DD232984A4

DD232984A4 - Verfahren zur abwaermenutzung fuer die erzeugung mechanischer energie

Info

Publication number: DD232984A4
Application number: DD228701A
Authority: DD
Inventors: Hans Foerster
Original assignee: Schwermasch Liebknecht Veb K
Priority date: 1981-03-30
Filing date: 1981-03-30
Publication date: 1986-02-12
Also published as: DE3142055A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Verfahrens zur Abwaermenutzung fuer die Erzeugung mechanischer Energie mit wahlweise gleichzeitiger Kaelteerzeugung nach Patentanmeldung WP 161 075. Das Verfahren ist als Nachschaltprozess (Koppelprozess) Abwaerme produzierender thermodynamischer Verfahren und Kreisprozesse anwendbar, wobei die Erzeugung mechanischer Energie und daraus folgend Elektroenergie vorrangig ist und die Kaelteerzeugung mit variablem Leistungsanteil zugeordnet werden kann. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Verfahrens zur Abwaermenutzung nach dem Hauptpatent, indem der unerwuenschte Einfluss hoeherer Kuehlwassertemperaturen kompensiert, eine Herabsetzung des Druckverlustes fuer den Arbeitsmitteldampf und die Freisetzung reiner Arbeitsmitteldaempfe anstelle von Gemischdaempfen erreicht und die Nutzenergieausbeute bei gleichem Abwaermeangebot erhoeht wird. Erfindungsgemaess wird das dadurch geloest, dass die reiche Loesung vor dem Eintritt in den Hochdruckdesorber in einem Nachsaettiger noch weiter mit dem Arbeitsmittel aufgesaettigt wird. Die dabei anfallende Absorptionswaerme wird regenerativ im Desorptionsteil genutzt oder nach aussen abgefuehrt. Anwendungsgebiet der Erfindung ist bei allen Abwaerme produzierenden Prozessen gegeben, wie: - Kernenergieanlagen - Chemieanlagen - Trocknungsprozesse - Rauchgas produzierende Prozesse. Fig. 1

Description

weise bzw. nur in geringem Maße für andere prozeßfremde Wärmeverbraucher nutzbar gemacht werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach der Hauptpatentanmeldung WP 161 075 wurde ein Verfahren zur Nutzung von Abwärme niedrigen Temperaturniveaus als Nachschalt-Sorptionsprozeß für thermische Verfahren vorgeschlagen, mit dem unter Verwendung eines Arbeitsstoffpaares mit gut absorbierbar em, bei Umgebungsdruck niedrig siedendem Hochdruckarbeitsmittel und einem geeigneten Absorptionsmittel die Erzeugung mechanischer bzw. elektrischer Energie bei gleichzeitiger, wahlweiser Kälteerzeugung möglich ist. Dabei gibt die am unteren Ende eines Desorbers anfallende arme Lösung ihre fühlbare Wärme überwiegend regenerativ zuerst in einem Teilstromdesorber an einen Teil der zu entgasenden Lösung oder in einem Vorüberhitzer an die am oberen Ende des Desorbers anfallenden und einer Entnahmeturbine zuzuleitenden Arbeitsmitteldämpfe ab. Anschließend erfolgt eine weitere regenerative Wärmeabgabe in einem Wärmeübertrager an die dem Desorber zuzuführende reiche Lösung und danach gegebenenfalls noch eine weitere Wärmeabgabe in Kühleinrichtungen mit äußerer Wärmeabführung, bevor die arme Lösung vollständig in eine Niederdruck-Absorberstufe entspannt wird. Dabei wird entweder die Gesamtmenge des am oberen Ende des Desorbers anfallenden dampfförmigen Arbeitsmittels überhitzt und der mehrstufigen Entnahmeturbine zugeführt oder es wird eine Teilmenge vor der Überhitzung abgezweigt, kondensiert und über einen Absorptionskälteteil direkt der Niederdruck-Absorberstufe zugeleitet. Das Arbeitsmittel wird in der Entnahmeturbine mehrstufig arbeitsleistend entspannt und die arme Lösung in der Niederdruck-Absorberstufe nimmt aus der Endstufe der Entnahmeturbine und gegebenenfalls aus dem Absorptionskälteteil Arbeitsmitteldampf auf, bis die Gleichgewichtskonzentration nahezu erreicht ist. Danach wird die Lösung (Absorbens) durch eine Pumpe auf den Druck der nächsthöheren Absorberstufe gebracht und nimmt dort erneut soviel Arbeitsmitteldampf aus dieser höheren Druckstufe der Entnahmeturbine auf, bis die Gleichgewichtskonzentration bei diesem höheren Druck wieder nahezu erreicht ist, worauf eine weitere stufenweise Aufsättigung der Lösung durch stufenweise Erhöhung des Absorberdruckes 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 Desorptionsanfangstemperatur und — durch Begrenzung der Wärmeübertragung von der armen Lösung an die reiche Lösung im Wärmetauscher — nahe dem Siedezustand, vorzugsweise mit definierter Unterkühlung in den Desorber eintritt. Damit ist der im Gegenstrom zur entgasenden Lösung im Desorber geführte Abwärmeträger bis erheblich unter 100 ⁰C abkühlbar und eine hohe Reinheit des Arbeitsmitteldampfes im Desorber erzielbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Verfahrens zur Abwärmenutzung nach Patentanmeldung WP 161 075 im Hinblick auf die Erhöhung der Nutzenergieausbeute, der Vervollkommnung der Energieumwandlung und des Gütegrades des Prozesses sowie der Vereinfachung bei der technischen Gestaltung der Anlage.

