DE3101858A1 - "verfahren zur abwaermenutzung fuer die erzeugung mechanischer energie mit wahlweise gleichzeitiger kaelteerzeugung" - Google Patents

"verfahren zur abwaermenutzung fuer die erzeugung mechanischer energie mit wahlweise gleichzeitiger kaelteerzeugung"

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DE3101858A1
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SCHWERMASCH LIEBKNECHT VEB K
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Description

NACHGEREICHT |
Titel der Erfindung
Verfahren zur Abwärmenutzung für die Erzeugung mechanischer Energie mit wahlweise gleichzeitiger Kälteerzeugung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung mechanischer Energie und daraus folgend von Elektroenergie aus Abwärme mit wahlweise gleichzeitiger Kälteerzeugung» wobei die Anteile der Erzeugung von mechanischer Energie und Kälte stark schwankendem Bedarf folgen können· Das Verfahren ist als Nachschaltprozeßt (Koppelprozeß) Abwärme produzierender thermodynamiseher Verfahren und Kreisprozesse (z, B. chemische Verfahren, Verbrennungsprozesse oder andere Wärmekraftprozesse) anwendbar, wobei die Erzeugung mechanischer Energie vorrangig ist und die Kälteerzeugung mit variablem Leistungsanteil zugeordnet werden kann· Unter Abwärme ist dabei der primär nicht nutzbare Anteil des Wärmeumsatzes thermodynamischer Prozesse anzusehen, der im Bereich geringen Temperaturniveaus von Wärmeträgern anfällt ( r^ 250° C) und der nicht oder nur zeitweise bzw· nur in geringem Maße für andere prozessfremde Wärmeverbraucher nutzbar gemacht werden kann.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es ist bekannt, daß durch Verdampfen und überhitzen eines r©iaen Stoffes bei hohen Drücken und Temperaturen und anschließendem Kondensieren der Dämpfe in der Nähe der Umgebungstemperatur ein Wärmegefälle zur Erzeugung von mechanischer Energie gewonnen werden kann (z· B. Clausius-
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nachgereichtI
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31Ü1858
Rankine-Prozeß)· Weiterhin ist die Verwendung von Arbeitestoffpaaren bekannt, bei denen durch Wärmezufuhr aus einer Lösung ein Arbeitsmittel bei hohem Druck freigesetzt wird (Desorption) und bei niedrigem Druck, niedriger Temperatur und ständiger Wärmeabführung bei gleichzeitig geringer Konzentration der Lösung wieder von der Lösung aufgenommen wird (Absorption)· Das so gewonnene Wärmegefälle des Arbeitsmittels kann zur Gewinnung mechanischer Energie eingesetzt werden· Dieses Wärmegefälle läßt sich noch dadurch vergrößern, daß das Arbeitsmittel nach der Desorption überhitzt wird· Die bekannten Ausführungen dieses Prozesses haben aber Nachteile, die in dem Widerspruch begründet sind, daß hohe Wärmegefälle einen niedrigen Absorptionsdruck erfordern, daß aber andererseits zur Realisierung niedriger Absorptionsdrücke eine hohe Entgasung der Lösung erforderlich ist. - Das ergibt sich aus den Gleichgewichtsbedingungen der bekannten Arbeitsstoffpaare - Da eine weitgehende Entgasung der Lösung bei den anzustrebenden Desorptionsdrücken nur mittels hoher Desorptionstemperaturen realisierbar ist, ergibt sich hieraus zwangsläufig eine Einschränkung der verwendbaren Wärmegefälle und damit Abwärmequalität, d. h. die eingesetzten Wärmeträger können nicht in dem gewünschten Maß* abgekühlt werden·
Es sind auch Absorptiooekälteanlagen bekannt, die ausschließlich zur Erzeugung von Kälte aus vorhandener Abwärme eingesetzt werden· Die Anforderung an die Verdampfungstemperatur des eingesetzten Kältemittels setzt jedoch Grenzen für die Höhe der Konzentration der reichen Lösung und damit für die erreichbare Abkühlung des Abwärmeträgers, also für die Nutzung von Abwärme mit geringem Temperaturniveau· Die Gleichgewichtskonzentration des Arbeitsmitteldampfes bei Arbeitsetoffpaaren mit Absorptionsflüssigkeiten, deren Dampfdruck im Bereich der Arbeitstemperatur nicht vernachlässigt werden kann, erfordert bei geringer Konzentration der reichen Lösung neben der Austreibersäule des Desorbers eine zusätzliche Verstärkersäule mit Rücklauferzeuger (Dephlegmator)· Jahreszeitlich oder kurzfristig
