EP3030364A1 - Nutzung der in einem kühlfluid enthaltenen wärme - Google Patents

Nutzung der in einem kühlfluid enthaltenen wärme

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Publication number
EP3030364A1
EP3030364A1 EP14747338.3A EP14747338A EP3030364A1 EP 3030364 A1 EP3030364 A1 EP 3030364A1 EP 14747338 A EP14747338 A EP 14747338A EP 3030364 A1 EP3030364 A1 EP 3030364A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
plant
heat
heated
intermediate medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14747338.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Dagner
Martin Rössiger
Klaus Weinzierl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Germany GmbH filed Critical Primetals Technologies Germany GmbH
Publication of EP3030364A1 publication Critical patent/EP3030364A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/055—Cooling the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D45/00—Equipment for casting, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein

Definitions

  • the present invention relates to an operating method for a plant of the basic industry
  • the fluid is heated from an initial temperature to a final temperature by the cooling of the plant part and / or the material processed in the plant,
  • the heat contained in the heated fluid is supplied to the later to be processed in the system material and / or the process fluid via a heat exchanger
  • the heat contained in the heated fluid is first discharged into the heat exchanger to an intermediate medium and the material to be processed later in the system and / or the process fluid used in the system is heated by means of the intermediate medium.
  • the intermediate medium for example, in the continuous casting of metal, the mold is cooled with water.
  • the rolled metal is often between the individual rolling stands of a multi-stand rolling train and / or in one of
  • Scale scrubbers during hot rolling cooling in the range of furnaces (for example a slab furnace) and hot-dip galvanizing plants. In all these cases falls in considerable Circumference to a heated fluid.
  • the fluid used for cooling often has a final temperature in the heated state, which is only slightly above the initial temperature and / or the ambient temperature.
  • the heated to cooling a metal strip in a cooling zone ver ⁇ applied cooling water often only about 10 ° C.
  • an operating method for a plant of the basic industry wherein a Anla ⁇ genteil is cooled with a fluid, wherein the fluid is heated by the cooling of the plant part of an initial temperature to a final temperature.
  • the heat contained in the heated fluid is generally recycled. It is also mentioned that the recovered energy as part of a process heat management system can further be used ⁇ .
  • an operating method for a plant of the basic industry in which a plant ⁇ part and / or processed in the plant material is cooled with a fluid, wherein the fluid is thereby heated.
  • the heat contained in the fluid is supplied via a heat ⁇ exchanger to a later to be processed in the plant material or used through the heat exchanger for the preparation of a process fluid used in the system.
  • the fluid can be reheated.
  • thermoelectric generator whose structure and mode of action is not explained in detail.
  • the object of the present invention is to provide ways to efficiently utilize the thermal energy contained in the heated fluid.
  • an operating method of the type mentioned above is configured by transferring the heat contained in the heated fluid via a transfer circuit of the heat exchanger and a heat pump arranged in the transfer circuit to the intermediate medium and by heating the intermediate medium to a heating temperature by means of the heat exchanger which is above the temperature at which the fluid enters the heat exchanger.
  • the plant can be, for example, a plant of metallerzeu ⁇ ing or the metalworking industry.
  • the installation may comprise a foundry, a rolling mill and / or a cooling section downstream of a rolling mill.
  • Examples game as the piece of equipment can be a mold of a continuous casting plant ⁇ or a roll stand of the rolling mill. Same ⁇ reasonably can - purely exemplary - the material be a metal band.
  • the fluid is a gas.
  • the fluid is a liquid, insbeson ⁇ particular a water-based liquid.
  • the material to be later processed in the plant can be, for example, a metal or a metal ore. That in the
  • Conditioning process fluid used may be (in particular air), for example, a burning ⁇ bares medium and / or a material used for the combustion of the combustible medium oxidizing gas.
  • the heat pump can be operated, for example, with electrical or thermal energy.
  • resulting waste heat is used in a further heat exchanger to increase the heating temperature of the intermediate medium.
  • a plant of the basic industry has several plant parts 1 to 4, which are passed through in succession by a material 5 to be processed.
  • At installation of basic industry can be at ⁇ play, be a system of metal production and metalworking.
  • Such systems are, for example, melting devices in which metal is recovered from metal ore and / or scrap.
  • Melting devices are, for example, electric arc furnaces, smelting reduction plants and the like.
