Optimering med absorptionsvarmepumpe

Transkript

1 Optimering med absorptionsvarmepumpe Kasper Andersen & Jesper Brink Nielsen

2 Forfattere: - Jesper Brink Nielsen (JN) A Kasper Andersen (KA) V09851 Rapportens titel: Projekttype: Fagområde: Optimering med absorptionsvarmepumpe Bachelor Termiske maskiner, økonomi, automation og kemi Uddannelsesforløb: 6. Semester efterår 2013 Uddannelsesinstitution: Vejleder: Aarhus Maskinmesterskole Torben Christensen og Henrik Rønbjerg Afleverings dato: 16. december 2013 Antal normal sider: 41 Bilag: 35 Jesper Brink Nielsen Kasper Andersen Side 2 af 79

3 Abstract This report is the product of a bachelor project, prepared by two Marine and Technical Engineer students at AAMS. The project builds further on tasks that were asked during the final internship. Furthermore this report deals with the design and work principles of the absorption heat pump. The main issues in this report is to analyze how this absorption heat pump can optimize operational conditions on a specific district heat plant. The model of a optimization must be able to overcome both operational conditions and economical prerequisites. On a district heat plant there is many requirements that must be for fillet before an absorption heat pump can be a part of the operational conditions. It is therefore necessary to obtain as much knowledge about the heating plant and the absorption heat pumps functionality and requirements as possible. To obtain this knowledge, relevant experts has through the project been contacted to get as correct information as possible. The analyzes in the report showed that absorption heat pump could optimize the specific district heat plant through both flue gas recovery applications and solar heating efficiency. Side 3 af 79

4 Indholdsfortegnelse Forord Indledning Problemformulering Metodevalg Afgrænsning Introduktion fjernvarme Anlægsbeskrivelse Generelt Kedelanlæg og røggasrensning AHP Egenskaber Procesmedier Opbygning Processen Begrænsninger Vedligehold Energien i røggassen Beregning af energien i røggassen Diskussion af data for røggaspotentialet Virkningsgrad ved røggas varmegenindvinding Energi i røggassen ved lavere laster Muligheder for optimering Røggasoptimering Optimering af solvarme Side 4 af 79

5 7 Drift Analyse af model R Analyse af model R Lagringsmetoder solvarmeoptimering Driften af optimeringen for solvarmeanlæg Projektering Røggasoptimering Solkøling Økonomi Gældende regler Indtægter Udgifter Forudsætninger Analyse af rentabiliteten Investeringsbudget Konklusion Perspektivering Litteraturliste Side 5 af 79

6 Forord For at kunne forstå helheden i rapporten forudsættes det at læseren har samme tekniske viden som en maskinmester eller derover. Under læsningen af rapporten henvises løbende til bilag således (Se Bilag - x) eller Se Bilag - x, som kan være med til at give læseren en uddybning af det pågældende emne. Bilagene er vedlagt elektronisk, og nævnes kun første gang med navn, efterfølgende henvises blot til nummereringen. Grafer eller anden dokumentation som er udført i regneark, er både vedlagt som PDF og Excel fil. I hoveddelen af rapporten refereres der til følgende: Vestervig Fjernvarme(VF) Averhoff Energi Anlæg(AEA) Absorptionsvarmepumpe(AHP). Yderligere vil der i rapporten benyttes flere referencer for ord som benyttes adskillige gange i rapporten. Det gøres ved at skrive ordet efterfulgt af forkortelsen i en parentes, eksempelvis; varmeveksler(vv). På bilag 1 er vedlagt en reference-/bilagsliste for at have et overblik over hhv. de referencer der benyttes i rapporten samt de bilag som henvises til. I rapporten er indført flere oplyser, der er hentet igennem interviews eller samtaler. Når der refereres skrives personens efternavn efterfulgt af årstal for hvornår eksempelvis interviewet er gjort f.eks. (Nielsen, 2013). I bilag 2 er alle benyttede oplysninger, som er sket igennem samtaler og interviews iført. Der gives en tak til: AEA Arcon Danstoker DME F.W. Rørteknik Hollensen Hurup Fjernvarme S.E.G. Snedsted Varmeværk Tarm Varmeværk Vestervig Fjernvarme Weiss Side 6 af 79

