Die
Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren einer Sorptionsanlage nach
dem Absorptions-Kraft-Zyklus
(absorption power cycle) für
ein Zweistoffgemisch mit Haupt- und Zusatzkreislauf.The
The invention relates to a method of operation of a sorption plant
the absorption force cycle
(absorption power cycle) for
a binary mixture with main and auxiliary circuit.
Sorptionsanlagen
mit Zweistoffgemischen sind seit langem Stand der Technik (Wilhelm
Nibergall: Sorptions-Kältemaschinen
in: Rudolf Plank: Handbuch der Kältetechnik
Bd. VII (1959); Cube, Steinle, Lotz, Kunis: Lehrbuch der Kältetechnik (1997)).
Bei vielen Gemischen weist das Sorptionsmittel einen für den Prozess
ins Gewicht fallenden eigenen Dampfdruck auf. Bei Absorptionsflüssigkeiten wird
der Dampfdruck des Sorptionsmittels um so stärker, je näher die normalen Siedepunkte
von Arbeitsmittel (Kältemittel)
und Absorptionsmittel beieinander liegen. Es wird das Sorptionsmittel
in gewissen Teilmengen zusammen mit dem Arbeitsmittel verdampft,
wenn flüssigem
Sorptionsgemisch Wärme zugeführt wird.sorption
with binary mixtures have long been state of the art (Wilhelm
Nibergall: sorption chillers
in: Rudolf Plank: Handbook of Refrigeration
Volume VII (1959); Cube, Steinle, Lotz, Kunis: Lehrbuch der Kältetechnik (1997)).
For many mixtures, the sorbent has one for the process
significant own vapor pressure on. For absorption fluids
the closer the normal boiling points, the stronger the vapor pressure of the sorbent
of working fluid (refrigerant)
and absorbents are together. It becomes the sorbent
evaporated in certain subsets together with the working fluid,
if liquid
Sorption mixture heat is supplied.
Um
den ungünstigen
Einfluss des mitausgetriebenen Sorptionsmittels auszuschalten, wird
das ausgetriebene Dampfgemisch einer Rektifikation unterzogen.Around
the unfavorable
Influence of co-expelled sorbent is turned off
subjected the expelled vapor mixture to rectification.
Das
Arbeitsmittel Ammoniak und das Sorptionsmittel Wasser ist für den Absorptions-Kraft-Kreislauf zur Stromerzeugung
bekannt. Der Kreislauf baut auf die über hundert Jahre alte Absorptionskreislaufentwicklung
auf. Solche Kreisläufe
zeichnen sich durch eine effiziente Umwandlung von Wärme in mechanische
Arbeit aus. In den meisten Fällen
wird die erzeugte mechanische Arbeit in Strom umgewandelt.The
Working fluid Ammonia and the sorbent Water is used for the absorption power cycle to generate electricity
known. The cycle is based on the more than one hundred years old absorption cycle development
on. Such circuits
characterized by efficient conversion of heat into mechanical
Work out. In most cases
The generated mechanical work is converted into electricity.
Zu
den wesentlichen Aggregaten für
Sorptionsanlagen zählen
Austreiber und Absorber. Die Ausführungsformen von Austreibern
hängen
auch vom Aggregatzustand der Wärmequelle
und den verwendeten Arbeitsstoffen ab. Steht diese Wärme als Abwärme oder
durch heiße
Flüssigkeiten
zur Verfügung,
so wird zumindest für
größere Anlagen
mit dem Ammoniak-Wasser-System
der Austreiber wie der Absorber aus mehreren übereinander liegenden Druckbehältern gebaut.
Hierbei durchströmen
die Dämpfe
im Gegenstrom zu den Lösungen
die einzelnen Apparate nacheinander. Luft und andere Fremdgase stören Betrieb
und Leistungsfähigkeit
von Absorptions-Kälteanlagen.
Es sind daher gut funktionierende Entlüftungsanlagen entwickelt worden.
Absorptionsanlagen mit den Arbeitstoffen Ammoniak und Wasser werden
auch bis in den Unterdruck betrieben.To
the essential aggregates for
Counting sorption plants
Expeller and absorber. The embodiments of expeller
hang
also from the state of aggregation of the heat source
and the materials used. Is this heat as waste heat or
by hot
liquids
to disposal,
at least for
larger facilities
with the ammonia-water system
the expeller as the absorber built from several superimposed pressure vessels.
Flow through this
the vapors
in countercurrent to the solutions
the individual apparatuses in succession. Air and other foreign gases interfere with operation
and efficiency
of absorption refrigeration systems.
Therefore, well-functioning venting systems have been developed.
Absorption plants with the working substances ammonia and water
also operated in the negative pressure.
Absorptions-Kraft-Kreisläufe werden
als geeigneter angesehen als Wasserdampf-Rankine-, Organik-Rankine-,
Ammoniak-Rankine-, binäre
Ammoniak-Wasser-Rankine-Kreisläufe, wenn
die Temperatur der Wärmequelle
mit Zunahme der entnommenen Wärme
fällt (z.B.
Rauchgas) und deren maximale Temperatur unterhalb von etwa 300 °C bis 350 °C liegt.
(Aufsatz von Erickson, D.C. et al. "Heat Activated Dual-Function Absorption
Cycle" in ASHRAE-SYMP-00138 New Orleans
(2004) unter www.energy-concepts.com/pdf/SYMP-00138-2003_R2.PDTF).Absorption Force Circuits
considered more suitable than steam Rankine, Organik Rankine,
Ammonia Rankine, binary
Ammonia-water Rankine cycles, though
the temperature of the heat source
with increase of the extracted heat
falls (e.g.
Flue gas) and whose maximum temperature is below about 300 ° C to 350 ° C.
(Review by Erickson, D.C. et al., Heat Activated Dual-Function Absorption
Cycle "at ASHRAE-SYMP-00138 New Orleans
(2004) at www.energy-concepts.com/pdf/SYMP-00138-2003_R2.PDTF).
Absorptionskreisläufe haben
die Eigenschaft, dass die Temperatur der Lösung steigt, wenn Dampf aus
ihr ausgetrieben wird. Damit ist es möglich, Wärme zur Verdampfung einzubringen über den korrespondierenden
Temperaturbereich. Für
Wärmequellen,
die charakterisiert sind durch ein gleitendes Temperaturgefälle, bedeutet
das einen thermodynamischen Vorteil. Es kann mehr Energie aus der
Wärmequelle übertragen
werden auf das verdampfende Flüssigkeitsgemisch
mit begrenzten Exergieverlusten und daraus kann mehr Arbeit aus
dem Kreislauf gewonnen werden.Have absorption cycles
the property that the temperature of the solution rises when steam out
you are expelled. This makes it possible to introduce heat to evaporate over the corresponding
Temperature range. For
Heat sources,
which are characterized by a sliding temperature gradient, means
that a thermodynamic advantage. It can take more energy out of it
Transfer heat source
be on the evaporating liquid mixture
with limited exergy losses and this can make more work out
be gained in the cycle.
In US 4 819 437 wird vorgeschlagen,
Gasturbinenabgas statt auf einen Dampfkreislauf mit dem Medium Wasser
auf ein Zweistoffgemisch – gerechnet
wird mit Ammoniak und Wasser – zu übertragen, um
die Verdampfungstemperatur herabzusetzen, wodurch der Bereich ohne
Temperaturzunahme des wärmeaufnehmenden
Mediums relativ zu den anderen Bereichen der Überhitzung und Vorwärmung deutlich
abnimmt. Zur Anpassung an die stetig fallende Temperaturkurve des
Gasturbinenabgases ist bei dem Zweistoffgemisch ein Mehrdruckprozess
vorgesehen. Allerdings ist zumindest das vorgesehene Zweistoffgemisch
Ammoniak/Wasser für
den vorgesehenen Temperaturbereich (maximal 510 °C) als ungeeignet einzustufen,
weil die Stabilitätsgrenze von
Ammoniak weit überschritten
wird (in Lösungen mit
Wasser 180 bis 200 °C,
als Dampf bis 300 °C).In US 4,819,437 It is proposed to transfer gas turbine exhaust instead of to a steam cycle with the medium of water to a binary mixture - calculated with ammonia and water - to reduce the evaporation temperature, whereby the area without temperature increase of the heat-absorbing medium relative to the other areas of overheating and preheating significantly decreases , To adapt to the steadily decreasing temperature curve of the gas turbine exhaust gas, a multi-pressure process is provided in the binary mixture. However, at least the intended two-substance mixture ammonia / water for the intended temperature range (maximum 510 ° C) as unsuitable, because the stability limit of ammonia is far exceeded (in solutions with water 180 to 200 ° C, as steam to 300 ° C).
In DE 40 03 446 A1 wird
ein Verfahren zur Stromerzeugung im Niedertemperaturbereich genannt:
Mittels eines Waschkondensators soll die Kondensatwärme eines
niedrigersiedenden Stoffes mittels Wärme- und Stoffaustausch zur
Verdampfung eines höhersiedenden
Stoffes übertragen
werden. Ohne externe Zufuhr höherwertiger
Wärme soll
die Kondensationswärme
nach Entspannung des Dampfes wieder zur Verdampfung vor der Entspannung hochgepumpt
werden. Es wird bezweifelt, dass das Verfahren in der Praxis umsetzbar
ist.In DE 40 03 446 A1 a process for power generation in the low temperature range is called: By means of a washing condenser, the condensate heat of a lower-boiling substance by means of heat and mass transfer to the evaporation of a higher-boiling substance to be transferred. Without external supply of higher-grade heat, the heat of condensation should be pumped up again after evaporation of the vapor to evaporate before the relaxation. It is doubted that the method can be implemented in practice.
Vorgenannte
Absorptionskreisläufe
haben spezifische Faktoren, die den Grad der Anpassung im Falle
stetig fallender Temperatur und damit der gewinnbaren Nutzarbeit
begrenzen:
- a) Vor allem Zyklen mit niedrigen
Anteilen des Arbeitsmittels in der reichen Lösung produzieren arbeitsmittelarme
Dämpfe
(z.B. Ammoniakanteil um 85 %). Um übermäßige Nässe in der Expansion zu vermeiden,
muss eine Rektifikation hinter die Verdampfung geschaltet oder der
Dampf auf Spitzenaustreibungstemperaturen überhitzt werden. Letzteres
be deutend eine Abweichung von einer engen Anpassung an den Fall
der stetig fallenden Temperatur, wenn nicht kostspielige Zwischenerhitzungen
zusätzlich
eingebaut werden.
- b) Obwohl der Ausdampfungsvorgang aus dem Flüssigkeitsgemisch über einen
großen
Temperaturbereich stattfindet, ist er nicht linear: Es wird mehr
Wärme am
kalten Ende als am warmen Ende benötigt. Gleichzeitig könnte im
Austreiber im wärmeren
Entgasungsbereich mehr Wärme als
im kälteren
Entgasungsbereich zur Verdampfung verarbeitet werden. Eine thermodynamisch optimale
Ausnutzung der Wärmequelle
bedingt eine Abnahme der auszudampfenden Flüssigkeitsmenge im Fall der
stetig fallenden Temperatur.
- c) Die enge Anpassung der Verdampfung an den Fall der stetig
fallenden Temperatur ist selber eine Funktion der Prozessführung geführt wird.
Mit Gleichstromverdampfung ist die Anpassung begrenzt auf die Differenz
zwischen Siede- und Taupunkt.
- d) Das untere Temperaturende des Austreibungsvorganges ist gewöhnlich so
warm, dass eine beachtliche Wärmemenge
in der Quelle verbleibt, selbst bei Aufwärmung des Flüssigkeitsgemisches
vor Eintritt in den Austreibungsvorgang. Es sind besondere Kreislaufschaltungen
erforderlich, um solche Wärme
mitnutzen zu können.
- e) Die Absorptionswärmeabfuhr
ist ebenso nicht-linear. Sie benötigt
einen höheren
Durchfluss des Kühlmittels
verglichen mit linearen Abfuhrszenarien.
- f) Zumindest bei Kreisläufen
mit Ammoniak und Wasser kann bei der Wahl eines geringeren Anteils
von Ammoniak in den Lösungen
die gleiche Wärmequelle
bis auf ein Temperaturniveau ausgenutzt werden, indem ein niedrigerer
Ein- und Ausgangsdruck gewählt
wird. (z.B. 10 bar auf 1 bar statt 30 bar auf 3 bar). Damit kann
grundsätzlich
mehr Arbeit aus der Wärmequelle
entnommen werden. Allerdings steigt gegenläufig der Anteil des mitausgetriebenen
Wasserdampfes und damit die Rückkühlwärme für die Rektifikation.
- g) Zumindest bei Kreisläufen
mit Ammoniak und Wasser kann bei Wahl eines geringeren Anteils von
Ammoniak in den Lösungen
mehr Kälte
aus dem Dampf nach der Entspannung mittels eines Dampfkühlers entnommen
werden.
- h) Zyklen, die einen merklichen Anteil des Arbeitsmittels im
ausgetriebenen Dampf produzieren, können mit einem Rektifikator
versehen werden. In ihm wird nahezu reiner Arbeitsmitteldampf erzeugt.
Der Rückkühlwärmebedarf
aus einem Rektifikationsprozess kann die gewinnbare Arbeit erheblich
negativ beeinflussen. Für
die Nutzung der Rückkühlwärme müssen geeignete
Lösungen
gefunden werden. Bekannt ist eine Übertragung der Rückkühlwärme an die
aufzuwärmende
reiche Lösung.
Das ist jedoch eine energetische Scheinlösung, da der nahezu gleiche
Effekt auch durch eine Rückführung der
reichen Lösung
durch den Absorber erreicht werden kann.
- i) Zyklen, die das Arbeitsmittelpaar vollständig verdampfen, haben das
Problem, dass lösliche Spurenelemente
im heißen
Teil des Verdampfers sehr konzentriert werden und dort korrosiv
wirken sowie die Wärmeaustauschbedingungen
schwierig gestalten.
The aforementioned absorption cycles have specific factors that limit the degree of adaptation in the event of a constantly decreasing temperature and thus the recoverable useful work: - a) Especially cycles with low levels of working fluid in the rich solution produce ar low-medium vapors (eg ammonia content by 85%). To avoid excessive moisture in the expansion, a rectification must be switched after evaporation or the vapor overheated to peak expulsion temperatures. The latter means a deviation from a close adaptation to the case of constantly falling temperature, if not costly Zwischenerhitzungen be additionally installed.
- b) Although the evaporation process takes place from the liquid mixture over a wide temperature range, it is not linear: more heat is needed at the cold end than at the warm end. At the same time more heat could be processed in the expeller in the warmer degassing than in the colder degassing for evaporation. A thermodynamically optimal utilization of the heat source causes a decrease in the amount of liquid to be evaporated in the case of constantly falling temperature.
- c) The close adaptation of the evaporation to the case of the constantly falling temperature is itself a function of the process control is led. With DC evaporation, the adjustment is limited to the difference between boiling and dew point.
- d) The lower temperature end of the expulsion process is usually so warm that a considerable amount of heat remains in the source even when the liquid mixture is heated before entering the expulsion process. There are special circulation circuits required to share such heat can.
- e) The absorption heat removal is also non-linear. It requires a higher flow of coolant compared to linear discharge scenarios.
- f) At least in circuits with ammonia and water can be used in the choice of a lower proportion of ammonia in the solutions, the same heat source to a temperature level by a lower input and output pressure is selected. (eg 10 bar to 1 bar instead of 30 bar to 3 bar). This basically allows more work to be taken from the heat source. However, the proportion of co-expelled water vapor and thus the recooling heat for rectification increases in opposite directions.
- g) At least in circuits with ammonia and water can be removed with a smaller proportion of ammonia in the solutions more cold from the steam after relaxation by means of a steam cooler.
- h) Cycles that produce a significant proportion of the working fluid in the expelled steam can be provided with a rectifier. In it almost pure working medium vapor is generated. The recooling heat requirement from a rectification process can significantly negatively affect the work that can be recovered. For the use of the Rückkühlwärme suitable solutions must be found. A transfer of the recooling heat to the rich solution to be heated is known. However, this is an energetic sham solution, since the almost same effect can also be achieved by recycling the rich solution through the absorber.
- i) Cycles that completely vaporize the pair of working materials have the problem that soluble trace elements in the hot part of the evaporator become very concentrated and corrosive, and make the heat exchange conditions difficult.
Der
Absorptions-Kraft-Zyklus vermeidet u.a. den unter Punkt i) angeführten kreislaufspezifischen Minderungsfaktor.
Zu diesem Zyklus gehören
die Kreislaufschaltungen gemäß US 6 269 644 und US 6 715 290 B1 .
Die Kreislaufschaltung gemäß US 6 269 644 ermöglicht es,
darüber
hinaus eine Wärmequelle bis
zu einem tiefen Niveau auszunutzen, indem Wärme höherer Temperatur in einem üblichen
Austreiber genutzt wird und im niedrigeren Temperaturbereich zuerst
an eine hochangereicherte Lösung
(> 90 % NH3), dann an einen Mitteldruckaustreiber übertragen
wird. Vom wärmeren
Teil des Niederdruckabsorbers wird Wärme indirekt über eine
Lösung
an den Zwischendruckaustreiber übertragen
und der in ihm durch Austreibung aus einem Teilstrom der reichen Lösung erzeugte
Dampf in einen zweiten Absorber übertragen.
Dort wird der Dampf zu der hochangereicherten Lösung umgewandelt. Indem die
niedrige Siedetemperatur dieser hochangereicherten Lösung ausgenutzt
wird, kann Hochdruckdampf unterhalb des Temperaturbereiches eines üblichen
Austreibers (mit deutlich geringeren Anteil des Arbeitsmittels in seiner
reichen Lösung)
erzeugt werden. Die mehrmalige Wärmeübertragung bedingt
einen erhöhten apparativen
Aufwand. Das aus der Kältetechnik
entlehnte Prinzip der übergreifenden
Temperaturen von Austreiber und Absorber hat zudem den Vorteil,
dass für
die reiche Lösung,
die in den üblichen
Austreiber eingeleitet wird, ein hoher Anteil an Arbeitsmittel (z.B. 55
%) gewählt
werden kann. Damit wird eine Rektifikation überflüssig. Durch die Wärmerückgewinnung aus
dem Absorber wird allerdings auf die Entspannung auf niedrige Drücke verzichtet.
Für den
Bereich geringerer Arbeitsmittelanteile könnte Arbeitsmitteldampf auf
niedrigen Druckniveaus absorbiert werden, dann allerdings findet
die Wärmeabfuhr
auf einem niedrigeren Temperaturniveau statt. Die Anforderungen
der Punkte a, d, i werden gut erfüllt, die des Punktes h umgangen,
die Anforderungen der Punkte f und g hingegen nicht. In einer Kreislaufschaltung gemäß US 6 715 290 B1 wird
die gesamte arme Lösung
in einem analogen Mitteldruckabsorber angereichert. Hierdurch wird
die Wärmeaufnahme
im ersten Austreiber zu tieferen Temperaturen verschoben.The absorption-force cycle avoids, among other things, the circulation-specific reduction factor listed under item i). To this cycle belong the circuit circuits according to US Pat. No. 6,269,644 and US Pat. No. 6,715,290 B1 , The circuit according to US Pat. No. 6,269,644 It also makes it possible to exploit a heat source to a low level by using higher temperature heat in a common expeller and, in the lower temperature range, first to a highly enriched solution (> 90% NH 3 ), then to a medium pressure expander. From the warmer part of the low-pressure absorber, heat is transferred indirectly via a solution to the intermediate pressure expeller and the vapor generated in it by expulsion from a substream of the rich solution is transferred to a second absorber. There, the steam is converted to the highly enriched solution. By taking advantage of the low boiling temperature of this highly enriched solution, high pressure steam can be generated below the temperature range of a conventional expeller (with significantly less of the working fluid in its rich solution). The repeated heat transfer requires increased equipment costs. The principle borrowed from the refrigeration technology of the overflow temperatures of expeller and absorber also has the advantage that for the rich solution that is introduced into the usual expeller, a high proportion of work equipment (eg 55%) can be selected. This makes a rectification superfluous. Due to the heat recovery from the absorber, however, the relaxation at low pressures is dispensed with. For the range of lower working medium proportions, working medium steam could be absorbed at low pressure levels, but then the heat dissipation takes place at a lower temperature level. The requirements of points a, d, i are well met, those of point h are bypassed, but the requirements of points f and g are not. In a circuit according to US Pat. No. 6,715,290 B1 the entire poor solution is enriched in a medium pressure analogue absorber. As a result, the heat absorption in the first expeller is shifted to lower temperatures.
Eine
Lösung,
wie der unter Punkt b) angeführte
kreislaufspezifische Minderungsfaktor umgangen werden kann, ist
in den bekannten Vorschlägen nicht
enthalten.A
Solution,
as mentioned under point b)
Circulation-specific reduction factor can be bypassed is
not in the known proposals
contain.
Weist
die auszunutzende externe Wärmequelle
eine konstante Temperatur oder nun geringe Temperaturspreizung auf,
so ist keine große
Entgasungsbreite zwischen reicher und armer Lösung notwendig. Der Kreislauf
kann im Bereich relativ hohen Arbeitsmittelanteils (z.B. 50 % Ammoniak
in der reichen Lösung)
oder geringeren Arbeitsmittelanteils (z.B. 35 % Ammoniak in der
reichen Lösung)
betrieben werden. Im letzteren Fall wäre mit einem hohen Rektifikationsaufwand
und entsprechend hoher Rückkühlwärme zu rechnen
und diese nach dem Stand der Technik eine Verlustgröße darstellt,
ist eine solche Wahl bisher nicht zu empfehlen. In diesem Fall treten
die unter den Punkten b) bis d) und h) aufgeführten Faktoren nicht auf bzw.
sind wenig relevant.has
the external heat source to be exploited
a constant temperature or low temperature spread,
so is not a big one
Entgasungsbreite between rich and poor solution necessary. The circulation
can in the range of relatively high proportion of working medium (for example 50% ammonia
in the rich solution)
or lower working agent content (e.g., 35% ammonia in the
rich solution)
operate. In the latter case would be with a high rectification effort
and correspondingly high return heat to be expected
and this represents a loss size in the prior art,
Such a choice is not recommended so far. In this case, step
the factors listed under points b) to d) and h) are not on or
are little relevant.
Diese
Aussage trifft jedoch nicht zu, wenn im Absorptions-Kraft-Zyklus
entspannter Ammoniakdampf zur Kältenutzung
(durch dessen Erwärmung) herangezogen
werden soll (Aufsatz von Feng Xu, et al.: "A combined power/cooling cycle" in Energy 25 (2000)
S. 233–246).
Hierbei stellt der kalte Niederdruckdampf mittels eines Dampfkühlers die
Kälte bereit.
Ein Kondensator und Verdampfer sind nicht vorgesehen. Diese Kreislaufschaltung
ist insbesondere auf die Ausnutzung einer Wärmequelle mit nur begrenzter
Temperaturspreizung vorgesehen. Die Kältenutzung ist nur möglich, wenn
die Entspannung mit niedrigem Druck endet. Dies ist mit hohen Ammoniakanteilen
in der reichen Lösung
nicht zu erreichen. Damit ist eine Rektifikation erforderlich, wobei
die Rückkühlwärme eine
merklichen Größenordnung
annimmt und nach dem Stand der Technik sich merklich negativ auf
den Wirkungsgrad der Anlage auswirkt.These
However, statement does not apply when in the absorption force cycle
relaxed ammonia vapor for use of cold
(by its heating) used
(Review by Feng Xu, et al .: "A combined power / cooling cycle" in Energy 25 (2000)
Pp. 233-246).
Here, the cold low-pressure steam by means of a steam cooler, the
Cold ready.
A condenser and evaporator are not provided. This circuit circuit
is in particular on the use of a heat source with only limited
Temperature spread provided. The use of cold is only possible if
the relaxation with low pressure ends. This is with high ammonia levels
in the rich solution
unavailable. This requires a rectification, where
the recooling heat one
noticeable order of magnitude
assumes and according to the prior art noticeably negative
affects the efficiency of the system.
Es
ist auch eine alternative Strom- oder Kälteerzeugung vorgeschlagen
worden (Zitat: Erickson et al. s.o.). In diesem Fall ist als Hauptaggregat
eine Wärmegewinnungseinheit,
ein Austreiber, ein Wärmetauscher,
ein Absorber, eine Turbine plus Generator, ein Kondensator und ein
Verdampfer vorgesehen. In beiden vorgenannten Vorschlägen wird
eine Überhitzung
des nahezu reinen Arbeitsmitteldampfes vorgesehen.It
is also proposed an alternative power or refrigeration
(Erickson et al., supra). In this case is as a main aggregate
a heat recovery unit,
an expeller, a heat exchanger,
an absorber, a turbine plus generator, a condenser and a
Evaporator provided. In both proposals mentioned above
an overheating
provided the almost pure working medium vapor.
Als
ein wichtiger Anwendungsbereich des Absorptions-Kraft-Zyklus wird
die Wärmenutzung aus
Gasen angesehen. Für
sie gibt es gewöhnlich strenge
Begrenzungen des zulässigen
Druckverlustes bei der Wärmeübertragung.
Die Übertragungsgeometrie
einer effektiven Austreibung ist jedoch hierfür wenig geeignet. Eine direkte Übertragung
der Wärme vom
Rauchgas auf die Sorptionslösung
würde sehr groß und teuer.
Ein zwischengeschalteter Übertragungskreislauf
bedingt eine zweimalige Temperaturdifferenz zwischen Rauchgaswärme und
Sorptionslösung
im Austreiber. Als Lösungsvorschlag
ist der Einsatz eines sogenannten Heat Recovery Vapor Generator
bekannt. Mit ihm wird durch externe Wärmeübertragung an eine Sorptionslösung ein Dampf-/Flüssigkeitsgemisch
erzeugt. Das Gemisch wird in einem internen Trennungsapparat in
Dampf und arme Flüssigkeit
getrennt. Vorteilhaft ist, dass bei der Wärmeübertragung keine großen Druckverluste im
wärmeabgebenden
Rauchgas auftreten. Es ist nach US
6 584 801 und US
6 715 290 B1 vorgeschlagen worden, die arme Flüssigkeit
zusammen mit dem Dampf im Gegenstrom zur reichen Lösung durch
einen internen Austreiber zu führen.
Hierbei wird einerseits der abgetrennte Dampf rektifiziert, anderseits auch
Dampf aus der reichen Lösung
ausgetrieben. Um den Einsatzbereich über die Temperaturdifferenz zwischen
Siede- und Taupunkt des jeweils eingesetzten Zweistoffgemisches
zu erweitern, wird in US
6 715 290 B1 vorgeschlagen, einen Dampf-/Flüssigkeits-Separator
und einen zweiten Heat Recovery Vapor Generator einzusetzen, wobei
aus dem Separator Dampf zur Mitte des internen Austreibers geleitet
wird und nur aus dem Separator ablaufenden Flüssigkeit bei höherer Temperatur
Dampf ausgetrieben wird. Als ein zusätzlicher Vorteil wird genannt, dass
die als technisch problematisch eingeschätzte Vollverdampfung – wie sie
im sogenannten Kalinaverfahren angewandt wird – vermieden wird.As an important application of the absorption force cycle, the use of heat from gases is considered. For them, there are usually strict limitations on the allowable pressure loss in heat transfer. The transfer geometry of an effective expulsion, however, is less suitable for this purpose. A direct transfer of heat from the flue gas to the sorbent would be very large and expensive. An intermediate transmission circuit requires a twofold temperature difference between flue gas heat and sorption solution in the expeller. As a proposed solution, the use of a so-called heat recovery vapor generator is known. With him, a vapor / liquid mixture is generated by external heat transfer to a sorption. The mixture is separated in an internal separation apparatus into steam and poor liquid. It is advantageous that in the heat transfer no large pressure losses occur in the heat-emitting flue gas. It is after US Pat. No. 6,584,801 and US Pat. No. 6,715,290 B1 have been proposed to pass the poor liquid together with the steam in countercurrent to the rich solution by an internal expeller. Here, on the one hand, the separated steam is rectified, on the other hand, steam expelled from the rich solution. In order to extend the range of application via the temperature difference between boiling and dew point of the two-component mixture used in each case, is in US Pat. No. 6,715,290 B1 proposed to use a vapor / liquid separator and a second heat recovery vapor generator, wherein the separator from the steam to the center of the internal expeller is passed and only from the separator effluent at higher temperature steam is expelled. As an additional advantage is called that the technically problematic estimated full evaporation - as it is applied in the so-called Kalinaverfahren - is avoided.
Wird
Ammoniak als Arbeitsmittel eingesetzt, können zur Entspannung Wasserdampfturbinen
eingesetzt werden. Diese müssen
nur geringfügig
angepasst werden. Solche Turbinen werden häufig als Gegendruckturbinen
mit der vorhergehenden Entnahme oder auch Anzapfung eines Dampfstromes (z.B.
als Heizturbinen) eingesetzt. Diese Technik ist leichter auszuführen, als
der Turbine Dampf in unterschiedlichen Drücken zur Entspannung zuzuführen. Ammoniak-Wasser-Dampfgemische neigen
bei Entspannung zur Kondensation des Wassers. Solche Turbinen vertragen
jedoch nur einen begrenzten Anteil flüssigen Wassers. Es ist vorteilhaft,
den Kreislauf so auszulegen, dass der Turbine fast reiner Ammoniakdampf
zugeführt
wird. Damit kann eine Rektifikation des ausgetriebenen Dampfes notwendig
werden. Dies gilt insbesondere, wenn bis auf niedrige Drücke (bis
nahezu Umgebungsdruck) entspannt werden soll. Mit den Rektifikationsverfahren
nach dem Stand der Technik wäre
dies mit erheblichen Wirkungsgradverlusten des gesamten Absorption
Power Cycle verbunden.Becomes
Ammonia used as a working medium, can be used to relax steam turbines
be used. These must
only slightly
be adjusted. Such turbines are often called back pressure turbines
with the previous removal or tapping of a vapor stream (e.g.
used as heating turbines). This technique is easier to do than
the turbine to supply steam in different pressures for relaxation. Ammonia-water vapor mixtures tend
in relaxation to the condensation of water. Such turbines can handle
but only a limited amount of liquid water. It is advantageous
To design the circuit so that the turbine almost pure ammonia vapor
supplied
becomes. This may require a rectification of the expelled vapor
become. This is especially true when down to low pressures (to
Near ambient pressure) should be relaxed. With the rectification process
According to the prior art would be
this with considerable efficiency losses of the total absorption
Power Cycle connected.
