DD230626A3

DD230626A3 - Verfahren zur verminderung des waerme- und kuehlwasserbedarfs bei thermodynamischen sorptionskreisprozessen

Info

Publication number: DD230626A3
Application number: DD25418683A
Authority: DD
Inventors: Hans Foerster; Manfred Lange; Eva Fricke; Ingrid Strauss; Bernhard Pocher; Karl-Heinz Petrick
Original assignee: Hans Foerster; Manfred Lange; Eva Fricke; Ingrid Strauss; Bernhard Pocher; Petrick Karl Heinz
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1983-08-24
Publication date: 1985-12-04
Also published as: DE3419514A1; SU1486713A1; CS258044B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Waermerueckgewinnung und Kuehlwassereinsparung bei dampfbeheizten, thermodynamischen Sorptionskreisprozessen, vorzugsweise bei Absorptionskaelteanlagen mit zwei Desorptionsstufen. Ziel der Erfindung ist es, die Loesungsrueckfuehrung zur regenerativen Nutzung des Waermeinhaltes armer Loesungen durch ein effektiveres Verfahren zu ersetzen und dabei die arme Loesung staerker abzukuehlen und den Fremdwaermebedarf der Desorber erheblich zu reduzieren. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass die zu entgasende, reiche Loesung an bestimmter Stelle dem Desorber entnommen, in einem externen, liegenden Rieselentgaser mit Hilfe des Waermeinhaltes der armen Loesung oder anderer Waermetraegerstroeme entgast und anschliessend getrennt in fluessiger und dampffoermiger Phase dem Desorber wieder zugefuehrt wird. Anwendbar ist die Erfindung bei allen thermodynamischen Sorptionskreisprozessen, vorzugsweise bei Absorptionskaelteanlagen mit zwei Desorptionsstufen. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Wärme- und Kühlwasserbedarfs bei vorzugsweise dampfbeheizten, thermodynamischen Sorptionskreisprozessen, bei denen sich die zu entgasende Lösung in einem Desorber in der Rieselphase befindet. Anwendbar ist das Verfahren bei allen thermodynamischen Sorptionskreisprozessen mit einem Lösungskreislauf, die mit Rohrkolonnen als Desorber arbeiten, wie Absorptionskälteanlagen, Absorptionswärmepumpen, Sorptionskraftprozesse und Wärmehochtransformationsprozesse. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Verfahrens ist bei dampfbeheizten Absorptionskälteanlagen mit zwei Desorptionsstufen gegeben.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Verfahren zur Rückführung der armen Lösung in einen Desorber bekannt, bei dem durch die Rückführung Wärme regenerativ am kalten Ende des Desorbers eihgekoppelt wird. Wegen der geringen Menge der armen Lösung, die für eine derartige Rückführung zur Verfügung steht, ist das aber nur mit einer eingebauten spiralförmig gewickelten Heizschlange ausführbar. (Ztschr. f. d. gesamte Kälteindustrie, Bd.20 (1913), S. 1-9, S. 114-119, S. 150-161, Bd.21 (1914), S.7-14, S.21-24). Die sich dabei ergebenden spiralförmigen Rohrsysteme gestatten keine hohe Energiedichte bei der Wärmeübertragung, sind schwer zugänglich, weisen eine unbefriedigende Zuverlässigkeit im Betrieb auf und sind fertigungstechnisch kompliziert. Bei diesen spiralförmigen Rohrsystemen ist die Erzielung einer definierten Rieselströmung mit gutem Wärmeübergang.nicht gesichert. Der Einbau in einen überfluteten Desorberteil ist wegen der ungünstigen Wärmeübergangsbedingungen bzw. wegen der Einschränkung der mittleren Temperaturdifferenz nicht sinnvoll.

Zur Verbesserung dieser Situation wurde in der Patentanmeldung WP F 25 B/220266 vorgeschlagen, für Wärmeträger ohne Phasenwechsel, die maximal abgekühlt werden sollen, den Gesamtstrom der armen Lösung als regenerativen Wärmeträger einem externen Teilstromdesorber zuzuführen und dort seinen Wärmeinhalt im Gegenstrom an einen Teilstrom der reichen Lösung abzugeben. Für Wärmeträger, die latente Wärme unter Phasenwechsel abgeben, ist diese Lösung aber nur beschränkt anwendbar, weil durch die hohe Temperaturdifferenz zwischen dem Heizmedium und der reichen Lösung am kalten Ende des Heizregisters hohe Übertragungsverluste entstehen.

