DE102007015623A1 - Combined heat and power station, has bio-ethanol plant which is downstream for generating bio-ethanol for remainder steam, where part of energy contained in remainder steam is used for energetic processes of plant - Google Patents

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Abstract

The station (2) has a furnace for energetic use of agriculturally produced raw materials e.g. potatoes, and a steam generator for generating main steam. A steam turbine converts a part of energy contained in the main stream into another type of energy. The steam turbine is downstream of a processed application in which a part of energy contained in a process steam is used. A bio-ethanol plant (4) is downstream for the generating bio-ethanol for the remainder steam, where a part of the energy contained in the remainder steam is used for energetic processes of the plant. An independent claim is also included for a method for energetic use of agriculturally produced raw materials.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Heizkraftwerk mit einem Ofen zur energetischen Nutzung von landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffen, einem Dampferzeuger zur Erzeugung von Frischdampf und einer Dampfturbine zur Umwandlung eines Teils der im Frischdampf enthaltenen Energie in eine andere Energieart sowie auf ein Verfahren zur energetischen Nutzung von landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffen durch deren Verbrennung in einem Heizkraftwerk unter Erzeugung von Frischdampf und dem anschließenden Entziehen eines Teils der im Frischdampf enthaltenen Energie mittels einer Turbine.The The present invention relates to a cogeneration plant with a Oven for the energetic use of agriculturally produced Raw materials, a steam generator for the production of live steam and a steam turbine for converting a part of the live steam contained energy in a different type of energy and a process for the energetic use of agricultural raw materials by their combustion in a cogeneration plant generating Live steam and the subsequent removal of a part the energy contained in the live steam by means of a turbine.

Aus der Schrift DE 32 11 249 A1 ist es bekannt, landwirtschaftlich oder forstwirtschaftlich erzeugte Rohstoffe wie beispielsweise Stroh oder Holzhackschnitzel in einem Ofen zur Erzeugung von Energie zu verbrennen. Es ist jedoch wünschenswert, die dabei erzeugte Energie möglichst effizient und vollständig zu nutzen.From the Scriptures DE 32 11 249 A1 It is known to burn agricultural or forestry-produced raw materials such as straw or woodchips in a furnace to produce energy. However, it is desirable to use the energy generated as efficiently and completely as possible.

Aus der Schrift DE 103 46 099 A1 ist es bekannt, die gesamte Biomasse aus Ölpflanzen, wie beispielsweise Raps, Sonnenblumen, Soja und dergleichen, und Zuckerpflanzen wie Zuckerrüben, Zuckerrohr und dergleichen, zur Stromerzeugung zu nutzen. Mit der „gesamten Biomasse" ist dabei sowohl das Stroh beziehungsweise die Stengel als auch das Korn sowie die Rübenschnitzel und die ausgepressten Zu ckerrohrstengel gemeint. Die Biomasse, insbesondere auch das Stroh, wird in einem Ofen verbrannt, um Dampf und aus dem Dampf mittels einer Turbine elektrische Energie zu erzeugen. Es wird vorgeschlagen, die Abwärme für den Eigenbedarf oder sonstige Weiterverarbeitungsanlagen für Agrarprodukte zu nutzen. Die bei der Verbrennung anfallende Asche wird als Düngemittel an die Landwirte zurückgegeben. Als nachteilig hat sich bei diesem Verfahren erwiesen, dass zunächst die landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffe getrennt geerntet und später wieder miteinander zu einem Trockenbrennstoff vermischt werden, um als Brennstoff zu dienen. Hierdurch werden die pflanzlichen Energiepotentiale nicht vollständig ausgeschöpft. Es fehlen konkrete Vorschläge für eine effiziente Nutzung der anfallenden Niederdruckdämpfe sowie der Abwärme. Schließlich können bei der Verbrennung von Getreide Rauchgasemissionen mit Inhaltsstoffen anfallen, die wegen des höheren Stickstoffanteils im Korn höhere Stickoxidanteile aufweisen und deshalb umweltbelastender sind als die Abgase aus einer reinen StrohverbrennungFrom the Scriptures DE 103 46 099 A1 It is known to use the entire biomass of oil crops, such as oilseed rape, sunflowers, soybeans and the like, and sugar plants such as sugar beet, sugar cane and the like, for power generation. By "total biomass" is meant both the straw or stalks as well as the grain and the beet pulp and the pressed sugar tube stems.The biomass, in particular the straw, is burned in an oven to produce steam and steam It is proposed to use the waste heat for its own use or other reprocessing facilities for agricultural products, and the ashes produced during incineration are returned to the farmers as fertilizers The raw materials produced are harvested separately and later mixed together again to form a solid fuel to serve as fuel, thereby not fully exploiting the plant's energy potentials and there are no concrete proposals for the efficient use of the resulting low-pressure vapors and waste heat When combusting grain, flue gas emissions can naturally occur with ingredients which, because of the higher nitrogen content in the grain, have higher nitrogen oxide contents and are therefore more polluting than the waste gases from a pure straw combustion

Aus der Schrift DE 198 43 002 A1 ist es bekannt, bei der Verbrennung von örtlich anfallenden Brennmaterialien in einem ersten Kreislauf durch Erzeugung von Dampf und dem Einsatz einer Turbine elektrischen Strom zu erzeugen und die Abwärme in einem zweiten Kreislauf zur Beheizung von Häusern zu nutzen. Auch hier werden die phytologischen Potentiale nicht voll genutzt.From the Scriptures DE 198 43 002 A1 It is known to generate electrical power in the combustion of locally generated fuel in a first cycle by generating steam and the use of a turbine and to use the waste heat in a second circuit for heating homes. Again, the phytological potentials are not fully utilized.

