EP2686608A2 - Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie - Google Patents

Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie

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EP2686608A2
EP2686608A2 EP12705647.1A EP12705647A EP2686608A2 EP 2686608 A2 EP2686608 A2 EP 2686608A2 EP 12705647 A EP12705647 A EP 12705647A EP 2686608 A2 EP2686608 A2 EP 2686608A2
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EP
European Patent Office
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steam
buffer
phase
storage
buffer memory
Prior art date
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EP12705647.1A
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English (en)
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EP2686608B1 (de
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Markus Haider
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
SIEMENS VAI METALS TECHNOLOGIES GmbH
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/183—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines in combination with metallurgical converter installations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators

Definitions

  • the present invention relates to an operating method for a plant of the basic industry
  • the hot exhaust gases are discharged in the respective extent in which they arise, via a piping system from the base part of the system and discharged to the outside air,
  • the present invention further relates to a plant of the primary industry, which is formed such that it is operable ge ⁇ Gurss such a method of operation.
  • the base part of the plant may be, for example, an LD plant or an electric arc furnace for steelmaking.
  • Such an operating method and the corresponding plant of the basic industry are known, for example, from US Pat. No. 3,175,899 A and from US Pat. No. 3,398,534 A.
  • DE 1 401 381 A1 discloses a substantially identically stored disclosure content.
  • WO 2010/138 597 A2 an operating method for a plant of the basic industry is known, wherein a base part the system is operated according to a plant cycle. During the plant cycles, hot exhaust gases are produced in a first phase of the respective plant cycle. In a second phase of the respective plant cycle, either no hot exhaust gases are produced or the hot exhaust gases are produced in comparison with the first phase only to a significantly reduced extent. The hot exhaust gases are removed in the respective extent in which they arise, via a piping system from the base part of the system. In a built in the piping system heat exchanger by means of the hot exhaust gases at least in the ers ⁇ th phase a liquid heat transfer medium - for example, a molten salt - heated and fed to a salt memory.
  • the arc furnace process is a batch process in which off-gas side (depending on the furnace design and furnace operating mode) once or twice per hour, the emission of thermal power between a maximum value (emission phase) and zero (emission ⁇ pause) fluctuates. Since the units for converting thermi ⁇ shear energy into mechanical energy (typically turbines) are sensitive to strong power and temperature variations, and further requires the synchronization of a generator driven by the turbine electrical generator with an external power time, the turbines must, if Once they have reached the synchronous speed, kept at this speed to be able to feed stable electrical energy into the external network. Energy from the emission phases must therefore be stored in order to be available during the emission breaks.
  • the object of the present invention is to provide possibilities by means of which, in particular, the efficiency in the utilization of the thermal waste heat is increased.
  • the superheated steam is directed by means of a arranged between the superheater and a buffer memory first valve means to a first part in a loading direction through the buffer memory,
  • Part bypassing the buffer memory is passed to a steam ⁇ turbine and
  • the steam storage device is taken saturated steam, at least in part is passed through the superheater and is combined by means of the first valve means with superheated steam, which is taken against the loading direction of the buffer memory, and - the merger of passed through the superheater
  • the operating method according to the invention is, for example, a method for operating an electric arc furnace or an LD plant for steelmaking.
  • the first part of the superheated steam after flowing through the buffer memory is combined with the second part of the superheated steam by means of a second valve device arranged between the buffer store and the steam turbine, and the first and second parts are combined the superheated steam to the steam turbine ge ⁇ passes.
  • the superheated steam taken from the buffer store counter to the loading direction is removed from the steam storage device as saturated steam.
  • the buffer memory can be embodied in particular as concrete storage.
  • the buffer memory can be designed, for example, as a sand store or as a liquid salt store, wherein necessary conveyors are required for circulating such storage media.
  • the first part of the superheated steam is condensed in the first phase after flowing through the buffer memory and fed back to the vapor storage device.
  • the first part of the superheated steam after condensing and prior to feeding to the vapor storage device may be passed through a primer preheater which is installed behind the evaporator means in the piping system with respect to the piping system.
  • the buffer memory comprises a buffer superheater, a buffer preheater, a latent heat storage, and a buffer steam drum. In this case it is preferably provided
  • the hot water in the case that it is removed from the feed line is first passed through the buffer storage preheater and from there into the buffer storage steam drum and in the case that it is tapped behind the Grundvortuder under Bypassing of the buffer storage preheater is passed into the buffer storage ⁇ cher steam drum, then the buffer steam drum removed and converted into latent heat storage to wet or saturated steam and fed from there again as saturated steam of the buffer steam drum and finally borrowed the buffer steam drum removed saturated steam and is passed through the storage tank superheater, wherein the saturated steam in the storage tank superheater is overheated to superheated steam.
  • saturated steam and overheated steam ⁇ about a fifth to ninth valve means are preferably provided for guiding.
  • the fifth valve means is disposed between the buffer storage preheater, the buffer steam drum and the latent heat storage.
  • the sixth valve device is arranged between the buffer steam drum, the Latentsammlungr ⁇ me réelle and the buffer storage superheater.
  • the seventh valve device is arranged in a connecting line connecting the basic preheater and the buffer steam drum.
  • the eighth valve device is arranged in a connecting line, via which, bypassing the sixth valve device, the buffer storage steam drum and the buffer storage superheater are connected to one another.
  • the ninth valve device is arranged in a line which leads from the buffer steam drum to a connecting line, via which the fifth valve device and the latent heat accumulator are connected to each other.
  • the saturated steam withdrawn in the second phase of the steam storage device is preferably conducted completely through the superheater.
  • valve devices may be formed as Proportionalventileinrich lines.
  • the valve means - with the exception of the seventh and eighth valve means - may further be designed as three-way valves.
  • the object is further achieved by a plant of the basic material ⁇ industry, wherein the system is designed such that it is operable according to an operating method according to the invention.
  • FIG. 3 schematically shows the mode of operation of a first embodiment of a water-steam cycle in a first phase of the plant cycle
  • FIG. 5 shows schematically the operation of a second extended ⁇ staltung a water-steam circuit in which it ⁇ th phase of the conditioning cycle
  • FIG. 1 shows, in a very simplified representation, a plant of the basic industry.
  • the system has a Ba ⁇ sisteil. 1
  • the base part 1 is operated in accordance with FIG 2 in a plant cycle.
  • the plant cycle has at least a first phase PI and a second phase P2.
  • hot gases are produced on the basis of the running in the base part 1 technical Prozes ⁇ ses the primary industry in the base part. 1 It is possible that in the second phase P2 of the respective system cycle in the base part 1, no hot exhaust gases.
  • phase P2 are determined as needed.
  • the duration of phase P2 for the total time of the system cycle is a maximum of 30%, in particular a maximum of 25%.
  • FIG 2 The representation of FIG 2 is also simplified.
  • ⁇ sondere it is possible that the number of first stages is PI and the second phase P2 during a system cycle is greater than one. This will be explained in more detail below with reference to a typical base ⁇ part 1, namely a base part 1 in the form of an electric arc furnace.
  • the operation is typically carried out in the sequence of phases a) parting off and partial charging,
  • Typical durations are for example for the
  • the times mentioned can vary to a certain extent from base part 1 to base part 1 and also from plant cycle to plant cycle.
  • the hot exhaust gases are discharged through a pipe system 2 ⁇ from the base part 1 and discharged to the outside air.
  • the removal of the hot exhaust gases takes place at any time to the extent to which the hot exhaust gases each fall on, so in the first phase PI on a large scale, in the second phase P2 to a small extent or not at all.
  • the hot exhaust gases Before the hot exhaust gases are released to the outside air, they must be filtered. Filtering takes place in a filter 3. At the time of filtering, the temperature of the hot exhaust gases may not exceed about 130 ° C. It is therefore necessary to cool the hot exhaust gases.
  • the evaporator elements 5, 7 together correspond to an evaporator device.
  • the evaporator elements 5, 7 remove hot water at least in the first phase PI of a steam drum 9, evaporate it by means of the hot exhaust gases and feed the vaporized hot water back into the steam drum 9 as saturated steam.