Die Rückführung der armen Lösung in den Desorber unter Beibehaltung von vertikalen Rohrregistern mit Rieselströmung ist insofern nicht vorteilhaft, als bei der wärmeabgebenden armen Lösung nur eine geringe Flüssigkeitsmenge vorhanden ist, der ein viel zu großer Strömungsquerschnitt gegenübersteht, so daß der Wärmeübergang auf der Heizmittelseite ungünstig wird und die erforderlichen geringen Temperaturdifferenzen zur Nutzung eines großen Anteils des Wärmeinhaltes dieser armen Lösung nicht erreichbar sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, das bekannte, aber wegen seiner Mängel bisher nicht realisierte Verfahren der Lösungsrückführung zur regenerativen Nutzung des Wärmeinhaltes armer Lösungen für vorzugsweise dampfbeheizte Desorber bei Sorptionsprozessen durch ein effektiveres und realisierbares Verfahren zu ersetzen. Dabei soll die arme Lösung, also das Sumpfprodukt des Desorbers, in einem breiten Temperaturbereich abgekühlt werden, wodurch gleichzeitig die Voraussetzung für eine stärkere Abkühlung der armen Lösung im Nutzwärmeübertrager zu schaffen ist, so daß die im Lösungskühler an die

Umgebung abzuführende Wärme stark reduziert wird. Gleichzeitig soll damit der Fremdwärmebedarf der Desorber reduziert und die Einkopplung von Wärme aus mehreren Wärmeträgern bzw. Produktströmen ermöglicht werden, einschließlich der Unterkühlung des Heizdampfkondensats, so daß die Wärmeausnutzung bei bekannten Sorptionskreisprozessen deutlich erhöht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein erheblicher Teil der fühlbaren Wärme von im Sumpf vorzugsweise dampfbeheizter Desorber heiß anfallenden armen Lösungen, von Heizdampfkondensaten der Desorber usw. am kalten Ende der Desorber wieder eingekoppelt wird, wodurch die von außen zuzuführende Fremdwärme erheblich reduziert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu entgasende Lösung aus einem Zwischenboden mit Dampfdurchtrittskamin des stehenden Desorbers entnommen, einem oder mehreren, extern angeordneten, liegenden, an sich bekannten Rieselentgasern zugeführt, auf den horizontal angeordneten Rohren des Rieselentgasers verteilt und bei nach unten gerichteten Strom des Rieselfilms entgast wird. Die flüssige Phase wird anschließend oberhalb einer unter dem Zwischenboden vorgesehenen Stoffaustauscheinheit und die infolge der Entgasung gebildete Dampfphase vorzugsweise oberhalb des Zwischenbodens, aber unterhalb einer weiteren Stoffaustauscheinheit in den Desorber zurückgeführt. Der jeweilige Wärmeträger, de seine fühlbare Wärme zur Beheizung des entsprechenden Rieselentgasers abgibt, wird von unten in den mehrgängigen Rohrraum des Rieselentgasers eingeführt und nach seiner Abkühlung aus der obersten Kammer des Rohrraumes wieder abgeführt.

Eine vorteilhafte Lösung zur gleichzeitigen Nutzung der Wärmeinhalte mehrerer Produktströme wird durch die Parallelschaltung von extern angeordneten Rieselentgasern erreicht, die, sofern mehrere Desorber vorhanden sind, dem Desorber mit der niedrigsten Desorptionsanfangstemperatur zuzuordnen sind. Die Verteilung der zu entgasenden reichen Lösung auf die Rieselentgaser wird dabei nach dem Prinzip der Danaiden im Verhältnis der Ablaufquerschnitte von auf dem Zwischenboden des Desorbers angeordneten Ablaufwehren vorgenommen.

Eine andere vorteilhafte Lösung zur gleichzeitigen Nutzung der Wärmeinhalte mehrerer Produktströme ergibt sich durch eine Reihenschaltung der extern angeordneten Rieselentgaser bezüglich der Durchleitung der zu entgasenden Lösung, wobei diese bei Vorhandensein mehrerer Desorber ebenfalls dem Desorber mit der niedrigsten Desorptionsanfangstemperatur zuzuordnen sind. Die Rieselentgaser sind dabei übereinander angeordnet.

