DE102007051474A1

DE102007051474A1 - Betriebsstätte mit einem auf Verbrennungsbasis funktionierenden Strom-Wärme-Generator

Info

Publication number: DE102007051474A1
Application number: DE102007051474A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Löhr
Original assignee: Johns Manville Europe GmbH
Current assignee: Johns Manville Europe GmbH
Priority date: 2007-10-27
Filing date: 2007-10-27
Publication date: 2009-04-30
Also published as: EP2053332A2; EP2053332B1; EP2053332A3; US20090165462A1

Abstract

Eine Betriebsstätte (1) mit einem auf Verbrennungsbasis funktionierenden Strom-Wärme-Generator (2, 3), dessen Abwärme teilweise zum Beheizen der Betriebsstätte (1) genutzt wird, wobei die Betriebsstätte ferner wenigstens eine thermische Behandlungskammer (20-25) zur thermischen Beaufschlagung darin angeordneter Erzeugnisse aufweist, ist zur unmittelbaren Durchströmung der wenigstens einen thermischen Behandlungskammer (20-25) mit dem Abgas des Strom-Wärme-Generators (2, 3) eingerichtet. Dabei ist mindestens ein auf Verbrennungsbasis funktionierender Zusatzheizer (26-32) zur Beheizung der Behandlungskammer (20-25) vorgesehen, und das die thermische Behandlungskammer (20-25) durchströmende Abgas und das Abgas des wenigstens einen Zusatzheizers (26-32) sind einer gemeinsamen Nachbehandlung zuführbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betriebsstätte mit einem auf Verbrennungsbasis funktionierenden Strom-Wärme-Generator, dessen Abwärme teilweise zum Beheizen der Betriebsstätte genutzt wird, wobei die Betriebsstätte ferner wenigstens eine thermische Behandlungskammer zur thermischen Beaufschlagung darin angeordneter Erzeugnisse aufweist.
Solche Betriebsstätten, bei denen der auf Verbrennungsbasis funktionierende Strom-Wärme-Generator unter Ausnutzung des Prinzips der Kraft-Wärme-Kopplung einerseits zur Versorgung von wenigstens einem Teil der Betriebsstätte mit elektrischer Energie und andererseits zur Bereitstellung von Raum- und/oder Prozesswärme genutzt wird, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Beispielsweise sei auf den landwirtschaftlichen Sektor verwiesen, wo in entsprechenden Betriebsstätten unter Verwendung einer Biogasanlage mit einem Gasmotor als Strom-Wärme-Generator zum einen elektrische Energie erzeugt und zum anderen Heiz- und Prozesswärme (z. B. zur Futtermitteltrocknung in einer thermischen Behandlungskammer) bereitgestellt wird. Die Abwärme der Biogasanlage wird dabei über Wärmetauscher einem Heizkreislauf und den thermischen Behandlungskammern zugeführt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird demgegenüber insbesondere an solche Betriebsstätten gedacht, bei denen die in der thermischen Behandlungskammer angeordneten Erzeugnisse – anders als z. B. Futtermittel – nicht sonderlich sensibel im Hinblick auf die chemische Zusammensetzung der innerhalb der thermischen Behandlungskammer vorherrschenden Atmosphäre sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, eine energieeffiziente Betriebsstätte der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher bei einer hohen Flexibilität hinsichtlich der Energieflüsse mit möglichst geringem anlagentechnischem Aufwand eine besonders effektive thermische Behandlung der Erzeugnisse erzielt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Betriebsstätte nach Anspruch 1, die sich – neben den bereits einleitend genannten Merkmalen – insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie zur unmittelbaren Durchströmung der wenigstens einen thermischen Behandlungskammer mit dem Abgas des Strom-Wärme-Generators eingerichtet ist, wobei mindestens ein auf Verbrennungsbasis funktionierender Zusatzheizer zur ergänzenden Beheizung der Behandlungskammer vorgesehen ist und wobei das die thermische Behandlungskammer durchströmende Abgas des Strom-Wärme-Generators und das Abgas des wenigstens einen Zusatzheizers einer gemeinsamen Nachbehandlung zuführbar sind.
Durch die unmittelbare Durchströmung der Behandlungskammer mit dem heißen Abgas des Strom-Wärme-Generators wird dessen thermische Energie (fühlbare Wärme) in besonders einfacher und effektiver Weise genutzt. Der anlagentechnische Aufwand ist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Varianten zur Bereitstellung von Prozesswärme reduziert, da vorliegend hierfür kein Wärmetauscher vorgesehen sein muss.
