EP4279614A1 - Abwärmenutzung bei der abkühlung von schlacken aus der eisen- und stahlherstellung - Google Patents

Abwärmenutzung bei der abkühlung von schlacken aus der eisen- und stahlherstellung Download PDF

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EP4279614A1
EP4279614A1 EP23172504.5A EP23172504A EP4279614A1 EP 4279614 A1 EP4279614 A1 EP 4279614A1 EP 23172504 A EP23172504 A EP 23172504A EP 4279614 A1 EP4279614 A1 EP 4279614A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchange
storage device
heat
exchange fluid
slag
Prior art date
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Pending
Application number
EP23172504.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael DOHLEN
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.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Millservices and Systems GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Millservices and Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102022204808.3A external-priority patent/DE102022204808A1/de
Priority claimed from BE20225371A external-priority patent/BE1030525B1/de
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Millservices and Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4279614A1 publication Critical patent/EP4279614A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
    • C21B3/08—Cooling slag
    • 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
    • F27D15/00—Handling or treating discharged material; Supports or receiving chambers therefor
    • F27D15/02—Cooling
    • 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
    • F27D15/00—Handling or treating discharged material; Supports or receiving chambers therefor
    • F27D15/02—Cooling
    • F27D15/0206—Cooling with means to convey the charge
    • F27D15/0266—Cooling with means to convey the charge on an endless belt
    • 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
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/14—Charging or discharging liquid or molten material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02—Physical or chemical treatment of slags
    • C21B2400/022—Methods of cooling or quenching molten slag
    • C21B2400/026—Methods of cooling or quenching molten slag using air, inert gases or removable conductive bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/05—Apparatus features
    • C21B2400/06—Conveyors on which slag is cooled

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for utilizing the waste heat, for example for generating electrical energy, which is generated when slag is cooled.
  • Slag is created in metallurgical processes, for example in the production of pig iron in a blast furnace or in steel production in an electric arc furnace or in an LD converter, but also in other processes, particularly metal processing, for example in foundries.
  • the slag is a by-product of the process, which can be used, for example, as an additive or aggregate in other processes or products.
  • the slag is usually created at the high temperatures of the process, for example in a blast furnace or steelworks. Due to the high process temperature, usually over 1,450 °C, in the processes that produce the slag, the thermal energy of the slag is often very high, usually in the range of 1.5 to 2 GJ per ton of slag.
  • the slag is mainly dumped in open slag beds, where it is then cooled slowly using air and/or water cooling and without any use of heat or energy recovery.
  • the cooled slag is usually broken, iron removed and usually sieved and/or classified.
  • thermal energy is generated at a very high level, for example steelworks slag is usually molten and poured into the slag bed at temperatures of usually more than 1,300 °C, it would be possible to convert it into one high-quality form of energy, for example and in particular electricity generation, is desirable.
  • the object of the invention is to use the waste heat in the production of slag.
  • the device according to the invention is used to use the waste heat from slag.
  • the source of the slag can be very different. It can be, for example, blast furnace slag, cupola furnace slag, steelworks slag, in particular converter slag, electric furnace slag, stainless steel slag or secondary metallurgical slag or metal works slag.
  • the device has a first task area.
  • the molten slag is fed into the first feed area, which can be arranged, for example, in a slag bed, at a temperature of, for example, more than 1,250 ° C.
  • the first application area has a first contact surface, the first contact surface being designed for direct surface application of the liquid slag.
  • the first contact surface is suitable for the liquid and flowable slag to be applied directly and to be in direct thermal contact.
  • a first heat storage device is arranged below and in thermal contact with the first contact surface of the first task area.
  • the heat storage device for example a metal structure containing a refractory material therein, has two functions. Firstly, the maximum temperature peak is reduced when new hot slag is applied. As a result, the underlying heat exchange fluid is not overheated at certain points and/or over time. The second effect is that the release of thermal energy is also stretched, even if only slightly, so that an initial temporal equalization effect is achieved. Under or in the first Heat storage device and a first heat exchange device through which a heat exchange fluid can flow is arranged in thermal contact with the first heat storage device.
  • first heat exchange device in the first heat storage device would be pipes or lines arranged in, for example, fireproof masonry, through which a heat exchange fluid can flow.
  • a further example would be a first heat exchange device present in the first heat storage device in the form of a bed, for example made of broken or pelletized slag, arranged pipes or lines through which a heat exchange fluid can flow.