Nachfolgend ist aus Vereinfachungsgründen nur von landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffen die Rede, wobei damit auch forstwirtschaftlich erzeugte Rohstoffe gemeint sind.following is for simplification reasons only of agricultural the raw materials used, including forestry produced raw materials are meant.

Die vorgenannten Energieerzeugungsanlagen und Verfahren haben das Ziel gemeinsam, Energie aus der Verbrennung von landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffen zu nutzen. Allerdings zeigen sich bei jedem vorbenannten Vorschlag Defizite, durch die es nicht gelingt, das volle pflanzliche Potential für eine effiziente Energieerzeugung zu nutzen. Der Wirkungsgrad der aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen ist insgesamt nicht zufrieden stellend. Den bekannten Anlagen gelingt allenfalls eine hälftige Nutzung der bei der Verbrennung anfallenden Energie.The The above-mentioned energy production plants and processes have the goal together, energy from the combustion of agricultural produce To use raw materials. However, each one of the above is shown Proposal deficits, which does not manage the full plant To exploit potential for efficient energy production. The efficiency of the known from the prior art systems is not satisfactory overall. The known systems succeed at most one half of the use of the combustion accumulating energy.

Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heizkraftwerk und ein Verfahren zur energetischen Nutzung von landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffen zu schaffen, bei dem die pflanzlichen Potentiale der eingesetzten pflanzlichen Rohstoffe besser genutzt werden und ein höherer Wirkungsgrad der bei der Verbrennung erzielten Wärme erreicht wird.Accordingly It is the object of the present invention, a cogeneration plant and a process for the energetic use of agriculturally produced To create raw materials, in which the plant potentials of the used vegetable raw materials are better used and a higher efficiency of combustion achieved Heat is achieved.

Die Aufgabe wird für ein gattungsgemäßes Heizkraftwerk gelöst, indem der Dampfturbine eine verfahrenstechnische Anwendung nachgeschaltet ist, in der ein Teil der im Prozessdampf enthaltenen Energie verbraucht wird, und für den Restdampf eine Bioethanolanlage zur Erzeugung von Bioethanol nachgeschaltet ist, für deren energetische Prozesse ein Teil der im Restdampf enthaltenen Energie nutzbar ist. Die Aufgabe wird für ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, indem die in dem aus der Turbine ausströmenden Prozessdampf enthaltene Energie teilweise in einer nachgeschalteten verfahrenstechnischen Anwendung genutzt und die in dem Restdampf aus der verfahrenstechnischen Anwendung enthaltene Energie teilweise in einer nachgeschalteten Bioethanolanlage zur Herstellung von Bioethanol verwendet wird.The Task is for a generic thermal power plant solved by the steam turbine a procedural Application is downstream, in which part of the process steam energy consumed, and for the residual steam downstream of a bioethanol plant for the production of bioethanol is, for their energetic processes part of the residual steam contained energy is usable. The task will be for one generic method solved by which contained in the process steam flowing out of the turbine Energy partly in a downstream process engineering Application used and in the residual steam from the process engineering Application contained energy in part in a downstream Bioethanol plant is used for the production of bioethanol.

Durch die gestufte Nutzung der anfallenden Wärmeenergie können die Energiepotentiale der eingesetzten Pflanzen optimal genutzt werden. Der Frischdampf kann beispielsweise bei einer Strohverbrennung in einer geeigneten Anlage Temperaturen von über 500°C und Druckwerte von über 80 bar erreichen. Hochdruckdampf kann dazu genutzt werden, elektrische Energie zu erzeugen, oder er wird dazu genutzt, energieintensive Produktionsprozesse mit Energie zu versorgen. Für die Strohverbrennung eignen sich grundsätzlich alle Stroharten aus dem Getreidebau, wie beispielsweise Roggen, Weizen, Triticale, Gerste und dergleichen.Due to the gradual use of the resulting heat energy, the energy potential of the plants used can be optimally utilized. The live steam can reach temperatures of over 500 ° C and pressure values of over 80 bar, for example, in a straw plant in a suitable plant. High-pressure steam can be used to generate electrical energy, or it can be used to power energy-intensive production processes. For the straw burning Basically, all types of straw from cereals are suitable, such as rye, wheat, triticale, barley and the like.