Für viele
der oben angeführten
kreislaufspezifischen Minderungsfaktoren wäre eine Rektifikation der ausgetriebenen
Dämpfe
eine geeignete Umgehungsmaßnahme,
wenn damit nicht eine neue Verlustgröße entstünde.For many
the above
cycle-specific reduction factors would be a rectification of the expelled
fumes
a suitable circumvention measure,
if that did not create a new loss size.
Die
Rektifikationseinrichtung hat die Aufgabe, Dampf und Flüssigkeit
in Kontakt zu bringen: Gewöhnlich
geschieht das in einer Rektifikationskolonne. Das zu trennende Gemisch
wird über
einen Zulauf aufgegeben, der sich in beliebiger Kolonnenhöhe befindet.
Aus der Kältetechnik
ist bekannt, dass für das
im Absorptions-Kraft-Zyklus geeignete Zweistoffgemisch Ammoniak
und Wasser im sogenannten Abtriebsteil – unterhalb der Zulaufstelle
gelegen – wesentlich
günstigere
Austauschbedingungen gegeben sind als im sogenannten Verstärkungsteil.
Als Grund ist die wesentlich höhere
Flüssigkeitsmenge
im Verstärkungsteil
anzusehen. Technisch wirkt sich das dahingehend aus, dass im Abtriebsteil
kostengünstigere
einstufige Packungssäulen
eingesetzt werden können,
im Verstärkungsteil
dagegen kostenaufwändigere
Kolonnen mit mehren Böden
notwendig sind. In der Verstärkungssäule wird
in mehreren Kontaktböden
im Gegenstrom eines flüssigen
Rücklaufstromes
mit dem aufsteigenden Dampfstrom eine stufenweise Anreicherung der
leichter siedenden Fraktion nach oben erreicht. Dieser Gegenstrom
setzt eine Rücklauferzeugung
durch teilweise Kondensation voraus. In der Regel ist der Rücklaufkühler (Dampfkühler, Gaskühler) über der
Verstärkungssäule angeordnet.
Es kann auch ein Teilstrom aus dem Kondensat des erzeugten Arbeitsmitteldampfes
in den Kolonnenkopf als Rücklauf
dienen. In jüngerer
Zeit wird die Rektifikation auch in liegenden Druckbehältern durchgeführt. Der
Rücklauf
macht gewissermaßen stets
einen in sich geschlossenen Kreislauf zwischen Austreiber, Verstärkungskolonne
und Rücklaufkühler durch,
und der in ihm enthaltene Kältemittelanteil geht
für die
Nutzung der Kälteleistung
verloren.The
Rectification device has the task of vapor and liquid
to contact: Usually
this happens in a rectification column. The mixture to be separated
will over
abandoned an inlet, which is located in any column height.
From refrigeration
is known for that
in the absorption-force cycle suitable two-substance mixture ammonia
and water in the so-called stripping section - below the feed point
located - essential
favorable
Exchange conditions are given as in the so-called reinforcement part.
The reason is the much higher
amount of liquid
in the reinforcement section
to watch. Technically, this has the effect that in the stripping section
cost-effective
single-stage packing columns
can be used
in the reinforcement section
however, more expensive
Columns with more floors
necessary. In the reinforcing column is
in several contact floors
in countercurrent of a liquid
Return current
with the rising vapor stream a gradual enrichment of
lower boiling fraction reaches the top. This countercurrent
sets a return generation
preceded by partial condensation. As a rule, the return cooler (steam cooler, gas cooler) is above the
Reinforcing column arranged.
It may also be a partial stream of the condensate of the generated working medium vapor
in the column head as reflux
serve. In younger
Time the rectification is carried out in horizontal pressure vessels. Of the
returns
makes, as it were, always
a self-contained cycle between expeller, gain column
and return cooler through,
and the refrigerant contained in it goes
for the
Use of cooling capacity
lost.
Bei
Zweistoffgemischen mit eigenem Dampfdruck des Sorptionsmittels stehen
die von den Heizflächen
aufsteigenden Dämpfe – von der
Art des Zweistoffgemisches oder auch von der Art des Austreibers
abhängig – erst nachdem
sie die Abtriebssäule
durchlaufen haben annähernd
im Phasengleichgewicht mit der siedenden reichen Lösung. Steigt
der Anteil des Lösungsmittels
in der reichen Lösung
an, so steigt auch der Anteil des Lösungsmittels im ausgetriebenen
Mischdampf an. Dies erhöht die
benötigte
Rücklaufmenge.
Charakteristisch ist – zumindest
für die
Kombination Ammoniak und Wasser –, dass die erforderliche Rücklaufmenge
bis zu einer mittleren Konzentration in der reichen Lösung relativ
gering bleibt, dann aber mit abnehmendem Konzentrationsanteil der
reichen Lösung
schnell ansteigt. Nach dem Stand der Technik muss beispielsweise die
bei der Rücklaufwärmeerzeugung
anfallende Kondensationswärme
als eine Verlustgröße angesehen
werden. Zwar wird sie häufig
zur Erwärmung
der reichen Lösung
herangezogen, diese Erwärmung kann
jedoch annähernd mit
dem gleichen Effekt durch Rückführung der
reichen Lösung
durch den Absorber geführt
werden.at
Two-component mixtures with their own vapor pressure of the sorbent are available
those of the heating surfaces
rising vapors - from the
Type of binary mixture or even of the type of expeller
dependent - only after
they are the stripping column
have gone through
in phase equilibrium with the boiling rich solution. Increases
the proportion of the solvent
in the rich solution
As the proportion of the solvent in the expelled increases
Mixed steam on. This increases the
needed
Return quantity.
Characteristic is - at least
for the
Combination ammonia and water - that the required return flow
relative to a medium concentration in the rich solution
remains low, but then with decreasing concentration of the
rich solution
rises quickly. According to the state of the art, for example, the
in the return heat generation
accumulating condensation heat
considered as a loss size
become. True, she becomes common
for warming
the rich solution
used, this warming can
but approximately with
the same effect by recycling the
rich solution
passed through the absorber
become.
Durch
lösungsseitige
Hintereinanderschaltung von zwei Absorbern lassen sich zwei verschiedene
Verdampfungsdruckniveaus aus einer Wärmequelle bedienen. Dies hat
den Vorteil, dass der Arbeitsmitteldampf der tieferen Verdampfungsstufe auch
unter der Bedingung der höheren
Verdampfungsstufe mit deren geringeren Rücklaufmengebedarf im Rektifikator
erzeugt wird. Nachteilig ist, dass diese Eigenschaft nur bis zu
einer Lastverteilung 50/50 vorhandenen ist, darüber hinaus sinken die Wärmeverhältnisse
wieder. Außerdem
sollte die untere Verdampfungstemperatur nur zwischen 10 bis 30
K unterhalb der oberen liegen.By
release-side
Connected in series of two absorbers can be two different
Serve evaporation pressure levels from a heat source. this has
the advantage that the working medium vapor of the lower evaporation level, too
on condition of higher
Evaporation stage with their lower reflux requirement in the rectifier
is produced. The disadvantage is that this property only up to
a load distribution 50/50 is present, in addition, the heat sink conditions
again. Furthermore
the lower evaporation temperature should only be between 10 to 30
K are below the top.
In
der Kältetechnik
sind Kreisläufe
bekannt, die eine zweimalige Austreibung und eine zweimalige Absorption
haben, um einen großen
Temperaturhub in zwei Stufen durchzuführen. Der zweimaligen externen
Wärmezufuhr
steht nur eine einmalige Kältenutzung
gegenüber.
Allerdings wird der Bereich geringer Arbeitsmittelanteile in der
reichen Lösung
vermieden. Damit sinkt die Rückkühlwärme einer
Rektifikation.In
the refrigeration technology
are cycles
known to have a two-time expulsion and a two-time absorption
have a big one
Temperature stroke to be carried out in two stages. The two times external
heat
is only a one-time use of cold
across from.
However, the area of minor work equipment in the
rich solution
avoided. Thus, the Rückkühlwärme a sinks
Rectification.
Es
ist bekannt, dass mit dem sogenannten Übergreifen der Temperaturen
von Austreiber und Absorber die reiche Lösung mit relativ geringem Anteil
des Lösungsmittels
in den Austreibungsprozess eintritt und somit eine relativ geringe
Rücklauferzeugung
erforderlich wird. Der apparative Aufwand für den Wärmeaustausch ist jedoch erheblich.It
is known that with the so-called overlap of the temperatures
of expeller and absorber the rich solution with a relatively small share
of the solvent
enters the process of expulsion and thus a relatively small one
Return produce
is required. However, the equipment required for the heat exchange is considerable.
Eine
weitere Verlustgröße der Sorptionsanlage
wird durch die unterschiedlichen Ein- und Austrittstemperaturen
von armer und reicher Lösung
in Austreiber und Absorber bewirkt. Diese Verluste können grundsätzlich durch
eine Rückführung der
reichen Lösung
durch den Austreiber verringert werden. Eine Rückführung der armen Lösung durch
den Austreiber ist zwar ebenfalls bekannt, führt nach dem Stand der Technik
jedoch zu keiner weiteren Reduzierung der von außen dem Prozess im Austreiber
zuzuführenden
Wärme.
Dies ist darin begründet,
dass in dem prozesstechnisch zwischen Austreiber und Absorber angeordneten
Lösungswärmetauscher
die Menge und damit die Wärmekapazität der wärmeabgebenden
armen Lösung
kleiner ist als die der aufzuwärmenden
reichen Lösung.A
further loss size of the sorption plant
is due to the different inlet and outlet temperatures
of poor and rich solution
effected in expeller and absorber. These losses can in principle by
a return of the
rich solution
be reduced by the exporter. A return of the poor solution by
Although the expeller is also known leads to the state of the art
however, no further reduction of the outside process in the exporter
supplied
Warmth.
This is due to
that arranged in the process engineering between expeller and absorber
Solution heat exchanger
the amount and thus the heat capacity of the heat-emitting
poor solution
is smaller than that of the warming up
rich solution.
Rückkühler arbeiten
im Bereich der Dampfkühlung
mit sehr schlechtem Wärmeübergang,
die Rücklauferzeugung
führt daher
zu aufwändigen
technischen Lösungen.
Es ist vorgeschlagen worden, die Teilkondensation des Arbeitsmitteldampfes
innerhalb des Rektifikators in einem gekühlten Flüssigkeitsbad (mit erheblich
besseren Bedingungen für
die Wärmeübertragung) durchzuführen. Eine
Verbesserung des Prozesswirkungsgrades tritt jedoch nicht gleichzeitig ein.Recooler work
in the field of steam cooling
with very poor heat transfer,
the return generation
leads therefore
too elaborate
technical solutions.
It has been proposed, the partial condensation of the working medium vapor
within the rectifier in a cooled liquid bath (with significant
better conditions for
the heat transfer). A
However, process efficiency improvement does not occur at the same time.
Gleiches
gilt ebenfalls für
einen anderen Vorschlag, in einem als Bypass arbeitenden Rücklaufresorber – d.h. auf
Hochdruckniveau – einen
Teilstrom der reichen Lösung
mittels absorbiertem Arbeitsmitteldampf hoch aufzusättigen und
als Rücklauf
dem Rektifikator zuzuführen
(DD WP 251 195). Es wird bei diesem Vorschlag berichtet, dass die
Wärmedurchgangszahlen
im Rücklaufabsorber
ganz erheblich höher – 3 bis
4,2 mal so hoch – liegen
als bei einem Dephlegmator und die Baukosten entsprechend günstiger
ausfallen.The same
also applies to
another suggestion, in a bypass return resorber - i. on
High pressure level - one
Partial flow of the rich solution
highly saturated by means of absorbed working fluid vapor and
as a return
to the rectifier
(DD WP 251 195). It is reported in this proposal that the
Heat transfer coefficients
in the return absorber
considerably higher - 3 to
4.2 times higher
as a dephlegmator and the construction costs accordingly cheaper
fail.
Es
ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem ebenfalls angereicherte
Lösung
in den Rektifikator eingeleitet wird, das bei Tiefkühlanlagen
zu einer erheblichen Steigerung des Prozesswirkungsgrades führt (High
Temperatur-Lift Ammonia-Water Heat Pumps unter www.glue.umd.edu/~herold/projects/prosumaw.html):
Die angereicherte Lösung
wird in einem auf Mitteldruck stehenden Absorber gebildet. In ihm
wird Arbeitsmitteldampf absorbiert, der abgetrennt wird, indem die
Arbeitsmittelflüssigkeit auf
Mitteldruck gedrosselt wird. Dieser Arbeitsmitteldampf trägt nicht
zur Kälteerzeugung
bei. Die absorbierende Lösung
wird – auf
Niederdruckniveau – in einem
Reversen Rektifikator gebildet, indem ein Teilstrom der reichen
Lösung
nach Erwärmung
im Lösungswärmetauscher
unter Verarbeitung eines Teils des Niederdruckdampfes unter externer
Wärmezufuhr
weiter angereichert wird. Der verarbeitete Niederdruckdampf ist
im (Niederdruck-) Verdampfer unter Kälteerzeugung gebildet worden
und erhöht
dadurch den Gesamtwirkungsgrad der Anlage. Von Nachteil ist, dass
mehrere zusätzliche
Apparate und zwei zusätzliche
Lösungspumpen
erforderlich sind. Hierbei ist ein Reverser Rektifikator unüblich. Die Prozessschaltung
ist auf die Erzeugung von Kälte
auf einem einheitlichen Temperaturniveau ausgerichtet.It
Another method is known in which also enriched
solution
is introduced into the rectifier, that in freezers
leads to a significant increase in process efficiency (High
Temperature-Lift Ammonia-Water Heat Pumps at www.glue.umd.edu/~herold/projects/prosumaw.html):
The enriched solution
is formed in an absorber based on medium pressure. In him
is absorbed working medium vapor, which is separated by the
Working fluid on
Medium pressure is throttled. This agent vapor does not contribute
for cooling
at. The absorbing solution
will be on
Low pressure level - in one
Reverse reverse formed by a partial flow of rich
solution
after heating
in the solution heat exchanger
while processing a portion of the low pressure steam under external
heat
is enriched further. The processed low-pressure steam is
formed in (low pressure) evaporator with cooling
and increased
thereby the overall efficiency of the plant. The disadvantage is that
several additional ones
Apparatus and two additional
solution pump
required are. Here, a reverse rectifier is unusual. The process circuit
is on the production of cold
aligned at a uniform temperature level.
Die
Bauart des Austreibers kann Einfluss haben auf den Lösungsmittelanteil
im ausgetriebenen Mischdampf und somit auch Einfluss haben auf die Größe der anfallenden
Rückkühlwärme im Rektifikationsprozess.
Diesbezüglich
und für
die Größe der externen
Wärmezufuhr
ist am günstigsten
eine Gegenstromführung
von Wärmequelle
einerseits und Mischdampf und Lösung
andererseits. Dies wird z.B. mittels berieseltem Rohrbündelüberträger erreicht. Plattenwärmeüberträger weisen
zwar geringere Baukosten und eine sehr gute Wärmeübertragung bei Gegenstromführung von
Lösung
und Wärmequelle auf,
jedoch ist dann für
den Mischdampf und die Lösung
eine Gleichstromführung
gegeben mit einem höheren
Lösungsmittelanteil
im Mischdampf. Bei einer Rektifikation würde der Rückkühlbedarf entsprechend höher ausfallen
und sich negativ auf den Wirkungsgrad eines Absorptions-Kraft-Zyklusses
auswirken.The
Design of the expeller can influence the solvent content
in the expelled mixed steam and thus also have an influence on the size of the resulting
Re-cooling heat in the rectification process.
In this regard,
and for
the size of the external
heat
is the cheapest
a countercurrent flow
from heat source
on the one hand and mixed steam and solution
on the other hand. This is e.g. achieved by means of sprinkled tube bundle carrier. Have plate heat exchanger
Although lower construction costs and a very good heat transfer at countercurrent flow of
solution
and heat source on,
however, then it is for
the mixed vapor and the solution
a DC guide
given with a higher
Solvent content
in mixed steam. With a rectification, the demand for recooling would be correspondingly higher
and adversely affect the efficiency of an absorption-force cycle
impact.
In
der Wärmepumpentechnik
ist bekannt, mittels Resorberkreislauf oder Wärmetransformationskreislauf
zugeführte
Wärme auf
mittlerem Temperaturniveau teilweise auf ein höheres Temperaturniveau anzuheben.In
the heat pump technology
is known by means of Resorberkreislauf or heat transformation cycle
supplied
Heat up
medium temperature level partially raise to a higher temperature level.
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Arbeitsverfahren anzugeben, bei dem die
unter den Punkten a) bis i) genannten Minderungsfaktoren eines Absorptions-Kraft-Zyklusses
vermieden oder deren negative Auswirkungen vermindert werden und
hierbei den Bauaufwand für
die für
das Verfahren eingesetzte Sorptionsanlage begrenzt zu halten.task
The invention is to provide a working method in which the
under the points a) to i) reduction factors of an absorption-force cycle
avoided or their negative effects are diminished and
here the construction costs for
the for
to keep the process used sorption limited.
Die
Lösung
der Aufgabe findet sich in mehreren nebengeordneten Ansprüchen. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen formuliert.The
solution
The task can be found in several independent claims. advantageous
Further developments are formulated in the respective subclaims.
Die
erfindungsgemäßen Arbeitsverfahren und
zugehörigen
Kreislaufschaltungen gehören
zum Typ des Absorptions-Kraft-Zyklus (englisch: absorption power
cycle). Erfindungsgemäß wird zu
einem grundsätzlich
nach dem Stand der Technik gebildeten Kreislauf – im folgenden Hauptkreislauf
genannt- oder mehrerer solcher Kreisläufe mindestens ein Zusatzkreislauf
hinzugefügt.The
inventive working method and
associated
Circuit circuits include
to the type of absorption-force cycle (English: absorption power
cycle). According to the invention becomes
one basically
according to the prior art formed cycle - in the following main cycle
called or more of such circuits at least one additional circuit
added.
Wesentliche
Merkmale sind u.a., dass jede Kreislaufschaltung so gestaltet ist,
dass sie stufenweise durch zusätzliche
Merkmale von der Nutzung einer Wärmequelle
begrenzter Temperaturspreizung zu einer solchen mit sehr großer Temperaturspreizung
erweitert wird. Zusätzlich
wird auch der Aspekt alternativer Kälte- und Krafterzeugung (Kälte-Kraft-Kopplung)
abgedeckt.basics
Features include the fact that each circuit is designed to
that they gradually through additional
Features of the use of a heat source
limited temperature spread to such with very high temperature spread
is extended. additionally
is also the aspect of alternative cold and power generation (cold-power coupling)
covered.
Das
Wesentliche der Erfindung lässt
sich in drei Anliegen formulieren:
- • Das erste
Anliegen ist die Ausgestaltung des Arbeitsverfahrens mit Zusatzkreislauf,
um die beim Rektifikationsvorgang anfallende Rückkühlwärme nutzstiftend in den Absorptions-Kraft-Zyklus
einzubauen (Schaltungstyp I). Die grundsätzlichen Lösungen finden sich im 1. oder
2. Anspruch.
- • Das
zweite Anliegen ist die vorteilhafte Weiterführung der ersten Aufgabe durch
eine differenzierte externe Wärmezufuhr
an Haupt- und Zusatzkreislauf (Schaltungstyp II). Die grundsätzlichen
Lösungen
finden sich im 4. und 5. Anspruch und den zugehörigen Unteransprüchen.
- • Das
dritte Anliegen ist die vorteilhafte Weiterführung der ersten und zweiten
Ausgestaltungen, wobei die Wärmeausnutzung
im unteren Bereich der Temperaturspreizung der externen Wärmequelle
(Schaltungstyp III) ausgenutzt wird. Die grundsätzlichen Lösungen finden sich im 13 und 14.
Anspruch und den zugehörigen
Unteransprüchen.
The essence of the invention can be formulated in three concerns: - • The first concern is the design of the working process with additional circulation, in order to incorporate the recooling heat arising during the rectification process into the absorption-force cycle (circuit type I). The basic solutions can be found in the 1st or 2nd claim.
- • The second concern is the advantageous continuation of the first task by a differentiated external heat supply to main and auxiliary circuit (circuit type II). The basic solutions can be found in the 4th and 5th claim and the associated dependent claims.
- The third concern is the advantageous continuation of the first and second embodiments, wherein the heat utilization in the lower part of the temperature spread of the external heat source (circuit type III) is utilized. The basic solutions can be found in the 13th and 14th claims and the associated subclaims.
Das
erste Anliegen ist eine Nutzung der bei der Rektifikation anfallenden
Rückkühlwärme. Erfindungsgemäß wird hierfür ein Arbeitsverfahren
vorgeschlagen, bei dem zu einem Hauptkreislauf nach dem Stand der
Technik ein Zusatzkreislauf hinzugefügt ist. Hierfür nehmen
die Einspeisung der reichen Lösung
des Zusatzkreislaufes in das kalte Ende des Rektifikators oder einer
Abtriebssäule
und die Ausspeisung der armen Lösung
des Zusatzkreislaufes aus dem warmen Ende des Rektifikators oder
einer Abtriebssäule
eine Schlüsselfunktion
ein und sind kennzeichnendes Merkmal des Schaltungstyps I. Hierzu
hat der dafür
gestaltete Zusatzkreislauf folgende wesentliche Merkmale:
- • Das
obere Druckniveau des Zusatzkreislaufs entspricht dem des Austreibers
und Rektifikators des Hauptkreislaufes.
- • Das
untere Druckniveau des Zusatzkreislaufs (im folgenden mit Mitteldruck
bezeichnet) liegt zwischen Austreiber- und Absorberdruckniveau des
Hauptkreislaufes.
- • Der
Arbeitsmittelhochdruckdampf des Zusatzkreislaufs stiftet Nutzen über den
Weg Entspannungsmaschine, alternativ auch über den Weg Kondensation und
Verdampfung.
- • Die
Nutzung des Arbeitsmittelhochdruckdampfes von Haupt- und Zusatzkreislauf
beginnt auf gleichem Druck- und Temperaturniveau.
- • Der
Arbeitsmittelhochdruckdampf des Zusatzkreislaufs wird der Entspannungsmaschine
auf mittlerem Druckniveau entnommen.
- • Der
Arbeitsmittelhochdruckdampf des Zusatzkreislaufs wird in einem ZK-Mitteldruckabsorber von
dessen armer Lösung
absorbiert.
- • Der
Anteil des Arbeitsmittels in der reichen Lösung des Zusatzkreislaufs liegt
deutlich höher
als in der reichen Lösung
des Hauptkreislaufes.
- • Die
reiche Lösung
(reich an Arbeitsmittel) des Zusatzkreislaufs wird in den kalten
Teil eines Rektifikators oder einer Abtriebssäule eingeleitet, wodurch ein
Wärme-
und Massenaustausch mit dem Mischdampf des Hauptkreislaufes erfolgt.
Hierbei wird die sonst notwendige Rückkühlung im Hauptkreislauf ersetzt.
- • Das
nahezu reine Arbeitsmittelflüssigkeit
des Zusatzkreislaufs wird von der entsprechenden Arbeitsmittelflüssigkeit
des Hauptkreislaufs spätestens
nach dem Kondensator abgetrennt.
- • Die
arme Lösung
des Zusatzkreislaufs wird im Bereich des mittleren oder warmen Temperaturniveaus
aus dem Rektifikator entnommen oder erst nach dem Niederdruckabsorber
des Hauptkreislaufes von der reichen Lösung des Hauptkreislaufes abgetrennt.
- • Im
Lösungswärmeaustauscher
verbessert sich die Bilanz der wärmeabgebenden
armen Lösung des
Hauptkreislaufes zu der wärmeaufnehmenden
reichen Lösung
des Hauptkreislaufes. Es muss nicht die gesamte Wärme der
armen Lösung
an die reiche Lösung übertragen
werden. Potentiell besteht nun die Möglichkeit, durch Nutzung der
Wärme der
armen Lösung
(des Hauptkreislaufes) die externe Wärmezufuhr zu entlasten. Dies
geschieht durch die Rückführung der
armen Lösung
des Hauptkreislaufes durch den Hauptkreislaufaustreiber.
The first concern is the use of the recooling heat generated during rectification. According to the invention, a working method is proposed for this purpose, in which an additional circuit is added to a main circuit according to the prior art. For this purpose, the supply of the rich solution of the additional circuit in the cold end of the rectifier or a stripping column and the outfeed of the poor solution of the additional circuit from the warm end of the rectifier or a stripping column a key function and are characteristic feature of the circuit type I. For this purpose has the designed auxiliary circuit following essential features: - • The upper pressure level of the auxiliary circuit corresponds to that of the expeller and rectifier of the main circuit.
- • The lower pressure level of the auxiliary circuit (hereinafter referred to as medium pressure) is between the generator and absorber pressure levels of the main circuit.
- • The working fluid high-pressure steam of the auxiliary circuit provides benefits over the way of expansion machine, alternatively via the way condensation and evaporation.
- • The use of the working medium high-pressure steam from the main and auxiliary circuits starts at the same pressure and temperature level.
- • The working medium high pressure steam of the additional circuit is taken from the expansion machine at medium pressure level.
- • The working medium high-pressure steam of the auxiliary circuit is absorbed in a ZK medium-pressure absorber by its poor solution.
- • The proportion of working fluid in the rich solution of the additional circuit is significantly higher than in the rich solution of the main circuit.
- • The rich solution (rich in working fluid) of the additional circuit is introduced into the cold part of a rectifier or a stripping column, whereby a heat and mass exchange with the mixing steam of the main circuit takes place. This replaces the otherwise necessary recooling in the main circuit.
- • The almost pure working fluid of the auxiliary circuit is separated from the corresponding working fluid of the main circuit at the latest after the condenser.
- • The poor solution of the additional circuit is removed from the rectifier in the range of the medium or warm temperature level or separated from the rich solution of the main circuit only after the low-pressure absorber of the main circuit.
- • In the solution heat exchanger, the balance of the heat-dissipating poor solution of the main circuit improves to the heat-absorbing rich solution of the main circuit. Not all the heat of the poor solution needs to be transferred to the rich solution. Potentially there is now the possibility, by using the heat of the poor solution (the main circuit) to relieve the external heat. This is done by the return of the poor solution of the main circuit through the Hauptkreislaufaustreiber.
Das
zweite Anliegen ist es, bei der Nutzung einer Wärmequelle mit größerer Temperaturspreizung
eine Transformation der Wärme
vom oberen Temperaturbereich auf den unteren und deren geringerer
Wertigkeit in der Nutzung zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird für Verfahren
mit Schaltungen des Typs II vorgeschlagen, dass mindestens ein eigener Austreiber
im Zusatzkreislauf eingefügt
wird, dieser im Bereich höherer
Arbeitsmittelanteile in seinen Lösungen
als der Hauptkreislauf arbeitet und dass die Menge der armen Lösung des
Zusatzkreislaufes geringer ist als die Menge der reichen Lösung des Hauptkreislaufes.
Diese drei Schlüsselfunktionen sind
kennzeichnende Merkmale des Schaltungstyps II. Damit erhält der zuvor
beschriebene Zusatzkreislauf für
das zweite Anliegen eine weitere Ausgestaltung durch folgende wesentliche,
zusätzliche
Merkmale:
- • In
den Zusatzkreislauf wird mindestens ein ZK-Austreiber mit Abtriebssäule eingefügt.
- • Dieser
oder diese ZK-Austreiber und der HK-Austreiber stehen unter dem
gleichen Druckniveau.
- • Das
Temperaturniveau der externen Wärmezufuhr
an den oder die ZK-Austreiber wird niedriger als dasjenige des HK-Austreibers
bestimmt.
- • Der
im HK-Austreiber erzeugte Arbeitsmittelhochdruckdampf kann durch
den ZK-Austreiber – zumindest
durch dessen Abtriebssäule
geleitet werden.
- • Die
Nutzung des Arbeitsmittelhochdruckdampfes von Haupt- und Zusatzkreislauf
beginnt weiterhin auf gleichem Druck- und Temperaturniveau.
- • Die
reiche ZK-Lösung
wird in das (jeweilige) kalte Ende der Abtriebssäule des (jeweiligen) ZK-Austreibers
eingeleitet.
- • Die
arme ZK-Lösung
wird oberhalb des kalten Endes der Abtriebssäule des HK-Austreibers eingeleitet.
The second concern is to avoid when using a heat source with a larger temperature spread, a transformation of the heat from the upper temperature range to the lower and their lower value in the use. According to the invention, it is proposed for methods with circuits of type II that at least one own expeller is inserted in the additional circuit, this works in the range of higher working components in its solutions than the main circuit and that the amount of poor solution of the additional circuit is less than the amount of rich solution of the main circuit. These three key functions are characteristic features of the circuit type II. Thus, the additional circuit described above for the second concern receives a further embodiment by the following significant, additional features: - • At least one ZK expeller with output column is inserted in the additional circuit.
- • This or these ZK exporters and the HK expeller are at the same pressure level.
- • The temperature level of the external heat supply to the ZK expeller (s) is determined to be lower than that of the HK expeller.
- • The working medium high-pressure steam generated in the HK-generator can be led through the ZK-generator - at least through its output column.
- • The use of the working medium high-pressure steam from the main and auxiliary circuits continues to start at the same pressure and temperature level.
- • The rich ZK solution is introduced into the (respective) cold end of the stripping column of the (respective) CC expeller.
- • The poor ZK solution is introduced above the cold end of the stripping column of the HK expeller.
Für die Austreibung
auf Hochdruckniveau wird ein vom festgelegten Druck und vom Arbeitsmittelanteil
der reichen Lösung
abhängiges
Temperaturniveau benötigt.