  • the saturated steam is via a line 10 a
  • a proportional valve 12 is arranged in the line 10. The opening state of the proportional valve 12 is controlled on the basis of the pressure in the line 10 on the input side of the proportional valve 12
  • the valve device 14 is preferably designed as a proportional valve device. It can be designed in particular as a three-way valve according to the illustration of FIG. Said Ventilein ⁇ direction 14 corresponds to a third valve device in the sense of claim 4.
  • the control of the third valve means 14 is independent of the extent and the temperature of the resulting exhaust gas in the first phase PI. In the first phase, the third valve device 14 is controlled in such a way that that the saturated steam is passed through the superheater 6 in its entirety. This is indicated in FIG. 3 by a corresponding arrow A. In the superheater 6, the saturated steam is superheated by means of the hot exhaust gases to superheated steam.
  • the superheated steam is passed through a further valve device 15.
  • the valve ⁇ device 15 corresponds to a first valve device in the sense of claim 1.
  • the first valve device 15 is preferably designed as a proportional valve device. It can be designed as a three-way valve according to the representation of FIG.
  • the first valve device 15 can furthermore be controlled in the first phase PI as a function of the extent and the temperature of the hot exhaust gases.
  • the superheated steam is divided into a first and a second part. This is also indicated in FIG. 3 by corresponding arrows B.
  • the second part is complementary to the first part.
  • the first part of the superheated steam is directed into a loading ⁇ direction by a buffer memory sixteenth
  • the first part of the superheated steam heats up a storage medium located there in the buffer memory 16.
  • the storage medium may be in particular concrete, the buffer memory 16 may thus be designed as concrete storage.
  • the second part of the superheated steam is passed via a line 16 'bypassing the buffer 16 directly to ei ⁇ ner steam turbine 17.
  • the steam turbine 17 drives electric generator ei ⁇ NEN 18th
  • the first part of the superheated steam can also be passed to the steam turbine 17 after flowing through the buffer 16.
  • a further valve device 19 is preferably present (second valve device in the sense of claim 2).
  • the second valve device 14 By means of the second valve device 14, the two vapor streams are combined in this case.
  • the union of the two vapor streams is passed in this case to the steam turbine 17.
  • the second valve device 19 is preferably oriented as a proportional valve device. It can be configured as a three-way valve according to the illustration of FIG 3 in particular ⁇ sondere.
  • the now relaxed steam can be fed to a condenser 20 and condensed there.
  • the condensed steam can be pumped via a condensate pump 21 to a condensate preheater 22.
  • the expanded steam, starting from the steam turbine 17, can be led via a line 23 to the condensate preheater 22.
  • a proportional valve is preferably arranged ⁇ 24 whose opening degree is adjusted as a function of tempera ture ⁇ of the hot water leaving the Kondensatvor ⁇ warmer 22nd
  • the expanded steam, starting from the steam turbine 17, can be led via a line 25 to a degasser 26.
  • a proportional valve is preferably arranged 27 whose opening degree is adjusted in dependence on the temperature of the hot water which flows out of the degasser from ⁇ 26th
  • the hot water is fed via a feedwater pump 28 to the basic preheater 8.
  • a pump 29 is controlled, so that the hot water leaving the basic preheater 8 is supplied to the preheater 8 or the steam drum 9 again via the degasser 26.
  • 4 shows the same water-steam circuit as FIG 3, depending ⁇ but in the second phase P2.
  • the control state of the third valve device 14 is controlled as a function of the quantity and / or the temperature of the hot exhaust gases.
  • the extracted saturated steam is divided by means of the third valve device 14 into a third part and into a fourth part of the saturated steam. This is indicated in FIG. 4 by corresponding arrows C.
  • the third part of the saturated steam is passed through the superheater 6 and then fed to the first valve means 15.
  • the steam coming from the superheater 6 is combined by means of the first valve device 15 with superheated steam, which is taken out of the buffer reservoir 16 counter to the loading direction.
  • the combination of the two vapor streams is - see the corresponding arrows D in FIG 4 - passed via the line 16 'and the second valve means 19 to the steam turbine 17.
  • the fourth part of the saturated steam is conducted via a line 30 against the loading direction through the buffer memory 16 and overheated there to the superheated steam, which is the first valve means 15 is supplied and combined there with the incoming from the superheater 6 steam.
  • the embodiment of the water-steam cycle according to FIGS. 3 and 4 can be operated in particular in such a way that the temperature of the superheated steam supplied to the steam turbine 17 remains at least approximately constant across phases. Under certain circumstances, even the amount of steam can be kept substantially constant or even completely constant.
  • the Verdampferele ⁇ elements 5, 7 correspond together again the evaporator device. They remove at least in the first phase PI of the steam drum 9 hot water, evaporate it by means of hot exhaust gases and lead the evaporated hot water as saturated steam back to the steam drum 9.
  • the steam drum 9 already corresponds to the steam storage device 9.
  • the steam drum 9 can be dimensioned larger than the steam drum 9 of the embodiment, with the same or comparable base part 1 3 and 4. Alternatively, the dimensioning of the steam drum 9 can be maintained. In this case, the steam drum 9 operates at a relatively low SpeI ⁇ cherkapaztician. The vapor pressure in both cases is kept constant or, if possible, constant. The steam mass flow taken from the steam drum 9 varies in both cases, depending on the heat supply to the evaporator elements 5, 7.
  • the saturated steam generated in the evaporator elements 5, 7 and stored in the steam storage device 9 (possibly briefly) is passed through the superheater 6 where it is superheated to superheated steam by means of the hot exhaust gases.
  • the design of the steam-water circuit of Figure 5 and 6, the first valve means 15, the preference ⁇ as a proportional valve device is formed. Appropriate to the representation of FIG 5 and is designed as a three-way valve.
  • the superheated steam is divided into a first and a second part in the first phase PI of the system cycle. This is indicated in FIG 5 by corresponding arrows E.
  • the first part of the superheated steam is passed in accordance with the illustration of FIG 5 in a loading direction through the buffer memory 16 and heated in buffer memory 16, the storage medium located there.
  • the second part of the superheated steam is passed bypassing the buffer 16 via a line 31 directly to the steam turbine 17, which in turn generates electrical energy via the connected generator 18.
  • the now relaxed steam is - as in the case of FIGS. 3 and 4 - conducted as steam or as condensate to the condensate preheater 22 or directed to the degasser 26.
  • the first part of the superheated steam conducted through the buffer reservoir 16 can likewise be fed to the steam turbine 17 analogous to the embodiment of FIG. According to FIG. 5, however, the first part of the superheated steam is condensed again after flowing through the buffer memory 16 and fed to the steam storage device 9-in accordance with the embodiment of FIG. 5, ie the steam drum 9.
  • the condensed steam can be fed into the Lei ⁇ tung 28 'through which the Grundvor lockerr 8 hot water is supplied.
  • the first part of the superheated steam is first passed through the basic preheater 8 after flowing through the buffer memory 16 and only then
  • the buffer memory 16 is in the embodiment of Figures 5 and 6 is not a simple concrete, sand or salt storage (as in Figures 3 and 4), but is more complex.
  • ⁇ sondere includes the buffer memory 16 according to FIG 5 and 6, a buffer memory superheater 32, a buffer memory preheater 33, a latent heat storage 34, and a buffer memory steam drum 35.
  • the buffer memory superheater 32 may, for example, as concrete, sand or salt superheater be educated.
  • the buffer storage preheater 33 may be formed.
  • the first part of the superheated steam is first led ent ⁇ speaking the 5 depicted in FIG arrows through the buffer memory superheater 32nd From there, the first part of the superheated steam is passed through the latent heat accumulator 34 by means of a valve device 36 (sixth valve device in the sense of claim 11). From there, the first part of the superheated steam is supplied to the buffer storage preheater 33 by means of a further valve device 37 (fifth valve device in the sense of claim 11). For example, the superheated steam - then no longer overheated, but even condensed - leaving the buffer memory 16. For example, the condensate leaving the buffer memory 16 via a further valve means 38 (corresponding to a fourth valve device in the sense of claim 9) in the feed line 28 ' fed via the
  • Preheater 8 - the serving of the steam storage device 9 is used with hot water.
  • the fifth and the sixth valve device 36, 37 may be designed as proportional valve devices. Alternatively, they can be designed as simple, only binary (open / close) switchable valve devices.
  • the fourth valve device 38 is preferably designed as a proportional valve device. Both the fourth and the fifth and the sixth valve means 36, 37, 38 may be madebil ⁇ det as shown in FIG 5 and 6 as three-way valves.