7 1 Indledning Denne rapport er et produkt af et bachelorprojekt, udarbejdet af to maskinmesterstuderende på Aarhus maskinmesterskole. Projektet bygger videre på opgaver, som blev stillet i forbindelse med den afsluttende praktik. Praktikken foregik hos virksomheden AEA, der rådgiver og projekterer om opførsel af nye anlæg samt udvidelser eller optimeringer af eksisterende anlæg i fjernvarmebranchen. Virksomheden opererer hovedsageligt i Danmark. I praktikperioden blev der stillet en opgave, som tog udgangspunkt i et udvalgt fjernvarmeværk, VF. Formålet med den stillede opgave var at udføre og dokumentere, hvorledes en AHP kan hjælpe det udvalgte varmeværk med at optimere deres anlæg og drift samt at give overblik for andre danske varmeværker over, hvordan en AHP kan medvirke til optimering af driften. Den stillede opgave benævnes i det efterfølgende som Projektet. Projektet har omfattet følgende undersøgelser: Hvordan kan en AHP optimerer på værkets røggas varmegenindvinding? Hvorledes kan en AHP medvirke til at effektiviserer en fremtidig installation af et solvarme anlæg? Hvordan kan en AHP implementeres på VF? Økonomiske konsekvenser, for og imod Igennem praktikforløbet blev der erfaret at store dele af VF producerede effekt sker gennem røggas varmegenindvinding. De lukker på nuværende tidspunkt røggassen ud af værket ved ca. 40 grader. Røggas varmegenindvindingssystemet tillader at køle røggassen få grader over det vand, som er til rådighed. Ligeledes afhænger effektiviteten på et solvarmeanlæg af temperaturen på vandet som det tilføres. En AHP kan derfor ved at køle procesvand optimerer på røggas varmegenindvinding og/eller et solvarmeanlæg. Der er mange betingelser for at disse optimeringer kan fungere i den daglige drift. AHP en og de eksisterende komponenter har hver deres begrænsninger og egenskaber. Sammensætningen af dem er ret kompleks. Derfor udgør en stor del af dette projekt, analyser for hvorledes nye og eksisterende komponenter på bedste vis kan kombineres. Formålet med denne rapport er at videre undersøge, hvorledes udførelsen af en optimering for hhv. røggas varmegenindvinding samt en kombination af røggas varmegenindvinding og effektivisering af solvarmeanlæg er lade sig gørlig ved at benytte en AHP. Under- Side 7 af 79

8 søgelsen vil blive lavet med henblik på at finde en optimeringsmodel, der vil være velfungerende i den daglige drift, og vil kunne overholde opstillede økonomiske forudsætninger. 1.1 Problemformulering Ud fra erfaringerne i praktikforløbet og ovennævnte formål, er der fremstillet følgende hovedspørgsmål, som udgør problemformuleringen for dette bachelorprojektet: 1 Hvorledes kan en AHP optimere driften på Vestervig Fjernvarme? 1.1 Hvordan kan den indføres på værket? 1.2 Hvorledes kan driften foregå? 2 Kan en optimeringsmodel overholde gældende regler for investeringer inden for Fjernvarme branchen? 1.2 Metodevalg Der vil i rapporten gøres brug af den viden, som er tilegnet igennem studiet på Aarhus Maskinmesterskole. Derudover vil der igennem projektet blive tilegnet viden omkring; flisfyrede fjernvarmeværker, AHP ens virkemåde og begrænsninger. Denne viden vil danne grundlag for besvarelsen af, hvorledes en AHP kan indføres på VF under realistiske driftsforhold. Indsamlingen af viden vil ske gennem Analyser af forskellige tekniske tegninger Tilgængelig dokumentation og faglitteratur Interviews og korrespondance med fagfolk hos hhv. rådgivende ingeniørfirmaer, fjernvarmeværker, producenter og underleverandører Påtænkte metoder til indføring af en AHP og dens driftsforhold vil løbende blive forklaret eller påvist for fagfolk, for at få bekræftet, at de kan fungere i realiteten. Til at opstille et investeringsbudget, som overholder de gældende regler inden for fjernvarmebranchen, vil der i rapporten blive foretaget følgende: Påregne en besparelse ud fra egne beregninger Projektering af optimeringsmodeller Undersøgt hvilke regler der er gældende for investeringer i fjernvarmebranchen Side 8 af 79

