CH313451A - Verfahren und Anlage zur Verwertung von in einem intermittierend anfallenden Wärme-träger, insbesondere in Abgasen, enthaltener Wärme - Google Patents

Description

  Verfahren und Anlage zur Verwertung von in einem     intermittierend    anfallenden Wärme  träger, insbesondere in Abgasen, enthaltener Wärme    Das Patent betrifft ein Verfahren zur Ver  wertung von     in    einem     intermittierend    anfal  lenden Wärmeträger, insbesondere in Ab  gasen, enthaltener Wärme in einer Wärme  kraftanlage und eine Anlage zur     Ausführung     dieses Verfahrens.  



  Bei industriellen Anlagen, beispielsweise  im Gebiete der Stahlerzeugung, kann es vor=  kommen, dass im Gefolge eines periodisch sich  abspielenden     Prozesses    heisse Abgase     inter-          mittierend        anfallen.    Will man     mir    Verwertung  der darin enthaltenen Abwärme mit     diesen     Abgasen das Arbeitsmittel einer Wärmekraft  anlage aufheizen, so genügt im     allgemeinen     die normale Speicherfähigkeit des     Erhitzers     nicht, um den Betrieb auch während der Zeit  des     Aussetzens        der        Abgase    aufrechtzuerhal  ten.

   Beim Unterbruch der Heizgaslieferung  sinkt beispielsweise die Temperatur dies       Arbeitsmittels    einer     Gasturbinenanlage    rasch,  was nicht nur einen raschen Abfall der Lei  stungsabgabe, sondern auch     ungünstige    ther  mische     Beanspruchung    der Baustoffe der Tur  bine zur Folge hat.  



  Die Erfindung bezweckt nun, bei der     Ver-          wertung    von in einem     intermittierend    anfal  lenden     Wärmeträger,    insbesondere in Ab  gasen, enthaltener Wärme in einer     Wärme-          kraftanlage    eine möglichst gleichmässige       Wärmezufuhr    auch in der Zeit des     Aussetzens     des Wärmeträgers zu     erhalten.        Zu    diesem  Behufe gibt beim     erfindungsgemässen    Verfah-         ren        in    der Periode     des       

   Anfallen3    dieses  Wärmeträgers ein Teil davon Wärme an  einen Wärmespeicher ab, und     überträgt    der       verbleibende    Teil Wärme durch feste     Wärme-          austauschwände    an das     Arbeitsmittel    der       Wärmekraftanlage.    In der Periode des Aus  setzen &  des Wärmeträgers wird dagegen  Wärme vom Wärmespeicher an das     Arbeits-          mittel    der     Wärmekraftanlage    abgegeben.  



  Zweckmässig wird für die Übertragung der  Wärme vom     Wärmespeicher    an das     Arbeits-          mittel    der     Wärmekraftanlage        ein    gasförmiger       Zwischenwärmeträger,        vorzugsweise    atmosphä  rische Luft, verwendet, welcher     in    der Periode       des        Aussetzens    des     Wärmeträger,

      durch den       Wärmespeicher        erhitzt        wird    und seinerseits       durch        die        festen        Wärmeaustauschwände        min-          destens        einen    Teil der vom Speicher aufge  nommenen Wärme an das Arbeitsmittel der       Wärmekraftanlage        überträgt.     



  In der Zeichnung ist in vereinfachter     Dar-          stellung    .eine     Anlage    zur     Ausführung    des  erfindungsgemässen     Verfahrens        beispielsweise          veranschaulicht,    an.     Hand    welcher auch das  Verfahren erläutert     wird.     



  Die im Wärmeträger anfallende Abwärme  wird hierbei     :in.    einer     Heissluftturbinenanlage     mit     geschlossenem        Arbeitsprozess    ausgenützt.  Diese     Wärmekraftanlage    weist einen Erhitzer  1 auf, in welchem     ein    verdichtetes     gasförmiges     Arbeitsmittel     erhitzt    wird.

   Dieses     entspannt     sodann     in    einer Turbine 2, durchströmt     nach              Verlassen    dieser     Turbine    einen Wärmeaus  tauscher 3 und einen Kühler 4, um hierauf in  einem Verdichter 5 wieder auf den ursprüng  lichen Druck     verdichtet    zu werden. Das     ver-"     dichtete Arbeitsmittel wird vorerst im Wärme  au     stauscher    3 von dem die Turbine 2 verlas  senden     Arbeitsmittel    vorgewärmt und     gelangt     hierauf wieder in den Erhitzer 1, wobei sieh  der Kreislauf schliesst.

   Der Überschuss der       Turbinenleistung    über die Leistungsaufnahme  des Verdichters wird an einen elektrischen  Stromerzeuger 6 abgegeben.  



