DE3015736A1 - Heat extraction circuit for waste process water - uses heat pump with cooling stages between steam compressors to reduce corrosion - Google Patents
Heat extraction circuit for waste process water - uses heat pump with cooling stages between steam compressors to reduce corrosionInfo
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Abstract
Description
Es stehen sehr große Mengen an Wärmeenergie in Flüssigkeitsströmungen zur Verfügung, die einen niedrigen Wärmegehalt haben, wie beispielsweise die warmen Ausströmungen von verschiedenen industriellen Prozessen und geothermisehen Strömungen. Die Anwendung von Wärmepumpen mit einem geschlossenen Kreislauf auf die vorgenannten Wärmequellen ist in dem Aufsatz "The Heat Pump for Industrial Processes - An Overview" von R. W. Szymanowski (Energy Conservation: A National Forum, Fort Lauderdale, Florida, 1. - 3. Dezember, 19 75) beschrieben und die Anwendung einer Wärmepumpe mit einem offenen Kreislauf ist in dem Aufsatz "Geothermal Powered Heat Pumps to Produce Heat" von D. T. Neill und W. P. Jensen (11. Report der Intercociety Energy Conservation Engineering Conference, September 1976) beschrieben. Das einen geschlossenen Kreislauf aufweisende Wärmepumpensystem weist einen getrennten Arbeitsmittelkreis auf, wobei die Wärme durch einen Wärmetauscher auf dieses Arbeitsmittel übertragen wird. In dem System mit offenem Kreislauf nach dem Artikel von Neill wird der Verdampferwärmetauscher eliminiert, und die Hauptwärmequelle für den Arbeitsmittelkreis besteht in der Zuführung von neuem geothermischen Dampf. Der den Kompressor verlassende verdichtete Dampf liefert jedoch seine Wärme an einen Prozeßstrom über den üblichen Kondensor-Wärmetauscher.There are very large amounts of thermal energy available in liquid flows that have a low heat content, such as the warm emissions from various industrial processes and geothermal currents. The application from heat pumps with a closed circuit to the aforementioned heat sources is in the article "The Heat Pump for Industrial Processes - An Overview "by R. W. Szymanowski (Energy Conservation: A National Forum, Fort Lauderdale, Florida, December 1-3, 1975) and the use of a heat pump with an open circuit is in the essay "Geothermal Powered Heat Pumps to Produce Heat" by D. T. Neill and W. P. Jensen (11th report of the Intercociety Energy Conservation Engineering Conference, September 1976). The one closed circuit having heat pump system has a separate working medium circuit, the heat through a Heat exchanger is transferred to this working medium. In the open circuit system according to the Neill article, will the evaporator heat exchanger is eliminated, and the main source of heat for the working medium circuit consists in the supply of a new one geothermal steam. However, the compressed steam leaving the compressor delivers its heat to a process stream the usual condenser heat exchanger.
Die Erfindung ist zwar nicht auf die Erzeugung von Prozeßdampf per se aus Flüssigkeitsströmungen mit einem niedrigen Wärmegehalt begrenzt, aber die Erzeugung von Prozeßdampf ist in sich selbst eine vorwiegende Verwendung von Energie in Ländern wie beispielsweise den vereinigten Staaten von Amerika. Im Jahre 1972 belief sich die Erzeugung von Prozeßdamp auf über 17 % der Gesamtenergienutzung in diesem Land. Somit werden in einem Beitrag zu der Wiedergewinnung von Abfallwärme in Flüssigkeitsströmen mit niedrigem Wärmegehalt wesentliche Einsparungen in fossilen Brennstoffen gesehen und gleichzeitig wird die Menge an erwärmtem Wasser verkleinert, das durch Kühltürme geleitet oder an die UmgebungThe invention is not directed to the generation of process steam per se from liquid flows with a low heat content limited, but the production of process steam is in itself a predominant use of energy in countries such as the United States of America. In 1972 the production of process steam amounted to over 17% of the total energy use in this country. Thus, in a contribution to the recovery of waste heat in liquid streams with Low heat content is seen significant savings in fossil fuels and at the same time the amount of heated water scaled down, passed through cooling towers or to the environment
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zurückgegeben wird.is returned.
Eines der Probleme, auf die die Erfindung gerichtet ist, ist dieOne of the problems to which the invention is directed is that
Tatsache, daß viele Strömungsmittel, wie beispielsweise Wasserhohen dampf, während des Verdichtens bis zu einem sehr/Grade überhitzt werden. Eine derartige überhitzung hat eine unnötige Erhöhung der zum Verdichten erforderlichen Leistung zur Folge und erfordert auch speziell gestaltete Einrichtungen, um diese unnötig hohe Temperatur zu bewältigen. Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung wird die Überhitzung, die während der Dampfverdichtung auftritt, gesteuert gesenkt und dadurch werden auch die Wärmepumpeninstallation und die Betriebskosten vereinfacht bzw. gesenkt.The fact that many fluids, such as heads of water steam, can be superheated to a very / degree during compression. Such overheating has an unnecessary increase the power required for compaction and also requires specially designed facilities to make this unnecessary to cope with high temperature. According to a main feature of the invention, there is superheating that occurs during vapor compression occurs in a controlled manner and this also reduces the heat pump installation and the operating costs are simplified or reduced.
Einer der Hauptvorteile der Verwendung von einen offenen Kreislauf aufweisenden Wärmepumpen ist die Tatsache, daß die Wärmetauscher (Kondensor und Verdampfer), die in üblichen Wärmepumpen mit geschlossenem Kreislauf verwendet werden, eliminiert werden können mit der Folge, daß die Temperaturabfälle in derartigen Wärmetauschern nicht mehr auftreten. Es ist deshalb zu erwarten, daß verbesserte Wirkungsgrade erzielt werden können.One of the main advantages of using an open circuit having heat pumps is the fact that the heat exchangers (condenser and evaporator), which are in common heat pumps are used with closed circuit can be eliminated with the consequence that the temperature drops in such Heat exchangers no longer occur. It is therefore to be expected that improved efficiencies can be achieved.