9 1.3 Afgrænsning Undervejs i praktikforløbet er der erfaret, at forudsætningerne for at beregne, hvilke ydelser solvarmeanlæg yder på årets forskellige årstider kræver megen erfaring og kendskab til de forhold, som anlæggene befinder sig i. Det er ikke muligt på den tidsbegrænsning, som er stillet for projektet, at skabe en dybere forståelse for dette. Der afgrænses derfor i projekt fra nærmere analyse af dette. Vi vil i projektet således udelukkende forholde os til data fra en solvarmeanlægsproducent, uden videre at analysere på validiteten af ydelserne. Den viden som indføres i rapporten fra fagfolk kræver stort kendskab til branchen. Der vil i rapporten blive forsøgt at vurdere validiteten heraf, men nogle udsagn vil blive godtaget og benyttes i rapporten uden en videre analyse. Der kan derfor være en usikkerhed ved disse data. Hvor det er nødvendigt at gøre brug af antagelser, vil dette blive oplyst. Side 9 af 79

10 2 Introduktion fjernvarme Maskinmesteruddannelsen indeholder ikke obligatorisk undervisning omkring fjernvarmens opbygning. Dette afsnit introducerer derfor kort, til opbygningen og funktion af VF, for at kunne følge termer og forklaringer i resten af rapporten. Funktion af værket Fjernvarmevandet sendes via pumper ud af værket i rør, der er begravet i jorden, også kaldet præ rør. Det varme vand, som sendes ud af værket betegnes som fremløb. Efter vandet har afgivet energi hos forbrugeren, sendes det tilbage til værket ved lavere temperaturer. Det tilbagevendende vand kaldes retur. Energikilde Værkets hovedkomponent er en fliskedel. Fliskedlen har til opgave at påføre returen en varmetilførsel, således at den ønskede fremløbs temperatur opnås. For at give den bedste drift af værket, shuntes vand udenom komponenter flere steder på værket. At shunte, er et andet ord for at bypasse. Kedlen har eksempelvis en minimums temperatur på dens indløb, derfor shuntes varmere vand til indløbet af kedlen(se evt. Bilag 3 - AEA, P&I diagram VF). Styringen af bl.a. kedlen foregår gennem et automatiseret system, betegnet SRO(Styring Regulering og Overvågning). Produktion Belastningen på et fjernvarmeværk, er afhængig af årstiderne. Forbrugerne bruger mest varme om vinteren, og tilnærmelsesvis kun brugsvand om sommeren. Herunder på figur 1 er varmeproduktionen fra november 2011 til oktober 2012 vist i en graf(se Bilag 4 - Datalogning,VF). VF oplyser at deres produktion er steget efter denne dataopsamling, og der kan benyttes MWh som årlig forbrug(bjerre, 2013). Figur 1 Skema for produceret varme VF Side 10 af 79

11 Lagring Fjernvarmeværker, som har et solvarmeanlæg, skal have mulighed for at lagre varme. Det skyldes at forbruget er lavt om sommeren, hvor potentialet i solenergi er højt. Solens energi er så højt, at forbrugeren ikke kan aftage alt dets varme i dagstimerne, energien skal derfor lagres. Lagringen sker i en akkumuleringstank(akk. tank). En akk. tank er for det meste en isoleret cylinderformet ståltank, udført som en åben tank. Tankens nærmere opbygning og virkemåde vil blive forklaret nærmere i afsnit 7. Side 11 af 79