Es ist ferner das Ziel der Erfindung, den unerwünschten Einfluß höherer Kühlwassertemperaturen auf die Prozeßkennziffern zu vermindern, den Druckverlust im Desorber zu reduzieren und die Freisetzung reiner Arbeitsmitteldämpfe im Desorber anstelle der Freisetzung von Gemischdämpfen zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die Nutzenergieausbeute bei gleichem Wärmeangebot zu erhöhen und dabei den Einfluß höherer Kühlwassertemperaturen auf die Energieumwandlung zu kompensieren.

Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, den Gütegrad des Abwärmenutzungsverfahrens zu erhöhen, die Druckverluste des Arbeitsmitteldampfes zu verringern und die Erzeugung von Arbeitsmitteldämpfen höchster Reinheit im Hochdruckdesorber zu sichern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die von der Hochdruck-Absorberstufe auf den Druck des Hochdruckdesorbers gebrachte reiche Lösung zunächst in einem Nachsättiger mit Arbeitsmittel aus dem Hochdruckdesorber weiter angereichert wird, wobei im Nachsättiger in einem adiabaten Teil die Lösungstemperatur erhöht, in einem nachfolgenden gekühlten Teil die Absorptionswärme abgeführt und die nachgesättigte reiche Lösung anschließend dem Hochdruckdesorber zugeführt wird. Dabei kann anstelle des Hochdruckdesorbers immer eine Kombination Hochdruckdesorber/ Hochdruck—Teilstromdesorber eingesetzt werden.

Eine günstige Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die reiche Lösung vor dem Eintritt in den Nachsättiger vorgewärmt wird, wobei die Vorwärmung vorzugsweise durch einen Teilstrom des Abwärmeträgers erfolgt, der die Absorptionswärme im Nachsättiger aufnimmt und im Desorptionsteil, z. B. im Heizregister des Hochdruckdesorbers und anschließend im Wärmeübertrager wieder abgibt. Eine besondere Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die im gekühlten Teil des Nachsättigers entstehende Absorptionswärme durch Entgasen einer anderen reichen Lösung im Bereich niedriger oder mittlerer Drücke als Desorptionskühlung im Nachsättiger selbst abgeführt wird.

