DE102020000614B4

DE102020000614B4 - Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR)

Info

Publication number: DE102020000614B4
Application number: DE102020000614.0A
Authority: DE
Inventors: Ewald Osseforth
Original assignee: Eeo Tech Operations GmbH
Current assignee: Eeo Tech Operations GmbH
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2040-01-31
Also published as: DE102020000614A1

Abstract

Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) durch stufenweise Abkühlung mindestens eines heißen Mediums (3.1) aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen (A) als Überträger der Restwärme, zumindest umfassend- mindestens eine Leitung (3) zur Durchleitung mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T1 als Überträger der Restwärme mindestens einer energieerzeugenden Anlage (A) durch mindestens einen Rekuperator (WT1), mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer (WT2) und mindestens einen Rekuperator (WT3),- mindestens einen Leitungsabschnitt (3a) durch den mindestens einen Rekuperator (WT1) zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T1 auf mindestens eine gesättigte Gasphase (8.3) der Temperatur T4 zur Erzeugung mindestens einer überhitzten, trockenen Gasphase (2) der Temperatur T5 und mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T2, der mindestens eine Rekuperator (WT1) des Weiteren umfassend mindestens eine Leitung (2.1) für die Zuleitung von der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) zu mindestens einem Verbraucher (2.2) von der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) und/oder mindestens einem Verbraucher (2.2) von der in der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) enthaltenen Wärme,- mindestens einen Leitungsabschnitt (3b) durch den mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer (WT2) zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T2 auf mindestens ein Arbeitsmedium (9.5) einer Temperatur T6 zur Erzeugung mindestens eines Gas-Flüssigkeit-Gemischs (8.6) der Temperatur T7 und mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T3, der mindestens eine (WT2) des Weiteren umfassend mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (8.5) für das mindestens eine Gas-Flüssigkeit-Gemischs (8.6) in mindestens eine Blase (8) zur Abtrennung der mindestens einen gesättigten Gasphase (8.3) von der mindestens einen flüssigen Phase (8.2) und zur Rückführung der mindestens einen flüssigen Phase (8.2) einer Temperatur T6-T7 als Arbeitsmedium (9.5) in den mindestens einen (WT2) über mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (8.7; 9.4) sowie mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (8.4) zur Leitung der mindestens einen gesättigten Gasphase (8.3) der Temperatur T7-T4 über mindestens eine Zuleitung (5.3) zu dem mindestens einen Rekuperator (WT1) und/oder über die mindestens eine Zuleitung (5.4; 5.5; 5.6) zu mindestens einem Verbraucher (5.1) von der mindestens einen Ausleitung und Zuleitung (8.4),- mindestens einen Leitungsabschnitt (3c) durch den mindestens einen Rekuperator (WT3) zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T3 auf mindestens ein Arbeitsmedium (10) einer Temperatur T8 zur Erzeugung mindestens eines erhitzten Arbeitsmediums (10.1) einer Temperatur T9 und mindestens eines Mediums (3.1) der Temperatur T10, der mindestens einen Rekuperator (WT3) des Weiteren umfassend mindestens eine Zuleitung (10.2; 10.3) für das mindestens eine Arbeitsmedium (10.1) zu mindestens einem Verbraucher (5.2) der in dem mindestens einen Arbeitsmedium (10.1) enthaltenen Wärme,wobei für die Temperaturen die folgenden Bedingungen gelten:T1>T2>T3>T4undT1≥T5;T5>T4;T2>T7;T7>T6;T3≥T9;T9>T8.wobei dem mindestens einen Rekuperator (WT1) mindestens ein Zyklon zur Abscheidung von Feinstäuben vorgeschaltet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) zur stufenweise Abkühlung eines heißen Mediums als Überträger der Restwärme aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur simultanen oder alternativen Erzeugung von überhitzte, trockener Dampfergase, Sattdampf und erhitzten Arbeitsmedien zu Heizungszwecken durch stufenweise Abkühlung von heißen Medien aus der Restwärme aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen.
Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des Energiemanagementsystems für Restwärme (ESR) und des Verfahrens für die simultane oder alternative Erzeugung von überhitzte, trockenem Dampf, Sattdampf und Heizungswasser.
Stand der Technik
Bei einem Blockheizkraftwerk (BHKW) fallen bekanntermaßen etwa 20 % der eingesetzten Energie als Restwärme im Abgas und weitere 20 % als Motorabwärme im Kühlwasser an. Die Notwendigkeit, diese Energieressourcen zu nutzen ist erkannt worden. Die Hersteller von Blockheizkraftwerken bieten daher Vorrichtungen zur Rückgewinnung der Restwärme als Zusatzpaket an. Allerdings deckt dies bei Weitem noch nicht die volle Nutzbarkeit ab.
Folgende Nutzungsmöglichkeiten der Restwärme sind bereits heute in begrenztem Umfang anzutreffen:

- Die Nutzung der Restwärme für Heizzwecke,
- die Nutzung der Restwärme für Kühlung,
- die Stromerzeugung über die Nachverstromung, beispielsweise über ORC(Organic-Rankine-Cycle)-Anlagen und
- die Dampferzeugung.

Bei den bisher bekannten Konzepten wird überwiegend nur jeweils eine Nutzungsart realisiert, wie zum Beispiel die Kühlung oder die Heizung oder die Dampfnutzung. Dies hat den Nachteil, dass eine effiziente Energienutzung nur für bestimmte Jahreszeiten zum Tragen kommt und ansonsten ungenutzt über einen Kühler an die Umwelt abgegeben werden muss.
Beispielsweise ist aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2019/0360707 A1 ein Wärmemanagementsystem zum Zuführen von gespeicherte Energie zu Kühlungszwecken durch direktes Mischen eines gemeinsamen Arbeitsmediums innerhalb eines Wärmespeichers bekannt, bei dem die Kühlung phasenweise über eine Latentwärme-Phasenänderung einer Eisaufschlämmung des Arbeitsmediums erfolgt.
Das chinesische Gebrauchsmuster CN 208 907 657 U offenbart ein zentralisiertes Heizsystem mit großer Temperaturdifferenz, dass die Abwärme eines Kraftwerks nutzt. In einer zweistufigen Netzwärme-Austauschstation sind ein zweistufiger Wasser-Wasser-Wärmetauscher und eine zweistufige Antriebswärme-Pumpeneinheit angeordnet. In der Primärrohrnetz-Wärmetauscherstation sind ein Wärmetauscher für die Abwärmerückgewinnung aus Umlaufkühlwasser, ein Elektrowärmepumpenaggregat zur Rückgewinnung der Abwärme aus Umlaufkühlwasser, ein Dampf-Wasser-Wärmetauscher und ein Wasser-Wasser-Wärmetauscher angeordnet. Unter der Voraussetzung, dass die normale Wasserversorgungstemperatur des Sekundärnetzes gewährleistet ist, kann die Wasserversorgungstemperatur des Versorgungsnetzes für die Primärwärme stark reduziert werden, sodass der Dampfverbrauch eines Wärmeversorgungssystems stark reduziert wird und der Nutzungsgrad der Zirkulationswasserabwärme eines Wärmekraftwerks stark verbessert wird. In der Zwischenzeit kann garantiert werden, dass das sekundäre Rohrnetz eine normale Wasserversorgungstemperatur sowie eine normale Wasserversorgungs- und Rücklauftemperaturdifferenz aufweist, selbst wenn die Wasserversorgungstemperatur des Primärwärmeversorgungsnetzes auf 80 °C. Das Netz kann etwa 70 °C erreichen, sodass ein normaler Betriebsfluss des Sekundärrohrnetzes und ein energiesparender Betrieb der Umwälzwasserpumpe gewährleistet sind.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2019/201281 A1 ist ein Wärmeversorgungssystem auf der Basis von Abluftabwärmerückgewinnung für eine Luftkühleinheit eines thermischen Großkraftwerks bekannt. Die Luftkühleinheit umfasst eine erste und eine zweite Dampfturbine und entsprechende Dampfkondensationsvorrichtungen. Die Dampfturbinen sind jeweils mit Niederdruckzylindern versehen, die jeweils mittels einer Dampfgasableitung mit den entsprechenden Dampfkondensationsvorrichtungen verbunden sind. Das Wärmeversorgungssystem für die Rückgewinnung der Abwärme in den Abgasen umfasst ein erstes und ein zweites Entnahmesystem für Abgasdampf sowie entsprechende erste und zweite Dampferhöhungsmaschinen, Frontkondensatoren und Kondensatoren für die Dampferhöhungsmaschinen. Die beiden Dampfturbinen weisen jeweils unabhängige Abgasentnahmesystem auf, wobei die Abgasentnahmeleitungen der Dampfturbinen mit den entsprechenden vorderen Kondensatoren verbunden sind. Der Dampfturbinenabdampf wird mit erhöhtem Gegendruck in die Gehäuseseiten der vorderen Kondensatoren eingeleitet, und das Rückstauwasser des Wärmeversorgungsnetzes wird in die Wasserseiten desselben eingeleitet. Die Abgasdampfentnahmeleitungen der Dampfturbinen sind auch mit den Entnahmedampfeinlässen der Dampferhöhungsmaschinen durch Leitungen verbunden. Die Dampfentnahme der Dampferzeugung der Dampfturbinen ist mit einer Leitung mit den Leistungsdampfeinlässen der Dampferhöhungsmaschinen verbunden, um Abgasdampf mittels Wärmezufuhr-Dampfentnahme zur Druckbeaufschlagung abzusaugen. Die Dampfaustrittsöffnungen der Dampferhöhungsmaschinen sind mit den entsprechenden Kondensatoren verbunden. In die Gehäuseseiten der Kondensatoren wird unter Druck Abgasdampf eingeleitet und in deren Wasserseiten wird das Rückstauwasser des Wärme Versorgungsnetzes eingeleitet.
Aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2019 / 0 331 347 A1 ist ein Rohrleitungssystem zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus einem Abgas in einem Wärmerückgewinnungsofen bekannt, wobei das Rohrleitungssystem einen Rohrleitungseinlass umfasst und wobei der Rohrleitungseinlass eine Wand einer Stapelzone des Wärmerückgewinnungsofens schneidet. Die Rohrleitung ist fluidmäßig mit dem Rohrleitungsverlauf verbunden, wobei der Rohrleitungsauslass die Wand der Stapelzone des Wärmerückgewinnungsofens schneidet und das Rohrleitungssystem in einer Stapelzone des Wärmerückgewinnungsofens zwischen einem Stapeleinlass und einem Stapelauslass positioniert ist.
Aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2019 / 0 316 846 A1 ist ein Abwärmerückgewinnungs- und -umwandlungssystem bekannt, das einen Wärmetauscher zum Übertragung von Wärme von einem ersten Fluid auf ein zweites Fluid und eine Leistungsumwandlungseinheit umfasst. Die Leistungsumwandlungseinheit ist konfiguriert, um die von dem ersten Fluid auf das zweite Fluid übertragene Energie in nutzbare Energie umzuwandeln. Der Wärmetauscher kann einen äußeren Kanal umfassen, der einen Einlass und einen Auslass definiert, durch die das erste Fluid in den äußeren Kanal hinein bzw. aus diesem herausfließt. Der Wärmetauscher kann auch einen inneren Kanal enthalten, der innerhalb des äußeren Kanals angeordnet ist und einen inneren Kanal innerhalb des inneren Kanals und einen äußeren Kanal zwischen einer Außenfläche des inneren Kanals und eine Innenfläche des äußeren Kanals definiert. Der innere Kanal kann einen inneren Strömungskanal definieren, durch den das zweite Fluid fließt, um Wärmeenergie mit dem ersten Fluid auszutauschen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2019 107 479 A1 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Verwalten von Wärmeenergie in einem Kraftfahrzeug bekannt, das die Initialisierung eines kontinuierlichen Regelkreises für das thermische Energiemanagement innerhalb einer im Kraftfahrzeug angeordneten Steuerung, das Berechnen einer Menge gespeicherter Energie in einem am Kraftfahrzeug ausgestatteten Wärmemanagementsystem, das Berechnen einer Menge an Wärmeenergieabfall im Wärmemanagementsystem, das Bestimmen, ob Wärmeenergie innerhalb einer Komponente des Wärmemanagementsystems benötigt wird, das selektive Erzeugen von Wärmeenergie, das selektive Transportieren von Wärmeenergie zu der Komponente des Wärmemanagementsystems, das Bestimmen einer Wärmespeicherkapazität des Wärmemanagementsystems, das Bestimmen, ob ein Wärmeenergiedefizit innerhalb des Wärmemanagementsystems vorliegt, und Leiten eines Stroms einer wärmeenergieführenden Flüssigkeit zu einem thermischen Energiespeicher umfasst.
Aus der norwegischen Patentanmeldung NO 20180376 A1 ist ein System zur Umwandlung von thermischer Energie aus einem industriellen Prozess in eine andere Form brauchbarer Energie bekannt. Dies wird durch eine Vielzahl von Wärmetauschern erreicht, die Wärme aus Rauchgasen und/oder heißen Oberflächen von industriellen Anlagen und/oder Verfahren extrahieren und die extrahierte Wärme zu einer Energieumwandlungseinheit leiten, wo sie in eine brauchbare Energieform umgewandelt wird.
DE 10 2017 223 705 A1 offenbart ein Energiemanagementsystem für Restwärme durch stufenweise Abkühlung mindestens eines heißen Mediums aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen als Überträger der Restwärme, zumindest umfassend