  • the steam storage device 9 ie the steam drum 9) is also taken from saturated steam. The saturated steam is passed completely through the superheater 6 and the first valve means 15 according to the embodiment of the steam-water circuit of FIG 5 and 6 in the second phase P2.
  • the fed through the superheater 6 saturated steam is combined by means of the first valve means 15 with superheated steam, which is removed as shown in FIG 6 against the loading direction of the buffer memory 16, see the corresponding arrows F in FIG 6.
  • the overheated in the second phase P2 of the system cycle against the loading direction of the buffer 16 steam is previously supplied to the buffer memory 16 as hot water.
  • the hot water can be taken from the already mentioned feed line 28 '.
  • the hot water behind the basic preheater 8 can be tapped off. Also mixed forms are possible. In the case of removal from the feed line 28 ', the removal can take place in particular by means of the fourth valve device 38.
  • the hot water of the feed line 28 ' is removed, it is first passed through the buffer storage preheater 33 and then from there via the fifth valve ⁇ means 37 in the buffer storage steam drum 35 gelei ⁇ tet.
  • the hot water is passed directly - ie bypassing the buffer storage preheater 33 and the fifth valve means 37 - in the buffer storage steam drum 35.
  • the control takes place via a valve device 38 '(seventh valve device in the sense of claim 11).
  • the seventh valve device 38 ' is preferably designed as a proportional valve device.
  • the hot water of the buffer storage steam drum 35 is supplied, it will taken over a line 39 by means of a pump 40 of the buffer storage ⁇ cher steam drum 35 and directed against the loading direction by the latent heat accumulator 34.
  • the hot water is evaporated to wet or saturated steam.
  • the wet or saturated steam is fed back to the buffer storage steam drum 35 via the sixth valve device 36.
  • a valve device 41 (ninth valve device in the sense of claim 11) can furthermore be arranged.
  • the ninth valve means 41 may be formed as a simple switching valve (open / closed) or as a proportio ⁇ nalventil sensible.
  • the seventh, eighth and ninth valve means 38 ', 43, 41 are simple two-way valves. You can be as Proporti ⁇ onalventile or as simple switching valves (open / closed) out forms ⁇ .
  • Steam turbine 17 can - at least substantially - be kept constant.
  • valve means 14, 15, 19, 36, 37, 38, 38 ', 41, 43 valve means

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Abstract

Ein Basisteil (1) einer Anlage der Grundstoffindustrie emittiert in einer ersten Phase (P1) des Anlagenzyklus heiße Abgase, in einer zweiten Phase (P2) des Anlagenzyklus nicht oder nur kaum. Die Abgase werden über ein Rohrleitungssystem (2) abgeführt. In einer dort eingebauten Verdampfereinrichtung (5, 7) wird zumindest in der ersten Phase (P1) Wasser verdampft und einer Dampfspeichereinrichtung (9, 11) zugeführt. In der ersten Phase (P1) wird der gespeicherte Dampf durch einen in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Überhitzer (6) geleitet und dort überhitzt. Der überhitzte Dampf wird zu einem ersten Teil in einer Beladerichtung durch einen Pufferspeicher (16) geleitet. Er erhitzt ein dort befindliches Speichermedium. Der restliche überhitzte Dampf wird unter Umgehung des Pufferspeichers (16) zu einer Dampfturbine (17) geleitet. In der zweiten Phase (P2) wird der Dampfspeichereinrichtung (9, 11) Sattdampf entnommen, zumindest teilweise durch den Überhitzer (6) geleitet und mit überhitztem Dampf vereinigt wird, der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher (16) entnommen wird. Die Vereinigung der beiden Dampfströme wird zur Dampfturbine (17) geleitet.

Description

Beschreibung
Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie,
- wobei ein Basisteil der Anlage gemäß einem Anlagenzyklus betrieben wird,
- wobei während der Anlagenzyklen in einer ersten Phase des jeweiligen Anlagenzyklus heiße Abgase entstehen und in ei¬ ner zweiten Phase des jeweiligen Anlagenzyklus entweder keine heißen Abgase entstehen oder die heißen Abgase gegenüber der ersten Phase nur in erheblich verringertem Umfang entstehen,
- wobei die heißen Abgase in dem jeweiligen Umfang, in dem sie entstehen, über ein Rohrleitungssystem aus dem Basisteil der Anlage abgeführt und an die Außenluft abgegeben werden,
- wobei in einer in das Rohrleitungssystem eingebauten Ver- dampfereinrichtung mittels der heißen Abgase zumindest in der ersten Phase Wasser zu Sattdampf verdampft wird und der Sattdampf einer Dampfspeichereinrichtung zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage der Grundstoffindustrie, die derart ausgebildet ist, dass sie ge¬ mäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibbar ist. Das Basisteil der Anlage kann beispielsweise eine LD-Anlage oder ein Lichtbogenofen zur Stahlerzeugung sein. Ein derartiges Betriebsverfahren und die entsprechende Anlage der Grundstoffindustrie sind beispielsweise aus der US 3 175 899 A und aus der US 3 398 534 A bekannt.
Der DE 1 401 381 AI ist ein im Wesentlichen gleich gelagerter Offenbarungsgehalt zu entnehmen.
Aus der WO 2010/138 597 A2 ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, wobei ein Basisteil der Anlage gemäß einem Anlagenzyklus betrieben wird. Während der Anlagenzyklen entstehen in einer ersten Phase des jeweiligen Anlagenzyklus heiße Abgase. In einer zweiten Phase des jeweiligen Anlagenzyklus entstehen entweder keine heißen Abgase oder die heißen Abgase entstehen gegenüber der ersten Phase nur in erheblich verringertem Umfang. Die heißen Abgase werden in dem jeweiligen Umfang, in dem sie entstehen, über ein Rohrleitungssystem aus dem Basisteil der Anlage abgeführt. In einem in das Rohrleitungssystem eingebauten Wärmetauscher wird mittels der heißen Abgase zumindest in der ers¬ ten Phase ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium - beispielsweise ein geschmolzenes Salz - erhitzt und einem Salzspeicher zugeführt .
Die Hauptproblematik bei der Energieverwertung aus der Abwärme von Lichtbogenöfen liegt in der diskontinuierlichen und nur schwer steuerbaren Energieemission der Lichtbogenöfen, den starken Temperaturschwankungen der Abgase und deren hohen Staubbeladung. Entsprechende Problematik besteht auch bei LD- Anlagen zur Stahlerzeugung.
Der Lichtbogenofenprozess ist ein Batchprozess , bei dem ab- gasseitig (je nach Ofendesign und Ofenbetriebsart) ein- bis zweimal pro Stunde die Emission an thermischer Leistung zwischen einem Maximalwert (Emissionsphase) und Null (Emissions¬ pause) schwankt. Da die Aggregate zur Umwandlung von thermi¬ scher Energie in mechanische Energie (in der Regel Turbinen) empfindlich gegenüber starken Leistungs- und Temperaturschwankungen sind und weiterhin die Synchronisation eines von der Turbine angetriebenen elektrischen Generators mit einem externen Netz Zeit benötigt, müssen die Turbinen, wenn sie einmal die Synchrondrehzahl erreicht haben, auf dieser Drehzahl gehalten werden, um stabil elektrische Energie in das externe Netz einspeisen zu können. Es muss daher Energie aus den Emissionsphasen gespeichert werden, um in den Emissionspausen zur Verfügung zu stehen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer insbesondere der Wirkungsgrad bei der Verwertung der thermischen Abwärme vergrößert wird.