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Der Kreisprozeß erhält dadurch zuviel Wärme, die dann aus der armen Lösung wieder an die Umgebung abgeführt werden muß und anstelle des Wärmetausches zwischen den reinen Produkten, also der reichen und der armen Lösung, treten zwei Wärmeübertragungevorgänge mit jeweils einem verschmutzenden Medium auf. (Zeitschrift: Energie 26 (1974), 3, S. 83 - 87) bzw. ähnlich: (DE-OS 2342263)
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, einen thermodynamischen Kreisprozeß zu entwickeln, bei dem gleichzeitig mechanische bzw. elektrische Nutzenergie und gegebenenfalls Kälte, mit flexiblen Anteilen der Energieformen, aus Abwärme geringen Temperaturniveaus erzeugt werden, wobei die Wärmeträger in einem breiten Temperaturbereich bis beträchtlich unter 100° C abgekühlt werden·
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nutzumg von Abwärme niedrigen Temperaturniveaus als Nachechalt-Sorptionsprozeß thermischer Verfahren unter Verwendung eines Arbeitsstoffpaares mit gut absorbierbarem, bei Umgebungadruck niedrig siedendem Hochdrückarbeitsmittel und einem geeigneten Absorptionsmittel zur Erzeugung mechanischer bzw. elektrischer Energie mit wahlweise gleichzeitiger Kälteerzeugung zu schaffen. Dabei soll das Hochdruckarbeitemittel durch Deeorption bei hohem Druck thermisch aus der Lösung freigesetzt, überhitzt, in einer Entnahmeturbine arbeiteleistend entspannt und durch stufenweise Absorption - entspannend den Druckstufen der Entnahme der Turbinebei gleichzeitiger Wärmeabführung wieder in der flüssigen Lösung, d. h. im Absorptionsmittel gebunden werden, wobei durch hohe AufSättigung der reichen Lösung und darausfolgend niedrige Desorptionsanfangstemperatür, eine Abkühlung der Wärmeträger im breiten Temperaturbereich und die Nutzung von Abwärme geringen Temperaturniveaus ermöglicht wird·
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die am unteren Ende des Deθorbers anfallende arme Lösung ihre fühlbare Wärme zuerst überwiegend regenerativ in einem Teilstromdesorber an einen Teil der zu entgasenden Lösung oder in einem Vorüberhitzer an die am oberen Ende des De-8orbers anfallenden und der Entnahmeturbine zuzuleitenden Ärbeitsmitteldämpfe abgibt und anschließend eine weitere regenerative Wärmeabgabe in einem Wifrmeübertrager an die dem Desorber zuzuführende reiche Lösung und gegebenenfalls noch weitere Wärmeabgabe in Kühleinrichtungen mit äußerer Wärmeabführung erfolgt und die arme Lösung vollständig in eine Niederdruck-Absorberstufe entspannt wird· Dabei wird das am oberen Ende des Desorbers anfallende dampfförmige Arbeitsmittel entweder vollständig über überhitzer der mehrstufigen Entnahmeturbine oder zu einem Teil über die überhitzer der mehrstufigen Entnahmeturbine und zum anderen Teil kondensiert und über eine Absorptionskälteanlage direkt der Niederdruck-Absorberstufe zugeleitet· Das Arbeitsmittel wird in der Entnahmeturbine mehrstufig arboitsleistend entspannt und die arme Lösung in der Niederdruck-Absorberstufe nimmt aus der ersten (Niederdruck) Stufe der Entnahmeturbine ungeregelt und gegebenenfalls aus der Absorptionskälteanlage Arbeitsraitteldampf bis zur Gleichgewichtskonzentration auf. Danach wird die Lösung (Absorbens) durch eine Pumpe auf den Druck der nächsthöheren Absorberstufe gebracht und nimmt dort erneut soviel Arbeitsmitteldampf aus der zweiten Stufe der Entnahmeturbine bis zur Gleichgewichtskonzentration auf, worauf eine weitere stufenweise Aufsattigung der Lösung durch stufenweise Erhöhung des LÖsungsdruckes bei entsprechender Arbeitsmitteldampfentnahme aus den jeweiligen Stufen der Entnabmeturbine erfolgt, so daß nach der letzten Absorberstufe (Hochdruck-Absorberstufe) eine stark mit Arbeitsmittel beladeae reiche Lösung mit niedriger Desorptionsanfangstemperatur ußd - durch Begrenzung der Wärmeübertragung von der armen Lösung an die reiche Lösung im Wärmetauscher nahe dem Siederostand, vorzugsweise mit definierter Unterkühlung - in den Desorber eintritt. Damit ist der im ßsgenetrora zur entgasenden