12 3 Anlægsbeskrivelse Dette afsnit omhandler VF s anlægsopbygning, i form af komponenter og tal værdier, som senere vil være udgangspunktet for dimensionering af en AHP'en, samt hvordan driften af anlægget skal foregå. 3.1 Generelt VF leverer varme til 536 forbrugere, med en fremløbs temperatur på o C for Vestervig, som udgør 66% af produktionen, og 67 o C for Agger der udgør de resterende 33% af produktionen. Værket leverer direkte til forbrugeren og har ingen akkumuleringstank. (Bjerre, 2013) Ud fra datalogning af VF er der udregnet en middelreturtemperatur for hhv. Vestervig på 34 o C, og for Agger på 39,5 o C(Se Bilag 4). En blanding af de to retur giver gennemsnitligt 36 o C, og bruges efterfølgende i rapporten som den gældende returvandstemperatur for hele værket. Derudover vælges der at benytte 70 o C som gældende fremløbstemperatur for hele produktionen. Dette gøres for at simplificere de udførte analyser i rapporten, velvidende om at det kan medføre mindre fejlkilder. VF ønsker yderligere at udbygge værket med akkumuleringstank samt et solvarmeanlæg, som igennem sommermånederne, juni, juli og august vil kunne dække størstedelen af varmebehovet, der antages derfor i denne rapport, at kedlen efter solvarmeanlægget er opsat, tages ud af drift i disse måneder. Planen er at udbygge med solvarmeanlægget i starten af år 2016(Bjerre, 2013). 3.2 Kedelanlæg og røggasrensning Vestervig Fjernvarme bestod til og med år 2011 af en fliskedel og to oliefyrede kedler til at dække produktionen. I forbindelse med en udbygning af VF s fjernvarmenet til forbrugerne i Agger, har det været nødvendigt med en investering i et nyt fliskedel anlæg. Det nye kedelanlæg består af en kedel med en max belastning på 3,5MW og med 1MW røggas varmegenindvinding i form af røggasvaskning, derfor en samlet max anlægsbelastning på 4,5MW for at kunne dække hele produktionen. På næste side vises relevante data for kedlen 2 på figur 2(Se Bilag 5 - Maskinspecifikation, s. 3). 1 VF forsyner Vestervig med 67 o C i størstedelen af året(bjerre,2013) 2 Det ses på figur 2, at kedlen tillader op til 120 o C, den er derfor klassificeret som en hedtvandskedel. Vand over 110 o C betegnes hedtvand. Side 12 af 79

13 Tekniske specifikationer ved 100% last Max varmeydelse 3,5MW Beregningstryk 3,5bar Beregningstemperatur 120 o C Driftstemperatur o C Min. returløbstemperatur til kedel 95 o C Røggastemperatur 220 o C Flis forbrug ca. 1600kg/h Nedre brændværdi flis v. 45% RF 9,38MJ/ton Figur 2 Kedeldata Røggas Røggassen fra kedlen bliver først ledt ind igennem en multicyklon, som sørger for at fjerne de største partikler i røggassen som vist på figur 3. Figur 3 Billede fra SRO anlæg, VF (Weiss, 2011) Efter multicyklonen bliver røggassen via en røggassuger ledt videre ind i et røggasvasker tårn(rgv). RGV et har til opgave at hhv. rense røggassen for urenheder og overføre energi fra røggassen til fjernvarmevand. Processen sker ved vand bliver forstøvet udover røggassen gennem dyser, derved sker en nedkøling af røggassen. Under nedkølingen Side 13 af 79

14 sker der en energioverførsel ved termiskenergi i røggassen i form af temperatur, men også den kondenseringsenergi som den i røggassen værende vanddamp har oplagret under forbrændingen af det våde brændsel. Vandet i RGV et tilføres kemikalier for at undgå syredannelse videre i systemet og i øvrigt bliver det renset via et filter. Se evt. "Bilag 3", for opbygningen af RGV et. Vandet som benyttes i RGV et afgiver varme gennem en varmeveksler til returvand fra byen. Ifølge maskinspecifikationerne i kan røggassen køles ned, med en temperaturdifferens på 3 o C i forhold til returvandet(se Bilag 5 - s.19). Røggaskondensering vil blive forklaret nærmere i afsnit 5. Fjernvarmen Som det ses af figur 3, bliver returvand fra byen først ledt ind i kedelinstallationen, fra højre, gennem varmeveksleren tilsluttet RGV'et. Vandet føres videre til kedlens indgang, hvor dele af det shuntes udenom. Shuntningen sker for at tillade, at mere vand kan føres gennem varmeveksleren og derved hæve RGV'ets effektivitet, RGV'et har i øvrigt et minimumsflow for at kunne overholde en forudbestemt effektivitet.deraf er ventilen som shunter vandet, på VF navngivet "virkningsgradsventil", resten af vandet føres igennem kedlen. Det shuntede vand fra virkningsgradsventilen blandes sammen med vandet fra kedlen og sendes videre. Det ses at vandet ved afgangen af kedelinstallationen har en høj temperatur, det skyldes at der ved udgangen er værket er placeret endnu en shunt(system shunt), som ikke er afbilledet i SRO anlægget, til at skabe endnu en blanding for at sende vandet ud til forbrugeren ved den ønskede fremløbstemperatur. Side 14 af 79