  Durch -eine mit einem Absperrventil 7 ver  sehene Leitung 8 wird ein von einer nicht  gezeichneten industriellen Anlage     intermittie-          rend    anfallender Wärmeträger,     beispielsweise     heisse Abgase, zugeführt. Diese Leitung steht  einerseits über eine Leitung 9 mit dem Er  hitzer 1 der Wärmekraftanlage und     anderseits     durch eine Leitung 10 mit einem     Wärmespei-          cher    11 in Verbindung, welcher als wärmespei  cherndes Material beispielsweise     aus    feuer  festem Baustoff bestehende Gittersteine ent  hält.  



  In der Periode des     Anfallens        d'es    Wärme  trägers wird ein Teil davon durch die     Leitung     10- in den Wärmespeicher 11 geleitet,     und    die  ser Teil gibt dabei Wärme an diesen Wärme  speicher ab     und    verlässt ihn hierauf durch  eine mit einem Absperrventil 12 versehene  Leitung 13.  



  Der verbleibende Teil des Wärmeträgers  durchströmt die Leitung 9 und gelangt in den  Erhitzer 1. Im Erhitzer überträgt     dieser    Teil  durch die Wände der     Erhitzerrohre    Wärme an  das     Arbeitsmittel    der     Wärmekraftanl.a.ge.    Er  verlässt hierauf den Erhitzer durch eine mit  einem Absperrventil 14 versehene     Leitung    15  und     vereinigt    sieh in der Leitung 13 mit dem  durch den     Wärmespeicher    11 strömenden Teil,  um mit diesem gemeinsam abgeleitet zu wer  den.  



  Der die Leitung 13 verlassende Wärme  träger     ist    hierbei schon weitgehend abgekühlt.  Da es     sich    bei diesem Wärmeträger zumeist  um staubhaltige Abgase handelt, sind sie in  der Regel noch einem     Reinigungsvorgang    zu    unterziehen, bevor sie in die Atmosphäre aus  gestossen werden.  



  In der Periode des     Aussetzens    des Wärme  trägers wird das Ventil 7     geschlossen.        Durch          ein    von einem Motor 16 angetriebenes Gebläse  17 wird während dieser Zeit     aus    der Atmo  sphäre durch eine Leitung 18 Luft     angesaugt     und durch eine weitere Leitung 19, welche  mit einem Absperrventil 20 versehen ist, in  den Wärmespeicher 11 geleitet. Das in der  Leitung 13 angeordnete Ventil 12 ist. hierbei  geschlossen. Die Luft nimmt im Wärmespei  cher 11 von diesem Wärme auf.

   Sie     dient    als       Zwischenwärmeträger    und wird sodann durch  die Leitung 9 in den Erhitzer 1     geführt,    wobei  sie mindestens einen Teil der vom Speicher  aufgenommenen Wärme an das Arbeitsmittel  der     Wärmekraftanlage    abgibt.  



  In der Zeit des     Anfal'lens    des Wärmeträ  gers sind die Ventile 7, 12 und 14 offen,     das     Ventil 20     dagegen,    ist     geschlossen.    In der Zeit  des     Aussetzens    des Wärmeträgers sind da  gegen die Ventile 20 und 14 offen,     während     die Ventile 7 und 12 geschlossen sind.

   Es  sind somit umschaltbare Mittel vorhanden,  welche einerseits den anfallenden Wärmeträ  ger teils zu dem der     Erhitzung    des Arbeits  mittels der Wärmekraftanlage dienenden Er  hitzer 1     und        teils        mi    dem Wärmespeicher 11  zu leiten gestatten und anderseits einen gas  förmigen     Zwischenwärmeträger    nacheinander  durch den Wärmespeicher 11 und den Er  hitzer 1 des Arbeitsmittels     zu    leiten gestatten,  so     da.ss        dieser        Zwischenwärmeträger    vom  Wärmespeicher aufgenommene Wärme im  Erhitzer durch     die    festen Wärmeaustausch  wände,

   das heisst die     Erhitzerrohre,    an das       Arbeitsmittel    abgibt.  



  Bei der dargestellten Anlage     gestatten    fer  ner die umschaltbaren Mittel, als Zwischen  wärmeträger von der Atmosphäre entnommene  Luft nacheinander durch den     Wärmespeicher     11 und den Erhitzer 1 zu leiten.  



  Im weiteren     ist    noch eine mit einem Ab  sperrventil 21 versehene Leitung 22 vorhan  den. Diese verbindet die Leitung 10 mit, der  Atmosphäre.      Im normalen Betrieb der Wärmekraft  anlage ist das Ventil 21 sowohl während der  Zeit des     Anfallens    des Wärmeträgers     wie     auch während der Zeit des     Aussetäens    ge  schlossen.  