  • such plants are casting facilities in which the molten metal is poured into a mold or strand.
  • a typical example of a casting device is a continuous casting plant.
  • such plants are rolling mills and the like more, for example ⁇ Vor Beau No or finishing lines.
  • the processed in the respective rolling mill material may be bandför ⁇ mig, rod-shaped, tubular, etc..
  • the installation part 1 may be a continuous casting mold, the Appendices ⁇ contrary 2, a strand guide, the bearing part 3, a furnace and the installation part 4, a rolling mill with or without a downstream cooling zone.
  • the plant part 1 may be a slab bearing, the plant part 2 an oven, the plant part 3 a number of rolling stands, and the plant part 4 a cooling line.
  • Other Ausgestaltun ⁇ conditions are possible.
  • the individual parts of the system may have 1 to 3 are each a roll ⁇ correspond scaffold of the rolling mill, the plant part 4 alterna tive ⁇ a further rolling mill or a cooling section.
  • the number of plant parts 1 to 4 may vary depending on the location of the case.
  • At least one of the plant parts 1 to 4 is cooled with a fluid 6.
  • Most of the fluid 6 is a water-based liquid, that is, either more or less pure water or water, the additives are admixed, for example, a water-oil emulsion.
  • the casting mold 1 is cooled in it ⁇ considerable quantities of water.
  • rolls of rolling stands are replaced with water or a water-oil mill.
  • Another example is the cooling of rollers of a roller table.
  • At least one plant-gene part 1 to 4 is often cooled in at least one of Appendices ⁇ gene portions 1 to 4, the processed in the plant material 5 with the fluid.
  • 6 For example, in the strand guide 2 ⁇ a continuous casting of the cast metal strand 5 is cooled to a significant extent with water.
  • a rolled metal strip 5 is often cooled between rolling stands ei ⁇ ner rolling mill and / or in a rolling mill downstream ⁇ th cooling section to a considerable extent with water.
  • other embodiments are possible, for example cooling with an oil or cooling with a gas.
  • the fluid 6 is heated from an initial temperature T 1 to a final temperature T 2.
  • a difference between the end temperature T2 and the initial temperature Tl and also an ambient temperature TU is often relatively low.
  • the initial temperature T1 may be about 5 ° C to about 40 ° C, the ambient temperature TU at about 0 ° C to about 30 ° C and the final temperature about 10 ° C to about 25 ° C. above the initial temperature Tl and / or the ambient temperature TU. Due to the accumulated amount of heated fluid 6, the total amount of heat ⁇ accumulation is relatively large. According to the invention, the heat contained in the heated fluid 6 is not released to the environment, but utilized specifically.
  • the heat contained in the heated fluid 6 can be used for the preheating of a later to be processed in the plant 5 material.
  • This is Example ⁇ example of FIG 2, characterized appreciated that the fluid is supplied to the slabs 6 camp 1.
  • Slabs 5 are thereby pre-heated for example by the ambient temperature TA (for example, 0 ° C to 20 ° C) to a higher temperature Tem ⁇ for example 20 ° C to 40 ° C.
  • TA ambient temperature
  • Tem ⁇ for example 20 ° C to 40 ° C.
  • the heat contained in the heated fluid 6 can be used to preheat a process fluid 7, 8 used in the system.
  • a process fluid 7, 8 used in the system.
  • a coal, coke, oil or gas burner 9 have the burner 9 as process fluids 7, 8 on the one hand the appropriate combustible Me ⁇ dium 7 and on the other hand a material used for the combustion of the combustible medium 7 oxidizing gas 8 (for example, air) are led to ⁇ .
  • These media or process fluids 7, 8 can also be preheated by means of the heated fluid 6.
  • the heat contained in the heated fluid 6 is the later to be processed in the plant material 5 and / or the product zessfluid 7, 8 supplied ⁇ results shown in FIG 3 via a heat exchanger 10 degrees. Furthermore, the heat contained in the heated fluid 6 is discharged in the heat exchanger 10 to an intermediate medium 11.
  • the material 5 to be subsequently processed in the system and / or the process fluid 7, 8 used in the system is heated by means of the intermediate medium 11.
  • the intermediate medium 11 may be a gas or a liquid, depending on the location of the individual case. In general, it will han spindles ⁇ a liquid.
  • the heat exchanger 10 has its own transmission circuit 12 and a heat pump 13 arranged in the transmission circuit 12.