Eine weitere Lösung zur gleichzeitigen Nutzung der'Wärmeinhalte mehrerer Produktströme bei Vorhandensein von mehr als einem Desorber ergibt sich dadurch, daß die armen Lösungen jedes Desorbers und die zugehörigen extern angeordneten, liegenden Rieselentgaser dem jeweiligen Desorber und weitere Produktströme und die entsprechenden externen Rieselentgaser den einzelnen Desorbern nach deren Desorptionsanfangstemperaturen sinnvoll zugeordnet werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Desorber mit integriertem Dephlegmator, extern angeordneten, liegenden Rieselentgasern und einem

Wärmetauscher, wobei die Beheizung des Rieselentgasers durch die arme Lösung des gleichen Desorbers erfolgt, Fig.2: einen Desorber mit Nebenausrüstungen gemäß Fig. 1, mit einem zusätzlichen, liegenden Rieselentgaser, der mit Heizdampfkondensat beheizt wird, wobei beide Rieselentgaser parallel geschaltet sind und über entsprechende Wehre

auf dem Zwischenboden mit zu entgasender Lösung versorgt werden, Fig.3: den Desorptionsteil ein.es zweistufigen Desorptionsprozesses, wobei die in beiden Desorbern anfallenden, heißen, armen Lösungen in parallelgeschalteten, liegenden Rieselentgasern, die nur einem der Desorber zugeordnet sind,

Wärme abgeben, Fig. 4: eine Reihenschaltung bezüglich der zu entgasenden Lösung von zwei liegenden Rieselentgasern durch Übereinanderbau, wobei die Heizung eines Rieselentgasers durch die arme Lösung des Desorbers erfolgt und der andere Rieselentgaser

von einem fremden Wärmeträgerstrom beheizt wird

Der Produktweg verläuft nach Fig. 1 bis 4 wie folgt:

In einen Desorber 1 bzw. 1'wird eine reiche Lösung 2 bzw. 2' eingebracht, die gegebenenfalls in einem Dephlegmator 4, in jedem Falle aber in einem Wärmetauscher 5 bzw. 5' vorgewärmt wird. Nach dieser Vorwärmung wird die reiche Lösung 2 bzw. 2'in den Desorber 1 bzw. V eingeleitet, passiert dort eine Stoffaustauscheinheit 6 bzw. 6', in der der Gleichgewichtszustand mit dem von unten aufsteigenden Dampf angenähert wird und gelangt dann auf einen Zwischenboden 7, der mit einem Gasdurchtrittskamin 8 versehen ist. Von dem Zwischenboden 7 wird die zu entgasende reiche Lösung aus dem Desorber 1 bzw. 1' entnommen und einem Rieselentgaser 9 zugeführt. Sind aber mehrere Wärmeträgerströme als Heizmittel verfügbar und sind deshalb mehrere parallelgeschaltete Rieselentgaser 9 bzw. 9' vorgesehen, so erfolgt eine Aufteilung der zu entgasenden Lösung auf dem Zwischenboden 7 auf die zugeordneten Rieselentgaser 9 bzw. 9' durch vorgegebene Flächenverhältnisse der Austrittsöffnungen von Überlaufwehren 10, die auf dem Zwischenboden 7 vorgesehen sind. Die zur Verfügung stehenden Heizmedien, z.B. die als Sumpfprodukt in den Desorbern 1 bzw. 1' anfallenden armen Lösungen

15 bzw. 15', das Kondensat 12 bzw. 12' des Heizdampfes 11 bzw. 11'für die fremdbeheizten Teile 14 bzw. 14' der Desorber 1 bzw. 1' oder auch prozeßfremde Wärmeträger treten jeweils von unten in den mehrflutig ausgebildeten Rohrraum der extern angeordneten, liegenden Rieselentgaser 9 bzw. 9' ein und werden darin von der zu entgasenden Lösung im annähernden Gegenstrom abgekühlt. Das jeweilige Heizmedium wird aus der obersten Kammer des Rohrraumes der liegenden Rieselentgaser 9 bzw. 9' wieder abgeführt. Die in den Rieselentgasern 9 bzw. 9' entgaste Lösung wird in getrennten Phasen in den Desorber 1 zurückgeführt. Die flüssige Phase wird unterhalb des Zwischenbodens 7, aber oberhalb einer weiteren Stoffaustauscheinheit

16 in den Desorber 1 zurückgeführt, passiert die Stoffaustauscheinheit 16, wobei erneut der Gleichgewichtszustand mit den aufsteigenden Dämpfen angenähert wird. Daran anschließend erfolgt eine weitere Entgasung der Lösung in einem durch Heizdampf 11 fremdbeheizten Teil 14 des Desorbers 1, wobei der Heizdampf 11 fremdbeheizten Teil 14 als Kondensat 12 verläßt und die entgaste arme Lösung 15 sich im Sumpf des Desorbers 1 sammelt.