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Ausführungsbeispiel

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

Fig. 1: Einen Nachsättiger für die reiche Lösung des Hochdruckdesorbers, wobei die Absorptionswärme durch einen vorgekühlten Teilstrom des Abwärmeträgers aufgenommen und im Heizregister des Hochdruckdesorbers regenerativ, genutzt wird.

Fig. 2: Einen Nachsättiger für die reiche Lösung des Hochdruckdesorbers, wobei die Absorptionswärme durch gleichzeitiges Desorbieren von Arbeitsmittel einer anderen reichen Lösung (Desorptionskühlung) abgeführt wird. Fig. 3: Einen Nachsättiger für die reiche Lösung des Hochdruckdesorbers, wobei die Äbsorptionswärme an die Umgebung abgegeben wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz eines Nachsättigers 13. gemäß Fig. 1 wird die von der Hochdruck-Absorberstufe kommende reiche Lösung 10 zunächst in einem Wärmeübertrager 14 vorgewärmt und anschließend im Nachsättiger 13 weiter mit Arbeitsmittel aus der Kombination Hochdruckdesorber 1/Hochdruck-Teilstromdesorber 3 angereichert. Dabei wird in dem adiabaten Teil 15 des Nachsättigers 13 durch entstehende Absorptionswärme die Temperatur der reichen Lösung angehoben. In einem nachfolgenden gekühlten Teil 16 wird die entstehende Absorptionswärme nach außen abgeführt. Dadurch wird ein hoher Nachsättigungsgrad der reichen Lösung bewirkt, bevor diese auf den Hochdruckdesorber 1 und den dazu parallel geschalteten Hochdruck-Teilstromdesorber in Teilströmen aufgegeben wird.

Die Vorwärmung der reichen Lösung 10 im Wärmeübertrager 14 erfolgt zweckmäßigerweise durch einen Teilstrom des Abwärmeträgers. Dieser Teilstrpm des Abwärmeträgers wird vom Hauptstrom vor dessen Austritt 7 abgezweigt, durch eine Pumpe 17 auf höheren Druck gebracht und zur weiteren Abkühlung durch den Wärmeübertrager 14 geleitet. Von da wird er unten in den gekühlten Teil 16 des Nachsättigers 13 eingespeist, nimmt im Gegenstrom im gekühlten Teil 16 die entstehende Absorptionswärme auf und verläßt oben den gekühlten Teil 16 wieder. Daraufhin wird der nun aufgeheizte Teilstrom des Abwärmeträgers dem Heizregister 2 des Hochdruckdesorbers 1 zugeführt und regenerativ zur Beheizung benutzt. Die Zumischung dieses Teilstromes zum Hauptstrom des Abwärmeträgers erfolgt dabei an einer Stelle, an der der Hauptstrom das gleiche Temperaturniveau hat.

Das Austreiben des Arbeitsmittels aus der reichen Lösung erfolgt darüber hinaus in bekannter Weise, indem der Abwärmeträger im Eintritt 6 in die Teilanlage einströmt, dann in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine Teilstrom das Heizregister 2 des Hochdruckdesorbers 1 durchströmt und dabei durch Beheizen der Lösung das Arbeitsmittel ausgetrieben wird. Der zweite Teilstrom des Abwärmeträgers

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wird durch das Heizregister 5 des Hochdruck-Teilstromdesorbers 3 geführt und anschließend dem ersten Teilstrom im Heizregister 2 an einer Stelle entsprechenden Temperaturniveaus zugemischt. Der Abwärmeträger verläßt die Teilanlage über den Austritt 7. Die als Sumpfprodukt im Hochdruckdesorber 1 und im Hochdruck-Teilstromdesorber 3 anfallende heiße, arme Lösung wird zusammengeführt, durchströmt das regenerative Heizregister 4 des Hochdruck-Teilstromdesorbers 3 und verläßt anschließend die Teilanlage über den Ausgang 20. Das ausgetriebene Arbeitsmittel im Hochdruckdesorber 1 und im Hochdruck-Teilstromdesorber 3 wird teilweise durch Nachsättigung der reichen Lösung im Nachsättiger 13 gebunden. Der andere Teil verläßt die Teilanlage über den Arbeitsmittel-Ausgang 8.