Das dritte Anliegen ist es, eine Wärmequelle auch unterhalb dieses
Temperaturniveaus optimal zu nutzen. Erfindungsgemäß wird für das Verfahren
mit Schaltungen des Typs III vorgeschlagen, dass dies mittels eines
ZK-Mitteldruckaustreibers oder HK-Mitteldruckaustreibers geschieht.For the expulsion
At high pressure level, one of the set pressure and the working medium proportion
the rich solution
dependent
Temperature level needed.
The third concern is to have a heat source even below this
Optimal use of temperature levels. According to the invention for the process
proposed with circuits of the type III, that this by means of a
ZK medium pressure drift or HK medium pressure drift happens.
Seine
Einfügung
und seine Einbindung in den ZK-Kreislauf oder HK-Kreislauf stellt
die dritte Schlüsselfunktion
dar und ist kennzeichnendes Merkmal des Schaltungstyps III. Damit
erhält
dieser für
das dritte Anliegen ausgestaltete Zusatzkreislauf folgende wesentliche
zusätzliche
Merkmale:
- • Im
Zusatzkreislauf wird ein ZK-Mitteldruckaustreiber oder es wird im
Hauptkreislauf ein HK-Mitteldruckaustreiber eingefügt.
- • Für diesen
zweiten ZK- oder HK-Mitteldruckaustreiber wird ein niedrigerer Druck
als für
die Hochdruckaustreiber des Haupt- und Zusatzkreislaufes bestimmt.
- • Das
Temperaturniveau der externen Wärmezufuhr
an den Mitteldruckaustreiber wird niedriger als dasjenige der Hochdruckaustreiber
bestimmt.
- • Für die reiche
Lösung,
die dem ZK-Mitteldruckaustreiber zugeführt wird, wird dieselben Anteile von
Arbeitsmittel und Lösungsmittel
wie in der reichen Lösung
des Hauptkreislaufes bestimmt.
- • Bei
Einsatz eines HK-Mitteldruckaustreibers wird dem Hauptkreislauf
zweimal externe Wärme zugeführt, mit
entsprechend geringerer Konzentration von Arbeitsmittel in den zwischen
Mitteldruck und Niederdruck umlaufenden HK-Lösungen im Vergleich zu den
als zwischen Hoch- und Mitteldruck umlaufenden HK-Lösungen.
- • Der
in den ZK- bzw. HK-Austreibern erzeugte Arbeitsmitteldampf wird
in einem unter gleichem Druck stehenden ZK- bzw. HK-Mitteldruckabsorber
absorbiert.
- • Die
reiche Lösung,
die dem ZK- bzw. HK-Mitteldruckabsorber zugeführt wird, weist einen deutlich
höheren
Anteil von Arbeitsmittel auf, als die reiche Lösung, die dem ZK- bzw. HK-Mitteldruckaustreiber
zugeführt
wird.
- • Die
Entnahme von Mitteldruckdampf aus der Entspannungsmaschine und seine
Absorption in einem Mitteldruckabsorber wird zugunsten der Entspannung
bis auf Niederdruck und der Absorption auf Niederdruck zumindest
verringert.
Its insertion and its integration into the ZK circulation or HK cycle represents the third key function and is characteristic Feature of circuit type III. Thus this additional circuit designed for the third request receives the following essential additional features: - • In the auxiliary circuit, a ZK medium pressure actuator is inserted or an HK medium pressure actuator is inserted in the main circuit.
- • For this second ZK or HK medium pressure driver, a lower pressure is determined than for the high and low pressure actuators of the main and auxiliary circuits.
- • The temperature level of the external heat supply to the medium pressure actuator is determined to be lower than that of the high pressure compressor.
- • For the rich solution supplied to the ZK medium pressure expander, the same proportions of working fluid and solvent as in the rich solution of the main circuit are determined.
- • When using an HK medium pressure driver, the main circuit is supplied with external heat twice, with a correspondingly lower concentration of working fluid in the HK solutions circulating between medium pressure and low pressure compared to the HK solutions circulating between high and medium pressures.
- • The working medium vapor generated in the ZK or HK expeller is absorbed in a ZK or HK medium-pressure absorber under the same pressure.
- • The rich solution, which is supplied to the ZK or HK medium-pressure absorber, has a significantly higher proportion of working fluid, as the rich solution that is supplied to the ZK or HK medium pressure actuator.
- • The removal of medium-pressure steam from the expansion machine and its absorption in a medium-pressure absorber is at least reduced in favor of the relaxation to low pressure and the absorption to low pressure.
Im
folgenden werden die Ausführungsformen
der Erfindung an Hand von Zeichnungen erläutert.in the
Following are the embodiments
the invention explained with reference to drawings.
Es
werden 16 Figuren beigefügt.It
16 figures are attached.
Die
Figuren zeigen im Einzelnen:The
Figures show in detail:
1 eine
Zweistoffsorptionsanlage nach dem Stand der Technik mit dem erfindungsgemäß erweiterten
Zusatzkreislauf zur Nutzung der Rückkühlwärme, 1 a two-stage sorption plant according to the prior art with the present invention extended additional circuit for the use of the Rückkühlwärme,
2 Kälteerzeugung
im Hauptkreislauf und Krafterzeugung im Zusatzkreislauf, 2 Refrigeration in the main circuit and power generation in the auxiliary circuit,
3 Alternative
Kälte-
und Krafterzeugung im Hauptkreislauf, 3 Alternative cooling and power generation in the main circuit,
4 Erweiterung
des Zusatzkreislaufs dahingehend, dass dessen arme Lösung in
den Hochdruckaustreiber des Hauptkreislaufs eingeleitet wird, 4 Extension of the additional circuit in such a way that its poor solution is introduced into the high-pressure main circuit driver,
5 Beschreibung
der Erfindung in einem Diagramm "Mindestrücklaufwärme vs.
Konzentrationsgrad der reichen Lösung", 5 Description of the invention in a diagram "minimum return heat vs. concentration of the rich solution",
6 Externe
Wärmezufuhr
an den Zusatzkreislauf in einem ersten ZK-Hochdruckaustreiber, 6 External heat supply to the auxiliary circuit in a first ZK high pressure compressor,
7 Auswirkungen
der externen Wärmezufuhr
mittels "Heat Recovery
Vapor Generator" auf den
Zusatzkreislauf, 7 Effects of the external heat supply by means of the "Heat Recovery Vapor Generator" on the auxiliary circuit,
8 Mehrstufige
Entspannung und Absorption im Zusatzkreislauf, 8th Multi-stage relaxation and absorption in the additional circulation,
9 Erweiterung
des Zusatzkreislaufes durch einen ZK-Mitteldruckaustreiber, 9 Extension of the additional circuit by a ZK medium pressure compressor,
10 Zusatzkreislauf
mit Entspannung mittels einer einzigen Druckstufe, 10 Additional circuit with relaxation by means of a single pressure stage,
11 Dampfüberhitzung
mittels eines Resorberteilkreislaufes. 11 Steam overheating by means of a Resorberteilkreislaufes.
12 Dampfüberhitzung
mittels eines Wärmetransformationsprozesses
und alternative Kälte- und Stromerzeugung 12 Steam superheating by means of a heat transformation process and alternative cooling and power generation
13 Zweimalige
externe Wärmezufuhr
im Hauptkreislauf, einmalige im Zusatzkreislauf und vereinfachte
Einbindung des Resorberteilkreislaufes. 13 Twice external heat supply in the main circuit, one-off in the additional circuit and simplified integration of the resorb partial circuit.
14 Zweimalige
externe Wärmezufuhr
im Zusatzkreislauf auf Hochdruckniveau, einmalige auf Mitteldruckniveau 14 Two external heat supply in the additional circuit at high pressure level, one time at medium pressure level
15 Zweimalige
externe Wärmezufuhr
im Zusatzkreislauf auf Hochdruckniveau, einmalige auf Mitteldruckniveau
und Kraft- Wärmekopplung 15 Two external heat supply in the additional circuit at high pressure level, one at medium pressure level and combined heat and power
16 Lösungsseitige
Hintereinanderschaltung von zwei Absorbern im Hauptkreislauf 16 Solution-side connection of two absorbers in the main circuit
In
der 5 wird die energetische Zielsetzung der Erfindung
dargestellt. In den anderen Figuren sind zur besseren Lesbarkeit
die armen und reichen Lösungen
jeweils in Haupt- und Zusatzkreislauf mit unterschiedlichen Signaturen
dargestellt. In den folgenden Figuren sind gleiche Anlagenteile,
die in vorausgegangenen Figuren beschrieben sind, mit gleichen Ziffern
gekennzeichnet. Soweit Dampf oder Flüssigkeit von Haupt- und Zusatzkreislauf
sich überlagern,
wird der Ziffer eine 0 vorangestellt (z.B. 017 statt 17).
Geschieht dies durch mehr als zwei Ströme wird 00 vorangestellt. Wird
ein Dampf oder eine Flüssigkeit
des Zusatzkreislaufes alleine geführt, aber mit der gleichen
Zusammensetzung wie der entsprechende Dampf oder die Flüssigkeit
des Hauptkreislaufes, wird eine 2 (z.B. 217 statt 17)
vorangestellt. Im weiteren wird der Hauptkreislauf mit HK und seine Aggregate
mit der Zufügung „HK" und der oder die Zusatzkreiskreisläufe und
deren Aggregate mit der Zufügung „ZK" gekennzeichnet.
Für Aggregate
und Lösungen
eines Resorberteilkreislaufes wird ein „RK", für
diejenigen eines Wärmetransformationsteilkreislaufes
ein „WT" vorangestellt. Wird
dasselbe Aggregat in verschiedenen Kreisläufen eingesetzt, so wird bei
Einsatz im Zusatzkreislauf kein zusätzlicher Buchstabe, in den
anderen Fällen
ein a oder b hinzugefügt.
Es sind nach dem Stand der Technik unterschiedliche Ausführungsformen
des Rektifikators bekannt. Vereinfachend wird entweder ein Rektifikator stets
in Form einer mit mehreren Böden
ausgestatteten Verstärkungssäule (1–3, 11, 13–15)
oder es wird die Rektifikation nur mittels Abtriebssäulen (4, 6–10)
dargestellt. In einigen Fällen
wird nur bei einem Austreiber eine Verstärkungssäule mit Böden (11, 13–15)
bei den anderen Abtriebssäulen dargestellt.In the 5 the energetic objective of the invention is illustrated. In the other figures, for better readability, the poor and rich solutions are shown respectively in main and auxiliary circuits with different signatures. In the following figures, the same parts of the system described in previous figures are marked with the same numbers. As far as steam or liquid of the main and auxiliary circuit overlap, the digit is preceded by a 0 (eg 017 instead of 17 ). If this happens through more than two streams, 00 is prefixed. If a steam or a liquid of the auxiliary circuit is performed alone, but with the same composition as the corre sponding steam or the liquid of the main circuit, a 2 (eg 217 instead of 17 ) prefixed. In addition, the main circuit with HK and its aggregates with the addition "HK" and the or the additional circuit circuits and their aggregates with the addition "ZK" is marked. For aggregates and solutions of a Resorberteilkreislaufes a "RK", preceded by those of a heat transformation subcircuit, a "WT". If the same unit is used in different circuits, no additional letter will be added if used in the additional circuit, and an a or b in the other cases. There are known in the prior art, different embodiments of the rectifier. As a simplification, either a rectifier always takes the form of a multi-tray reinforcing column (US Pat. 1 - 3 . 11 . 13 - 15 ) or it is the rectification only by means of output columns ( 4 . 6 - 10 ). In some cases, only one expeller will have a reinforcing column with trays ( 11 . 13 - 15 ) shown in the other output columns.
In
der 1 ist ein Absorptions-Kraft-Zyklus nach dem Stand
der Technik (wie bereits ausgeführt als
Hauptkreislauf bezeichnet) dargestellt und um den erfindungsgemäßen Zusatzkreislauf
erweitert. Der im Rektifikator gebildete nahezu reine Arbeitsmittelhochdruckdampf
beider Kreisläufe
(017) wird in einen Dampfüberhitzer (30) geführt (z.B.
mittels Rohrleitung), wobei die Wärmezufuhr durch eine externe
Wärmequelle
(5) bereitgestellt wird. Der überhitzte Arbeitsmittelhochdruckdampf
(028) wird einer Entspannungsmaschine (31) zugeleitet
und dort entspannt, hier dargestellt zur Stromerzeugung mittels eines
Generators (32).In the 1 is a absorption-force cycle according to the prior art (as already stated as the main circuit called) shown and expanded by the additional circuit according to the invention. The almost pure working medium high-pressure steam formed in the rectifier in both cycles ( 017 ) is placed in a steam superheater ( 30 ) (eg by means of a pipeline), the heat being supplied by an external heat source ( 5 ) provided. The superheated working medium high pressure steam ( 028 ) is a relaxation machine ( 31 ) and relaxed there, shown here for generating electricity by means of a generator ( 32 ).
Die
Arbeitsmitteldämpfe
des Hauptkreislaufes werden vom Zusatzkreislauf in der Entspannungsmaschine
(31) getrennt. Der HK-Niederdruckdampf (18) wird
auf Niederdruck entspannt und dem HK-Niederduckabsorber (7)
zugeleitet. Zwischengeschaltet kann – wie hier entsprechend einem
bekannten Vorschlag dargestellt – eine Kältenutzung ohne Kondensation
in einem Flüssigkeitskühler (33)
erfolgen. Der HK-Niederdruckdampf (18) wird unter Wärmeabgabe
im HK-Niederdruckabsorber (7) von der armen HK-Lösung (arm
an Arbeitsmittel) (14) aufgenommen. Die so gebildete reiche
HK-Lösung
(15) wird mittels einer ersten HK-Lösungspumpe (8) auf das
Druckniveau des HK-Hochdruckaustreibers (1) gebracht. Die
reiche HK-Lösung
(15) wird zur Wärmeaufnahme
durch den HK-Niederdruckabsorber (7) rückgeführt, dann dem HK-Lösungswärmetauscher (19) zugeführt. Hier
erfolgt eine weitere Aufwärmung im
Gegenstrom zu den armen Lösungen
beider Kreisläufe.
Anschließend
wird die reiche (15) HK-Lösung dem HK-Hochdruckaustreiber (1) zugeführt und dort über eine
HK-Abtriebssäule
(16) eingeleitet. Im HK-Hochdruckaustreiber
(1) wird durch ein Wärmeträgermedium
aus einer externen Wärmequelle
(5) und zusätzlich
intern durch die rückgeführte (13) arme
HK-Lösung
(14) Wärme
zugeführt.
Hierdurch wird ein Mischdampf von Arbeitsmittel und Lösungsmittel
erzeugt. Dieser Mischdampf wird einem Verstärkungsteil eines Rektifikators
(2) zugeführt.
In mehreren Stufen – hier
als Rektifikatorböden
(3) dargestellt – werden
nahezu reiner Arbeitsmittelhochdruckdampf und eine Rücklaufflüssigkeit
hergestellt. Letztere wird in den HK-Hochdruckaustreiber (1)
eingeleitet. Im HK-Hochdruckaustreiber
(1) wird durch externe Wärmezufuhr (5) der
Flüssigkeit
Arbeitsmittel entzogen. Die so entstehende arme HK-Lösung (14)
wird zuerst durch den HK-Hochdruckaustreiber (1) rückgeführt (13),
dann dem HK-Lösungswärmetauscher
(19) zugeführt
und in ihm im Gegenstrom zur reichen HK-Lösung (15) abgekühlt, dann
auf das Niederdruckniveau mittels einer ersten HK-Drossel (6)
abgesenkt und schließlich
dem HK-Niederdruckabsorber (7) zugeführt und dort unter Wärmeabgabe
wieder angereichert.The working medium vapors of the main circuit are from the additional circuit in the expansion machine ( 31 ) separated. The HK low-pressure steam ( 18 ) is reduced to low pressure and the HK Niederduckabsorber ( 7 ). Interposed can - as shown here according to a known proposal - a use of cold without condensation in a liquid cooler ( 33 ) respectively. The HK low-pressure steam ( 18 ) is heat released in HK-Niederdruckabsorber ( 7 ) from the poor HK solution (low in work equipment) ( 14 ). The rich HK solution ( 15 ) by means of a first HK solution pump ( 8th ) to the pressure level of the HK high pressure actuator ( 1 ) brought. The rich HK solution ( 15 ) is used for heat absorption by the HK low-pressure absorber ( 7 ), then the HK solution heat exchanger ( 19 ). Here is another warming in countercurrent to the poor solutions of both cycles. Subsequently, the rich ( 15 ) HK solution to the HK high pressure compressor ( 1 ) and there via a HK-output column ( 16 ). In the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) is by a heat transfer medium from an external heat source ( 5 ) and additionally internally by the recycled ( 13 ) poor HK solution ( 14 ) Heat supplied. As a result, a mixed vapor of working fluid and solvent is generated. This mixed vapor is a reinforcing part of a rectifier ( 2 ). In several stages - here as Rectifier floors ( 3 ) - almost pure working medium high pressure steam and a reflux liquid are produced. The latter is inserted into the HK high-pressure 1 ). In the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) by external heat supply ( 5 ) deprived of liquid working fluid. The resulting poor HK solution ( 14 ) is first detected by the HK high-pressure 1 ) ( 13 ), then the HK solution heat exchanger ( 19 ) and in countercurrent to the rich HK solution ( 15 ), then to the low pressure level by means of a first HK throttle ( 6 ) and finally the HK low-pressure absorber ( 7 ) and enriched there with heat release again.
Der
ZK-Mitteldruckdampf (29) wird nur auf Mitteldruck in der
Entspannungsmaschine (31) entspannt und aus ihr durch Entnahme
abgeführt.
Dieser ZK-Mitteldruckdampf (29) wird dem ZK-Mitteldruckabsorber
(22) zugeleitet und dort unter Wärmeabgabe von der armen ZK-Lösung (20)
absorbiert. Die im ZK-Mitteldruckabsorber (22) gebildete
reiche ZK-Lösung
(24) wird mittels einer ersten ZK-Lösungspumpe (23) auf
das Hochdruckniveau des HK-Hochdruckaustreibers (1) gebracht
und dem Rektifikator (2) zugeleitet. Diese reiche ZK-Lösung (24)
wird zuerst oberhalb des ersten Austauschbodens (4) des
Rektifikators geführt.
Infolge der Unterkühlung
der reichen ZK-Lösung
kann sie den aufsteigenden Kältemitteldämpfen Wärme entziehen
und diese weitergehend rektifizieren. Die überwiegende Rektifikation findet
vorher statt. Hierzu wird die reiche ZK-Lösung (24) in den oberen
kalten Teil des Rektifikators eingeleitet. Damit werden die Flüssigkeitsströme beider
Kreisläufe
vereint. In der obersten Stufe des Rektifikators findet ein Stoff-
und Wärmeaustausch
zwischen der (eingeleiteten) reichen ZK-Lösung und dem von unten zugeleiteten
Gemischdampf statt, der – wie
bekannt – bewirkt,
dass ein Teil des Gemischdampfes kondensiert. Dieser wird nach unten
abgegeben und ersetzt hierbei die sonst (nach dem Stand der Technik)
notwendige Zuleitung flüssigen
Lösungsmittels.
Die arme ZK-Lösung
(20) wird aus dem Ablauf der letzten Austauschstufe des
Rektifikators (2) entnommen. Dies kann durch ein Regelungsventil
gesteuert werden. Damit werden die Flüssigkeitsströme beider
Kreisläufe
wieder getrennt. Die arme ZK-Lösung
(20) wird mittels einer ersten ZK-Drossel (21)
auf mittleres Druckniveau abgesenkt und dem ZK-Mitteldruckabsorber
(22) zugeführt.
Zuvor wird sie zur Wärmeabgabe
im Gegenstrom zur reichen HK-Lösung
(15) durch den HK-Lösungswärmetauscher
(19) geführt.
Die Menge des Zusatzkreislaufes wird sinnvoller weise darauf begrenzt, dass
sie die bei der Rektifikation abzuführende Rückkühlwärme aufnehmen kann.The ZK medium-pressure steam ( 29 ) is only applied to medium pressure in the expansion machine ( 31 ) relaxed and removed from it by removal. This ZK medium-pressure steam ( 29 ) is the ZK medium-pressure absorber ( 22 ) and there with heat release from the poor ZK solution ( 20 ) absorbed. The in ZK medium-pressure absorber ( 22 ) formed rich ZK solution ( 24 ) by means of a first ZK solution pump ( 23 ) to the high pressure level of the HK high pressure driver ( 1 ) and the rectifier ( 2 ). This rich ZK solution ( 24 ) is first placed above the first exchange tray ( 4 ) of the rectifier. As a result of the supercooling of the rich ZK solution, it can extract heat from the rising refrigerant vapors and further rectify them. The predominant rectification takes place before. For this, the rich ZK solution ( 24 ) introduced into the upper cold part of the rectifier. This unites the liquid flows of both circuits. In the uppermost stage of the rectifier, a mass and heat exchange takes place between the rich ZK solution (introduced) and the mixture vapor fed from below, which, as is known, causes some of the mixture vapor to condense. This is delivered down and replaces the otherwise (according to the prior art) necessary supply liquid solvent. The poor CC solution ( 20 ) is calculated from the course of the last exchange stage of the rectifier ( 2 ). This can be controlled by a control valve. Thus, the liquid flows of both circuits are separated again. The poor CC solution ( 20 ) is determined by means of a first ZK throttle ( 21 ) lowered to medium pressure level and the ZK medium-pressure absorber ( 22 ). Previously, it is used to dissipate heat in countercurrent to the rich HK solution ( 15 ) by the HK solution heat exchanger ( 19 ) guided. The amount of additional cycle is meaningfully limited to the fact that they can absorb the dissipated during rectification Rückkühlwärme.
Es
wird in den folgenden Figuren grundsätzlich nur die Veränderungen
der Kreislaufschaltungen gegenüber
bereits dargestellten beschrieben.It
in the following figures basically only the changes
the circuit circuits opposite
already described described.
In
der 2 ist dargestellt wie im Hauptkreislauf Kälte erzeugt
und im Zusatzkreislauf Entspannungsarbeit geleistet wird. Hierzu
wird nur der nahezu reine ZK-Arbeitsmittelhochdruckdampf (217)
in einem Dampfüberhitzer
(30) überhitzt
und dann der überhitzte
Arbeitsmitteldampf der Entspannungsmaschine (31) zugeführt. Die
Wärmezufuhr
zur Überhitzung
geschieht durch die arme HK-Lösung
(14). Die arme HK-Lösung
(14) wird anschließend
in den HK-Lösungswärmetauscher
(19) geleitet. Der nahezu reine HK-Arbeits-mitteldampf
(17) wird unter Wärmeabgabe
im HK-Kondensator (10) vollständig verflüssigt. Die nahezu reinen HK-Arbeitsmittelflüssigkeit
(9) wird mittels der zweiten HK-Drossel (11) auf das
Niederdruckniveau gebracht und unter Wärmeaufnahme in einem HK-Verdampfer
(12) verdampft. Der so erzeugte HK-Niederdruckdampf (18)
wird dem HK-Niederdruckabsorber (7) zugeleitet. We gen der begrenzten
Wärmeaufnahmefähigkeit
des zu überhitzenden
Dampfes ist zweckmäßig die
arme ZK-Lösung
im Rektifikator nur begrenzt zu erwärmen. Dies wird erreicht, indem
dessen arme ZK-Lösung
(20) bereits vor Erreichen des heißen Endes des Rektifikationsprozesses
aus diesem entnommen wird. Diese Lösung ist bei größeren Anlagen
und Kältebedarf
nur für
eine Temperaturstufe sinnvoll anwendbar.In the 2 is shown as generated in the main circuit and cold in the additional circuit relaxation work is done. For this purpose, only the almost pure ZK-working medium high-pressure steam ( 217 ) in a steam superheater ( 30 ) and then overheated working medium vapor of the expansion machine ( 31 ). The heat supply for overheating is done by the poor HK solution ( 14 ). The poor HK solution ( 14 ) is then added to the HK solution heat exchanger ( 19 ). The almost pure HK-working-medium-vapor ( 17 ) is heat released in the HK capacitor ( 10 ) completely liquefied. The almost pure HK-working fluid ( 9 ) by means of the second HK throttle ( 11 ) brought to the low pressure level and with heat absorption in a HK evaporator ( 12 ) evaporates. The HK low-pressure steam ( 18 ) is the HK-low-pressure absorber ( 7 ). We conditions the limited heat absorption capacity of the steam to be overheated is expedient to heat the poor ZK solution in the rectifier limited. This is achieved by using its poor ZK solution ( 20 ) is removed from it before reaching the hot end of the rectification process. This solution is usefully applicable to larger systems and refrigeration demand only for one temperature level.
In
der 3 ist eine alternative Nutzung zur Kälte- oder
Stromerzeugung dargestellt. Die Kälteerzeugung erfolgt wie in 2 dargestellt,
die Entspannungsarbeit wie in 1 dargestellt.
Um eine alternative Nutzung von Kälte bzw. Stromerzeugung zu ermöglichen,
sind Absperrventile (35 bzw. 36) vorgesehen, um
die beiden Dampfströme
(17 bzw. 017) steuern zu können. In Betriebszeiten, in
denen die Anlage möglichst
viel Kälte
erzeugen soll, durchströmt
die Entspannungsmaschine (31) fast ausschließlich Mitteldruckdampf,
den Niederdruckteil kein Dampf oder nur eine betriebstechnisch notwendige
Mindestmenge.In the 3 is shown an alternative use for cooling or power generation. The refrigeration takes place as in 2 represented, the relaxation work as in 1 shown. In order to allow an alternative use of cold or power generation, shut-off valves ( 35 respectively. 36 ) provided to the two vapor streams ( 17 respectively. 017 ) to be able to control. In operating hours, in which the system should generate as much cold as possible, flows through the expansion machine ( 31 ) almost exclusively medium pressure steam, the low pressure part no steam or only a technically necessary minimum quantity.
In
den folgenden 4 und 6 bis 15 wird
die Nutzung einer Wärmequelle
mit linearem Temperaturgefälle
dargestellt, wobei ab der 10 unterstellt
wird, dass die Wärmequelle
keine vorgegebene untere Grenze hat.In the following 4 and 6 to 15 the use of a heat source with linear temperature gradient is shown, starting from the 10 it is assumed that the heat source has no predetermined lower limit.
In
der 4 wird der Zusatzkreislauf dahingehend erweitert,
dass dessen arme ZK-Lösung
in den HK-Hochdruckaustreiber (1) eingeleitet wird. Da die
arme ZK-Lösung
und reiche HK-Lösung
zwischen Austreiber (1) und HK-Niederdruckabsorber (7)
in entgegengesetzter Richtung geführt werden, heben sich die
in der Praxis zu leitenden Mengen teilweise auf. Die Menge dieser
armen ZK-Lösung
ist erfindungsgemäß geringer
als die der reichen HK-Lösung,
so dass eine verringerte Menge reiche HK-Lösung (015) zwischen
HK-Niederdruckabsorber (7) und HK-Hochdruckaustreiber (1) zu
leiten ist.In the 4 the auxiliary circuit is extended so that its poor ZK solution in the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) is initiated. Since the poor ZK solution and rich HK solution between expeller ( 1 ) and HK low-pressure absorbers ( 7 ) are guided in the opposite direction, partially cancel the amounts to be conducted in practice. The amount of this poor ZK solution is inventively less than that of the rich HK solution, so that a reduced amount of rich HK solution ( 015 ) between HK low-pressure absorbers ( 7 ) and HK high pressure expander ( 1 ).
Bei
dieser Art der Kreislaufschaltung wird grundsätzlich die arme ZK-Lösung (20)
von der reichen HK-Lösung
(015) erst nach dem HK-Niederdruckabsorber (7)
abgetrennt. Speziell wird in der 4 dargestellt,
dass aus dem HK-Niederdruckabsorber (7) die reiche HK-Lösung (015)
und arme ZK-Lösung
(20) – gegebenenfalls
durch Ventile geregelt – entnommen
wird. Letztere wird mittels zweiter ZK-Lösungspumpe (51) auf
Mitteldruckniveau angehoben und dem ZK-Mitteldruckabsorber (22) zugeleitet.
Die reiche ZK-Lösung
(24) wird über
eine zweite HK-Abtriebssäule (47)
zunächst
der ersten HK-Abtriebssäule
(16), dann dem HK-Hochdruckaustreiber (1) zugeführt. Mit
zunehmendem Mengenanteil des Arbeitsmittel-dampfes, der auf Mitteldruck
der Entspannungsmaschine (31) entnommen wird, vergrößert sich
der Anteil der reichen ZK-Lösung
(24) zu Lasten der reichen HK-Lösung (015). Parallel
steigt die Reinheit des Arbeitsmittelhochdruckdampfes (017),
jedoch sinkt – bei
gege bener Maximaltemperatur der Wärmequelle – die nutzbare Temperaturspanne
der Wärmequelle
und die gewinnbare Leistung. Letztere ist auf jeden Fall höher als
bei einer Einkreisanlage.In this type of circuit switching, the poor ZK solution ( 20 ) from the rich HK solution ( 015 ) after the HK low-pressure absorber ( 7 ) separated. Specifically, in the 4 shown that from the HK low-pressure absorber ( 7 ) the rich HK solution ( 015 ) and poor ZK solution ( 20 ) - optionally regulated by valves - is removed. The latter is carried out by means of a second ZK solution pump ( 51 ) raised to medium-pressure level and the ZK medium-pressure absorber ( 22 ). The rich ZK solution ( 24 ) is via a second HK-output column ( 47 ) first of the first HK-output column ( 16 ), then the HK high pressure actuator ( 1 ). With increasing proportion of the working medium vapor, which is at medium pressure of the expansion machine ( 31 ), the proportion of the rich ZK solution ( 24 ) at the expense of the rich HK solution ( 015 ). At the same time, the purity of the working medium high-pressure steam ( 017 ), but at a given maximum temperature of the heat source, the usable temperature range of the heat source and the recoverable power decrease. The latter is definitely higher than a single-circuit system.