  • the heat contained in the heated fluid 6 is transferred to the intermediate medium 11 via the transmission circuit 12 and the heat pump 13.
  • the intermediate medium 11th is further heated by the heat exchanger 10.
  • the intermediate medium 11 can be heated by the furnishedtau ⁇ shear 10 to a heating temperature T3 above the Endtempera ⁇ temperature T2.
  • the fluid 6 should have cooled significantly on the way from the system parts 3, 4 to the heat exchanger 10 - but there is a heating to a temperature above that temperature at which the fluid 6 enters the heat exchanger 10.
  • the heating temperature T3 for example, in water as an intermediate medium 11 scarce (maximum 10% to 15%) below the boiling temperature of the intermediate medium 11 are.
  • the boiling ⁇ temperature which is usually 100 ° C in water, may optionally be above 100 ° C, if the intermediate ⁇ medium 11 is subjected to a higher pressure.
  • the waste heat 14 can be used to increase the heating temperature T3 of the intermediate medium 11 in a further heat exchanger 15 to a value which is above the value at which the intermediate medium 11 emerges from the heat exchanger 10, the transmission circuit 12 and the Heat pump 13 contains.
  • the illustration in FIG. 3 is an embodiment of the plant of the basic industry of FIG. 2. However, a corresponding embodiment is likewise possible in the plant of the basic industry of FIG.
  • the present invention has many advantages. Insbeson ⁇ particular can be made the use of the thermal energy contained in the heated fluid 6 in spite of the relatively low temperatures Tl, T2 of the fluid. 6 C02 emissions can be reduced as a result. Also, cost savings can be achieved.
  • the fluid 6 is heated by cooling the system part 1 to 4 and / or the material 5 processed in the system from an initial temperature T 1 to a final temperature T 2.
  • Heat contained in the heated fluid 6 is used for preheating a material 5 to be later processed in the installation and / or for preheating a process fluid 7, 8 used in the installation.
  • the heat contained in the heated fluid 6 is supplied to the plant in the later proces ⁇ tendem material 5 and / or the process fluid via a heat exchanger 7 8 10th
  • the heat contained in the heated fluid 6 is first released in the heat exchanger 10 to an intermediate medium 11.
  • the later to be processed in the plant material 5 and / or the process fluid 7 used in the system, 8 it warms ⁇ by means of the intermediate medium.
  • the heat contained in the heated fluid 6 is transmitted to the intermediate medium 11 via a transmission circuit 12 of the heat exchanger 10 and a heat pump 13 arranged in the transmission circuit 12.
  • the intermediate medium 11 is heated it ⁇ by means of heat exchanger 10 to a heating temperature T3 that is above the temperature at which the fluid 6 entering the heat exchanger 10 degrees.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein Anlagenteil (1 bis 4) einer Anlage der Grundstoffindustrie und/oder ein in der Anlage verarbeitetes Material (5) wird mit einem Fluid (6) gekühlt. Das Fluid (6) erwärmt sich durch das Kühlen des Anlagenteils (1 bis 4) und/oder des in der Anlage verarbeiteten Materials (5) von einer Anfangstemperatur (T1) auf eine Endtemperatur (T2). In dem erwärmten Fluid (6) enthaltene Wärme wird für die Vorwärmung eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials (5) und/oder für die Vorwärmung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids (7, 8) verwendet. Die in dem erwärmten Fluid (6) enthaltene Wärme wird dem in der Anlage später zu verarbeitendem Material (5) und/oder dem Prozessfluid (7, 8) über einen Wärmetauscher (10) zugeführt. Die in dem erwärmten Fluid (6) enthaltene Wärme wird in dem Wärmetauscher (10) zunächst an ein Zwischenmedium (11) abgegeben. Das in der Anlage später zu verarbeitende Material (5) und/oder das in der Anlage verwendete Prozessfluid (7, 8) wird mittels des Zwischenmediums (11) erwärmt. Die in dem erwärmten Fluid (6) enthaltene Wärme wird über einen Übertragungskreislauf (12) des Wärmetauschers (10) und eine im Übertragungskreislauf (12) angeordnete Wärmepumpe (13) an das Zwischenmedium (11) übertragen. Das Zwischenmedium (11) wird mittels des Wärmetauschers (10) auf eine Heiztemperatur (T3) erwärmt, die oberhalb der Temperatur liegt, mit welcher das Fluid (6) in den Wärmetauscher (10) eintritt.