- mindestens eine Leitung zur Durchleitung mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T1 als Überträger der Restwärme mindestens einer energieerzeugenden Anlage durch mindestens einen Rekuperator, mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer und mindestens einen Rekuperator,
- mindestens einen Leitungsabschnitt durch den mindestens einen Rekuperator zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T1 auf mindestens eine gesättigte Gasphase der Temperatur T4 zur Erzeugung mindestens einer überhitzten, trockenen Gasphase der Temperatur T5 und mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T2, der mindestens einen Rekuperator des Weiteren umfassend mindestens eine Leitung für die Zuleitung von der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase zu mindestens einem Verbraucher von der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase und/oder mindestens einem Verbraucher von der in der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase enthaltenen Wärme,
- mindestens einen Leitungsabschnitt durch den mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T2 auf mindestens ein Arbeitsmedium einer Temperatur T6 zur Erzeugung mindestens eines Gas-Flüssigkeit-Gemischs der Temperatur T7 und mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T3, der mindestens eine des Weiteren umfassend mindestens eine Ausleitung und Zuleitung für das mindestens eine Gas-Flüssigkeit-Gemischs in mindestens eine Blase zur Abtrennung der mindestens einen gesättigten Gasphase von der mindestens einen flüssigen Phase und zur Rückführung der mindestens einen flüssigen Phase einer Temperatur T6-T7 als Arbeitsmedium in den mindestens einen über mindestens eine Ausleitung und Zuleitung sowie mindestens eine Ausleitung und Zuleitung zur Leitung der mindestens einen gesättigten Gasphase der Temperatur T7-T4 über mindestens eine Zuleitung zu dem mindestens einen Rekuperator und/oder über die mindestens eine Zuleitung zu mindestens einem Verbraucher von der mindestens einen Ausleitung und Zuleitung und/oder von der in enthaltenen Wärme,
- mindestens einen Leitungsabschnitt durch den mindestens einen Rekuperator zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T3 auf mindestens ein Arbeitsmedium einer Temperatur T8 zur Erzeugung mindestens eines erhitzten Arbeitsmediums einer Temperatur T9 und mindestens eines Mediums (3.1) der Temperatur T10, der mindestens einen Rekuperator des Weiteren umfassend mindestens eine Zuleitung für das mindestens eine Arbeitsmedium zu mindestens einem Verbraucher der in dem mindestens einen Arbeitsmedium enthaltenen Wärme,
wobei für die Temperaturen die folgenden Bedingungen gelten: $T1 > T2 > T3 > T 4$
und $T1 \geq T5;T5 > T 4; T2 > T7;T7 > T6;T3 \geq T9;T9 > T8 .$

