fig, 2) ab« Die weitere Wärmeabgabe der armen Lösung erfolgt in einem lärmetauscher 9 an die reiche Lösung*

Die arme Lösung gelangt anscüLießend über eine Entspannungseinrichtung 13» eine Kühleinrichtung 14 zur Hiederdruck-Absorberstufe 5· Ia äes? Kühleinrichtung 14 erfolgt die Wärmeabgabe an ein Kühlmedium*

Das am Kopf des Desorbers 1 austretende dampfförmige Arbeitsmittel wird gegebenenfalls in dem Vorüberhitzer 10, in jedem Falle aber in einem fremdbeheizten Überhitzer 3» mit einem Wärmeträger-Eintritt 11 und einem Wärme trager-Austritt 12, weiter aufgeheizt und gelangt dann in eine mehrstufige Entnahmeturbine 4, ' in der es stufenweise entspannt wird. Von den einzelnen Stufen der Entnähmeturbine 4 gelangt das Arbeitsmittel zu den zugeordneten Absorberstufen 5, 5% 5^IJ, 5¹¹* und wird dort von der armen Lösung bzw. der stufenweise

angereicherten Lösung als flüssigem Absorptionsmittel (Absorbens) unter Abgahe von Absorptionswärme an ein Kühlmedium, aufgesaugt« In der jeweiligen Absorbersfcufe 5j 5¹ » 5^lf> 5^tt! wird die arme Lösung bzw» die vorher bereits angereicherte Lösung bis nahe dem Sättigungszustand für diese Stufe mit Arbeitsmittel beladen, wobei die Menge an Absorbens (arme Lösung bz.w· angereicherte Lösung) die zu entspannende Arbeitsmittelmenge der zugehörigen Stufe der Entnahme turbine 4 bestimmt, die Menge des entspannten Arbeitsmittels jedoch ungeregelt bleibt« Die in der Uiederdruck-Absorberstufe 5 aufgesättigte Lösung wird über eine Pumpe 6 auf einen höheren Druck gebracht und vermag dadurch in der folgenden Abtsorb erstufe 5* bei diesem höheren Druck wieder Arbeitsmittel aufzunehmen· Dabei wird der dieser Absorberstufe 5^f zugeordneten Entnahmestelle der Entnahmeturbine 4 soviel Arbeitsmittel entnommen, daß die Lösung wieder nahezu den Sättigungszustand (Gleichgewichtskonzentration) erreichte Damit ist die Arbeitsmittelentnähme aus der Entnahmeturbine 4 jeweils vom Beladungsvermögen der Lösung in der zugeordneten Absorberstufe bestimmt« Die Entnahme ist ungeregelt; sie regelt sich selbst, Yon Stufe zu Stufe wird die ange-' reicherte Lösung über Pumpen 6, 6^f, 6^if, 6^tfi auf einen jeweils höheren Druck gebracht und am Ende dem Desorber als reiche Lösung zugeführt. Dabei wird die Lösung stufenweise so stark mit Arbeitsmittel angereichert, daß sie eine sehr niedrige Desorptionsanfangstemperatur für die reiche Lösung bei Eintritt in den Desorber 1 zu verzeichnen ist, der beim Heizwärme-Eintritt 7 i& den Desorberteil 2 eintretende Wärmeträger für Abwärmenutzung sehr weit abgekühlt wird und die Vorwärmung der reichen Lösung zur regenerativen Wärmeaufnahme im Wärmetauscher 9 nur begrenzt möglich ist, so daß in besonderen !fällen auf den Wärmetauscher 9 verzichtet werden kann·

Die Reinheit des dampfförmigen Arbeitsmittels ist so groß₉ daß der Arbeitsmitteldampf gleichzeitig zur Kälteerzeugung herangesogen werden kann (Pig, 2)* Dabei wird über eine