Description

Beschreibung
Nutzung der in einem Kühlfluid enthaltenen Wärme Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie,
- wobei ein Anlagenteil und/oder ein in der Anlage verarbei¬ tetes Material mit einem Fluid gekühlt wird,
- wobei das Fluid sich durch das Kühlen des Anlagenteils und/oder des in der Anlage verarbeiteten Materials von einer Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur erwärmt,
- wobei in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme für die
Vorwärmung eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials und/oder für die Vorwärmung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids verwendet wird,
- wobei die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme dem in der Anlage später zu verarbeitenden Material und/oder dem Prozessfluid über einen Wärmetauscher zugeführt wird,
- wobei die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme in dem Wärmetauscher zunächst an ein Zwischenmedium abgegeben wird und das in der Anlage später zu verarbeitende Material und/ oder das in der Anlage verwendete Prozessfluid mittels des Zwischenmediums erwärmt wird. Derartige Anlagen sind allgemein bekannt. Beispielsweise wird beim Stranggießen von Metall die Kokille mit Wasser gekühlt. Weiterhin wird beim Walzen von Metall und nach dem Walzen von Metall - insbesondere wenn das Metall bandförmig vorliegt - das gewalzte Metall oftmals zwischen den einzelnen Walzgerüs- ten einer mehrgerüstigen Walzstraße und/oder in einer der
Walzstraße nachgeordneten Kühlstrecke gekühlt. Auch die Wal¬ zen der Walzgerüste werden oftmals gekühlt, sei es zur Küh¬ lung als solcher, sei es zur gezielten Beeinflussung der Balligkeit. Auch bei anderen Prozessen fällt in erheblichem Umfang ein erwärmtes Fluid an. Rein beispielhaft wird auf
Zunderwäscher beim Warmwalzen, Kühlungen im Bereich von Öfen (beispielsweise einem Brammenofen) und Feuerverzinkungsanla- gen verwiesen. In allen diesen Fällen fällt in erheblichem Umfang ein erwärmtes Fluid an. Das zum Kühlen verwendete Fluid weist im erwärmten Zustand oftmals eine Endtemperatur auf, die nur geringfügig über der Anfangstemperatur und/oder der Umgebungstemperatur liegt. Beispielsweise erwärmt sich das zum Kühlen eines Metallbandes in einer Kühlstrecke ver¬ wendete Kühlwasser oftmals nur um rund 10 °C.
Aus der DD 28 781 sind Anlagen bekannt, die aus drei Wärmezo¬ nen bestehen, in denen das Walzgut vorgewärmt, auf die End¬ temperatur erhitzt und anschließend abgekühlt wird. Die beim Abkühlen des auslaufenden Walzgutes zurückgewonnene Warmluft wird dabei mittels Querlüftern dem kalt eintretenden Walzgut zum Vorwärmen zugeführt.
Aus der DE 29 51 379 AI ist bekannt, dass bei vielen indus¬ triellen Prozessen - genannt sind Härten, Glühen und Löten - Kühleinrichtungen erforderlich sind und dass es möglich ist, dass die Kühlflüssigkeit ein niedriges Temperaturniveau hat. Die anfallende Verlustwärme wird über einen Wärmetauscher ei¬ nem Pufferspeicher zugeführt. Die im Pufferspeicher gespeicherte Wärme kann später wieder an Verbraucher wie beispielsweise Wärmebehandlungseinrichtungen abgegeben werden.
Aus der DE 32 25 403 AI ist ein relativ komplizierter Heiz- und Abkühlprozess bekannt, bei dem unter anderem eine Wärme¬ rückgewinnung durch Kondensieren von Dampf erfolgt. Die zurückgewonnene Wärme wird zum Vorheizen von zu behandelndem Gut verwendet.
Aus der DE 10 2010 052 423 AI ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, wobei ein Anla¬ genteil mit einem Fluid gekühlt wird, wobei das Fluid sich durch das Kühlen des Anlagenteils von einer Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur erwärmt. Die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme wird allgemein einer Wiederverwertung zugeführt. Es ist weiterhin erwähnt, dass die zurückgewonnene Energie im Rahmen eines Prozesswärmemanagementsystems weiter¬ verwendet werden kann. Aus der WO 2010/099 920 A2 ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, bei dem ein Anlagen¬ teil und/oder ein in der Anlage verarbeitetes Material mit einem Fluid gekühlt wird, wobei das Fluid sich dadurch er- wärmt. Die in dem Fluid enthaltene Wärme wird über einen Wär¬ metauscher einem später in der Anlage zu verarbeitenden Material zugeführt oder über den Wärmetauscher für die Vorbereitung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids verwendet. Das Fluid kann nachgeheizt werden.
