CN102047534A - 废热利用 - Google Patents

Abstract

本发明提出在工业过程中使用电变流器和电机的废热用于在另一工艺步骤中进行加热。为此，为产生废热的元件使用液体冷却。由此节省了电能或者储存在石化中的能量，这又直接或者间接地降低了所排放的温室气体。

Description

废热利用

背景技术

目前重要的技术主题是通过人为产生的温室气体会改变气候。最为突出的温室气体是二氧化碳，二氧化碳在大气中阻挡由地球发出的热辐射。围绕气候变化的讨论一方面在政策上确定提高石化原材料以及电流的价格。另一方面在法律上尤其对CO₂的排放的规定变得更加严格。因此，对于所有寻找用于节省能量的解决方案的技术领域形成了重要的挑战。

用于这种领域的例子是用于电解氯化钠也就是食盐的工业上的大型设备。所谓的氯碱电解产生了基本化学物质氯、氢以及氢氧化钠。为此的化学反应是吸热的，并且所需的能量通过直流电来输送。后来经常希望实现产物的较高的浓度。为此，在另一步骤中进行蒸发，例如通过经由窑炉进行的加热来实现。

发明内容

本发明的任务是说明一种方法以及一种装置，其中为工业上的过程、例如也不仅仅是上面所描述的，可以节省能量。也应该由此直接或者间接地减少所排放的温室气体。

该任务通过具有权利要求1的特征的装置得到解决。在方法方面，解决方案存在于具有权利要求8的特征的方法中。从属权利要求涉及本发明的有利的设计方案。

按本发明的装置具有产生废热的电转换器。此外，该装置具有处理装置以及用于处理装置的加热装置。如此设计该装置，从而将废热输入加热装置中。

在按本发明的用于在处理装置中进行加热的方法中，在电转换器中产生废热并且将废热输入处理装置中用于加热。

所述电转换器例如可以是电机、例如马达，然而也可以是变流器、整流器或者逆变器。例如可以设计所述处理装置用于实施化学反应或者物理的过程。关于此的例子是用热方式进行海水脱盐或者蒸发设备。

当然，使用多个单个的不同类型的电转换器和/或所述处理装置支持多个不同的所有或者仅仅部分地需要加热的单个步骤都在本发明的范围内。

通过本发明有利地为处理装置的加热使用本来就产生的废热，并且由此总体节省了能量。由此，要么节省了石化的燃料，这直接降低了温室气体排放，要么节省了电流，这间接地同样用于降低CO₂。

在本发明的有利的设计方案以及改进方案中，为电转换器设置了液体冷却。这还有利地将废热引向加热装置。所述液体冷却一方面用于有效地进行冷却。其必要时也比风扇冷却更温和。此外，可以通过冷却液体将废热特别有针对性地输入处理装置并且在那里用于加热。替代的或者补充的方案在于使用热导管输送热量。

按本发明的装置的具体例子是，所述电转换器是变流器和/或马达并且处理装置是冷轧设备中的乳化池。在另一例子中，所述电转换器是整流器并且处理装置是电解设备中的蒸发设备。根据另一例子，所述电转换器是整流器和/或逆变器并且处理装置是用于海水的脱盐设备。

在本发明的有利的设计方案以及改进方案中，所述处理装置如此配合电转换器，使得废热完全足以用于处理装置中的加热。换句话说，输入的废热完全替代了其它的否则必须为了处理装置而存在的加热形式。这在处理装置与电转换器的目的脱耦时也就是在可以任意地设计尺寸时可以特别简单地实施。然而在一些工业设备中电转换器的目的、例如第一工艺步骤的供电与所述处理装置相关，在这些工业设备中相应的尺寸设计是有利的。作为替代方案，废热可以作为其它加热形式如燃烧石化燃料或者电加热的补充的附加的热源起作用。