Die infolge der Entgasung in den Rieselentgasern 9 bzw. 9' gebildete Dampfphase wird vorzugsweise oberhalb des Zwischenbodens 7, aber unterhalb der Stoffaustauscheinheit 6 in den Desorber 1 zurückgeführt.

Bei Vorhandensein mehrerer Desorber 1 und 1' in einer Anlage werden die vorgesehenen externen Rieselentgaser 9 und 9' vorzugsweise dem Desorber 1 zugeordnet, der die niedrigste Desorptionsanfangstemperatur aufweist. Es ist aber auch möglich, die Rieselentgaseer 9 und 9' dem jeweils zugehörigen Desorber 1 und V zuzuordnen, wobei noch andere Rieselentgaser für weitere Wärmerträgerströme vorgesehen werden können, die jeweils entsprechend dem Wärmeangebot sinnvoll einem Desorber zuzuordnen sind.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Verminderung des Wärme-und Kühlwasserbedarfs bei thermodynamischen Sorptionskreisprozessen, z.B. Absorptionskälteanlagen mit vorzugsweise dampfbeheizten Desorber, bei denen der Wärmeinhalt von vorhandenen Wärmeträgern, wie prozeßintern am Desorbersumpf anfallenden armen Lösungen, von Heizdampfkondensaten oder von prozeßfremden, anfallenden Wärmeträgerströmen zur Wärmeeinkopplung am kalten Ende von Rieseldesorbern herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu entgasende, reiche Lösung (2 bzw. 2') aus einem mit einem Gasdurchtrittskamin (8) versehenen Zwischenboden (7) des stehenden Desorbers (1) entnommen, einem oder mehreren, extern angeordneten, liegenden, an sich bekannten Rieselentgasern (9 bzw. 9') zugeführt, auf den horizontal angeordneten Rohren des bzw. der Rieselentgaser (9 bzw. 9') verteilt, bei nach unten gerichtetem Strom des Rieselfilms zu einem entsprechenden Anteil entgast und die flüssige Phase oberhalb einer, unter dem Zwischenboden (7) vorgesehenen Stoffaustauscheinheit (16) in den Desorber (1) zurückgeführt wird, während die infolge der Entgasung gebildete Dampfphase vorzugsweise oberhalb des Zwischenbodens (7), jedoch zwischen den Stoffaustauscheinheiten (6 und 16) in den Desorber zurückgeleitet wird und der jeweilige Wärmeträger, der seine fühlbare Wärme zur Beheizung des entsprechenden Rieselentgasers (9 bzw. 9') abgibt, von unten in den mehrflutigen Rohrraum des Rieselentgasers (9 bzw. 9') eingeführt wird, sich dort abkühlt und aus der obersten Kammer des Rohrraumes des Rieselentgasers (9 bzw. 9') wieder abgeführt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Nutzung der Wärmeinhalte mehrerer Produktströme die extern angeordneten, liegenden Rieselentgaser (9 und 9') parallelgeschaltet und bei Vorhandensein mehrerer Desorber (1 und 1') dem Desorber mit der niedrigsten Desorptionsanfangstemperatur zugeordnet sind, wobei die Verteilung der zu entgasenden reichen Lösung auf die Rieselentgaser (9 und 9') nach dem Prinzip der Danaiden im Verhältnis der Austrittsquerschnitte von auf dem Zwischenboden (7) des Desorbers (1) angeordneten Überlaufwehren (10) vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Nutzung der Wärmeinhalte mehrerer Produktströme die extern angeordneten Rieselentgaser (9 und 9') bezüglich der Durchleitung der zu entgasenden Lösung in Reihe geschaltet und übereinander angeordnet sind und bei Vorhandensein mehrerer Desorber (1 und 1') dem Desorber mit der niedrigsten

Desorptionsanfangstemperatur zugeordnet sind.
4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Nutzung der Wärmeinhalte mehrerer Produktströme bei Vorhandensein von mehr als einem Desorber die armen Lösungen jedes Desorbers die jeweils zugehörigen, extern angeordneten, liegenden Rieselentgaser beheizen und weitere Produktströme mit ihren entsprechenden, externen Rieselentgasern den einzelnen Desorbern nach deren Desorptionsanfangstemperatur sinnvoll zugeordnet werden.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen