-
Verfahren zur Wärmeentnahme aus einem wässrigen Trägermedium
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeentnahme aus einem wässrigen
Trägermedium durch seine Entspannung bei thermischer Verwertung bzw. Aufwertung
des dabei entstehenden Dampfes.
-
Aus Energieausnützungs- und auch aus Umweltschutzgründen ist man imner
mehr dazu geführt, jeden, auch relativ kleinen thermischen Verlust, bzw. jede thermische
Umweltbelastung möglichst zu vermeiden. Dazu bieten sich bekannte technische Lijsungen
an, z.B.
-
Wärmeentnahme aus einem Trägermedium am Schluss eines Prozesses, die
sogenannte Wårmerückgewinnung. Solche Vorkehrungen sind jedoch mit Einrichtungs
bzw. Betriebskosten verbunden, und so wird es danach gesucht, bei solchen Verfahren
einen wirtschaftlichen Miteffekt zu erzielen, um die damit verursachten Kosten mindestens
teilweise zu tilgen.
-
Es ist als wirtschaftlich bekannt, bei Entspannung eines Mediums die
Wärme der entstehenden Dämpfe damit zu nutzen, dass man mit dem Dampf nachfolgend
direkt oder über eine zwischengeschaltete Therrto kompression einen Verbraucher
beheizt.
-
Jedoch bei Entspannuny vor. Trägermeaien niedrigerer Temperaturan,
insbesondere unterhalb ihres Siedepunktes,verursachen die anwachsenden Volumina
der Dämpfe apparative Abmessungsschwierigkeiten, welche die Wirtschaftlichkeit solcher
Verfahren schwer beeinträchtigen.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung zu finden, Verfahren
der eingangsbeschriebenen Art, insbesondere bei vorliegenden Temperaturen eines
Trägermediums unterhalb seines Siedepunktes wirtschaftlich zu gestalten. Eine weitere
Aufgabe ist es, Wärme aus einem kontaminierten Trägermedium zu entnehmen und sie
in eine andere direkt anwendbare Energieform, z.B. in Form eines reinen Wasserdampfes,
gegebenenfalls höherer Temperatur als es das kontaminierte
Trägermedium
aufweist, umzusetzen.
-
Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass
die Entspannung stufenweise in einer Anzahl hinsichtlich des Mediumsflusses hintereinander
angeordneter Entspannungs stufen vorgenamnen wird, und dass der in jeder Entspannungsstufe
gewonnene Dampf aus der Stufe abgezogen wird und die einzelnen Dämpfe parallel zueinander
einer thermischen Verwertung, bzw. Aufwertung unterzogen werden.
-
Dadurch, dass das Trägermedium ein Kesselspeisewasser ist, welches
im Kreislauf über eine Wärmeaufnahmestelle und durch die Entspannungsstufen geführt
ist, wobei der in den einzelnen Entspannungsstufen gewonnene Dampf einer Thermokompression
unterzogen wird, wird bei Wärmeaufnahme aus einem kontaminierten, warmen Medium
ein reiner Wasserdampf durch das Verfahren hergestellt.
-
Zur Erklärung des Verfahrens und der damit erzielbaren Vorteile wird
im weiteren ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel anhand eines in der Zeichnung
vorhandenen Schemas der dazu entworfenen Anlage näher beschrieben und erklärt.
-
Die in der Zeichnung gezeigte Anlage zur Wärmeentnahme aus einem wässrigen
Trägermedium weist eine Anzahl, fünf Entspannungsstufen 1,2,3,4 und 5 auf. Die Entspannungsstufen
sind hinsichtlich des Mediumsflusses hintereinander angeordnet. Das Trägermedium
fliesst kaskadenartig vom Behälter 6 über eine Leitung 7, in erste Entspannungsstufe
1, über Leitung 8 in Entspannungsstufe 2, über Leitung 9 in Entspannungsstufe 3,
über Leitung 10 in Entspannungsstufe 4 und über Leitung 11 in die letzte Entspannungsstufe
5, jeweils reguliert an zwischengeschalteten Regelventilen 13. Das entspannte Medium
fliesst aus der letzten Entspannungsstufe 5 über Leitung 12 in einen Sammelbehälter
14.
-
Die Wärme wird dem Trägermedium dadurch entnommen, dass der in jeder
Entspannungsstufe gewonnene, entstehende Dampf abgezogen wird,und zwar so, dass
die einzelnen, in den einzelnen Entspannungsstufen 1,2,3,4 und 5 gewonnenen Dämpfe
in parallel zueinander angeordneten Leitungen 15,16,17,18 und 19 aus den betreffenden
Entspannungsstufen zu einer thermischen Verwertung, bzw. Aufwertung geführt werden
und dieser unterzogen werden. Die thermische Verwertung der entzogenen Wärme aus
der letzten Entspannungsstufe 5 geschieht in einem Kondensator 20, wobei ein Kühlwasser
21 auf ein Warmwasser 22 aufbereitet wird. Für ein notwendiges Vakuum im Rohrenraum
des Kondensators 20 sorgt eine Vakuumpumpe 23, welche in die Atmosphäre mündet.
-
Die in den höheren Entspannungsstufen 1,2,3 und 4 gewonnenn Dämpfe
werden einer thermischen Aufwertung durch Thermjkompression unterzogen: Die Dämpfe
werden in parallel zugeordneten Thermokappressoren 24 und 25 angesaugt und komprimiert.
Der jeweils nach der Thermokompression eine höhere Temperatur aufweisende Dampf
wird einer gemeinsamen Dampfschiene zugeleitet, die hier mit einem Dampfbehälter
26 gegeben ist.