Ferner kann durch die Kombination des die Behandlungskammer durchströmenden Abgases des Strom Wärme-Generators und des wenigstens einen Zusatzheizers in der thermischen Behandlungskammer eine besonders effektive und gut kontrollierbare thermische Beaufschlagung der Erzeugnisse gewährleistet werden, wobei der anlagentechnische Aufwand – gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung in Betriebsstätten – nochmals weiter minimiert ist, indem das die Behandlungskammer unmittelbar durchströmende Abgas des Strom-Wärme-Generators und das Abgas des ebenfalls auf Verbrennungsbasis funktionierenden Zusatzheizers einer gemeinsamen Nachbehandlung zugeführt werden. Hierbei kann im Rahmen der Erfindung in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Zusatzheizer gewissermaßen direkt in die Behandlungskammer "feuert", womit auch das Abgas des Zusatzheizers unmittelbar in die Behandlungskammer gelangt und in einfacher Weise mit dem Abgas des Strom-Wärme-Generators der gemeinsamen Nachbehandlung zuführbar ist. Im Rahmen der gemeinsamen Nachbehandlung ist insbesondere dafür Sorge zu tragen, dass in der Behandlungskammer ggfs. entstehende Schadstoffe, wie z. B. Feinstaub, unter Beachtung der jeweils geltenden emissionsrechtlichen Vorgaben wirksam entfernt werden.
Insgesamt ergibt sich somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Betriebsstätte mit besonders effektiver Ausnutzung des Prinzips der Kraft-Wärme-Kopplung. Geeignete Ventilatoren in der Behandlungskammer können zu einer zielgerichteten und möglichst gleichmäßigen Beaufschlagung der Erzeugnisse mit den heißen Abgasen beitragen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei der Betriebsstätte um eine Produktionsanlage für Glasfaserprodukte handelt, wobei die die wenigstens eine thermische Behandlungskammer zur Trocknung der in der Betriebsstätte erzeugten Glasfaserprodukte, insbesondere in Form von Glasfasermatten, dient bzw. hierzu eingerichtet ist. In diesem Zusammenhang ist die Erkenntnis von Bedeutung, dass eine Trocknung von Glasfaserprodukten wie Glasfasermatten bzw. -vliesen unter Zuhilfenahme von schadstoffbelastetem Abgas ohne relevante Qualitätsverluste des Endprodukts möglich ist. In der Behandlungskammer dem Abgas beigemischter Glasstaub wird diesem im Rahmen der Abgasnachbehandlung wieder entzogen. Eine Gasmotor-Generator-Einheit stellt eine bevorzugte Art eines für eine erfindungsgemäße Betriebsstätte in besonderem Maße geeigneten Strom-Wärme-Generators dar.
Ferner ist nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zur Erzielung der gewünschten Prozesstemperatur in der wenigstens einen Behandlungskammer wenigstens ein steuerbares Ventil zur Regulierung der Durchflussmenge des durch die Behandlungskammer hindurchzuleitenden Abgases des Strom-Wärme-Generators vorgesehen ist, wobei mittels des wenigstens einen Zusatzheizers etwaige Temperaturschwankungen des die Behandlungskammer durchströmenden Abgases kompensierbar sind. Hierfür ist eine geeignete Regelungseinrichtung vorzusehen. Damit wird auch eine im Hinblick auf eine möglichst gute Steuerbarkeit der Temperaturbeaufschlagung in der Behandlungskammer optimierte Betriebsstätte zur Verfügung gestellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere thermische Behandlungskammern mit je mindestens einem Zusatzheizer vorgesehen sind, wobei das Abgas des Strom-Wärme-Generators mittels geeigneter Verteiler- und Zusammenführmittel auf die verschiedenen Behandlungskammern verteilt und anschließend wieder zur gemeinsamen Nachbehandlung mit den Abgasen der Zusatzheizer zusammengeführt wird. Der besondere Vorteil besteht hierbei darin, dass in einer Betriebsstätte mehrere thermische Behandlungskammern mit dem Abgas des wenigstens einen Strom-Wärme-Generators versorgt werden können.
In dem vorgenannten Fall kann dann in abermals bevorzugter Weise für jede Behandlungskammer ein separat ansteuer- bzw. regelbares Abgasdurchflussmengenregulierungsventil vorgesehen sein, so dass die genaue Art der thermischen Beaufschlagung in jeder Behandlungskammer auch hierdurch individuell einstellbar ist.