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sind Gegenstand der ab¬ hängigen Ansprüche 2 bis 13.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch auszugestalten,
- dass in der ersten Phase
-- der in der Dampfspeichereinrichtung gespeicherte Satt- dampf durch einen in das Rohrleitungssystem eingebauten
Überhitzer geleitet und dort mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt wird,
-- der überhitzte Dampf mittels einer zwischen dem Überhitzer und einem Pufferspeicher angeordneten ersten Ventil- einrichtung zu einem ersten Teil in einer Beladerichtung durch den Pufferspeicher geleitet wird,
-- der erste Teil des überhitzten Dampfes im Pufferspeicher ein dort befindliches Speichermedium erhitzt, und
-- der überhitzte Dampf mittels der ersten Ventileinrich- tung zu einem zweiten, zum ersten Teil komplementären
Teil unter Umgehung des Pufferspeichers zu einer Dampf¬ turbine geleitet wird und
- dass in der zweiten Phase
-- der Dampfspeichereinrichtung Sattdampf entnommen wird, zumindest zu einem Teil durch den Überhitzer geleitet wird und mittels der ersten Ventileinrichtung mit überhitztem Dampf vereinigt wird, der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher entnommen wird, und -- die Vereinigung von durch den Überhitzer geleitetem
Dampf und aus dem Pufferspeicher entnommenem überhitztem
Dampf zur Dampfturbine geleitet wird. Durch diese Vorgehensweise wird zum ersten erreicht, dass der Überhitzer nicht nur in der ersten Phase, sondern auch in der zweiten Phase hinreichend gekühlt werden kann, von etwaigen heißen Abgasen, die in der zweiten Phase anfallen, also nicht überhitzt wird. Zum zweiten kann die Dampfturbine kontinuier¬ lich - also sowohl in der ersten als auch in der zweiten Phase - mit überhitztem Dampf betrieben werden. Zum dritten kann der Pufferspeicher effizient genutzt werden, ohne das Spei¬ chermedium des Pufferspeichers zwangsweise umwälzen zu müs¬ sen .
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren ist beispielsweise ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens oder einer LD- Anlage zur Stahlerzeugung.
In einer ersten möglichen Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird in der ersten Phase der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers mit dem zweiten Teil des überhitzten Dampfes mittels einer zwischen dem Pufferspeicher und der Dampfturbine angeordneten zweiten Ventileinrichtung vereinigt und die Vereinigung von erstem und zweitem Teil des überhitzten Dampfes zur Dampfturbine ge¬ leitet. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere erreicht werden, dass die Dampfturbine in der ersten Phase mit relativ hoher Leistung betrieben werden kann.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird in der zweiten Phase der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher entnommene überhitzte Dampf zuvor der Dampfspeichereinrichtung als Sattdampf entnommen. Durch diese Ausgestaltung kann erreicht werden, dass der der Dampfturbine zugeführte Dampfmassenstrom - zumindest in etwa - konstant gehalten werden kann und weiterhin der Pufferspeicher auch bei umfangreichen zweiten Phasen relativ klein dimensioniert werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird der der Dampfspeichereinrichtung entnommene Sattdampf in der zweiten Phase mittels einer zwischen der Dampfspeichereinrichtung einerseits und dem Überhitzer und dem Pufferspeicher andererseits angeordneten dritten Ventileinrichtung in den dem Überhitzer zugeführten Sattdampf und in den dem Pufferspeicher zugeführten Sattdampf aufgeteilt. Durch diese Ausgestaltung vereinfacht sich die konstruktive Gestaltung des Wasser-Dampf-Kreislaufs.
Der Pufferspeicher kann insbesondere als Betonspeicher ausge- bildet sein. Alternativ kann der Pufferspeicher beispielswei- se als Sandspeicher oder als Flüssigsalzspeicher ausgebildet sein, wobei zum Umwälzen derartiger Speichermedien erforder- liehe Fördereinrichtungen vorausgesetzt werden.
In einer zweiten möglichen Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird in der ersten Phase der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers kondensiert und wieder der Dampfspeichereinrichtung zugeführt. Insbesondere kann zu diesem Zweck in der ersten Phase der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Kondensieren und vor dem Zuführen zur Dampfspeichereinrichtung durch einen Grundvorwärmer geleitet werden, der in Bezug auf das Rohrleitungssystem hinter der Verdampfereinrichtung in das Rohrleitsystem eingebaut ist.
Im Rahmen der zweiten möglichen Ausgestaltung des Betriebsverfahrens ist bevorzugt, dass in der zweiten Phase der ent¬ gegen der Beladerichtung dem Pufferspeicher entnommene überhitzte Dampf zuvor als Heißwasser einer dem Speisen der
Dampfspeichereinrichtung mit Heißwasser dienenden Speiseleitung entnommen oder hinter dem Grundvorwärmer abgegriffen wird .
Das Entnehmen von Heißwasser aus der Speiseleitung kann beispielsweise mittels einer in der Speiseleitung angeordneten vierten Ventileinrichtung erfolgen. Vorzugsweise umfasst der Pufferspeicher einen Pufferspeicher- Überhitzer, einen Pufferspeicher-Vorwärmer, einen Latentwärmespeicher und eine Pufferspeicher-Dampftrommel . In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen,
- dass in der ersten Phase der erste Teil des überhitzten
Dampfes zunächst durch den Pufferspeicher-Überhitzer, von dort durch den Latentwärmespeicher und von dort unter Umgehung der Pufferspeicher-Dampftrommel durch den Pufferspei¬ cher-Vorwärmer geführt wird,
- dass in der zweiten Phase das Heißwasser in dem Fall, dass es der Speiseleitung entnommen wird, zunächst durch den Pufferspeicher-Vorwärmer geführt und von dort in die Pufferspeicher-Dampftrommel geleitet wird und in dem Fall, dass es hinter dem Grundvorwärmer abgegriffen wird, unter Umgehung des Pufferspeicher-Vorwärmers in die Pufferspei¬ cher-Dampftrommel geleitet wird, sodann der Pufferspeicher- Dampftrommel entnommen und im Latentwärmespeicher zu Nassoder Sattdampf gewandelt und von dort wieder als Sattdampf der Pufferspeicher-Dampftrommel zugeführt wird und schließ- lieh der Pufferspeicher-Dampftrommel Sattdampf entnommen und durch den Pufferspeicher-Überhitzer geführt wird, wobei der Sattdampf im Pufferspeicher-Überhitzer zu überhitztem Dampf überhitzt wird. Im Rahmen der letztgenannten Ausgestaltung sind vorzugsweise zur Führung des Heißwassers, des Sattdampfes und des über¬ hitzten Dampfes eine fünfte bis neunte Ventileinrichtung vorhanden. Die fünfte Ventileinrichtung ist zwischen dem Pufferspeicher-Vorwärmer, der Pufferspeicher-Dampftrommel und dem Latentwärmespeicher angeordnet. Die sechste Ventileinrichtung ist zwischen der Pufferspeicher-Dampftrommel, dem Latentwär¬ mespeicher und dem Pufferspeicher-Überhitzer angeordnet. Die siebte Ventileinrichtung ist in einer den Grundvorwärmer und die Pufferspeicher-Dampftrommel verbindenden Verbindungslei- tung angeordnet. Die achte Ventileinrichtung ist in einer Verbindungsleitung angeordnet, über die unter Umgehung der sechsten Ventileinrichtung die Pufferspeicher-Dampftrommel und der Pufferspeicher-Überhitzer miteinander verbunden sind. Die neunte Ventileinrichtung ist in einer Leitung angeordnet die von der Pufferspeicher-Dampftrommel zu einer Verbindungs leitung führt, über die die fünfte Ventileinrichtung und der Latentwärmespeicher miteinander verbunden sind.
Im Rahmen der zweiten Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird weiterhin vorzugsweise der in der zweiten Phase der Dampfspeichereinrichtung entnommene Sattdampf vollständig durch den Überhitzer geleitet.