15 4 AHP Projektet er bygget op omkring at anvende en AHP i forskellige sammenhæng. Denne specifikke varmepumpe er ikke belyst i maskinmesteruddannelsens undervisning. Det er derfor en nødvendighed at gå dybere ind i AHP ens teknologi. Kendskabet til AHP ens teknologi danner grundlag for, den nærmere vurdering af anvendelsen af denne i driften på VF. Derfor belyses AHP ens virkemåde og begrænsninger i dette afsnit. Dette afsnit er skrevet ud fra egne erfaringer som er tilegnet gennem praktikforløbet hos AEA samt samtaler og besøg hos hhv. Danstoker som er underleverandør for AHPproducenten Thermax og SEG der projekterer løsninger med AHP er. Der refereres yderligere til "Bilag 6 - Mulige anvendelser af absorptionskøling (SEG, u.d), samt producenten, Thermax(TX, 2013). 4.1 Egenskaber En AHP er en anderledes form for chillerunit. Den drives af overskudsvarme eller anden energikilde, i modsætning til drift ved en elektrisk forsynet kompressor som kendt fra køleteknik. Helt firkantet set kan en sådan chillerunit, som vist nedenfor, optage varme fra en drivenergi ved høje temperaturer, producere kulde som optager varme fra nogle omgivelser ved lavere temperaturer og tilfører det til processen. Varmetilførslen fra kuldebehovet og drivenergien afsættes i nedkølingen af chilleruniten ved mellemtemperatur som vist på figur 4. Figur 4 Energibalance Side 15 af 79

16 Hvis ikke kølingen af AHP en kan benyttes anses det som et tab i processen. Anvender man i stedet maskinen med henblik på at benytte den varmeenergi som afsættes i kølingen, ses chilleruniten i stedet som en varmepumpe, deraf kommer navnet absorptionsvarmepumpe. AHP en er i stigende grad på vej ind i den danske fjernvarme fordi, der er rig mulighed for at aftage kuldebehov til optimering af eksempelvis røggas varmegenindvinding og afsætte varmeenergien i fjernvarmevand. Valg af type Der findes flere forskellige typer AHP er. Valget af AHP til VF træffes på baggrund af flere faktorer. En AHP kan drives ved brug af damp, varmt-/hedtvand, røggas eller ved hjælp af indbygget brænder fyret af gas eller flydende brændsler. En AHP med indbygget brænder vil være uhensigtsmæssig at anvende, ved at der skal anvendes et dyrere brændsel og at VF besidder ikke en større beholdning af olie eller gas. Der produceres ikke elektricitet på VF, derfor vil en omlægning til dampproduktion ligeledes være uhensigtsmæssig. Det udelukker derfor brugen af damp og fyringen af gas eller flydende brændsler. Det efterlader mulighed for at anvende hhv. røggas eller varmt-/hedtvand. En røggasdrevet AHP kan drives af røggas ved o C og aftage varme fra røggassen således at den igen lukkes ud af AHP'en ved temperaturer mellem 200 o C til 170 o C. Den røggas som er til rådighed efter multicyklonen på VF, er ved fuldlast 220 o C, hvilket ikke er nok til at drive en AHP. Der foreligger en mulighed i at udtage røggassen efter et af kedlens røgtræk. Dette ville kræve en ombygning. En sådan ombygning ville være en stor omkostning for varmeværket (Lyng, 2013). Økonomiske aspekter er en vigtig faktor for valg af AHP, derfor udelukkes metoden med at benytte røggas, idet det allerede må antages, at omkostningerne ved en ombygning vil overstige indtægterne for optimering af driften ved denne type AHP. En AHP kan drives af vand fra 75 op til 200 o C hedt vand. Kedlen på værket er godkend til at kunne producerer 120 o C hedtvand, det gør muligt at benytte hedt vand uden større ændringer på kedelinstallationen. Valget af AHP type, falder altså på en hedtvands drevet. Hvilke muligheder som gør sig gældende mht. køling ved denne metode og hvilke ændringer det medfører på værket påvises senere i rapporten. Side 16 af 79