EP 1 154 127 B1 offenbart eine Kombi-Kraftwerksanlage, die einen Kühlluftkühler zur Erzeugung von Sattdampf aus dem Kühlluftstrom einer Gasturbine aufweist. Der so gewonnene Sattdampf kann dabei in ein Dampfnetz eingespeist werden.
DE 10 2012 110 579 A1 offenbart ein Verfahren zur simultanen oder alternativen Erzeugung von überhitzter trockener Dampfphase, Sattdampf und überhitzten Arbeitsmedien zu Heizungszwecken durch stufenweise Abkühlung von heißen Medien aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen als Überträger der Restwärme, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Durchleiten mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T1 als Überträger der Restwärme einer energieerzeugenden Anlage durch mindestens eine Leitung durch mindestens einen Rekuperator, mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer und mindestens einen weiteren Rekuperator, Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T1 auf mindestens eine gesättigte Gasphase der Temperatur T4 des mindestens einen Leitungsabschnitts durch den mindestens einen Rekuperator zur Erzeugung mindestens einer überhitzten, trockenen Gasphase der Temperatur T5 und mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T2 und Zuleitung von zumindest eines Verbrauchers von oder der in der enthaltenen Wärme über mindestens eine Leitung, Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T2 auf mindestens ein Arbeitsmedium einer Temperatur T6 längs mindestens eines Leitungsabschnitts durch den mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer und Erzeugung mindestens eines Gas-Flüssigkeit-Gemisches der Temperatur T7 und mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T3.
US 2018/0 216 500 A1 betrifft ein System und Verfahren mit mehreren organischen Rankine-Zyklen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Im Hinblick auf den Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) vorzuschlagen, welches durch eine Kombination von optimierten, flexiblen Wärmetauschern und Verdichtern die Wärme bündelt, bei Bedarf den Dampfdruck und das Wärmeniveau anhebt und mehrere Wärmenutzer so ansteuert, dass die Wärmeenergie optimal genutzt werden kann. Dabei soll das ESR in der Lage sein, Wärme in verschiedenen Varianten anzubieten die beiden wesentlichen Varianten sind Warmwasser von 40 bis 100 °C und Dampf in unterschiedlichen Drücken und Überhitzungsgraden.
Erfindungsgemäße Lösung
Demgemäß wurde das Energiemanagementsystem für die Nutzung von Restwärme (ESR) durch stufenweisen Abkühlung mindestens eines heißen Mediums aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen als Überträger der Restwärme gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gefunden, das im Folgenden als »erfindungsgemäßes Energiemanagementsystem« bezeichnet wird. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems werden in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 15 beansprucht.
Außerdem wurde das Verfahren zur simultanen oder alternativen Erzeugung von überhitzter, trockener Dampfphase, Sattdampf und erhitzten Arbeitsmedien zu Heizungszwecken durch stufenweise Abkühlung von heißen Medien aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen als Überträger der Restwärme gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 16 gefunden, welches im Folgenden als »erfindungsgemäßes Verfahren« bezeichnet wird. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem abhängigen Patentanspruch 17 beansprucht.
Nicht zuletzt wurde die Verwendung des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems und des erfindungsgemäßen Verfahrens für die simultane oder alternative Erzeugung von überhitztem, trockenem Dampf, Sattdampf und Heizungswasser gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 18 gefunden, welche als »erfindungsgemäße Verwendung« bezeichnet wird.
Vorteile der Erfindung
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde lag, durch das erfindungsgemäße Managementsystem, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung gelöst werden konnte.
Insbesondere war es überraschend, dass das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem und das erfindungsgemäße Verfahren durch die erfindungsgemäße Kombination von optimierten, flexiblen Wärmetauschern und Verdichtern die Wärme bündeln, bei Bedarf den Dampfdruck und das Wärmeniveau anheben und mehrere Wärmenutzer so ansteuern konnten, dass die Wärmeenergie optimal genutzt werden konnte. Dabei waren das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem und das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, Wärme in verschiedenen Varianten insbesondere in den beiden wesentlichen Varianten Warmwasser von 40 bis 100 °C und Dampf in unterschiedlichen Drücken und Überhitzungsgraden anzubieten. Hierdurch resultierte eine kostengünstige Energienutzung ausreißen und nur teilweise genutzten Abgasen mit der Option über das erfindungsgemäße Managementsystem das ganze Jahr über die Energie sinnvoll zu nutzen und damit einen signifikanten Beitrag zum Umweltschutz zu leisten. Darüber hinaus konnte durch die erfindungsgemäße Verwendung der Umlaufverdampfung in der mittleren Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Dampfkessel entfallen und es konnte sogar direkt überhitzter Dampf für Turbinenanwendungen erzeugt werden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung bedeutet der Passus „mindestens ein/einen/einer/einem/eines“ stets „mindestens ein/einen/einer/einem/eines, insbesondere ein/einen/einer/einem/eines“, sofern nicht zusätzliche Angaben wie „insbesondere mindestens zwei oder mehr“ gemacht werden.
Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem basiert auf der stufenweisen Abkühlung mindestens eines heißen Mediums aus energieerzeugenden Anlagen als Überträger der Restwärme.
Beispiele für heiße Medien sind Rauchgase, Verbrennungsgase, Motorabgase, Prozessgase, Abgase von Kühlanlagen oder geothermale Gase.
Die Temperatur T1 des mindestens einen heißen Mediums kann breit variieren und richtet sich insbesondere nach der Bauart der energieerzeugenden Anlagen. Im Allgemeinen liegt die Temperatur T1 bei 50 °C bis 1000 °C, vorzugsweise 100 °C bis 1000 °C und insbesondere 150 °C bis 1000 °C.
Der Druck, unter dem das mindestens eine heiße Medium steht, kann ebenfalls breit variieren. Vorzugsweise liegt der Druck in den Leitungen für das mindestens eine heiße Medium bei 0,1 bis 100 bar, vorzugsweise 0,5 bis 80 bar und bevorzugt 1,0 bar bis 70 bar. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Druck 30 bar nicht übersteigt, weil dann keine für Hochdruckanwendungen notwendige, besonders aufwändige Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen.
Die Dimensionierung des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems und seiner Bestandteile richtet sich in erster Linie nach der Menge der heißen Medien als Überträger der Restwärme von energieerzeugenden Anlagen und kann daher sehr breit variiert werden. Die Volumenströme der heißen Medien durch ein gegebenes, den jeweiligen Erfordernissen angepasstes erfindungsgemäßes Energiemanagementsystem liegen vorzugsweise bei 5 m³/h bis 100.000 m³/h, bevorzugt 5 m³/h bis 80.000 m³/h und insbesondere 5 m³/h bis 70.000 m³/h.
Hierbei resultiert ein weiterer unerwarteter Vorteil des erfindungsgemäßen Managementsystems nämlich, dass nach der Abkühlung gegebenenfalls vorhandene kondensierbare Bestandteile des mindestens einen vormals heißen Mediums auskondensiert und sicher entsorgt werden können und dass das mindestens eine von diesen Bestandteilen befreite Abgas sicher in die Umgebung abgelassen werden kann.
Beispiele für kondensierbare, gegebenenfalls toxische Bestandteile sind Ammoniak, Amine, Schwefeldioxid, Salzsäure, Flusssäure, Schwefelsäureaerosole, aliphatische, cycloaliphatische, olefinisch ungesättigte und aromatische, funktionalisierte und nicht funktionalisierte Kohlenwasserstoffe wie funktionalisiertes und nicht funktionalisiertes Methan, Propan, Butan, Cyclopentan, Cyclohexan, Ethylen, Propylen, Butadien, Isopren, Vinylchlorid, Acetylen, Benzol, Toluol und polykondensierte Aromaten. Als funktionelle Gruppen können Hydroxylgruppen, Aldehydgruppen, Ketogruppen, Ethergruppen, Aminogruppen, Carboxylgruppen, Phosphonsäuregruppen, Sulfonsäuregruppen, Nitrilgruppen oder Halogenatome dienen. Weitere kondensierbare und/oder sedimentierbare Bestandteile werden nachstehend aufgeführt.
Beispiele für energieerzeugende oder energieverbrauchende Anlagen sind Turbinen, Blockheizkraftwerke, Biogasanlagen Heizkraftwerke, Atomkraftwerke, Sonnenkraftwerke, Geothermiekraftwerke, Brennöfen, Ziegelöfen, Heizöfen, Trommelöfen, Dauerbrandöfen, Drehherdöfen, Drehrohröfen, Durchlauföfen, Bandöfen, Rollenherdöfen, Tunnelöfen, Durchstoßöfen, Durchziehöfen, Fallschachtöfen, Herdwagenöfen, Hinterladeröfen, Hubbalkenöfen, Hubherdöfen, Kammeröfen, Kaminöfen, Kanonenöfen, Kuppelöfen, Muffelöfen, Paternosteröfen, Retortenöfen, Ringöfen, Schneckenöfen, Sesselherd, Stoßöfen, Tieföfen, Tischherde, Trommelöfen, Zeitbrandöfen, Zirkulieröfen, chemische Anlagen, Verbrennungsmotoren und Pyrolyseanlagen.
Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem für die Abgase von Turbinen, Blockheizkraftwerken, Biogasanlagen, Heizkraftwerken und Verbrennungsmotoren.
Erfindungsgemäß umfasst das Energiemanagementsystems mindestens einen Zyklon, worin die in dem mindestens einen heißen Medium gegebenenfalls enthaltenen Feinststäube, Mikropartikel, Makropartikel und Aerosole wie Rauchpartikel, Rußpartikel, Siliziumdioxidpartikel, Silicatpartikel, Mineralpartikel, Metallpartikel oder Schwefelsäureaerosole von dem mindestens einen heißen Medium vor seinem Eintritt in das erfindungsgemäße Managementsystem abgetrennt werden können.
Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem, insbesondere seine Bestandteile, die mit dem mindestens einen heißen Medium in Berührung kommen, ist aus thermisch, chemisch, mechanisch und gegen Korrosion stabilen Materialien aufgebaut. Beispiele geeigneter Materialien dieser Art sind Metalle und Metalllegierungen wie Stähle, nicht rostende Stähle, Nickellegierungen wie Monel® und Hastelloy®, Kupfer, Kupferlegierungen, Edelmetalle und Edelmetalllegierungen, Oxidkeramiken, Oxidnitridkeramiken, Siliziumcarbidkeramiken, Siliziumnitridkeramiken, Siliziumcarbidnitridkeramiken, Gläser, Saphirgläser, Glaskeramiken und hochtemperaturbeständige Hochleistungskunststoffe wie Teflon®, KEL-F®, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyimide, Polyamidimide, Polyetherketone oder Polyketone.
Es ist von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem durch Dämmstoffe thermisch isoliert ist. Vorzugsweise werden wegen der hohen Betriebstemperaturen nicht brennbare Isoliermaterialien und Dämmstoffe verwendet. Insbesondere werden Mineralfaserschichten aus Mineralfasern, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumsilikat-Wolle, Erdalkali-Silikat-Wolle, Aluminium-Silikat-Zirkon-Wolle, Hochtemperatur-Glaswolle, polykristalliner Aluminiumoxid-Wolle, Aluminiumoxid-Keramikfasern, Mullit-Keramikfasern, Yttriumoxid-Keramikfasern, Siliziumcarbid-, Siliziumcarbidnitrid-, und Siliziumboridnitridcarbid-Fasern, alkalibeständigen Glasfasern, Quarzfasern, Kieselsäurefasern Basaltfasern, Borfasern, Einkristallfasern (Whisker), polykristallinen Fasern, Schlackenfasern und Nanotubefasern sowie deren Gemischen, verwendet. Bevorzugt liegen die Mineralfasern in der Form von Wollen, Papieren, Vliesen, Trockenfilzen, Nassfilzen, Platten, Füllmaterialien und Formmassen vor. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mineralfasern in den Mineralfaserschichten mit mindestens einem hochtemperaturbeständigen Bindemittel verbunden. Alternativ oder zusätzlich sind die Mineralfaserschichten mit hochtemperaturbeständigen Bindemitteln oder Klebern mit den Oberflächen des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems haftfest verbunden. Die hochtemperaturbeständigen Bindemittel sind bei Temperaturen >300 °C, vorzugsweise >500 °C und insbesondere >800 °C thermisch stabil und zersetzen sich nicht und gasen auch keine toxischen Gase aus. Beispiele geeigneter hochtemperaturbeständiger Bindemittel sind Kalk, Gips, Tone, Wassergläser, Zemente und mit anorganischen Füllstoffen wie Cristobalit gefüllte Silicone.
Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem umfasst zumindest mindestens eine Leitung, insbesondere eine Rohrleitung, zur Durchleitung mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T1 als Überträger der Restwärme mindestens einer energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlage durch - in dieser Reihenfolge - mindestens einen ersten Rekuperator, mindestens eine Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer und mindestens einen zweiten Rekuperator.
Die Rekuperatoren können Gegenstrom-Rekuperatoren, Kreuz-Gegenstrom-Rekuperatoren oder Gleichstrom-Rekuperatoren sein. Vorzugsweise werden Gegenstrom-Rekuperatoren verwendet.
Geeignete Gegenstrom-Rekuperatoren sind Plattenwärmeüberträger, Spiralwärmeüberträger, Rohrwärmetauscher oder Rohrbündelwärmetauscher, U-Rohr-Wärmetauscher, Mantelrohr-Wärmeüberträger, Heizregister und Gegenstrom-Schichtwärmeüberträger. Besonders bevorzugt werden Rohrbündelwärmetauscher verwendet.
Naturumlaufverdampfer oder Selbstumlaufverdampfer sind Verdampfer, deren Umlauf ohne Umwälzpumpe durch die natürliche Konvektion aufgrund von Blasenbildung erzeugt wird.
Zwangsumlaufverdampfer, bei denen Pumpen die Flüssigkeiten in den unteren Teil der Verdampfer befördern, werden insbesondere dann eingesetzt, wenn die Verwendung von Naturumlaufverdampfern nicht möglich ist, z.B. unterhalb von Drücken von etwa 300 mbar bis etwa 500 mbar oder bei weitsiedenden Gemischen.
Der mindestens eine erste Rekuperator weist mindestens einen ersten Leitungsabschnitt vorzugsweise in der Form mindestens eines Rohrbündels auf, durch den das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T1, durch das Restwärme auf mindestens eine gesättigte Gasphase der Temperatur T4 übertragen und mindestens eine überhitzte, trockene Gasphase der Temperatur T5 erzeugt wird. Zugleich wird das mindestens eine heiße Medium auf eine Temperatur T2 < T1; T5 mindestens einem Arbeitsmedium abgekühlt.
Die mindestens eine überhitzte, trockene Gasphase der Temperatur T5, die gleich hoch oder etwas niedriger als die Temperatur T1 sein kann, wird über mindestens eine Leitung zu mindestens einem Verbraucher der mindestens einen überhitzten, trockenen Gasphase geleitet. Als Verbraucher kommen insbesondere Turbolader, Turbinensysteme zur Stromerzeugung, Turbinensysteme zur Drucklufterzeugung und Vorrichtungen zur Lieferung von Prozesswärme für chemische Anlagen in Betracht.
Der mindestens eine erste Rekuperator verfügt über mindestens eine Ausleitung und Zuleitung für das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T2 zur Zuleitung zu dem mindestens einen zweiten Leitungsabschnitt in dem mindestens einen Umlaufverdampfer
Das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T2 wird in den mindestens einen zweiten Leitungsabschnitt in dem mindestens einen Umlaufverdampfer - hier mindestens ein Zwangsumlaufverdampfer - eingeleitet, worin es mindestens einem Arbeitsmedium einer Temperatur T6 - vorzugsweise Wasser - entgegenströmt und weitere Restwärme hierauf überträgt. Dadurch werden in der mindestens einen Arbeitsmedium Blasen erzeugt, die einen Auftrieb bewirken, der das mindestens eine Arbeitsmedium, dass nunmehr die Temperatur T7 hat, nach oben fördert. Dieses mindestens eine Gas-Flüssigkeit-Gemisch der Temperatur T7 wird über mindestens eine Ausleitung und Zuleitung in mindestens eine Blase zur Abtrennung der mindestens einen gesättigten Gasphase von der mindestens einen flüssigen Phase geleitet.
Die mindestens eine flüssige Phase wird bei dem mindestens einen Naturumlaufverdampfer durch den hydrostatischen Druck wieder in den Boden des mindestens einen Verdampfers geleitet. Bei dem mindestens einen Zwangsumlaufverdampfer wird die abgetrennte mindestens eine flüssige Phase mithilfe von Förderpumpe in den Bodenbereich des mindestens einen Verdampfers gepumpt, von wo aus sie wieder dem mindestens einen zweiten Leitungsabschnitt mit dem mindestens einen heißen Medium der TemperaturT2 entgegen strömt.
Die mindestens eine gesättigte Gasphase der Temperatur T7-T4 wird über eine Ausleitung und Zuleitung in den Bodenbereich des mindestens einen ersten Rekuperators zurückgeführt, von wo aus sie dem mindestens einen ersten Leitungsabschnitt mit dem mindestens einen heißen Medium der Temperatur T1 entgegen strömt und/oder die mindestens eine gesättigte Gasphase der Temperatur T7-T4 wird zu mindestens einem Verbraucher der mindestens einen gesättigten Gasphase und/oder der in der mindestens einen gesättigten Gasphase enthaltenen Wärme geleitet. Bei diesen Verbrauchern handelt es sich insbesondere um Ejektoren sowie Vorrichtungen zur Druckerhöhung und zur Sattdampfspeicherung.
Der mindestens eine Umlaufverdampfer verfügt des Weiteren über mindestens eine Ausleitung und Zuleitung für das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T3 in den mindestens einen dritten Leitungsabschnitt des mindestens einen zweiten Rekuperators. Dem mindestens einen dritten Leitungsabschnitt des zweiten Rekuperators strömt mindestens ein Arbeitsmedium der Temperatur T8, insbesondere kaltes oder warmes Wasser, entgegen, wodurch das mindestens eine Arbeitsmedium auf die Temperatur T9 erwärmt wird.
Der mindestens eine zweite Rekuperator verfügt über mindestens eine Zuleitung für das mindestens eine Arbeitsmedium der Temperatur T9 zu mindestens einem Verbraucher des mindestens einen Arbeitsmediums der Temperatur T9 und/oder der darin enthaltenen Wärme.
Der mindestens eine zweite Rekuperator verfügt des Weiteren über eine Ausleitung und Zuleitung für das mindestens eine abgekühlte heiße Medium der Temperatur T4. Vorzugsweise wird das mindestens eine abgekühlte heiße Medium in mindestens einen Kondensator eingeleitet, worin sich gegebenenfalls noch vorhandene flüssige und/oder feste Bestandteile sedimentiert werden. Bei diesen festen und/oder flüssigen Bestandteilen kann es sich insbesondere um die vorstehend beschriebenen gegebenenfalls toxischen Substanzen sowie Wasser, anorganische oder organische Säuren, Basen und Salze, Oxide, Metallpartikel, Schmutzpartikel und/oder ölige Substanzen, die in dem mindestens einen ursprünglichen heißen Medium vorhanden waren oder die sich bei der Durchströmung des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems gebildet haben. Das von diesen Substanzen befreite Abgas kann dann über mindestens eine Ausleitung in die Umgebung abgelassen werden. Dies sedimentierten festen und/oder flüssigen Bestandteile können über mindestens einen Kondensatauslass abgelassen und entsorgt werden.
In einer besonderen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem noch über mindestens einen dritten Rekuperator mit mindestens einem vierten Leitungsabschnitt für die Durchleitung mindestens eines erwärmten Mediums enthalten. Das mindestens eine erwärmte Medium dient dem Aufheizen mindestens eines Arbeitsmediums, das in den Bodenbereich des mindestens einen dritten Rekuperator eingeleitet wird und dann dem mindestens einen erwärmten Arbeitsmedium in der mindestens einen vierten Leitungsabschnitt entgegenströmt. Vorzugsweise wird das mindestens eine Arbeitsmedium auf die Temperatur T9 erwärmt.
Das mindestens eine erwärmte Arbeitsmedium kann vorzugsweise in der Form von Heizungsflüssigkeit, insbesondere Warmwasser, über mindestens einen Auslauf und eine Zuleitung direkt zu mindestens einem Verbraucher des mindestens einen erwärmten Arbeitsmediums und/oder der darin enthaltenen Wärme geleitet werden. Vorzugsweise wird das erwärmte Arbeitsmedium mit dem mindestens einen erhitzten Arbeitsmedium der Temperatur T9 aus dem mindestens einen zweiten Rekuperator vermischt, bevor es dem mindestens einen Verbraucher zugeführt wird.
Beispiele für diese Verbraucher sind Heizungsanlagen und Klimaanlagen für Wohngebäude, Bürogebäude, Fabrikgebäude, Hallen, Stadien Terminals, Theater, Kinos, Zelte, Kaufhäuser, Einkaufspassagen und industrielle Anlagen jeder Art.
Vorzugsweise handelt es sich bei den mindestens einen erwärmten Medium nicht um abgekühltes heißes Medium, das den mindestens ersten Rekuperator, den mindestens einen Umlaufverdampfer und den mindestens einen zweiten Rekuperator durchströmt, sondern um ein Medium, das unabhängig davon durch überschüssige Wärme, die von den vorstehend beschriebenen Verbrauchern geliefert wird, erwärmt wird.
Dadurch wird die Nutzung der Abwärme der energieerzeugenden Anlagen noch einmal weiter verbessert.
Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem umfasst des Weiteren eine Peripherie zur elektronischen, hydraulischen, pneumatischen und mechanischen Steuerung und zur Regelung und Messung der physikalischen und chemischen Parameter bei der Durchführung des nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Peripherie umfasst elektronische Datenverarbeitungsanlagen, elektrische, mechanische, hydraulische und pneumatische Aktuatoren, Druckhalteventile, Überdruckventile sowie Druck-, Temperatur- und Durchflussmessgeräte und Sensoren für chemische Verbindungen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Managementsystems umfasst mindestens ein Bypass-System mit dem der mindestens eine erste Rekuperator, der mindestens eine Umlaufverdampfer oder der mindestens eine zweite Rekuperator im Bedarfsfall, beispielsweise bei einer Reparatur der mindestens einen betreffenden Einheit gewartet, repariert oder ausgetauscht werden muss.
Das mindestens eine Bypass-System umfasst mindestens eine erste verschließbare Kurzschlussleitung, mit der der mindestens eine erste Leitungsabschnitt in dem mindestens einen ersten Rekuperator kurzgeschlossen bzw. umgangen werden kann. Außerdem umfasst das mindestens eine Bypass-System mindestens eine zweite verschließbare Kurzschlussleitung, mit der der mindestens eine zweite Leitungsabschnitt in dem mindestens einen Umlaufverdampfer kurzgeschlossen bzw. umgangen werden kann. Nicht zuletzt umfasst das mindestens eine Bypass-System mindestens eine dritte Kurzschlussleitung, mit der der mindestens eine dritte Leitungsabschnitt durch den mindestens einen zweiten Rekuperator kurzgeschlossen bzw. umgangen werden kann.
Die mindestens eine dritte Kurzschlussleitung ist direkt mit dem mindestens einen Kondensationsgefäß für das mindestens eine abgekühlte heiße Medium verbunden. Für den Fall, dass alle Kurzschlussleitungen geöffnet sind - beispielsweise bei einer Betriebsstörung -, wird das mindestens eine heiße Medium direkt zu dem mindestens einen Kondensationsgefäß geleitet. Es sind dann weitere Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, damit das Betriebspersonal und die Umgebung keine Schäden erleidet.
Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems sind mindestens zwei oder mehr der erfindungsgemäßen Energiemanagementsysteme blockartig parallel angeordnet. Dabei können mindestens zwei der erfindungsgemäßen Managementsysteme mit mindestens einer energieerzeugenden Anlage als Quelle der Restwärme über mindestens eine Leitung verbunden sein.
Vor der Einleitung des mindestens einen heißen Mediums der Temperatur T1 aus der mindestens einen Energie erzeugen Anlage in den mindestens einen ersten Rekuperator kann das mindestens eine heiße Medium noch durch mindestens einen Zyklon geleitet werden, um Feinstäube und Aerosole aus dem mindestens einen Medium abzutrennen. Hierdurch werden die Korrosion und der Abrieb innerhalb des mindestens einen erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems verringert, wenn nicht gar völlig vermieden.
Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem dient insbesondere der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur simultanen oder alternativen Erzeugung von überhitzte, trockene Dampfphase, Sattdampf und erhitzten Arbeitsmedium zu durch die stufenweise Abkühlung von heißen Medien als Überträger der Restwärme aus energieerzeugenden und energieverbrauchenden Anlagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