Aus der WO 2013/013 788 AI ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, wobei ein Anlagenteil mit einem Fluid gekühlt wird, wobei das Fluid sich durch das Kühlen des Anlagenteils von einer Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur erwärmt. Die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme wird für die Erzeugung elektrischen Stroms verwendet. Hierzu dient ein thermoelektrischer Generator, dessen Aufbau und Wirkungsweise jedoch nicht näher erläutert ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärmeenergie effizient zu nutzen.
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma- len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sind Gegenstand der ab¬ hängigen Ansprüche 2 bis 8.
Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge- nannten Art dadurch ausgestaltet, dass die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme über einen Übertragungskreislauf des Wärmetauschers und eine im Übertragungskreislauf angeordnete Wärmepumpe an das Zwischenmedium übertragen wird und dass das Zwischenmedium mittels des Wärmetauschers auf eine Heiztempe- ratur erwärmt wird, die oberhalb der Temperatur liegt, mit welcher das Fluid in den Wärmetauscher eintritt. Die Anlage kann beispielsweise eine Anlage der metallerzeu¬ genden oder der metallverarbeitenden Industrie sein. Die Anlage kann insbesondere eine Gießerei, ein Walzwerk und/oder eine einem Walzwerk nachgeordnete Kühlstrecke umfassen. Bei- spielsweise kann der Anlagenteil eine Kokille einer Strang¬ gießanlage oder ein Walzgerüst des Walzwerks sein. Gleicher¬ maßen kann - rein beispielhaft - das Material ein Metallband sein . In Einzelfällen ist es möglich, dass das Fluid ein Gas ist.
In der Regel ist das Fluid jedoch eine Flüssigkeit, insbeson¬ dere eine auf Wasser basierende Flüssigkeit.
Das in der Anlage später zu verarbeitende Material kann bei- spielsweise ein Metall oder ein Metallerz sein. Das in der
Anlage verwendete Prozessfluid kann beispielsweise ein brenn¬ bares Medium und/oder ein zum Verbrennen des brennbaren Mediums verwendetes Oxidationsgas (insbesondere Luft) sein. Die Wärmepumpe kann beispielsweise mit elektrischer oder mit thermischer Energie betrieben werden. Vorzugsweise wird beim Betrieb der Wärmepumpe anfallende Abwärme in einem weiteren Wärmetauscher zur Erhöhung der Heiztemperatur des Zwischenmediums genutzt.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
FIG 1 bis 3 mögliche Ausgestaltungen von Anlagen der
Grundstoffindustrie .
Gemäß den Figuren 1 und 2 weist eine Anlage der Grundstoffindustrie mehrere Anlagenteile 1 bis 4 auf, die von einem zu verarbeitenden Material 5 nacheinander durchlaufen werden. Bei der Anlage der Grundstoffindustrie kann es sich bei¬ spielsweise um eine Anlage der metallerzeugenden oder der metallverarbeitenden Industrie handeln. Derartige Anlagen sind beispielsweise Schmelzeinrichtungen, in denen aus Metallerz und/oder Schrott Metall gewonnen wird. Schmelzeinrichtungen sind beispielsweise Lichtbogenöfen, Schmelzreduktionsanlagen und dergleichen mehr. Ebenso sind derartige Anlagen Gießeinrichtungen, in denen das geschmolzene Metall zu einer Form oder zu einem Strang gegossen wird. Ein typisches Beispiel einer Gießeinrichtung ist eine Stranggießanlage. Ebenso sind derartige Anlagen Walzwerke und dergleichen mehr, beispiels¬ weise Vorstraßen oder Fertigstraßen. Das in der jeweiligen Walzstraße verarbeitete Material kann beispielsweise bandför¬ mig, stabförmig, rohrförmig usw. sein.
