DD232984A4

DD232984A4 - METHOD FOR ABBEER USE FOR GENERATING MECHANICAL ENERGY

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. 1The invention relates to an improvement of the method for Abwaermenutzung for the generation of mechanical energy with either simultaneous Kaelteerzeugung according to patent application WP 161 075. The method is used as Nachschaltprozess (coupling process) Abwaerme producing thermodynamic processes and cycles, the generation of mechanical energy and consequent electrical energy priority and the refrigeration production can be assigned with a variable capacity. The aim of the invention is to improve the method of Abwaermenutzung according to the main patent by the unwanted influence of higher Kuehlwassertemperaturen compensated, achieved a reduction in the pressure loss for the working medium vapor and the release of pure Arbeitsmitteldaempfe instead of Gemischdaempfen and the Nutzergiausbeute is increased at the same Abwaermeangebot. According to the invention, this is achieved in that the rich solution is further saturated with the working fluid before it enters the high-pressure desorber in a secondary oiler. The resulting absorption heat is used regeneratively in the desorption part or removed to the outside. Field of application of the invention is given in all Abwaerme producing processes, such as: - nuclear power plants - chemical plants - drying processes - flue gas-producing processes. Fig. 1

Description

weise bzw. nur in geringem Maße für andere prozeßfremde Wärmeverbraucher nutzbar gemacht werden kann.wise or only to a small extent for other non-process heat consumers can be used.

Characteristic of the known technical solutions

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.After the main patent application WP 161 075, a method for using low temperature waste heat as a post-sorption process for thermal processes has been proposed with the use of a pair of materials with good absorbable, at ambient pressure low-boiling high pressure working fluid and a suitable absorbent generation of mechanical or electrical Energy with simultaneous, optional cooling is possible. The resulting at the lower end of a desorber poor solution their sensible heat predominantly regenerative first in a Teilstromdesorber to a portion of the solution to be degassed or in a superheater to the resulting at the upper end of the desorber and a removal turbine to be supplied from the working medium vapors. Subsequently, a further regenerative heat transfer takes place in a heat exchanger to the rich solution to be supplied to the desorber and then optionally further heat dissipation in cooling devices with external heat dissipation before the poor solution is fully expanded into a low-pressure absorber stage. In this case, either the total amount of accumulating at the upper end of the desorber vaporous working fluid is superheated and supplied to the multi-stage extraction turbine or it is diverted a subset before overheating, condensed and fed via an absorption cooling directly the low-pressure absorber stage. The working fluid is expanded in the extraction turbine work in several stages and the poor solution in the low-pressure absorber stage takes from the final stage of the extraction turbine and optionally from the absorption refrigeration working medium vapor until the equilibrium concentration is almost reached. Thereafter, the solution (absorbent) is brought by a pump to the pressure of the next higher absorber stage and takes there again as much working fluid from this higher pressure stage of the extraction turbine until the equilibrium concentration at this higher pressure is almost reached again, whereupon a further stepwise saturation of the solution by gradually increasing the absorber pressure with appropriate Arbeitsmitteldampfentnahme from the respective stages of the extraction turbine, so that after the last absorber stage (high-pressure absorber stage) a heavily laden with working fluid rich solution with low Desorptionsanfangstemperatur and - by limiting the heat transfer from the poor solution to the rich Solution in the heat exchanger - near the boiling state, preferably with defined subcooling enters the desorber. Thus, the countercurrent to the degassing solution in the desorber guided waste heat carrier is cooled to well below 100 ⁰ C and a high purity of the working medium vapor in the desorber can be achieved.

Object of the invention

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.The aim of the invention is to improve the process for the use of waste heat according to patent application WP 161 075 with regard to increasing the Nutzergieausbeute, the perfection of energy conversion and the degree of quality of the process and the simplification of the technical design of the system.

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.It is also the object of the invention to reduce the undesirable influence of higher cooling water temperatures on the process parameters, to reduce the pressure loss in the desorber and to achieve the release of pure working medium vapors in the desorber instead of the release of mixture vapors.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention is based on the technical object to increase the Nutzergieausbeute with the same heat supply and thereby to compensate for the influence of higher cooling water temperatures on the energy conversion.

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.Furthermore, it is the object of the invention to increase the degree of efficiency of the waste heat recovery process, to reduce the pressure losses of the working medium vapor and to ensure the production of high-purity working medium vapors in Hochdruckdesorber.

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.According to the invention, this object is achieved in that the brought from the high-pressure absorber stage on the pressure of Hochdruckdesorbers rich solution is first enriched in a Nachsättiger with working fluid from the Hochdruckdesorber, wherein the Nachsättiger in an adiabatic part increases the solution temperature, in a subsequent cooled Part of the heat of absorption dissipated and the saturated saturated solution is then fed to the Hochdruckdesorber. In this case, instead of the Hochdruckdesorbers always a combination Hochdruckdesorber / Hochdruck-Teilstromdesorber be used.

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.A favorable embodiment of the method according to the invention provides that the rich solution is preheated before entering the Nachsättiger, the preheating is preferably carried out by a partial flow of the waste heat carrier, which absorbs the heat of absorption in the Nachsättiger and desorption, z. B. in the heating of the Hochdruckdesorbers and then emits in the heat exchanger again. A special embodiment of the method according to the invention provides that the heat of absorption arising in the cooled part of the post-saturator is removed by desegregation of another rich solution in the range of low or medium pressures as desorption cooling in the post-saturator itself.

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embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:

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. 1: A Nachsättiger for the rich solution of Hochdruckdesorbers, wherein the absorption heat is absorbed by a pre-cooled partial flow of the waste heat carrier and regeneratively used in the heating of the Hochdruckdesorbers.

