DE4219176A1 - Verfahren zur Erhöhung des Anfallenergieniveaus der zweiten Stufe eines dreistufigen Wärmerückgewinnungssystems - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Industrieöfen nach der üblichen primären Luftvorwärmanlage wegen deren ökonomisch beschränkter Bau­ größe und des vergleichsweise schlechten Wirkungsgrades der­ selben bei niedrigen Temperaturen, mit einer sekundären Ab­ gaswärmerückgewinnungsstufe auszustatten, die zumeist eine Rohstoffvorwärmanlage, ein Dampferzeuger oder ein Warmwasser­ bereiter bildet. Um die danach, bei knapper Auslegung der Se­ kundärstufe u. U. noch bedeutende, verbliebene Restwärme im Abgas zu nutzen, wurden z. B. mit DE 36 05 509 Verfahren be­ kannt, die darüber hinaus eine dritte Abgaswärmenutzungsanlage linear hinter der sekundären Stufe anordnen. Die Vorwär­ mung der Verbrennungsluft vor der primären Abgaswärmerückge­ winnungsanlage, die damit verfolgt wird, führt jedoch nicht im Umfang der empirischen Erwartungen zum angestrebten Ergeb­ einer zusätzlichen Erhöhung der Luftvorwärmetemperaturen der primären Abgaswärmerückgewinnungsanlage, da deren Leistungs­ fähigkeit vom Wärmetausch in der heißen Zone bestimmt wird. Darüber hinaus ist die Anwendung einer 3. Stufe der Abgas­ wärmenutzung stets an enge sicherheitstechnische Grenzen zur Vermeidung von Kondensationsschäden gebunden, setzt eine we­ nig effektive Sekundärstufe voraus und erfordert für den ge­ mäß Patentbeschreibung kaum erzielbaren Zweck zusätzlich die hohen Aufwendungen einer Stoffstromtrennung.

Wie o.a. geschildert, ist eine sekundäre Abgaswärmenutzungs­ stufe für größere und effektive Anlagen sinnvoll. Dazu steht jedoch an vielen Öfen, das in der Sekundärstufe, z. B. für die Dampferzeugung, zu niedrige Anfallenergieniveau entgegen. Die Verringerung der Baugröße der primären Wärmerückgewinnungs­ anlage führt zur Behebung dieses Widerspruchs, wie dies vor­ geschlagen und praktiziert wird, geht zu Lasten des Regene­ rator -und thermischen Wirkungsgrades der Ofenanlage und kann daher nur eine Behelfslösung sein.

Auf niedrigem Temperaturniveau, z. B. in Form der Ofenwandver­ luste, besteht an Industrieöfen zumeist ein energetisch hohes Potential an ungenutzter Sekundärenergie. Hier besteht der Widerspruch, daß für das niedrige exergetische Niveau der An­ fallenergie am Industrieofen keine ausreichenden und system­ stimmigen Anwendungsverfahren bekannt sind,darüber hinaus der bekannte 2. Hauptsatz der Wärmelehre die Hebung des exergeti­ schen Niveaus von Energie ausschließt und damit scheinbar deren Nutzbarmachung für den offenen Bedarf bei den Mittel­ temperaturprozessen unmöglich ist. Die Erfindung betrifft ein Verfahren für Industrieöfen, das bei effektiver Luftvorwärmung in der Konsequenz zu niedrige Anfallenergieniveau am Ausgang der primären Wärmerückgewin­ nungsanlage /eingangs der sekundären Anfallenergienutzungs­ anlage bei mindestens gleichbleibendem Gesamtwirkungsgrad des Ofens durch Anwendung von Niedertemperaturanfallenergie erhöht werden kann.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß dem primären Luft­ vorwärmungssystem eines Industrieofens aus Niedertemperatur­ anfallquellen des Ofens nicht wie üblich Luft mit Umgebungs­ temperatur, sondern niedrig vorgewärmte Luft zugeführt wird, die ein Abkühlen der noch Mitteltemperaturniveau aufweisenden Abgase der primären Abgaswärmerückgewinnungsanlage im kälte­ ren Abschnitt dieser Anlage unterbindet, indem die Wärmesenke an diesem Ort geschwächt und der Energieverlust der Abgase verringert wird. Im Betrag liegt die Enthalpieerhöhung des Abgasstromes durch die erhöhte Temperatur knapp unterhalb der Enthalpiestromer­ höhung aus der zusätzlichen Luftvorwärmung. Der an sich eben­ falls positive Effekt einer erhöhten Verbrennungsluftvorwär­ mung ist auch als Nebeneffekt vergleichsweise unerheblich.