Beispielsweise bei einer kombinierten Gießwalzanlage (FIG 1) kann der Anlagenteil 1 eine Stranggießkokille sein, der Anla¬ genteil 2 eine Strangführung, der Anlagenteil 3 ein Ofen und der Anlagenteil 4 ein Walzwerk mit oder ohne nachgeordneter Kühlstrecke. Beispielsweise bei einem Walzwerk (FIG 2) kann der Anlagenteil 1 ein Brammenlager sein, der Anlagenteil 2 ein Ofen, der Anlagenteil 3 eine Anzahl von Walzgerüsten und der Anlagenteil 4 eine Kühlstrecke. Auch andere Ausgestaltun¬ gen sind möglich. Beispielsweise können im Falle eines Walz- werks die einzelnen Anlagenteile 1 bis 3 jeweils einem Walz¬ gerüst des Walzwerks entsprechen, der Anlagenteil 4 alterna¬ tiv einem weiteren Walzgerüst oder einer Kühlstrecke. Die Anzahl an Anlagenteilen 1 bis 4 kann je nach Lage des Einzelfalls variieren.
In der Regel wird mindestens einer der Anlagenteile 1 bis 4 mit einem Fluid 6 gekühlt. Meist ist das Fluid 6 eine auf Wasser basierende Flüssigkeit, das heißt entweder mehr oder minder reines Wasser oder Wasser, dem Zusätze beigemischt sind, beispielsweise eine Wasser-Öl-Emulsion. Beispielsweise wird bei einer Gießwalzanlage die Stranggießkokille 1 in er¬ heblichem Umfang mit Wasser gekühlt. Bei einem Walzwerk werden Walzen von Walzgerüsten mit Wasser oder einer Wasser-Öl- Emulsion gekühlt und/oder geschmiert. Ein weiteres Beispiel ist die Kühlung von Rollen eines Rollgangs.
Alternativ oder zusätzlich zum Kühlen mindestens eines Anla- genteils 1 bis 4 wird oftmals in mindestens einem der Anla¬ genteile 1 bis 4 das in der Anlage verarbeitete Material 5 mit dem Fluid 6 gekühlt. Beispielsweise wird in der Strang¬ führung 2 einer Gießwalzanlage der gegossene Metallstrang 5 in erheblichem Umfang mit Wasser gekühlt. Gleichermaßen wird ein gewalztes Metallband 5 oftmals zwischen Walzgerüsten ei¬ ner Walzstraße und/oder in einer der Walzstraße nachgeordne¬ ten Kühlstrecke in erheblichem Umfang mit Wasser gekühlt. Je nach Lage des Einzelfalls sind auch andere Ausgestaltungen möglich, beispielsweise eine Kühlung mit einem Öl oder eine Kühlung mit einem Gas.
Durch das Kühlen des (mindestens einen) Anlagenteils 1 bis 4 und/oder des in der Anlage verarbeiteten Materials 5 erwärmt sich das Fluid 6 von einer Anfangstemperatur Tl auf eine End- temperatur T2. Eine Differenz zwischen der Endtemperatur T2 und der Anfangstemperatur Tl und auch einer Umgebungstemperatur TU ist oftmals relativ gering. Beispielsweise kann die Anfangstemperatur Tl bei ca. 5°C bis ca. 40°C liegen, die Umgebungstemperatur TU bei ca. 0°C bis ca. 30 °C und die Endtem- peratur ca. 10°C bis ca. 25°C über der Anfangstemperatur Tl und/oder der Umgebungstemperatur TU. Aufgrund der anfallenden Menge an erwärmtem Fluid 6 ist die insgesamt anfallende Wär¬ memenge jedoch relativ groß. Erfindungsgemäß wird die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme nicht an die Umgebung abgegeben, sondern gezielt verwertet .
Beispielsweise kann die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme für die Vorwärmung eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials 5 verwendet werden. Dies ist beispiels¬ weise aus FIG 2 dadurch ersichtlich, dass das Fluid 6 dem Brammenlager 1 zugeführt wird. Im Brammenlager 1 befindliche Brammen 5 werden dadurch beispielsweise von der Umgebungstemperatur TU (beispielsweise 0°C bis 20°C) auf eine höhere Tem¬ peratur von beispielsweise 20°C bis 40°C vorgewärmt. Eine ähnliche Vorgehensweise ist möglich, wenn die Anlage gemäß FIG 1 mit einer Verhüttungseinrichtung gekoppelt ist und vor dem Verhüttungsprozess Eisenerz oder ein anderes Metallerz vorgewärmt wird.