Die Ventileinrichtungen können als Proportionalventileinrich tungen ausgebildet sein. Die Ventileinrichtungen - mit Ausnahme der siebten und achten Ventileinrichtung - können weiterhin als Dreiwegeventile ausgebildet sein.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Anlage der Grundstoff¬ industrie gelöst, wobei die Anlage derart ausgebildet ist, dass sie gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibbar ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
FIG 1 schematisch eine Anlage der Grundstoffindustrie,
FIG 2 schematisch einen Anlagenzyklus,
FIG 3 schematisch die Betriebsweise einer ersten Ausge staltung eines Wasser-Dampf-Kreislaufs in einer ersten Phase des Anlagenzyklus,
FIG 4 schematisch die Betriebsweise des Wasser-Dampf-
Kreislaufs von FIG 3 in einer zweiten Phase des An lagenzyklus ,
FIG 5 schematisch die Betriebsweise einer zweiten Ausge¬ staltung eines Wasser-Dampf-Kreislaufs in der er¬ sten Phase des Anlagenzyklus und
FIG 6 schematisch die Betriebsweise des Wasser-Dampf-
Kreislaufs von FIG 5 in der zweiten Phase des Anla genzyklus . FIG 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine Anlage der Grundstoffindustrie. Gemäß FIG 1 weist die Anlage ein Ba¬ sisteil 1 auf. Das Basisteil 1 wird gemäß FIG 2 in einem An- lagenzyklus betrieben. Gemäß FIG 2 weist der Anlagenzyklus zumindest eine erste Phase PI und eine zweite Phase P2 auf. In der ersten Phase PI des jeweiligen Anlagenzyklus entstehen auf Grund des im Basisteil 1 ablaufenden technischen Prozes¬ ses der Grundstoffindustrie im Basisteil 1 heiße Abgase. Es ist möglich, dass in der zweiten Phase P2 des jeweiligen Anlagenzyklus im Basisteil 1 keine heißen Abgase entstehen. Al¬ ternativ ist es möglich, dass die Abgase zwar entstehen, aber nur in erheblich geringfügigerem Umfang entstehen als in der ersten Phase PI . Insbesondere entsteht im Durchschnitt wäh- rend der zweiten Phase P2 maximal ein Sechstel der Menge an heißen Abgasen wie im Durchschnitt der ersten Phase PI .
Die Phasen PI, P2 sind nach Bedarf bestimmt. In der Regel beträgt die Dauer der Phase P2 an der Gesamtzeit des Anlagen- zyklus maximal 30 %, insbesondere maximal 25 %.
Die Darstellung von FIG 2 ist ebenfalls vereinfacht. Insbe¬ sondere ist es möglich, dass die Anzahl an ersten Phasen PI und zweiten Phasen P2 während eines Anlagenzyklus größer als Eins ist. Dies wird nachstehend anhand eines typischen Basis¬ teils 1 näher erläutert, nämlich eines Basisteils 1 in Form eines elektrischen Lichtbogenofens.
Bei einem elektrischen Lichtbogenofen erfolgt der Betrieb ty- pischerweise in der Abfolge der Phasen a) Abstechen und Teilchargieren,
b) Schmelzen der Teilcharge,
c) Vollchargieren und
d) Schmelzen der Gesamtcharge nebst Refining.
Während der Phasen Abstechen und Teilchargieren sowie Vollchargieren entstehen nur in geringem Umfang heiße Abgase. Während der beiden Schmelzphasen entstehen in erheblichem Umfang heiße Abgase.
Typische Zeitdauern sind beispielsweise für den
unter,
für das
für das
für das
und
für das
Minuten .
Die genannten Zeiten können in gewissem Umfang von Basisteil 1 zu Basisteil 1 und auch von Anlagenzyklus zu Anlagenzyklus schwanken .
Bei Betrieb mit direkt reduziertem Eisen oder mit Roheisen hingegen fallen während eines jeweiligen Anlagenzyklus nur eine der Phasen PI, P2 an.
Gemäß FIG 1 werden die heißen Abgase über ein Rohrleitungs¬ system 2 aus dem Basisteil 1 abgeführt und an die Außenluft abgegeben. Das Abführen der heißen Abgase erfolgt zu jedem Zeitpunkt in dem Umfang, zu dem die heißen Abgase jeweils an fallen, also in der ersten Phase PI in großem Umfang, in der zweiten Phase P2 in geringem Umfang oder gar nicht.
Bevor die heißen Abgase an die Außenluft abgegeben werden, müssen sie gefiltert werden. Das Filtern erfolgt in einem Filter 3. Zum Zeitpunkt des Filterns darf die Temperatur der heißen Abgase maximal ca. 130 °C betragen. Es ist daher erforderlich, die heißen Abgase zu kühlen.
Das Kühlen erfolgt teilweise in einem Mischer 4, in dem die heißen Abgase mit Zuluft und/oder kalten Abgasen (Temperatur maximal 50 °C, in der Regel deutlich darunter) vermischt wer- den. Zuvor werden die heißen Abgase im Rohrleitungssystem 2 gekühlt. Dieser Teil der Anlage der Grundstoffindustrie ist auf erfindungsgemäße Weise ausgestaltet. In Verbindung mit FIG 3 wird nachfolgend zunächst der Aufbau eines Wasser-Dampf-Kreislaufs und dessen Einbindung in das Rohrleitungssystem 2 erläutert. Weiterhin wird in Verbindung mit FIG 3 der Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs in der ers¬ ten Phase PI des Anlagenzyklus erläutert. Danach wird in Ver- bindung mit FIG 4 der Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs in der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus erläutert.
Gemäß FIG 3 weist der Wasser-Dampf-Kreislauf ein erstes Ver¬ dampferelement 5, einen Überhitzer 6, ein zweites Verdampfer- element 7 und einen Grundvorwärmer 8 auf, die in der in FIG 3 gezeigten Reihenfolge in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut sind. Die Verdampferelemente 5, 7 entsprechen zusammen einer Verdampfereinrichtung. Die Verdampferelemente 5, 7 entnehmen zumindest in der ersten Phase PI einer Dampftrommel 9 Heiß- wasser, verdampfen es mittels der heißen Abgase und führen das verdampfte Heißwasser als Sattdampf wieder der Dampftrommel 9 zu. Der Sattdampf wird über eine Leitung 10 einem
DampfSpeicher 11 zugeführt. In der Leitung 10 ist ein Proportionalventil 12 angeordnet. Der Öffnungszustand des Proporti- onalventils 12 wird anhand des Druckes gesteuert, der in der Leitung 10 eingangsseitig des Proportionalventils 12
herrscht .
Aus dem DampfSpeicher 11 strömt der Sattdampf über einen Zyk- Ion 13 zu einer Ventileinrichtung 14. Die Ventileinrichtung 14 ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet. Sie kann gemäß der Darstellung von FIG 3 insbesondere als Dreiwegeventil ausgebildet sein. Die genannte Ventilein¬ richtung 14 entspricht einer dritten Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 4. Die Ansteuerung der dritten Ventileinrichtung 14 ist in der ersten Phase PI unabhängig vom Umfang und der Temperatur des anfallenden Abgases. In der ersten Phase ist die dritte Ventileinrichtung 14 derart gesteuert, dass der Sattdampf in vollem Umfang durch den Überhitzer 6 geleitet wird. Dies ist in FIG 3 durch einen entsprechenden Pfeil A angedeutet. Im Überhitzer 6 wird der Sattdampf mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt. Der überhitzte Dampf wird über eine weitere Ventileinrichtung 15 geführt. Die Ventil¬ einrichtung 15 entspricht einer ersten Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 1. Auch die erste Ventileinrichtung 15 ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet. Sie kann entsprechend der Darstellung von FIG 3 als Dreiwegeventil ausgebildet sein. Die erste Ventileinrichtung 15 kann weiterhin in der ersten Phase PI in Abhängigkeit vom Umfang und der Temperatur der heißen Abgase gesteuert sein.
Mittels der ersten Ventileinrichtung 15 wird der überhitzte Dampf in einen ersten und einen zweiten Teil aufgeteilt. Auch dies ist in FIG 3 durch entsprechende Pfeile B angedeutet. Der zweite Teil ist zum ersten Teil komplementär.
Der erste Teil des überhitzten Dampfes wird in einer Belade¬ richtung durch einen Pufferspeicher 16 geleitet. Der erste Teil des überhitzten Dampfes erhitzt im Pufferspeicher 16 ein dort befindliches Speichermedium. Das Speichermedium kann insbesondere Beton sein, der Pufferspeicher 16 also als Betonspeicher ausgebildet sein. Alternativ sind andere Spei¬ chermedien möglich, beispielsweise Sand, Kies, feste Salze, flüssige Salze usw.. Entscheidend ist, dass das Aufheizen (=Beladen) des Pufferspeichers 16 und das Abkühlen (=Ent- laden) des Pufferspeichers 16 mit einer Strömungsrichtungsum- kehr des den Pufferspeicher 16 durchströmenden Dampfes verbunden ist.