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Lösung im Desorber geführte Wärmeträger bis erheblich unter 100° C abkühlbar und gleichzeitig ist eine hohe Reinheit des Arbeitsmitteldampfes im Desorber erzielbar· In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Menge der aufgesättigten Lösung vor der letzten (Hochdruck) Absorberstufe aufgeteilt wird, wovon der eine Teil der Hochdruck-Absorberstufe und der andere Teil einem parallelgeschalteten, bei gleichem Druck arbeitenden Mitteldruckdesorber zugeführt wird, der mit Abwärme noch geringerem Temperaturniveaus beheizt wird« Der Arbeitemitteldampf dieses Mitteldruckdesorbers wird in die Hochdruck-Absorberstufe geleitet, wodurch die Arbeitsmitteldaispfentnahme der Hochdruckstufe der Entnahmeturbine entsprechend verringert und damit die Menge des zu niedrigeren Druckstufen in der Entnähmeturbine entspannten Arbeitsmittels in gleichem Maß erhöht wird. Die dabei im Mitteldruckdeeorber entgaste Lösung wird nach regenerativer Wärmeabgabe in einem Teilstromdesorber oder einem Lösungswärmetauscher mit der armen Lösung aus dem Desorber zusammengeführt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rückirerdichtung des Arbeitsmittels in einem zweistufigen thermischen Verdichter erfolgt, wobei die aufgesättigte Lösung von der Hochdruck-Absorberstufe über den Wärmetauscher einem Mitteldruckdeeorber zugeleitet wird, dessen desorbierter Arbeitsmitteldampf in einer Resorptionsstufe durch die arme Lösung aus dem Sesorber resorbiert, das Resorbat durch eine Pumpe auf höheren Druck gebracht, im Wärmetauscher vorgewärmt, das Arbeitsmittel im Desorber wieder freigesetzt, überhitzt und in der Entnahmeturbine entspannt wird. Währenddessen wird die im Mitteldruckdesorber anfallende arme Lösung nach regenerativer Wärmeabgabe im Teilstromdesorber oder im Vorüberhitzer, weiter Wärmeabgabe im Wärmetauscher und gegebenenfalls in einer Kühleinrichtung der Niederdruck-Absorberstufe zur Entspannung und Arbeitsmitteldampfaufnahme zugeleitet·
Als günstige Ausführung der Erfindung durch die Kombination
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der parallel uQd la leih© g©aehalt©t©B Beaorption ist vori, daß der Stroia der aufgesättigt®» Lösung nach einer
vorz«g@weis© n&eft <ä©r Hochdruck-Abeorber- »9 geteilt wird, wovon ein feiistrom über den Wärmetauscher einen Mittsldruckdesorbe:!? snagüieitet und der dort desorbierte Arbeitetsitteldaaspf einer l@ßO2?ptionsstufe zugeführt wird 9 in der der ander© TeiXeteota der Lösung aus der !©ehdruck-Abaorfeeretufe als Afesorfetae ©ingesetgit wird und di® Arbaitsmitteldämpfe d®s Ätteii@®öAeps resorbiert· Das Resorbat wird aaschließend iih@T eißaia Iiöeußgswärmetauselaer dem Deeorber als reiche Besag smgefilhrt· Die arme Lb'gung- aus dem Mitteldruekdeeorber wärt oiaoh regenerativer .Wärmeabgabe in eiaem Teil@troeides©A©r unä @in©o Wärmetauseiaer uiad gegeben©Kfalls ©iaas1 sissltslichen Halleinrichtung
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net ist und daß den Aus eia weiterer adiabater di© aus der liederdruck Arbeitsmittel aus der
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NACHQEREI
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PUr die gesamte Erfindung ist die Verwendung des Arbeitestoffpaares Ammoniak-Wasser von besonderem Vorteil. Bs kann aber auch ein anderee Hochdruck-Arbeitsmittel, das bei Umgebungsdruck niedriger als Ammoniak siedet, beispielsweise CO2, P 13, P 23 oder Äthan in Verbindung mit einer geeigneten Absorptionsflüssigkeit Verwendung finden.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Pig. 1r Bas Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses zur Gewinnung mechanischer (elektrischer) Energie aus Abwärme mit erster regenerativer Nutzung der fühlbaren Wärme der armen Lösung in einem Teilstroradesorber.
Pig· 2: Das Irinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses ähnlich Pig. 1 mit einer ersten regenerativen Wärmenutzung in einem
Vorüberhitzer und der Erweiterung des Prozesses durch einen Kondensations- und Kälteteil.