Die
Rückgewinnung
der für
die Rektifikation benötigten
Wärme kann
weiter gesteigert werden, indem die reiche HK-Lösung (015) nach der
ersten HK-Lösungspumpe
(8) in einen HK-Hauptstrom (015a)
und einen HK-Nebenstrom (015b) aufgeteilt wird und der
HK-Hauptstrom (015a) durch den HK-Niederdruckabsorber (7),
der HK-Nebenstrom (015b) durch den ZK-Mitteldruckabsorber (22) zur Wärmeaufnahme
rückgeführt werden.
Die Aufteilung erfolgt durch ein Ventil (41). Durch die
reduzierte Menge der reichen HK-Lösung (14), die durch
den HK-Lösungswärmetauscher
(19) geführt
wird, wird Wärmekapazität der armen
HK-Lösung
(14) frei. Sie wird mittels der bekannten Technik der Rückführung (13)
im HK-Hochdruckaustreiber (1) dazu genutzt, die von außen zuzuführende Wärme (5)
zu verringern.The recovery of the heat required for the rectification can be further increased by using the rich HK solution ( 015 ) after the first HK solution pump ( 8th ) into a HK mainstream ( 015a ) and a HK side stream ( 015B ) and the HK mainstream ( 015a ) by the HK low-pressure absorber ( 7 ), the HK sidestream ( 015B ) by the ZK medium-pressure absorber ( 22 ) are returned for heat absorption. The division is made by a valve ( 41 ). Due to the reduced amount of the rich HK solution ( 14 ) passing through the HK solution heat exchanger ( 19 ), the heat capacity of the poor HK solution ( 14 ) free. It is determined by the known technique of recycling ( 13 ) in the HK high pressure compressor ( 1 ) are used to control the heat to be supplied from outside ( 5 ) to reduce.
In
der 5 wird die Erfindung in einem Diagramm "Mindestrücklaufwärme qRth vs. Konzentrationsgrad ξ' der reichen Lösung" beschrieben. Infolge unvollständiger Rektifikation
wird in der Praxis eine höhere
Wärme benötigt. Die
benötigte
Mindestrücklaufwärme (qRth) bezieht sich hierbei auf 1 kg rektifizierten
Dampf eines einzigen Kreislaufes. Als Arbeitsmittel ist Ammoniak
und als Sorptionsmittel Wasser unterstellt. Die benötigte Mindestrücklaufwärme hängt vom
angestrebten Reinheitsgrad des rektifizierten Dampfes ab – hier wird
99,8 % unterstellt. Da der Anteil des mitausgetriebenen Sorptionsmittels – hier Wasser – mit dem
Druck ansteigt, erhöht
sich auch die Mindestrücklaufwärme mit
dem Druck. Für
einen beispielhaften Druck von 10 bar ist eine Arbeitslinie eingezeichnet.
Darin sind AP 1 und AP 2 zwei Arbeitspunkte. Der Arbeitspunkt AP
1 soll die Mindestrücklaufwärme eines
Sorptionsprozesses zeigen, der nur aus einem einzigen Kreislauf
besteht, mit einer geringen Konzentration des Arbeitsmittels ξ' in der reichen Lösung – im Beispiel
von 34 %. Dieser Wert ist nicht willkürlich gewählt: Wie bereits dargestellt
ist es günstig,
den Entspannungsprozess auf niedrige Enddrücke auszulegen. Die Konzentration der
reichen Lösung
hängt bei
gegebenem Druck auch von der Eintrittstemperatur des zur Verfügung stehenden
Kühlmediums
im Absorber ab. Der Konzentrationsgrad von ξ' = 0,34 entspricht einem Druck von knapp über 1 bar
und 20 °C
der reichen Lösung. Bei
der Entspannung bis unterhalb des Umgebungsdruckes ist verstärkt darauf
zu achten, dass keine Luft in die Anlage eindringt. Zudem stellt
der genannte Konzentrationsgrad auch für die Ausgestaltung der Erfindung
eine Scheidelinie dar.In the 5 the invention is described in a diagram "minimum return heat q Rth vs. concentration degree ξ 'of the rich solution". Due to incomplete rectification, a higher heat is needed in practice. The required minimum return heat (q Rth ) refers to 1 kg rectified steam of a single circuit. As a working medium is ammonia and as a sorbent Water subordinate. The required minimum return heat depends on the desired degree of purity of the rectified steam - here is assumed 99.8%. Since the proportion of co-expelled sorbent - here water - increases with pressure, the minimum return heat increases with the pressure. For an exemplary pressure of 10 bar, a working line is drawn. In it AP 1 and AP 2 are two working points. The operating point AP 1 should show the minimum return heat of a sorption process, which consists of only one cycle, with a low concentration of the working fluid ξ 'in the rich solution - in the example of 34%. This value is not chosen arbitrarily: As already stated, it is favorable to design the expansion process to low final pressures. The concentration of the rich solution also depends on the inlet temperature of the available cooling medium in the absorber at a given pressure. The degree of concentration of ξ '= 0.34 corresponds to a pressure of just over 1 bar and 20 ° C of the rich solution. When relaxing below the ambient pressure, make sure that no air gets into the system. In addition, the mentioned degree of concentration also represents a dividing line for the embodiment of the invention.
Der
Arbeitspunkt AP 2 zeigt die Mindestrücklaufwärme in der Situation des Einsatzes
der Erfindung, also eines Sorptionsprozesses mit Haupt- und Zusatzkreislauf,
allerdings ist die Mindestrücklaufwärme auf
die rektifizierte Dampfmenge (1 kg) eines einzigen Kreislaufes bezogen,
dessen reiche Lösung den
gleich hohen Arbeitsmittelanteil aufweist wie die reiche ZK-Lösung. In
dem gewählten
Beispiel hat die reiche Lösung
eine Konzentration des Arbeitsmittels von 50 % – sowohl diejenige des Zusatzkreislaufes als
auch diejenige des zum Vergleich herangezogenen einzigen Kreislaufes.
Die ansonsten an den beiden Arbeitspunkten AP 1 und AP 2 vorliegenden
Mindestrücklaufwärmen stellen
jeweils einen energetischen Verlust dar. In vielen Anwendungsfällen wird zwar
die Rücklaufwärme zur
Aufwärmung
der reichen Lösung
verwendet. Hierbei wird die reiche Lösung vor Eintritt in den Lösungswärmetauscher
mit der armen Lösung
aufgewärmt.
Dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit der externen Wärmezufuhr. Mit
der Lösungsrückführung durch
den Absorber kann annähernd
derselbe Effekt erreicht werden. Insofern ist nur eine scheinbare
Rückgewinnung
der Rücklaufwärme gegeben.Of the
Operating point AP 2 shows the minimum return heat in the situation of the insert
the invention, ie a sorption process with main and auxiliary circuit,
however, the minimum return heat is on
the rectified amount of steam (1 kg) of a single circuit,
whose rich solution is the
the same amount of working fluid as the rich ZK solution. In
the chosen one
Example has the rich solution
a concentration of the working fluid of 50% - both that of the auxiliary circuit as
also that of the single cycle used for comparison.
The otherwise present at the two operating points AP 1 and AP 2
Set minimum return heat
each represents an energetic loss. In many cases, although
the return heat to
warming
the rich solution
used. In this case, the rich solution before entering the solution heat exchanger
with the poor solution
warmed up.
However, this is not the only possibility of external heat supply. With
the solution recycling by
The absorber can be approximate
the same effect can be achieved. In this respect, only an apparent
reclamation
given the return heat.
In
der 5 wurde für
die Arbeitslinie als Druck 10 bar gewählt. Hier beträgt die Siedetemperatur
25 °C und
die spezifische Verdampfungsentalpie 1167 kJ/kg. Im Austreiber ist
des weiteren die arme Lösung
aufzuwärmen.
Der Wärmebedarf
liegt aber wesentlich niedriger. Die extern im Austreiber zuzuführende Wärme erhöht sich
des weiteren um die Rückkühlwärme. Aus
dem Vergleich mit der benötigten
Rückkühlwärme – wie sie
beispielhaft in der 5 aufgeführt ist – kann abgeschätzt werden, dass
zu der für
die Verdampfung eines nahezu reinen Arbeitsmitteldampfes notwendigen
externen Wärmezufuhr
weitere ca. 20 % hinzukommen, die nach dem bisherigen Stand der
Technik als Verlust anzusehen sind.In the 5 was chosen for the working line as pressure 10 bar. Here the boiling temperature is 25 ° C and the specific evaporation trough is 1167 kJ / kg. In the expeller, further, the poor solution has to be reheated. The heat requirement is much lower. The heat to be supplied externally in the generator also increases by the recooling heat. From the comparison with the required Rückkühlwärme - as exemplified in the 5 is listed - can be estimated that added to the necessary for the evaporation of an almost pure working medium vapor external heat input to another about 20%, which are to be regarded as a loss in the prior art.
Durch
Einleitung der reichen ZK-Lösung
wird im Rektifikator durch Stoff- und Wärmeaustausch die aufnehmbare
Wärmemenge
umgesetzt in Temperaturerhöhung
der ZK-Arbeitsmittelflüssigkeit
und Austreibungsarbeit von Arbeitsmitteldampf aus der reichen ZK-Lösung. Bei
einem einzigen Kreislauf würde bei Übergang
vom AP 1 zum AP 2 die Differenz der Mindestrücklaufwärmen nur in zusätzlich ausgetriebenen
Dampf umgesetzt.By
Introduction of the rich CC solution
becomes in the rectifier by substance and heat exchange the recordable
heat
implemented in temperature increase
the ZK-working fluid
and expulsion work of working medium steam from the rich ZK solution. at
a single cycle would be at transition
from AP 1 to AP 2 the difference of the minimum return heat only in additionally expelled
Steam implemented.
Dieser
Erfindungsteil wird in allen Schaltungen – bis auf diejenige der 6 und 16 – eingesetzt,
um die verminderte Verlustgröße in energetischen
Nutzen umzusetzen. Der gewonnene Vorteil kann unterschiedlicher
Art sein. Ein Nutzen ist immer dadurch gegeben, dass eine Entspannung
von Hochdruck auf Mitteldruck stattfindet. In der Variante mit Kälteerzeugung
wird Wärme
von außen
im Verdampfer des Zusatzkreislaufes aufgenommen. Wie bereits ausgeführt, ist
hierbei das nutzbare Druckgefälle bzw.
der zu überbrückende Temperaturhub
geringer als im Hauptkreislauf. Es kann auch Wärme an die reiche HK-Lösungübertragen
werden. Hierbei fällt
die durch Abkühlung
der armen ZK-Lösung
des Zusatzkreislaufes zu gewinnende Wärme in einem höheren Temperaturniveau
an als diejenige aus dem Rücklaufkühler. Die
Wärme abgabe
der armen HK-Lösung an
die reiche HK-Lösung,
um diese bis auf das Temperatumiveau des HK-Austreibers (1)
anzuheben, fällt
entsprechend geringer aus. Durch diese Verringerung der Wärmeabgabe
ergibt sich die Möglichkeit,
die eingesparte Menge an Wärme
im Austreiber positiv zu nutzen. Hierzu wird das bekannte Verfahren
der Lösungsrückführung der
armen HK-Lösung durch
den HK-Hochdruckaustreiber angewendet. Es ist allerdings erforderlich,
die reiche HK-Lösung
vor Eintritt in den Lösungswärmetauscher
durch Rückführung durch
den HK-Niederdruckabsorber aufzuwärmen. Dies stellt ein häufig angewandtes
Verfahren dar.This part of the invention is in all circuits - except for that of 6 and 16 - used to translate the reduced loss size into energetic benefits. The advantage gained can be different. A benefit is always given by the relaxation from high pressure to medium pressure. In the variant with cooling heat is absorbed from the outside in the evaporator of the additional circuit. As already stated, in this case the usable pressure gradient or the temperature deviation to be bridged is lower than in the main circuit. Heat can also be transferred to the rich HK solution. In this case, the heat to be recovered by cooling the poor ZK solution of the additional cycle at a higher temperature level than that from the return cooler. The heat transfer of the poor HK solution to the rich HK solution to this up to the temperature level of the HK expeller ( 1 ), is correspondingly lower. By reducing the heat output, there is the opportunity to use the amount of heat saved in the expeller positive. For this purpose, the known method of solution recycling of the poor HK solution by the HK-Hochdruckaustreiber is applied. However, it is necessary to warm up the rich HK solution prior to entering the solution heat exchanger by recirculation through the HK low pressure absorber. This is a commonly used method.
Für eine optimale
Verbesserung des Wirkungsgrades des Gesamtkreislaufes muss der Zusatzkreislauf
mengenmäßig so ausgelegt
werden, dass er im Rektifikator die Wärmedifferenz zwischen AP 1
und AP 2 aufnehmen kann. Infolge der unvollständigen Rektifikation ist eine
Auslegung auf eine etwas größere Wärmeaufnahme
als die Mindestrücklaufwärme sinnvoll.
Wird die reiche ZK-Lösung
unterkühlt
in den Rektifikator eingeleitet, so kann die Verlustgröße über den
Arbeitspunkt AP 2 hinaus weiter verringert werden, wobei der Zusatzkreislauf
auf eine entsprechend größere Wärmeaufnahme
ausgelegt werden muss. Diese Möglichkeit
ist gegeben, indem die reiche ZK-Lösung (nach der Entnahme aus
dem HK-Niederdruckabsorber) ohne weitere externe Wärmezufuhr
in den Rektifikator eingeleitet wird. Der in der Graphik unterstellte
Reinheitsgrad des rektifizierten Dampfes von 99,8 % ist ein typischer
Wert aus der Kältetechnik.
Im Absorptions-Kraft-Zyklus können
u.U. etwas niedrigere Werte toleriert werden. Dann wandern beide
Arbeitspunkte zu niedrigeren Werten für die Mindestrücklaufwärme, wobei
die Abstände
zwischen beiden Punkten sich minimal verringern. Der gewählte Druck
von 10 bar ist als Eintrittsdruck in den Entspannungsmaschine angemessen für eine Wärmequelle
mit relativ niedriger Maximaltemperatur (ca. < 120 °C). Bei höheren Maximaltemperaturen der
Wärmequelle
sind höhere
Drücke
angemessen. Dann wandern umgekehrt beide Arbeitspunkte zu höheren Werten
für die
Mindestrücklaufwärme, wobei
der Abstand zwischen beiden Punkten steigt.For an optimal improvement in the efficiency of the overall cycle, the additional circuit must be designed quantitatively so that it can absorb the heat difference between AP 1 and AP 2 in the rectifier. Due to the incomplete rectification, a design for a slightly higher heat absorption than the minimum return heat makes sense. If the rich ZK solution is introduced undercooled in the rectifier, so the loss size can be further reduced beyond the operating point AP 2, the additional circuit to a correspondingly greater heat absorption must be designed. This possibility is given by the rich ZK solution (after removal from the HK low-pressure absorber) is introduced without further external heat input into the rectifier. The purity of the rectified steam of 99.8% assumed in the drawing is a typical value from refrigeration technology. In the absorption force cycle, slightly lower values may be tolerated. Then both operating points move to lower values for the minimum return heat, whereby the distances between the two points decrease minimally. The selected pressure of 10 bar is suitable as inlet pressure in the expansion machine for a heat source with a relatively low maximum temperature (about <120 ° C). At higher maximum temperatures of the heat source, higher pressures are appropriate. Conversely, both operating points will travel to higher values for the minimum return heat, with the distance between the two points increasing.
Soll
eine Wärmequelle
mit stetig sinkendem Temperaturgefälle genutzt werden, steht grundsätzlich eine
weitere Alternative zur Verfügung:
Die Notwendigkeit einer Rektifikation wird zumindest weitgehend
umgangen, indem in der gesamten Entgasungsbreite die Menge des Lösungsmittels
gleich bleibt, also nur die absolute Größe des Arbeitsmittels mit zunehmender
Ausdampfung sinkt. Die Wärmequelle
wird in der folgenden Betrachtung in zwei Abschnitte geteilt, wobei
im Bereich höherer
Temperatur auf niedrigen Druck, im Bereich geringerer Temperatur
weniger weit entspannt wird. Es wird angenommen, dass die Wärmequelle es
zulässt,
die Lösung im
Austreiber bei 10 bar auf ξ' = 0,18 auszutreiben, was
einer Temperatur von ca. 129 °C
entspricht. Bei ξ' = 0,34 wäre theoretisch
eine Temperatur von ca. 93 °C
erreicht und bei ξ' = 0,5 eine Temperatur
von ca. 70 °C
gegeben. Bei der Absorption nimmt das aufgenommene Arbeitsmittel
von 18/82 = 0,18 über
ca. 42/82 = 0,34 auf 82/82 = 0,5 zu. Es kann nur (42–18)/(82–18) = 0,375
der Wärme
zur Entspannung auf tieferen Druck genutzt werden. Als Vergleichsfall
wird eine Kreislaufschaltung herangezogen, die eine spezielle Nutzung
der Rückkühlwärme vorsieht
und eine differenzierte Umlaufmenge im oberen und unteren Temperaturbereich
vorsieht. Es wird (129–93)/(129–70) = 0,61
der Wärme
auf höheren
Temperaturbereich bereitgestellt. Hiervon ist die Rückkühlwärme abzuziehen.
Die Differenz der Mindestrücklaufwärme zwischen
den beiden Arbeitspunkten beträgt
rund 200 kJ/kg. Setzt man als entgaste Menge 1 kg reines Ammoniak
mit einer Verdampfungsentalpie von 1167 kJ an, so werden ca. 17 %
als zusätzlich
notwendige Rückkühlwärme im ungünstigsten
Fall nicht mehr im höheren
Temperaturbereich genutzt werden. Insgesamt werden also 0,61 × 0,83 =
0,51 der zugeführten
Wärme für die Entspannung
bis auf den niedrigen Druck bereit gestellt. Die Umlaufmenge wird
erfindungsgemäß (s. 6–15)
entsprechend ausgelegt, d.h. gegenüber dem Vergleichsfall nach
dem Stand der Technik im Bereich höherer Austreibertemperatur
erhöht
werden. Dann ist diese Kreislaufschaltung (mit Nutzung der Rückkühlwärme und
erhöhtem
Flüssigkeitsumlauf
im Bereich der oberen Temperatur der Wärmequelle) energetisch nicht
unerheblich vorteilhaft, wie aus dem Vergleich der Zahlen 0,51 gegen
0,375 ersehen werden kann. Dabei ist der genannte Minderungsfaktor
von 17 % dann etwas zu hoch, wenn ein Teil der Rücklaufwärme in der geschilderten Vorgehensweise
zur Verminderung der externen Wärmezufuhr
im Austreiber genutzt wird.If a heat source with steadily decreasing temperature gradient is to be used, another alternative is basically available: The need for rectification is at least largely circumvented by the fact that the amount of solvent remains the same across the entire degassing width, ie only the absolute size of the working medium decreases with increasing evaporation , The heat source is divided into two sections in the following consideration, with less relaxation in the higher temperature range to lower pressure and lower temperature in the lower temperature range. It is assumed that the heat source allows expelling the solution in the generator at 10 bar to ξ '= 0.18, which corresponds to a temperature of about 129 ° C. At ξ '= 0.34, theoretically a temperature of about 93 ° C would be reached and at ξ' = 0.5 a temperature of about 70 ° C is given. On absorption, the absorbed working fluid increases from 18/82 = 0.18 over about 42/82 = 0.34 to 82/82 = 0.5. Only (42-18) / (82-18) = 0.375 of heat can be used to relax to a lower pressure. As a comparison case, a circuit circuit is used, which provides a special use of the Rückkühlwärme and provides a differentiated circulation rate in the upper and lower temperature range. There is provided (129-93) / (129-70) = 0.61 of the heat at higher temperature range. From this, the Rückkühlwärme is deducted. The difference in minimum return heat between the two operating points is around 200 kJ / kg. If one sets as degassed amount of 1 kg of pure ammonia with a Verdampfungsentalpie of 1167 kJ, so are about 17% as additional necessary Rückkühlwärme in the worst case no longer be used in the higher temperature range. Overall, therefore, 0.61 × 0.83 = 0.51 of the heat supplied for the relaxation to the low pressure provided. The amount of circulation is inventively (s. 6 - 15 ) are designed accordingly, ie compared to the comparison case according to the prior art in the range of higher expeller temperature can be increased. Then this circuit circuit (with use of the Rückkühlwärme and increased fluid circulation in the range of the upper temperature of the heat source) energetically advantageous advantageous, as can be seen from the comparison of the numbers 0.51 to 0.375. The mentioned reduction factor of 17% is then a bit too high if part of the return heat is used in the described procedure to reduce the external heat input in the generator.
Im
Bereich niedriger Arbeitsmittelanteile kann mit der beschriebenen
Maßnahme
keine weitere Verbesserung der Ausnutzung der hohen Temperaturen
der Wärmequelle
erzielt werden: Teilt man im obigen Beispiel den Abschnitt mit dem
geringeren Arbeitsmittelanteil noch einmal in die zwei Abschnitte auf,
so ergibt sich folgende Rechnung: Bei der Absorption nimmt das aufgenommene
Arbeitsmittel von 18/82 = 0,18 über
ca. 29/82 = 0,26 auf ca. 42/82 = 0,34 zu. Es kann damit (29–18)/(42–18) = 0,458
der Wärme
zur Entspannung auf tieferen Druck genutzt werden. Bei 10 bar auf ξ' = 0,26 beträgt die Temperatur
110 °C.
Es stünden
im oberen Temperaturbereich (129–110)/(129–93) = 0,53 der Wärme bereit.
Wie aus der 5 abgeschätzt werden kann, beträgt die Differenz
der Mindestrücklaufwärmen zwischen
den Konzentrationen ξ' = 0,26 und ξ' = 0,34 fast 300
kJ/kg. Das entspräche
fast 25 % der im höheren
Temperaturbereich zur Verfügung
gestellten Wärme,
womit sich der Wert von 0,53 um von ca. 0,13 auf ca. 0,4 verminderte
und damit unter dem Wert von 0,458 läge. Wird Absorption im Bereich
geringer Arbeitsmittelanteile vorgenommen, so ist es vorzuziehen
zwei verschiedene Verdampfungsdruckniveaus durch lösungsseitige
Hintereinanderschaltung von zwei Absorbern ohne erhöhten Lösungsumlauf
vorzusehen. Eine solche Schaltung ist in der 16 dargestellt.In the range of low proportions of working medium, no further improvement in the utilization of the high temperatures of the heat source can be achieved with the described measure: If, in the above example, the section with the lower proportion of working medium is divided into the two sections, the following calculation results: In the absorption The work equipment absorbed increases from 18/82 = 0.18 over approx. 29/82 = 0.26 to approx. 42/82 = 0.34. It can thus be used (29-18) / (42-18) = 0.458 of heat to relax to lower pressure. At 10 bar to ξ '= 0.26, the temperature is 110 ° C. It would be in the upper temperature range (129-110) / (129-93) = 0.53 of the heat ready. Like from the 5 can be estimated, the difference of the minimum return heat between the concentrations ξ '= 0.26 and ξ' = 0.34 is almost 300 kJ / kg. This would account for nearly 25% of the heat available in the higher temperature range, reducing the value of 0.53 μm from about 0.13 to about 0.4, which would be less than 0.458. If absorption is carried out in the range of small proportions of working medium, then it is preferable to provide two different evaporation pressure levels by means of a series-side connection of two absorbers without increased solution circulation. Such a circuit is in the 16 shown.
Im
Rektifikator muss ein großes
Dampfvolumen mit einem kleinen Flüssigkeitsvolumen zum Stoff-
und Wärmeaustausch
gebracht werden. So beträgt
die Mindestrücklaufmenge
in dem gewählten AP
1 weniger als 1/10 der rektifizierten Dampfmenge. Durch die Einleitung
der reichen ZK-Lösung
in den Rektifikator erhöht
sich der Flüssigkeitsanteil
gegenüber
dem Stand der Technik. Grundsätzlich
verbessern sich hierdurch die Austauschbedingungen, sodass ein besserer
Rektifikationswirkungsgrad erwartet werden kann. Ganz wesentlich
wird das Verhältnis von
Flüssigkeit
zu Dampfmenge verändert,
wenn – wie
geschildert – eine
Kreislaufschaltung mit zwei Druckstufen und erhöhtem Flüssigkeitsumlauf für die größere Druckstufe
vorliegt, um eine Wärmequelle mit
größerer Temperaturspreizung
zu nutzen. Der in der oberen Druckstufe erzeugte Dampf kann durch die
reiche Lösung
rektifiziert werden, die bei der Absorption des Dampfes der mittleren
Druckstufe gebildet wird. Diese Flüssigkeitsmenge wird mehr als
die Menge des zu rektifizierenden Dampfes für die größere Druckstufe betragen. Zumindest
für das
Ammoniak-Wasser-System ist bekannt, dass die Rektifikation statt
in mehrstufigen Rektifikationsapparaten auch in einstufigen Abtriebssäulen mit
befriedigendem Ergebnis durchgeführt
werden kann. Deren verschiedene Bauformen haben alle den Vorteil,
dass sie preiswerter herzustellen sind.In the rectifier, a large volume of vapor with a small volume of liquid must be brought to the mass and heat exchange. Thus, the minimum return flow in the selected AP 1 is less than 1/10 of the rectified steam quantity. The introduction of the rich ZK solution into the rectifier increases the proportion of liquid compared with the prior art. Basically, this improves the exchange conditions, so that a better rectification efficiency can be expected. Quite significantly, the ratio of liquid to vapor is changed when - as described - a circuit circuit with two pressure levels and increased fluid circulation for the larger pressure level is present in order to use a heat source with a larger temperature spread. The steam generated in the upper pressure stage can through rectified the rich solution formed at the absorption of the vapor of the middle pressure stage. This amount of liquid will be more than the amount of steam to be rectified for the larger pressure stage. At least for the ammonia-water system is known that the rectification can be carried out in multi-stage rectification apparatus in single-stage output columns with a satisfactory result. Their different designs all have the advantage that they are cheaper to manufacture.
Der
in der 4 dargestellte Kreislauf erfüllt die in der Einleitung unter
Pkt. b) angeführte
Anforderung nicht vollständig.
Erfindungsgemäß wird dem
in den Darstellungen der 6 (und in den folgenden Figuren)
abgeholfen, indem im Zusatzkreislauf ein eigener erster ZK-Hochdruckaustreiber
(39) eingefügt wird.
Dieser steht unter dem gleichen Hochdruck wie der HK-Hochdruckaustreiber
(1). Die in den Hochdruckaustreibern erzeugten Arbeitsmitteldampfströme (217,62)
werden gemeinsam (017) dem Dampfüberhitzer (30) und
der Entspannungsmaschine (31) zugeführt, hierbei wird Arbeitsmitteldampf
aus dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) einen geringeren
Anteil von Lösungsmittel
aufweisen als derjenige aus dem HK-Austreiber (1). Dadurch
kann bei bestimmten Bedingungen (z.B. relativ geringere Dampfmenge
aus dem HK-Austreiber
und/oder geringer Druck) im Gesamtstrom des Arbeitsmitteldampfes (017)
eine ausreichend geringer Anteil des Lösungsmittels erzielt werden.The Indian 4 illustrated cycle does not fully meet the requirement stated in the introduction under point b). According to the invention in the representations of the 6 (and in the following figures) remedied by a separate first ZK-Hochdruckaustreiber ( 39 ) is inserted. This is under the same high pressure as the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ). The working medium vapor flows generated in the high pressure exhausters ( 217 . 62 ) become common ( 017 ) the steam superheater ( 30 ) and the relaxation machine ( 31 ), in this case working fluid vapor from the first ZK-Hochdruckaustreiber ( 39 ) have a lower proportion of solvent than that from the HK-Ausreiber ( 1 ). As a result, under certain conditions (eg relatively low amount of steam from the HC expeller and / or low pressure) in the total flow of the working medium vapor ( 017 ) a sufficiently low proportion of the solvent can be achieved.
Die
Kreislaufführung
des Zusatzkreislaufes wird wie folgt gestaltet: Die arme ZK-Lösung (20)
wird dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) entnommen und
dem HK-Hochdruckaustreiber (1) zugeleitet und in dessen
kalten Teil der HK-Abtriebssäule
(16) eingeleitet. Damit muss, wie bereits zur 4 erläutert, vom
HK-Niederdruckabsorber (7) zum HK-Hochdruckaustreiber (1)
nur die Differenzmenge (015) reicher HK-Lösung der
zur Austreibung benötigten
reichen HK-Lösung (15)
minus der armen ZK-Lösung (20)
geleitet werden. Die reiche ZK-Lösung
(24) wird unterstützt
von der ersten ZK-Lösungspumpe
(23) über
den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(40) für
den unteren und mittleren Temperaturbereich in den ersten ZK-Hochdruckaustreiber
(39) über
die zugehörige
erste ZK-Abtriebssäule
(26) eingeleitet. Die reiche HK-Lösung (15) wird in
zwei Lösungswärmetauschern
(19a, 40) nacheinander aufgewärmt. Die arme HK-Lösung (14)
wird durch den HK-Hochdruckaustreiber (1) rückgeführt (13)
und anschließend
zum HK-Lösungswärmetauscher
(19a) für
den oberen Temperaturbereich geleitet. Sie wird im Gegenstrom zur
reichen HK-Lösung
(015) abgekühlt.
Es folgt eine Zuleitung zum HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(40) für
den unteren und mittleren Temperaturbereich, in dem eine weitere
Abkühlung
im Gegenstrom nunmehr auch zu der reichen ZK-Lösung (24) – zusätzlich zur
reichen HK-Lösung
(015) stattfindet.The circulation of the auxiliary circuit is designed as follows: The poor ZK solution ( 20 ) is the first ZK-Hochdruckaustreiber ( 39 ) and the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) and in its cold part of the HK-output column ( 16 ). This must, as already for 4 described by the HK low-pressure absorber ( 7 ) to the HK high-pressure driver ( 1 ) only the difference ( 015 ) rich HK solution of the rich HK solution required for expulsion ( 15 ) minus the poor ZK solution ( 20 ). The rich ZK solution ( 24 ) is supported by the first ZK solution pump ( 23 ) via the HK / ZK solution heat exchanger ( 40 ) for the lower and middle temperature range in the first ZK high pressure compressor ( 39 ) via the associated first ZK output column ( 26 ). The rich HK solution ( 15 ) is isolated in two solution heat exchangers ( 19a . 40 ) warmed up one after the other. The poor HK solution ( 14 ) is controlled by the HK high-pressure 1 ) ( 13 ) and then to the HK solution heat exchanger ( 19a ) for the upper temperature range. It is in countercurrent to the rich HK solution ( 015 ) cooled. This is followed by a supply line to the HK / ZK solution heat exchanger ( 40 ) for the lower and middle temperature range, in which a further cooling in countercurrent now also to the rich ZK solution ( 24 ) - in addition to the rich HK solution ( 015 ) takes place.