Alternativ oder zusätzlich zum Vorwärmen eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials 5 kann die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme für die Vorwärmung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids 7, 8 verwendet werden. Wenn beispielsweise innerhalb der Anlage ein Kohle-, Koks-, Öl- oder Gasbrenner 9 betrieben wird, müssen dem Brenner 9 als Prozessfluide 7, 8 zum einen das entsprechende brennbare Me¬ dium 7 und zum anderen ein zum Verbrennen des brennbaren Mediums 7 verwendetes Oxidationsgas 8 (beispielsweise Luft) zu¬ geführt werden. Diese Medien bzw. Prozessfluide 7, 8 können mittels des erwärmten Fluids 6 ebenfalls vorgewärmt werden.
Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird dem in der Anlage später zu verarbeitenden Material 5 und/oder dem Pro- zessfluid 7, 8 gemäß FIG 3 über einen Wärmetauscher 10 zuge¬ führt. Weiterhin wird die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme in dem Wärmetauscher 10 an ein Zwischenmedium 11 abgegeben. Das in der Anlage später zu verarbeitende Material 5 und/oder das in der Anlage verwendete Prozessfluid 7, 8 wird mittels des Zwischenmediums 11 erwärmt. Das Zwischenmedium 11 kann je nach Lage des Einzelfalls ein Gas oder eine Flüssig- keit sein. In der Regel wird es sich um eine Flüssigkeit han¬ deln .
Der Wärmetauscher 10 weist einen eigenen Übertragungskreislauf 12 und eine im Übertragungskreislauf 12 angeordnete Wär- mepumpe 13 auf. Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird über den Übertragungskreislauf 12 und die Wärmepumpe 13 an das Zwischenmedium 11 übertragen. Durch diese Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, dass das Zwischenmedium 11 mittels des Wärmetauschers 10 noch weiter erwärmt wird. Ins¬ besondere kann das Zwischenmedium 11 mittels des Wärmetau¬ schers 10 auf eine Heiztemperatur T3 oberhalb der Endtempera¬ tur T2 erwärmt werden. In jedem Fall - insbesondere wenn das Fluid 6 sich auf dem Weg von den Anlagenteilen 3, 4 zum Wärmetauscher 10 deutlich abgekühlt haben sollte - erfolgt aber eine Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur, mit welcher das Fluid 6 in den Wärmetauscher 10 eintritt. Die Heiztemperatur T3 kann beispielsweise bei Wasser als Zwischenmedium 11 knapp (maximal 10 % bis 15 %) unterhalb der Siedetemperatur des Zwischenmediums 11 liegen. Die Siede¬ temperatur, die bei Wasser normalerweise 100°C beträgt, kann gegebenenfalls oberhalb von 100°C liegen, falls das Zwischen¬ medium 11 mit einem höheren Druck beaufschlagt ist.
Unabhängig davon, ob die Wärmepumpe 13 mittels thermischer oder mittels elektrischer Energie betrieben wird, fällt beim Betrieb der Wärmepumpe 13 Abwärme 14 an. Die Abwärme 14 kann unter Umständen dazu genutzt werden, die Heiztemperatur T3 des Zwischenmediums 11 in einem weiteren Wärmetauscher 15 auf einen Wert zu erhöhen, der oberhalb des Wertes liegt, mit dem das Zwischenmedium 11 aus dem Wärmetauscher 10 austritt, der den Übertragungskreislauf 12 und die Wärmepumpe 13 enthält. Die Darstellung in FIG 3 ist eine Ausgestaltung der Anlage der Grundstoffindustrie von FIG 2. Eine korrespondierende Ausgestaltung ist jedoch ebenso bei der Anlage der Grundstoffindustrie von FIG 1 möglich. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson¬ dere kann trotz der relativ niedrigen Temperaturen Tl, T2 des Fluids 6 eine Nutzung der im erwärmten Fluid 6 enthaltenen thermischen Energie erfolgen. C02-Emissionen können dadurch verringert werden. Auch können Kosteneinsparungen erzielt werden.