Der Begriff "Flüssigkeitsbasis", wie er hier in Verbindung mit einem niedrigen Wärmegehalt aufweisenden Flüssigkeitsströmungen verwendet wird, bezieht sich auf deren überwiegenden Flüssigkeitsgehalt, wie beispielsweise Wasser bei einer Abwasserströmung, die mitgeführte oder gelöste Flüssigkeiten, Festkörper oder Gase enthält. Es ist die Flüssigkeitsbasis, die das Arbeitsmittel für die Wärmepumpe mit offenem Kreislauf bildet.The term "liquid base" as used herein in connection with low caloric liquid flows is used, refers to their predominant liquid content, such as water in a waste water flow that Contains carried or dissolved liquids, solids or gases. It is the fluid base that the working fluid for forms the open circuit heat pump.
Der Begriff "sauber", wie er hier in Bezug auf das flüssige Zwischenkühlmittel verwendet wird, gibt an, daß das eintretende flüssige Zwischenkühlmittel im wesentlichen frei von Verunreinigungen ist, die mit der direkten Verwendung des verdichteten eine hohe Temperatur aufweisenden Dampfes als ein Prozeßstrom nicht vereinbar sind.The term "clean" as used herein in relation to the intermediate liquid coolant is used indicates that the incoming liquid intermediate coolant is essentially free of contaminants that with the direct use of the compressed high temperature steam as a process stream is not are compatible.
Gemäß der Erfindung wird eine einen niedrigen Wärmegehalt aufweisende Flüssigkeitsströmung teilweise in einen NiederdruckdampfAccording to the invention is a having a low heat content Liquid flow partially into a low pressure vapor
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umgewandelt, der verdichtet wird, um in mehreren Stufen seine Temperatur und seinen Druck zu erhöhen. Eine saubere Zwischenkühlf lüssigkeit, die die gleiche ist wie die Flüssigkeitsbasis der einen niedrigen Wärmegehalt aufweisenden Flüssigkeitsströmung, wird in direkten Kontakt (beispielsweise durch Sprühen der Flüssigkeit) mit verdichtetem überhitztem Dampf gebracht, der durch wenigstens eine Zwischenstufe in den verschiedenen Verdichtungsstufen in einen Schnellverdampfer (flash vaporizer) außerhalb der Verdichtungseinrichtung erzeugt wird, um die Überhitzung dieses Dampfes zu senken und Zwischen .kühlmitteldampf hinzuzufügen. Die Einführung von Zwischenkühlflüssigkeit in den Schnellverdampfer wird dadurch gesteuert, daß das Niveau der Flüssigkeit in dem Schnellverdampfer abgetastet und dieses Niveau in einem vorgewählten Bereich gehalten wird. Die vereinigte Dampfströmung wird durch weiteres Verdichten in eine Strömung mit einer vorgewählten Temperatur und einem vorgewählten Druck umgewandelt, die für eine direkte Verwendung als ein Prozeßstroni geeignet sind. Vorzugsweise wird die Temperatur der Zwischenkühlf lüssigkeit erhöht (wenn sie nicht sofort mit einer gewünschten Temperatur zur Verfügung steht) durch einen Wärmeaustausch mit irgendeiner eine höhere Temperatur aufweisenden Abwärmequelle, die in geeigneter Weise zur Verfügung steht. Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit mehr als zwei Verdichterstufen können viele für einen direkten Kontakt sorgende Zwischenkühlkammern (d. h. Schnellkühler) in entsprechender Weise verbunden werden, um für eine parallele Zwischenkühlung, eine Reihenzwischenkühlung oder eine gemischte Parallel- und Reihenzwischenkühlung zu sorgen, was von dem Ausgleich zwischen dem betrieblichen Wirkungsgrad und den Anlagekosten abhängt. converted, which is compressed to increase its temperature and pressure in several stages. A clean intercooler fluid that is the same as the fluid base of the low calorific fluid flow, is brought into direct contact (e.g. by spraying the liquid) with compressed superheated steam, which through at least one intermediate stage in the various compression stages in a flash vaporizer outside the compression device is generated to the overheating lower this steam and add intermediate coolant steam. The introduction of intermediate cooling liquid into the The flash evaporator is controlled by the fact that the level of the liquid in the flash evaporator is sampled and this level is held in a preselected area. The combined steam flow is further compressed into one flow with a preselected temperature and preselected pressure converted for a direct use as a process troni are suitable. The temperature of the intermediate cooling liquid is preferably increased (if it is not immediately at a desired temperature Temperature is available) by heat exchange with any higher temperature waste heat source, which is available in an appropriate manner. When carrying out the method according to the invention with more than two compressor stages can have many intercooling chambers (i.e. blast chillers) providing direct contact in corresponding Be connected in a way that allows for parallel intercooling, series intercooling or mixed parallel cooling. and to provide intercooling, which depends on the balance between the operational efficiency and the plant costs.