  Es     kann.    aber vorkommen, dass die Wärme  kraftanlage aus irgendwelchen Gründen ausser  Betrieb     gesetzt    wird. In     diesem    Falle     ist    wäh  rend der Periode des     Anfallens    des Wärme  trägers dessen gesamte Menge durch den  Wärmespeicher zu leiten, um hinreichend ab  gekühlt zu     -werden    zur Ermöglichung einer  allfälligen nachfolgenden Reinigung. Dann  ist das Ventil 14 geschlossen. Die Ventile 7  und 12 bleiben dagegen offen. Die Ventile 20  und 21 verbleiben wie im Falle des Betriebes  der Wärmekraftanlage in geschlossenem Zu  stand.  



  In der Zeit des     Aussetzens    des Wärme  trägers werden dagegen die     Ventile    7 und  12 geschlossen. Die Ventile 20 und 21 werden  geöffnet. Die von der Atmosphäre     angesaugte     Luft     wird    nun durch den     Verdichter    17 in  den Wärmespeicher 11 gefördert     und    erhitzt.  Sie kann aber nach Verlassen     des    Wärmespei  chers nicht     -wie    im normalen Betriebsfall  durch den Erhitzer 1 strömen, da das Ventil  14 geschlossen ist.

   Die den Wärmespeicher       verlassende    Luft     wird    vielmehr unter Um  gehung des Erhitzers durch die Leitung 22  unmittelbar abgeleitet. Bei diesem Vorgang  kühlt sich der     Wärmespeicher    1.1     Wieder        so     weit ab, dass er seinerseits bei     Beginn     der nachfolgenden Periode wieder bereit ist,  Wärme von den anfallenden, durch die Lei  tung 8 zugeführten Abgasen aufzunehmen.  



  Eine solche Anordnung hat den     Vorteil,     dass auch     m    einer Zeit, in welcher eine Ver  wertung der im     intermittierend    anfallenden  Wärmeträger enthaltenen Wärme in einer  Wärmekraftanlage nicht vorgesehen ist, dieser  Wärmeträger doch hinreichend     abgekühlt     wird, um     beispielsweise    einer nachfolgenden  Reinigung unterworfen werden zu     können.    Es  ist hierbei vorteilhaft, dass zu dieser Abküh  lung nicht, wie es bisher oft üblich war.

   Was  ser verwendet wird, was insbesondere dann  von Wichtigkeit ist, wenn allfällige Wasser-         einbrüche    den die Heissgase erzeugenden Pro  zess stören oder sogar     Explosionen    hervor  rufen könnten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Verwertung von in einem intermittierend anfallenden Wärmeträger, ins besondere in Abgasen, enthaltener Wärme in einer Wärmekraftanlage, dadurch gekenn zeichnet,

   d.ass in der Periode des Aasfallens dieses Wärmeträgers ein Teil das Wärmeträ gers Wärme aii einen Wärmespeicher abgibt und der verbleibende Teil Wärme durch feste Wärmeaustauschwände an das Arbeits mittel der Wärmekraftanlage überträgt,

   in der Periode des Aussetzens dieses Wärmeträgers dagegen vom Wärmespeicher Wärme an das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage abge geben wird. II. Anlage zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine Wärmekraftanlage,

   einen Wärmespeicher und umschaltbare Mittel, welche einerseits den anfallenden Wärmeträger teils zu einem der Erhitzung des Arbeitsmittels der Wärmekraft- anlage dienenden Erhitzer und teils zu einem Wärmespeicher zu leiten gestatten,

   und ander seits einen gasförmigen Zwischenwärmeträger nacheinander durch den Wärmespeicher und den Erhitzer des Arbeitsmittels z1x leiten ge statten, so da,

   ss dieser Zwischenwärmeträger vom Wärmespeicher aufgenommene Wärme im Erhitzer durch feste Wärmeaustausch- wände an das Arbeitsmittel abgibt. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, d'ass in der Periode des Aussetzens des Wärmeträgers durch den Wärmespeicher ein gasförmiger Zwischen wärmeträger erhitzt wird, welcher seinerseits durch die festen Wärmeaustauschwände min- destens einen Teil der vom Speicher aufge nommenen Wärme an das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage abgibt. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärm:eträger atmosphärische Luft ist. 3. Anlage nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, d'ass die umschaltbaren Mittel als Zwischenwärmeträger von der Atmosphäre entnommene Luft nacheinander durch den Wärmespeicher und den Erhitzer zu leiten gestatten. 4.

   Anlage nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftanlage eine 1=Ieissluftturbinenanlage mit geschlosse- nem Arbeitsprozess ist.