Bei den vorstehend erwähnten mehreren thermischen Behandlungskammern muss es sich nicht zwingend um räumlich voneinander abgetrennte Behandlungskammern handeln, sondern es kann sich dabei ggfs. auch um verschiedene Behandlungszonen einer größeren Behandlungskammer handeln, die von den erzeugten Produkten im Rahmen ihrer thermischen Behandlung sukzessive durchlaufen werden.
Und schließlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei der Nachbehandlung der Abgase um eine mechanische oder chemische Reinigung des zusammengeführten Abgasstroms handelt.
Eine entsprechende Nachbehandlungsanlage muss im Rahmen der vorliegenden Erfindung somit nur ein Mal vorhanden sein, was neben dem anlagentechnischen Aufwand auch den entsprechenden Wartungs- und Instandhaltungsaufwand minimiert.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist eine Betriebsstätte 1 für Glasfaserprodukte schematisch dargestellt – jedenfalls soweit dies für die vorliegende Erfindung relevant ist. Zur Strom- und Wärmeerzeugung stehen zwei Gasmotor-Generator-Einheiten 2, 3 zur Verfügung, denen – gemäß der Pfeile 4, 5 – das zur Verbrennung vorgesehene Gas zugeführt wird. Die Gasmotor-Generator-Einheiten 2, 3 stellen sowohl elektrische Energie 6 als auch über ihren Kühlkreislauf Abwärme zum Beheizen der Betriebsstätte 1 zur Verfügung. Zum Beheizen der Betriebsstätte 1, also zur Bereitstellung von Raumwärme, ist in üblicher Weise ein Wärmetauscher 8 vorgesehen, der einerseits mit einem das aufgeheizte Kühlwasser der Gasmotor-Generator-Einheiten 2, 3 führenden Leitungssystem 7 und andererseits mit einem Heizkreislauf 9 der Betriebsstätte zum Beheizen derselben verbunden ist. Ferner kann unter Verwendung eines zweiten Wärmetauschers 10 auch eine Vorheizung von Verbrennungsluft für die Zusatzheizer (s. u.) realisiert sein.
Die Abgase der beiden Gasmotor-Generator-Einheiten 2, 3 werden über ein Leitungssystem 11, 12, 13–19 – durch die die Wand W hindurch – auf sechs verschiedene thermische Behandlungskammern 20–25 verteilt und unmittelbar in diese eingeleitet. Jeder Behandlungskammer 20 25 ist wenigstens ein auf Verbrennungsbasis arbeitender Zusatzheizer 26–32 zugeordnet, der direkt in die jeweilige Behandlungskammer 20–25 feuert. Außerdem sind jeder Behandlungskammer 20–25 zwei Ventilatoren 33 zur Sicherstellung der gewünschten Luft- und Wärmeströmung innerhalb der jeweiligen Behandlungskammern bzw. -zone 20–25 zugeordnet. Die thermischen Behandlungskammern dienen als Heizöfen der thermischen Beaufschlagung von Glasfasermatten in einem Temperaturbereich von 150°C–250°C.
Schließlich verlassen die Abgase der beiden Gasmotor-Generator-Einheiten 2, 3 und der Zusatzheizer 26–32 die jeweilige Behandlungskammer und werden von einem Leitungssystem 34–41 wieder zusammengeführt, um anschließend gemeinsam – gemäß Pfeil 42 – einer chemischen Nachbehandlungs- bzw. Reinigungseinrichtung 43 zugeführt zu werden, bevor sie dann in die Atmosphäre entweichen.
Zur Regulierung des Abgasdurchflusses durch die einzelnen Behandlungskammern 20–25 ist jeder Behandlungskammer ein separat steuer- bzw. regelbares Ventil 44–49 vorgeschaltet, mit welchem – in Zusammenspiel mit den jeweiligen Zusatzheizern 26–32 – die Temperatur in der jeweiligen Behandlungskammer 20–25 auf einen vorgebbaren Wert einstellbar ist. Etwaige Temperaturschwanken des Abgases der Strom-Wärme-Generatoren 2, 3 werden ggfs. durch die ebenfalls in ihrer Heizleistung regelbaren Zusatzheizer 26–32 kompensiert.
Um die beiden Gasmotor-Generator-Einheiten 2, 3 auch dann zur Bereitstellung von elektrischer Energie und Raumwärme betreiben zu können, wenn keine Abgasdurch leitung durch die thermischen Behandlungskammern 20–25 erwünscht ist, z. B. während eines Wartungsintervalls für die Behandlungskammern 20–25 oder im Falle eines Störfalls, können die Abgase aus den Leitungen 11, 12 mittels geeigneter Durchfluss-/Sperrventile 50, 51, 52, 53 über die Leitungen 54, 55 – gemäß Pfeil 56 – zu einem Notfallkamin 57 umgeleitet werden, worin das Abgas bevorzugt einer mechanischen Abgasreinigung unterzogen wird, bevor es in die Atmosphäre entweicht. Zusätzlich kann ggfs. auch ein Abgasspeicher vorgesehen sein, in welchem eine gewisse Menge des von den Gasmotor-Generator-Einheiten 2, 3 erzeugten Abgases speicherbar ist, um es nach Wiederinbetriebnahme der Behandlungskammern 20–25 ggfs. wieder dem zu den Behandlungskammern 20–25 führenden Leitungssystem 11–19 und damit der effizienteren chemischen Reinigung zuzuführen.