Pig. 3: Das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses ähnlich Fig. 1 oder 2 mit zur Hochdruck-Absorberstufe parallelgeschaltetem Mitteldruckdesorber zur Verdrängung des Arbeitsmittels in Richtung niedriger Entnahmedrücke in der Entnähmeturbine.
Pig. 4: Das Prinzipechaltbild des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses ähnlich Pig. 1 oder 2 für zusätzliche die Nutzung von Abwärme mit sehr niedrigen Teoperaturniveau durch zweistufige thermische Verdichtung des Arbeitsmittels.
Pig. 5: Das Prinzipechaltbild eines erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses mit Reihen- und Parallelschaltung von Desorbern als spezielle Kombination aus den Prozessen nach Fig. 3 und Pig. 4.
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Fig. 6: Einen Ausschnitt aus dem Absorberteil des erfindungsgemäßen Sorptionsprozesses, bei dem den Absorberstufen zusätzlich adiabate Absorber vor- oder naohgeechaltet sind·
In einem Desorber 1 tritt oben die reiche Lösung ein und gelangt über eine Verteileinrichtung und einen Stoffaustauschteil in den beheizten Desorberteil 2, in dem sie an senkrechten Rohren als PiIn nach unten fließt und dabei Arbeitsmittel abgibt, das im Gegenstrom zur entgasenden Lösung nach oben strömt. Der gleiche Prozeß läuft auch im Teilstromdesorber 22 ab. Der Wärmeträger für die Beheizung des Desorberteiles 2 tritt, sofern er ohne Ehaeenwechsel Heizwärme abgibt, beim Heizwärme-Eintritt 7 in den Desorberteil 2 unten ein und verläßt diesen durch den Heizwärme-Austritt 8. Bei Beheizung mit Dampf ist eine Unterteilung des beheizten Desorberteiles 2 vorteilhaft, wobei im oberen Teil Sattdampf geringeren Druckes, im unteren Seil höheren Druckes eingesetzt wird. Die im Sumpf des Desorbers 1 anfallende arme Lösung gibt ihre fühlbare Wärme entweder in einem Teilstromdesorber 22, von unten nach oben fließend, an einen Teil der reichen Lösung (Pig· 1) oder in einem Vörüberhitzer 10 an das dampfförmige, desorbierte Arbeitsmittel (Pig. 2) ab. Die weitere Wärmeabgabe der armen Lösung erfolgt in einem Wärmetauscher 9 an die reiche Lösung·
Di© arme Lösung gelangt anschließend über eine Entspannungseinrichtung 13, eine Kühleinrichtung 14 zur Niederdruck-Absorberstufe 5ο In der Kühleinrichtung 14 erfolgt die Wärmeabgabe an ein Kühlmedium·
Das am Kopf des Desorbers 1 austretende dampfförmige Arbeitsmittel wird gegebenenfalls in dem Vorüberhitzer 10, in jedem Falle aber in einem fremdbeheizten Überhitzer 3, mit einem Wärmeträger-Eintritt Hund einem Wäroeträger-Austritt 12, weiter aufgeheizt und gelangt dann in eine mehrstufige Entnahmetrarbine 4, in der es stufenweise entspannt wird. Von d©a einzelnen Stufen der Entnahraeturbine 4 gelangt das Arbeitsmittel zu den zugeordneten Absorberstufen 5, 51, 5", 508S und wird dort von der armen Lösung bzw. der stufenweise
NAOHeEREiCHT [ .