Nach Fig. 2 erfolgt die regenerative Nutzung der im Nachsättiger 13 freigesetzten Absorptionswärme am Ort der Entstehung, indem der gekühlte Teil 16 auf seiner wärmeaufnehmenden Seite als Mitteldruck—Verdrängungs—Desorber ausgebildet ist. Diesem Verdrängungs-Desorber wird oben eine reiche Lösung 11 zugeführt, aus der durch die Absorptionswärme ein Arbeitsmittel bei mittlerem Druck ausgetrieben und über den Arbeitsmittel-Ausgang 9 aus dem gekühlten Teil 16 abgeführt wird. Die arme Lösung 12 verläßt unten den gekühlten Teil 16.

Eine andere Ausführung für die Abführung der Absorptionswärme aus dem gekühlten Teil 16 des Nachsättigers 13 wird in Fig. 3 dargestellt. Hierbei wird die anfallende Absorptionswärme durch einen im Kreislauf geführten Wärmeträger an die Umgebung abgeführt. Der Kreislauf des Wärmeträgers wird dabei durch eine Pumpe 18 aufrechterhalten, wobei die Wärmeabgabe an die Umgebung durch eine Kühleinrichtung 19 erfolgt.

Claims

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Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Abwärmenutzung für die Erzeugung mechanischer Energie nach Patentanmeldung WP 161 075, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Hochdruck-Absorberstufe auf den Druck des Hochdruckdesorbers (1 ) bzw. der Kombination Hochdruckdesorber/Hochdruck-Teilstromdesorber (1, 3) gebrachte reiche Lösung zunächst in einem Nachsättiger (13) mit Arbeitsmittel aus dem Hochdruckdesorber (1 ) bzw. aus der Kombination Hochdruckdesorber/Hochdruck-Teilstromdesorber (1, 3) weiter angereichert wird, wobei im Nachsättiger (13) in einem adiabaten Teil (15) die Lösungstemperatur erhöht, in einem nachfolgenden gekühlten Teil (16) die Absorptionswärme abgeführt und die nachgesättigte reiche Lösung anschließend dem Hochdruckdesorber (1) bzw. der Kombination Hochdruckdesorber/Hochdruck—Teilstromdesorber (1, 3) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reiche Lösung vor dem Eintritt in den Nachsättiger (13) vorgewärmt wird und die Vorwärmung vorzugswiese durch einen Teilstrom des Abwärmeträgers erfolgt, der die Absorptionswärme im Nachsättiger (13) aufnimmt und im Desorptionsteil, z. B. im Heizregister (2) des Hochdruckdesorbers (1) und anschließend im Wärmeübertrager (14) wieder abgibt, wobei die Zuspeisung des Teilstromes in das Heizregister (2) an einer Stelle gleichen Temperaturniveaus erfolgt.
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im gekühlten Teil (16) entstehende Absorptionswärme entweder durch Entgasen einer reichen Lösung im Bereich niedriger oder mittlerer Drücke als Lesorptionskühlung im Nachsättiger (13) selbst abgeführt oder über einen gesonderten Wärmeträgerumlauf an die Umgebung abgeführt wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen · .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Verfahrens zur Erzeugung mechanischer Energie und daraus.folgend von Elektroenergie aus Abwärme mit wahlweise gleichzeitiger Kälteerzeugung nach WP 161 075 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 anwendbar, wobei die Erzeugung mechanischer Energie vorrangig und die Kälteerzeugung mit variablem Leistungsanteil zugeordnet werden kann. Unter Abwärme ist dabei der primär nicnt nutzbare Anteil des Wärmeumsatzes thermodynamischer Prozesse anzusehen, der im Bereich geringem Temperaturniveaus von Wärmeträgern anfällt und der nicht oder nur zeit-