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-Tl-

Armatur 21 ein Teilstrom des Arbeitsmitteldampfes in einem Luftkondensator verflüssigt, das Kondensat in einem Kühler 16 unfeerkühlt und in einem Behälter 17 gespeicherte Das Kondensat wird in einer Entspannungseinrichtung 18 auf den Druck eines Verdampfers 19 entspannt und damit einem Kälteträger 20 Wärme entzogen. Der Arbeitsmitteldampf wird vom Verdampfer 19 zur Wärmeaufnahme über den Kühler 16 der im Druck nächstgelegenen Absorberstufe, im allgemeinen der Niederdruckabsorberstufe 5 augeführt und dient dort in Verbindung mit der Arbeitsmitteldaiiipf entnahme aus der letzten Stufe der Entnahme turbine 4 zur Anreicherung der armen Lösung in beschriebener Weise*

Eine Erweiterung des erfindungsgemäßen Grundverfahrens erfolgt durch die Parallelschaltung eines Mitteldruck-Desorbers 1^f zum Desorber 1, wodurch sich die Entspannung des Arbeitsmittels in der Entnähmeturbine 4- zu niedrigeren Entnahmedrücken, also zu einem höheren Temperaturgefälle hin verschiebt. Dabei wird der Strom der aufgesättigten Lösung vor der letzten (Hochdruck) Absorberstufe 5^flf aufgeteilt« Ein Teilstrom der Lösung wird direkt der Hochdurck—Absorberstufe 5^ftt zugeführt» Der andere Teilstrom der angereicherten Lösung wird nach Wärmeaufnahme in einem Lösungswärmetauscher S¹ auf den zum Desorber 1 parallelgeschalteten Htteldruckdesorber V aufgegeben, in dem in bekannter Weise das Arbeitsmittel desorbiert wird» Die am Kopf des Mitteldruck-Desorbers 1* anfallenden Arbeitsmitteldämpfe werden der Hochdruck-Absorberstufe 5^ttf zugeführt« Dadurch kann die Arbeitsmitteldampfentnahme aus der Entnahmeturbine 4 für diese Druckstufe in gleichem Maße verringert werden und die Entspannung -des Arbeitsmittels in der Entnahmeturbine 4- wird dadurch zugunsten der niedrigeren Entnahmedrücke verbessert. Die arme Lösung aus dem litteldruck-Desorber 1* wird, nach Wärmeabgabe im Lösungswärmetauscher 9' an die dem Mitteldruck-Desorber 1¹ zugeführte reiche Lösung, über eine Entspannungseinrichtung 13* mit der armen Lösung aus dem Desorber 1 zusammengeführt C?ig₉ J5) ·

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Modifizierungen des erfindungsgemäßen Yerfahrens sind durch die Verwendung eines zweiten bei mittlerem Druck arbeitenden Desorbers 1% eines zusätzlichen Lösungswärmetauschers 9* und durch zusätzliche Anordnung eines weiteren Absorbers, als Eesorptionsstufe 26 arbeitend realisierbar«

Durch solche Modifikationen des Grundprozesses kann entweder die Ausbeute an mechanischer Energie erhöht oder der Prozeß an mehrere verfügbare Wärmeträger, teilweise mit geringerem Temperaturniveau als beim Grundproseß nötig, angepaßt werden· Für die Nutzung von Abwärme mit sehr niedrigem Temperaturniveau bzw« zur Erzeugung sehr hoher Arbeitsmitteldrücke ist eine zweistufige thermische Verdichtung vorgesehen. Die beiden Verdichtungsstufen sind: 1# Desorption bei mittlerem Druck und Eesorption des Arbeitsmittels bei mittlerem Druck und eine 2« Desorption bei hohem Druck» Dabei wird die aus der Hochdruck-Absorberstufe 3^ts kommende und durch die Pumpe 6^tr in Druck-erhöhte reiche Lösung über den Wärmetauscher 9 dem Mitteldruck-Besor— ber 1* zugeführt· Bas im Hitteldruck-Desorber 1^f desörbierfce Arbeitsmittel wird"der Eesorptionsstufe 26 zugeleitet. Als Absorbens wird der Eesorptionsstufe 26 die aus dem Sumpf des Desorbers 1 kommende, über den Lösungswärmetauscher 9^f gekühlte und in der Entspannungseinrichtung 13^f entspannte arme Lösung zugeführt, die· sich mit dem Arbeitsmitteldampf aus dem Mitteldruck-Desorber 1^! anreichert» ITach Druckerhöhung durch eine Pumpe 24 und Wärmeaufnahme in dem Lösungswärmetauscher 9* wird die angereicherte Lösung dem Desorber 1 zugeführt· Die arme Lösung aus dem Mitteldruck-Desorber 1* wird in bekannter Weise über den Yorüberhitzer 10, den Wärmetauscher 9» die Entspannungseinrichtung 13 und die kühleinrichtung 14 der Niederdruck-Ab sorb erstuf e j? zugeleitefc (Pig.4),