Das
externe Wärmequellenmedium
(5) wird zuerst parallel durch Dampfüberhitzer (30) und HK-Hochdruckaustreiber
(1), dann durch den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39)
zur Wärmeabgabe
geführt.The external heat source medium ( 5 ) is first paralleled by steam superheater ( 30 ) and HK high pressure expander ( 1 ), then through the first ZK high pressure exporter ( 39 ) led to heat dissipation.
In
der 7 ist dargestellt, wie die Kreislaufschaltung
der Schaltungstypen II und III zum Einsatz eines sogenannten Heat
Recovery Vapor Generator (38) abgewandelt wird. In diesem
und im Dampfüberhitzer
(30) erfolgt die externe Wärmezufuhr (5). Die zugeführte angereicherte
Lösung
(49) wird im Heat Recovery Vapor Generator (38)
in ein Gemisch von Flüssigkeit
und Dampf (037) verwandelt. Dieses Gemisch wird einer Dampftrommel
(34) zugeführt,
in dem die Aggregatzustände
getrennt werden. Der Gemischdampf von Arbeits- und Absorptionsmittel
wird durch eine HK-Abtriebssäule
(16) geführt
und vorrektifiziert in den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) eingeleitet.
Im unteren Teil der genannten Dampftrommel (34) sammelt
sich arme HK/ZK-Lösung (046),
gebildet aus dem zugeleiteten Flüssigkeit-/Dampfgemisch
und dem Ablauf der HK-Abtriebssäule
(16) und wird dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39)
geführt.
Sie stellt damit die Wärmezufuhr
für diesen
Austreiber. Anschließend
gibt die arme HK/ZK-Lösung (046)
zusammen mit der armen ZK-Lösung
(20), die aus dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39)
abgeleitet wurde, Wärme
im HK-Lösungswärmetauscher
(19a) des oberen Temperaturbereichs an die reiche HK-Lösung (015)
ab.In the 7 is shown how the circuit circuit of the circuit types II and III for use of a so-called heat recovery vapor generator ( 38 ) is modified. In this and in the steam superheater ( 30 ) the external heat supply ( 5 ). The added enriched solution ( 49 ) is used in the Heat Recovery Vapor Generator ( 38 ) into a mixture of liquid and vapor ( 037 ) transformed. This mixture is a steam drum ( 34 ), in which the states of aggregation are separated. The mixture vapor of working and absorbent is passed through a HK-Abtriebssäule ( 16 ) and pre-rectified into the first ZK high pressure expeller ( 39 ). In the lower part of said steam drum ( 34 ) collects poor HK / ZK solution ( 046 ), formed from the supplied liquid / vapor mixture and the expiry of the HK-output column ( 16 ) and is the first ZK-Hochdruckaustreiber ( 39 ) guided. It thus provides the heat for this expeller. Subsequently, the poor HK / ZK solution ( 046 ) together with the poor ZK solution ( 20 ) from the first ZK high pressure exporter ( 39 ), heat in the HK solution heat exchanger ( 19a ) of the upper temperature range to the rich HK solution ( 015 ).
Anschließend wird
von der armen (046) HK/ZK-Lösung die arme HK-Lösung (14)
mittels Regelungsventil (45) abgetrennt und über den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(40) für
den unteren und mittleren Temperaturbereich dem HK-Niederdruckabsorber
(7) zugeleitet. Der verbleibende Teilstrom umlaufender
armer Lösung
(48) wird zusammen mit der armen ZK-Lösung (20) vereint
(49) und dem Heat Recovery Vapor Generator (38)
zugeleitet. Durch diesen und die Dampftrommel (34) sowie
den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) und HK-Lösungswärmetauscher
(19a) wird also auch jeweils ein Teilstrom beider armen
Lösungen
im Kreislauf geführt.Subsequently, the poor ( 046 ) HK / ZK solution the poor HK solution ( 14 ) by means of control valve ( 45 ) and via the HK / ZK solution heat exchanger ( 40 ) for the lower and middle temperature range, the HK low-pressure absorber ( 7 ). The remaining partial flow of circulating poor solution ( 48 ) is used together with the poor ZK solution ( 20 ) united ( 49 ) and the Heat Recovery Vapor Generator ( 38 ). Through this and the steam drum ( 34 ) and the first ZK high pressure exporter ( 39 ) and HK solution heat exchangers ( 19a ) In each case a partial flow of both poor solutions is recycled.
Auf
die im US-Patent 6 584 801 vorgesehene kombinierte Rektifikation
(des aus der Dampftrommel (34) hervorgehenden Mischdampfes
von Arbeitsmittel und Lösungsmittel)
und Austreibung aus der reichen HK-Lösung (015) durch indirekte
Wärmeabgabe
der (aus der Dampftrommel hervorgegangenen) armen HK/ZK-Lösung (046)
wird verzichtet zu Gunsten einer getrennten Rektifikation und Austreibung. Hierbei
ist sowohl die Rektifikation durch eine Abtriebssäule mittels
Füllkörperschichten
oder Raschigringen als auch die Austreibung durch heiße Flüssigkeiten
Stand der Technik. Diese Lösung
darf als technisch leichter realisierbar angesehen werden.To the combined rectification provided in US Pat. No. 6,584,801 (of the steam drum (US Pat. 34 ) resulting mixed vapor of working medium and solvent) and expulsion from the rich HK solution ( 015 ) by indirect heat release of the (resulting from the steam drum) poor HK / ZK solution ( 046 ) is waived in favor of a separate rectification and expulsion. Here, both the rectification by a stripping column by means of packed layers or Raschig rings and the expulsion by hot liquid state of the art. This solution may be considered more technically feasible.
Die
in der 1 dargestellte nutzstiftende Einkoppelung von
Rückkühlwärme in den
Zusatzkreislauf beginnt in der 7 damit,
dass der noch mit einem merklichen Anteil des Lösungsmittels behaftete HK-Arbeitsmittelhochdruckdampf
(62) aus der Dampftrommel (34) zum ersten ZK-Hochdruckaustreiber
(39) geführt
und diesem unterhalb dessen erster ZK-Abtriebssäule (26) eingeführt wird.
In ihr werden im Gegenstrom zum zweiten Teilstrom (44) reicher
ZK-Lösung
sowohl die zugeleiteten Dämpfe als
auch die Dämpfe
weitgehend rektifiziert, die vom ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39)
ausgetrieben werden. Anschließend
durchströmen
diese Dämpfe im
Gegenstrom zum erster Teilstrom (53) der reichen ZK-Lösung noch
die zweite ZK-Abtriebssäule
(27). Die nunmehr nahezu reinen Arbeitsmittelhochdruckdämpfe (017)
werden dem Dampfüberhitzer
(30) zugeführt.The in the 1 illustrated beneficial input coupling of Rückkühlwärme in the additional cycle begins in the 7 with the fact that the HK working medium high-pressure steam ( 62 ) from the steam drum ( 34 ) to the first ZK high pressure exporter ( 39 ) and this below its first ZK output column ( 26 ) is introduced. In it, in countercurrent to the second partial flow ( 44 ), the rectified vapors as well as the vapors largely rectified by the first ZK high pressure compressor ( 39 ) are driven out. These vapors then flow in countercurrent to the first substream ( 53 ) of the rich ZK solution nor the second ZK output column ( 27 ). The now almost pure working medium high pressure vapors ( 017 ) are the steam superheater ( 30 ).
Um
den Reinheitsgrad des rektifizierten Arbeitsmitteldampfes zu steigern,
ist zusätzlich
dargestellt, einen ersten Teilstrom (53) der reichen ZK-Lösung unterkühlt in den
kältesten
Teil der hier zweistufig dargestellten Abtriebssäule (27) einzuleiten.
Dieser erste Teilstrom (53) wird von der reichen ZK-Lösung (24)
nach der ersten ZK-Lösungspumpe
(23) mittels Ventil (52) abgetrennt. Der zweite
Teilstrom (44) der reichen ZK-Lösung wird durch den ZK-Mitteldruckabsorber
(22) rückgeführt (43)
und dann durch den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(40) des mittleren und unteren Temperaturbereiches geführt und
im Gegenstrom zur armen HK-Lösung
(14) weiter aufgewärmt
und danach dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) zugeleitet
und in den kalten Teil der ersten ZK-Abtriebssäule (26) eingeleitet.In order to increase the purity of the rectified working medium vapor, it is additionally shown that a first partial flow ( 53 ) of the rich ZK solution undercooled in the coldest part of the here shown in two stages output column ( 27 ). This first partial flow ( 53 ) is handled by the rich ZK solution ( 24 ) after the first ZK solution pump ( 23 ) by means of valve ( 52 ) separated. The second partial flow ( 44 ) of the rich ZK solution is replaced by the ZK medium-pressure absorber ( 22 ) ( 43 ) and then through the HK / ZK solution heat exchanger ( 40 ) of the middle and lower temperature range and in countercurrent to the poor HK solution ( 14 ) and then the first ZK high-pressure 39 ) and into the cold part of the first ZK output column ( 26 ).
In
der 8 ist abweichend von den beiden vorhergehenden
Kreislaufschaltungen die Entspannung und die Absorption um eine
weitere Stufe erweitert: Die Absorption wird im Zusatzkreislauf
in zwei Druckstufen durchgeführt,
zuerst in einem zweiten ZK-Mitteldruckabsorber (59) der
unteren Druckstufe und dann in dem ZK-Mitteldruckabsorber (22)
höheren
Druckes. Die im erst genannten ZK-Mitteldruckabsorber (59)
angereicherte ZK-Lösung
(61) wird mittels der dritten ZK-Lösungspumpe (60) auf das
höhere
Mitteldruckniveau angehoben und dem ZK-Mitteldruckabsorber (22) zugeführt. Für jeden
der beiden ZK-Mitteldruckabsorber wird je ein ZK-Mitteldruckdampfstrom (63 bzw. 29)
aus der Entspannungsmaschine (31) mit dem jeweils ent sprechenden
Druckniveau entnommen und je einem der beiden ZK-Mitteldruckabsorber
(59 bzw. 22) zugeleitet.In the 8th In contrast to the two preceding circuit circuits, the relaxation and the absorption are extended by a further step: the absorption is carried out in the additional cycle in two pressure stages, first in a second centralized medium pressure absorber ( 59 ) of the lower pressure stage and then in the ZK medium-pressure absorber ( 22 ) higher pressure. The in the first mentioned ZK medium-pressure absorber ( 59 ) enriched ZK solution ( 61 ) is carried out by means of the third ZK solution pump ( 60 ) raised to the higher medium pressure level and the ZK medium-pressure absorber ( 22 ). For each of the two ZK medium-pressure absorbers, a ZK medium-pressure steam flow ( 63 respectively. 29 ) from the expansion machine ( 31 ) taken with each ent speaking pressure level and one of the two ZK medium-pressure absorbers ( 59 respectively. 22 ).
Es
ist angenommen, dass der Dampf auf der Niederdruckstufe nach der
Entspannungsmaschine (31) ein Temperaturniveau unterhalb
der Umgebungstemperatur aufweist. Dies wird in einem Flüssigkeitskühler (33)
ausgenutzt, um einen Kälteträger (64)
abzukühlen.
Dieses wird dann dem ZK-Mitteldruckabsorber (22) zugeleitet.
Dadurch kann im Zusatzkreislauf eine reichere Lösung umlaufen, wodurch die
Wärmequelle
im ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) bis herab zu einer
niedrigeren Temperatur ausgenutzt werden kann und mittels der erfindungsgemäßen Einleitung
von reicher ZK-Lösung
(24 bzw. 44 + 53) in den Rektifikator
(2) ein arbeitsmittelreicherer Arbeitsmitteldampf erzielt
wird.It is assumed that the steam at the low-pressure stage after the expansion machine ( 31 ) has a temperature level below the ambient temperature. This is done in a liquid cooler ( 33 ) is used to generate a refrigerant ( 64 ) to cool. This is then the ZK medium-pressure absorber ( 22 ). As a result, a richer solution can circulate in the additional circuit, as a result of which the heat source in the first ZK high-pressure compressor ( 39 ) can be exploited down to a lower temperature and by means of the introduction of rich ZK solution according to the invention ( 24 respectively. 44 + 53 ) in the rectifier ( 2 ) a working medium-rich working medium vapor is achieved.
Theoretisch
könnte
das Hinzufügen
weiterer Absorber und die Entnahme von Dampfströmen unterschiedlichen Druckes
aus der Entspannungsmaschine (31) über die Darstellung der 8 hinaus
bis nahe an den Austreiberdruck weitergeführt werden. Hierbei ergäben sich
jedoch mehrere praktische Probleme (komplizierte Entspannungsmaschine,
große Zahl
von Aggregaten). In der 9 (und den folgenden) wird stattdessen
die Kreislaufschaltung des Typs III dargestellt. Es wird im Zusatzkreislauf
ein ZK-Mitteldruckaustreiber (70) eingefügt und zwischen
ihm und dem HK/ZK-Niederdruckabsorber (7a) arme (73)
und reiche (24) ZK-Lösung
geleitet, also ein Mittel-/Niederdruck-Zusatzkreislauf gebildet, indem
auch der bisher nur im Hauptkreislauf vorhandene Niederdruckabsorber
(7a) und die Lösungspumpe
(8a) eingebunden werden. Hierbei ist die Menge des Mittel-/Niederdruck-Zusatzkreislaufs
von den Lösungen
der beiden bereits vorhandenen Zusatzkreisläufe in der Regel verschieden.
Die Absorption im Niederdruckabsorber (7a) ergibt für die reichen
HK- und ZK-Lösungen
den gleichen Anteil an Arbeitsmittel. Für die armen Lösungen wurde
dies unterstellt.Theoretically, the addition of additional absorbers and the removal of vapor streams of different pressure from the expansion machine ( 31 ) on the representation of 8th be continued until close to the Austrreiberdruck. However, this would result in several practical problems (complicated relaxation machine, large number of aggregates). In the 9 (and the following), the type III circuit is shown instead. In the additional circuit, a ZK medium pressure actuator ( 70 ) and between it and the HK / ZK low-pressure absorber ( 7a ) poor ( 73 ) and rich ( 24 ) ZK solution passed, ie a medium / low pressure additional circuit formed by the existing so far only in the main circuit low-pressure absorber ( 7a ) and the solution pump ( 8a ). Here, the amount of medium / low pressure additional circuit of the solutions of the two existing additional circuits is usually different. The absorption in the low-pressure absorber ( 7a ) yields the same amount of work equipment for the rich HK and ZK solutions. This was assumed for the poor solutions.
Der
bisherige HK/ZK-Lösungswärmetauscher
für den
mittleren und unteren Temperaturbereich (40 in den 6 bis 8)
wird für
zwei Temperaturbereiche (65 und 66) aufgeteilt.
Den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(66) des unteren Temperaturbereichs durchlaufen erhöhte Flüssigkeitsmengen,
durch den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(65) des mittleren Temperaturbereichs laufen die gleichen
Flüssigkeitsmengen
wie in der Schaltung der 6. Die arme HK-Lösung (14)
wird zwischen Hochdruck und Mitteldruck bzw. Mitteldruck und Niederdruck
mittels der dritten HK-Drossel (72) bzw. der ersten HK/ZK-Drossel
(74) abgesenkt. Die Überbrückung der
Druckunterschiede zwischen Nieder- und Hoch- bzw. Mitteldruck ist
in der Form dargestellt, dass zuerst auf Hochdruck mittels erster HK/ZK-Lösungspumpe
(8a) angehoben wird, dann ein Teilstrom (69) reicher
ZK-Lösung
auf Mitteldruck mittels dritter HK-Drossel (68) abgesenkt
wird. Dieser Teilstrom (69) der reichen ZK-Lösung wird
mittels Regelventil-(67) nach dem HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(65) des mittleren Temperaturbereichs von der reichen HK-Lösung (015)
abgetrennt und in den ZK-Mitteldruckaustreiber (70) über die
zugehörige vierte
ZK-Abtriebssäule (130)
eingeleitet. Die aus dem ZK-Mitteldruckaustreiber (70)
entnommene arme ZK-Lösung
(73) wird vereint mit der vom HK-Hochdruckaustreiber (1)
kommenden armen HK-Lösung (14) über den
Weg HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(65) des mittleren Temperaturbereichs und der ersten HK/ZK-Drossel
(74) dem HK/ZK-Niederdruck-Absorber (7a) zugeleitet.The current HK / ZK solution heat exchanger for the middle and lower temperature range ( 40 in the 6 to 8th ) is used for two temperature ranges ( 65 and 66 ) divided up. The HK / ZK solution heat exchanger ( 66 ) of the lower temperature range pass through increased amounts of liquid through the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the medium temperature range run the same amount of liquid as in the circuit of 6 , The poor HK solution ( 14 ) is between high pressure and medium pressure or medium pressure and low pressure by means of the third HK throttle ( 72 ) or the first HK / ZK throttle ( 74 ) lowered. The bridging of the pressure differences between low and high or medium pressure is shown in the form that first to high pressure by means of the first HK / ZK solution pump ( 8a ) is raised, then a partial flow ( 69 ) rich ZK solution to medium pressure by means of third HK throttle ( 68 ) is lowered. This partial flow ( 69 ) of the rich ZK solution is by means of control valve ( 67 ) after the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the medium temperature range of the rich HK solution ( 015 ) separated and in the ZK medium pressure driver ( 70 ) via the associated fourth ZK output column ( 130 ). Those from the ZK medium pressure actuator ( 70 ) removed poor ZK solution ( 73 ) is combined with that of the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) coming poor HK solution ( 14 ) over the way HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the middle temperature range and the first HK / ZK throttle ( 74 ) the HK / ZK low-pressure absorber ( 7a ).
Der
aus besagtem ZK-Mitteldruckaustreiber (70) ausgetriebene
ZK-Mitteldruckdampf (71) wird dem unter gleichem Druck
stehenden ZK-Mitteldruckabsorber (22) zugeleitet. Im HK/ZK-Niederdruckabsorber
(7a) wird durch Absorption von nahezu reinem HK/ZK-Niederdruckdampf
(18a) und die geregelte Abgabe von ZK-Lösung (20) an den Zusatzkreislauf
die Mengenbilanz des erweiterten Zusatzkreislaufes geschlossen.The from said ZK medium pressure driver ( 70 ) expelled ZK medium pressure steam ( 71 ) is pressurized to the same pressure ZK medium-pressure absorber ( 22 ). In the HK / ZK low-pressure absorber ( 7a ) is absorbed by absorption of nearly pure HK / ZK low pressure steam ( 18a ) and the controlled release of ZK solution ( 20 ) closed to the additional circuit, the balance of the extended additional cycle.
Die
externe Wärmequelle
(5) wird zuerst parallel durch den HK-Hochdruckaustreiber
(1) und den Dampfüberhitzer
(30), dann durch den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39)
und schließlich
durch den ZK-Mitteldruckaustreiber (70) zur Wärmeabgabe geführt.The external heat source ( 5 ) is first parallel through the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) and the steam superheater ( 30 ), then through the first ZK high pressure exporter ( 39 ) and finally by the ZK medium pressure driver ( 70 ) led to heat dissipation.
Mit
der Kreislaufschaltung der 9 wird die Wärmequelle
(5) im ZK-Mitteldruckaustreiber (70) auf ein so
tiefes Temperaturniveau ausgenutzt, aus dem Dampf mit einem technisch
brauchbaren Druckverhältnis
nicht mehr erzeugt werden kann. Der im ZK-Mitteldruckabsorber (70)
ausgetriebene ZK-Mitteldruckdampf (71) wird im ZK-Mitteldruckabsorber (22)
zu einer reichen ZK-Lösung
(24) absorbiert. Damit kann die Entnahme von Mitteldruckdampf
aus der Entspannungsmaschine (31) zu Gunsten einer erhöhten Abgabe
von Niederdruckdampf vermindert werden: Die gewinnbare Arbeit der
Gesamtanlage erhöht
sich.With the circuit of the 9 becomes the heat source ( 5 ) in the centralized medium pressure compressor ( 70 ) exploited to such a low temperature level, from which steam can no longer be produced with a technically usable pressure ratio. The in ZK medium-pressure absorber ( 70 ) expelled ZK medium pressure steam ( 71 ) is used in the ZK medium-pressure absorber ( 22 ) to a rich ZK solution ( 24 ) absorbed. Thus, the removal of medium-pressure steam from the expansion machine ( 31 ) can be reduced in favor of an increased release of low-pressure steam: The recoverable work of the entire system increases.
Der
im Wärmetausch
mit dem HK/ZK-Niederdruckdampf (18a) unterkühlte Kälteträger (64) wird
abweichend zur Darstellung in 7 dem HK/ZK-Niederdruckabsorber
(7a) zugeleitet. Hierdurch wird eine größere HK/ZK-Dampfmenge (18a) auf
Niederdruck absorbiert, auf Mitteldruck entsprechend eine verringerte
Menge von ZK-Mitteldruckdampf (29), was zu einer höheren Leistung
der Gesamtanlage führt.The in heat exchange with the HK / ZK low-pressure steam ( 18a ) supercooled brine ( 64 ) differs from the illustration in 7 the HK / ZK low-pressure absorber ( 7a ). As a result, a larger HK / ZK vapor quantity ( 18a absorbed to low pressure, corresponding to a reduced amount of ZK medium-pressure steam ( 29 ), which leads to a higher performance of the entire system.
In
der 10 ist gegenüber
der 9 die Auskoppelung von Mitteldruckdampf aus der
Entspannungsmaschine (31) und der ihn absorbierende ZK-Mitteldruckabsorber
(59) unterer Druckstufe fortgelassen. Vom HK/ZK-Niederdruckabsorber
(7a) wird arme ZK-Lösung
(20) über
die zweite ZK-Lösungspumpe
(51) direkt zum nunmehr einzigen ZK-Mitteldruckabsorber
(22) geführt.
Diese Vereinfachung vor allem der Entspannungsmaschine führt in den
meisten Anwendungsfällen
zu einer Verminderung an gewinnbarer Arbeit.In the 10 is opposite the 9 the decoupling of medium-pressure steam from the expansion machine ( 31 ) and the ZK medium-pressure absorber absorbing it ( 59 ) Lower pressure level omitted. From the HK / ZK low-pressure absorber ( 7a ) becomes poor ZK solution ( 20 ) via the second ZK solution pump ( 51 ) directly to the now only ZK medium-pressure absorber ( 22 ) guided. This simplification, especially of the expansion machine leads in most applications to a reduction in recoverable work.
In
der 11 wird die Darstellung der 9 um
einen Resorberkreislauf erweitert. Ein solcher Resorberkreislauf
besteht bekanntlich aus zwei Flüssigkeitskreisläufen – nämlich hier
einem Höchstdruckaustreiber/Absorberteilkreislauf
und einem Höchstdruck/Entgaserteilkreislauf.
Durch die Integration des Resorberkreislaufes in den Haupt- und
Zusatzkreislauf kommt es zur teilweisen Überlagerung der Ströme und der
gemeinsamen Nutzung von Apparaten: Der Absorptionsteilkreislauf
ist zum erheblichen Teil in den Zusatzkreislauf integriert und wird
in der figürlichen
Darstellung nicht durch besondere Kennzeichen hervorgehoben; nur
der RK-Höchstdruckaustreiber
(80) und teilweise die Lösungszu- und abführung sind
eigenständig.
So wird die reiche RK-Lösung
(81) des Höchstdruckaustreiber/Absorberteilkreislaufs
erst nach dem HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(65) des mittleren Temperaturbereichs mittels Ventil (77)
von der reichen ZK-Lösung
(24) ausgekoppelt. Die reiche RK-Lösung (81) des Höchstdruckaustreiber/Absorberteilkreislaufs
wird mittels dessen erster RK-Lösungspumpe
(78) auf Höchstdruckniveau
gebracht und in dem ersten RK-Höchsttemperaturlösungswärmetauscher
(79) aufgewärmt
und dann in den RK-Höchstdruckaustreiber
(80) über
die zugehörige
zweite RK-Abtriebssäule (132)
zur Austreibung eingeleitet. Die Austreibung wird so ausgelegt,
dass eine arme RK-Lösung
(100) des Höchstdruckaustreiber/Absorberteilkreislaufs
mit dem gleichen Arbeitsmittelanteil entsteht, wie sie die angereicherte
ZK-Lösung
(61) aus dem ZK-Mitteldruckabsorber (59) der unteren
Druckstufe aufweist. Die arme RK-Lösung (100) des RK-Höchstdruckaustreiber/Absorberteilkreislaufs
wird im ersten RK-Höchsttemperatur-lösungswärmetauscher
(79) im Gegenstrom zur reichen RK-Lösung (81) des Höchstdruckaustreiber/Absorberteilkreislaufs
abgekühlt
und mittels der ersten RK-Drossel (82) auf Hochdruck abgesenkt
und in den mittleren Teil des ersten ZK-Hochdruckaustreibers (39)
eingeleitet. Damit ist die Einkoppelung in den Zusatzkreislauf wieder
hergestellt und zwar derart, dass die zugeführte arme RK-Lösung (100)
des Höchstdruckaustreiber/Absorberteilkreislaufs
dazu benutzt wird, im ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39)
zusätzlich
Dampf auszutreiben und im ZK-Mitteldruckabsorber (59) der unteren
Druckstufe zusätzlich
Dampf zu absorbieren. Damit wird im Zusatzkreislauf im Bereich höherer Austreibertemperatur
eine erhöhte
Umlaufmenge erreicht. Dies ist entsprechend der Erläuterung
zur 5 energetisch vorteilhaft.In the 11 becomes the representation of 9 extended by a Resorberkreislauf. Such a Resorberkreislauf is known from two fluid circuits - namely here a Höchstdruckaustreiber / Absorberteilkreislauf and a maximum pressure / Entgaserteilkreislauf. The integration of the resorber circuit in the main and auxiliary circuit leads to the partial superimposition of the currents and the common use of apparatuses: The absorption subcirculation is integrated to a considerable extent in the auxiliary circuit and is not highlighted in the figurative representation by special characteristics; only the RK peak pressure driver ( 80 ) and partly the solution supply and removal are independent. This is how the rich RK solution ( 81 ) of the maximum pressure expander / absorber sub-circuit after the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the middle temperature range by means of valve ( 77 ) from the rich ZK solution ( 24 ) decoupled. The rich RK solution ( 81 ) of the maximum pressure expander / absorber sub-circuit is determined by means of its first RK solution pump ( 78 ) in the first RK maximum temperature solution heat exchanger ( 79 ) and then into the RK peak pressure 80 ) via the associated second RK output column ( 132 ) initiated for expulsion. The expulsion is designed so that a poor RK solution ( 100 ) of the maximum pressure expander / absorber sub-circuit with the same proportion of working fluid as the enriched ZK solution ( 61 ) from the ZK medium-pressure absorber ( 59 ) has the lower pressure level. The poor RK solution ( 100 ) of the RK peak pressure expander / absorber sub-circuit is measured in the first RK maximum temperature solution heat exchanger ( 79 ) in countercurrent to the rich RK solution ( 81 ) of the maximum pressure expander / absorber sub-circuit cooled and by means of the first RK throttle ( 82 ) lowered to high pressure and in the middle part of the first ZK-Hochdruckaustreibers ( 39 ). Thus, the coupling is restored in the additional circuit in such a way that the supplied poor RK solution ( 100 ) of the maximum pressure expander / absorber sub-circuit is used in the first ZK high pressure expeller ( 39 ) in addition to expel steam and in the ZK medium-pressure absorber ( 59 ) of the lower pressure stage to absorb additional steam. Thus, an increased circulation volume is achieved in the additional circuit in the region of higher expeller temperature. This is according to the explanation of 5 energetically advantageous.
Der
im RK-Höchstdruckaustreiber
(80) erzeugte RK-Arbeitsmittelhöchstdruckdampf (83)
wird dem RK-Höchstdruckabsorber
(84) zugeleitet und dort unter Wärmeabgabe von der armen RK-Lösung (85) des Resorberteilkreislaufes
absorbiert. Die im RK-Höchstdruckabsorber
(84) erzeugte reiche RK-Lösung (87) wird im
zweiten RK-Höchsttemperaturlösungswärmetauscher
(101) im Gegenstrom zur armen RK-Lösung (85) abgekühlt und
mittels zweiter RK-Drossel (88) auf Hochdruck abgesenkt.