Durch die Energieentnahme aus dem Frischdampf verringert sich der Dampfdruck und die Temperatur des Dampfes, aufgrund der noch im Dampf enthaltenen Restenergie verfügt der Prozessdampf aber auch bei einem Restdruck von unter 10 bar und mit Temperaturen von um 200°C aufgrund der noch vollständig enthaltenen Kondensationswärme über ein hohes Wärmepotential. Für die Gesamtenergieeffizienz ist es vorteilhaft, diesen Prozessdampf in wärmetechnischen Anwendungen zu nutzen. Für eine vollständige Nutzung der in den eingesetzten Pflanzen enthaltenen Energie bietet sich die Kopplung mit einer nachgeschalteten verfahrenstechnischen Anwendung an, für die eine erhebliche Menge an Wärmeenergie benötigt wird und in der ein Teil der im Prozessdampf enthaltenen Energie verbraucht werden kann. Nach einem Ausführungsbeispiel kommt als eine verfahrenstechnische Anwendung die Nutzung als Prozesswärme in einer Stärkefabrik in Betracht. Es ist aber auch möglich, den Prozessdampf als Energiequelle in chemischen Anlagen oder in anderen Produktionsanlagen mit hohem Wärmebedarf zu nutzen. Durch die verfahrenstechnische Nutzung des Prozessdampfes reduziert sich die Dampftemperatur im Restdampf auf 100–110°C. Auch dieses Temperaturniveau ist noch so hoch, dass es weiter genutzt werden kann.By the energy extraction from the live steam reduces the vapor pressure and the temperature of the steam, due to the still contained in the steam Residual energy has the process steam but also at a Residual pressure of less than 10 bar and with temperatures of around 200 ° C due to the still completely contained condensation heat over a high heat potential. For the total energy efficiency it is advantageous to use this process steam in thermal engineering Applications to use. For a complete use The energy contained in the plants used offers itself the coupling with a downstream process engineering application for which a significant amount of heat energy is needed and in the part of the contained in the process steam Energy can be consumed. According to one embodiment comes as a procedural application, the use of process heat in a starch factory into consideration. But it is also possible the process steam as an energy source in chemical plants or in other production facilities with high heat demand to use. Reduced by the procedural use of process steam the steam temperature in the residual steam at 100-110 ° C. Even this temperature level is still so high that it continues to be used can be.

Erfindungsgemäß wird der Restdampf als Wärmequelle in einer Bioethanolanlage genutzt. In der Bioethanolanlage können die Getreidekörner, weiterverarbeitet werden, die als Nebenfraktion des für die Strohverbrennung angebauten Strohs bei der Ernte anfallen, aber auch Mais oder Kartoffeln. Für die Aufarbeitung pflanzlicher Ausgangsstoffe wie beispielsweise das bei der Stroherzeugung anfallende Getreide zu einem Bioethanol sind erhebliche Energiemengen erforderlich. Um 1 Liter Ethanol aus landwirtschaftlich erzeugten Ausgangsstoffen wie Getreide zu produzieren, ist ein Energieäquivalent von 0,2 Litern Heizöl erforderlich. Durch die Verarbeitung des Getreides zu Bioethanol kann der im Heizkraftwerk anfallende Restdampf vollständig ohne Verluste durch Fernwärmenetze und unabhängig vom aktuellen realen Bedarf privater oder gewerblicher Abnehmer, der bei anderen Konzepten niedriger ausfallen kann als die anfallende Restdampfmenge, verwertet werden. Das erzeugte Bioethanol kann verlustfrei gelagert und transportiert werden. Die aus dem landwirtschaftlichen Anbau stammenden Getreidemengen werden ganzheitlich energetisch genutzt, wobei die Aufteilung der Wärmenutzung des Frischdampfes in einer Turbine zur Stromerzeugung, des Prozessdampfes in einer verfahrenstechnischen Anwendung und des Restdampfes in einer Bioethanolerzeugung einen sehr hohen Wirkungsgrad für die Ausnutzung der durch die Strohverbrennung erzeugten Wärme ermöglicht. Der Wirkungsgrad der beschriebenen Prozesskette liegt zwischen 70 und 80%.According to the invention the residual steam as a heat source in a bioethanol plant used. In the bioethanol plant, the grains can be further processed be that as a secondary faction of for the straw burning grown straw at harvest, but also corn or potatoes. For the processing of plant raw materials such as the grain produced in straw production becomes bioethanol Considerable amounts of energy are required. To 1 liter of ethanol produce agricultural inputs such as cereals, is an energy equivalent of 0.2 liters of fuel oil required. By processing the grain into bioethanol can the resulting residual heat in the heating plant completely without losses due to district heating networks and independent the current real needs of private or commercial customers, which can be lower than the accumulated in other concepts Residual steam amount, be recycled. The bioethanol produced can be lossless be stored and transported. The from the agricultural Cultivation originating cereals become holistically energetic used, whereby the distribution of the heat use of the live steam in a turbine for generating electricity, the process steam in a process engineering Application and residual vapor in a bioethanol production very high efficiency for the exploitation of by the Straw combustion generated heat allows. Of the Efficiency of the described process chain is between 70 and 80%.