Bei den erweiterten Grundprosessen (Parallelschaltung cdar zweistufige thermische Eückverdichtung) arbeitet der Desorber 1 jeweils als Hochdruck-Desorber,

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Eine weitere Modifizierung dieses Verfahrens ergibt sich dadurch, daß die beim höchsten Absorberdriick in der Absorberstufe 5^If austretende und durch die Pumpe 6'* auf höheren Druck gebrachte reiche Lösung in zwei Teilströme aufgeteilt wird» Ein Teilstrom wird nach Temperaturerhöhung im Wärmetauscher 9 dem Mitteldruck-Desorber 1*zugeleitet. Der dort desorbierte Arbeitsmitteldampf wird in der Ee* sorptionsstufe 26 durch den anderen 3Je ils brom der reichen Lösung wieder aufgesaugt (resorbiert)· Die so entstandene reiche Lösung (Sesorbat) wird nach Druckerhöhung durch die Pumpe 24 und. Temperaturerhöhung im Lösungswärmetauscher 9* auf den Desorber 1 aufgegeben. Die arme Lösung aus dem Mitteldruck-Desorber 1* wird in bekannter Weise über den Wärmetauscher 9» <iie EntSpannungseinrichtung 13 und die Kühleinrichtung 14 der Niederdruck-Absorberstufe 5 zugeführt^ während die aus dem Desorber 1 austretende arme Lösung in analoger Weise über den Lösungswärmebauscher 9% die Entspannungseinrichtung 13' und die Kühleinrichtung 14* geleitet wird· Anschließend wird diese arme Lösung einer Absorbersbufe mit annähernd gleicher· Konzentration der Lösung, beispielsweise der Absorberstufe 5^lf zugemischt.

Heben den beschriebenen Prozessen, also « Grundprozeß (Jig, 1 und 2)

- Prozeß mit parallelgeschaltetem Mitteldruckdesorber, cL.lu Terdrängungsdesorber (S¹Ig₉ 3)

- zweistufige thermische Eückverdichtung des Arbeitsmittels in einer Reihenschaltung von Desorbern (Pig· 4)

sind vielfältige Kombinationen und Prozeßerweiterungen möglich, mit denen spezielle Anpassungen an die Anzahl und an die Qualität der Abwärmeträger realisierbar sind* Es ist beispielsv/eise möglich, wenn ein Wärmeträger mit sehr geringem Temperaturniveau zur Verfugung steht, einen zusätzlichen Verdr-gngungsdesorber für die Absorberstufe unter der Mitteldruckstufe oder parallel zur Mitteldruckstufe zu verwenden, der dann nur eine Druckstufe überspannt, mit dem aber dadurch

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eine weitere Verdrängung des Arbeitsmittels in der Entnahme turbine 4· in Sichtung niedrigerer Entnähmedrücke und damit höherer Wärmegefälle erreicht wird₃