Die reiche RK-Lösung
(87) wird in den HK-Hochdruckaustreiber (1) eingeleitet
und somit mit dem Hauptkreislauf vereint. Die aus dem HK-Hochdruckaustreiber (1)
ablaufende arme HK-Lösung
(14) wird mittels Ventil (102) geteilt. Ein erster
Teilstrom (107) der armen HK-Lösung wird durch den HK-Lösungswärmetauscher
(19a) des oberen Temperaturbe reichs geleitet, ein zweiter
Teilstrom der armen HK-Lösung
(108) durch den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39),
dann beide Teilströme
(107,108) wieder vereint, mittels dritter HK-Drossel
(72) auf Mitteldruck des oberen Druckniveaus abgesenkt
und mit der armen Lösung aus
dem ZK-Mitteldruckaustreiber (73) vereint und durch den
ZK-Mitteldruckaustreiber (70) zur Wärmeabgabe geleitet. Anschließend wird
die abgereicherten RK-Lösung
(121) des RK-Höchstdruckabsorber/Entgaserteilkreislaufs
mittels Ventil (120) abgetrennt, mittels vierter RK-Drossel
(112) auf Mitteldruck abgesenkt und in den RK-Entgaser
(90) über die
zugehörige
erste RK-Abtriebssäule (131)
eingeleitet. Die verbleibende arme ZK-Lösung (73) wird wie
bereits zur 9 dargestellt zu dem HK/ZK-Niederdruckabsorber
(7a) geleitet. Die aus dem RK-Mitteldruckaustreiber (90)
ablaufende arme RK-Lösung (85)
wird mittels dessen zweiter RK-Lösungspumpe (86)
auf Höchstdruck
gebracht und über
den zweiten RK-Höchsttemperaturlösungswärmetauscher
(101) in den RK-Höchstdruckabsorber
(84) geleitet. Durch externe Wärmezufuhr wird aus dem RK-Entgaser (90)
Arbeitsmitteldampf ausgetrieben und im ZK-Mitteldruckabsorber (59)
der unteren Druckstufe (mit-) absorbiert. Aus dem Resorberkreislauf
wird somit Arbeitsmitteldampf vom RK-Mitteldruckaustreiber (90) an
den ZK-Mitteldruckabsorber (59) der unteren Druckstufe
zugeleitet, eine gleiche Dampfmenge muss mindestens aus dem ZK-Mitteldruckaustreiber (70)
an ZK-Mitteldruckabsorber (22) zugeleitet werden, um den
Resorberkreislauf zu schließen.
Gegebenfalls ist – entsprechend
dem Stand der Technik – im
Lösungskreislauf
noch ein Mengenausgleich zwischen Austreiber/Absorber-Teilkreislauf
und Absorber/Entgaser-Teilkreislauf herzustellen, wenn die zwischen
diesen beiden Teilkreisläufen
ausgetauschten Dampfströme
unterschiedliche Anteile von Arbeitsmittel aufweisen. Die externe
Wärmequelle
(5) wird anfangs in mehrere Teilströme aufgeteilt: Ein erster Teilstrom
(92) der externen Wärmequelle
wird zunächst
zur Wärmeaufnahme
durch den RK-Höchsttemperaturabsorber
(84) und erst dann zur Wärmeabgabe durch den Dampfüberhitzer
geleitet (30), ein zweiter Teilstrom (93) der
externen Wärmequelle
wird durch den RK-Höchstdruckaustreiber (80),
der Hauptstrom (89) der externen Wärmequelle durch den HK-Hochdruckaustreiber
(1) zur Wärmeabgabe
geleitet. Anschließend
werden alle drei vereint durch den ersten ZK-Hochdruckaustreiber
(39) geleitet, schließlich
wieder mittels Ventil (103) in zwei Teilströme geteilt,
wobei ein dritter Teilstrom (104) der externen Wärmequelle
durch den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(65) des mittleren Temperaturbereichs, der vierte Teilstrom
der externen Wärmequelle
(105) durch den RK-Entgaser (90) geführt wird.The in the RK-Höchstdruckaustreiber ( 80 ) produced RK-Arbeitsmittelhigh pressure steam ( 83 ) is the RK-Höchstdruckabsorber ( 84 ) and there with heat release from the poor RK solution ( 85 ) absorbed by the resorb subcircuit. The im RK high pressure absorber ( 84 ) generated rich RK solution ( 87 ) is used in the second RK maximum temperature solution heat exchanger ( 101 ) in countercurrent to the poor RK solution ( 85 ) cooled and by means of second RK throttle ( 88 ) lowered to high pressure. The rich RK solution ( 87 ) is placed in the HK high-pressure 1 ) and thus united with the main circuit. Those from the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) expiring poor HK solution ( 14 ) is by means of valve ( 102 ) divided. A first partial flow ( 107 ) of the poor HK solution is passed through the HK solution heat exchanger ( 19a ) of the upper temperature range, a second partial flow of the poor HK solution ( 108 ) by the first ZK high pressure exporter ( 39 ), then both partial streams ( 107 . 108 ) again, by means of third HK throttle ( 72 ) lowered to medium pressure of the upper pressure level and with the poor solution from the ZK-Mitteldruckaustreiber ( 73 ) and by the ZK medium pressure distributor ( 70 ) directed to heat dissipation. Subsequently, the depleted RK solution ( 121 ) of the RK-Höchstdruckabsorber / Entgaserteilkreislaufs by means of valve ( 120 ) separated by means of fourth RK throttle ( 112 ) lowered to medium pressure and into the RK degasser ( 90 ) via the associated first RK output column ( 131 ). The remaining poor ZK solution ( 73 ) is like already to 9 represented to the HK / ZK low-pressure absorber ( 7a ). Those from the RK medium pressure driver ( 90 ) running poor RK solution ( 85 ) by means of its second RK solution pump ( 86 ) and via the second RK high temperature solution heat exchanger ( 101 ) in the RK-Höchstdruckabsorber ( 84 ). By external heat supply from the RK degasser ( 90 ) Expelled medium vapor and in ZK medium-pressure absorber ( 59 ) of the lower pressure level (co-) absorbed. From the Resorberkreislauf is thus working medium vapor from RK-Mitteldruckaustreiber ( 90 ) to the ZK medium-pressure absorber ( 59 ) of the lower pressure stage, an equal amount of steam must at least from the ZK-Mitteldruckaustreiber ( 70 ) to ZK medium-pressure absorbers ( 22 ) to close the Resorberkreislauf. Optionally - according to the state of the art - in the solution circuit still a quantity balance between expeller / absorber subcircuit and absorber / degasser subcircuit produce when the exchanged between these two subcircuits vapor streams have different proportions of work equipment. The external heat source ( 5 ) is initially divided into several substreams: a first substream ( 92 ) of the external heat source is first for heat absorption by the RK-Höchsttemperaturabsorber ( 84 ) and only then passed to the heat through the steam superheater ( 30 ), a second partial flow ( 93 ) of the external heat source is controlled by the RK peak pressure 80 ), the main stream ( 89 ) of the external heat source by the HK-Hochdruckausustreiber ( 1 ) directed to heat dissipation. Subsequently, all three are united by the first ZK high pressure exporter ( 39 ), finally again by means of valve ( 103 ) divided into two sub-streams, wherein a third sub-stream ( 104 ) of the external heat source through the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the middle temperature range, the fourth partial current of the external heat source ( 105 ) by the RK degasser ( 90 ) to be led.
In
der 12 ist die Darstellung der 9 um einen
Wärmetransformatorteilkreislauf
erweitert statt um einen Resorptionsteilkreislauf wie in 11 dargestellt.
Gegenüber
den Darstellungen der 11 ergeben sich folgende Änderungen:
Rektifizierter ZK-Arbeitsmittelhochdruckdampf (217), der
in der Kreislaufschaltung dem Zusatzkreislauf zuzurechnen ist, wird
dem WT-Kondensator (54a) zugeleitet und dort kondensiert.
Die durch die Kondensation erzeugte WT-Arbeitsmittelflüssigkeit
(55a) wird mittels WT-Arbeitsmittelflüssigkeitspumpe (75)
auf den Höchstdruck
des gesamten Kreislaufes gebracht und in einem WT-Höchstdruckverdampfer
(127) unter Wärmeaufnahme
verdampft. Die Wärmezufuhr erfolgt
durch die externe Wärmequelle,
hier durch einen mittels Ventil (103) hinter dem ersten
ZK-Hochdruckaustreiber (39) abgetrennten fünften Teilstrom (106)
der externen Wärmequelle – also auf
deren niedrigem Temperaturniveau. Der vierte Teilstrom (105)
wird dem ZK-Mitteldruckaustreiber (70) zugeleitet. Der
im WT-Höchstdruckverdampfer
(127) erzeugte WT-Arbeitsmittelhöchstdruckdampf (83a) wird
einem WT-Höchstdruckabsorber
(84a) zugeleitet und dort unter Abgabe von Wärme absorbiert. Diese
Wärme wird
analog zur Darstellung in 11 an
den ersten Teilstrom (92) der externen Wärmequelle übertragen.
Die zur Absorption benötigte
arme WT-Lösung
(85a) wird aus dem HK-Hochdruckaustreiber (1)
entnommen und mittels WT-Lösungspumpe
(86a) dem WT-Höchstdruckabsorber
(84a) zugeleitet. Die durch den Absorptionsvorgang erzeugte reiche
WT-Lösung (87a)
wird mittels WT-Drossel (88a) auf das Druckniveau des HK-Hochdruckaustreibers
(1) gebracht und diesem zugeleitet. Auf einen Wärmeaustausch
zwischen diesen beiden Lösungen
wurde in dieser Darstellung verzichtet. Er wäre vor allem dann vorzunehmen,
wenn die Lösungen
zwischen dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) und dem
WT-Höchstdruckabsorber
(84a) ausgetauscht werden sollen. Das im WT-Höchstdruckabsorber
(84a) erzielbare Temperaturniveau hängt von dem Temperaturniveau
im WT-Höchstdruckverdampfer
(127) (und dem dadurch festgelegten Druckniveau) sowie
dem Temperaturhub zwischen WT-Höchstdruckverdampfer
(127) und WT-Höchstdruckabsorber
(84a) ab. Dieser steigt bekanntlich mit der Abnahme des
Arbeitsmittels in den Lösungen
des WT-Höchstdruckabsorbers
(84a). Der RK-Entgaser (90), die Leitung von RK-Mitteldruckdampf
(91) und der gesamte Teilkreislauf zwischen Mitteldruckabsorber
und Hochdruckaustreibung entfallen. Der Einsatz eines Wärmetransformationsteilkreislaufes
statt eines Resorberteilkreislaufes ist in der Kombination mit einer
alternativen Strom- und/oder Kälteerzeugung vorteilhaft,
weil der ZK-Kondensator (54) für beide Prozesse genutzt wird.In the 12 is the representation of 9 expanded by a heat transformer subcircuit instead of a resorption subcircuit as in 11 shown. Compared to the representations of 11 The following changes result: Rectified ZK high-pressure medium working steam ( 217 ), which is attributable to the additional circuit in the circuit circuit, the WT capacitor ( 54a ) and condensed there. The WT working fluid generated by the condensation ( 55a ) by means of WT working fluid pump ( 75 ) to the maximum pressure of the entire circuit and in a WT ultra-high pressure evaporator ( 127 ) evaporated under heat absorption. The heat is supplied by the external heat source, here by a valve ( 103 ) behind the first ZK high-pressure compressor ( 39 ) separated fifth substream ( 106 ) of the external heat source - ie at its low temperature level. The fourth partial flow ( 105 ) is sent to the ZK medium pressure 70 ). The in the WT high-pressure evaporator ( 127 ) produced WT-Arbeitsmittelhigh pressure steam ( 83a ) is a WT-Höchstdruckabsorber ( 84a ) and absorbed there with the release of heat. This heat is analogous to the representation in 11 to the first partial flow ( 92 ) transmitted to the external heat source. The poor WT solution required for absorption ( 85a ) is taken from the HK high pressure expeller ( 1 ) and removed by means of WT solution pump ( 86a ) the WT high-pressure absorber ( 84a ). The rich WT solution produced by the absorption process ( 87a ) by means of WT throttle ( 88a ) to the pressure level of the HK high pressure actuator ( 1 ) and sent to this. Heat exchange between these two solutions was omitted in this presentation. Above all, it would be necessary if the solutions between the first ZK high-pressure discharge driver ( 39 ) and the WT high-pressure absorber ( 84a ) should be exchanged. In the WT high-pressure absorber ( 84a ) achievable temperature level depends on the temperature level in the WT high-pressure evaporator ( 127 ) (and the thus determined pressure level) as well as the temperature deviation between WT high-pressure evaporator ( 127 ) and WT high-pressure absorbers ( 84a ). This is known to increase with the decrease of the working fluid in the solutions of the WT-Höchstdruckabsorbers ( 84a ). The RK degasser ( 90 ), the line of RK medium pressure steam ( 91 ) and the entire partial circuit between medium-pressure absorber and Hochdruckaustreibung eliminated. The use of a heat transformation subcircuit instead of egg Resorbent partial circulation is advantageous in combination with alternative power and / or cooling, because the ZK capacitor ( 54 ) is used for both processes.
In
diesem Fall wird die erzeugte Arbeitsmittelflüssigkeit mittels Ventil (125)
in zwei Teilströme geteilt
(55a, 55b). Die WT-Arbeitsmittelflüssigkeit (55a)
wird dem WT-Höchstdruckverdampfer
(127) zugeleitet, die ZK-Arbeitsmittelflüssigkeit
(55b) mittels zweiter ZK-Drossel (56) auf Mitteldruckniveau gebracht
und dem ZK-Mitteldruckverdampfer (57) zugeführt. Dort
wird die ZK-Flüssigkeit
(55b) unter Wärmeaufnahme
auf niedrigem Temperaturniveau verdampft. Der ZK-Mitteldruckdampf (63) der unteren Druckstufe
wird dem ZK-Mitteldruckabsorber (59) der unteren Druckstufe
zugeleitet und dort absorbiert. Die erzeugte Kälte aus dem ZK-Mitteldruckverdampfer
(57) und die erzeugte Kälte
(64) aus dem Flüssigkeitskühler (33)
wird mit einem Kälteträgermedium (124)
in einen Kältespeicher
(76) eingeleitet oder einem Kälteverbraucher zugeleitet.
Im Zusatzkreislauf können
Kälteerzeugung
und Stromerzeugung alternativ erfolgen. In Zeiten der ausschließlichen
Stromerzeugung wird mittels Absperrventil (35) die Zuleitung
an den Kondensator unterbunden. Die Kälteerzeugung kann auch in den
Hauptkreislauf eingefügt werden,
wie das bereits in 2 grundsätzlich dargestellt ist.In this case, the working fluid generated by means of valve ( 125 ) divided into two sub-streams ( 55a . 55b ). The WT working fluid ( 55a ) is the WT high-pressure evaporator ( 127 ), the ZK-working fluid ( 55b ) by means of second ZK throttle ( 56 ) to medium-pressure level and the ZK medium-pressure evaporator ( 57 ). There the ZK liquid ( 55b ) evaporates under heat absorption at a low temperature level. The ZK medium-pressure steam ( 63 ) of the lower pressure stage is the ZK medium-pressure absorber ( 59 ) fed to the lower pressure stage and absorbed there. The generated cold from the ZK medium-pressure evaporator ( 57 ) and the generated cold ( 64 ) from the liquid cooler ( 33 ) is mixed with a brine ( 124 ) in a cold storage ( 76 ) or fed to a cold consumer. In the additional cycle, refrigeration and power generation can alternatively take place. In times of exclusive power generation by means of shut-off valve ( 35 ) prevents the supply line to the capacitor. The refrigeration can also be inserted in the main circuit, as already in 2 is shown in principle.
Die
erzeugte Kälte
kann intern zur Steigerung der Stromerzeugung genutzt werden. Die
erzeugte Kälte
wird gespeichert. Es wird zeitweilig aus dem Kältespeicher (76) Kälte entnommen
werden, um mittels eines Kälteträgermediums
(124) die Absorber-eintrittstemperaturen des Niederdruck- und/oder
des Mitteldruckabsorbers abzusenken. Hierdurch kann der jeweils
zu absorbierende Dampf einen geringeren Druck aufweisen und vorher
in der Entspannungsmaschine mehr Arbeit erzeugen. Diese Schaltung
ist aus folgendem Gesichtspunkt sinnvoll: In den meisten Klimaten
der Erde herrscht ein mehr oder minder ausgeprägter Tagesrhythmus der Umgebungstemperatur.
Mit geeigneten Stoffen für die
Sorptionsanlage – wie
sie beispielsweise Ammoniak und Wasser darstellen – kann grundsätzlich der fallenden
Umgebungstemperatur gefolgt werden. Insbesondere besteht bei niedrigen
Umgebungstemperaturen mit dem sogenannten Freecooling auch die Möglichkeit,
tiefere Kühlungstemperaturen
als mit einem durch das Medium Wasser geprägten Nasskühlturm für die Absorber bereitzustellen.
Diese Vorgehensweise hätte
jedoch den Nachteil, dass nachts in der Sorptionsanlage die größte Leistung
abgegeben würde.
Der höchste
Stromverbrauch besteht jedoch in der Regel nicht nachts. Dieser
Nachteil wird beseitigt durch die dargestellte Schaltung mit alternativen
Fahrweisen der Sorptionsanlage: entweder Kälteerzeugung bei verminderter
Stromerzeugung oder durch Kältenutzung
erhöhte
Stromerzeugung oder Stromerzeugung ohne die beiden vorgenannten Fahrweisen.The generated cold can be used internally to increase power generation. The generated cold is stored. It is temporarily from the cold storage ( 76 ) Cold are removed in order to be cooled by means of a coolant ( 124 ) to lower the absorber inlet temperatures of the low-pressure and / or medium-pressure absorber. As a result, the steam to be absorbed in each case can have a lower pressure and produce more work beforehand in the expansion machine. This circuit makes sense from the following point of view: In most climates of the earth there is a more or less pronounced daily rhythm of the ambient temperature. With suitable materials for the sorption plant - as they are, for example, ammonia and water - can always be followed by the falling ambient temperature. In particular, at low ambient temperatures with the so-called free cooling, it is also possible to provide lower cooling temperatures than with a wet cooling tower for the absorbers, which is characterized by the medium of water. However, this approach would have the disadvantage that at night in the sorption the greatest power would be delivered. However, the highest power consumption is usually not at night. This disadvantage is eliminated by the circuit shown with alternative modes of operation of the sorption: either refrigeration with reduced power or by use of cold increased power generation or power generation without the two aforementioned modes.
In
der 13 wird für
den Hauptkreislauf eine zweimalige externe Wärmezufuhr dargestellt, während für den Zusatzkreislauf
entsprechend der Darstellungen in den 6 bis 8 eine
einmalige externe Wärmezufuhr
vorgesehen ist: Die externe Wärmezufuhr
an den Hauptkreislauf erfolgt auf hohem Temperaturniveau im HK-Hochdruckaustreiber (1),
auf mittlerem in einem HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113a).
Dieser HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113a) dient
gleichzeitig als Mitteldruckaustreiber für den HK-Kreislauf. Folglich
wird die aus dem HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113a)
ablaufende ärmste
Lösung
der gesamten Kreislaufschaltung – mittels Ventil (111) – geteilt:
Ein erster Teilstrom wird als arme RK-Lösung
(85) dem RK-Hochdruckabsorber (84b), ein zweiter
Teilstrom als Zusatzstrom armer HK-Lösung (112a) dem HK-Niederdruckabsorber
(7) zugeleitet. Dieser Zusatzstrom armer HK-Lösung (112a) wird mittels
einer vierten HK-Drossel (110a) auf Niederdruck entspannt.
Dem HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113a) wird die
arme HK-Lösung
(14) aus dem HK-Hochdruckaustreiber
(1) und reiche HK-Lösung (15)
aus dem HK-Niederdruck-absorber (7) zugeleitet. Die Menge
dieser reichen HK-Lösung
(15) ist so zu bemessen, dass sowohl der Hauptkreislauf
als auch der Resorberkreislauf geschlossen wird. Die arme HK-Lösung (14)
wird durch den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39), dann
durch den HK/ZK-Lösungswärmetau scher
(65) des mittleren Temperaturbereichs geleitet und auf
Mitteldruck mittels zweiter HK/ZK-Drossel (122a) abgesenkt und
in den HK/RK-Entgaser/Mitteldruck-austreiber (113a) über die
zugehörige
HK/ZK-Abtriebssäule
(133) eingeleitet.In the 13 For the main circuit a two times external heat supply is shown, while for the auxiliary circuit according to the representations in the 6 to 8th A single external heat supply is provided: The external heat supply to the main circuit takes place at a high temperature level in HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) on medium in a HK / RK degasser / medium pressure expander ( 113a ). This HK / RK Degasser / Medium Pressure Driver ( 113a ) also serves as medium pressure expander for the HK cycle. Consequently, the HK / RK deaerator / medium pressure actuator ( 113a ) running poorest solution of the entire circuit circuit - by means of valve ( 111 ) - shared: A first partial flow is called a poor RK solution ( 85 ) the RK high pressure absorber ( 84b ), a second partial flow as an additional flow of poor HK solution ( 112a ) the HK low-pressure absorber ( 7 ). This additional flow of poor HK solution ( 112a ) by means of a fourth HK throttle ( 110a ) relaxed to low pressure. The HK / RK Degasser / Medium Pressure Actuator ( 113a ), the poor HK solution ( 14 ) from the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) and rich HK solution ( 15 ) from the HK low-pressure absorber ( 7 ). The amount of this rich HK solution ( 15 ) is to be designed so that both the main circuit and the Resorberkreislauf is closed. The poor HK solution ( 14 ) is replaced by the first ZK high pressure exporter ( 39 ), then through the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the middle temperature range and to medium pressure by means of second HK / ZK throttle ( 122a ) and into the HK / RK degasser / medium pressure expeller ( 113a ) via the associated HK / ZK output column ( 133 ).
Das
Druckniveau des HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreibers (113a)
wird niedriger als das des ZK-Mitteldruckabsorbers (22)
festgelegt. Der im HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113a)
erzeugte RK-Mitteldruckdampf (91) wird im HK/ZK-Mitteldruckabsorber
(59a) absorbiert, wobei beide auf nahezu dem gleichen Druck
stehen. Von der aus dem HK/ZK-Absorber (59a) ablaufenden
angereicherten HK/ZK-Lösung
(58a) wird nach der HK/ZK-Lösungspumpe (60a) mittels
Ventil (94) angereicherte HK-Lösung (99a) abgetrennt
und über
den Weg zweite HK-Lösungspumpe
(96a) und HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(66, 65) in den HK-Hochdruckaustreiber (1)
eingeleitet, die verbleibende angereicherte ZK-Lösung (61) dem ZK-Absorber
(22) zugeleitet. Aus der Entspannungsmaschine (31)
wird HK-Niederdruckdampf (18) an den HK-Niederdruckabsorber (7)
und ZK-Mitteldruckdampf-(29) an den ZK-Mittel-druckabsorber
(22) abgegeben. Letzterer ZK-Mitteldruckdampf (29)
ist durch Wärmeaufnahme
im ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) und im Rektifikator (2)
erzeugt worden.The pressure level of the HK / RK Degasser / Medium Pressure Driver ( 113a ) is lower than that of the ZK medium-pressure absorber ( 22 ). The HK / RK Degasser / Medium Pressure Actuator ( 113a ) RK medium pressure steam ( 91 ) is used in the HK / ZK medium-pressure absorber ( 59a ), both of which are at nearly the same pressure. From the HK / ZK absorber ( 59a ) enriched HK / ZK solution ( 58a ) after the HK / ZK solution pump ( 60a ) by means of valve ( 94 ) enriched HK solution ( 99a ) and the second HK solution pump ( 96a ) and HK / ZK solution heat exchangers ( 66 . 65 ) into the HK high pressure compressor ( 1 ), the remaining enriched ZK solution ( 61 ) the ZK absorber ( 22 ). From the relaxation machine ( 31 ) HK low pressure steam ( 18 ) to the HK low-pressure absorber ( 7 ) and ZK medium pressure steam ( 29 ) to the ZK-medium-pressure absorber ( 22 ). The latter ZK medium-pressure steam ( 29 ) is by heat absorption in the first ZK-Hochdruckaustreiber ( 39 ) and in the rectifier ( 2 ) has been generated.
Durch
die Festlegung auf Mitteldruck der unteren Druckstufe und auf niedrige
Arbeitsmittelanteile in den Lösungen
des HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreibers (113a) wird zur
Austreibung nur ein relativ niedriges Temperaturniveau benötigt. Dies
möglicht eine
stufenweise Abkühlung
der externen Wärmequelle:
Deren Hauptstrom (89) wird zuerst durch den HK-Hochdruckaustreiber
(1), dann durch den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39),
dann durch den HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113a)
und schließlich
durch den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(66) des unteren Temperaturbereichs geleitet. Wie in der 11 bereits
dargestellt, wird ein erster Teilstrom (92) der externen
Wärmequelle
durch den RK-Höchstdruckabsorber
(84b) und Dampfüberhitzer
(30) geleitet. In der 13 wird
dieser erste Teilstrom (92) mit dem Hauptstrom (89)
vor dem HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113a) wieder zugemischt.
Ein dritter Teilstrom (104) der externen Wärmequelle
wird mittels Ventil (103) nach dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber
(39) abgetrennt und durch den HK/ZK-Lösungswärmetauscher (65) des mittleren
Temperaturbereichs geleitet. Dieser dritte Teilstrom (104)
wird dem Hauptstrom (89) der externen Wärmequelle erst vor dem HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(66) des unteren Temperaturbereichs wieder zugemischt.
Abweichend von der 11 wird somit im HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(65) des mittleren Temperaturbereichs Wärme auch von der armen HK-Lösung (14),
im HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(66) des unteren Temperaturbereichs aus von dem vierten
Teilstrom (105) der externen Wärmequelle, nicht jedoch aus
der armen HK-Lösung
(14) abgegeben.By setting to medium pressure of the lower pressure stage and to low working agent proportions in the solutions of the HK / RK degasser / medium pressure drift ( 113a ) only a relatively low temperature level is required for expulsion. This allows a gradual cooling of the external heat source: its main stream ( 89 ) is first detected by the HK high-pressure 1 ), then through the first ZK high pressure exporter ( 39 ), then through the HK / RK Degasser / Mitteldruckaustreiber ( 113a ) and finally by the HK / ZK solution heat exchanger ( 66 ) of the lower temperature range. Like in the 11 already shown, a first partial flow ( 92 ) of the external heat source by the RK-Höchstdruckabsorber ( 84b ) and steam superheater ( 30 ). In the 13 this first partial flow ( 92 ) with the main stream ( 89 ) in front of the HK / RK degasser / medium pressure actuator ( 113a ) mixed again. A third partial flow ( 104 ) of the external heat source is by means of valve ( 103 ) after the first ZK high pressure exporter ( 39 ) and separated by the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the middle temperature range. This third sub-stream ( 104 ) is the main stream ( 89 ) of the external heat source only before the HK / ZK solution heat exchanger ( 66 ) of the lower temperature range remixed. Deviating from the 11 is thus used in the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the medium temperature range heat from the poor HK solution ( 14 ), in the HK / ZK solution heat exchanger ( 66 ) of the lower temperature range from the fourth partial flow ( 105 ) of the external heat source, but not from the poor HK solution ( 14 ).
Die
angereicherte HK-Lösung
(99a) wird nach dem HK/ZK-Lösungswärmetauscher (65) des mittleren
Temperaturbereichs abweichend von der Darstellung der 12 unterkühlt in den
mittleren Teil der Abtriebssäule
des Rektifikators (2) eingeleitet. Der HK-Lösungswärmetauscher
(19a) des oberen Temperaturbereichs entfällt. Damit
wird ein Beitrag zur Rektifikation geleistet, wodurch der erste Teilstrom
(53) reicher ZK-Lösung
reduziert werden kann, wenn der Mischdampf einen höheren Anteil von
Lösungsmittel
aufweist als es dem Gleichgewichtszustand mit der reichen HK-Lösung entspräche. Dies
ist z.B. bei Einsatz eines Plattenwärmeüberträgers mit Gleichstrom von Lösung und
Dampf gegeben.The enriched HK solution ( 99a ) after the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the mean temperature range deviating from the representation of 12 subcooled in the middle part of the output column of the rectifier ( 2 ). The HK solution heat exchanger ( 19a ) of the upper temperature range is eliminated. This makes a contribution to the rectification, whereby the first partial flow ( 53 ) rich ZK solution can be reduced if the mixed vapor has a higher proportion of solvent than it would correspond to the equilibrium state with the rich HK solution. This is for example when using a plate heat exchanger with DC of solution and steam.
Für die Rektifikation
wird eine weitere Variante angewendet: Die aus dem HK-Hochdruckaustreiber
(1) austretenden Mischdämpfe
werden im Rektifikator (2) mittels des ersten Teilstromes
(53) der reichen ZK-Lösung
rektifiziert. Für
den ZK-Arbeitsmitteldampf (217) aus dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber
(39) wurde ein so hoher Anteil an Arbeitsmittel unterstellt,
dass auf eine Rektifikation verzichtet werden kann.For the rectification, another variant is used: The from the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) leaving mixed vapors in the rectifier ( 2 ) by means of the first partial flow ( 53 ) rectified the rich ZK solution. For the ZK-agent vapor ( 217 ) from the first ZK high pressure expeller ( 39 ), a high proportion of work equipment was assumed that can be dispensed with a rectification.
In
der 13 steht im Resorberkreislauf der RK-Höchstdruckabsorber
(84b) auf dem gleichen Druckniveau wie der HK-Hochdruckaustreiber
(1). Dem RK-Hochdruckabsorber (84b) wird ein Teilstrom (116)
des im HK-Hochdruckaustreiber (1) erzeugten Arbeitsmittelhochdruckdampfes
zugeleitet und dort absorbiert. Ein eigenständiger Austreiber/Absorber-Teilkreislauf
ist nicht vorhanden. Der in 11 dargestellte
RK-Höchstdruckaustreiber
(80) und die zugehörigen
Leitungen entfallen. Die im RK-Hochdruckabsorber (84b)
erzeugte reiche RK-Lösung
(87) wird in den Lösungswärmetauschern
(19a, 65, 66) abgekühlt und durch die vierte RK-Drossel
(109) auf Niederdruck entspannt und in den HK-Niederdruckabsorber
(7) eingeleitet.In the 13 is in the resorber cycle of the RK-Höchstdruckabsorber ( 84b ) at the same pressure level as the HK high pressure compressor ( 1 ). The RK high-pressure absorber ( 84b ), a partial flow ( 116 ) in the HK high pressure actuator ( 1 ) supplied high-pressure working fluid and absorbed there. An independent expeller / absorber subcircuit does not exist. The in 11 represented RK-Höchstdruckaustreiber ( 80 ) and the associated lines omitted. The in the RK high-pressure absorber ( 84b ) generated rich RK solution ( 87 ) is used in the solution heat exchangers ( 19a . 65 . 66 ) and through the fourth RK throttle ( 109 ) to low pressure and into the HK low-pressure absorber ( 7 ).