Neben der Nutzung des im Heizkraftwerk erzeugten Dampfes verbleibt noch eine Niedertemperaturwärme von unter 100°C sowie die Abwärme aus dem Heizkraftwerk und den nachgeschalteten Anlagen, die von Kraftwerksanlagen üblicher Art nicht mehr wirtschaftlich nutzbar ist. In einer Anlage, in der landwirtschaftlich erzeugte Rohstoffe genutzt werden, ist jedoch noch eine sinnvolle Nutzung dieser Restenergie gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung möglich. So kann die Restwärme dazu genutzt werden, die Maische in der Bioethanolanlage zur Destillation aufzuheizen oder die Temperatur in einem Behälter zur Biogaserzeugung auf einem höheren Niveau zu halten, insbesondere einem solchen, bei dem die Gasbildungsprozesse optimal verlaufen. Ein solches Temperaturniveau liegt bei etwa 35°C. Durch die Nutzung der Restwärme kann auf den Einsatz anderer Energieträger verzichtet werden, und die Effizienz der Biogaserzeugung verbessert sich.Next the use of the steam generated in the cogeneration plant still remains a low-temperature heat of less than 100 ° C as well the waste heat from the cogeneration plant and the downstream Plants that are no longer of conventional power plants is economically usable. In a plant, in the agricultural used raw materials is still a useful one Use of this residual energy according to a preferred Embodiment of the invention possible. So the residual heat can do so be used, the mash in the bioethanol plant for distillation to heat up or the temperature in a tank for biogas production to keep at a higher level, especially such in which the gas-forming processes run optimally. Such a temperature level is about 35 ° C. By using the residual heat can be dispensed with the use of other sources of energy, and the efficiency of biogas production is improving.

Bei der Biogaserzeugung können neben pflanzlichen Primärrohstoffen, wie beispielsweise Maispflanzen, auch geeignete biologische Reststoffe verwertet werden, wie insbesondere die Schlempe aus der Bioethanolerzeugung. Die Schlempe weist einen hohen Anteil organischer Stoffe auf. Daher ist sie sehr gut für die Biogaserzeugung geeignet. Durch die Verwertung der Schlempe zur Biogaserzeugung entfällt die sonst notwendige Entsorgungslogistik. Die Schlempe aus der Bioethanolerzeugung stellt zudem einen inhaltlich weitgehend homogenen und kontinuierlich anfallenden Rohstoff dar, der in einer Biogasanlage für eine gute Gasausbeute und einen sicheren Betrieb der Anlage sorgt. Durch die Aufarbeitung der Schlempe zu Biogas wird die Energieeffizienz der gesamten Anlage und die Ausnutzung des theoretisch nutzbaren pflanzlichen Potentials insgesamt nochmals gesteigert. Die Schlempe kann aber auch durch Verfütterung an Tiere sinnvoll verwertet werden.at of biogas production, in addition to primary vegetable raw materials, such as corn plants, also utilizes suitable biological residues especially the vinification from bioethanol production. The vinasse has a high content of organic matter. Therefore it is very suitable for biogas production. By the Utilization of the vinasse for biogas production is no longer necessary otherwise necessary disposal logistics. The vinasse from bioethanol production In addition, the content is largely homogeneous and continuous resulting raw material that is in a biogas plant for good gas yield and safe operation of the plant. The processing of the stillage into biogas will increase energy efficiency the entire plant and the exploitation of the theoretically usable Plant potential increased again. The vinasse but can also be usefully utilized by feeding to animals.

Das nach einer bevorzugten Ausgestaltung in der Biogasanlage erzeugte Biogas kann dazu benutzt werden, in einem Blockheizkraftwerk elektrischen Strom zu erzeugen. Die dabei anfallende Abwärme kann wiederum für die Biogaserzeugung, für die Vorwärmung der Maische in der Bioethanolanlage oder als Prozesswärme in nachgelagerten Nutzungen verwertet werden. Es ist jedoch auch möglich, das Biogas in das Heizkraftwerk einzuleiten, um dort die Brennprozesse zu unterstützen.The produced according to a preferred embodiment in the biogas plant Biogas can be used to power in a combined heat and power plant Generate electricity. The resulting waste heat can turn for biogas production, for preheating the mash in the bioethanol plant or as process heat be utilized in downstream uses. It is, however possible to introduce the biogas into the cogeneration plant to get there to support the firing processes.

Eine sinnvolle Verwendung der Restwärme und der Abwärme kann darin liegen, das Speisewasser für den Dampferzeuger vorzuheizen, beispielsweise auf eine Temperatur von 60°C. Die Restwärme und die Abwärme kann jedoch auch für die Reststoffaufbereitung genutzt werden. An Reststoffen fallen die Gärreste aus der Biogasanlage und die Asche aus dem Heizkraftwerk an. Da die Gärreste nur noch einen geringen Anteil an Trockensubstanz mit hohem Wasseranteil aufweisen, müssen diese aufkonzentriert werden, um sinnvoll als Dünger abtransportiert und auf den landwirtschaftlich genutzten Flächen verwertet zu werden. Die Rest- und Abwärme kann als Prozesswärme beim Aufkonzentrieren verwertet werden. Auch die Asche ist als Dünger verwertbar.A useful use of residual heat and waste heat may be to preheat the feed water for the steam generator, for example to a temperature of 60 ° C. However, the residual heat and the waste heat can also be used for the processing of waste. Residuals are the digestate from the biogas plant and the ash from the cogeneration plant. Since the fermentation residues only have a small proportion of dry matter with a high water content, they must be concentrated in order to be sensibly transported away as fertilizer and utilized on the agricultural land. The residual and waste heat can be utilized as process heat during concentration. The ashes are also usable as fertilizer.

