DD232833A4 - Verfahren zur abwaermenutzung fuer die erzeugung mechanischer energie - Google Patents

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 der Abwaermenutzung nach dem Hauptpatent, indem eine Vergroesserung des nutzbaren Anteiles des Abwaermeangebotes eine Erhoehung des Wirkungsgrades in Bezug auf die Energieverwertung gegeben ist. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass zur Ausnutzung der Abwaerme eine Desorberkaskade verwendet wird, in der die Abwaerme mehrstufig zum desorbieren von Arbeitsmitteln aus angereicherten Loesungen eingesetzt wird. Zusaetzlich wird auch die heisse arme Loesung regenerativ durch desorbieren von Arbeitsmittel abgekuehlt. Anwendungsgebiet der Erfindung ist bei allen Abwaerme produzierenden Prozessen gegeben, wie:- Kernenergieanlagen- Chemieanlagen- Trocknungsprozesse- Rauchgas erzeugende Prozesse

Description

äxtrem niedrig gehalten wird, daß die Beladungsbreite bzw. die Absorptionsanfangstemperatur der Absorberstufe, die den i/littel- bzw. Niederdruckdesorber und seinen parallelgeschalteten Teilstromdesorber mit reicher Lösung speist, kleiner als bei ien anderen Absorberstufen ausgeführt wird und daß hierfür das Druckverhältnis zwischen der Mittel- bzw. vliederdruckdesorberstufe und der sie speisenden Absorberstufe niedriger als das Druckverhältnis zwischen den übrigen \bsorberstufen ist und den Wert von 1,8 unterschreitet.

Eine weitere Ausbildung der Desorberkaskade sieht vor, daß die aus dem Hochdruckdesorber und dem Hochdruckfeilstromdesorber austretende arme Lösung zur Wärmeabgabe zunächst dem regenerativ beheizten Teil des Hochdruckfeilstromdesorbers zugeführt, danach durch den Mittel- oder Niederdruck-Teilstromdesorber geführt und anschließend, gegebenenfalls über einen Wärmetauscher zur Aufheizung der reichen Lösung, der Niederdruckabsorberstufe zugeleitet wird.

\usführungsbeispiel

3ei der erfindungsgemäßen Desorberkaskade, bestehend aus dem Hochdruck-Desorber 1 und dem parallelgeschalteten Hochdruck-Teilstromdesorber 3 sowie dem Mittel- oder Niederdruckdesorber 6 und dem dazu parallelgeschalteten Mittel- oder Niederdruck-Teilstromdesorber 10, erfolgt die Abkühlung des Abwärmeträgers nach dem Wärmeträger-Eintritt 7 zuerst in den Heizregister 2 des Hochdruckdesorbers 1 und parallel dazu im Heizregister 5 des Hochdruck-Teilstromdesorbers 3. Der aus dem Heizregister 5 austretende abgekühlte Abwärmeträger-Teilstrom wird an einer seinem Temperaturniveau entsprechenden stelle in das Heizregister 2 zugespeist. Bei dem Wärmeträger-Übertritt 8 verläßt der abgekühlte Abwärmeträger das Heizregister I, wird durch das Heizregister des Mittel- oder Niederdruckdesorbers 6 hindurchgeleitet, weiter abgekühlt und verläßt über den /Värmeträger-Austritt 8' die Desorberkaskade.

Die den Hochdruckdesorber 1 bzw. seinen Hochdruck-Teilstromdesorber 3 als Sumpfprodukt heiß verlassende arme Lösung wird zusammengeführt und durch das regenerative Heizregister 4 des Hochdruck-Teiistromdesorbers 3 geleitet und anschließend durch das Heizregister des Mittel- oder Niederdruck-Teilstromdesorbers 10 geführt und gibt in den Heizregister Wärme ab. Nach Verlassen des Mittel- oder Niederdruck-Teilstromdesorbers 10 gibt die arme Lösung in einem Wärmetauscher J noch Wärme an die über den Eintritt 13 dem Hochdruckdesorber 1 bzw. dem parallelgeschalteten Hochdruck-Feilstromdesorber 3 zugeführte reiche Lösung ab, wärmt diese vor und verläßt über den Ausgang 14 die Desorberkaskade. Im Hochdruckdesorber 1 bzw. im Hochdruck-Teilstromdesorber 3 wird aus der reichen Lösung unter Wärmeaufnahme das <\rbeitsmittel*freigesetzt. Dieses verläßt als Kopfprodukt über den Arbeitsmittel-Austritt 11 den Hochdruckteil der Desorberkaskade.

Ein zweiter Strom reicher Lösung und geringerer Konzentration wird über einen Eintritt 15 zugeführt und in einem i/Värmeübertrager 9' vorgewärmt. Vom Wärmeübertrager 9' gelangt diese reiche Lösung in den Mittel- oder Niederdruckdesorber 6 und seinem Mittel- oder Niederdruck-Teilstromdesorber 10 in denen das Arbeitsmittel unter Wärmeaufnahme ausgetrieben wird. Das ausgetriebene Arbeitsmittel verläßt den Mittel- oder Niederdruckteil der Desorberkaskade als Kopfprodukt über den Arbeitsmittel-Austritt 12.