  • An example of a first heat exchange device below the first heat storage device would be, for example, a copper block with channels embedded therein for the flow of a heat exchange fluid.
  • the first heat exchange device is fluidly connected to a first heat exchange fluid storage device. The initially cold heat exchange fluid flows into the heat exchange device, is heated there and from there heated into the heat exchange fluid storage device.
  • the flow rate is preferably adapted to the initial temperature of the heat exchange fluid.
  • the first heat exchange fluid storage device is connected to a first power generation device.
  • the connection can be direct or indirect.
  • a direct connection can be advantageous, for example, if the heat exchange fluid is water, which is thus heated to steam, for example at 500 °. This steam can then be fed directly to a corresponding turbine of the first power generating device.
  • the heat exchange fluid is a molten salt
  • an indirect connection may make sense, i.e.
  • the molten salt generates steam in another heat exchanger, which is then applied to a turbine.
  • the first heat exchange fluid storage device achieves uniformity and the discontinuous process of slag cooling can be efficiently combined with continuous electricity generation.
  • a thermoelectric converter thermoelectric generator, thermocouple, Peltier element
  • the efficiency of up to 17% is well below the efficiency that can be achieved with the Carnot process, but can be designed to be particularly robust and low-maintenance, especially as a component without moving parts.
  • a protective layer in particular made of broken slag, is arranged on the first contact surface of the feed area of the device. This protects the device underneath.
  • the broken slag serves as additional heat storage, which reduces the temperature peak when the liquid slag is fed.
  • the use of cold, broken slag means that there is no contamination of the mineral slag product (e.g. aggregate after processing) with the broken slag from the protective layer.
  • the crushed slag used is preferably the slag that has cooled and solidified in a previous run and is therefore chemically largely identical to the new liquid slag.
  • the aggregate size of the crushed slag can be optimized, particularly with regard to the energy required for crushing.
  • the first contact surface of the feed area is a steel trough.
  • the first contact surface of the application area is detachably connected to the first heat storage device.
  • the steel pan is removed after the slag has cooled in order to remove the slag. Another steel pan can then preferably be introduced so that the next slag can already be cooled down.
  • the first contact surface of the feed area is a rotating steel strip.
  • the steel belt preferably in the form of an endless conveyor belt, can either only be rotated when the slag has cooled or can be rotated continuously.
  • the first heat storage device consists of a fireproof material.
  • the refractory material has an oxide, in particular silicon dioxide, aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, zirconium oxide and chromium oxide, silicon carbide, molybdenum and/or tungsten and/or platinum group metals as a metal, alloy, oxide or carbide.
  • the refractory material has at least one material which is selected from the group comprising fireclay, silica, magnesite, silicon carbide, bauxite, alundum, molybdenum oxide.
  • the heat exchange fluid is selected from the group comprising air, helium, water, thermal oil, molten salt. Temperatures of 900 °C can easily be achieved with air or helium. This enables high efficiency when converting heat into electricity, but leaves a lot of heat unused.
  • the device has a second task area.
  • a second heat storage device is arranged below and in thermal contact with the second task area.
  • a second heat exchange device through which a heat exchange fluid can flow is arranged beneath or in the second heat storage device and in thermal contact with the second heat storage device.
  • the second heat exchange device is fluidly connected to the first heat exchange fluid storage device. Thanks to the parallel connection, the second feed area can be filled with new hot slag while the slag is still cooling in the first feed area.
  • a third heat exchange device through which a further heat exchange fluid can flow is arranged under the first heat exchange device.
  • the third heat exchange device is fluidly connected to a third heat exchange fluid storage device.
  • the third heat exchange fluid storage device can be connected directly or indirectly to the first Power generation device or connected to a second power generation device.
  • the first heat exchange fluid storage device is connected to a first power generation device.
  • the connection can be direct or indirect.
  • a direct connection can be advantageous, for example, if the heat exchange fluid is water, which is thus heated to steam, for example at 500 °. This steam can then be fed directly to a corresponding turbine of the first power generating device.
  • the heat exchange fluid is a molten salt
  • an indirect connection may make sense, i.e. in particular the molten salt generates steam in another heat exchanger, which is then applied to a turbine.
  • the first heat exchange fluid storage device achieves uniformity and the discontinuous process of slag cooling can be efficiently combined with continuous electricity generation.
  • the first power generation device is fluidly connected to the first heat exchange device via a second heat exchange fluid storage device for storing the cold heat exchange fluid.