- Durchleitung mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T1 als Überträger der Restwärme mindestens einer energieerzeugenden und energieverbrauchenden Anlage durch mindestens eine Leitung durch mindestens einen ersten Rekuperator, mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer und mindestens einen weiteren Rekuperator,
- Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T1 auf mindestens eine gesättigte Gasphase der Temperatur T4 längs mindestens eines ersten Leitungsabschnitts durch den mindestens einen ersten Rekuperator zur Erzeugung mindestens einer überhitzten, trockenen Gasphase der Temperatur T5 und mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T2 und Zuleitung der mindestens einen überhitzten, trockenen Gasphase zu mindestens einem Verbraucher der überhitzten, trockenen Gasphase bzw. der darin enthaltenen Wärme über mindestens eine entsprechende Leitung,
- Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T2 auf mindestens ein Arbeitsmedium einer Temperatur T6 längs mindestens eines zweiten Leitungsabschnitts durch den mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer und Erzeugung mindestens eines Gas-Flüssigkeit-Gemischs der Temperatur T7 und mindestens eines heißen Mediums der Temperatur T3, Ausleitung des mindestens einen Gas-Flüssigkeit-Gemischs durch eine Ausleitung und Zuleitung in mindestens eine Blase, abtrennen der mindestens einen gesättigten Gasphase von der mindestens einen flüssigen Phase, Ausleitung der mindestens einen flüssigen Phase über mindestens eine Ausleitung und Zuleitung zu mindestens einem Mischer und Rückführung der mindestens einen flüssigen Phase mit einer Temperatur T6 als Arbeitsmedium in den mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer,
- Ausleitung der Gasphase aus dem mindestens einen Blase und Zuleitung der Gasphase der Temperatur T4 über mindestens eine Leitung zu mindestens einem Verbraucher der mindestens einen Gasphase der Temperatur T4 oder der darin enthaltenen Restwärme oder über mindestens eine andere Leitung zu dem mindestens einen ersten Rekuperator sowie
- Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium der Temperatur T3 auf mindestens ein Arbeitsmedium einer Temperatur T8 längs mindestens eines dritten Leitungsabschnitts durch den mindestens einen weiteren Rekuperator zur Erzeugung mindestens eines erhitzten Arbeitsmediums einer Temperatur T9 und mindestens eines Mediums der Temperatur T4 sowie Zuleitung des mindestens einen Arbeitsmediums der Temperatur T9 zu mindestens einem Verbraucher des mindestens einen Arbeitsmediums oder der darin enthaltenen Wärme über mindestens eine entsprechende Zuleitung,
- wobei für die Temperaturen die folgenden Bedingungen gelten: $T1 > T2 > T3 > T4$
  und $T1 \geq T5;T5 > T 4; T2 > T7;T7 > T6;T3 \geq T9;T9 > T8 .$

Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem und das erfindungsgemäße Verfahren werden anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Da die 1 bis 3 den Aufbau und die Funktionsweise veranschaulichen sollen, sind sie der Klarheit halber nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Es zeigen

1 ein Fließschema des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems 1 mit den essenziellen Funktionseinheiten,
2 ein Fließschema des Bypass-Systems BP des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems 1 und
3 die Draufsicht von oben auf die ersten Wärmetauscher WT1 und deren Bypass-System BP eines Blocks von drei parallel geschalteten erfindungsgemäße Energiemanagementsystem 1 in schematischer Darstellung.

In den 1 bis 3 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:

1: Erfindungsgemäßes Energiemanagementsystem
2: Überhitzte, trockene Dampfphase / Gasphase
2.1: Leitung des überhitzten Dampfs 2 zu einem Verbraucher 2.2
2.2: Verbraucher des überhitzten Dampfs 2
3: Leitung für das heiße Medium 3.1 zu dem Rekuperator WT1, dem Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer WT2 und dem Rekuperator WT3
3a: Leitungsabschnitt des heißen Mediums 3.1 der Temperatur T1 im Rekuperator WT1
3b: Leitungsabschnitt des heißen Mediums 3.1 der Temperatur T2 im Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer WT2
3c: Leitungsabschnitt des heißen Mediums 3.1 der Temperatur T3 im Rekuperator WT3
3d: Leitungsabschnitt für ein heißes Medium im Rekuperator WT4
3e: Verschließbare Kurzschlussleitung für den Leitungsabschnitt 3a
3f: Verschließbare Kurzschlussleitung für den Leitungsabschnitt 3b
3g: Verschließbare Kurzschlussleitung für den Leitungsabschnitt 3c
3.1: Heißes Medium als Überträger der Restwärme
4: Strömungsrichtung der heißen Medien ►
4a: Strömungsrichtung der Arbeitsmedien Δ
5: Elektronisch gesteuerter Dreiwegehahn
5.1: Verbraucher der gesättigten Gasphase (hier Sattdampf)
5.2: Verbraucher des Heizmediums 10.1 und 9.1
9.3; 5.4; 5.3: Leitungsabschnitt für das erhitzte Arbeitsmedium 9.1 (hier Sattdampf) zu dem Rekuperator WT1
6: Elektronisch gesteuertes Durchlaufventil
7: Elektronisch gesteuerte Förderpumpe
8: Blase zur Trennung des Gasphase 8.3 von der flüssige Phase 8.2
8.1: Flüssigkeitszulauf (hier Wasser) zu dem Mischer M
8.2: Abgetrennte flüssige Phase
8.3: Gesättigte Gasphase (hier Sattdampf)
8.3; 5.4; 5.5; 5.6: Leitungsabschnitt für die gesättigte Gasphase 8.3 zu dem Verbraucher der gesättigten Gasphase 5.1
8.4; 5.3: Leitungsabschnitt für die gesättigte Gasphase 8.3 zu dem Rekuperator WT1
8.4; 5.4; 9.3: Leitungsabschnitt für die gesättigte Gasphase 8.3 zu dem Rekuperator WT4
8.5: Ausleitung des Gas-Flüssigkeit-Gemischs 8.6 aus dem Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer WT2 (hier Zwangsumlaufverdampfer)
8.6: Gas-Flüssigkeit-Gemisch in WT2
8.7: Ausleitung und Zuleitung der flüssigen Phase 8.2 zum Mischer M
9: Arbeitsmedium (hier Wasser oder Sattdampf) im Rekuperator WT4
9.1: Erhitztes Arbeitsmedium 9 im Rekuperator WT4
9.2: Ausleitung und Zuleitung des Arbeitsmediums 9 zu dem Mischer M
9.3;: Ausleitung und Zuleitung des erhitzten Arbeitsmediums 9.1 in die Leitungsabschnitt 5.4; 5; 5.3 zum Rekuperator WT1
9.4: Ausleitung und Zuleitung des Arbeitsmediums 9.5 von der Förderpumpe 7 in den Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer WT2
9.5: Arbeitsmedium im Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer WT2
9.6: Zuleitung des Arbeitsmediums 9 zu dem Rekuperator WT4
10: Arbeitsmedium (hier Wasser) im Rekuperator WT3
10.1: Erhitztes Arbeitsmedium 10 im Rekuperator WT3
10.2; 10.3: Ausleitung und Zuleitung des erhitzten Arbeitsmediums 10.1 zum Verbraucher 5.2 der in 10.1 enthaltenen Wärme
10.3: Ausleitung und Zuleitung des erhitzten Arbeitsmediums 9.1 zum Verbraucher 5.2 der in 9.1 enthaltenen Wärme
11: Kondensationsgefäß für das abgekühlte heiße Medium 3.1
11.1: Kondensat
11.2: Kondensatauslass
11.3: Leitung für das Abgas AG
12: Geschlossenes Durchflussventil
13: T-Rohr, Abzweigung
14: T-Rohr, Abzweigung auf der Stufe der Umlaufverdampfer WT2
15: Geschlossenes Durchflussventil auf der Stufe der Umlaufverdampfer WT2
A: Energieerzeugende Anlage (zum Beispiel: Blockheizkraftwerk, BHKW) oder energieverbrauchenden Anlage (hier Drehrohrofen für die Zementherstellung) als Quelle der Restwärme
AG: Abgas
BP: Bypass
H2O: Wasser
K: Kondensatentsorgung
T1: Temperatur des heißen Gases A am Einlass des Rekuperators WT1
T2: Temperatur des heißen Gases A am Auslass des Rekuperators WT1 und am Einlass des Natur- oder Zwangsumlaufverdampfers WT2
T3: Temperatur des heißen Gases A am Auslass des Natur- oder Zwangsumlaufverdampfers WT2 und am Einlass des Rekuperators WT3
T4: Temperatur des abgekühlten heißen Gases A am Auslass des Rekuperators WT3

Es gilt die Beziehung: T1 > T2 > T3 > T4

T5: Temperatur des überhitzten Dampfs 2 aus dem Rekuperator WT1
T4: Temperatur des Sattdampfs 8.3 aus der Blase 8 des Natur- oder Zwangsumlaufverdampfers WT2
T7: Temperatur des Gas-Flüssigkeit-Gemischs 8.6 aus dem Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer WT2
T6: Temperatur des Arbeitsmediums 9.5 am Einlass des Natur- oder Zwangsumlaufverdampfers WT2
T8: Temperatur des Arbeitsmediums 10 am Einlass des Rekuperators WT3
T9: Temperatur des Arbeitsmediums 10.1 am Auslass des Rekuperators WT3
T10: Temperatur des heißen Mediums 3.1 am Auslass des Rekuperators WT3