Erfindungsgemäß können mehr als eine Abwärmeströmung verwendet werden, wenn diese an einem Ort zur Verfügung stehen. Diese Abwärmeströmungen werden in Wärmeaustauschrelation mit dem Zwischenkühlmittel und/oder als eine Quelle für Dampf verwendet, der zur Beginn verdichtet wird. In denjenigen Fällen, in den die Zwischenkühlflüssigkeit mit einer höheren Temperatur zurAccording to the invention, more than one waste heat flow can be used if these are available at one location. These waste heat flows are used in heat exchange relation with the intermediate coolant and / or as a source of steam, which is condensed at the beginning. In those cases in which the intermediate cooling liquid is at a higher temperature
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Verfügung steht als der Sättigungstemperatur des Dampfes in einem gegebenen Zwischenkühler, tritt das Zwischenkühlmittel in den gegebenen Zwischenkühler als eine Flüssigkeits/Dampfmischung ein. Das flüssige Zwischenkühlmittel in einer derartigen Strömung, das nach einem direkten Kontakt mit dem verdichteten Dampf weiterhin vorhanden ist, wird wiederum in einen anderen Zwischenkühler eingespritzt, der mit dem gegebenen Zwischenkühler in Reihe verbunden ist, vorausgesetzt der eintretende Dampf ist auf eine niedrigere Verdichtungsstufe verdichtet.Is available as the saturation temperature of the steam in For a given intercooler, the intercoolant enters the given intercooler as a liquid / vapor mixture a. The liquid intermediate coolant in such a flow that after direct contact with the compressed Steam is still present, is in turn injected into another intercooler, the one with the given intercooler connected in series, provided the incoming steam is compressed to a lower compression level.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention will now be based on further features and advantages the following description and drawing of exemplary embodiments explained in more detail.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung von einem Strömungsdiagramm des Prozesses, der eine Zwischenkühlung an einer Zwischenstufe der Dampfverdichtung verwendet.Figure 1 is a schematic representation of a flow diagram of the process, intercooling on a Intermediate stage of vapor compression used.
Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines Strömungsdiagrammes des in Figur 1 gezeigten Prozesses mit einer Zwischenkühlung an mehreren Verdichtungsstufen durch die Verwendung einer parallelen Leitung des Zwischenkühlmittels. Figure 2 is a schematic representation of a flow diagram of the process shown in Figure 1 with an intermediate cooling at several compression stages by the Use of a parallel line of the intermediate coolant.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung von einem Strömungsdiagramm des Prozesses gemäß der Erfindung, bei dem die Zwischenkühlung an mehreren Verdichtungsstufen in einer Reihenführung des Zwischenkühlmittels erfolgt.Figure 3 is a schematic representation of a flow diagram the process according to the invention, in which the intermediate cooling at several compression stages in one Series routing of the intermediate coolant takes place.
In Figur 1 tritt eine Flüssigkeitsströmung mit einem niedrigen Wärmegehalt, die vorzugsweise eine Temperatur von wenigstens 38 C (100 F) hat (beispielsweise Abwasser von einem industriellen Prozeß) in den Wärmetauscher 11 über eine Rohrleitung 12 ein, wo sie thermische Energie an eine Strömung eines sauberen Zwischenkühlmittels überträgt, das durch eine Rohrleitung 13 eintritt. Der Wirkungsgrad dieses Prozesses kann durch die Einfügung dieses Erwärmungsschrittes des Zwischenkühlmittels erhöhtIn Figure 1 occurs a liquid flow with a low heat content, which preferably has a temperature of at least 38 C (100 F) has (for example, waste water from an industrial process) into the heat exchanger 11 via a pipe 12, where it transfers thermal energy to a flow of clean intermediate coolant entering through conduit 13. The efficiency of this process can be increased by including this step of heating the intermediate coolant
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werden, da mit einem auf einer höheren Temperatur befindlichen Zwischenkühlmittel größere Mengen an Zwischenkühlmittel in den verdichteten Dampf eingeführt werden können, und dies verbessert den Wirkungsgrad aufgrund des erhöhten Durchsatzes.because with an intermediate coolant at a higher temperature, larger amounts of intermediate coolant are in the compressed steam can be introduced, and this improves the efficiency due to the increased throughput.
Der einen kleinen Wärmegehalt aufweisende Flüssigkeitsstrom verläßt den Wärmetauscher 11, strömt durch die Leitung 14 und nach einem Durchtritt durch ein Reglerventil 16, das eine Expansion auf den durch die Pumpe 17 hervorgerufenen niedrigen Druck bewirkt, tritt sie in die Entspannungskammer 18 ein. In der Entspannungskammer 18 wird die zweiphasige Mischung aus Flüssigkeit und Dampf infolge der Drosselventilexpansion durch Schwerkraft get rennt.The liquid stream, which has a small heat content, leaves the heat exchanger 11, flows through the line 14 and after a passage through a regulator valve 16 which causes an expansion to the low pressure caused by the pump 17, it enters the expansion chamber 18. In the expansion chamber 18, the two-phase mixture of liquid and steam is separated by gravity as a result of the throttle valve expansion.
Die Flüssigkeit wird aus der Kammer 18 durch die Pumpe 17 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit entfernt,und zur gleichen Zeit wird der Dampf aus dem oberen Teil dieser Kammer über eine Leitung 19 durch die Pumpwirkung des Verdichters 20 abgeführt, wobei dieser Dampf verdichtet wird. Die Verdichtung des Dampfes erhöht nicht nur dessen Druck, sondern überhitzt auch zur gleichen Zeit den Dampf.The liquid is removed from the chamber 18 by the pump 17 at a predetermined rate and at the same time Time, the steam is removed from the upper part of this chamber via a line 19 by the pumping action of the compressor 20, this vapor being compressed. The compression of the steam not only increases its pressure, but also superheats at the same time Time the steam.