  • a second heat exchange fluid storage device for storing the cold heat exchange fluid.
  • the heat exchange fluid originating from the continuous process of the power generation device is again provided in the second heat exchange fluid storage device for the discontinuous process of slag cooling.
  • other task areas connected in parallel are also possible.
  • the first heat exchange fluid storage device is connected to a heat utilization device, in particular a district heating network.
  • a first example is shown.
  • the first device of the first example has a steel trough 20 as the first contact surface.
  • a layer of broken slag 12 is arranged in the steel tub 20.
  • the liquid slag 10 is poured into the steel tub 20 from a slag bucket 14.
  • the heat of the slag 10, which is applied, for example, at 1,300 ° C, is transferred through the steel pan 20 to the first heat storage device 30. This results in an equalization through the heating of the first heat storage device 30, so that the temperature peak of, for example, 1,300 ° C arrives at the first heat exchange device 40, but only 750 ° C, for example. At the same time, the higher temperature level is maintained longer.
  • the heat exchange fluid is transferred from the first heat exchange device 40 into a first heat exchange fluid storage device 50.
  • the heat exchange fluid is transferred from the first heat exchange fluid storage device 50 into a power generation device 60 and from the power generation device 60 into a second heat exchange fluid storage device 70, so that the cold heat exchange fluid can also be buffered.
  • the heat exchange fluid is then guided back into the heat exchange device 40 and thus in a circle.
  • the heat exchange device 40 is designed as a tube bundle heat exchanger.
  • two, preferably four, particularly preferably even more devices according to the invention are constructed next to one another and parallel to one another. Since the steel tubs 20 are filled in batch operation and then cool slowly and the cooling process usually takes longer than the production of the amount of slag, the parallel connection and common use of the first heat exchange fluid storage device 50 can achieve an equalization of the temperature of the heat exchange fluid. This also equalizes the power supply to the power generating device 60.
  • Fig. 2 shows a second example, which differs from that in Fig. 1
  • the first example shown differs in that the first contact surface is designed as a steel strip 22. This transports the slag 10 from the feed location via the first heat storage device 30 and thus releases the heat through the first heat storage device 30 to the heat exchange fluid in the first heat exchange device 40.
  • the other components are the same.
  • the steel tub 20 has to be removed and emptied cyclically, this is done on the steel strip 22 of the second example at the end of the steel strip 22.
  • the second example is therefore particularly suitable for a quasi-continuous provision of slag 10.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme von Schlacke 10, wobei die Vorrichtung einen ersten Aufgabebereich aufweist, wobei der erste Aufgabebereich eine erste Kontaktfläche aufweist, wobei die erste Kontaktfläche zur direkten flächigen Aufbringung der flüssigen Schlacke 10 ausgebildet ist, wobei unter und im thermischen Kontakt mit der ersten Kontaktfläche des ersten Aufgabebereich eine erste Wärmespeichervorrichtung 30 angeordnet ist, wobei unter oder in der ersten Wärmespeichervorrichtung 30 und im thermischen Kontakt mit der ersten Wärmespeichervorrichtung 30 eine von einem Wärmetauschfluid durchströmbare erste Wärmetauschvorrichtung angeordnet ist, wobei die erste Wärmetauschvorrichtung strömungstechnisch mit einer ersten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Abwärme, zum Beispiel zur Erzeugung von elektrischer Energie, welche beim Abkühlen von Schlacke anfällt.
  • Schlacke entsteht bei metallurgischen Prozessen, beispielsweise bei der Roheisenherstellung im Hochofen oder bei der Stahlherstellung im Elektrolichtbogenofen oder im LD-Konverter, aber auch bei anderen insbesondere metallverarbeitenden Prozessen, zum Beispiel in Gießereien. Die Schlacke ist prinzipiell für den Prozess ein Nebenprodukt, welches beispielsweise als Zuschlagsstoff oder Gesteinskörnung in anderen Prozessen beziehungsweise Erzeugnissen eingesetzt werden kann. Die Schlacke entsteht üblicherweise bei den hohen Temperaturen des Prozesses, beispielsweise im Hochofen oder im Stahlwerk. Hierbei ist aufgrund der hohen Prozesstemperatur, in der Regel bei über 1.450 °C, bei den die Schlacke erzeugenden Prozessen die Wärmeenergie der Schlacke oftmals sehr hoch, meist im Bereich von 1,5 bis 2 GJ pro Tonne Schlacke. Trotzdem wird die Schlacke heutzutage hauptsächlich in offenen Schlackenbeeten gekippt, wo diese dann mittels Luft- und/oder Wasserkühlung langsam und ohne jede Wärmenutzung oder Energierückgewinnung abkühlt werden. Für die weitere Verwendung wird die abgekühlte Schlacke normalerweise gebrochen, von Eisen befreit und in der Regel gesiebt und/oder klassiert.