17 4.2 Procesmedier Inde i maskinen agerer to medier, vand og en saltopløsning. Saltopløsningen er en blanding af Litiumhydroxid og Hydrogenbromid(WIKI, 2013), sammensætningen af de to er navngivet Litiumbromid(LiBr). Vand og LiBr har egenskaber, som gør det muligt for AHP en at fungere, herunder oplyst. LiBr og vands kogepunkt er trykafhængig og denne egenskab benyttes for at processen kan lade sig gør. LiBr har en evne til at binde og adskille vand fra sig. For at adskille vand fra LiBr kræver det, at der sker en varmetilførsel. Ved at tilføre nok varme kan vand fordampes og adskille sig på grund af dets lavere kogepunkt i forhold til LiBr. Dette kaldes også en endotermisk proces. Dette kan også forklares ved, at vandet desorberer fra LiBr en, hvilket er afbilledet på figur 5. Figur 5 Desorbering af vand Figur 6 Absorbering af vand For igen at forene de to medier er det eneste behov at skabe en kontakt mellem disse to. Det gøres inde i AHP en ved at forstøve LiBr over dampen som vist på figur 6. Dampens høje energiindhold fra fordampningen gør, at det afgiver varme til LiBr en. Igen på grund af forskellige kogepunkter indeholder dampen ikke nok energi til at LiBr en kommer i nærheden af at fordampe. Dampen kondenseres derfor og suges til LiBr en, som omtales ved, at den absorberes. Dette kaldes for en exotermisk proces - altså en varmeafgivelse fra damp til LiBr. Side 17 af 79

18 Det er vigtigt at bemærke er, at LiBr kan være af forskellige koncentrationer som vist på skitseringerne. Desto mere vand der absorberes i LiBr en, desto svagere bliver koncentrationen. Omvendt desorber vand og derfor gøres koncentrationen stærkere. Kendskabet til de to processer er altafgørende for at kunne forstå AHP ens virkemåde og dens begrænsninger, som belyses i de efterfølgende afsnit. Der kan i en AHP benyttes andre medier end LiBr. En af de andre medier som benyttes er ammoniak. Hvert medie har sine fordele og ulemper, der er afhængig af forholdene. LiBr er det medie, som benyttes oftest i fjernvarmesektoren. Rapporten tager derfor udgangspunkt i LiBr. Side 18 af 79

19 4.3 Opbygning Nedenfor er AHP ens opbygning skitseret på figur 7. Opstillingen er tilnærmet den virkelige konstruktion for at kunne forklare processen på bedst mulige måde. Figur 7 Opbygning AHP En AHP er delt op i to dele - en øvre og en nedre del. Hver af delene indeholder to kredse. Fælles for alle kredsene er, at indvendigt er der en rørkonstruktion, som udgør arealet hvori varme hhv. afgives eller optages. Det specielle for to af kredsene - absorber og generator - er, at de er i kontakt med begge medier - vand og LiBr. Absorptionen sker i absorberen, og i generatoren sker desorptionen, forårsaget af drivmidlet - hedt vand. For ikke at skabe forvirring omkring kredsene, hvori der sker hhv. desorption og absorption, er kredsen hvori desorptionen sker navngivet, generatoren. Dette er endvidere begrundet i, at der i denne kreds, tilføres drivmiddel og derved "genereres" processen. Fordamper og kondensatorens funktion er kendt på forhånd, idet de hhv. optager og afgiver varme energi. Absorber og kondensator gennemstrømmes af kølevand som vist på figur 7. Absorberens afgang er forbundet til indgangen af kondensatoren. Denne forbindelse er nødvendig for at opvarme fjernvarmevandet mest muligt. Det er muligt at koble de to kredse anderledes, men dette vil ikke yderligere blive belyst i denne rapport. Side 19 af 79