Durch das erfindungsgemäße Heizkraftwerk mit den angeschlossenen Anlagen und das erfindungsgemäße Verfahren wird ein geschlossener Stoffkreislauf realisiert, bei dem landwirtschaftlich erzeugtes Getreide vollständig mit hohem Wirkungsgrad zur Energieerzeugung genutzt und die dabei anfallenden Reststoffe wieder in den Stoffkreislauf zurück gegeben werden. Die Umweltbelastung und insbesondere die aus dem Betrieb des Heizkraftwerks stammenden Abgase werden möglichst niedrig gehalten, unnötige Stickoxidemissionen werden vermieden. An zusätzlichen Einsatzstoffen ist im Prinzip nur noch Wasser für den Dampfkreislauf und Hefe für die Bioethanolanlage erforderlich. Das anfallende Abwasser kann geklärt und/oder wieder aufbereitet werden.By the thermal power plant according to the invention with the connected Facilities and the method according to the invention is realized a closed material cycle in which agricultural completely produced grain with high efficiency Energy generation used and the resulting residual materials again be returned to the material cycle. The environmental impact and in particular those originating from the operation of the cogeneration plant Exhaust gases are kept as low as possible, unnecessary Nitric oxide emissions are avoided. At additional starting materials is in principle only water for the steam cycle and Yeast required for the bioethanol plant. The accumulating wastewater can be clarified and / or reprocessed.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Heizkraftwerk und das Verfahren dazu benutzt, Energie für den Betrieb einer Stärkefabrik bereit zu stellen. In einer Stärkefabrik werden landwirtschaftlich erzeugte Produkte wie beispielsweise Kartoffeln und Erbsen unter einem erheblichen Energieeinsatz zu Stärke verarbeitet. Es bietet sich an, den Prozessdampf, der die Turbine verlässt, für die Stärkeproduktion zu nutzen. Zudem kann die mit der Dampfturbine erzeugte elektri sche Energie in der Stärkeproduktion genutzt werden. Die Ab- und Restwärme aus dem Heizkraftwerk und dem Blockheizkraftwerk kann dazu genutzt werden, Reaktions- und Oxidationsbehälter für Zwischenprodukte der Stärkeproduktion auf einer gewünschten Betriebstemperatur von beispielsweise 60°C zu halten oder um Kälte herzustellen, die zur Abkühlung von Prozesswässern oder als Kühlwasser im Heizkraftwerk verwendbar ist.To An embodiment of the invention is the inventive Cogeneration plant and the process used to generate energy for to provide the operation of a starch factory. In a Starch factory become agriculturally produced products such as potatoes and peas under a substantial Energy input processed into starch. It makes sense the process steam leaving the turbine for to use the starch production. In addition, the with the Steam turbine generated electrical energy in starch production be used. The waste and residual heat from the cogeneration plant and the combined heat and power plant can be used to and oxidation tanks for intermediates of Starch production at a desired operating temperature For example, to keep 60 ° C or cold for cooling process water or usable as cooling water in the heating power plant.

Weitere Abwandlungen, Ergänzungen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung, der Zeichnung und den Merkmalen der Unteransprüche entnehmen.Further Modifications, additions and preferred embodiments The invention can be the following objective Description, the drawing and the features of the subclaims remove.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to an embodiment be explained in more detail.

In der beigefügten Zeichnung ist ein Heizkraftwerk 2 zu sehen, in dem landwirtschaftlich erzeugte Rohstoffe verfeuert werden können. In dem Heizkraftwerk befindet sich ein Dampferzeuger, in dem die durch die Verbrennung freigesetzte Energie genutzt wird, Speisewasser in Frischdampf umzuwandeln. An das Heizkraftwerk 2 ist eine zeichnerisch nicht näher dargestellte Dampfturbine angeschlossen. In der Dampfturbine wird die im Dampf enthaltene Energie zunächst durch die Rotation der Turbine in mechanische und durch den daran angeschlossenen Dynamo in elektrische Energie umgewandelt. Durch den Entzug von einem Teil der Energie aus dem Frischdampf verringert sich der verfügbare Dampfdruck und die Temperatur des Dampfes. Trotz dem Energieentzug hat der Dampf immer noch eine Temperatur von über 100°C und einen Druck von mehr als 1 bar, beispielsweise 2 bis 5 bar. Der Turbine entweicht nach einer Entnahme der im Frischdampf enthaltenen Energie ein energetisch noch weiter nutzbarer Prozessdampf.In the attached drawing is a heating plant 2 to see where agriculturally produced raw materials can be burned. In the cogeneration plant is a steam generator, in which the energy released by the combustion is used to convert feedwater into live steam. To the cogeneration plant 2 is a graphically not shown steam turbine connected. In the steam turbine, the energy contained in the steam is first converted into electrical energy by the rotation of the turbine into mechanical and by the dynamo connected thereto. The removal of some of the energy from the live steam reduces the available steam pressure and the temperature of the steam. Despite the removal of energy, the steam still has a temperature of over 100 ° C and a pressure of more than 1 bar, for example 2 to 5 bar. After removal of the energy contained in the live steam, the turbine escapes a process steam which can be used even more energetically.