Der zweite Teil des überhitzten Dampfes wird über eine Lei- tung 16' unter Umgehung des Pufferspeichers 16 direkt zu ei¬ ner Dampfturbine 17 geleitet. Die Dampfturbine 17 treibt ei¬ nen elektrischen Generator 18 an. Der erste Teil des überhitzten Dampfes kann nach dem Durchströmen des Pufferspeichers 16 ebenfalls zur Dampfturbine 17 geleitet werden. In diesem Fall ist vorzugsweise eine weitere Ventileinrichtung 19 vorhanden (zweite Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 2) . Mittels der zweiten Ventileinrichtung 14 werden in diesem Fall die beiden Dampfströme vereinigt. Die Vereinigung der beiden Dampfströme wird in diesem Fall zur Dampfturbine 17 geleitet. Die zweite Ventileinrichtung 19 ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgerichtet. Sie kann entsprechend der Darstellung von FIG 3 insbe¬ sondere als Dreiwegeventil ausgebildet sein.
Von der Dampfturbine 17 ausgehend kann der nunmehr entspannte Dampf einem Kondensator 20 zugeführt und dort kondensiert werden. Vom Kondensator 20 ausgehend kann der kondensierte Dampf über eine Kondensatpumpe 21 zu einem Kondensatvorwärmer 22 gepumpt werden. Alternativ kann der entspannte Dampf, ausgehend von der Dampfturbine 17, über eine Leitung 23 zum Kondensatvorwärmer 22 geführt werden. In diesem Fall ist in dieser Leitung 23 vorzugsweise ein Proportionalventil 24 ange¬ ordnet, dessen Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der Tempera¬ tur des Heißwassers eingestellt wird, das den Kondensatvor¬ wärmer 22 verlässt. Alternativ kann der entspannte Dampf, ausgehend von der Dampfturbine 17, über eine Leitung 25 zu einem Entgaser 26 geführt werden. In diesem Fall ist in der Leitung 25 vorzugsweise ein Proportionalventil 27 angeordnet, dessen Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der Temperatur des Heißwassers eingestellt wird, das aus dem Entgaser 26 ab¬ fließt.
Ausgehend vom Entgaser 26 wird das Heißwasser über eine Speisewasserpumpe 28 dem Grundvorwärmer 8 zugeführt. In Abhängigkeit von der Temperatur des den Grundvorwärmer 8 verlassenden Heißwassers wird eine Pumpe 29 gesteuert, so dass das den Grundvorwärmer 8 verlassende Heißwasser alternativ über den Entgaser 26 erneut dem Grundvorwärmer 8 oder der Dampftrommel 9 zugeführt wird. FIG 4 zeigt denselben Wasser-Dampf-Kreislauf wie FIG 3, je¬ doch in der zweiten Phase P2.
Auch in der zweiten Phase P2 wird der Dampfspeichereinrich- tung 11 gemäß FIG 4 Sattdampf entnommen. Im Gegensatz zur ersten Phase PI wird in der zweiten Phase P2 jedoch der Steuerzustand der dritten Ventileinrichtung 14 in Abhängigkeit von der Menge und/oder der Temperatur der heißen Abgase gesteuert. In Abhängigkeit vom Ansteuerzustand der dritten Ven- tileinrichtung 14 wird der entnommene Sattdampf mittels der dritten Ventileinrichtung 14 in einen dritten Teil und in einen vierten Teil des Sattdampfes aufgeteilt. Dies ist in FIG 4 durch entsprechende Pfeile C angedeutet. Der dritte Teil des Sattdampfes wird durch den Überhitzer 6 geleitet und sodann der ersten Ventileinrichtung 15 zugeführt. Der aus dem Überhitzer 6 kommende Dampf wird mittels der ersten Ventileinrichtung 15 mit überhitztem Dampf vereinigt, der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher 16 entnommen wird. Die Vereinigung der beiden Dampfströme wird - siehe die entsprechenden Pfeile D in FIG 4 - über die Leitung 16' und die zweite Ventileinrichtung 19 zur Dampfturbine 17 geleitet. Der vierte Teil des Sattdampfes wird über eine Leitung 30 entgegen der Beladerichtung durch den Pufferspeicher 16 geführt und dort zu dem überhitzten Dampf überhitzt, welcher der ersten Ventileinrichtung 15 zugeführt wird und dort mit dem aus dem Überhitzer 6 zuströmenden Dampf vereinigt wird.
Der übrige Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs bleibt unver¬ ändert .
Die Ausgestaltung des Wasser-Dampf-Kreislaufs gemäß den FIG 3 und 4 kann insbesondere derart betrieben werden, dass die Temperatur des der Dampfturbine 17 zugeführten überhitzten Dampfes phasenübergreifend zumindest in etwa konstant bleibt. Unter Umständen kann sogar die Dampfmenge im Wesentlichen konstant oder sogar vollständig konstant gehalten werden.
In Verbindung mit den FIG 5 und 6 wird nachfolgend der Aufbau eines weiteren Wasser-Dampf-Kreislaufs und dessen Einbindung in das Rohrleitungssystem 2 erläutert. In Verbindung mit FIG 5 wird weiterhin der Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs in der ersten Phase PI des Anlagenzyklus erläutert. In Verbin¬ dung mit FIG 6 wird der Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs in der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus erläutert.
Ebenso wie bei der Ausgestaltung der FIG 3 und 4 weist der Wasser-Dampf-Kreislauf der FIG 5 und 6 die beiden Verdampfer¬ elemente 5, 7, den Überhitzer 6 und den Grundvorwärmer 8 auf, die in der gleichen Reihenfolge wie bei den FIG 3 und 4 in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut sind. Die Verdampferele¬ mente 5, 7 entsprechen zusammen wieder der Verdampfereinrichtung. Sie entnehmen zumindest in der ersten Phase PI der Dampftrommel 9 Heißwasser, verdampfen es mittels der heißen Abgase und führen das verdampfte Heißwasser als Sattdampf wieder der Dampftrommel 9 zu. Im Gegensatz zu den FIG 3 und 4 entspricht bei der Ausgestaltung der FIG 5 und 6 jedoch die Dampftrommel 9 bereits der Dampfspeichereinrichtung 9. Die Dampftrommel 9 kann - bei gleichem bzw. vergleichbarem Basis- teil 1 - größer dimensioniert sein als die Dampftrommel 9 der Ausgestaltung der FIG 3 und 4. Alternativ kann die Dimensionierung der Dampftrommel 9 beibehalten werden. In diesem Fall arbeitet die Dampftrommel 9 mit einer relativ geringen Spei¬ cherkapazität. Der Dampfdruck wird in beiden Fällen konstant bzw. nach Möglichkeit konstant gehalten. Der der Dampftrommel 9 entnommene Dampfmassenstrom variiert in beiden Fällen je nach der Wärmezufuhr zu den Verdampferelementen 5, 7.
In der ersten Phase PI wird der in den Verdampferelementen 5, 7 erzeugte und in der Dampfspeichereinrichtung 9 (ggf. kurzzeitig) gespeicherte Sattdampf durch den Überhitzer 6 geleitet und dort mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt . Auch die Ausgestaltung des Dampf-Wasser-Kreislaufes der FIG 5 und 6 weist die erste Ventileinrichtung 15 auf, die vorzugs¬ weise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet ist. Ge- maß der Darstellung der FIG 5 und ist sie als Dreiwegeventil ausgebildet. Mittels der ersten Ventileinrichtung 15 wird in der ersten Phase PI des Anlagenzyklus der überhitzte Dampf in einen ersten und in einen zweiten Teil aufgeteilt. Dies ist in FIG 5 durch entsprechende Pfeile E angedeutet.
Der erste Teil des überhitzten Dampfes wird entsprechend der Darstellung von FIG 5 in einer Beladerichtung durch den Pufferspeicher 16 geleitet und erhitzt in Pufferspeicher 16 das dort befindliche Speichermedium. Der zweite Teil des über- hitzten Dampfes wird unter Umgehung des Pufferspeichers 16 über eine Leitung 31 direkt zur Dampfturbine 17 geleitet, die ihrerseits über den angeschlossenen Generator 18 elektrische Energie erzeugt. Ausgehend von der Dampfturbine 17, wird der nunmehr entspannte Dampf - analog zu den FIG 3 und 4 - als Dampf oder als Kondensat zum Kondensatvorwärmer 22 geleitet oder zum Entgaser 26 geleitet.