  • Es gibt Ansätze durch die hohe Temperatur der Schlacke beim Abkühlen Luft zu erwärmen und die Luft dann als Trocknungsmittel in weiteren Prozessen einzusetzen. Der Bedarf und die Anwendungsmöglichkeiten an heißer Luft für Trocknungszwecke sind jedoch begrenzt und weiter ist der Platzbedarf für die Trocknungsanlage hierfür sehr hoch.
  • Da die thermische Energie auf einem sehr hohen Niveau anfällt, zum Beispiel wird Stahlwerksschlacke meistens schmelzflüssig und mit Temperaturen von meistens mehr als 1.300 °C ins Schlackenbeet gegossen, wäre eine Umwandlung in eine möglichst hochwertige Energieform, beispielsweise und insbesondere eine Verstromung wünschenswert.
  • Das Problem bei diesem Prozess ist jedoch auch, dass die Schlacke nur diskontinuierlich entsteht. Daher ist dieses mit einem kontinuierlichen Prozess nicht unmittelbar zu verbinden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Abwärme bei der Schlackeerzeugung zu nutzen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Nutzung der Abwärme von Schlacke. Die Quelle der Schlacke kann hierbei sehr verschieden sein. Es kann beispielsweise Hochofenschlacke, Kupolofenschlacke, Stahlwerksschlacke, insbesondere Konverterschlacke, Elektroofenschlacke, Edelstahlschlacke oder sekundärmetallurgische Schlacke oder Metallhüttenschlacke sein. Die Vorrichtung weist einen ersten Aufgabebereich auf. Auf den ersten Aufgabebereich, welche beispielsweise in einem Schlackenbeet angeordnet sein kann, wird die schmelzflüssige Schlacke mit einer Temperatur von beispielsweise mehr als 1.250 °C aufgegeben. Der erste Aufgabebereich weist eine erste Kontaktfläche auf, wobei die erste Kontaktfläche zur direkten flächigen Aufbringung der flüssigen Schlacke ausgebildet ist. Die erste Kontaktfläche ist damit geeignet, dass die flüssige und fließfähige Schlacke direkt aufgetragen und in direktem thermischen Kontakt steht. Unter und im thermischen Kontakt mit der ersten Kontaktfläche des ersten Aufgabebereichs ist eine erste Wärmespeichervorrichtung angeordnet. Die Wärmespeichervorrichtung, beispielsweise eine Metallkonstruktion, die ein darin enthaltenes feuerfestes Material enthält, hat zwei Aufgaben. Zum einen wird die maximale Temperaturspitze verringert, wenn neue heiße Schlacke aufgetragen wird. Dadurch wird das darunter liegende Wärmetauschfluid nicht punktuell und/oder zeitlich überhitzt. Der zweite Effekt ist, dass auch die Abgabe der thermischen Energie dadurch, wenn auch nur geringfügig, gestreckt wird, sodass ein erster zeitlicher Vergleichmäßigungseffekt erzielt wird. Unter oder in der ersten Wärmespeichervorrichtung und im thermischen Kontakt mit der ersten Wärmespeichervorrichtung ist eine von einem Wärmetauschfluid durchströmbare erste Wärmetauschvorrichtung angeordnet. Ein Beispiel für eine in der ersten Wärmespeichervorrichtung erste Wärmetauschvorrichtung wären in einem beispielsweise feuerfesten Mauerwerk angeordnete Rohre oder Leitungen, welche von einem Wärmetauschfluid durchströmbar sind. Ein weiteres Beispiel wären eine in der ersten Wärmespeichervorrichtung vorhandene erste Wärmetauschvorrichtung in Form einer Schüttung, beispielsweise aus gebrochener oder pelletierter Schlacke, angeordnete Rohre oder Leitungen, welche von einem Wärmetauschfluid durchströmbar sind. Ein Beispiel für eine unter der ersten Wärmespeichervorrichtung erste Wärmetauschvorrichtung wäre beispielsweise ein Kupferblock mit darin eingelassenen Kanälen für den Durchfluss eines Wärmetauschfluids. Die erste Wärmetauschvorrichtung ist strömungstechnisch mit einer ersten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung verbunden. Das zunächst kalte Wärmetauschfluid strömt in die Wärmetauschvorrichtung, wird dort erwärmt und von dort erwärmt in die Wärmetauschfluidspeichervorrichtung geführt. Bevorzugt wird die Durchströmungsrate an die Ausgangstemperatur des Wärmetauschfluids angepasst. Somit würde direkt nach dem Auftragen von Schlacke schnell