Der Prozessdampf ist gut in verfahrenstechnischen Anwendungen nutzbar. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Prozessdampf dazu genutzt werden, eine Stärkefabrik 14 mit Energie, insbesondere auch Prozessdampf, zu versorgen. In einer Stärkefabrik 14 wird die in Pflanzen, insbesondere Kartoffeln oder Getreide, vorkommende Stärke aus dem Zellverbund der Pflanzen herausgelöst. Über die Hälfte der Herstellungskosten von Stärke entfallen auf die Kosten für aufgewendete Energie. Da eine Stärkefabrik 14 auf die Zulieferung von pflanzlichen Rohstoffen angewiesen ist, sind derartige Anlagen häufig in ländlichen Gegenden mit größerer landwirtschaftlich genutzter Fläche um den Fabrikstandort herum angesiedelt. Für laufende Energiezulieferungen sind derartige Standorte nicht immer optimal und bedeuten lange Zulieferwege, die zu Leitungs- und Transportverlusten führen können. Durch Zulieferungen an die Stärkefabrik 14 sind die Landwirte aus der Umgebung darauf eingestellt, ihren landwirtschaftlichen Anbau an die Bedürfnisse der Stärkefabrik 14 anzupassen. Der zusätzliche Anbau von landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffen für die energetische Nutzung eröffnet den Landwirten die Möglichkeit, zusätzliche Pflanzenarten in die Fruchtfolgeplanung auf ihren landwirtschaftlich genutzten Flächen einzuplanen. Durch den verwendungsnahen Anbau der energetisch genutzten Rohstoffe bleiben die Liefer- und Entsorgungswege von Rohstoffen und Reststoffen kurz. Wegen der vollständigen energetischen Verwendung der eingesetzten Rohstoffe können für deren Erzeugung Stilllegungsflächen genutzt werden, die sonst nicht landwirtschaftlich genutzt werden könnten. Wegen des Stoffkreislaufes können die beteiligten Landwirte darauf vertrauen, die Reststoffe auf ihren Flächen als Dünger verteilen zu können, ohne eine Kontamination ihrer Flächen durch Verunreinigungen unbekannter Herkunft befürchten zu müssen.The process steam is well usable in process engineering applications. According to one embodiment of the invention, the process steam can be used to a starch factory 14 to provide energy, in particular process steam. In a starch factory 14 the starch occurring in plants, in particular potatoes or cereals, is removed from the cell composite of the plants. More than half of the manufacturing costs of starch are attributable to the cost of energy used. As a starch factory 14 In addition to the supply of vegetable raw materials, such facilities are often located in rural areas with larger agricultural area around the factory site. For current energy supplies, such locations are not always optimal and mean long supply routes that can lead to line and transport losses. Through supplies to the starch factory 14 Farmers from the area are set to adapt their agricultural production to the needs of the starch factory 14 adapt. The additional cultivation of agriculturally produced raw materials for energy use gives farmers the opportunity to include additional plant species in crop rotation planning on their agricultural land. Due to the close-to-application cultivation of raw materials used in energy, the supply and disposal routes of raw materials and residues remain short. Because of the complete energetic use of the raw materials used, decommissioning areas that otherwise could not be used for agriculture can be used for their production. Because of the material cycle, the farmers involved can rely on being able to distribute the residues on their land as fertilizer, without having to fear contamination of their land by impurities of unknown origin.

Durch die geschlossenen Stoffkreisläufe und eine standortnahe Entsorgung bleiben die Entsorgungskosten der Stärkefabrik 14 niedrig. Die Kombination des erfindungsgemäßen Heizkraftwerks mit einer Stärkefabrik 14 bietet auch aus Sicht einer Optimierung des Wasserverbrauchs Vorteile. In der Stärkefabrik 14 werden große Wassermengen benötigt, um die Stärke aus den Pflanzenbestandteilen auszuwaschen. Teile des in der Stärkefabrik 14 gebrauchten Wassers können in aufbereiteter Form im Dampfkreislauf, in der Bioethanolanlage 4 oder in der Biogasanlage 6 verwendet werden, bevor es nochmals wieder in den Kreislauf eingespeist oder als Abwasser entsorgt wird.Due to the closed material cycles and local disposal, the disposal costs of the starch factory remain 14 low. The combination of the thermal power plant according to the invention with a starch factory 14 also offers advantages from the point of view of optimizing water consumption. In the starch factory 14 Large amounts of water are needed to wash out the starch from the plant components. Parts of the starch factory 14 used water can be recycled in the steam cycle, in the bioethanol plant 4 or in the biogas plant 6 be used before it is again fed back into the cycle or disposed of as wastewater.

Um die im Restdampf aus der verfahrenstechnischen Anwendung noch enthaltene Energie weiter zu nutzen, wird ein Teil der im Restdampf noch enthaltenen Energie in eine Bioethanolanlage 4 zur Erzeugung von Bioethanol übertragen. Dort wird der Dampf dazu genutzt, aus der Maische per Destillation das erzeugte Bioethanol abzuscheiden. So können beispielsweise aus 7,6 t Getreide unter Zugabe von 26 m3 Wasser und einem Heizöläquivalent von 480 l in Gestalt von Energie aus Dampf pro Stunde 2,8 m3 Ethanol erzeugt werden, wobei zusätzlich 22,4 t Schlempe und ein Abwasserrest zusätzlich anfallen.In order to continue to use the energy still contained in the residual steam from the process engineering application, part of the energy remaining in the residual steam is transferred to a bioethanol plant 4 for the production of bioethanol. There, the steam is used to separate the produced bioethanol from the mash by distillation. Thus, for example, from 7.6 t of grain with the addition of 26 m 3 of water and a Heizöläquivalent of 480 l in the form of energy from steam per hour 2.8 m 3 of ethanol are produced, with an additional 22.4 t stillage and a wastewater residue in addition attack.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann die Absolutierung des Bioethanols durchgeführt werden, um den Wasseranteil weiter zu verringern und das gewonnene Bioethanol als Treibstoff verwenden zu können. Die Absolutierung kann jedoch auch extern erfolgen.In Another step in the process can be the absolutization of the bioethanol be carried out to further reduce the water content and to be able to use the recovered bioethanol as a fuel. However, the absolutization can also be done externally.