Ausführliche Beschreibung der Figuren
Das Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) 1 gemäß der Figur 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung der Restwärme
Das Energiemanagementsystem 1 und das erfindungsgemäße Verfahren dienten der simultanen oder Erzeugung von überhitzter, trockener Dampfphase 2 der Temperatur T5 von 350 °C, von Sattdampf 8.3 der Temperatur T4 von 250 °C und von heißem Wasser 10.1 der Temperatur T9 von 110 °C bei einem Betriebsdruck von 30 bar durch die Abkühlung der Abgase 3.1 der Temperatur T1 von 450 °C als Überträger der Restwärme aus einem Drehrohrofen für die Zementherstellung als energieverbrauchender Anlage A.
Als Rekuperatoren WT1, WT3 und WT4 wurden Gegenstrom-Rohrbündelwärmetauscher verwendet. In den Zwangsumlaufverdampfer WT2 war ebenfalls ein Gegenstrom-Rohrbündelwärmetauscher integriert.
Im Verlauf des Verfahrens die Abgase 3.1 verließen WT1 mit einer Temperatur T2 von 250 °C und traten in den Leitungsabschnitt 3b des Zwangsumlaufverdampfers WT2 mit dieser Temperatur ein.
Die Abgase 3.1 verließen WT2 mit einer Temperatur T3 von 150 °C und traten in den Leitungsabschnitt 3c des Rekuperators WT3 bei dieser Temperatur ein.
Die Abgase 3.1 verließen WT3 mit einer Temperatur T10 von 100 °C und gelangten in das Kondensationsgefäß 11, worin sie weiter abgekühlt wurden, sodass
Wegen der hohen Temperaturen und Drücke war das Energiemanagementsystem 1 aus besonders hochtemperaturstabilen und druckstabilen Materialien wie V4A-Stahl. Um Wärmeverluste zu vermeiden und um das Bedienungspersonal zu schützen, war das Energiemanagementsystem 1 mit nicht brennbaren Mineralfaserschichten aus Mineralfasern, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumsilikat-Wolle, Erdalkali-Silikat-Wolle, Aluminium-Silikat-Zirkon-Wolle, Hochtemperatur-Glaswolle und polykristalliner Aluminiumoxid-Wolle, isoliert.
Des Weiteren wies das Energiemanagementsystem 1 eine Peripherie zur elektronischen, hydraulischen, pneumatischen und mechanischen Steuerung und zur Regelung und Messung der physikalischen und chemischen Parameter bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Peripherie umfasst elektronische Datenverarbeitungsanlagen, elektrische, mechanische, hydraulische und pneumatische Aktuatoren sowie Druck-, Temperatur- und Durchflussmessgeräte und Sensoren für chemische Verbindungen.
Wesentlich für die Funktion des Energiemanagementsystems 1 waren die elektronisch gesteuerten, durch Aktuatoren verstellbaren Dreiwegehähne 5 und die elektronisch gesteuerten, durch Aktuatoren verstellbaren Durchlaufventile 6.
Das Energiemanagementsystem 1 war für Volumenströme von 50.000 m³/h ausgelegt.
Das Energiemanagementsystem 1 umfasste eine Leitung 3 zur Durchleitung des heißen Abgases 3.1 der Temperatur T1 als Überträger der Restwärme des Drehrohrofens A durch einen ersten Rekuperator WT1, einen Zwangsumlaufverdampfer WT2 und einen weiteren Rekuperator WT3 (Fließrichtung 4).
In dem ersten Rekuperator WT1 wurde die Restwärme in dem Abgas 3.1 durch den Leitungsabschnitt 3a auf die gesättigte Gasphase 8.3 der Temperatur T4 übertragen, wodurch eine überhitzte, trockener Gasphase 2 der Temperatur T5 resultierte. Das heiße Abgas 3.1 wurde dabei auf die Temperatur T2 abgekühlt. Die überhitzte, trockene Gasphase 2 wurde über die Leitung 2.1 (Fließrichtung 4a) einer Turbine 2.2 zur Erzeugung von Elektrizität zugeleitet.
In dem Zwangsumlaufverdampfer WT2 wurde die Restwärme in dem Abgas 3.1 der Temperatur T2 durch den Leitungsabschnitt 3b auf heißes Wasser 9.5 der Temperatur T6, das über die Zuleitung 9.4 eingeleitet wurde, übertragen. Dadurch resultierte ein Gas-Flüssigkeit-Gemisch 8.6 einer Temperatur T7, und das Abgas 3.1 wurde auf die Temperatur T3 abgekühlt. Das Gas-Flüssigkeit-Gemisch 8.6 wurde über die Ausleitung 8.5 in die Blase 8 des Zwangsumlaufverdampfers WT2 geleitet, worin sich die gesättigte Dampfphase oder der Sattdampf 8.3 von der flüssigen Phase 8.2 (Wasser) abtrennte.
Das Wasser 8.2 wurde über die Ausleitung und Zuleitung 8.7 eine Mischer M zugeführt, worin es gegebenenfalls mit Wasser, das über einen Flüssigkeitszulauf zugeleitet wurde, und/oder gegebenenfalls mit Wasser 9 aus dem Rekuperator WT4, welches über die Ausleitung und Zuleitung 9.2 zugeführt wurde, vermischt wurde. Das Wasser 8.2 oder die Mischungen wurde oder wurden mithilfe der Förderpumpe 7 über die Ausleitung und Zuleitung 9.4 als Arbeitsmedium 9.5 wieder in den Zwangsumlaufverdampfer zurückgeführt und darin wieder aufgeheizt.
Der Sattdampf 8.3 wurde über den Leitungsabschnitt 8.4; 5.3 in den Rekuperator WT1 geleitet und darin zu überhitztem, trockenem Dampf 2 aufgeheizt. Alternativ wurde der Sattdampf 8.3 über den Leitungsabschnitt 8.4; 5.4; 5.5; 5.6 (Fließrichtung 4a) in einen Sattdampfspeicher 5.1 geleitet.
In dem weiteren Rekuperator WT3 wurde das Arbeitsmedium 10 (Wasser) längs des Leitungsabschnitts 3c mit dem Abgas 3.1 der Temperatur T3 aufgeheizt, sodass Wasser 10.1 einer Temperatur T9 von 100 °C resultierte. Das Wasser 10.1 wurde über die Ausleitung und Zuleitung 10.2; 10.3 zu einer Heizungsanlage 5.2 für ein Mehrfamilienhaus (Verbraucher; Fließrichtung 4a) geleitet. Alternativ konnte dem optionalen Rekuperator WT4 Wasser 9.1 einer Temperatur von 90 bis 110 °C entnommen und dem Wasser 10.1 bei entsprechender Stellung des elektronisch gesteuerten Dreiwegehahns 5 zugemischt werden.
Das abgekühlte heiße Abgas 3.1 der Temperatur T10 wurde in das Kondensationsgefäß 11 eingeleitet und darin weiter abgekühlt, sodass seine kondensierbaren Bestandteile 11.1 von der Gasphase AG abgetrennt worden. Die Abgase AG wurden über die Leitung 11.3 und das elektronisch gesteuerte Durchlaufventil 6 abgelassen (Fließrichtung 4); gegebenenfalls noch vorhandene mitgerissene Stäube wurden durch Filter oder durch einen Zyklon abgefangen, und das gereinigte Abgas AG wurde in die Atmosphäre geleitet. Das Kondensat 11.1 wurde über den Kondensatauslass 11.2 mit dem elektronisch gesteuerten Durchlaufventil 6 einer Kondensatsentsorgung K zugeführt (Fließrichtung 4a). Je nachdem, ob das Kondensat 11.1 sauer oder basisch war, wurde es mit Säure oder Base neutralisiert und/oder gegebenenfalls vorhandene gelöste Salze wurden durch Osmose abgetrennt oder als Feststoffe ausgefällt.
Insgesamt gelten für die Temperaturen T1-T10 in dem erfindungsgemäßen Managementsystem und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die folgenden Bedingungen: $T1 > T2 > T3 > T4$
und $T1 \geq T5;T5 > T 4; T2 > T7;T7 > T6;T3 \geq T9;T9 > T8;T8 \geq T10 .$
Das Bypass-System BP des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems für Restwärme (ESR) 1 gemäß der Figur 2
Das Bypass-System BP ermöglichte es, einen oder zwei Rekuperatoren WT1 und/oder WT3 sowie den Zwangsumlaufverdampfer WT2 zu umgehen, wenn beispielsweise die betreffende Einheit oder die betreffenden Einheiten gewartet oder ausgetauscht werden mussten.
Das Bypass-System BP umfasste im Normalbetrieb - von oben nach unten gesehen - einen ersten elektronisch gesteuerten Dreiwegehahn, der das heiße Abgas 3.1 aus dem Drehrohrofen A in den Rekuperator WT1 leitete. Dabei waren das erste und das zweite elektronisch gesteuerte Durchflussventil 12 geschlossen. Der zweite und der dritte elektronisch gesteuerte Dreiwegehahn 5 leiteten das heiße Abgas 3.1 der Temperatur T2 aus dem Rekuperator WT1 über den dritten elektronisch gesteuerten Dreiwegehahn in den Zwangsumlaufverdampfer WT2. Dabei waren das dritte, vierte und fünfte elektronisch gesteuerte Durchflussventil 12 geschlossen. Der vierte und der fünfte elektronisch gesteuerte Dreiwegehahn 5 leiteten das heiße Abgas 3.1 der Temperatur T3 aus dem Zwangsumlaufverdampfer WT2 in den Rekuperator WT3. Dabei waren das sechste und das siebte elektronisch gesteuerte Durchflussventil geschlossen. Der sechste elektronisch gesteuerte Dreiwegehahn leitete das heiße Abgas der Temperatur T10 in das Kondensationsgefäß 11. Dabei waren das achte und das neunte elektronisch gesteuerte Durchflussventil geschlossen.
Durch die Stellung der elektronisch gesteuerten Dreiwegehähne 5 und dem Öffnen und Schließen der elektronisch gesteuerten Durchflussventile 12 konnten die weiteren Betriebszustände realisiert werden. Dies war ein ganz wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Managementsystems 1 in Kombination mit dem Bypass-System BP.
Erfindungsgemäßes Energiemanagementsystem 1 in Dreierblock-Konfiguration gemäß Figur 3
Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem 1 in Dreierblock-Konfiguration umfasste drei Energiemanagementsystem 1 gemäß der 1 in Parallelschaltung mit einem gemeinsamen Bypass-System BP für alle 3 Energiemanagementsysteme 1.
Der Klarheit halber ist die Dreierblock-Konfiguration in schematischer Draufsicht von oben auf die drei Rekuperatoren WT1 dargestellt.
Die heißen Abgase 3.1 des Drehrohrofens A der Temperatur T1 wurden in der Fließrichtung 4 über die zwei Leitungsabschnitte 3 und den - von rechts nach links gesehen - ersten, zweiten und dritten elektronisch gesteuerten Dreiwegehahn in die Leitungsabschnitte 3a der Rekuperatoren WT1 geleitet. Die Abzweigung des dritten Dreiwegehahns war durch das geschlossene Durchflussventil 12 verschlossen. In den beiden Leitungsabschnitten 3 war jeweils ein T-Rohr 13 als Abzweigung angeordnet. Diese Abzweigungen 13 waren Bestandteile des Bypass-Systems BP und führten sozusagen auf die Stufe der drei Zwangsumlaufverdampfer WT2 (durch WT1 verdeckt).
Den drei Rekuperatoren WT1 entströmten über drei Leitungen 3 (durchbrochenen Pfeile) das heiße Abgas 3.1 der Temperatur T2, das in die Zwangsumlaufverdampfer WT2 (durch WT1 verdeckt) geleitet wurde. Die Leitungen 3 auf der Stufe der drei Zwangsumlaufverdampfer WT2 wiesen ebenfalls Abzweigungen 14 (durchbrochenen Linien) als Bestandteile des gemeinsamen Bypass-Systems BP auf. Das Ende dieser Leitungen 3 war durch das geschlossene Durchflussventil 15 nach außen verschlossen.
Diese Dreierblock-Konfiguration wies erhebliche Vorteile auf. So konnten einzelne Einheiten in einem erfindungsgemäßen Energiemanagementsystem 1 oder in zwei oder drei Energiemanagementsystemen 1 oder ein komplettes Energiemanagementsystem 1 oder zwei komplette Energiemanagementsysteme 1 im Bedarfsfall „vom Netz“ genommen werden.