Claims

Betriebsstätte (1) mit einem auf Verbrennungsbasis funktionierenden Strom-Wärme-Generator (2, 3), dessen Abwärme teilweise zum Beheizen der Betriebsstätte (1) genutzt wird, wobei die Betriebsstätte ferner wenigstens eine thermische Behandlungskammer (20–25) zur thermischen Beaufschlagung darin angeordneter Erzeugnisse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur unmittelbaren Durchströmung der wenigstens einen thermischen Behandlungskammer (20–25) mit dem Abgas des Strom-Wärme-Generators (2, 3) eingerichtet ist, wobei mindestens ein auf Verbrennungsbasis funktionierender Zusatzheizer (26–32) zur ergänzenden Beheizung der Behandlungskammer (20–25) vorgesehen ist und wobei das die thermische Behandlungskammer (20–25) durchströmende Abgas und das Abgas des wenigstens einen Zusatzheizers (26–32) einer gemeinsamen Nachbehandlung zuführbar sind.
Betriebsstätte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Betriebsstätte (1) um eine Produktionsanlage für Glasfaserprodukte handelt, wobei die wenigstens eine Behandlungskammer zur Trocknung der erzeugten Glasfaserprodukte, insbesondere in Form von Glasfasermatten, dient.
Betriebsstätte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der gewünschten Prozesstemperatur in der wenigstens einen Behandlungskammer (20–25) wenigstens ein steuerbares Ventil (44–49) zur Regulierung der Durchflussmenge des durch die Behandlungskammer (20–25) hindurchzuleitenden Abgases des Strom-Wärme-Generators (2, 3) vorgesehen ist, wobei mittels des wenigstens einen Zusatzheizers (26–32) etwaige Temperaturschwankungen des die Behandlungskammer (20–25) durchströmenden Abgases zur Erzielung einer konstanten Temperatur in der Behandlungskammer (20–25) kompensierbar sind.
Betriebsstätte einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere thermische Behandlungskammern (20–25) mit je mindestens einem Zusatzheizer (26–32) vorgesehen sind, wobei das Abgas des Strom-Wärme-Generators (2, 3) mittels geeigneter Verteiler- und Zusammenführmittel (11–19; 34–41) auf die verschiedenen Behandlungskammern verteilt und anschließend wieder zur gemeinsamen Nachbehandlung mit den Abgasen der Zusatzheizer (26–32) zusammengeführt wird.
Betriebsstätte nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Behandlungskammer (20–25) ein separates Ventil (44–49) zur Regulierung der Durchflussmenge des durch die jeweilige Behandlungskammer (20–25) hindurchzuleitenden Abgases vorgesehen ist, so dass die Temperatur in den verschiedenen Behandlungskammern (20–25) separat und voneinander unabhängig einstellbar ist.
Betriebsstätte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Nachbehandlung um eine mechanische oder chemische Reinigung des Abgases handelt.