20 4.4 Processen I denne beskrivelse af processen pålægges mediernes tilstande en farve for nemmere at kunne følge forklaringen. I processens forløb ændres tilstanden på de to medier. Vand er på hhv. vand- og damp-form. Som nævnt tidligere, abs- og desorberes vand til og fra LiBr en inde i AHP en. I beskrivelsen benyttes betegnelsen blanding for LiBr ved svag koncentration og blot LiBr i processen, hvor det er ved stærk koncentration. Forløbet starter i generatoren, da det er den del af AHP en, som driver processen. Generatoren På figur 8 ses det, at hedtvand strømmer ind og ud af generatoren på sekundærsiden, hvorved der afgives varme til Blandingen på primærsiden. Blandingen opnår en temperatur over vandets kogepunkt. Vandet desorbereres fra blandingen og er nu på damp-form. LiBr en som har afgivet vandet bundfalder inde i generatoren pga. dets højere massefylde. Figur 8 Proces, generator Kondensatoren Dampen fra generatoren ledes over imod kondensatorkredsen som illustreret på figur 9. Inde i rørene strømmer fjernvarmevand, der fungerer som kølevand. Dampen afgiver varme til fjernvarmevandet, hvorefter dampen kondenserer og bundfalder i kondensatoren som vand. Figur 9 Proces, kondensator Side 20 af 79

21 Fordamperen Vandet fra kondensatoren føres til den nedre del af AHP en og videre til fordamperen. Dette vises på figur 10. Vandet forstøves henover fordamperrørene, optager varme fra det gennemstrømmende procesvand og fordampes nu igen. Dele af vandet, som ikke optager nok varme til at fordampe, bundfalder og recirkuleres ved hjælp af en pumpe, der er placeret i bunden af fordamperen. Figur 10 Proces, fordamper For at denne proces kan lade sig gøre er det nødvendigt, at der er lavere tryk i nedre delen af AHP en. I næste afsnit fortælles hvorledes det kontrolleres. Absorberen LiBr fra generatoren føres ned i absorberen og forstøves udover dampen, som kommer fra fordamperen, vist på figur 11. Dampen absorberes af LiBr'en og mediet er nu igen en blanding. Blandingen fordeles udover rørene og afgiver derved varme til det gennemstrømmende fjernvarmevand. Blandingen bundfalder efterfølgende og pumpes via en cirkuleringspumpe tilbage til dets udgangspunkt i generatorkredsen. Figur 11 Proces, absorber I "Bilag 7 - AHP, proces og komponenter" er hele processen vist. Der er på bilaget påført nogle komponenter, som gør processen mulig. Funktionen af disse komponenter forklares i det følgende afsnit. Side 21 af 79

22 4.5 Begrænsninger Overvågningen, som i AHP'en er indbygget for at styre den, uddybes ikke i denne rapport, idet det ingen indvirkning har på andre komponenter på VF. Frostfare Eftersom procesmediet i fordamper kredsen er vand, kan der ikke køles længere ned end 0 o C, pga. fare for frostsprængninger i fordamperen. Derfor sættes en sikkerhedsmargin på 4-6 o C over frysepunktet. Ydermere er der forudbestemt et minimumsflow på det gennemstrømmende procesvand i fordamperen på 50-60% af nominelt flow. Dette er gjort, fordi for små strømninger kan forårsage en ujævnt fordeling af vandet i rørene, som gør at noget af vandet kan komme ned på koldere temperaturer end andet. Krystallisering LiBr kan størkne, hvis det bliver kølet tilstrækkeligt. Det benævnes som, at det krystalliserer. Normalvis forårsager det dog ikke beskadigelse, men kan forårsage driftsstop, hvorfor det skal undgås. Nedenfor ses figur 12, som viser en kurve for krystalliserings grænsen ved forskelle opløsninger 3. Figur 12 Krystallisationsgrænse (SEG, u.d.) 3 Opløsningstemperaturen vises på Y-aksen og koncentrationen ud af X-aksen. Holdes temperaturen over kurven er der ingen fare for krystallisering. Side 22 af 79