-
Der Dampf wird aus dem Dampfbehälter 26 mit einer Leitung 27 in ein
Dampfverbrauchsnetz geliefert.
-
Die hier angewandten Thermokompressoren weisen jeweils entsprechend
ausgelegte Arbeitsräume zur Aufnahme der verschiedenen Volumina der aus den einzelnen
Entspannungsstufen kommenden Dämpfe. Sie sind auch so ausgelegt, dass die komprimierten
Dämpfe ca. eine gleiche Temperatur aufweisen. Es ist auch möglich, dass diese hier
zwei Thermokompressoren zu einer Tandemaschine vereinigt werden könnten, was energetisch
selbstverständlich noch wirtschaftlicher würde. Aber es sind diesbezüglich auch
weitere KoSbinationen vorstellbar: Jeder Dampf strang 15,16,17 und 18 könnte unabhängig
von anderen einer thermischen Verwertung, bzw. Aufwertung für sich unterzogen werden.
Die Ausgangstemperaturen der thermokomprimierten
Dämpfe könnten
verschieden sein. iye stränge könnten thermokomprimiert werden, andere nur gegebenenfalls
über eine Vakuumpumpe zu irgendeinem Thermoverbraucher zugeführt werden und anderes
mehr.
-
Der nach diesem Ausführungsbeispiel verfügbare Heizdampf ist ein reiner
Wasserdampf. Das hier vorhandene Trägermedium ist nämlich ein vorgereinigtes Kesselspeisewasser,
welches durch eine Leitung 28 in den Sammelbehälter 14 zugespeist wird. Das Kesselspeisewasser
wird in dem System im Kreislauf über eine Wärmeaufnahmestelle und durch die Entspannungsstufen
geführt. Das entspannte Trägermedium, das Kesselspeisewasser nach der Wärmeentnahme,
gelangt zurück in den Sammelbehälter 14, wohin auch das Kondensat aus dem Wårmeaustauscher
20 über Leitung 33 hingeführt wird. Es ist zweckmässig, das Trägermedium vor der
Wärmeaufnahme noch abzukühlen: Das Medium wird von einer Pumpe 29 und Leitung 30
durch einen Kühler 31 geführt. Die Wårmeentnahme hier geschieht im indirekten Wärmeaustausch
mit Kühlwasser, welches aus der gemeinsamen Kühlwasserleitung 21 durch Leitung 21'
zum Kühler 31 geführt wird. Das erwärmte Wasser fliesst von Kühler 31 zurück über
Leitung 32 in die Warmwassersammelleitung 22. Nach dieser zweckmässigen Abkühlung
wird das Trägermedium zur Wärmeaufnahme in Serie geschaltete Wärmeaustauscher 35,36
und 37 über Leitung 34 geführt.
-
tiach der Eçarmeaufnahme wird das Trägermedium in den Behälter 6 über
eine Leitung 38 geführt.
-
Die Wärmeaufnahmestelle ist die Batterie von indirekten Wänneanstauschern
35,36 und 37, welche aus einer Abfallwarmequelle beheizt wird; eine warmef mit anorganischen
Abfall-Salzen kontaminierte Suspension wird mit einer Leitung 39 und einer Puppe
40 durch die Wärmeaustauscher 37,36 und 35 geführt und abgekühlt, nach der Wärmeabgabe
an das Trägermedium,durch eine Leitung 41 in ein Abwassersystem abgeführt.
-
Das als Beispiel beschriebene Verfahren weist folgende Vorteile im
Bereich Energieausnutzung und Umweltschutz, sowie bezüglich Wirtschaftlichkeit
auf:
Es wird eine früher verlorengegangene und Umwelt belastende Wärme ausgenutzt.
-
Es ist möglich, aus einer "schmutzigen"Abfallwärme eine "reine" Energie
zu gewinnen.
-
Die Art der Aufwertung, unter Anwendung von zusätzlicher elektrischer
Energie für die Thermokompression ist ausserordentlich wirtschaftlich.
-
Dies wird anhand einiger Parametern eines konkreten Ausführungsbeispiels
bekundet: Die Abfallwärme bietet sich an mit einer vorhandenen Ablauge in einer
Menge von 300 m /h, welche bei der Wärmeaufnahme seitens des Trägermediums von 1050
auf 35° abgekühlt wird und dem Abwassersystem in diesen Zustand abgegeben werden
kann.
-
Durch die Wärmeaufnahme wird das Kesselwasser von 250 auf 100" aufgewärmt.
Es wird in den Entspannungsstufen 1 bis 4 entspannt und die Dämpfe werden durch
die Thermokompression zu 26 t/h Heizdampf von 1,8 bar und 1170 umgesetzt. Es werden
26 m3/h Kesselspeisewasser dem Kreislauf zugespeist. Eingerechnet ist hier ein Teil
des Kesselspeisewassers, ca. 2 m3/h, welcher über eine Leitung 42 direkt in die
Kompressoren 24 und 25 eingesprizt und verdampft wird.
-
In dem Kühlsystem der Anlage, an dem Kondensator 20 und an dem Kühler
31 werden 773 m3/h Wasser von 250 auf 350 aufgewärmt.
-
Vergleicht man den Gesamt-Aufwand für die bei der Thermokarrpression,
und sonst, z.B. an Pumpen verbrauchte elektrische Energie 2600 kW/h bei einem Preis
von 0,08 DM/kWh mit dem Aufwand für Dampfherstellung unter Anwendung von Erdgas
per 20DM/t Dampf ergibt es pro Betriebsstunde eine Ersparnis von 312 DM/h.
-
Das Verfahren hat also neben anderen einen grossen wirtschaftlichen
Miteffekt.