sehr viel Wärmetauschfluid gefördert werden, mit dem Abkühlen würde sich die Fördermenge des Wärmetauschfluids reduzieren, die Temperatur aber bevorzugt konstant bleiben. Die erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer ersten Stromerzeugungsvorrichtung verbunden. Die Verbindung kann hierbei direkt oder indirekt sein. Eine direkte Verbindung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das Wärmetauschfluid Wasser ist, welches somit zu Dampf, beispielsweise bei 500 °, erhitzt wird. Dieser Dampf kann dann direkt auf eine entsprechende Turbine der ersten Stromerzeugungsvorrichtung gegeben werden. Ist das Wärmetauschfluid eine Salzschmelze, so kann eine indirekte Verbindung sinnvoll sein, also insbesondere die Salzschmelze in einem weiteren Wärmetauscher Dampf erzeugen, der dann auf eine Turbine aufgebracht wird. Durch die erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung wird eine Vergleichmäßigung erreicht und der diskontinuierliche Vorgang der Schlackeabkühlung kann effizient mit einer kontinuierlichen Stromerzeugung verbunden werden. Des Weiteren kann, gerade auch zur Nutzung "geringerwertiger" Wärme beispielsweise ein thermoelektrischer Wandler (thermoelektrischer Generator, Thermoelement, Peltier-Element) zur Stromerzeugung verwendet werden. Der Wirkungsgrad liegt mit bis zu 17 % deutlich unterhalb des mit dem Carnot-Prozess erreichbaren Wirkungsgrad, kann aber gerade als Bauteil ohne bewegliche Teile besonders robust und wartungsarm ausgeführt werden.
  • Es ist auch möglich, die gewonnene Wärme zweistufig zu nutzen, also insbesondere in einem ersten Schritt die höchste Temperatur zur Verstromung zu nutzen und anschließend die Restwärme in ein Fernwärmesystem einzuspeisen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auf die erste Kontaktfläche des Aufgabebereichs der Vorrichtung eine Schutzschicht, insbesondere aus gebrochener Schlacke, angeordnet. Hierdurch wird die darunter liegende Vorrichtung geschützt. Außerdem dient die gebrochene Schlacke als zusätzliche Wärmespeicherung, was die Temperaturspitze bei der Aufgabe der flüssigen Schlacke abmildert. Gleichzeitig erfolgt durch die Verwendung kalter, gebrochener Schlacke hierdurch keine Kontamination des mineralischen Schlackenprodukts (z.B. Gesteinskörnung nach Aufbereitung) mit der gebrochenen Schlacke aus der Schutzschicht. Als gebrochene Schlacke wird bevorzugt die Schlacke verwendet, die in einem vorhergehenden Durchlauf abgekühlt und erstarrt ist und somit chemisch weitestgehend identisch mit der neuen flüssigen Schlacke ist. Weiter kann die Gesteinskörnung der gebrochenen Schlacke insbesondere mit Hinblick auf den zum Brechen benötigten Energiebedarf optimiert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Kontaktfläche des Aufgabebereichs eine Stahlwanne. Insbesondere ist die erste Kontaktfläche des Aufgabebereichs lösbar mit der ersten Wärmespeichervorrichtung verbunden. Insbesondere wird die Stahlwanne nach dem Erkalten der Schlacke entnommen, um die Schlacke zu entfernen. Bevorzugt kann dann eine andere Stahlwanne eingebracht werden, damit die nächste Schlacke bereits abgekühlt werden kann.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die erste Kontaktfläche des Aufgabebereichs ein rotierendes Stahlband. Das Stahlband, bevorzugt in der Form eines endlosen Förderbandes, kann hierbei entweder nur rotiert werden, wenn die Schlacke erkaltet ist, oder kann kontinuierlich rotiert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die erste Wärmespeichervorrichtung aus einem feuerfesten Werkstoff. Insbesondere weist der feuerfeste Werkstoff ein Oxid, insbesondere Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Zirconiumoxid und Chromoxid, Siliciumcarbid, Molybdän und/oder Wolfram und/oder Platingruppenmetalle als Metall, Legierung, Oxid oder Carbid auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der feuerfeste Werkstoff wenigstens einen Stoff auf, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Schamotte, Silika, Magnesit, Siliciumcarbid, Bauxit, Alundum, Molybdänoxid.