Ausführungsbeispiel

Eine Glasschmelzwanne mit regenerativer Wärmerückgewinnung zur Luftvorwärmung , die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und mit einem nachgeordneten Abgasreinigungssystem weist eine Abgastemperatur beim Eintritt in den Regenerator von 1550°C auf. Am kalten Fuß des Regenerators beträgt die Abgastemperatur 530°C. Das Abgasreinigungssystem erfordert aus technischen Gründen eine Eintrittstemperatur des Abgases von mindestens 350°C. Auf dem Weg zum Reinigungssystem ist von einem Temperaturverlust von etwa 90°C auszugehen. Im Ergebnis ist für die Anlage der Aufbau einer sich ansonsten anbietenden Anlage zur Rohstoffvorwärmung als uneffektiv abzulehnen, da als günstige thermische Voraussetzung ein Anfallenergieniveau über 600°C und eine nutzbare Temperaturdifferenz der Abgase von mindestens 150°C ermittelt wurden. An der gleichen Glasschmelzwanne treten in der Größenordnung von 40% der eingesetzten Primärenergie als Wärmewandverlust­ quellen im Niedertemperaturbereich bis 450°C auf. Erfindungsgemäß wird das ansonsten zur Luftkühlung der Wände genutzte Luftkühlsystem, das die Wärme ansonsten nachteilig frei in die Wannenhalle abgibt, teilweise mit einer thermisch isolierenden Abschirmung versehen, in der Strömungsrichtung gegenüber den zu kühlenden Flächen umgedreht und dem Verbren­ nungsluftgebläse somit vorgewärmte Luft zugeführt. Durch geeignete Auswahl der heißesten Flächen und sinnvolle Kühlungsbegrenzung wird eine Niedertemperaturluftvorwärmung von 240°C erzielt. Am Regeneratorfuß ergibt sich in der Folge wegen der geringe­ ren Kühlwirkung der Luft in der jeweils vorangegangenen Halb­ periode des Regenerativwechsels eine erhöhte Abgastemperatur von nunmehr etwa 650°C.

Die Luftvorwärmung am Regeneratorkopf steigt zugleich vor­ teilhaft aber unwesentlich um ca. 40°C. Es steht damit von Kammerfuß bis Abgasreinigungsanlage eine nutzbare Temperatur­ differenz von 300°C zur Verfügung, die Anordnung einer sekun­ dären Abgaswärmenutzungsanlage in Form einer Gemengevorwärm­ anlage wird sinnvoll und diese kann mit günstigen Parametern betrieben werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Nutzung von Niedertemperaturanfallenergie bei Industrieöfen, die mit einer primären Abgaswärmerückgewin­ nungsanlage zur Verbrennungsluftvorwärmung ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Enthalpiestrom und insbesonde­ re das exergetische Niveau der sekundären Anfallenergie am ab­ gasseitigen Ausgang der primären Abgaswärmerückgewinnungsan­ lage dadurch erhöht werden, daß die dort alternierend zum Ab­ gas oder zeitgleich in der Nähe eintretende, vorzuwärmende Verbrennungsluft, mit an sich bekannten Mitteln aus Nieder­ temperatursekundärenergieanfallquellen außerhalb des Abgas- Wärmestromes vorgewärmt und der primären Abgaswärmerück­ gewinnungsanlage zugeführt wird und daß das so behandelte Ab­ gas aus der primären Abgaswärmerückgewinnungsanlage, an­ schließend einer sekundären Abgaswärmenutzungsanlage zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmestromdifferenz zwischen der erfindungsgemäß auf Nieder­ temperaturniveau vorgewärmten und der herkömmlich angesaugten Luft am Eingang der nachgeordneten sekundären Wärmerückgewin­ nungsanlage exergetisch und energetisch jeweils mit einem Faktor < 1 aber < 0,4 als Summand auftritt und angewandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niedertemperatursekundärenergiequelle durch die Wandverluste der Ofenanlage gebildet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Abgaswärmerückgewin­ nungssystem von mindestens 2 Luftvorwärmungsregeneratoren oder mindestens einem Luftvorwärmungsrekuperator gebildet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Abgaswärmenutzungs­ anlage von einem Dampferzeuger oder einer Anlage zur Rohstoff­ vorwärmung gebildet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmerückgewinnungssystem gebildet wird aus drei Wärmerückgewinnungsstufen in der Anord­ nung: Niedertemperaturluftvorwärmer und Hochtemperaturluftvor­ wärmer als zweistufige Luftvorwärmung sowie Hochtemperatur­ luftvorwärmer und sekundäre Wärmerückgewinnungsanlage als zweistufige Abgaswärmerückgewinnung.