In
der 14 wird für
den Hauptkreislauf eine einmalige externe Wärmezufuhr, für den Zusatzkreislauf
zum Teil eine zweimalige, zum Teil eine einmalige externe Wärmezufuhr
dargestellt. Kreislaufschaltungen wie sie in den 8, 9, 11, 12 dargestellt
sind, werden um einen zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119)
erweitert, der so eingefügt
wird, dass im Zusatzkreislauf zwei Teilkreisläufe jeweils zwischen einem
ZK-Mitteldruckabsorber (59 bzw. 22) und einem
ZK-Hochdruckaustreiber (119 bzw. 39) gebildet
werden. Sie überlagern
sich untereinander und mit dem Hauptkreislauf und dem – hier ebenfalls
dargestellten – Resorberkreislauf.
Für den
zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119) wird das gleiche Druckniveau
wie für
den HK-Hochdruckaustreiber
(1) und den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39)
bestimmt. Dem zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119) wird
die arme HK-Lösung
(20) des ersten ZK-Hochdruckaustreibers (39) und
ein vierter Teilstrom (99) der angereicherten Lösung (58)
aus dem ZK-Mitteldruckabsorber
(59) der unteren Druckstufe – unterstützt durch die vierte ZK-Lösungspumpe
(96) – über die
dritte ZK-Abtriebssäule
(129) eingeleitet. Von dem aus dem ZK-Mitteldruckabsorber (59) der unteren
Druckstufe ablaufenden Summenstrom (58) angereicher ter
ZK-Lösungen
wird zuvor mittels Ventil (94) die angereicherte ZK-Lösung (61)
abgetrennt und an den ZK-Absorber (22) geleitet. Von dem
verbleibenden zweiten Teilstrom (95) wird mittels Ventil (98)
ein dritter Teilstrom (97) angereicherte ZK-Lösung abgetrennt
und dem ZK-Mitteldruckaustreiber (70)
zugeleitet. Die aus dem zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119)
ablaufende verarmte ZK-Lösung (123)
wird dem HK-Hochdruckaus-treiber (1) zugeleitet. In der
Kreislaufschaltung ist der Arbeitsmittelanteil der verarmten ZK-Lösung (123)
durch die reiche HK-Lösung
(015), der Arbeitsmittelanteil der armen ZK-Lösung (20)
durch die angereicherte ZK-Lösung (58)
festgelegt. Analog zu der Ausführung
zur 12 ist von den ZK-Mitteldruckabsorbern (59; 22)
jeweils zu den korrespondierenden Hochdruckaustreibern (1, 119)
reiche Lösung
(015, 99) nur als Differenzmenge zuzuleiten. Von
dem im zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119) ausgetriebenen
Hochdruckdampf wird ein erster Teilstrom (114) in den RK-Hochdruckabsorber
(84b), ein zweiter Teilstrom (115) in den Rektifikator
(2) eingeleitet.In the 14 For the main circuit, a one-time external heat supply, for the additional circuit partly a two times, sometimes a one-time external heat supply is shown. Circuitry as in the 8th . 9 . 11 . 12 are shown around a second ZK Hochdruckausustreiber ( 119 ), which is inserted so that in the additional circuit two partial circuits each between a ZK medium-pressure absorber ( 59 respectively. 22 ) and a ZK high pressure exporter ( 119 respectively. 39 ) are formed. They overlap with each other and with the main circuit and - also shown here - Resorberkreislauf. For the second ZK high pressure compressor ( 119 ) is the same pressure level as for the HK high-pressure 1 ) and the first ZK high pressure exporter ( 39 ) certainly. The second ZK high pressure exporter ( 119 ), the poor HK solution ( 20 ) of the first ZK high-pressure driver ( 39 ) and a fourth substream ( 99 ) of the enriched solution ( 58 ) from the ZK medium-pressure absorber ( 59 ) of the lower pressure stage - supported by the fourth ZK solution pump ( 96 ) - via the third ZK output column ( 129 ). From the ZK medium-pressure absorber ( 59 ) of the lower pressure stage running cumulative flow ( 58 ) enriched ZK solutions is previously by means of valve ( 94 ) the enriched ZK solution ( 61 ) and to the ZK absorber ( 22 ). From the remaining second substream ( 95 ) is by means of valve ( 98 ) a third partial flow ( 97 ) enriched ZK solution and the ZK medium pressure ( 70 ). Those from the second ZK high pressure compressor ( 119 ) expired ZK solution ( 123 ), the HK high-pressure driver ( 1 ). In the circulation circuit, the proportion of working medium of the depleted ZK solution ( 123 ) by the rich HK solution ( 015 ), the proportion of working capital of the poor CC solution ( 20 ) by the enriched ZK solution ( 58 ). Analogous to the version for 12 is from the ZK medium-pressure absorbers ( 59 ; 22 ) in each case to the corresponding Hochdruckausustreibern ( 1 . 119 ) rich solution ( 015 . 99 ) only as a difference. From that in the second ZK-Hochdruckaustreiber ( 119 ) expelled high pressure steam is a first partial flow ( 114 ) into the RK high pressure absorber ( 84b ), a second partial flow ( 115 ) in the rectifier ( 2 ).
Im
Hauptkreislauf kommt es im Bereich der reichen Lösung zu einer Überlagerung
zwischen HK/ZK-Niederdruckabsorber (7a) und ZK-Mitteldruckaustreiber
(70) wie sie bereits in der 12 dargestellt
ist. Die arme ZK-Lösung
(73) des Mitteldruck/Niederdruckkreislaufes wird durch
den ZK-Mitteldruckaustreiber (70) und der Zusatzstrom armer ZK-Lösung (112)
wird durch den ZK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113)
jeweils zur Wärmeabgabe
rückgeführt und
mittels fünfter
ZK-Drosselung (126) bzw. vierter ZK-Drossel (110)
gedrosselt dem HK/ZK-Niederdruckabsorber (7a) zugeleitet.
In der Kreislaufschaltung der 14 werden
sich in der Regel die Arbeitsmittelanteile der Lösung (14, 73, 87, 112)
unterscheiden, die dem HK/ZK-Niederdruckabsorber (7a) zugeführt werden.
Dem ZK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113) wird ein
Teilstrom reicher ZK-Lösung
(117) zugeleitet, nachdem er vom Hauptstrom (0015)
mittels Regelventil (67) abgetrennt wurde. Dieser Nebenstrom
muss so groß festgelegt
werden, dass durch die Austreibung im ZK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber
(113) die arme RK-Lösung
(85) erzeugt wird.In the main cycle, in the area of the rich solution, there is an overlap between HK / ZK low-pressure absorbers ( 7a ) and ZK medium pressure driver ( 70 ) as already in the 12 is shown. The poor CC solution ( 73 ) of the medium pressure / low pressure circuit is controlled by the ZK medium pressure 70 ) and the additional current of poor ZK solution ( 112 ) is controlled by the ZK / RK degasser / medium pressure actuator ( 113 ) each returned to the heat and by means of fifth CC throttling ( 126 ) or fourth CC throttle ( 110 ) throttles the HK / ZK low-pressure absorber ( 7a ). In the circuit of the 14 As a rule, the work equipment of the solution ( 14 . 73 . 87 . 112 ), the HK / ZK low pressure absorber ( 7a ). The ZK / RK degasser / medium pressure actuator ( 113 ), a partial stream of rich ZK solution ( 117 ), after being disconnected from the main stream ( 0015 ) by means of control valve ( 67 ) was separated. This secondary flow must be set so high that the expulsion in the ZK / RK deaerator / medium pressure actuator ( 113 ) the poor RK solution ( 85 ) is produced.
Der
Hauptstrom der externen Wärmequelle (89)
wird nacheinander durch den HK-Hochdruckaustreiber (1),
den zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119) und den ersten
ZK-Austreiber (39) geleitet, dann mittels Ventil (103)
in drei parallele Teilströme (104, 105, 106)
aufgeteilt, wobei einer (104) durch den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(65) des mittleren Temperaturbereichs, einer (105)
durch den ZK-Mitteldruckaustreiber (70), einer (106)
durch den ZK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber (113) geführt wird.
Vereint werden diese Teilströme
schließlich durch
den HK/ZK-Lösungswärmetauscher
(66) des unteren Temperaturbereichs geführt.The main current of the external heat source ( 89 ) is successively through the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ), the second ZK high pressure exporter ( 119 ) and the first ZK exporter ( 39 ), then by valve ( 103 ) into three parallel substreams ( 104 . 105 . 106 ), whereby one ( 104 ) through the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the medium temperature range, a ( 105 ) by the ZK medium pressure driver ( 70 ), one ( 106 ) by the ZK / RK Degasser / Mitteldruckaustreiber ( 113 ) to be led. These partial streams are finally combined by the HK / ZK solution heat exchanger ( 66 ) of the lower temperature range.
Durch
die zweimalige externe Wärmezufuhr an
den Zusatzkreislauf kann in der Entspannungsmaschine (31)
der im ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) sowie der durch
Wärmeaufnahme
im Rektifikator (2) erzeugte Arbeitsmitteldampf (217)
bis auf Niederdruck, der im zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119) erzeugte
Arbeitsmitteldampf (114) teilweise bis auf Niederdruck, überwiegend
auf Mitteldruck der unteren Druckstufe, der im HK-Hochdruckaustreiber
(1) erzeugte Arbeitsmitteldampf auf Niederdruck entspannt
werden. Es sind allerdings die Größen der Wärmezufuhr an den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39)
unter Berücksichtigung
der Wärmezufuhr
im Rektifikator an den Zusatzkreislauf und an den ZK-Mitteldruckaustreiber
(70) so aufeinander abzustimmen, dass in keinem Austreiber
ein Dampfüberschuss
oder -unterschuss produziert wird.Due to the two external heat supply to the auxiliary circuit can in the expansion machine ( 31 ) in the first ZK high pressure exporter ( 39 ) as well as by heat absorption in the rectifier ( 2 ) generated working medium vapor ( 217 ) except for low pressure, which in the second ZK high pressure compressor ( 119 ) generated working medium vapor ( 114 ) partially down to low pressure, mainly at medium pressure of the lower pressure stage, in the HK-Hochdruckaustreiber ( 1 ) can be relaxed to low pressure working medium vapor. However, it is the sizes of the heat input to the first ZK high pressure output driver ( 39 ) taking into account the heat input in the rectifier to the auxiliary circuit and to the centralized medium pressure compressor ( 70 ) in such a way that in no expeller a vapor surplus or surplus is produced.
Für die reichen
Lösungen
(15, 58, 24) wird jeweils eine Rückführung (42, 43, 43a)
durch die Absorber (7, 59, 22) dargestellt,
aus dem sie ablaufen. Hierdurch werden der benötigte Kühlungsbedarf und die externe
Wärmezufuhr
reduziert.For the rich solutions ( 15 . 58 . 24 ) is a return ( 42 . 43 . 43a ) through the absorbers ( 7 . 59 . 22 ), from which they run. As a result, the required cooling demand and the external heat supply can be reduced.
In
der 15 wird der ZK-Austreiber (70) auf Mitteldruck
der niedrigen Druckstufe eingestellt; der in ihm erzeugte ZK-Mitteldruckdampf
(71) wird folglich dem entsprechenden ZK-Mitteldruckabsorber (59)
zugeleitet. Die in 14 dargestellte Zuleitung eines
Teilstromes (97) angereicherter ZK-Lösung (95) entfällt. Dem
RK-Entgaser (90) wird keine reiche HK-Lösung zugeleitet. Für RK-Entgaser
(90) und ZK-Mitteldruckaustreiber (70) wird derselbe
Druck bestimmt, so dass die Dampfströme aus beiden in den ZK-Mitteldruckabsorber
(59) der unteren Druckstufe eingeleitet werden können. Die
aus dem RK-Hochdruckabsorber (84b) ablaufende reiche RK-Lösung (87)
wird im RK-Hochtemperaturlösungswärmetauscher
(101b) tiefer als in der Schaltung nach 14 abgekühlt, danach
durch den RK-Entgaser (90) geführt, dann mittels zweiter RK-Drossel (88)
auf Mitteldruck der unteren Druckstufe abgesenkt und in den RK-Entgaser
(90) über
die zugehörige
RK-Abtriebssäule
(131) eingeleitet. Da die Temperatur der reichen RK-Lösung (87) und in der
Regel auch des ersten Teilstromes (92) der externen Wärmequelle
nach dem Dampfüberhitzer
(30) höher
liegt als die Temperatur des Hauptstromes der externen Wärmequelle
(89) nach dem ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39),
kann im RK-Entgaser (90) eine ärmere RK-Lösung (85) als im ZK-Mitteldruckaustreiber (70)
erzeugt werden. Mit dieser Schaltung kann der im zweiten ZK-Hochdruckaustreiber
(119) erzeugte Arbeitsmittelhochdruckdampf (115)
in der Entspannungsmaschine (31) grundsätzlich auf Niederdruck, der
im ersten ZK-Hochdruckaustreiber
(39) erzeugte ZK-Arbeitsmittelhochdruckdampf (217)
und der durch Wärmeaufnahme
im Rektifikator (2) erzeugte Dampf bis auf Mitteldruck
der höheren
Druckstufe (22) entspannt werden. Der entnommene ZK-Mitteldruckdampf
(63) wird entsprechend von der Entspannungsmaschine (31)
zum ZK-Mitteldruckabsorber (22) geleitet. Es sind allerdings
die Größen der
Wärmezufuhr
an den zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119) sowie an den
HK/RK-Entgaser/Mitteldruckaustreiber
(113) und an den ZK-Mitteldruckaustreiber (70)
so aufeinander abzustimmen, dass in keinem Austreiber ein Dampfüberschuss
oder -unterschuss produziert wird.In the 15 becomes the ZK exporter ( 70 ) set to medium pressure of low pressure level; the ZK medium-pressure steam generated in it ( 71 ) is thus the corresponding ZK medium-pressure absorber ( 59 ). In the 14 illustrated supply line of a partial flow ( 97 ) enriched ZK solution ( 95 ) deleted. The RK degasser ( 90 ), no rich HK solution is supplied. For RK degasser ( 90 ) and ZK medium pressure driver ( 70 ), the same pressure is determined so that the vapor streams from both into the ZK medium-pressure absorber ( 59 ) of the lower pressure level can be initiated. From the RK high-pressure absorber ( 84b ) rich RK solution ( 87 ) is used in the RK high-temperature solution heat exchanger ( 101b ) deeper than in the circuit 14 cooled, then through the RK degasser ( 90 ), then by means of second RK throttle ( 88 ) lowered to medium pressure of the lower pressure stage and in the RK degasser ( 90 ) via the associated RK output column ( 131 ). Because the temperature of the rich RK solution ( 87 ) and usually also the first partial flow ( 92 ) of the external heat source after the steam superheater ( 30 ) is higher than the temperature of the main stream of the external heat source ( 89 ) after the first ZK high pressure exporter ( 39 ), in the RK degasser ( 90 ) a poorer RK solution ( 85 ) than in the Central Medium Pressure Compressor ( 70 ) be generated. With this circuit, the in the second ZK-Hochdruckaustreiber ( 119 ) produced high-pressure working fluid ( 115 ) in the expansion machine ( 31 ) in principle to low pressure, which in the first ZK-Hochdruckaustreiber ( 39 ) generated ZK-Arbeitsmittelhochdruckdampf ( 217 ) and by heat absorption in the rectifier ( 2 ) generated steam up to medium pressure of the higher pressure level ( 22 ) be relaxed. The extracted ZK medium-pressure steam ( 63 ) is correspondingly from the expansion machine ( 31 ) to the ZK medium-pressure absorber ( 22 ). However, it is the sizes of the heat supply to the second ZK-Hochdruckausustreiber ( 119 ) as well as the HK / RK degasser / medium pressure 113 ) and to the ZK medium pressure driver ( 70 ) in such a way that in no expeller a vapor surplus or surplus is produced.
Die
in 15 dargestellte Schaltung mit Zuordnung des ZK-Mitteldruckaustreibers
(70) auf die untere Mitteldruckstufe ist gegenüber den
in den 9 bis 12 und 14 dargestellten
Schaltungen – dort
Zuordnung des ZK-Mitteldruckaustreibers (70) auf die obere
Mitteldruckstufe – bei
höheren
Maximaltemperaturen der Wärmequelle
energetisch günstiger:
Hoher Druck ist bei höheren
Maximaltemperaturen der Wärmequelle
energetisch geboten. Trotzdem kann die Wärmequelle in der Schaltung nach 15 bis
auf tiefe Temperaturen ausgenutzt werden. Im ersten ZK-Hochdruckaustreiber
muss der Arbeitsmittelanteil in dessen reicher ZK-Lösung (24 bzw. 44 und 53)
angehoben werden, um rektifikationsfreien Dampf (z.B. 0,99 % Arbeitsmittelanteil)
zu erzeugen. Damit muss der Druck im ZK-Mitteldruckabsorber (22)
ansteigen, um die Wärmeabfuhr durchführen zu
können.
Entsprechend steigt auch der Druck und damit das benötigte Temperaturniveau der
externen Wärmezufuhr
im korrespondierenden Mitteldruckaustreiber des oberen Druckniveaus.
Bei externer Wärmezufuhr
an diesen Mitteldruckabsorber kann die Wärmequelle nicht mehr bis auf
sehr tiefe Temperatur ausgekühlt
werden. Zudem steigt das Druckverhältnis für den im ersten ZK-Hochdruckaustreiber
(39) erzeugten Entnahmedampf (63) bei Absorption
im korrespondierenden Mitteldruckabsorber (22) unter der
genannten Bedingung an, nimmt also auch an dem Vorteil höheren Maximaldruckes
teil.In the 15 illustrated circuit with assignment of the ZK medium pressure driveway ( 70 ) on the lower medium pressure level is opposite to in the 9 to 12 and 14 shown circuits - there assignment of the ZK medium pressure drift ( 70 ) to the upper medium pressure stage - at higher maximum temperatures of the heat source energetically favorable: high pressure is energetically required at higher maximum temperatures of the heat source. Nevertheless, the heat source in the circuit after 15 exploited to low temperatures. In the first ZK high pressure exporter, the proportion of working fluid in its rich ZK solution ( 24 respectively. 44 and 53 ) to generate rectification-free steam (eg, 0.99% working agent content). Thus, the pressure in the ZK medium-pressure absorber ( 22 ) to carry out the heat dissipation can. Accordingly, the pressure and thus the required temperature level of the external heat supply in the corresponding medium-pressure expander of the upper pressure level increases. With external heat supply to this medium-pressure absorber, the heat source can not be cooled down to very low temperature. In addition, the pressure ratio for the first ZK-Hochdruckaustreiber ( 39 ) generated withdrawal steam ( 63 ) when absorbed in the corresponding medium-pressure absorber ( 22 ) under the condition mentioned, so also participates in the advantage of higher maximum pressure.
Die
aus dem zweiten ZK-Hochdruckaustreiber (119) ablaufende
verarmte ZK-Lösung
(123) wird abweichend von der Darstellung der 14 in
den mittleren Teil der Abtriebssäule
des Rektifikators (2) eingeleitet. Damit wird ein Beitrag
zur Rektifikation geleistet, wenn der Mischdampf einen höheren Anteil von
Lösungsmittel
aufweist, als es dem Gleichgewichtszustand mit der reichen HK-Lösung entspräche. Dies
ist z.B. bei Einsatz eines Plattenwärmeüberträgers mit Gleichstrom von Lösung und
Dampf gegeben. Die in 13 dargestellte Einleitung unterkühlter HK-Lösung kann
als alternative Maßnahme erfolgen.
Insgesamt ist die Maßnahme
bei zwei ZK-Hochdruckaustreibern im Zusatzkreislauf energetisch
wirkungsvoller als bei einem Hochdruckaustreiber.Those from the second ZK high pressure compressor ( 119 ) expired ZK solution ( 123 ) is different from the representation of 14 in the middle part of the output column of the rectifier ( 2 ). Thus, a contribution to the rectification is made if the mixed steam has a higher proportion of solvent than would correspond to the equilibrium state with the rich HK solution. This is for example when using a plate heat exchanger with DC of solution and steam. In the 13 shown introduction of supercooled HK solution can be done as an alternative measure. Overall, the measure is energetically more effective with two ZK high-pressure exhausts in the additional circuit than with a high-pressure expeller.
Abweichend
zur bisherigen Darstellung wird der zweite Teilstrom (108)
armer HK-Lösung
nicht durch den ersten ZK-Hochdruckaustreiber (39) und gegebenenfalls
nicht durch den zweiten ZK-Hochdruckaustreiber
(119) geführt,
sondern durch Wärmeabgabe
an einen externen Wärmeverbraucher (118)
abgekühlt,
bevor dieser Teilstrom durch den HK/ZK-Lösungswärmetauscher (65) des
mittleren Temperaturniveaus geführt
wird.Deviating from the previous presentation, the second partial flow ( 108 ) poor HK solution not by the first ZK-Hochdruckaustreiber ( 39 ) and possibly not by the second ZK-Hochdruckaustreiber ( 119 ), but by heat to an external heat consumer ( 118 ) cooled before this partial flow through the HK / ZK solution heat exchanger ( 65 ) of the mean temperature level.
Die
reichen Lösungen
(15, 58, 24) werden durch den Absorber
mit der höchsten
Anfangstemperatur zur Wärmeaufnahme
rückgeführt (43):
Dies wird für
den ZK-Mitteldruckabsorber (59) der unteren Druckstufe
angenommen. Hierdurch werden der benötigte Kühlungsbedarf und die externe
Wärmezufuhr
optimal reduziert.The rich solutions ( 15 . 58 . 24 ) are recycled by the absorber with the highest initial temperature for heat absorption ( 43 ): This is done for the ZK medium-pressure absorber ( 59 ) of the lower pressure level. As a result, the required cooling demand and the external heat supply are optimally reduced.
Die
Einführung
des Resorberteilkreislaufes oder Wärmetransformationsteilkreislaufes
dient dazu, den Arbeitsmitteldampf vor der Entspannungsmaschine
auf ein höheres
Temperaturniveau zu bringen als es durch direkte Nutzung der Wärmequelle möglich wäre. Liegt
die Wärmequellentemperatur
bereits relativ hoch, so kann der mögliche Temperaturhub mittels
dieses Verfahrenschrittes durch Stabilitätsgrenzen des Arbeitsmittels
begrenzt werden, bzw. nicht mehr sinnvoll anwendbar sein. Beide
Verfahren sind wegen des erfindungsgemäßen hohen Druckverhältnisses
für die
Krafterzeugung wirkungsvoll und in manchen Anwendungsfällen auch
notwendig, um unzulässige
Dampfnässe
im Entspannungsapparat zu vermeiden. Hierbei haben Schaltungen entsprechend
der Darstellung in den 13 bis 15 insofern
Vorteile als die Zahl zusätzlicher
Apparate gering bleibt, bei zusätzlicher
Kälteerzeugung gilt
dies für
die Schaltung entsprechend der 12.The introduction of the resorb subcircuit or heat transformation subcircuit serves to bring the working medium vapor before the expansion machine to a higher temperature level than would be possible by direct use of the heat source. If the heat source temperature is already relatively high, then the possible temperature deviation can be limited by means of this method step by stability limits of the working medium, or it can no longer be usefully applied. Both methods are effective because of the high pressure ratio according to the invention for the generation of force and in some cases also necessary to avoid impermissible moisture vapor in the expansion apparatus. Here have circuits as shown in the 13 to 15 insofar advantages as the number of additional equipment remains low, with additional cooling this applies to the circuit according to the 12 ,
In
der 16 wird dargestellt, im Hauptkreislauf zwei verschiedene
Verdampfungsdruckniveaus aus einer Wärmequelle durch lösungsseitige
Hintereinanderschaltung von zwei Absorbern zu bedienen. Gegenüber der
Darstellung der Schaltung in der 6 ergeben
sich folgende Veränderungen:
In der Entspannungsmaschine (31) wird Arbeitsmittel bis auf
Niedrigstdruck entspannt und dieser Arbeitsmittelniedrigstdruckdampf
(134) einem Niedrigstdruckabsorber (135) zur Absorption
zugeleitet. Die Absorption erfolgt unter Wärmeabgabe mittels der zugeleiteten
armen HK-Lösung
(14): Die gebildete angereicherte arme HK-Lösung (137)
wird mittels der dritten HK-Lösungspumpe
(136) auf Niedrigdruck angehoben und dem HK-Niedrigdruckabsorber
(7) zur Absorption zugeleitet. Der HK-Niedrigdruckdampf (18)
wird aus der Entspannungsmaschine (31) durch Anzapfung
oder Entnahme abgeführt.
Die arme HK-Lösung (14)
wird in der ersten HK-Drossel (6) auf Niedrigstdruck gedrosselt.
Diese Schaltung ist in allen Schaltungen der Typen II und III anwendbar, wenn
Temperaturen oberhalb ca. 150 °C
ausgenutzt werden sollen und eine Entspannung bis in den Unterdruck
akzeptiert wird. Die Zahl der Absorber erhöht sich in den Schaltungen
der 6 bis 15 jeweils um eins.In the 16 is shown to operate in the main circuit two different evaporation pressure levels from a heat source by solution-side series connection of two absorbers. Opposite the representation of the circuit in the 6 The following changes occur: In the relaxation machine ( 31 ) working fluid is depressurized to the lowest pressure and this working fluid low pressure steam ( 134 ) a low-pressure absorber ( 135 ) for absorption. The absorption takes place with release of heat by means of the supplied poor HK solution ( 14 ): The formed enriched poor HK solution ( 137 ) is carried out by means of the third HK solution pump ( 136 ) raised to low pressure and the HK-low pressure absorber ( 7 ) for absorption. The HK low-pressure steam ( 18 ) is removed from the expansion machine ( 31 ) removed by tapping or removal. The poor HK solution ( 14 ) is in the first HK throttle ( 6 ) throttled to the lowest pressure. This circuit is applicable in all circuits of types II and III, if temperatures above about 150 ° C to be exploited and a relaxation is accepted into the negative pressure. The number of absorbers increases in the circuits of 6 to 15 each at one.
Nicht
nur die Ausgestaltung der Erfindung bei ihrer Anwendung im Absorptions-Kraft-Zyklus hängt von
der Eigenschaft der Wärmequelle
ab, sondern auch ihre Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:
Der
Vorteil der Erfindung bei diesen Schaltungen steigt mit zunehmendem
Anfall der Rückkühlwärme. Die
gilt grundsätzlich
bei allen drei Kreislaufschaltungstypen I bis III. Hoher Anfall
von Rücklaufwärme ist
bei der Nutzung auch zur Kälteerzeugung
oder im Schwerpunkt zur Kälteerzeugung
gegeben, insbesondere wenn Tieftemperaturkälte erzeugt werden soll (1 bis 4).Not only the embodiment of the invention in its application in the absorption-force cycle depends on the nature of the heat source, but also its advantages over the prior art:
The advantage of the invention in these circuits increases with increasing seizure of the Rückkühlwärme. This applies in principle to all three circuit types I to III. High amount of return heat is also present during use for cooling or at the center of gravity for cooling, in particular when low-temperature cold is to be generated ( 1 to 4 ).
Wird
der Absorptions-Kraft-Zyklus bei einer Wärmequelle mit stetig fallender
Temperatur, aber geringer Temperaturspreizung eingesetzt, so kann man
den Kreislauf so auslegen, dass die reiche Lösung einen so hohen Anteil
des Arbeitsmittels Ammoniak enthält,
dass der Rückkühlbedarf
ziemlich gering bleibt oder auf die Rektifikation verzichtet werden kann.
Die erfindungsgemäße Kreislaufschaltung
des Typs I bringt für
diesen Fall den Vorteil, dass die Entspannung mit einem größeren Druckverhältnis durchgeführt werden
kann. Weil jedoch die Entspannung für den Mitteldruckdampf geringer
als bei Anlagen nach dem Stand der Technik ausfällt, ist der energetischen
Vorteil der Gesamtanlage wie sie in den 1 und 4 dargestellt
sind, nicht sehr hoch, wenn keine Kältenutzung vorgenommen wird.
Merklich größer ist
der Vorteil, wenn der kalte Niederdruckdampf zur Kälteerzeugung
parallel zur Stromerzeugung herangezogen werden soll. Hierzu muss
ein relativ geringer Niederdruck gewählt werden. Dies ist nur mit
niedrigeren Arbeitsmittelanteilen in der reichen Lösung (des
Hauptkreislaufes) zu erreichen. Eine Rektifikation ist dann erforderlich
und die Rückkühlwärme ist
dann keine zu vernachlässigende
Größe.If the absorption force cycle is used in a heat source with constantly decreasing temperature, but low temperature spread, so you can design the circuit so that the rich solution contains such a high proportion of the working fluid ammonia that the Rückkühlbedarf remains fairly low or on the Rectification can be dispensed with. The circulation circuit of the type I according to the invention brings in this case the advantage that the relaxation can be carried out with a larger pressure ratio. However, because the relaxation for the medium-pressure steam fails lower than in systems of the prior art, the energy advantage of the entire system as in the 1 and 4 are not very high if no use of cold is made. Significantly greater is the advantage if the cold low-pressure steam for cooling generation to be used in parallel with the power generation. For this purpose, a relatively low low pressure must be selected. This can only be achieved with lower proportions of working fluid in the rich solution (the main circuit). A rectification is then required and the Rückkühlwärme is then no negligible size.
Eine ähnliche
Situation stellt sich bei der vorgeschlagenen alternativen Nutzung
entweder als Absorptions-Kraft-Zyklus oder als Absorptions-Kälteanlage.
Wird Kälte
mit relativ tiefer Temperatur verlangt, so geht das im Prozess mit
niedrigen Arbeitsmittelanteilen und entsprechend hoher Rückkühlwärme einher.
Nur bei reinem Strombetrieb kann die Lösungskonzentration in Richtung
hoher Anteil des Arbeitsmittels verschoben werden, nicht bei gleichzeitiger Produktion
von Strom und Kälte.A similar
Situation arises in the proposed alternative use
either as an absorption-force cycle or as an absorption refrigeration system.
Will cold
Requires a relatively low temperature, so that goes in the process
low work equipment and correspondingly high return heat.