Bei der Verwendung von einen offenen Kreislauf aufweisenden Wärmepumpen zur Erzielung von wesentlichen Temperaturerhöhungen in Wasserdampf kann der verdichtete Dampf auf eine Temperatur überhitzt werden, die viel höher ist als die Sättigungstemperatur für den resultierenden Druck. Dies erzeugt eine unnötige Vergrößerung der Verdichtungsarbeit und begünstigt auch Korrosionsprobleme, die in Verbindung mit Luft oder anderen flüchtigen Medien auftreten, die in der Abströmung vorhanden sein können und zusammen mit dem Wasserdampf eingesprüht werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese nachteilige Überhitzung in effektiver Weise reduziert oder eliminiert durch eine Schnellzwischenkühlung zwischen aufeinanderfolgenden Verdichtungsstufen. Durch Zwischenkühlung gemäß der Erfindung können die Temperaturen auf Werte begrenzt werden, die die Verwendung von billigen oder üblichen Konstruktionsmaterialien gestatten.When using an open circuit having heat pumps To achieve significant temperature increases in steam, the compressed steam can be superheated to a temperature which is much higher than the saturation temperature for the resulting pressure. This creates unnecessary enlargement the compression work and also promotes corrosion problems which are volatile in connection with air or other Media occur that can be present in the outflow and are sprayed in together with the water vapor. According to the In the present invention, this disadvantageous overheating is effectively reduced or eliminated by rapid intercooling between successive compression stages. By intermediate cooling according to the invention, the temperatures limited to values that allow the use of cheap or common construction materials.
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Eine Zwischenkühlung als allgemeiner Gedanke ist in Wärmepumpenzyklen für verschiedene Zwecke verwendet worden. So ist die Verwendung von Zwischenkühlern zur Senkung der Verdichterarbeit in dem eingangs genannten Aufsatz von Neill (Seite 803, Seite 2), beschrieben worden, aber die Erörterung in bezug auf die Rückgewinnung der Zwischenkühlungswärme zeigt auf, daß diese Zwischenkühler tatsächlich übliche Wärmetauscher sind, durch die der überhitzte Dampf im Wärmeaustausch mit, aber getrennt von einem wärmeabsorbierenden Prozeßstrom hindurchströmt. Die Verwendung eines Schnell- bzw. Sprühkühlers (flash cooler) in einer viele Stufen umfassenden Dampfverdichtung in einem Wärmetauscher mit geschlossenem Kreislauf ist in dem Aufsatz "Application of Thermodynamics" von Bernard D. Wood (Addison-Wesley Publishing Co., 1969, Seiten 186 - 188, beschrieben. Gewisse im Handel erhältliche Wasserdampfverdichter haben Maßnahmen zum Injizieren von Flüssigkeiten in Zwischenstufen und sind auch geeignet für kleine Menge an überschüssiger Flüssigkeit am Einlaß zu jeder Stufe. Die auf diese Weise injizierte Flüssigkeit ist deshalb eine Form der Schnell- oder Sprühzwischenkühlung (flash intercooling).Intercooling as a general thought is in heat pump cycles has been used for various purposes. So is the use of intercoolers to reduce compressor work in the above-mentioned article by Neill (page 803, page 2), but the discussion in relation to the recovery the intercooling heat shows that these intercoolers are actually conventional heat exchangers through which the superheated steam in heat exchange with, but separately from, a heat-absorbing process stream flows through it. The usage a flash cooler with vapor compression in a heat exchanger comprising many stages closed loop is in the article "Application of Thermodynamics" by Bernard D. Wood (Addison-Wesley Publishing Co., 1969, pages 186-188. Certain commercially available Water vapor compressors have measures for injecting liquids in intermediate stages and are also suitable for small ones Amount of excess liquid at the inlet to each stage. The liquid injected in this way is therefore a form of Rapid or spray intercooling.
Die Erfindung ist jedoch auf diejenigen Fälle gerichtet, injdenen die Flüssigkeitsinjektion an Zwischenstufen unpraktisch ist, wie beispielsweise für den Schutz gegen den Einschluß von Flüssigkeitströpfchen oder Überschwemmungen oder wenn eine Flüssigkeitstrennung erforderlich ist.However, the invention is directed to those cases where liquid injection at intermediate stages is impractical, such as for protection against liquid droplet entrapment or flooding, or when liquid separation is required.
Da die Zwischenkühlflüssigkeit um niedere Verdichtungsstufen herum geführt wird, wird der Wirkungsgrad erhöht. Die Sprüh- oder Strahlzwischenkühlung als solche verkleinert die erforderliche Verdichterarbeit, indem sowohl die Verdichterarbeit pro Massenstönung durch die geringe überhitzung als auch die Massenströmung verkleinert wird, die die unteren Verdichtungsstufen bewältigen müssen, da die als ein Zwischenkühlmittel zugeführte Flüssigkeit die ersten Verdichtungsstufen umgeht (Bypass), aber Teil der endgültigen Produktströmung wird.Because the intermediate cooling liquid around lower compression levels is performed, the efficiency is increased. Intermediate spray or jet cooling as such it reduces the required compression work by adding both the compression work per mass ton the slight overheating and the mass flow that the lower compression stages have to cope with, since the as an intermediate coolant supplied liquid bypasses the first compression stages (bypass), but part of the final product flow will.
Externe Strahl- oder Sprühzwischenkühler und zugehörige Steuerungen in der gleichzeitig eingereichten Deutschen PatentanmeldungExternal jet or spray intercooler and associated controls in the German patent application filed at the same time
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P (Aktenzeichen der gleichen Anmelderin:832O-RD-11794P (file number of the same applicant: 832O-RD-11794
mit der US-Serial No. 33,177) beschrieben.with the US serial no. 33,177).