Claims

Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) durch stufenweise Abkühlung mindestens eines heißen Mediums (3.1) aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen (A) als Überträger der Restwärme, zumindest umfassend - mindestens eine Leitung (3) zur Durchleitung mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T1 als Überträger der Restwärme mindestens einer energieerzeugenden Anlage (A) durch mindestens einen Rekuperator (WT1), mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer (WT2) und mindestens einen Rekuperator (WT3), - mindestens einen Leitungsabschnitt (3a) durch den mindestens einen Rekuperator (WT1) zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T1 auf mindestens eine gesättigte Gasphase (8.3) der Temperatur T4 zur Erzeugung mindestens einer überhitzten, trockenen Gasphase (2) der Temperatur T5 und mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T2, der mindestens eine Rekuperator (WT1) des Weiteren umfassend mindestens eine Leitung (2.1) für die Zuleitung von der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) zu mindestens einem Verbraucher (2.2) von der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) und/oder mindestens einem Verbraucher (2.2) von der in der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) enthaltenen Wärme, - mindestens einen Leitungsabschnitt (3b) durch den mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer (WT2) zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T2 auf mindestens ein Arbeitsmedium (9.5) einer Temperatur T6 zur Erzeugung mindestens eines Gas-Flüssigkeit-Gemischs (8.6) der Temperatur T7 und mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T3, der mindestens eine (WT2) des Weiteren umfassend mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (8.5) für das mindestens eine Gas-Flüssigkeit-Gemischs (8.6) in mindestens eine Blase (8) zur Abtrennung der mindestens einen gesättigten Gasphase (8.3) von der mindestens einen flüssigen Phase (8.2) und zur Rückführung der mindestens einen flüssigen Phase (8.2) einer Temperatur T6-T7 als Arbeitsmedium (9.5) in den mindestens einen (WT2) über mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (8.7; 9.4) sowie mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (8.4) zur Leitung der mindestens einen gesättigten Gasphase (8.3) der Temperatur T7-T4 über mindestens eine Zuleitung (5.3) zu dem mindestens einen Rekuperator (WT1) und/oder über die mindestens eine Zuleitung (5.4; 5.5; 5.6) zu mindestens einem Verbraucher (5.1) von der mindestens einen Ausleitung und Zuleitung (8.4), - mindestens einen Leitungsabschnitt (3c) durch den mindestens einen Rekuperator (WT3) zur Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T3 auf mindestens ein Arbeitsmedium (10) einer Temperatur T8 zur Erzeugung mindestens eines erhitzten Arbeitsmediums (10.1) einer Temperatur T9 und mindestens eines Mediums (3.1) der Temperatur T10, der mindestens einen Rekuperator (WT3) des Weiteren umfassend mindestens eine Zuleitung (10.2; 10.3) für das mindestens eine Arbeitsmedium (10.1) zu mindestens einem Verbraucher (5.2) der in dem mindestens einen Arbeitsmedium (10.1) enthaltenen Wärme, wobei für die Temperaturen die folgenden Bedingungen gelten: $T1 > T2 > T3 > T4$
und $T1 \geq T5;T5 > T 4; T2 > T7;T7 > T6;T3 \geq T9;T9 > T8 .$
wobei dem mindestens einen Rekuperator (WT1) mindestens ein Zyklon zur Abscheidung von Feinstäuben vorgeschaltet ist.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Bypass (BP) umfasst.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bypass (BP) mindestens eine verschließbare Kurzschlussleitung (3e) für den mindestens einen Leitungsabschnitt (3a), mindestens eine verschließbare Kurzschlussleitung (3f) für den mindestens einen Leitungsabschnitt (3b) und mindestens eine verschließbare Kurzschlussleitung (3g) für den Leitungsabschnitt (3c) umfasst.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Kondensationsgefäß (11) zum Auffangen mindestens eines Kondensats (11.1), mindestens einen Kondensatauslass (11.2) zur Ableitung des mindestens einen Kondensats (11.1) zu mindestens einer Kondensatsentsorgung (K) und mindestens eine Leitung (11.3) für mindestens ein Abgas (AG) umfasst.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen zusätzlichen Rekuperator (WT4) umfasst.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rekuperator (WT4) mindestens einen Leitungsabschnitt (3d) für mindestens ein heißes Medium, mindestens eine Zuleitung (9.6) für mindestens ein Arbeitsmedium (9), mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (10.3) des mindestens einen erhitzten Arbeitsmediums (9.1) zu mindestens einem Verbraucher (5.2) der im erhitzten Arbeitsmedium (9.1) enthaltenen Wärme, mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (9.2) zu mindestens einem Mischer (M) und mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (9.3) des erhitzten Arbeitsmediums (9.1) zu den Leitungsabschnitten (5.4) oder (5.5) umfasst.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in den Leitungen (3) für heißen Medien (3.1) 0,1 bis 100 bar beträgt.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur T1 50 °C bis 1000 °C, die Temperatur T2 100 °C bis 1000 °C und die Temperatur T3 150 °C bis 1000 °C beträgt.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in den Rekuperatoren (WT1), (WT2), (WT3) und (WT4) 0,1 bis 100 bar beträgt.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine energieerzeugende oder energieverbrauchende, Restwärme liefernde Anlage (A) aus der Gruppe, bestehend aus Turbinen, Blockheizkraftwerken, Biogasanlagen, Heizkraftwerken, Atomkraftwerken, Sonnenkraftwerken, Geothermiekraftwerken, Brennöfen, Ziegelöfen, Heizöfen, Trommelöfen, Dauerbrandöfen, Drehherdöfen, Drehrohröfen, Durchlauföfen, Bandöfen, Rollenherdöfen, Tunnelöfen, Durchstoßöfen, Durchziehöfen, Fallschachtöfen, Herdwagenöfen, Hinterladeröfen, Hubbalkenöfen, Hubherdöfen, Kammeröfen, Kaminöfen, Kanonenöfen, Kuppelöfen, Muffelöfen, Paternosteröfen, Retortenöfen, Ringöfen, Schneckenöfen, Sesselherd, Stoßöfen, Tieföfen, Tischherden, Trommelöfen, Zeitbrandöfen, Zirkulieröfen, chemische Anlagen, Verbrennungsmotoren und Pyrolyseanlagen, ausgewählt ist.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Medium (3.1) als Überträger der Restwärme gasförmig ist.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die überhitzte, trockene Dampfphase (2), die abgetrennte flüssige Phase (8.2), die gesättigte Gasphase (8.3), das Gas-Flüssigkeit-Gemisch (8.6), die Arbeitsmedien (9), (9.1), (10) und (10.1) aus Wasser bestehen.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich - bei den Verbrauchern (2.2) der überhitzten, trockenen Dampfphase um Turbolader, Turbinensysteme zur Stromerzeugung, Turbinensysteme zur Drucklufterzeugung und Vorrichtungen zur Lieferung von Prozesswärme für industrielle Anlagen aller Art, - bei den Verbrauchern (5.1) des Sattdampfs um Ejektoren, Vorrichtungen zur Druckerhöhung und Sattdampfspeicher und - bei den Verbrauchern (5.2) der Wärme im erhitzten Arbeitsmedium (10.1) um Heizungsanlagen und Klimaanlagen für Wohngebäude, Bürogebäude, Fabrikgebäude, Hallen, Stadien Terminals, Theater, Kinos, Zelte, Kaufhäuser, Einkaufspassagen und industrielle Anlagen jeder Art handelt.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Energiemanagementsysteme (ESR) (1) blockartig parallel angeordnet sind.
Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Energiemanagementsysteme (ESR) (1) mit einer energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlage (A) als Quelle der Restwärme verbunden sind.
Verfahren zur simultanen oder alternativen Erzeugung von überhitzter, trockener Dampfphase (2), Sattdampf (8.3) und erhitzten Arbeitsmedien (10.1; 9.1) zu Heizungszwecken durch stufenweise Abkühlung von heißen Medien (3.1) aus energieerzeugenden oder energieverbrauchenden Anlagen (A) als Überträger der Restwärme, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: - Durchleitung mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T1 als Überträger der Restwärme einer energieerzeugenden Anlage (A) durch mindestens eine Leitung (3) durch mindestens einen Rekuperator (WT1), mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer (WT2) und mindestens einen weiteren Rekuperator (WT3), - Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T1 auf mindestens eine gesättigte Gasphase (8.3) der Temperatur T4 längs mindestens eines Leitungsabschnitts (3a) durch den mindestens einen Rekuperator (WT1) zur Erzeugung mindestens einer überhitzten, trockenen Gasphase (2) der Temperatur T5 und mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T2 und Zuleitung von der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) zu mindestens einem Verbraucher (2.2) von der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) oder der in der mindestens einen überhitzten trockenen Gasphase (2) enthaltenen Wärme über mindestens eine Leitung (2.1), - Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T2 auf mindestens ein Arbeitsmedium (9.5) einer Temperatur T6 längs mindestens eines Leitungsabschnitts (3b) durch den mindestens einen Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer (WT2) und Erzeugung mindestens eines Gas-Flüssigkeit-Gemischs (8.6) der Temperatur T7 und mindestens eines heißen Mediums (3.1) der Temperatur T3, Ausleitung des mindestens einen Gas-Flüssigkeit-Gemischs (8.6) durch eine Ausleitung und Zuleitung (8.5) in mindestens eine Blase (8), Abtrennen der mindestens einen gesättigten Gasphase (8.3) von der mindestens einen flüssigen Phase (8.2), Ausleitung der mindestens einen flüssigen Phase (8.2) über mindestens eine Ausleitung und Zuleitung (8.7) zu mindestens einem Mischer (M) und Rückführung der mindestens einen flüssigen Phase (8.2) einer Temperatur T6 als Arbeitsmedium (9.5) in den mindestens einen Rekuperator (WT2), - Ausleitung der Gasphase (8.3) aus der mindestens einen Blase (8) und Zuleitung der Gasphase (8.3) der Temperatur T4 über mindestens eine Leitung (8.4) zu mindestens einer Leitung (5.4; 5.5; 5.6) zu mindestens einem Verbraucher (5.2) der Gasphase (8.3) oder der in der Gasphase (8.3) enthaltenen Wärme oder über mindestens eine Leitung (5.3) zu dem mindestens einen Rekuperator WT1, - Übertragung der Restwärme durch das mindestens eine heiße Medium (3.1) der Temperatur T3 auf mindestens ein Arbeitsmedium (10) einer Temperatur T8 längs mindestens eines Leitungsabschnitts (3c) durch den mindestens einen Rekuperator (WT3) zur Erzeugung mindestens eines erhitzten Arbeitsmediums (10.1) einer Temperatur T9 und mindestens eines Mediums (3.1) der Temperatur T10 sowie Zuleitung des mindestens einen Arbeitsmediums (10.1) zu mindestens einem Verbraucher (5.2) von dem mindestens einen Arbeitsmedium (10.1) oder der in dem mindestens einen Arbeitsmedium (10.1) enthaltenen Wärme über mindestens eine Zuleitung (10.2; 10.3), wobei für die Temperaturen die folgenden Bedingungen gelten: $T1 > T2 > T3 > T4$
und $T1 \geq T5;T5 > T 4; T2 > T7;T7 > T6;T3 \geq T9;T9 > T8 .$
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man hierfür mindestens ein Energiemanagementsystem für Restwärme (ESR) (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 verwendet.
Verwendung mindestens eines Energiemanagementsystems für Restwärme (ESR) (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder des Verfahrens gemäß Anspruch 16 oder 17 für die simultane oder alternative Erzeugung von überhitztem, trockenem Dampf, Sattdampf und Heizungswasser.