Die in der Bioethanolanlage 4 erzeugte Schlempe kann in eine Biogasanlage 6 eingeleitet werden. Dort wandeln Mikroorganismen in einem Fermenter die in der Schlempe enthaltenen organischen Substanzen im Rahmen von anaeroben Gär- und Fäulnisprozessen in Biogas um, das je nach Ausgangsmaterial vor allem brennbares Methangas enthält. Das gewonnene Biogas kann dazu genutzt werden, in einem Blockheizkraftwerk 8 einen Verbrennungsmotor zu betreiben, der mittels eines von ihm angetriebenen Generators Strom erzeugt. Die im Abgas und im Kühlwasser des Verbrennungsmotors enthaltene Wärme kann ebenfalls energetisch genutzt werden.The in the bioethanol plant 4 produced vinasse can in a biogas plant 6 be initiated. There, microorganisms in a fermenter convert the organic substances contained in the vinasse into biogas as part of anaerobic fermentation and decay processes, which, depending on the starting material, primarily contains flammable methane gas. The biogas produced can be used in a combined heat and power plant 8th to operate an internal combustion engine, which generates electricity by means of a generator driven by it. The heat contained in the exhaust gas and in the cooling water of the internal combustion engine can also be used energetically.

In der Biogasanlage 6 entstehen Gärreste und im Heizkraftwerk 2 entsteht Asche, die jeweils einer Reststoffaufbereitung in einer Vorrichtung 10 bedürfen. Dazu wird der Wasseranteil in den Gärresten vermindert, so dass die Nährstoffe wie beispielsweise Phosphat, Stickstoff und Kali dadurch in einem höheren Anteil angereichert sind und mit einem verminderten Transportaufwand als Dünger wieder auf einem landwirtschaftlichen Feld 12 ausgebracht werden können. Auch in der Asche sind nur Stoffe enthalten, die zuvor von den Pflanzen während ihres Wachstums vom Feld 12 aufgenommen wurden, so dass auch die Asche wieder auf das Feld 12 zurück verbracht werden kann. Das Abwasser kann, soweit erforderlich, in einer Kläranlage regeneriert werden.In the biogas plant 6 arise fermentation residues and in the heating plant 2 ash is produced, each of which is a residue preparation in a device 10 require. For this purpose, the proportion of water in the digestate is reduced, so that the nutrients such as phosphate, nitrogen and potash are thus enriched in a higher proportion and with a reduced transport costs than fertilizer back on an agricultural field 12 can be applied. Even in the ashes, only substances are included, previously by the plants during their growth from the field 12 were added, so that the ashes again on the field 12 can be spent back. The waste water can, if necessary, be regenerated in a sewage treatment plant.

Das erfindungsgemäße Heizkraftwerk 2 verfügt über einen Stoffkreislauf, bei dem die zur Energiegewinnung eingesetzten landwirtschaftlichen Rohstoffe, insbesondere Getreide, vom Feld 12 geerntet, in dem erfindungsgemäß ausgestalteten Heizkraftwerk 2 mit den zusätzlichen Anlagen 4 bis 10 energetisch verwertet und anschließend die Reststoffe aus der energetischen Nutzung wieder auf das Feld 12 zurück verbracht werden.The thermal power plant according to the invention 2 has a material cycle in which the agricultural raw materials used for energy production, especially grain, from the field 12 harvested in the inventively designed heating plant 2 with the additional facilities 4 to 10 energetically recycled and then the residues from the energetic use back to the field 12 be spent back.

Nach einem Ausführungsbeispiel wird die im Frischdampf enthaltene Energie etwa hälftig zur Erzeugung von elektrischer Energie und zur anderen Hälfte als Wärme genutzt. Von dem als Wärme genutzten Teil der im Frischdampf enthaltenen Energie wird ein Teil als Hochdruckdampf mit einem Druck von über 10 bar, ein Teil als Niederdruckdampf mit einem Druck von unter 10 bar und ein letzter Teil als Restwärme oder Abwärme genutzt.To In one embodiment, the contained in the live steam Energy about half to the production of electrical energy and the other half used as heat. From the part used as heat in the live steam Energy becomes a part of high-pressure steam with a pressure of over 10 bar, part as low-pressure steam with a pressure of below 10 bar and a last part as residual heat or waste heat used.