Anstatt also den verdichteten, überhitzten Ausgangsdampf aus dem Verdichter 20 direkt der nächsten Verdichterstufe in demSo instead of the compressed, superheated output steam from the compressor 20 directly to the next compressor stage in the
Verdichter 21 zuzuführen, wird dieser Aus- — Compressor 21 feed, this output -
gangsdampf über eine Leitung 22 der Strahl- bzw. Sprühzwischenkammer 23 zugeführt und tritt in diese Kammer unterhalb des Pegels der erwärmten Zwischenkühlflüssigkeit 24 ein, wodurch der Dampf in eine direkte Berührung mit der Flüssigkeit 24 gebracht wird. Der Druck des sauberen erhitzten Zwischenkühlmittels, das den Wärmetauscher 11 über die Leitung 26 verläßt, ist durch den Durchtritt durch die Pumpe 27 auf einen Druck erhöht worden, der etwas oberhalb des Druckes des von dem Verdichter 20 in die Kammer 23 eintretenden Dampfes ist. Der dirkete Kontakt zwischen dem verdichteten Dampf aus dem Verdichter 20 und der Zwischenkühlflüssigkeit 24 bewirkt eine Verdampfung von einem Teil des flüssigen Zwischenkühlmittels und reduziert oder eliminiert gleichzeitig die Überhitzung des verdichteten Dampfes. Auf diese Weise bildet die austretende Strömung des verdichteten Dampfes über die Leitung 28 die Vereinigung des über die Leitung 22 in die Kammer 23 eintretenden verdichteten Dampfes und des dieser' zugeführten Zwischenkühlmitteldampfes. Die die Kammer 23 verlassende vereinigte Strömung befindet sich auf der Sättigungstemperatur oder auf einer geringfüfig darüberliegenden Temperatur bei dem vorhersehenden Druck in der Kammer.steam through a line 22 of the jet or spray intermediate chamber 23 supplied and enters this chamber below the level of the heated intermediate cooling liquid 24, whereby the Steam is brought into direct contact with the liquid 24. The pressure of the clean heated intercoolant that leaves the heat exchanger 11 via line 26 is through the Passage through the pump 27 has been increased to a pressure slightly above the pressure of the compressor 20 in the Chamber 23 is entering steam. The direct contact between the compressed vapor from the compressor 20 and the intermediate cooling liquid 24 causes some of the liquid intercoolant to evaporate and reduce or eliminate at the same time the overheating of the compressed steam. In this way, the exiting flow forms the compressed steam over the line 28 the combination of the compressed steam entering the chamber 23 via the line 22 and the steam supplied to it Intercoolant vapor. The combined flow exiting chamber 23 is at saturation temperature or at a slightly higher temperature at the anticipated pressure in the chamber.
Es ist wichtig, die Menge der Zwischenkühlflüssigkeit 24 in der Strahl- bzw. Sprühkammer 23 zu jeder gegebenen Zeit zu steuern, um die erforderliche Verdampfung des Zwischenkühlmittels zu erreichen (wodurch das richtige Ausmaß der Verringerung der Überhitzung in dem verdichteten Dampf herbeigeführt wird.) und trotzdem nicht so viel Flüssigkeit, daß Flüssigkeitstropfen in dem Dampfstrom übertragen werden, der die Kammer 23 mit einer geringer oder gar keiner überhitzung verläßt. Diese Steuerung wird dadurch herbeigeführt, daß der Pegel der Flüssigkeit 24 innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten wird, wobei dieser Flüssigkeitspegel durch einen Regler 29 und die kombinierte Stell/Ventilanordnung 30 ab-It is important to adjust the amount of intercooling liquid 24 in the To control jet or spray chamber 23 at any given time in order to achieve the required evaporation of the intermediate coolant (thereby bringing about the right amount of superheat reduction in the compressed steam.) and still not so much liquid that liquid droplets are transferred in the vapor stream which the chamber 23 with a small or none at all leaves overheating. This control is brought about that the level of the liquid 24 within a predetermined Limits is kept, this liquid level by a regulator 29 and the combined control / valve arrangement 30 from
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getastet und gesteuert wird, die üblicherweise pneumatisch oder elektrisch betätigt wird. Beispiele für Vorrichtungen zur Ausübung dieser Funktionen sind der Flüssigkeitspegelregler (Katalog-Nr. 2500-249) und die Steuerventilanordnung (Katalog-Nr.667-EC), die von der Firma Fisher Controls Co. Marshalltown, Iowa, gefertigt werden. Somit fühlt der Regler 29 den Pegel der Flüssigkeit zwischen den Verbindungen]^ a und 29b und erzeugt ein pneumatisches Ausgangssignal für die Steuerventilanordnung 30, das dem abgetasteten Pegel in Relation zu der Pegeldifferenz zwischen den Verbindungen 29a und 29b proportional ist. Die Steuerventilanordnung 30 ermittelt auf dieses Signal hin die Größe der Zwischenkühlströmung zur Kammer 23 über die Speiseleitung 26 und hält dadurch den Flüssigkeitspegel zwischen den eingestellten Grenzwerten. Ein Leitblech 31 verringert die Übertragung von Flüssigkeitströpfchen in dem die Kammer 2 3 verlassenden Dampf.is keyed and controlled, which is usually operated pneumatically or electrically. Examples of devices for exercising These functions are the liquid level regulator (catalog number 2500-249) and the control valve assembly (catalog number 667-EC), manufactured by Fisher Controls Co. Marshalltown, Iowa. Thus, the controller 29 senses the level of the liquid between the connections] ^ a and 29b and generates a pneumatic Output to the control valve assembly 30 which is the sensed level in relation to the level difference between is proportional to connections 29a and 29b. The control valve arrangement 30 determines the size of the intermediate cooling flow in response to this signal to the chamber 23 via the feed line 26 and thereby keeps the liquid level between the set Limit values. A baffle 31 reduces the transfer of liquid droplets in the vapor leaving the chamber 23.