angereicherten Lösung als flüssigem Absorptionsmittel (Absorbens) unter Abgabe von Absorptionswärme an ein Kühlmedium» aufgesaugt· In der jeweiligen Absorberstufe 5, 51, 5"» 5"1 wird die arme Lösung bzw· die vorher bereits angereicherte Lösung bis nahe dem Sättigungszustand für diese Stufe mit Arbeitsmittel beladen» wobei die Menge an Absorbens (arme Lösung bzw· angereicherte Lösung) die zu entspannende Arbeitsmittelmenge der zugehörigen Stufe der Entnahmeturbine 4 bestimmt, die Menge des entspannten Arbeitsmittels jedoch ungeregelt bleibt. Die in der Niederdruck-Absorberstufe 5 aufgesättigte Lösung wird über eine Pumpe 6 auf einen höheren Druck gebracht und vermag dadurch in der folgenden Absorberstufe 51 bei diesem höheren Druck wieder Arbeitsmittel aufzunehmen. Dabei wird der dieser Absorberstufe 5' zugeordneten Entnahmestelle der Entnahmeturbine 4 soviel Arbeitsmittel entnommen, daß die Lösung wieder nahezu den Sättigungszustand (Gleichgewichtskonzentration) erreicht. Damit ist die ArbeitBmittelentnahme aus der Entnahmeturbine 4 jeweils vom Beladungsvermögeη der Lösung in der zugeordneten Absorberstufe bestimmt· Die Entnahme ist ungeregelt, sie regelt sich selbst· Von Stufe zu Stufe wird die angereicherte Lösung über Pumpen 6, 6», 611, 6111 auf einen jeweils höheren Druck gebracht und am Ende dem Desorber als reiche Lösung zugeführt· Dabei wird die Lösung stufenweise so stark mit Arbeitsmittel angereichert, daß sie eine sehr niedrige Desorptionsanfangsteraperatur für die reiche Lösung bei Eintritt in den Desorber 1 zu verzeichnen ist, der beim Heizwönae-Eintritt 7 in den Desorberteil 2 eintretende Wärmeträger für Abwärmenutzung sehr weit abgekühlt wird und die Vorwärmung der reichen Lösung zur regenerativen Wärmeaufnahme im Wärmetauscher 9 nur begrenzt möglich ist, so daß in besonderen Fällen auf den Wärmetauscher 9 verzichtet werden kann·
Die Reinheit dee dampfförmigen Arbeitsmittels ist so groß, daß der Arbeitemitteldampf gleichzeitig zur Kälteerzeugung herangezogen werden kann (Pig· 2). Dabei wird über eine
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NACHQEREicHTι -: : . *. -:
Armatur 21 ein Teilstrom des Arbeitemitteldampfes in einem Luftkondensator verflüssigt, das Kondensat in einem Kühler 16 unterkühlt und in einem Behälter 17 gespeichert. Das Kondensat wird in einer Entspannungseinrichtung 18 auf den Druck eines Verdampfers 19 entspannt und damit einem Kühlträger 20 Wärme entzogen. Der Arbeitsmitteldampf wird vom Verdampfer 19 zur Wärmeaufnahme über den Kühler 16 der in Druck nächstgelegenen Absorberstufe, im allgemeinen der Niederdruckabsorberstufe 5 zugeführt und dient dort in Verbindung mit der Arbeitsmitteldampfentnahme aus der letzten Stufe der Entnahmeturbine 4 zur Anreicherung der armen Lösung in beschriebener Weise.
Eine Erweiterung des erfindungsgemäßen Grundverfahrens erfolgt durch die Parallelschaltung eines lütteldruck-Desorbers 1' zum Desorber 1, wodurch sich die Entspannung des Arbeitsmittels in der Entnahmeturbine 4 zu niedrigeren Entnahmedrücken, also zu einem höheren Temperaturgefälle hin verschiebt. Dabei wird der Strom der aufgesättigten Lösung vor der letzten (Hochdruck) Absorberstufe 5111 aufgeteilt. Ein Teilstrom der Lösung wird direkt der Hochdruck-Absorberstufe 5"1 zugeführt. Der andere Teilstrom der angereicherten Lösung wird nach Wärmeaufnahme in einem Lösungswärmetauscher 9' auf den zum Desorber 1 parallelgeschalteten Mitteldruckdesorber 1' aufgegeben, in dem in bekannter Weise das Arbeitsmittel adsorbiert wird· Die am Kopf das Ätteldruck-Desorbers 1f anfallenden Arbeitsmitteldämpfe ^?erάen der Hochdruck-Absorberstufe 5fl1 zugeführt» Dadurch kaaß die ArbeitamitteldaiapfentBafeme ame der Entnahmeturbin© 4 für diese Druckstufe in gleichem Äße verringert werden und die Entspannung des ÄÄtitsuittels in der Entnahraeturbine 4 wird dadurch ^uguBstQö des? niedrigeren Entaahmedrücke verbessert· Di© arm© Lösutsg aus dem Mitteldruck-Dessorber 1« wird, nachr. Wärmeabgabe -im Lösungswärme tauscher 99 an die dem Mitteldruek-Desorber 1fl sugeführte reiche LB-snag9 über eine Entepannungs©iES?ieh"&iaBg 13? mit dar armen aus dem Desorber 1 smssi!H©Bg©ftItat (Figo 3)*
Modifizierungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind durch die Verwendung eines zweiten bei mittlerem Druck arbeitenden Desorbers 1f, eines zusätzlichen Lösungswärmetauschers 9* und 4urch zusätzliche Anordnung eines weiteren Absorbers, als Resorptionsstufe 26 arbeitend realisierbar·
Durch solche Modifikationen des Grundprozesses kann entweder die Ausbeute an mechanischer Energie erhöht oder der Prozeß an mehrere verfügbare Wärmeträger, teilweise mit geringerem Temperaturniveau als beim Grundprozeß nötig, angepaßt werden· für die Nutzung von Abwärme mit sehr niedrigem Temperaturniveau bzw. zur Erzeugung sehr hoher Arbeitsmitteldrücke ist eine zweistufige thermische Verdichtung vorgesehen· Die beiden Verdichtungsstufen sind: 1. Desorption bei mittlerem Druck und Resorption des Arbeitsmittels bei mittlerem Druck und eine 2· Desorption bei hohem Druck· Dabei wird die aus der Hochdruck-Absorberstufe 5" kommende und durch die Pumpe 611 in Druck erhöhte reiche Lösung über den Wärmetauscher 9 dem Mitteldruck-Desorber 1* zugeführt· Daa im Mitteldruck-Desorber 1' desorbierte Arbeitsmittel wird der Resorptionsstufe 26 zugeleitet. Als Absorbens wird der Resorptionsstufe 26 die aus dem Sumpf des Desorbers 1 kommende, über den Lösungswärmetauscher 9* gekühlte und in der Entspannungseinrichtung 13* entspannte arme Lösung zugeführt, die sich mit dem Arbeitsmitteldampf aus dem Mitteldruck-Desorber 1* anreichert· Nach Druckerhöhung durch eine Pumpe 24 und Wärmeaufnahme in dem Lösungswärme taue eher 91 wird die angereicherte Lösung dem Desorber 1 zugeführt. Die arme lösung aus dem Mitteldruck-Desorber 1* wird in bekannter Weise über den Vorüberhitzer 10, den Wärmetauscher 9» die Entspannungseinrichtung 13 und die Kühleinrichtung 14 der Hiederdruck-Absorberstufe 5 zugeleitet (Fig. 4).
Bei den erweiterten Grundprozessen (Parallelschaltung oder zweistufige thermische RUckverdichtung) arbeitet der Desorber 1 jeweils als Hochdruck-Deθorber.
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Eine· weitere Moaifi^itmiEg fiiüges fd^fateesae ergibt eioh dadurehj, daß die "beim höefasteB AfeoQ^lseraruok iß der Absorbexstufe 5r' mstrateac!© mnd · &!?£>©& di© Bitape 6tr auf höheren Brack gebraeht© reiela® W>@wig iß wmel Teilströme aufgeteilt wird ο IiB T©ilstrom wlsd UB»dh teii5p®i?aturerhöhung iia Wäraetauscher 9 ά®π Mitteltetiefe^ltesorfaer 18 zugeleitet· Der dort desorbiert© Arfeeitsiaitteliiaiipf wird in der Resorptioasstuf® 26 durch d©ja anderen, Seilste©Eä der reichen Lösung wieder aufgesaugt (resoAi©^1!)® Die so entstandene reiche Lösung (R®s©3*et) wird ®a®h Ds«©lc0Ä5toEg durch die Pumpe 24 und TenpsyatOTaffeStang i® ISsiaBgewäsis® tauscher 9* auf des Beeorber 1 aiafgogdigiep,« Bi© esm® IMewig aus dem
a©s?1b©i? 18 wisi la feetong,t«r Wels® übtr den 9» dl© Entgpanmmgae±0Sie3iit«Bg 13 und die Kühleisarichtuag 14 dtx1 liedeMrnGis-AfeeoiijeRitnf e 5 züge- führt j währ©öd di® mum iea Bsbqäqs8 1 ßmetreteade am® Lösung in analoger W@ie© über d®n l^iimsgswä»sa©taiischer 9' t geleitet wirdo-Aßselilisi©Bd wird diese anae LSaung einer Absorberstuf© mit ®iaaäfci®rp,i gl©l@h©^ S©nseiatrai"ion der Lö-
Figo 1
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sied vielfältig® lC@EaTbiiii!,ti©p,Qffi uuü. f^ögeßerwtiterungen mög-IiCh9 rait dea©B sip®gi©ll© &&pmm®n&g®m mm <tlt lasahl und an di© Qualität d®r Äbwärn®träger realisierbar siad« Es ist beispielsweise möglich 9 wenn ©iß Wä^sa©tagger mit sehr geringem Temp©raturaiv@au ziw ¥©rfüguisf steht j, ©iaeE zusätzlichen YerdräEiguagsdasorber für di® Abeor'bas'etufe »Eiter der Mitteldrucks tuf θ oder paxall©! sra? Mitteldriaeketmf® su verwenden» der dann nur eine Drucks tuf® ü"b©rBp©&Bt 9 ©it iem aber dadurch
nachqereiohtI
eine weitere Verdrängung des Arbeitsmittels in der Entnahmeturbine 4 in Richtung niedrigerer Entnahmedrücke und damit höherer Wärtnegefälle erreicht wird.