附图说明

现在根据附图对本发明的优选的但是决不起限制作用的实施例进行详细解释。为了进行说明，没有按比例地进行绘图，并且仅仅示意性地示出一定的特征。在此，相互对应的部件在附图中设有相同的附图标记。附图详细地示出：

图1是按现有技术的用于电解以及用于使电解产物蒸发的装置，

图2是按本发明设计的装置，

图3是冷轧设备的组件，

图4是传输高压直流电连同海水脱盐的组件，

图5是电镀设备的组件。

具体实施方式

已经在开头提到的氯碱电解应该用作第一例子。其中由食盐产生基本化学物质氯、氢以及氢氧化钠。为此的化学反应是吸热的，也就是需要输入的能量6用于维持该反应，并且所需要的能量通过直流电输入。这种设备在图1和2中非常示意性地并且简化地示出。在此，图1示出了按现有技术的处理方式，而图2中示出了按本发明的设备的设计方案。在这两种情况下，由交流电源3通过整流器4向电解池1进行供给。用于使产物蒸发的装置2在位置上处于电解池1附近，由此实现了产物的更高的浓度。

根据现有技术用空气冷却所述整流器，为此可能需要风扇。该整流器的废热5不加利用地进入空气中。同时，所述蒸发装置2需要输入的热能6。

根据按图2的用于本发明的实施例，现在用液体冷却所述整流器4，其中在附图中没有示出液体冷却。由此，一方面可以实现非常有效的并且必要时也很温和的冷却。另一方面，可以非常好地输送整流器4的输出的废热5。现在代替不加利用地发出废热，将废热5输入蒸发装置2中。在那里，废热5可以支持加热装置或者也许也可以代替加热装置。在图2中，除了输入废热5也示出了输入的其它热功率6。

因此实现了能量节省，方法是将整流器4的废热5用于加热蒸发设备2。此外也还节省了功率，因为同样取消了用于空气冷却的冷却风扇。因为在这种情况下节省了来自石化燃料的能量，所以直接减少了温室气体的排放。

在图3中示意性地示出了本发明的另一实施例的组件。在这种情况下涉及冷轧设备。该冷轧设备具有用于驱动的马达8，所述马达产生废热7。所述马达8通过变流器10被供给电流。该变流器10同样产生废热11。位置上在附近存在乳化池9，必须将该乳化池加热到60至80℃。在现有技术中，习惯用空气冷却所述马达8以及变流器10，这甚至还为风扇消耗额外的能量。同时加热所述乳化池9。为此，在现有技术中例如使用电加热或者燃气加热。

根据本发明，在该实施例中用液体冷却所述用于马达8的变流器10。使用如此排出的废热7、11用于加热乳化池9。在此，将废热7、11输入两个乳化池。在此，温度调节器12控制着废热7、11的输入以及另外需要的热功率6。下面要给出对在按图3的设备中出现的功率所作的估算。从所安装的20MW的马达功率出发。IGCT变流器10的效率为98％，也就是说，其中产生20MW的2％＝400kW的功率损失。所述马达8的效率可以用97.5％来估算，由此得到了500kW的功率损失。也就是总共产生大约900kW的废热7、11。

在该例子中加热乳化池9需要1800kW的功率。因为来自变流器10和马达8的废热7、11大约为热功率的一半，所以可以节省高达50％的所需热能。在每年6000个工作小时中，这就是5400MWh。这大致相当于1000个家庭持家一年所需的能量。

应该根据图3对第三实施例进行解释。在此，在用于传输高压直流电的设备13中、也就是在所使用的整流器以及逆变器4中产生了所考虑的废热5。在图3中仅仅示出了所述设备13的一侧，在这种情况下仅仅具有一个整流器4。通常这种设备13具有对称的构造，从而在每侧上构造整流器4，使得其可以双向工作，也就是不仅可以作为整流器4进行工作，而且可以作为逆变器进行工作。这里通常在现有技术中使用与在前两个实施例中相同的冷却，也就是风扇冷却。然而，在这种实施例中，废热5通过液体冷却排出并且用于运行用于以热方式进行海水脱盐的设备14。这是特别有利的，因为典型地在传递电功率时通过水体、也就是在海底电缆23中传输高压直流电，从而可以在位置上在附近进行海水脱盐。因为这里也取消了风扇冷却并且利用了消耗能量的过程的废热5，所以再次降低了温室气体的排放。