Claims

E rfindungsanspruch

1_# Verfahren zur Hutzung von Abwärme niedrigen Temperaturniveaus für die Erzeugung mechanischer bzw« elektrischer Energie mit wahlweise gleichzeitiger Kälteerzeugung als Ifachschalt-Sorpbionsprozeß thermischer Verfahren unter Verwendung eines Arbeifesstoffpaares mit gut absorbierbarem Hochdruck-Arbeitsmittel und einem flüssigen Absorptionsmittel, bei dem das Hochdruck-Arbeitsmittel durch Desorption bei hohem Druck thermisch freigesetzt, überhitzt und in einer mehrstufigen Entnahme turbine arbeitsleistend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die am unteren Ende des Desorbers (1) anfallende arme Lösung ihre fühlbare Wärme zuerst überwiegend regenerativ in einem Seilstromdesorber (22) „an einen Ieil der entgasenden Lösung oder in einem Vorüberhitzer (10) an die am oberen Ende des-Desorbers (1) anfallenden Arbeibsmitteldämpfe, die der Entnahme turbine (4) zuzuleiten sind, abgibt und anschließend eine weitere regenerative Wärmeabgabe in einem Wärmeübertrager (9) an die dem Desorber (1) zuzuführende reiche Lösung und gegebenenfalls noch weitere Wärmeabgabe in Eühleinrichtungen (14) mit äußerer Wärmeabführung erfolgt und die arme Lösung vollständig in eine Hiederdruck-Absorb erstufe (5) entspannt wird, während das am oberen Ends des Desorbers (1) anfallende dampfförmige Arbeitsmittel entweder vollständig über Überhitzer (10 j 3) der mehrstufigen Entnahme turbine (4) öder zu einem Seil über die Überhitzer (10j 3) der mehrstufigen Entnahmeturbine (4) und zum anderen Heil kondensiert und über eine Absorptionskälteanlage direkt der Uiederdruck-Absor— berstufe (j?) zugeleitet werden, das Arbeitsmittel in der Entnahme turbine (4) mehrstufig arbeitsleisbend entspannt wird und die arme Lösung in der Mederdruck—Ab sorb erst ufe (5) aus der ersten (Hlederdruck) Stufe der Entnahmeturbine (4) ungeregelt und gegebenenfalls aus der Absorptionskälteanlage Arbeibsmitteldampf bis zur Gleichgewichtskonzentration aufnimmt, danach durch eine Pumpe (6) auf den Druck einer nächsthöheren Absor— berstufe (5^f) gebracht wird und dort erneut so viel Arbeitsmitteldampf aus-der zweiten Stufe der Entnahmeturbine (4) bis zur Gleichgewichtskonzentration dieser Druckstufe aufnimmt und eine weitere stufenweise AufSättigung der Lösung durch stufenweise Erhöhung des Lösungsdruckes bei entsprechender Arbeits-

mitteldampfentnähme aus den jeweiligen Stufen der Entnahmeturbine (4) erfolgt, so daß nach der letzten (Hochdruck) Absorberstufe (5>^lfI) eine stark mit Arbeitsmittel beladene, reiche Lösung mit niedriger Desorptionsanfangstemperatür und - durch Begrenzung des Wärmetausches im Wärmetauscher (9) nahe dem Siedezustand, vorzugsweise aber mit definierter Unterkühlung - in den Desorber (1) wieder eintritt und damit der im Gegenstrom zur entgasenden Lösung im Desorber (1) geführte Wärmeträger bis erheblich unter 100° Q abkühlbar und gleichzeitig eine hohe Reinheit des Arbeitsmitteldampfes im Desorber (1) erzielbar ist»

2» Verfahren nach Punkt 1,. dadurch gekennzeichnet, daS die Menge der aufgesättigten Lösung vor der letzten (Hochdruck) Absorberstufe (5^ttf) aufgeteilt wird, wovon der eine Teil der Hochdruck-Absorberstufe (5^t!l) uüd &^ez andere Teil parallel geschalteten, bei gleichem Druck arbeitenden Mitteldruckdesorber (1^}) zugeführt und der Arbeitsmitteldampf des Mitteldruckdesorbers (1¹) in die letzte (Hochdruck) Absorberstufe (5^lft) geleitet wird, wodurch die Arbeitsmitteldampf entnahme der Hochdruckstufe der Entnahme turbine (4) entsprechend verringert und damit die Menge des zu niedrigeren Druckstufen in der Entnahme turbine (4) entspannten Arbeitsmittels in gleichem Maße erhöht wird, während die im Mitteldruckdesorber (1¹) entgaste Lösung nach regenerativer Wärmeabgabe in einem Teilstromdesorber oder einem Lösungs— Wärmetauscher (9^f) mit der armen Lösung aus dem Desorber (1) zusammengeführt oder in eine der Absorberstufen (5^f; 5^fi) eingespeist wird*

3» Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eückverdichtung des Arbeitsmittels durch einen zv/eistufigen thermischen Verdichter erfolgt, wobei die aufgesättigte Lösung der Hochdruck-Absorberstufe (5^JI) über den Wärmetauscher (9) einem Mitteldruckdesorber (1^f) zugeleitet, dessen desorbierter Arbeitsmitteldampf in einer Eesorptionsstufe (26) durch die arme Lösung aus dem Desorber (1) resorbiert, das Hesorbat durch eine Pumpe (24·) auf höheren

Druck gebracht, im Wärmetauscher (9¹) vorgewärmt, das Arbeitsmittel iia Desorber (1) wieder freigesetzt, überhitzt und in der Entnahme turbine (4) entspannt wird, während die im Mitteldruckdesorber (1^f) anfallende arme Lösung nach regenerativer Wärmeabgabe im ieilstromdesorber (22) oder in dem Vorüberhitzer (10) weiterer Wärmeabgabe in dem Wärmetauscher (9) gegebenenfalls in der Kühleinrichtung (14) der Hiederdruck-Absorb erstufe (5) zur Entspannung und" Arbeitsmitteldampfaufnähme zugeleitet wird.

4, Verfahren nach Punkt 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der aufgesättigten Lösung nach einer Absorberstufe (5>J 5¹J 5¹')» vorzugsweise nach der Hochdruck-Abs orb erst ufe (5^tf) geteilt wird, wovon ein Teilstrom über den Wärmetauscher (9) einem Mitteldruckdesorber (1^!) zugeleitet und der desorbierte Arbeitsmitteldampf einer . Besorptionsstufe (26) zugeführt wird, in der der andere Teilstrom der Lösung aus der Hochdruck-Absorberstufe (p^ir) als Absorbens eingesetzt wird, und die Arbeitsmitteldämpfe des Mitteldruckdesorbers (1¹) resorbiert, das Sesorbat anschließend über einen Lösungswärmetauscher (9^T) dem Desorber (1) als reiche Lösung zugeführt wird, während die arme Lösung aus dem Mitteldruckdesorber (1^f) nach regenerativer Wärmeabgabe in einem leilstromdesorber und dem Wärmetauscher (9) und gegebenenfalls in der Snhleinrichtung (14) in die Niederdruck-Absorberstufe (5) zur Arbeitsmitteldampfaufnahme entspannt und die arme Lösung aus dem Desorber (1) nach regener tiver Wärmeabgabe in dem Lösungswärmetauscher (9¹) und gegebenenfalls in einer Eühleinrichtung (14') einer der Absorberstufe (5; 5'| 5^t!) mit annähernd gleicher Konzentration der Lösung zugeführt wird«

5e Verfahren nach Punkt 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Mtteldruckdesorber (1*) und der mit ihm verbundenen Absorberstufe (5) bzw« Hesorptionsstufe (26) herrschende Systemdruck im Gleitdruckbetrieb zum Ausgleich

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schwankender Kühlmitteltemperaturen zur Beeinflussung der Konzentration der reichen, in den Desorber (1) eintretenden Lösung gesteuert wird·

6· Verfahren nach Punkt 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eintritt der Lösung in die Absorberstufen (5» 5'J 5^ff5 5^ftl) eis- adiabater Absorber (23) angeordnet ist, und dem Ausgang der Hiederdruck-Absorberstufe (5) ein weiterer adiabater Absorber (25) nachgeschaltet ist, in dem die aus der Niederdruck-Absorberstufe (5) austretende Lösung mit Arbeitsmittel aus der Hiederdruckstufe der Entnahmeturbine (4) nachgesättigt und der am Kopf des adiabaten Absorbers (25) austretende Arbeitsmitteldampf dann der Niederdruck-Absorberstufe (5) zugeleitet wird*

7· Verfahren nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsstoffpaar Ammoniak-Wasser oder' ein anderes Hochdruck-Arbeitsmittel, das bei Umgebungsdruck niedriger als Ammoniak siedet, beispielsweise C Q^, $ 13» i¹ 23 oder Äthan in Verbindung mit einer geeigneten Absorptionsflüssigkeit Verwendung findet.

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