Die kombinierte Dampfströmung aus der Kammer 23 tritt in den Verdichter 21 ein und wird aus diesem als eine Produktströmung (beispielsweise Dampf bei einer anfänglich wässrigen Strömung mit geringem Wärmegehalt) mit einer vorgewählten Temperatur und einem entsprechenden Druck, die für eine direkte Verwendung als ein Prozeßstrom geeignet sind.The combined flow of steam from chamber 23 enters the Compressor 21 on and is converted from this as a product flow (for example steam in the case of an initially aqueous flow with low heat content) with a preselected temperature and pressure suitable for direct use as a process stream are suitable.
Bei einem System als Ausführungsbeispiel, in dem zwanzig MW , . , von Prozeßdampf (177 C Sättigungstemperatur, absoluter Druck 9,5 bar 29 000 kg/Std. ) aus einem Abwasserausfluß mit einer Temperatur von 77 C erzeugt werden soll, würden die Betriebbedingungen wie folgt sein:In a system as an embodiment in which twenty MW,. , of process steam (177 C saturation temperature, absolute Pressure 9.5 bar 29,000 kg / hour ) is to be generated from a sewage outflow with a temperature of 77 C. the operating conditions are as follows:
eintretendes Abwasser 77 C 1,03 bar absolutIncoming wastewater 77 C 1.03 bar absolute
25,4 · 10 kg/Std. eintretendes sauberes Zwischenkühlwasser 21 C 1,03 bar absolut25.4 x 10 kg / hour incoming clean intermediate cooling water 21 C 1.03 bar absolute
4000 kg/Std.4000 kg / hour
Wasserdampf in Strahl-Water vapor in jet
kammer 18 71 C 0,35 bar absolutchamber 18 71 C 0.35 bar absolute
Wasserdampf zum Verdichter 20 71 C 0,35 bar absolutWater vapor to the compressor 20 71 C 0.35 bar absolute
24 900 kg/Std.24 900 kg / hour
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verdichteter Dampf zur Strahlkammer 23 3O4°C 1,75 bar absolutcompressed steam to the blasting chamber 23 3O4 ° C 1.75 bar absolute
Zwischenkühlwasser zur Strahlkammer 23 71 CIntermediate cooling water to the blasting chamber 23 71 C
die Strahlkammer 23 verlassender verdichteter Dampf 115,5 C 1,75 bar absolutthe compressed steam leaving the blasting chamber 23 at 115.5 ° C. 1.75 bar absolute
In Figur 2 ist ein Strömungsdiagramm für die Verteilung von Zwischenkühlflüssigkeit auf mehrere Zwischenstufen in einer parallelen Anordnung gezeigt, wobei die einen geringen Wärmegehalt aufweisende Flüssigkeitsströmung über die Leitung 12 in dem Wärmetauscher 11 eintritt, wo sie Wärme an die saubere Zwischenkühlf lüssigkeit liefert, die über eine Leitung 13 in den Wärmetauscher 11 eintritt. Wie in der vorstehenden Beschreibung wird anschließend die einen geringen Wärmegehalt aufweisende Flüssigkeitsströmung zu einer Entspannungskammer 18 über eine Leitung 14 und ein Reglerventil 16 geleitet und verläßt die Kammer 18 über eine Pumpe 17. Die Schwerkrafttrennung von Flüssigkeit und Dampf erfolgt in der Kammer 18, und der Dampf verläßt die Kammer über eine Leitung 19, um in einem eine erste Stufe bildenden Verdichter 20 und eventuell in anschließenden Verdichtungsstufen verdichtet zu werden, wie es im folgenden beschrieben wird.In Figure 2 is a flow diagram for the distribution of intermediate cooling liquid to several intermediate stages in one parallel arrangement is shown, wherein the liquid flow having a low heat content over the line 12 in the heat exchanger 11 enters, where they heat to the clean Zwischenkühlf supplies liquid which enters the heat exchanger 11 via a line 13. As in the description above is then the liquid flow having a low heat content to an expansion chamber 18 via a Line 14 and a regulator valve 16 passed and leaves the Chamber 18 via a pump 17. The liquid and vapor are separated by gravity in chamber 18 and the vapor leaves the chamber via a line 19 to a first Stage forming compressor 20 and possibly to be compressed in subsequent compression stages, as follows is described.
Die Zwischenkühlung zur Verringerung der überhitzung von verdichtetem Dampf aus jedem der Verdichter 21 und 32 wird in Strahlbzw. Sprühkammern 23 bzw. 33 durchgeführt, wobei die Zwischenkühlflüssigkeit im Wärmetauscher 11 erhitzt und durch die Pumpe 34 verdichtet wird. Die die Pumpe 34 über die Leitung 36 verlassende Zwischenkühlströmung wird geteilt, um beide Zwischenentspannungskammern 23 und 33 über die gezeigte parallele Anordnung zu bedienen. Somit strömt ein Teil der zur Entspannungskammer 23 geschickten Strömung durch die Leitung 37 und eine Steuerventilanordnung 30, während der für die Entspannungskammer 33 vorgesehene Teil der Strömung durch die Leitung 38 und die zweite Steuerventilanordnung 30 strömt.Intercooling to reduce the overheating of compressed air Steam from each of the compressors 21 and 32 is in Strahlbzw. Spray chambers 23 and 33 carried out, the intermediate cooling liquid is heated in the heat exchanger 11 and compressed by the pump 34. The one leaving the pump 34 via line 36 Intermediate cooling flow is split to both intermediate expansion chambers 23 and 33 via the parallel arrangement shown serve. Thus, part of the flow sent to the expansion chamber 23 flows through the line 37 and a control valve arrangement 30, while the part of the flow provided for the expansion chamber 33 through the line 38 and the second Control valve assembly 30 flows.