Der durch den Pufferspeicher 16 geleitete erste Teil des - überhitzten Dampfes kann unter Umständen - analog zur Ausge- staltung von FIG 3 - ebenfalls der Dampfturbine 17 zugeführt werden. Gemäß FIG 5 wird der erste Teil des überhitzten Dampfes jedoch nach dem Durchströmen des Pufferspeichers 16 wieder kondensiert und der Dampfspeichereinrichtung 9 - gemäß der Ausgestaltung von FIG 5 also der Dampftrommel 9 - zuge- führt. Insbesondere kann der kondensierte Dampf in die Lei¬ tung 28' eingespeist werden, über die dem Grundvorwärmer 8 Heißwasser zugeführt wird. In diesem Fall wird in der ersten Phase PI des Anlagenzyklus der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers 16 zunächst durch den Grundvorwärmer 8 geleitet und erst danach der
Dampfspeichereinrichtung 9 (= der Dampftrommel 9) zugeführt. Der Pufferspeicher 16 ist bei der Ausgestaltung der FIG 5 und 6 nicht ein einfacher Beton-, Sand- oder Salzspeicher (so wie bei den FIG 3 und 4), sondern ist komplexer aufgebaut. Insbe¬ sondere umfasst der Pufferspeicher 16 gemäß den FIG 5 und 6 einen Pufferspeicher-Überhitzer 32, einen Pufferspeicher- Vorwärmer 33, einen Latentwärmespeicher 34 und eine Pufferspeicher-Dampftrommel 35. Der Pufferspeicher-Überhitzer 32 kann beispielsweise als Beton-, Sand- oder Salzüberhitzer ausgebildet sein. In analoger Weise kann der Pufferspeicher- Vorwärmer 33 ausgebildet sein. In der ersten Phase PI des Anlagenzyklus wird der erste Teil des überhitzten Dampfes ent¬ sprechend den in FIG 5 eingezeichneten Pfeilen zunächst durch den Pufferspeicher-Überhitzer 32 geführt. Von dort wird der erste Teil des überhitzten Dampfes mittels einer Ventilein- richtung 36 (sechste Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11) durch den Latentwärmespeicher 34 geführt. Von dort wird der erste Teil des überhitzten Dampfes mittels einer weiteren Ventileinrichtung 37 (fünfte Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11) dem Pufferspeicher-Vorwärmer 33 zugeführt. So- dann verlässt der überhitzte Dampf - dann nicht mehr überhitzt, sondern sogar kondensiert - den Pufferspeicher 16. Beispielsweise kann das den Pufferspeicher 16 verlassende Kondensat über eine weitere Ventileinrichtung 38 (entspricht einer vierten Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 9) in die Speiseleitung 28' eingespeist werden, die - über den
Grundvorwärmer 8 - dem Speisen der Dampfspeichereinrichtung 9 mit Heißwasser dient.
Die fünfte und die sechste Ventileinrichtung 36, 37 können als Proportionalventileinrichtungen ausgebildet sein. Alternativ können sie als einfache, nur binär (auf/zu) schaltbare Ventileinrichtungen ausgebildet sein. Die vierte Venilein- richtung 38 ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet. Sowohl die vierte als auch die fünfte und die sechste Ventileinrichtung 36, 37, 38 können entsprechend der Darstellung der FIG 5 und 6 als Dreiwegeventile ausgebil¬ det sein. In der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus wird ebenfalls der Dampfspeichereinrichtung 9 (d. h. der Dampftrommel 9) Sattdampf entnommen. Der Sattdampf wird gemäß der Ausgestaltung des Dampf-Wasser-Kreislaufes der FIG 5 und 6 auch in der zweiten Phase P2 vollständig durch den Überhitzer 6 geleitet und der ersten Ventileinrichtung 15 zugeführt. Der durch den Überhitzer 6 geleitete Sattdampf wird mittels der ersten Ventileinrichtung 15 mit überhitztem Dampf vereinigt, der gemäß FIG 6 entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher 16 entnommen wird, siehe die entsprechenden Pfeile F in FIG 6. Die Vereinigung der beiden Dampfströme wird über die Leitung 31 zur Dampfturbine 17 geleitet.
Der in der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher 16 überhitzte Dampf wird zuvor als Heißwasser dem Pufferspeicher 16 zugeführt. Entsprechend der Darstellung von FIG 6 kann das Heißwasser der bereits erwähnten Speiseleitung 28' entnommen werden. Alternativ kann das Heißwasser hinter dem Grundvorwärmer 8 ab- gegriffen werden. Auch Mischformen sind möglich. Im Falle des Entnehmens aus der Speiseleitung 28' kann das Entnehmen insbesondere mittels der vierten Ventileinrichtung 38 erfolgen.
In dem Fall, dass das Heißwasser der Speiseleitung 28' ent- nommen wird, wird es zunächst durch den Pufferspeicher-Vorwärmer 33 geführt und sodann von dort über die fünfte Ventil¬ einrichtung 37 in die Pufferspeicher-Dampftrommel 35 gelei¬ tet. In dem Fall, dass das Heißwasser hinter dem Grundvorwärmer 8 abgegriffen wird, wird das Heißwasser direkt - also un- ter Umgehung des Pufferspeicher-Vorwärmers 33 und der fünften Ventileinrichtung 37 - in die Pufferspeicher-Dampftrommel 35 geleitet. Die Steuerung erfolgt über eine Ventileinrichtung 38' (siebte Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11) . Die siebte Ventileinrichtung 38' ist vorzugsweise als Proportio- nalventileinrichtung ausgebildet.
Unabhängig davon, auf welchem der beiden Wege das Heißwasser der Pufferspeicher-Dampftrommel 35 zugeführt wird, wird es über eine Leitung 39 mittels einer Pumpe 40 der Pufferspei¬ cher-Dampftrommel 35 entnommen und entgegen der Beladerichtung durch den Latentwärmespeicher 34 geleitet. Im Latentwärmespeicher 34 wird das Heißwasser zu Nass- oder Sattdampf verdampft. Der Nass- oder Sattdampf wird über die sechste Ventileinrichtung 36 wieder der Pufferspeicher-Dampftrommel 35 zugeführt. Auch dies ist in FIG 6 durch entsprechende Pfeile angedeutet. In der Leitung 39 kann weiterhin eine Ventileinrichtung 41 (neunte Ventileinrichtung im Sinne des An- spruchs 11) angeordnet sein. Die neunte Ventileinrichtung 41 kann als einfaches Schaltventil (auf/zu) oder als Proportio¬ nalventileinrichtung ausgebildet sein.
Über eine Leitung 42 und eine weitere Ventileinrichtung 43 (achte Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11) wird
Sattdampf aus der Pufferspeicher-Dampftrommel 35 entnommen und entgegen der Beladerichtung durch den Pufferspeicher- Überhitzer 32 geführt. Im Pufferspeicher-Überhitzer 32 wird der Sattdampf zu überhitztem Dampf überhitzt.
Die siebte, die achte und die neunte Ventileinrichtung 38', 43, 41 sind einfache Zweiwegventile. Sie können als Proporti¬ onalventile oder als einfache Schaltventile (auf/zu) ausge¬ bildet sein.
Auch bei der zweiten Ausgestaltung des Wasser-Dampf-Kreislau¬ fes entsprechend den FIG 5 und 6 kann erreicht werden, dass die Temperatur des der Dampfturbine 17 zugeführten überhitzten Dampfes in beiden Phasen PI, P2 des Anlagenzyklus im We- sentlichen die gleiche ist. Auch der Dampfmassenstrom zur
Dampfturbine 17 kann - zumindest im Wesentlichen - konstant gehalten werden.