Anstelle einer Stärkefabrik 14 können auch andere Produktionsanlagen vom erfindungsgemäß gestalteten Kraftwerk und gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Energie versorgt werden. Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel dient nur der beispielhaften Erläuterung der Erfindung; das Ausführungsbeispiel kann von einem Fachmann auf eine ihm als geeignet erscheinende Weise auf einen bestimmten Anwendungsfall hin abgewandelt und angepasst werden.Instead of a starch factory 14 Other production plants can also be supplied with energy by the power plant designed according to the invention and by the method according to the invention. The embodiment described above is only illustrative of the invention; The exemplary embodiment can be modified and adapted by a person skilled in the art in a manner which seems suitable to him for a specific application.

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Claims (11)

Heizkraftwerk (2) mit einem Ofen zur energetischen Nutzung von landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffen, einem Dampferzeuger zur Erzeugung von Frischdampf und einer Dampfturbine zur Umwandlung eines Teils der im Frischdampf enthaltenen Energie in eine andere Energieart, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfturbine eine verfahrenstechnische Anwendung nachgeschaltet ist, in der ein Teil der im Prozessdampf enthaltenen Energie verbraucht wird, und für den Restdampf eine Bioethanolanlage (4) zur Erzeugung von Bioethanol nachgeschaltet ist, für deren energetische Prozesse ein Teil der im Restdampf enthaltenen Energie nutzbar ist.Cogeneration plant ( 2 ) with a furnace for the energetic use of agriculturally produced raw materials, a steam generator for generating live steam and a steam turbine for converting part of the energy contained in live steam into another type of energy, characterized in that the steam turbine is followed by a process engineering application in which a Part of the energy contained in the process steam is consumed, and for the residual steam, a bioethanol plant ( 4 ) is connected downstream to the production of bioethanol, for the energetic processes of which part of the energy contained in the residual steam can be used. Heizkraftwerk (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bioethanolanlage (4) eine Biogasanlage (6) und/oder eine Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme nachgeschaltet ist.Cogeneration plant ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the bioethanol plant ( 4 ) a biogas plant ( 6 ) and / or a device for using waste heat is connected downstream. Heizkraftwerk (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10) zur Reststoffaufbereitung angeschlossen ist, die mittels eines Teils der im Restdampf enthaltenen Energie und/oder mittels Abwärme betreibbar ist.Cogeneration plant ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a device ( 10 ) is connected to the Reststoffaufbereitung, which is operable by means of a portion of the energy contained in the residual steam and / or by means of waste heat. Heizkraftwerk (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Biogasanlage (6) erzeugte Biogas in einem daran angeschlossenen Blockheizkraftwerk (8) in einem Verbrennungsmotor zur Erzeugung elektrischer Energie oder im Heizkraftwerk (2) verbrennbar ist.Cogeneration plant ( 2 ) according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that in the biogas plant ( 6 ) generated biogas in a connected cogeneration plant ( 8th ) in an internal combustion engine for generating electrical energy or in the cogeneration plant ( 2 ) is combustible. Heizkraftwerk (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizkraftwerk (2) zumindest teilweise der energetischen Versorgung einer Stärkefabrik (14) als verfahrenstechnischer Anwendung dient.Cogeneration plant ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cogeneration plant ( 2 ) at least partially the energy supply of a starch factory ( 14 ) is used as a process engineering application. Heizkraftwerk (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizkraftwerk (2) als Kraftwerk zur Verbrennung von Stroh ausgelegt ist.Cogeneration plant ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cogeneration plant ( 2 ) is designed as a power plant for the combustion of straw. Verfahren zur energetischen Nutzung von landwirtschaftlich erzeugten Rohstoffen durch deren Verbrennung in einem Heizkraftwerk (2) unter Erzeugung von Frischdampf und dem anschließenden Entziehen eines Teils der im Frischdampf enthaltenen Energie mittels einer Turbine, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem aus der Turbine ausströmenden Prozessdampf enthaltene Energie teilweise in einer nachgeschalteten verfahrenstechnischen Anwendung genutzt und die in dem Restdampf aus der verfahrenstechnischen Anwendung enthaltene Energie teilweise in einer nachgeschalteten Bioethanolanlage zur Herstellung von Bioethanol verwendet wird.Process for the energetic use of agriculturally produced raw materials by their combustion in a cogeneration plant ( 2 ) with generation of live steam and the subsequent removal of a portion of the energy contained in the live steam by means of a turbine, characterized in that the energy contained in the effluent from the turbine process steam energy partially used in a downstream process engineering application and in the residual steam from the process engineering application contained energy is used in part in a downstream bioethanol plant for the production of bioethanol. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus der Bioethanolanlage für den Betrieb einer Biogasanlage (6) und/oder als Prozesswärme genutzt und/oder zur Reststoffaufbereitung genutzt wird.A method according to claim 7, characterized in that the waste heat from the bioethanol plant for the operation of a biogas plant ( 6 ) and / or used as process heat and / or used for processing waste. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Biogas in einem Verbrennungsmotor zur Erzeugung elektrischer Energie und/oder im Heizkraftwerk (2) verbrannt wird.A method according to claim 8, characterized in that the biogas in an internal combustion engine for generating electrical energy and / or in the heating power plant ( 2 ) is burned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als verfahrenstechnische Anwendung eine Stärkefabrik (14) energetisch versorgt wird.Method according to one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that as a process engineering application a starch factory ( 14 ) is energized. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff im Heizkraftwerk (2) Stroh verwandt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as fuel in the cogeneration plant ( 2 ) Straw is used.
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