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NACHGERE-ICHTJ
Aufstellung der verwendeten Bezugszeicueri.
1 = Desorber (Hochdruck-Desorber) 1'= Mitteldruck-Desorber
2 = beheizter Desorberteil
3 = Überhitzer
4 β Entnahmeturbine
5 β Absorberstufe (einschl. 5' bis 5flf)
6 β Pumpe (einschl. 6« bis 6111)
7 = Heizwärrae-Eintritt 7*= Heizwärme-Eintritt
8 = Heizwärrae-Austritt 8'= Heizwärme-Austritt
9 = Wärmetauscher
9'= Lösungswärmetauscher
10 = Vorüberhitzer
11 = Wärmeträger-Eintritt
12 = Wärmeträger-Austritt
13 ο Entspannungseinrichtung 13'= Entspannungseinrichtung
14 = Kühleinrichtung 14'= Kühleinrichtung
15 = Luftkondensator
16 β Kühler
17 = Behälter
18 = Entspannungseinrichtung
19 s Verdampfer
20 = Kälteträger
21 s Armatur
22 = Teilstromdesorber
23 = adiabater Absorber
24 = Pumpe
25 =adiabater Absorber
26 = Resorptionsstufe
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Claims (7)

  1. I NACHGERtEtOHT [
    Erfindungsanspruch 3 I 01 ο 5 Q
    1β) Verfahren zur Nutzung von Abwärme niedrigen Temperaturniveaus für die Erzeugung mechanischer bzw. elektrischer Energie mit wahlweise gleichzeitiger Kälteerzeugung als Nachschalt-Sorptionsprozeß thermischer Verfahren unter Verwendung eines Arbeitsstoffpaares mit gut absorbierbarem Hochdruck-Arbeitsmittel und einem flüssigen Absorptionsmittel, bei dem das Hochdruck-Arbeitemittel durch Desorption bei hohem Druck thermisch freigesetzt, überhitzt und in einer mehrstufigen Entnahmeturbine arbeitsleistend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die am unteren Ende des Desorbers (1) anfallende arme Lösung ihre fühlbare Wärme zuerst überwiegend regenerativ in einem Teilstromdesorber (22) an einen Teil der entgasenden Lösung oder in einem Vorüberhitzer (10) an die am oberen Ende des Desorbers (1) anfallenden Arbeitemitteldämpfe, die der Entnahraeturbine (4) zuzuleiten sind, abgibt und anschließend eine weitere regenerative Wärmeabgabe in einem Wärmeübertrager (9) an die dem Desorber (1) zuzuführende reiche Lösung und gegebenenfalls noch weitere Wärmeabgabe in Kühleinrichtungen (14) mit äußerer Wärmeabführung erfolgt und die arme Lösung vollständig in eine Niederdruck-Absorberstufe (5) entspannt wird, während das am oberen Ende des Desorbers (1) anfallende dampfförmige Arbeitsmittel entweder vollständig über Überhitzer (10; 3) der mehrstufigen Entnahraeturbine (4) oder zu einem Teil über die überhitzer (10; 3) der mehrstufigeia Entnahme turbine (4) und zum anderen Teil kondensiert und über eine Absorptionskälteanlage direkt der Niederdruck-Absorberstufe (5) zugeleitet werden, das Arbeitsmittel in der Entnahmeturbine (4) mehrstufig arbeitsleistend entspannt wird und die arme Lösung in der Niederdruck-Absorberstufβ (5) aus der ersten (Niederdruck) Stufe der Entnahmeturbine (4) ungeregelt und gegebenenfalls aus der Absorptionskälteanlage Arbeitsmitteldasnpf bis zur Gleichgewichtskonzentration aufnimmt, danach durch eine Pumpe (6) auf den Druck einer nächsthöheren Absoroerstufe (5) gebracht wird und dort erneut so viel Arbeitsffiitteldampf aus der zweiten Stufe der Entnahmeturbine (4) bis zur Gleichgewichtskonzentration dieser Druckstufe aufnimmt und eine weitere scfcufenweise Aufsättigung der Lösung durch stufenweise Erhöhung des Lösungsdruckes bei entsprechender Arbeits-
    130062/0451
    JNachgereichtI
    tnitteldampfentnahme aus den jeweiligen Stufen der Entnahmeturbine (4) erfolgt, so daß nach der letzten (Hochdruck) Absorberstufe (5llf) eine stark mit Arbeitsmittel beladene, reiche Löeurg mit niedriger Desorptionsanfangstemperatur und - durch Begrenzung des Wärmetausches im Wärmetauscher (9) nahe dem Siedezustand, vorzugsweise aber mit definierter Unterkühlung - in den Desorber (1) wieder eintritt und damit der im Gegenstrom zur entgasenden Lösung im Desorber (1) geführte Wärmeträger ibs erheblich unter 100° C abkühlbar und gleichzeitig eine hohe Reinheit des Arbeitsmitteldampfes im Desorber (1) erzielbar ist·