23 Eftersom det kun er vandet som fordamper i processen, er det vands dugpunkt/kogepunkt, der bestemmer trykkene i over- og underdelen af AHP en. Trykkene adskilles ved hjælp af to ekspansionsventiler, som vist på "Bilag 7". Nedenfor på figur 13 er vist et diagram, hvori processen for AHP en er vist 4. Diagrammet gør det muligt at følge vand og LiBr gennem hele processen. Figur 13 Ligevægtsdiagram (SEG, u.d.) Diagrammet anvendes senere til at påvise en af AHP'ens begrænsninger. En genopfriskning af processen gøres først, for bedre at kunne forstå forløbet i diagrammet. Forklaringen af diagrammet tager udgangspunkt i generatoren, ved begyndelsen af den røde pil. Hedt vand opvarmer opløsningen, vand fordampes og føres over i kondensatoren. Den blå pil udgør energioverførslen fra dampen i kondensatoren, samtidig ses det at den røde pil føres mod højre, fordi koncentrationen af LiBr'en bliver stærkere ved at vandet desorberes. Videre fra enden af den blå pil føres vand til fordamperen ved en trykreduktion gennem en ekspansionsventil, vist med den lyseblå linje. Den gule pil udgør energitilvæk- 4 På Y-aksen til venstre er vands dugpunktstemperaturer vist, som er afhængig af trykket, vist til højre på Z- aksen. I bunden er opløsningens temperaturer for LiBr vist på X-aksen. Side 23 af 79

24 sten i vandet som igen bliver på dampform i fordamperen. Dampen absorberes af LiBr, dette vises ved at den gule pil mødes med den grønne pil. Forklaret tidligere i afsnittet, procesmedier, forårsager absorptionen en varmeafgivelse fra dampen til LiBr. Men på grund af LiBr ens højere temperatur ved absorptionen, falder LiBr en i temperatur, tilsvarende den energi, som er overført i fordamperen. Fordampningsvarmen er nu optaget i en svagere blanding af LiBr ved lavere temperaturer. Det ses, at der ligeledes er sket en trykreduktion af LiBr fra den røde til den grønne pil. De to bordeaux røde pile viser en veksling mellem LiBr ved hhv. svag og høj koncentration. Om varmevekslerens funktion i processen fortæller Frederik Holdgaard fra Danstoker, gennem korrespondance (Holdgaard, 2013). "Veksleren mellem generator og absorber er til for at højne den interne virkningsgrad på AHP'en. Det er sådan, at ved lavere temperaturer på LiBr'en, jo bedre evne har den til at absorbere vand til sig. Veksleren er også med til at øge temperaturen på LiBr'en som løber til generatoren, dette gør det muligt at mindske hedefladen i generatoren" (Se evt. Bilag 7, for placering af varmeveksleren) Der kan nu påvises en begrænsning ud fra diagrammet. Ønsker man at forøge udgangstemperaturen på fjernvarmevandet i absorberen, vil det medføre en højere koncentration af LiBr. Men en forøgelse af LiBr koncentrationen, vil som vist på figur 14 med stiplede linjer, forårsager at processen forskydes mod højre og derved tættere på krystallisationsgrænsen. For at undgå fare for krystallisation, er der lavet en tommelfingerregel for dimensionering af en AHP, som hedder, at temperaturforskellen mellem fordamper- og absorberens udgang max må være 40 o C. Figur 14 Forskydning af proces Overfladeareal Temperaturen i generatoren skal være højere end temperaturerne i de andre kredse for at processen skal kunne lade sig gøre. Men for at holde overfladearealet i generatoren på et standardiseret niveau, som producenten fremstiller maskinerne ud fra, er der lavet endnu to tommelfingerregler for dimensionering af en AHP; 1.temperaturforskellen mellem kondensator- og generatorens udgang, skal være minimum 20 o C højere end forskellen mel- Side 24 af 79