Die aus dem Mittel- oder Niederdruckdesorber 6 und seinem Teilstromdesorber 10 als Sumpfprodukte austretende arme Lösung · wird zusammengeführt, wärmt in dem bereits erwähnten Wärmetauscher 9' die zugeführte reiche Lösung vor und verläßt über den Ausgang 16 den Mittel- oder Niederdruckteil der Desorberkaskade.

Claims (2)

1. Verfahren zur Abwärmenutzung für die Erzeugung mechanischer Energie nach Patentanmeldung WP 161075, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwärmeträger vom Wärmeträger-Eintritt (7) in einer Desorberkaskade, bestehend aus mehreren Desorber-ZTeilstromdesorber-Kombinationen, zuerst im fremdbeheizten Desorberteii (2) des Hochdruck-Desorbers (1) bzw. dem fremdbeheizten Teil (5) des Hochdruck-Teilstromdesorbers (3) und anschließend im Mittel- oder Niederdruckdesorber (6) abgekühlt wird, wobei die Desorptionsanfangstemperatur des Mittel- oder Niederdruckdesorbers (6) dadurch extrem niedrig gehalten wird, daß die Beladungsbreite bzw. die Absorptionsanfangstemperatur der Absorberstufe, die den Mittelbzw. Niederdruckdesorber (6) und seinen parallelgeschalteten Teilstromdesorber (10) mit reicher Lösung speist, kleiner als bei den anderen Absorberstufen ausgeführt wird und hierfür das Druckverhältnis zwischen der Mittel- bzw. Niederdruckdesorberstufe und der sie speisenden Absorberstufe niedriger als das Druckverhältnis zwischen den übrigen Absorberstufen ist und den Wert von 1,8 unterschreitet.

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Erfindungsanspruch:

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Hochdruck-Desorber (1) und dem Hochdruck-Teilstromdesorber (3) austretende arme Lösung zur Wärmeabgabe in der Desorberkaskade zunächst dem regenerativ beheizten Teil (4) des Hochdruck-Teilstromdesorbers (3) zugeführt, danach durch den Mittel- oder Niederdruck-Teilstromdesorber (10) geführt und anschließend, gegebenenfalls über einen Wärmetauscher (9) zur Aufheizung der reichen Lösung, der Niederdruckabsorberstufe zugeleitet wird.

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Verfahrens zur Erzeugung mechanischer Energie und daraus folgend von Elektroenergie aus Abwärme mit wahlweise gleichzeitiger Kälteerzeugung nach WP 161075, wobei die Anteile der Erzeugung von mechanischer Energie und Kälte stark schwankendem Bedarf folgen können.

Das Verfahren ist als Nachschaltprozeß (Koppelprozeß) Abwärme produzierender thermodynamischer Verfahren und Kreisprozesse anwendbar, wobei die Erzeugung mechanischer Energie vorrangig 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 und der nicht oder nur zeitweise bzw. nur in geringem Maße für andere prozeßfremde Wärmeverbraucher nutzbar gemacht werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach der Hauptpatentanmeldung WP 161075 wurde ein Verfahren zur Nutzung von Abwärme niedrigen Temperaturniveaus als Nachschaltsorptionsprozeß für thermische Verfahren vorgeschlagen, mit dem unter Verwendung eines Arbeitsstoffpaares mit gut absorbierbarem, 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 soviel 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 der 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 der Absorberdrucker bei entsprechender Arbeitsmitteldampfentnahme aus den jeweiligen Stufen der Entnahmeturbine erfolgt, so daß nach der letzen 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 Wärmeträger bis erheblich unter 100°C abkühlbar und eine hohe Reinheit des Arbeitsmitteldampfes im Desorber erziel bar.

Ziel der Erfindung "

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Verfahrens zur Abwärmenutzung nach Patentanmeldung WP 161075, insbesondere die Vergrößerung des nutzbaren Anteils des Abwärmeangebotes und gleichzeitig die Erhöhung der Nutzenergieausbeute und damit des wirtschaftlichen Effektes der Abwärmenutzung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, das nach der Patentanmeldung WP 161075 vorgeschlagene Verfahren zur Abwärmenutzung für die Erzeugung mechanischer Energie, bei dem die in einem Desorber bei hohem Druck freigesetzten Arbeitsmitteldämpfe nach arbeitsleistender Entspannung absorbiert werden, dadurch zu verbessern, daß eine weitere Absenkung der Endtemperatur des Wärmeträgers im Sorptionsprozeß und eine Vergößerung des nutzbaren Anteils des Abwärmeangebotes erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer Desorberkaskade, einer Reihenschaltung von Desorbern, vorzugsweise mit Teilstromdesorbern kombiniert, der Abwärmeträger zuerst im Hochdruckdesorber bzw. im fremdbeheizten Teil des parallelgeschalteten Hochdruck-Teilstromdesorbers und anschließend im fremdbeheizten Mittel- oder Niederdruckdesorber abaekühlt wird, wobei die Desomtionsanfanastemneratur des Mittel- oder Niederdruckdesorbers dadurch