  2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der aufgesättigten Lösung vor der letzten (Hochdruck) Absorberstufe (5111) aufgeteilt wird, wovon der eine Teil der Hochdruck-Abeorberstufe (5llf) und der andere Teil parallel geschalteten, bei gleichem Druck arbeitenden Lütte ldruckdesorber (1f) zugeführt und der Arbeitsmitteldampf des Mitteldruckdesorbers (11) in die letzte (Hochdruck) Absorberstufe (51*1) geleitet wird, wodurch die Arbeitsraitteldampfentnahme der Hochdruckstufe der Entnahmeturbine (4) entsprechend verringert und damit die Menge des zu niedrigeren Druckstufen in der Entnahmeturbine (4) entspannten Arbeitsmittels in gleichem Maße erhöht wird, während die im Mitteldruckdesorber (11) entgaste Lösung nach regenerativer Wärmeabgabe in einem Teilstromdesorber oder einem Lösungs-Wärmetauscher (91) mit der armen Lösung aus dem Desorber (1) zusammengeführt oder in eine der Absorberstufen (5'i 511) eingespeist wird·
  3. 3· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückverdichtung des Arbeitsmittels durch einen zweistufigen thermischen Verdichter erfolgt, wobei die aufgesättigte Lösung der Hochdruck-Absorberstufe (5") über den Wärmetauscher (9) einem Mitteldruckdesorber (1*) zugeleitet, dessen desorbierter Arbeitsmitteldampf in einer Resorptionsstufe (26) durch die arme Lösung aus dem Desorber (1) resorbiert, das Reeorbat durch eine Pumpe (24) auf höheren
    130062/0451
    Druck gebracht, im Warn©tausob.®T Arbeitsmittel- im Deaorbtr ) hitzt und in der EtttnahoeturMa© während die im Mitteldruckdosoxfoer lösung nach regen©rativ@a?
    b®r (22) oder in d® abgabe in dein Wärm β taue eher EUhleinrichtung (14) der zur Etatspannußg und wird»
    das
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  4. 4® Terfahrea ■ daß dar Strom d©r aufgee berstuf® (51 58i 5* Abserberstufe (S9") geteilt wl2?ö "den, Wärm
    und der ©iß@r Absor der Hochdruck» w®v@e ©1b Seilstro©
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    siig©führt wird.
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    130062/04S1
    NACH(3ERE[QHTf
    schwankender Kühlmitteltemperatüren zur Beeinflussung der Konzentration der reichen, in den Desorber (1) eintretenden Lösung gesteuert wird.
  6. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eintritt der Lösung in die Absorberstufen (5; 51; 5fl; 5111) ein adiabater Absorber (23) angeordnet ist, und dem Ausgang der Niederdruck-Absorberstufe (5) ein weiterer adiabater Absorber (25) nachgeschaltet ist, in dem die aus der Niederdruck-Absorberstufe (5) austretende Lösung mit Arbeitsmittel aus der Niederdruckstufe der Entnahmeturbine (4) nachgesättigt und der am Kopf des adiabaten Absorbers (25) austretende Arbeitsraitteldampf dann der Niederdruck-Absorberstufe (5) zugeleitet wird.
  7. 7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsstoffpaar Ammoniak-Wasser oder ein anderes Hochdruck-Arbeitsmittel, das bei Umgebungsdruck niedriger als Ammoniak siedet, beispielsweise GO2, P 13, P 23 oder Äthan in Verbindung mit einer geeigneten Absorptionsflüssigkeit Verwendung findet.
    130062/0451
DE3101858A 1980-04-08 1981-01-21 "verfahren zur abwaermenutzung fuer die erzeugung mechanischer energie mit wahlweise gleichzeitiger kaelteerzeugung" Withdrawn DE3101858A1 (de)

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