本发明的前两个实施例涉及工业设备，所述工业设备通常以所描述的形式连续地存在，并且其中可以通过工艺步骤的共同作用来确定各个工艺步骤的能量消耗。与之不同的是，海水脱盐独立于高压直流电传输。因此，可以如此设计结合高压直流电传输13用于海水脱盐的设备14的尺寸，使得高压直流电传输13的废热5完全足够用于脱盐所需的加热。由此，甚至简化了脱盐设备的结构，因为可以完全放弃其它的加热。

在图5中描绘了第四实施例。在此涉及例如用于为部件镀锌的电镀设备22。在该设备22中，所述部件要经过至少七个工艺步骤，也就是热脱脂15、电脱脂16、酸蚀和酸洗17、18、电镀步骤19、铬化处理步骤20以及干燥21。在此，前三个步骤15、16、17以及干燥21需要输入的热能6。另一方面，在电脱脂16以及真正的电镀19中输入直流电，该直流电通过整流器4从交流电源3中获得。在此，整流器4以常规的方式产生废热5。在该实施例中，废热分布到要求加热的工艺步骤15、16、17、21上，从而以此在加热中再次节省能量。

与图5中示出的处理方法不同，也可以将废热5仅仅输入部分需要加热的工艺步骤15、16、17、21中。由此，可以在废热5足够时除了获取能量之外，还尽可能地简化所述设备22的结构，方法是可以在所述工艺步骤15、16、17、21中完全取消其它的加热。在此，示例性地从以下条件出发，即所述整流器4具有85％的效率。对于电脱脂16来说，使用150kW的电功率，从中形成22.5kW作为废热5。对于电镀19来说，使用900kW的电功率，从中形成135kW作为废热5。因此，在这个例子中，总共提供了150kW以上的热功率，所述热功率能够以合适的方式分布到相应的工艺步骤15、16、17、21上。

Claims (9)

1.装置，具有：

－产生废热（5、7、11）的电转换器（4、8、10），

－处理装置（2、9、14…17、21），以及

－用于处理装置（2、9、14…17、21）的加热装置，

设计所述装置，从而将所述废热（5、7、11）输入所述加热装置。

2.按权利要求1所述的装置，其中，为所述电转换器（4、8、10）设置液体冷却，该液体冷却还用于将所述废热（5、7、11）排出给所述加热装置。

3.按权利要求1或2所述的装置，其中，所述电转换器（8、10）是变流器（10）和/或马达（8）并且所述处理装置（9）是乳化池（9）。

4.按权利要求1或2所述的装置，其中，所述电转换器（4）是整流器并且所述处理装置（2）是蒸发设备（2）。

5.按权利要求1或2所述的装置，其中，所述电转换器（4）是整流器（4）和/或逆变器并且所述处理装置（14）是用于海水的脱盐设备（14）。

6.按权利要求1或2所述的装置，其中，所述电转换器（4）是整流器并且所述处理装置（22）是电镀设备（22）。

7.按上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述处理装置配合所述电转换器（4、8、10），使得所述废热（5、7、11）完全足以用于所述处理装置（2、9、14…17、21）中的加热。

8.用于在处理装置（2、9、14…17、21）中进行加热的方法，其中，在电转换器（4、8、10）中产生废热（5、7、11）并且将所述废热（5、7、11）输入所述处理装置（2、9、14…17、21）用于加热。

9.按权利要求8所述的方法，其中，用液体冷却所述电转换器（4、8、10）并且使用冷却液体将所述废热（5、7、11）输送到处理装置（2、9、14…17、21）。

Images