03004S/0S5003004S / 0S50
Die in die Entspannungskammern 23, 33 eintretende Flüssigkeit wird darin verteilt bzw. dispergiert, um den Flüssigkeits-Dampfkontakt durch Sprühdüsen 39 bzw. 41 zu maximieren. Es können auch andere Mittel, wie beispielsweise Lochplatten, Leitteller oder benetzte Wände, verwendet werden, um die Flüssigkeit zu verteilen. Flüssigkeit, die nach unten durch die Kammern 23, 33 geleitet wird, ohne zu verdampfen, sammelt sich am Boden, wie es bei 24 bzw. 42 gezeigt ist.The liquid entering the expansion chambers 23, 33 is distributed or dispersed therein in order to bring about liquid-vapor contact to maximize by spray nozzles 39 and 41, respectively. Other means, such as perforated plates, guide plates or for example, can also be used wetted walls, used to distribute the liquid. Liquid that is passed down through the chambers 23,33 without evaporating, collects at the bottom, as shown at 24 and 42, respectively.
Die Steuerung des Zutrittes von Zwischenkühlflüssigkeit in die Kammern 23, 33 über die Steuerventilanordnungen 30, 30 erfolgt in Abhängigkeit von Signalen von dem Flüssigkeitspegelregler 29, der in der gleichen Weise verbunden ist, wie es vorstehend in Verbindung mit Figur 1 beschrieben wurde.The control of the admission of intermediate cooling liquid into the Chambers 23, 33 via the control valve assemblies 30, 30 takes place as a function of signals from the liquid level regulator 29, which is connected in the same way as described above in connection with FIG.
Mit diesem Aufbau kann eine überhitzung in dem verdichteten Dampf, der den Verdichter 20 verläßt und in die Strahl- bzw, Entspannungskammer 23 eintritt, auf ein vorbestimmtes Maß reduziert werden, und auch die überhitzung in dem Dampf, der den Ver-With this structure overheating can occur in the compacted Steam leaving the compressor 20 and entering the jet or expansion chamber 23 is reduced to a predetermined level and also the overheating in the steam that
in ' in '
dichter 21 verläßt und/die Strahl- bzw. Entspannungskammer 33 eintritt, kann um ein vorbestimmtes Maß gesenkt werden und es kann ein noch größerer Durchsatz an Kältemittel (d. h. Arbeitsströmungsmittel) realisiert werden, um den Wirkungsgrad des Betriebes zu erhöhen.denser 21 and / or the blasting or expansion chamber 33 occurs, can be decreased by a predetermined amount and an even greater flow rate of refrigerant (i.e. working fluid) can be be realized in order to increase the efficiency of the operation.
Somit tritt Arbeitsmittel in der Form von Dampf, der auf die erste Verdichterstufe verdichtet ist, in die Strahl- bzw. Entspannungskammer 2 3 ein, und die darin enthaltene Überhitzung wandelt das darin enthaltene flüssige Zwischenkühlmittel in Dampf um. Eine kombinierte und deshalb vergrößerte Massenströmung aus Dampf tritt in die nächste Verdichterstufe im Verdichter 21 ein. Der auf einem höheren Druck befindliche und einer erneuten Überhitzung ausgesetzte Dampf verläßt den Verdichter 21, um in eine Strahl- bzw. Entspannungskammer 33 für eine zweite Verminderung der Überhitzung einzutreten. In der Kammer 33 verstärkt zusätzlicher Zwischenkühlmitteldampf, der aus der Verdampfung von verteilter Flüssigkeit durch die überhitzung in dem Strömungsein-Thus, working medium in the form of steam, which is compressed on the first compressor stage, enters the jet or expansion chamber 2 3, and the superheating it contains converts the liquid intermediate coolant it contains into vapor around. A combined and therefore increased mass flow of steam enters the next compressor stage in the compressor 21. The one at a higher pressure and a renewed overheating Exposed vapor leaves the compressor 21 to enter a jet or expansion chamber 33 for a second reduction overheating to occur. In the chamber 33 reinforced additional Intermediate coolant vapor that results from the evaporation of distributed liquid due to overheating in the flow inlet
03QCK5/085Ö03QCK5 / 085Ö
gang von verdichtetem Dampf aus dem Verdichter 21 erzeugt ist, die eintretende verdichtete Dampfströmung aus dem Verdichter 21 und verläßt den Verdichter 32 als eine vergrößerte Massenströmung. Die Ausgangsströmung aus dem Verdichter 32 ist die Prozeßströmung, die mit dem richtigen Druck und der richtigen Temperatur erzeugt ist.output of compressed steam is generated from the compressor 21, the incoming compressed steam flow from the compressor 21 and exits compressor 32 as an increased mass flow. The output flow from compressor 32 is the process flow which is produced with the right pressure and the right temperature.
Eine Zwischenkühlung an mehreren Zwischenstufen ist auch in dem Strömungsdiagramm gemäß Figur 3 dargestellt. Im Gegensatz zu dem Strömungsdiagramm gemäß Figur 2 sind jedoch die Stufen für die Zwischenkühlung in Reihe hintereinander angeordnet.Intermediate cooling at several intermediate stages is also shown in the flow diagram according to FIG. In contrast to In the flow diagram according to FIG. 2, however, the stages for the intermediate cooling are arranged in series one behind the other.
