DE3606411A1 - Einrichtung zur energierueckgewinnung aus abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energierückge­ winnung mit einem Dampferzeuger, welcher eingangsseitig mit einer Abwärme liefernden Einrichtung verbindbar ist, mit einer Wärmekraftmaschine, welche eingangsseitig zum Beaufschlagen mit Dampf mit dem Dampferzeuger verbunden ist und mit einer Arbeitsmaschine, die von der Wärmekraftmaschine antreibbar ist.

Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 30 21 691 bekannt. Bei dieser soll über einen Kreisprozeß mit Rückkopplung auf den Antriebsmotor keine zusätzliche externe Wärme- oder Leistungsausbeute erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Einrichtung so abzuwandeln, daß die Abwärme optimal zum Erzeugen einer Nutzleistung mit der Arbeitsmaschine erreicht wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll gleichzeitig zum Erzeugen von mechanischer Lei­ stung noch eine Wärmeauskopplung zu Heizzwecken erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Energierückgewin­ nung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welche gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die eingangsseitig mit einem Signal beauf­ schlagbar ist, welches von einer Meßeinrichtung lieferbar ist, welche die der Wärmekraftmaschine in Abhängigkeit vom Zustand des dem Dampferzeuger zuzuführenden Abgases zugeführte Leistung mißt, und deren Ausgangssignal die Arbeitsmaschine derart steuert, daß die Leistungsaufnahme derselben kleiner bzw. gleich der von der Wärmekraftmaschine in deren optimalem Betriebsbereich erzeug­ baren Leistung ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figur.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Energierückgewinnung.

Die Einrichtung weist einen Dampferzeuger 1 auf. Dieser besitzt eingangsseitig einen Eingangsstutzen 2 zum Verbinden mit einer abgaseerzeugenden Einrichtung, beispielsweise einem Kupolofen. Ausgangsseitig ist ein Ausgangsstutzen 3 zum Verbinden mit einem Schornstein 4 vorgesehen. Der Dampferzeuger weist einen an sich bekannten Aufbau nach dem Wärmetauscherprinzip mit Vorwärmer, Verdampfer und Überhitzer auf.

Ferner weist die Einrichtung eine Wärmekraftmaschine 5 in Form einer Gegendruckdampfturbine auf. Der Dampfausgang des Dampfer­ zeugers 1 ist über eine Leitung 6 mit dem Eingang der Wärmekraft­ maschine 5 verbunden. Anstelle der Gegendruckdampfturbine kann auch eine Kondensationsturbine oder ein Dampfmotor verwendet wer­ den.

Ferner ist eine Arbeitsmaschine 8 in Form eines Schraubenkompressors vorgesehen. Eine Welle 9 des Schraubenkompressors ist mit der Welle 10 der Wärmekraftmaschine kraftschlüssig verbunden.

Anstelle des Schraubenkompressors kann auch ein Turbokompressor oder eine Pumpe vorgesehen sein.

Ferner ist eine Steuereinrichtung 11 vorgesehen. Diese ist eingangsseitig mit einer Meßeinrichtung 12 verbunden, die an dem Eingangsstutzen 2 angeordnet ist und die dem Dampferzeuger jeweils zugeführte Wärmemenge mißt. Der Ausgang der Steuerein­ richtung 11 ist zum Steuern mit jeweils einem Steuereingang des Schraubenkompressors verbunden.

Ferner ist ein Wärmetauscher 13 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Wärmetauscher zum Erwärmen von Luft, die als Warmluft zum Heizen verwendet wird. In gleicher Weise kann aber auch ein Wärmetauscher zum Erzeugen von Warmwasser oder ähnlichem vorgesehen sein. Die Eingangsseite des Wärmetauschers 13 ist über eine Leitung 14 und ein Drossel­ ventil 7 mit der Abdampfseite der Wärmekraftmaschine 5 verbunden. Der Wärmetauscher 13 weist einen Kondensator auf. Der Ausgang des Kondensators ist über eine Leitung 15 mit einer Speisewasser­ versorgung 16 verbunden, die ihrerseits wiederum über eine Lei­ tung 17 mit der Wassereinlaßseite des Dampferzeugers 1 verbunden ist, so daß ein Kreislauf der Dampf-Wasser-Dampf Leitung gegeben ist.

Zusätzlich zu der oben beschriebenen Verbindung zwischen Steuer­ einrichtung 11 und Schraubenkompressor ist die Steuereinrichtung über einen weiteren Ausgang mit dem Drosselventil 7 zur Ansteuerung desselben verbunden.

Im Betrieb wird über den Eingangsstutzen 2 Rauchgas oder ein sonstiges Wärmeenergie enthaltendes Gas zugeführt und über den Dampferzeuger überhitzter Dampf erzeugt, der über die Leitung 6 der als Gegendruckdampfturbine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 5 zugeführt wird. Die Dampfturbine treibt über ihre Welle 10 und die mit ihr kraftschlüssig verbundene gemeinsame Welle 9 des Schraubenkompressors diesen an. Das durch den Kompressor komprimierte Fluid wird in bekannter Weise über Ausgänge einem Verbraucher zugeführt.

Der Schraubenkompressor hat zum Steuern in bekannter Weise Schieber- oder Überstromregeleinrichtungen, mit denen sie ge­ nügend ab- bzw. hochgeregelt werden können. Die Steuerein­ richtung 11 ist in Abhängigkeit von der Auslegung der Dampf­ turbine so ausgebildet, daß sie die Leistungsaufnahme des Schraubenkompressors in Abhängigkeit von der mit der Meß­ einrichtung 12 gemessenen Leistung so einstellt, daß die Leistungsaufnahme des Kompressors nicht größer und vorzugs­ weise einige Prozent kleiner ist als die Ausgangsleistung der Dampfturbine, wenn diese in ihrem optimalen Betriebsbereich betrieben wird. Diese Ausgangsleistung der Dampfturbine ent­ spricht der der Dampfturbine zugeführten Leistung mal dem Wir­ kungsgrad der Dampfturbine im optimalen Betriebsbereich. Durch die Steuerung ist es möglich, zeitgleich mit dem Zusammenbruch der Dampfproduktion den Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine 8 zu reduzieren und die Dampfturbine auch im Teillastbereich zu halten.

Die Einrichtung weist ferner eine Mengenmeßeinrichtung 18 zum Bestimmen der dem Überhitzer des Dampferzeugers zugeführten Dampfmenge und damit auch der der Dampfturbine zugeführten Dampfmenge auf. Das Ausgangssignal dieser Mengenmeßeinrichtung 18 wird über eine Leitung einem Eingang der Steuereinrichtung 11 zugeführt. In Abhängigkeit von dem so zugeführten Meßsignal steuert die Steuereinrichtung 11 das Drosselventil 7 derart, daß der Dampfdruck konstant bleibt und die Menge so verändert wird, daß die Drehzahl der Dampfturbine nahezu konstant bleibt.

Der Abdampf vom Ausgang der Dampfturbine 5 wird über die Leitung 14 dem Wärmetauscher 13 zugeführt. In dem Ausführungsbeispiel wird an einem Luftkondensator Luft erwärmt und über eine ent­ sprechende Ausgangsleitung beispielsweise einer Hallenheizung zugeführt. Der Abdampf schlägt sich an dem Kondensator nieder und wird über die Leitung 15 zur Speisewasserversorgung rückgeführt. In der Speisewasserversorgung 16 kann in geeigneter Weise eine Aufbereitung erfolgen. Von der Speisewasserversorgung wird schließlich aufbereitetes Wasser dem Dampferzeuger zugeführt.

Mit der oben beschriebenen Einrichtung wird beispielsweise ein dem Eingang des Dampferzeugers zugeführtes Gichtgas von 600°C auf 180°C abgekühlt und bringt eine Wärmemenge von etwa 8,0 MWh bei 36 t/h Schmelzleistung. Hiervon werden ca. 15% durch die Schraubenkompressoren in mechanische Arbeit umgewandelt. Durch die Ausnutzung der Abwärme der Dampfturbine erfolgt eine weitere Ausnutzung der zugeführten Energie. Dadurch steigt der Gesamtnutzen gegenüber dem Nutzen bei bisherigen Lösungen erheblich an. Der in einem solchen Betrieb permanent hohe Druckluftbetrieb erlaubt die totale Abnahme der erzeugten Druckluft und die Auslastung der Einrichtung in Grundlast.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Energierückgewinnung, mit einem Dampferzeuger, welcher eingangsseitig mit einer Abwärme liefernden Einrichtung verbindbar ist, mit einer Wärmekraftmaschine, welche eingangsseitig zum Beauf­ schlagen mit Dampf mit dem Dampferzeuger verbunden ist und mit einer Arbeitsmaschine, die von der Wärmekraftmaschine an­ treibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (11) vorge­ sehen ist, die eingangsseitig mit einem Signal beaufschlagbar ist, welches von einer Meßeinrichtung (12) lieferbar ist, welche die der Wärmekraftmaschine (5) in Abhängigkeit vom Zustand des dem Dampferzeuger (1) zuzuführenden Abgases zugeführte Leistung mißt, und deren Ausgangssignal die Arbeitsmaschine (8) derart steuert, daß die Leistungsaufnahme derselben kleiner bzw. gleich der von der Wärmekraftmaschine (5) in deren optimalem Betriebs­ bereich erzeugbaren Leistung ist.

2. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (12) am Eingang des Dampferzeugers (1) vorgesehen ist.

3. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (11) ein Dros­ selorgan (7) an der Ausgangsseite der Wärmekraftmaschine so be­ tätigt, daß der Dampfdruck konstant bleibt und die Menge so ver­ ändert wird, daß die Drehzahl der Wärmekraftmaschine (5) nahezu konstant bleibt.

4. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdampfseite der Wärmekraft­ maschine mit einem Wärmetauscher zum Erwärmen eines Heizmediums verbunden ist.

5. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekraftmaschine eine Turbine oder ein Dampfmotor ist.

6. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine eine Gegendruckdampf­ turbine oder eine Kondensationsturbine ist.

7. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine ein Schrauben­ kompressor, ein Turbo-Kompressor, eine Pumpe oder ähnliches ist.

8. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine (8) einen mittels der Steuerung einstellbaren Volumenstrom aufweist.

9. Einrichtung zur Energierückgewinnung,
mit einem Dampferzeuger, welcher eingangsseitig mit einer Abwärme liefernden Einrichtung verbindbar ist,
mit einer Wärmekraftmaschine, welche eingangsseitig zum Beauf­ schlagen mit Dampf mit dem Dampferzeuger verbunden ist und mit einer Arbeitsmaschine, die von der Wärmekraftmaschine an­ treibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdampfseite der Wärmekraft­ maschine (5) mit einem Wärmetauscher (13) zum Erwärmen eines Heizmediums verbunden ist.