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.Fig. 2: A Nachsättiger for the rich solution of Hochdruckdesorbers, wherein the heat of absorption is dissipated by simultaneous desorbing of working fluid another rich solution (desorption). Fig. 3: A Nachsättiger for the rich solution of Hochdruckdesorbers, wherein the absorption heat is released to the environment.

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.1, the rich solution 10 coming from the high-pressure absorber stage is first preheated in a heat exchanger 14 and then further enriched in the replenisher 13 with working medium from the combination high-pressure desorber 1 / high-pressure partial stream desorber 3. In this case, the temperature of the rich solution is raised in the adiabatic part 15 of the Nachsättigers 13 by resulting heat of absorption. In a subsequent cooled part 16, the resulting heat of absorption is dissipated to the outside. As a result, a high degree of saturation of the rich solution is effected before it is applied to the high-pressure desorber 1 and the parallel-connected high-pressure Teilstromdesorber in part streams.

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.The preheating of the rich solution 10 in the heat exchanger 14 is advantageously carried out by a partial flow of the waste heat carrier. This Teilstrpm the waste heat carrier is diverted from the main stream before its outlet 7, brought by a pump 17 to higher pressure and passed to the further cooling by the heat exchanger 14. From there it is fed down into the cooled part 16 of the Nachsättigers 13, takes in countercurrent in the cooled part 16, the heat of absorption arising and leaves above the cooled part 16 again. Then, the now heated partial flow of the waste heat carrier is supplied to the heating coil 2 of the Hochdruckdesorbers 1 and used regeneratively for heating. The mixing of this partial flow to the main flow of the waste heat carrier takes place at a point at which the main flow has the same temperature level.

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 AbwärmeträgersThe expulsion of the working fluid from the rich solution is also carried out in a known manner by the waste heat carrier flows into the inlet 6 in the subsystem, then divided into two streams, of which a partial flow through the heating coil 2 of the Hochdruckdesorbers 1 and thereby by heating the Solution the working fluid is expelled. The second partial flow of the waste heat carrier

-5- 228 701-5- 228 701

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.is passed through the heater 5 of the high-pressure Teilstromdesorbers 3 and then added to the first partial flow in the heating coil 2 at a location corresponding temperature levels. The waste heat carrier leaves the unit via the outlet 7. The resulting as the bottom product in Hochdruckdesorber 1 and high-pressure Teilstromdesorber 3 hot, poor solution is merged, flows through the regenerative heating 4 of the high-pressure Teilstromdesorbers 3 and then leaves the unit via the output 20th The expelled working fluid in the high-pressure desorber 1 and in the high-pressure Teilstromdesorber 3 is partially bound by supersaturation of the rich solution in the Nachsättiger 13. The other part leaves the unit via the working fluid outlet. 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.According to Fig. 2, the regenerative use of the released in the Nachsättiger 13 absorption heat takes place at the place of formation by the cooled part 16 is formed on its heat-receiving side as a medium-pressure displacement desorber. This displacement desorber is fed to the top of a rich solution 11, from which a working fluid is expelled by the absorption heat at medium pressure and discharged via the working fluid outlet 9 from the cooled part 16. The poor solution 12 leaves the chilled part 16 below.

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.Another embodiment for the removal of the heat of absorption from the cooled part 16 of the Nachsättigers 13 is shown in Fig. 3. In this case, the resulting heat of absorption is dissipated by a recycled heat transfer medium to the environment. The circulation of the heat carrier is maintained by a pump 18, wherein the heat is dissipated to the environment by a cooling device 19.

Claims

- ν- 228 701 4

Invention claim:

1. A method for the use of waste heat for the production of mechanical energy according to patent application WP 161 075, characterized in that the of the high-pressure absorber stage on the pressure of the Hochdruckdesorbers (1) or the combination Hochdruckdesorber / Hochdruck-Teilstromdesorber (1, 3) brought rich Solution first in a Nachsättiger (13) with working fluid from the Hochdruckdesorber (1) or from the combination Hochdruckdesorber / Hochdruck-Teilstromdesorber (1, 3) is further enriched, wherein the Nachsättiger (13) in an adiabatic part (15) the solution temperature increases, in a subsequent cooled part (16) dissipates the heat of absorption and the saturated rich solution then the high-pressure desorber (1) or the combination of high pressure desorber / high pressure Teilstromdesorber (1, 3) is supplied.

2. The method according to item 1, characterized in that the rich solution is preheated before entering the Nachsättiger (13) and the preheating vorzugswiese by a partial flow of the waste heat carrier, which absorbs the heat of absorption in the Nachsättiger (13) and in the Desorptionsteil, z , B. in the heating coil (2) of the Hochdruckdesorbers (1) and then in the heat exchanger (14) again, wherein the feed of the partial flow in the heating coil (2) takes place at a location equal temperature levels.

3. The method according to item 1, characterized in that in the cooled part (16) resulting heat of absorption either by degassing a rich solution in the range low or medium pressures as Lesorptionskühlung in Nachsättiger (13) dissipated or dissipated via a separate heat transfer to the environment becomes.

For this 2 pages drawings ·.

Field of application of the invention

The invention relates to an improvement of the method for generating mechanical energy and aus.folgend of electric energy from waste heat with either simultaneous refrigeration according to WP 161 075 wherein the shares of the generation of mechanical energy and cold can follow strongly fluctuating needs. The method can be used as a downstream process (coupling process) of waste heat-producing thermodynamic processes and cycle processes, whereby the generation of mechanical energy can be assigned as a priority and refrigeration with a variable power component. Under waste heat is the primary not usable portion of the heat transfer of thermodynamic processes to be considered, which is obtained in the range of low temperature levels of heat transfer and which not or only temporarily