Mittels der vorliegenden Erfindung ist auf relativ einfache Weise eine effiziente Nutzung der in den heißen Abgasen enthaltenen thermischen Energie möglich. Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
Bezugs zeichenliste
1 Basisteil
2 RohrleitungsSystem
3 Filter
4 Mischer
5, 7 Verdampferelemente
6 Überhitzer
8 Grundvorwärmer
9 Dampftrommel
10, 16' , 23, 25, 30, 31, 39, 42 Leitungen
11 DampfSpeicher
12, 24, 27 Proportionalventile
13 Zyklon
14, 15, 19, 36, 37, 38, 38', 41, 43 Ventileinrichtungen
16 Pufferspeicher
17 Dampfturbine
18 Generator
20 Kondensator
21 Kondensatpumpe
22 Kondensat orwärmer
26 Entgaser
28 Speisewasserpumpe
28' Speiseleitung
29, 40 Pumpen
32 Pufferspeicher-Überhitzer
33 Pufferspeicher-Vorwärmer
34 Latentwärmespeieher
35 Pufferspeicher-
Dampftrommel
A bis F Pfeile
PI, P2 Phasen

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie, - wobei ein Basisteil (1) der Anlage gemäß einem Anlagenzyk¬ lus betrieben wird,
- wobei während der Anlagenzyklen in einer ersten Phase (PI) des jeweiligen Anlagenzyklus heiße Abgase entstehen und in einer zweiten Phase (P2) des jeweiligen Anlagenzyklus ent- weder keine heißen Abgase entstehen oder die heißen Abgase gegenüber der ersten Phase (PI) nur in erheblich verringertem Umfang entstehen,
- wobei die heißen Abgase in dem jeweiligen Umfang, in dem sie entstehen, über ein Rohrleitungssystem (2) aus dem Ba- sisteil (1) der Anlage abgeführt werden,
- wobei in einer in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Verdampfereinrichtung (5, 7) mittels der heißen Abgase zumindest in der ersten Phase (PI) Wasser zu Sattdampf verdampft wird und der Sattdampf einer Dampfspeichereinrich- tung (9, 11) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
- dass in der ersten Phase (PI)
-- der in der Dampfspeichereinrichtung (9, 11) gespeicherte Sattdampf durch einen in das Rohrleitungssystem (2) ein- gebauten Überhitzer (6) geleitet und dort mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt wird,
-- der überhitzte Dampf mittels einer zwischen dem Überhitzer (6) und einem Pufferspeicher (16) angeordneten ersten Ventileinrichtung (15) zu einem ersten Teil in einer Beladerichtung durch den Pufferspeicher (16) geleitet wird,
-- der erste Teil des überhitzten Dampfes im Pufferspeicher (16) ein dort befindliches Speichermedium erhitzt, und
-- der überhitzte Dampf mittels der ersten Ventileinrich- tung (15) zu einem zweiten, zum ersten Teil komplementären Teil unter Umgehung des Pufferspeichers (16) zu ei¬ ner Dampfturbine (17) geleitet wird und
- dass in der zweiten Phase (P2) -- der Dampfspeichereinrichtung (9, 11) Sattdampf entnommen wird, zumindest zu einem Teil durch den Überhitzer (6) geleitet wird und mittels der ersten Ventileinrichtung (15) mit überhitztem Dampf vereinigt wird, der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher (16) entnommen wird, und
-- die Vereinigung von durch den Überhitzer (6) geleitetem Dampf und aus dem Pufferspeicher (16) entnommenem überhitztem Dampf zur Dampfturbine (17) geleitet wird.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der ersten Phase (PI) der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers (16) mit dem zweiten Teil des überhitzten Dampfes mittels einer zwischen dem Pufferspeicher (16) und der Dampfturbine (17) angeordneten zweiten Ventileinrichtung (19) vereinigt wird und dass die Vereinigung von erstem und zweitem Teil des überhitzten Dampfes zur Dampfturbine (17) geleitet wird.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Phase (P2) der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher (16) entnommene überhitzte Dampf zuvor der Dampfspeichereinrichtung (11) als Sattdampf entnommen wird.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der der Dampfspeichereinrichtung (11) entnommene Sattdampf in der zweiten Phase (P2) mittels einer zwischen der Dampfspeichereinrichtung (11) einerseits und dem Überhitzer (6) und dem Pufferspeicher (16) andererseits angeordneten dritten Ventileinrichtung (14) in den dem Überhitzer (6) zu- geführten Sattdampf und in den dem Pufferspeicher (16) zugeführten Sattdampf aufgeteilt wird.
5. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pufferspeicher (16) als Beton-, Sand- oder Flüssigsalzspeicher ausgebildet ist.
6. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der ersten Phase (PI) der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers (16) kon- densiert und wieder der Dampfspeichereinrichtung (9) zugeführt wird.
7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der ersten Phase (PI) der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Kondensieren und vor dem Zuführen zur Dampfspeichereinrichtung (9) durch einen Grundvorwärmer (8) geleitet wird, der in Bezug auf das Rohrleitungssystem (2) hinter der Verdampfereinrichtung (5, 7) in das Rohrleitungssystem (2) eingebaut ist.
8. Betriebsverfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Phase (P2) der entgegen der Beladerich- tung dem Pufferspeicher (16) entnommene überhitzte Dampf zuvor als Heißwasser einer dem Speisen der Dampfspeichereinrichtung (9) mit Heißwasser dienenden Speiseleitung (28') entnommen oder hinter dem Grundvorwärmer (8) abgegriffen wird .
9. Betriebsverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entnehmen von Heißwasser aus der Speiseleitung (28') mittels einer in der Speiseleitung (28') angeordneten vierten Ventileinrichtung (38) erfolgt.
10. Betriebsverfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, - dass der Pufferspeicher (16) einen Pufferspeicher-Überhit¬ zer (32), einen Pufferspeicher-Vorwärmer (33), einen Latentwärmespeicher (34) und eine Pufferspeicher-Dampftrommel (35) umfasst,
- dass in der ersten Phase (PI) der erste Teil des überhitz¬ ten Dampfes zunächst durch den Pufferspeicher-Überhitzer (32), von dort durch den Latentwärmespeicher (34) und von dort unter Umgehung der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) durch den Pufferspeicher-Vorwärmer (33) geführt wird,
- dass in der zweiten Phase (P2) das Heißwasser in dem Fall, dass es der Speiseleitung (28') entnommen wird, zunächst durch den Pufferspeicher-Vorwärmer (33) geführt und von dort in die Pufferspeicher-Dampftrommel (35) geleitet wird und in dem Fall, dass es hinter dem Grundvorwärmer (8) ab- gegriffen wird, unter Umgehung des Pufferspeicher-Vorwärmers (33) in die Pufferspeicher-Dampftrommel (35) gelei¬ tet wird, sodann der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) ent¬ nommen und im Latentwärmespeicher (34) zu Nass- oder Sattdampf gewandelt und von dort wieder Nass- oder als Satt- dampf der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) zugeführt wird und schließlich der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) Satt¬ dampf entnommen und durch den Pufferspeicher-Überhitzer (32) geführt wird, wobei der Sattdampf im Pufferspeicher- Überhitzer (32) zu überhitztem Dampf überhitzt wird.
11. Betriebsverfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zur Führung des Heißwassers, des Sattdampfes und des überhitzten Dampfes eine fünfte bis neunte Ventileinrich- tung (37, 36, 38', 43, 41) vorhanden sind,
- dass die fünfte Ventileinrichtung (37) zwischen dem Pufferspeicher-Vorwärmer (33), der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) und dem Latentwärmespeicher (34) angeordnet ist,
- dass die sechste Ventileinrichtung (36) zwischen der Puf- ferspeicher-Dampftrommel (35), dem Latentwärmespeicher (34) und dem Pufferspeicher-Überhitzer (32) angeordnet ist, - dass die siebte Ventileinrichtung (38') in einer den Grundvorwärmer (8) und die Pufferspeicher-Dampftrommel (35) ver¬ bindenden Verbindungsleitung angeordnet ist,
- dass die achte Ventileinrichtung (43) in einer Verbindungs- leitung (42) angeordnet ist, über die unter Umgehung der sechsten Ventileinrichtung (36) die Pufferspeicher-Dampftrommel (35) und der Pufferspeicher-Überhitzer (32) miteinander verbunden sind, und
- dass die neunte Ventileinrichtung (41) in einer Leitung an- geordnet ist, die von der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) zu einer Verbindungsleitung führt, über die die fünfte Ventileinrichtung (37) und der Latentwärmespeicher (34) miteinander verbunden sind.
12. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass der in der zweiten Phase (P2) der Dampfspeichereinrich- tung (9) entnommene Sattdampf vollständig durch den Überhit¬ zer (6) geleitet wird.
13. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtungen (14, 15, 19, 36, 37, 38, 38', 41, 43) als Proportionalventileinrichtungen ausgebildet sind.
14. Anlage der Grundstoffindustrie,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie derart ausgebildet ist, dass sie gemäß einem Be¬ triebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 betreibbar ist.
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