Im Ergebnis wird erfindungsgemäß ein Anlagenteil 1 bis 4 ei¬ ner Anlage der Grundstoffindustrie und/oder ein in der Anlage verarbeitetes Material 5 mit einem Fluid 6 gekühlt. Das Fluid 6 erwärmt sich durch das Kühlen des Anlagenteils 1 bis 4 und/oder des in der Anlage verarbeiteten Materials 5 von einer Anfangstemperatur Tl auf eine Endtemperatur T2. In dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird für die Vorwärmung eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials 5 und/oder für die Vorwärmung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids 7, 8 verwendet. Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird dem in der Anlage später zu verarbei¬ tendem Material 5 und/oder dem Prozessfluid 7, 8 über einen Wärmetauscher 10 zugeführt. Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird in dem Wärmetauscher 10 zunächst an ein Zwischenmedium 11 abgegeben. Das in der Anlage später zu verarbeitende Material 5 und/oder das in der Anlage verwendete Prozessfluid 7, 8 wird mittels des Zwischenmediums 11 er¬ wärmt. Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird über einen Übertragungskreislauf 12 des Wärmetauschers 10 und eine im Übertragungskreislauf 12 angeordnete Wärmepumpe 13 an das Zwischenmedium 11 übertragen. Das Zwischenmedium 11 wird mittels des Wärmetauschers 10 auf eine Heiztemperatur T3 er¬ wärmt, die oberhalb der Temperatur liegt, mit welcher das Fluid 6 in den Wärmetauscher 10 eintritt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie,
- wobei ein Anlagenteil (1 bis 4) und/oder ein in der Anlage verarbeitetes Material (5) mit einem Fluid (6) gekühlt wird,
- wobei das Fluid (6) sich durch das Kühlen des Anlagenteils (1 bis 4) und/oder des in der Anlage verarbeiteten Materials (5) von einer Anfangstemperatur (Tl) auf eine Endtempe- ratur (T2) erwärmt,
- wobei in dem erwärmten Fluid (6) enthaltene Wärme für die Vorwärmung eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials (5) und/oder für die Vorwärmung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids (7, 8) verwendet wird,
- wobei die in dem erwärmten Fluid (6) enthaltene Wärme dem in der Anlage später zu verarbeitenden Material (5) und/ oder dem Prozessfluid (7, 8) über einen Wärmetauscher (10) zugeführt wird,
- wobei die in dem erwärmten Fluid (6) enthaltene Wärme in dem Wärmetauscher (10) zunächst an ein Zwischenmedium (11) abgegeben wird und das in der Anlage später zu verarbeitende Material (5) und/oder das in der Anlage verwendete Pro¬ zessfluid (7, 8) mittels des Zwischenmediums (11) erwärmt wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die in dem erwärmten Fluid (6) enthaltene Wärme über ei¬ nen Übertragungskreislauf (12) des Wärmetauschers (10) und eine im Übertragungskreislauf (12) angeordnete Wärmepumpe (13) an das Zwischenmedium (11) übertragen wird und dass das Zwischenmedium (11) mittels des Wärmetauschers (10) auf eine Heiztemperatur (T3) erwärmt wird, die oberhalb der Temperatur liegt, mit welcher das Fluid (6) in den Wärmetauscher (10) eintritt .
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Anlage eine Anlage der metallerzeugenden oder der metallverarbeitenden Industrie ist.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Anlage eine Gießerei, ein Walzwerk und/oder eine ei¬ nem Walzwerk nachgeordnete Kühlstrecke umfasst.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Anlagenteil (1 bis 4) eine Kokille einer Stranggie߬ anlage oder ein Walzgerüst des Walzwerks ist und/oder dass das Material (5) ein Metallband ist.
5. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Fluid (6) ein Gas oder eine Flüssigkeit ist.
6. Betriebsverfahren nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Fluid (6) eine auf Wasser basierende Flüssigkeit ist .
7. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das in der Anlage später zu verarbeitende Material (5) ein Metall oder ein Metallerz ist und/oder dass das in der Anlage verwendete Prozessfluid (7, 8) ein brennbares Medium (7) und/oder ein zum Verbrennen des brennbaren Mediums (7) verwendetes Oxidationsgas (8) ist.
8. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Wärmepumpe (13) mittels thermischer oder elektri¬ scher Energie betrieben wird und dass beim Betrieb der Wärme¬ pumpe (13) anfallende Abwärme (14) in einem weiteren Wärme¬ tauscher (15) zur Erhöhung der Heiztemperatur (T3) des Zwi- schenmediums (11) genutzt wird.
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