Only in pure current operation, the solution concentration in the direction
high proportion of work equipment, not simultaneous production
of electricity and cold.
Soll
eine Wärmequelle
mit stetig fallender Temperatur und großer Temperaturspreizung genutzt werden,
bei der die untere Nutzgrenze noch einen größeren Abstand zur Umgebungstemperatur
aufweist (z.B. Rauchgas), so tritt das zweite Hauptanliegen der
Erfindung hinzu, die negative Auswirkung auf den Wirkungsgrad des
Sorptionsprozesses zu begrenzen, die durch die in der Einleitung
unter Pkt. b) genannte überproportionale
Wärmeaufnahme
am kalten Ende des Austreibungs- bzw. Absorptionsvorganges hervorgerufen
wird. Das ist exergetisch ungünstig.
Für diesen
Fall sind Schaltungen des Typs II, wie sie in den 6 bis 8 dargestellt
sind, geeignet. Im Bereich geringeren Arbeitsmittelanteils in der Lösung wird
erfindungsgemäß die Umlaufmenge
gegenüber
einer Schaltung mit nur einem einzigen Kreislauf gesteigert. Zusätzlich bringt
eine Absenkung des Druckes bei der Austreibung – einhergehend mit einem größeren nutzbaren
Druckgefälle
bei vorgegebenem Temperaturniveau der Wärmequelle – eine weitere merkliche Verbesserung
des Gesamtprozesses.If a heat source with constantly decreasing temperature and large temperature spread is used, in which the lower effective limit still has a greater distance from the ambient temperature (eg flue gas), then the second main concern of the invention is to limit the negative effect on the efficiency of the sorption process, which is caused by the disproportionate heat absorption at the cold end of the expulsion or absorption process mentioned in the introduction under point b). That is exergetically unfavorable. In this case, Type II circuits are as described in the 6 to 8th are shown suitable. In the range of lower working agent content in the solution, according to the invention, the circulation rate is increased compared to a circuit with only a single circuit. In addition, a reduction in pressure during expulsion - along with a larger usable pressure gradient at a given temperature level of the heat source - brings a further significant improvement in the overall process.
Das
dritte Hauptanliegen der Erfindung ergibt sich, wenn eine Wärmequelle
mit stetig fallender Temperatur und sehr großer Temperaturspreizung genutzt
werden soll. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Wärmequelle
bis auf relativ niedrige Temperatur ausgenutzt werden kann. Hierfür kommt
die Schaltung des Typs III zum Zuge, wie sie in den 9 bis 15 dargestellt
sind. Hier steht die Erfindung in Konkurrenz zu dem US-Patent 6
269 644. In diesem Einkreisprozess wird eine Wärmequelle bis in den tieferen
Temperaturbereich in Kombination mit interner Wärmerückgewinnung mit sehr gutem
Wirkungsgrad genutzt. Ist die Maximaltemperatur der auszunutzenden
Wärmequelle
sehr niedrig (> 100 °C), so ist
dieses Verfahren nach den dort gemachten Ausführungen nicht anwendbar. Diese
Beschränkung
gilt für
den Absorptions-Kraft-Kreislauf mit Haupt- und Zusatzkreislauf nicht;
insbesondere kommt für
diesen Fall die Schaltung entsprechend der 13 in
Betracht. Die Kreislaufschaltung des Typs III hat auch Vorteile
im Hinblick auf die Ausnutzbarkeit höherer Temperaturen: Das nach
dem heutigen Kenntnisstand am besten geeignete Zweistoffgemisch
Ammoniak und Wasser weist Stabilitätsgrenzen auf: Sie wird für Flüssigkeitsgemische
mit 200 °C
angegeben. Die höchsten
Temperaturen treten in den Flüssigkeiten
im (Hauptkreislauf- )Austreiber
auf und steigen mit dem Druck und dem Anteil des Lösungsmittels
Wasser. In den bekannten Kreislaufschaltungen liegen die Anteile
des Lösungsmittels
zumindest nicht niedriger, als man sie für eine erfindungsgemäße Kreislaufschaltung
des Typs III wählen
wird. Je höhere
Temperaturen optimal ausgenutzt werden sollen, desto höher muss
der Druck gewählt
werden. Im Absorptions-Kraft-Zyklus mit Haupt- und Zusatzkreislauf
liegt der für
den optimalen Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu wählende Hochdruck niedriger
als bei bisher bekannten Prozessschaltungen. Es ergibt sich zudem
ein breites Band für
die Wahl des Maximaldrucks mit nahezu gleichen Wirkungsgraden für die Gesamtanlage. Temperaturen
von 200 °C
und höher
können
daher mit einem größeren Druckverhältnis im
Entspannungsprozess – und
damit einem höheren
Wirkungsgrad – in
einem erfindungsgemäßen Absorptions-Kraft-Kreislauf
mit Haupt- und Zusatzkreislauf genutzt werden als in Vergleichsschaltungen.The third main concern of the invention arises when a heat source with steadily falling temperature and very high temperature spread is to be used. This is especially the case when the heat source can be exploited to a relatively low temperature. For this purpose, the circuit of the type III comes into play, as in the 9 to 15 are shown. Here, the invention competes with US Pat. No. 6,269,644. In this single-circuit process, a heat source down to the lower temperature range is used in combination with internal heat recovery with very good efficiency. If the maximum temperature of the heat source to be used is very low (> 100 ° C), then this method is not applicable according to the explanations given there. This restriction does not apply to the absorption-force circuit with main and auxiliary circuit; In particular, in this case, the circuit corresponding to the 13 into consideration. The Circuit Type III also has advantages in terms of the exploitation of higher temperatures: The state-of-the-art mixture of ammonia and water has stability limits: it is specified for liquid mixtures at 200 ° C. The highest temperatures occur in the liquids in the (main circulation) expeller and increase with the pressure and the proportion of the solvent water. In the known circuit circuits, the proportions of the solvent are at least not lower than they will choose for a circuit according to the invention type III. The higher the temperature, the higher the pressure has to be. In the absorption force cycle with main and auxiliary circuit, the maximum pressure to be chosen for the optimum overall efficiency of the system is lower than in previously known process circuits. There is also a broad band for the choice of the maximum pressure with almost equal efficiencies for the entire system. Temperatures of 200 ° C and higher can therefore be used with a larger pressure ratio in the relaxation process - and thus a higher efficiency - in an inventive absorption-force circuit with main and auxiliary circuit than in comparison circuits.
In
der US 6 269 644 ist
eine Beispielrechnung zur Ausnutzung einer Wärmequelle mit stetig fallender
Temperatur zwischen 168,3 °C
und 61,5 °C angeführt. Hierbei
wird die Wärmequelle
bis zu einer Temperatur von 105,9 °C zur Austreibung genutzt. Durch
Wärmerückgewinnung
aus dem Absorber und Nutzung des unteren Temperaturbereiches wird über einen
Transformationsprozess erreicht, dass die der Entspannungsmaschine
zugeführte
Dampfmenge um ca. 37 % höher
liegt als ohne diesen Prozess. Der Dampf wird von 25,5 bar auf 3,91
bar entspannt. In einem erfindungsgemäßen Absorptions-Kraft-Kreislauf
mit Haupt- und Zusatzkreislauf ist vorgesehen, den Hochdrucktemperaturbereich
mit einem größeren Druckbereich
auszunutzen. Die Steigerung um ca. 37 % könnte z. B. mit einem Druckverhältnis von 15
zu 1 bar erreicht werden. Der obere Temperaturbereich wäre etwa
bei ca. 122 °C
beendet. Von der gewinnbaren Wärme
zwischen 168,3 °C
und 122 °C sind
ca. 25 % als rückgewinnbare
Rückkühlwärme nicht
unmittelbar für
das große
Druckverhältnis
nutzbar. Als untere nutzbare Grenze kann im ZK-Mitteldruckaustreiber
70 °C angesetzt
werden. Die Rückkühlwärme und
die zwischen 122 °C
und 70 °C
gewinnbare Wärme
sind mindestens durch eine zweimalig externe Wärmezufuhr mittels der angesetzten Entspannung
von 15 bar auf 1 bar nutzbar. Als überschlägige Vergleichsrechnung ergäbe sich
eine Temperaturnutzung gemäß US 6 269 644 von ca. 62
K direkt und 66 K × 0,37
= 23 K durch den Transformationsprozess, insgesamt also theoretisch
von 85 K. Im Absorptions-Kraft-Kreislauf mit Haupt- und Zusatzkreislauf
wären 46
K × 0,75
= 34,5 K direkt zu nutzen, allerdings infolge des größeren Druckgefälles entspräche das
vergleichsweise einer Temperaturspanne von 34,5 K × 1,37 =
47 K: die übrige
Wärme von 0,25 × 46 K +
52 K = 63,5 K wäre
mittels der zweimaligen externen Wärmezufuhr ebenfalls mit dem
größeren Druckgefälle zu nutzen.
Das entspräche
einer Vergleichstemperatur von 63,5 K × 0,5 × 1,37 = 43,5 K. Insgesamt
ergäbe
sich theoretisch eine Vergleichstemperatur von (47 + 43,5) K = 90,5
K. Der Vergleich lässt
erwarten, dass ein Absorptions-Kraft-Kreislauf mit Haupt- und Zusatzkreislauf
auch außerhalb
der Spezialfälle
hoher oder niedriger Maximaltemperaturen einer Wärmequelle mit großer Temperaturspreizung
zu einem höheren
Ertrag führt,
als nach der Schaltung der US
6 269 644 zu erwarten ist. Die energetische Überlegenheit
der Erfindung wird noch deutlicher, wenn man Wärme aus dem oberen Temperaturbereich
dazu benutzt, um die Entspannung entsprechend der Schaltung in 16 bis
unterhalb des Umgebungsdruckes (z.B. 0,5 bar) durchzuführen oder/und
eines der in den 11 bis 15 dargestellten
Verfahren zur Erhöhung
der Temperatur des Arbeitsmitteldampfes mittels eines Resorberkreislaufes
angewandt wird. Beide Verfahren wären im Vergleichbeispiel anwendbar
und würden
den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Schaltung erhöhen. Darüber hinaus
stehen erfindungsgemäß Varianten zur
Verfügung,
die jeweils für
einen Temperaturbereich zu etwas höheren Gesamtwirkungsgrad führen als
die anderen: Die Schaltung entsprechend der 13 ist
für relativ
niedrige, die Schaltung entsprechend der 14 für mittlere,
die Schaltung entsprechend der 15 – hier ohne
Wärmeauskoppelung – für hohe Maximaltemperatur
der Wärmequelle
vorzuziehen.In the US Pat. No. 6,269,644 is a sample calculation for the use of a heat source with steadily falling temperature between 168.3 ° C and 61.5 ° C listed. Here, the heat source is used up to a temperature of 105.9 ° C for expulsion. Through heat recovery from the absorber and use of the lower temperature range, a transformation process ensures that the amount of steam supplied to the expansion machine is approx. 37% higher than without this process. The steam is released from 25.5 bar to 3.91 bar. In an absorption force circuit according to the invention Run with main and auxiliary circuit is intended to exploit the high-pressure temperature range with a larger pressure range. The increase of about 37% could z. B. can be achieved with a pressure ratio of 15 to 1 bar. The upper temperature range would be finished at about 122 ° C. Of the recoverable heat between 168.3 ° C and 122 ° C, about 25% can not be used as recoverable recooling heat directly for the large pressure ratio. The lower usable limit can be set at 70 ° C in the ZK medium pressure actuator. The recooling heat and the recoverable heat between 122 ° C and 70 ° C can be used at least by a two times external heat supply by means of the scheduled relaxation of 15 bar to 1 bar. An approximate comparative calculation would result in a temperature utilization according to US Pat. No. 6,269,644 of about 62 K directly and 66 K × 0.37 = 23 K through the transformation process, in total therefore theoretically of 85 K. In the absorption-force cycle with main and auxiliary circulation would be 46 K × 0.75 = 34.5 K. to use directly, but due to the larger pressure gradient would correspond to the comparatively a temperature range of 34.5 K × 1.37 = 47 K: the remaining heat of 0.25 × 46 K + 52 K = 63.5 K would be by means of the two external Heat also with the larger pressure gradient to use. This would correspond to a reference temperature of 63.5 K × 0.5 × 1.37 = 43.5 K. Theoretically, a comparison temperature of (47 + 43.5) K = 90.5 K would result. The comparison can be expected an absorption-power circuit with main and auxiliary circuit leads to a higher yield even outside the special cases of high or low maximum temperatures of a heat source with large temperature spread, as after the circuit US Pat. No. 6,269,644 is to be expected. The energetic superiority of the invention becomes even clearer when using heat from the upper temperature range to relax in accordance with the circuit 16 to below the ambient pressure (eg 0.5 bar) to perform or / and one of the in 11 to 15 shown method for increasing the temperature of the working medium vapor is applied by means of a Resorberkreislaufes. Both methods would be applicable in the comparative example and would increase the efficiency of the circuit according to the invention. In addition, according to the invention, variants are available which, for one temperature range, lead to slightly higher overall efficiency than the others: the circuit according to FIG 13 is for relatively low, the circuit according to the 14 for middle, the circuit according to the 15 - here without heat extraction - preferable for high maximum temperature of the heat source.
Fallen
die Kühlungstemperaturen
z.B. witterungsbedingt gegenüber
den Auslegungsbedingungen der Anlage ab, so kann dies in den vorgeschlagenen
Kreislaufschaltungen der Typen II und III dazu genutzt werden, durch
Veränderung
der Konzentrationsgrenzen der reichen Lösung den Mengenanteil des Hauptkreislaufes
zu erhöhen
und den nutzbaren Temperaturbereich im verbleibenden Teil des Zusatzkreislaufs
nach unten zu erweitern.Fall
the cooling temperatures
e.g. due to weather conditions
This may be the case in the proposed conditions
Circuit circuits of types II and III are used by
change
the concentration limits of the rich solution the proportion of the main circulation
to increase
and the usable temperature range in the remaining part of the additional circuit
to expand down.
Zur
Ausnutzung einer Wärmequelle
mit größerer Temperaturspreizung
ist bei Anwendung des Absorptions-Kraft-Kreislaufs mit Haupt- und
Zusatzkreislauf der Einsatz mehrerer Austreiber und Absorber notwendig.
Das erscheint kompliziert. Beide Aggregate wurden jedoch in vielen
Anwendungsfällen der
Kältetechnik
durch mehrere, durch Leitungen verbundene Rohrbündelwärmeüberträger gebaut. Insofern wird der
technische Mehraufwand bei Anwendung der Erfindung gering. Zudem
erscheint der Einsatz der kostengünstigen Plattenwärmeüberträger zweckmäßig, da
ihre energetischen Nachteile bei der Austreibung mittels der in 15 geschilderten
Lösungseinleitung
in den Rektifikator weitgehend wieder aufgehoben werden. Die zu
erwartenden Kostensenkungen infolge des höheren Wirkungsgrades der gesamten
Anlage werden wesentlich größeres Gewicht
bekommen.To use a heat source with a larger temperature spread, the use of multiple expeller and absorber is necessary when using the absorption-power circuit with main and auxiliary circuit. That seems complicated. However, both units were built in many applications of refrigeration through several, connected by pipes shell and tube heat exchanger. In this respect, the technical overhead when using the invention is low. In addition, the use of inexpensive plate heat exchangers seems appropriate, since their energetic disadvantages in the expulsion by means of in 15 described solution introduction in the rectifier largely be repealed. The expected cost reductions due to the higher efficiency of the entire system will be given much greater weight.
-
11
-
HK-HochdruckaustreiberHK Hochdruckaustreiber
-
2 2
-
RektifikatorRektifikator
-
33
-
RektifikatorbödenRektifikatorböden
-
44
-
erster
Austauschboden im Rektifikatorfirst
Replacement bottom in the rectifier
-
55
-
externe
Wärmequelleexternal
heat source
-
6 6
-
erste
HK-Drosselfirst
HK-throttle
-
77
-
HK-NiederdruckabsorberHK low pressure absorption
-
7a 7a
-
HK/ZK-NiederdruckabsorberHK / ZK-low pressure absorption
-
8 8th
-
erste
HK-Lösungspumpefirst
HK-solution pump
-
8a 8a
-
erste
HK/ZK-Lösungspumpefirst
HK / ZK solution pump
-
99
-
HK-ArbeitsmittelflüssigkeitHK-working medium liquid
-
10 10
-
HK-KondensatorHK Capacitor
-
1111
-
zweite
HK-Drosselsecond
HK-throttle
-
12 12
-
HK-VerdampferHK-evaporator
-
1313
-
Lösungsrückführung durch
AustreiberSolution recycling by
expeller
-
14 14
-
arme
HK-Lösungpoor
HK solution
-
1515
-
reiche
HK-Lösungrich
HK solution
-
015 015
-
verringerte
Menge reicher HK-Lösungdecreased
Amount of rich HK solution
-
00150015
-
Hauptstrom
reicher HK-Lösungmain power
rich HK solution
-
1616
-
HK-AbtriebssäuleHK-stripping column
-
1717
-
rektifizierter
HK-Arbeitsmittel-hochrectified
HK work Medium-high
-
-
druckdampfpressure steam
-
017017
-
rektifizierter
Arbeitsmittelhochdruckrectified
Working medium pressure
-
-
dampf
beider Kreisläufesteam
both circuits
-
1818
-
HK-NiederdruckdampfHK low pressure steam
-
18a18a
-
HK/ZK-NiederdruckdampfHK / ZK-low pressure steam
-
018018
-
Niederdruckdampf
beider KreisläufeLow pressure steam
both circuits
-
19 19
-
HK-LösungswärmetauscherHK-solution heat exchanger
-
19a19a
-
HK-Lösungswärmetauscher
des obeHK-solution heat exchanger
of the above
-
-
ren
Temperaturbereichsreindeer
temperature range
-
2020
-
armen
ZK-Lösungpoor
ZK solution
-
21 21
-
erste
ZK-Drosselfirst
DC reactor
-
2222
-
ZK-MitteldruckabsorberZK-medium pressure absorber
-
23 23
-
erste
ZK-Lösungspumpefirst
ZK-solution pump
-
2424
-
reiche
ZK-Lösungrich
ZK solution
-
24a24a
-
reiche
ZK/RK-Lösungrich
ZK / RK solution
-
2626
-
erste
ZK-Abtriebssäulefirst
ZK-stripping column
-
2727
-
zweite
ZK-Abtriebssäulesecond
ZK-stripping column
-
028028
-
überhitzte
Arbeitsmitteldampfoverheated
Working medium vapor
-
2929
-
HK-ArbeitsmitteldampfHK-working agent vapor
-
3030
-
DampfüberhitzerSteam superheater
-
3131
-
Entspannungsmaschineexpansion machine
-
32 32
-
Generatorgenerator
-
3333
-
FlüssigkeitskühlerChillers
-
34 34
-
Dampftrommelsteam drum
-
3535
-
AbsperrventileShut-off valves
-
36 36
-
AbsperrventileShut-off valves
-
037037
-
Gemisch
von Flüssigkeit
und Dampfmixture
of liquid
and steam
-
38 38
-
Heat
Recovery Vapor GeneratorHeat
Recovery Vapor Generator
-
3939
-
ersten
ZK-Hochdruckaustreiberfirst
ZK-Hochdruckaustreiber
-
40 40
-
HK/ZK-Lösungswärmetauscher
für denHK / ZK-solution heat exchanger
for the
-
-
mittleren
und unteren Temperaturbemiddle
and lower temperature
-
-
reichrich
-
4141
-
VentilValve
-
42 42
-
Lösungsrückführung durch
HK-AbsorSolution recycling by
HK sublingually
-
-
berabout
-
43a43a
-
Lösungsrückführung durch
ZK-AbsorSolution recycling by
ZK-sublingually
-
-
ber
der oberen Druckstufeabout
the upper pressure level
-
43 43
-
Lösungsrückführung durch
ZK-AbsorSolution recycling by
ZK-sublingually
-
-
ber
der unteren Druckstufeabout
the lower pressure level
-
44 44
-
zweiter
Teilstrom reicher ZK-Lösungsecond
Partial stream rich ZK solution
-
4545
-
VentilValve
-
046 046
-
arme
HK/ZK-Lösungpoor
HK / ZK solution
-
4747
-
zweite
HK-Abtriebssäulesecond
HK-stripping column
-
4848
-
umlaufende
arme Lösungencircling
poor solution
-
4949
-
Lösung an
Heat Vapor GeneratorSolution
Heat Vapor Generator
-
50 50
-
arme
ZK-Lösungpoor
ZK solution
-
5151
-
zweite
ZK-Lösungspumpesecond
ZK-solution pump
-
5252
-
VentilValve
-
5353
-
erster
Teilstrom der reichen ZK-Lösungfirst
Partial stream of the rich CC solution
-
5454
-
ZK-KondensatorZK-capacitor
-
54a54a
-
WT-KondensatorWT capacitor
-
55a55a
-
ZK-ArbeitsmittelflüssigkeitZK-working fluid liquid
-
55b 55b
-
WT-ArbeitsmittelflüssigkeitWT-working medium liquid
-
5656
-
zweite
ZK-Drosselsecond
DC reactor
-
57 57
-
ZK-MitteldruckverdampferZK-medium-pressure evaporator
-
5858
-
angereicherte
ZK-Lösungenriched
ZK solution
-
58a58a
-
angereicherte
HK-Lösungenriched
HK solution
-
5959
-
zweiten
ZK-Mitteldruckabsorber dersecond
ZK medium-pressure absorber the
-
-
unteren
Druckstufelower
pressure stage
-
59a59a
-
HK/ZK-MitteldruckabsorberHK / ZK medium pressure absorber
-
6060
-
dritte
ZK-Lösungspumpethird
ZK-solution pump
-
60a60a
-
HK/ZK-LösungspumpeHK / ZK solution pump
-
61 61
-
angereicherte
ZK-Lösungenriched
ZK solution
-
6262
-
HK-ArbeitsmittelhochdruckdampfHK-work means high pressure steam
-
6363
-
ZK-Mitteldruckdampf
der unterenZK-medium pressure steam
the lower one
-
-
Druckstufepressure stage
-
6464
-
KälteträgerBrine
-
6565
-
HK/ZK-Lösungswärmetauscher
desHK / ZK-solution heat exchanger
of
-
-
mittleren
Temperaturbereichsmiddle
temperature range
-
6666
-
HK/ZK-Lösungswärmetauscher
desHK / ZK-solution heat exchanger
of
-
-
unteren
Temperaturbereichslower
temperature range
-
6767
-
VentilValve
-
6868
-
dritte
ZK-Drosselthird
DC reactor
-
6969
-
reiche
ZK-Lösung
des Mittel-rich
ZK solution
of the middle
-
-
/Niederdruck-Zusatzkreislaufes/ Low-pressure auxiliary circuit
-
7070
-
ZK-MitteldruckaustreiberZK-Mitteldruckaustreiber
-
71 71
-
ZK-MitteldruckdampfZK-medium pressure steam
-
7272
-
dritte
HK-Drosselthird
HK-throttle
-
7373
-
arme
ZK-Lösungpoor
ZK solution
-
7474
-
erster
HK/ZK-Drosselfirst
HK / DC reactor
-
75 75
-
WT-ArbeitsmittelflüssigkeitspumpeWT-working medium fluid pump
-
7676
-
Kältespeichercold storage
-
7777
-
VentilValve
-
7878
-
erste
RK-Lösungspumpefirst
RK-solution pump
-
79 79
-
erster
RK-Höchsttemperatur-lösungsfirst
RK-high-solution-
-
-
wärmetauscherheat exchangers
-
8080
-
RK-HochdruckaustreiberRK-Hochdruckaustreiber
-
81 81
-
reiche
RK-Lösung
des Höchstdruckrich
RK solution
the maximum pressure
-
-
austreibers/Absorberteilkreislaufesexpeller / absorber part circuit
-
82 82
-
erste
RK-Drosselfirst
RK-throttle
-
8383
-
RK-ArbeitsmittelhöchstdruckdampfRK-work means high pressure steam
-
83a83a
-
WT-ArbeitsmittelhöchstdruckdampfWT-work means high pressure steam
-
8484
-
RK-HöchstdruckabsorberRK-high pressure absorber
-
84a 84a
-
WT-HöchstdruckabsorberWT-high pressure absorber
-
84b84b
-
RK-HochdruckabsorberRK-high pressure absorber
-
85 85
-
arme
RK-Lösungpoor
RK solution
-
85a85a
-
arme
WT-Lösungpoor
WT solution
-
86 86
-
zweite
RK-Lösungspumpesecond
RK-solution pump
-
86a86a
-
WT-LösungspumpeWT-solution pump
-
8787
-
reiche
RK-Lösungrich
RK solution
-
8888
-
zweite
RK-Drosselsecond
RK-throttle
-
88a 88a
-
WT-DrosselWT-throttle
-
8989
-
Hauptstrom
der externen Wärmequellemain power
the external heat source
-
9090
-
RK-EntgaserRK degasser
-
9191
-
RK-MitteldruckdampfRK-medium pressure steam
-
91a91a
-
HK-MitteldruckdampfHK-medium pressure steam
-
9292
-
erster
Teilstrom der externen Wärmefirst
Partial flow of external heat
-
-
quellesource
-
9393
-
zweiter
Teilstrom der externen Wärmesecond
Partial flow of external heat
-
-
quellesource
-
9494
-
VentilValve
-
95 95
-
zweiter
Teilstrom angereicherter Lösecond
Partial stream enriched Lö
-
-
sungsung
-
9696
-
vierte
ZK-Lösungspumpefourth
ZK-solution pump
-
96a96a
-
zweite
HP-Lösungspumpesecond
HP solution pump
-
97 97
-
dritte
Teilstrom angereicherter ZK-Löthird
Partial stream enriched ZK Lö
-
-
sungsung
-
9898
-
Regelventilcontrol valve
-
9999
-
vierter
Teilstrom angereicherter ZK-fourth
Partial stream of enriched CC
-
-
Lösungsolution
-
99a99a
-
HK-Teilstrom
angereicherter LösungHK partial flow
enriched solution
-
100100
-
arme
RK-Lösung
des RK-Höchstpoor
RK solution
of the RK-Höchst
-
-
druckaustreiber/
Absorberteilkreisdruckaustreiber /
Absorber pitch
-
-
laufesbarrel
-
101 101
-
zweiter
RK-Höchsttemperatur-wärsecond
RK-maximum temperature would
-
-
metauscherexchangers
-
101b 101b
-
RK-Hochtemperaturlösungs-wärmeRK-high temperature solution heat
-
-
tauscherexchangers
-
102102
-
VentilValve
-
103103
-
VentilValve
-
104 104
-
dritter
Teilstrom der externen Wärmethird
Partial flow of external heat
-
-
quellesource
-
105 105
-
vierter
Teilstrom der externen Wärfourth
Partial flow of external heat
-
-
mequellemequelle
-
106 106
-
fünfter Teilstrom
der externen Wärfifth partial flow
the external heat
-
-
mequellemequelle
-
107 107
-
erster
Teilstrom armer HK-Lösungfirst
Partial flow of poor HK solution
-
108108
-
zweiter
Teilstrom armer HK-Lösungsecond
Partial flow of poor HK solution
-
109 109
-
vierte
RK-Drosselfourth
RK-throttle
-
110110
-
vierte
ZK-Drosselfourth
DC reactor
-
110a110a
-
vierte
HK-Drosselfourth
HK-throttle
-
111111
-
VentilValve
-
112 112
-
zweiter
Teilstrom Zusatzstrom armersecond
Partial flow additional flow poorer
-
-
ZK-LösungZK solution
-
112a112a
-
Zusatzstrom
armer HK-Lösungadditional power
poor HK solution
-
113113
-
ZK/RK-Entgaser/MitteldruckaustreiZK / RK degasser / Mitteldruckaustrei
-
-
berabout
-
113a113a
-
HK/RK-Entgaser/MitteldruckaustreiHK / RK degasser / Mitteldruckaustrei
-
-
berabout
-
114114
-
Teilstrom
von Hochdruckdampfpartial flow
of high pressure steam
-
115 115
-
Teilstrom
von ZK-Arbeitsmittelhochpartial flow
of ZK work resources high
-
-
druckdampfpressure steam
-
116116
-
Teilstrom
von Arbeitsmittelhochdruckpartial flow
of working fluid high pressure
-
-
dampfesvapor
-
117 117
-
Teilstrom
reicher ZK-Lösungpartial flow
Rich ZK solution
-
118118
-
externen
Wärmeverbraucherexternal
heat consumer
-
119 119
-
zweiter
ZK-Hochdruckaustreibersecond
ZK-Hochdruckaustreiber
-
120120
-
VentilValve
-
121121
-
reiche
abgereicherte RK-Lösung
desrich
depleted RK solution
of
-
-
RK-Höchstdruckabsorber/EntgaRK-high pressure absorber / Entga
-
-
serteilkreislaufesserteilkreislaufes
-
122 122
-
vierte
RK-Drosselfourth
RK-throttle
-
122a122a
-
zweite
HK/ZK-Drosselsecond
HK / DC reactor
-
123 123
-
verarmte
ZK-Lösungimpoverished
ZK solution
-
124124
-
KälteträgermediumRefrigerating agent
-
125125
-
VentilValve
-
126126
-
fünfte ZK-Drosselfifth CC throttle
-
127127
-
WT-HöchstdruckverdampferWT-high pressure evaporator
-
128128
-
fünfte RK-Drosselfifth RK throttle
-
129129
-
dritte
ZK-Abtriebssäulethird
ZK-stripping column
-
130130
-
vierte
ZK-Abtriebssäulefourth
ZK-stripping column
-
131 131
-
erste
RK-Abtriebssäulefirst
RK-stripping column
-
132132
-
zweite
RK-Abtriebssäulesecond
RK-stripping column
-
135 135
-
HK-NiedrigstdruckabsorberHK-Low Pressure absorbers
-
136136
-
dritte
HK-Lösungspumpethird
HK-solution pump
-
137 137
-
angereicherte
arme HK-Lösungenriched
poor HK solution
-
217217
-
ZK-ArbeitsmittelhochdruckdampfZK-working medium pressure steam