Es wird eine Flüssigkeitsströmung mit geringem Wärmegehalt verwendet, um das Arbeitsmittel in der gleichen Weise zu erzeugen, wie es in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschrieben wurde. Der in der Strahl- bzw. Entspannungskammer 18 erzeugte Dampf strömt durch die Leitung 19 zum Eingang eines niederstufigen Verdichters 20. Nachdem dieser Dampf in dem Verdichter verdichtet und überhitzt worden ist, tritt er über die Leitung 22 in die Strahl- bzw. Entspannungskammer 23 ein, um dort mit dispergierter Flüssigkeit und Dampf vermischt zu werden, wie es oben beschrieben wurde. Die Zwischenkühlflüssigkeit, die über die Leitung 13 in das System eintritt, wird durch die Pumpe 51 (über die Leitung 52 und eine erste Steuerventilanordnung 30) und Sprühdüsen 39 unter Druck in die Strahl- bzw. Entspannungskammer 23 eingeführt, nachdem sie in dem Wärmetauscher 11 erhitzt worden ist. Erhitztes, aber nicht verdampftes flüssiges Zwischenkühlmittel 24 sammelt sich am Boden der Kamemr 23. Dieses eine höhere Temperatur aufweisende Zwischenkühlmittel wird durch eine Pumpe 53 von der Kammer 23 über eine Leitung 54 zur Kammer 33 gepumpt, wo es über Sprühdüsen 41 verteilt wird. Vorzugsweise erzeugen die angegebenen Betriebsbedingungen des Prozesses eine vollständige Verdampfung der in die Sprühkammer 33 eintretenden Zwischenkühlmittelströmung und erbringt die richtige Verkleinerung der überhitzung des verdichteten, überhitzten Dampfes, der aus dem Verdichter-21 der zweiten Stufe austritt, der vorher eine vereinigte Strömung aus der Kammer 23 erhalten hat. DieA liquid flow with low heat content is used, in order to generate the working medium in the same way as was described in connection with FIGS. 1 and 2. The steam generated in the jet or expansion chamber 18 flows through the line 19 to the inlet of a low-stage Compressor 20. After this vapor has been compressed and superheated in the compressor, it enters via line 22 in the jet or expansion chamber 23 to be mixed there with dispersed liquid and vapor, as above has been described. The intermediate cooling liquid, which enters the system via line 13, is pumped by pump 51 (via the line 52 and a first control valve arrangement 30) and spray nozzles 39 under pressure into the jet or expansion chamber 23 introduced after being heated in the heat exchanger 11 is. Heated, but not vaporized, liquid intermediate coolant 24 collects at the bottom of the chamber 23. This one higher Temperature-having intermediate coolant is pumped by a pump 53 from the chamber 23 via a line 54 to the chamber 33, where it is distributed via spray nozzles 41. The specified operating conditions of the process preferably produce a complete one Evaporation of the intermediate coolant flow entering spray chamber 33 and brings about the correct downsizing the superheating of the compressed, superheated steam emerging from the second stage compressor-21, which was previously has received a unified flow from chamber 23. the
030045/oaSQ030045 / oaSQ
gewünschte (d. h. richtige Temperatur und richtiger Druck) Prozeßströmung wird durch eine Verdichtung der neu zusammengeführten Strömung in dem die dritte Stufe bildenden Verdichter 32 erzeugt.desired (i.e. correct temperature and pressure) process flow is achieved by compressing the newly merged flow in the compressor 32 forming the third stage generated.
Eine Niveausteuerung der Zwischenkühlmittelflüssigkeit, die sich in den Kammern 23 und 33 sammelt, und die daraufhin erfolgende Aufteilung der Flüssigkeitsströmung durch Betätigung der jeweiligen Steuerventilanordnung 30 wird in der allgemeinen Weise durchgeführt, wie sie in Verbindung mit Figur 1 beschrieben wurde,A level control of the intermediate coolant liquid, which collects in the chambers 23 and 33, and the subsequent division of the liquid flow by actuating the respective Control valve assembly 30 is performed in the general manner described in connection with Figure 1,
Vorstehend wurde ein bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben. Jedoch können in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatuerhöhung, der das Arbeitsmittel ausgesetzt werden soll, der Anzahl, Temperatur und der Eigenart der Abwärmeströmungen, die an einem Ort zur Verfügung stehen, und der Temperatur des Zwischenkühlmittels entsprechende Änderungen vorgenommen werden. Die Anlage ist vereinfacht und ökonomischer gemacht durch Verwendung von nicht-exotischen, üblichen Konstruktionsmaterialien.A preferred method according to the invention has been described above. However, depending on the particular Increase in temperature to which the work equipment is to be exposed, the number, temperature and nature of the waste heat flows, which are available in one place, and changes are made according to the temperature of the intermediate coolant. The plant is simplified and made more economical by using non-exotic, common construction materials.
03QQ45/085003QQ45 / 0850
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DE19803015736 Withdrawn DE3015736A1 (en) | 1979-04-25 | 1980-04-24 | Heat extraction circuit for waste process water - uses heat pump with cooling stages between steam compressors to reduce corrosion |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0061031A1 (en) * | 1981-03-18 | 1982-09-29 | Uhde GmbH | Steam generating method |
FR2563319A1 (en) * | 1984-04-24 | 1985-10-25 | Ckd Praha | Plant producing heating- or process steam from hot condensate |
FR3111416A1 (en) * | 2020-06-12 | 2021-12-17 | Clauger | REFRIGERATING FLUID DESUPERHEATER IN GASEOUS FORM AND INSTALLATION IMPLEMENTING AN ASSOCIATED REFRIGERATION CYCLE |
-
1980
- 1980-04-22 JP JP5242080A patent/JPS55160274A/en active Pending
- 1980-04-24 DE DE19803015736 patent/DE3015736A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2563319A1 (en) * | 1984-04-24 | 1985-10-25 | Ckd Praha | Plant producing heating- or process steam from hot condensate |
FR3111416A1 (en) * | 2020-06-12 | 2021-12-17 | Clauger | REFRIGERATING FLUID DESUPERHEATER IN GASEOUS FORM AND INSTALLATION IMPLEMENTING AN ASSOCIATED REFRIGERATION CYCLE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS55160274A (en) | 1980-12-13 |
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