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmetauschfluid ausgewählt aus der Gruppe umfassend Luft, Helium, Wasser, Thermalöl, Salzschmelze. Mit Luft oder Helium lassen sich leicht auch Temperaturen von 900 °C realisieren. Dieses ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Wärme in Strom, lässt aber viel Wärme ungenutzt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen zweiten Aufgabebereich auf. Unter und im thermischen Kontakt mit dem zweiten Aufgabebereich ist eine zweite Wärmespeichervorrichtung angeordnet. Unter oder in der zweiten Wärmespeichervorrichtung und im thermischen Kontakt mit der zweiten Wärmespeichervorrichtung ist eine von einem Wärmetauschfluid durchströmbare zweite Wärmetauschvorrichtung angeordnet. Die zweite Wärmetauschvorrichtung ist strömungstechnisch mit der ersten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung verbunden. Durch die parallele Schaltung, kann der zweite Aufgabebereich bereits mit neuer heißer Schlacke befüllt werden, während im ersten Aufgabebereich die Schlacke noch abkühlt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist unter der ersten Wärmetauschvorrichtung eine von einem weiteren Wärmetauschfluid durchströmbare dritte Wärmetauschvorrichtung angeordnet. Die dritte Wärmetauschvorrichtung ist strömungstechnisch mit einer dritten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung verbunden. Die dritte Wärmetauschfluidspeichervorrichtung kann direkt oder indirekt mit der ersten Stromerzeugungsvorrichtung oder mit einer zweiten Stromerzeugungsvorrichtung verbunden sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung mit einer ersten Stromerzeugungsvorrichtung verbunden. Die Verbindung kann hierbei direkt oder indirekt sein. Eine direkte Verbindung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das Wärmetauschfluid Wasser ist, welches somit zu Dampf, beispielsweise bei 500 °, erhitzt wird. Dieser Dampf kann dann direkt auf eine entsprechende Turbine der ersten Stromerzeugungsvorrichtung gegeben werden. Ist das Wärmetauschfluid eine Salzschmelze, so kann eine indirekte Verbindung sinnvoll sein, also insbesondere die Salzschmelze in einem weiteren Wärmetauscher Dampf erzeugen, der dann auf eine Turbine aufgebracht wird. Durch die erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung wird eine Vergleichmäßigung erreicht und der diskontinuierliche Vorgang der Schlackeabkühlung kann effizient mit einer kontinuierlichen Stromerzeugung verbunden werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist fluidtechnisch die erste Stromerzeugungsvorrichtung über eine zweite Wärmetauschfluidspeichervorrichtung zur Speicherung des kalten Wärmetauschfluids mit der ersten Wärmetauschvorrichtung verbunden. Hierdurch kann eine effiziente Kreislaufführung des Wärmetauschfluids ermöglicht werden. Das aus dem kontinuierlichen Prozess der Stromerzeugungsvorrichtung stammende Wärmetauschfluid wird in der zweiten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung erneut für den diskontinuierlichen Prozess der Schlackeabkühlung bereitgestellt.
    Selbstverständlich sind auch weitere parallel geschaltete Aufgabebereiche möglich.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung mit einer Wärmenutzungsvorrichtung, insbesondere einem Fernwärmenetz, verbunden.
  • Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • Fig. 1 erstes Beispiel
    • Fig. 2 zweites Beispiel
  • In Fig. 1 ist ein erstes Beispiel gezeigt. Die erste Vorrichtung des ersten Beispiels weist eine Stahlwanne 20 als erste Kontaktfläche auf. In der Stahlwanne 20 ist eine Schicht aus gebrochener Schlacke 12 angeordnet. Aus einem Schlackenkübel 14 wird die flüssige Schlacke 10 in die Stahlwanne 20 gegossen. Die Wärme der Schlacke 10, welche beispielsweise mit 1.300 °C aufgegeben wird, wird durch die Stahlwanne 20 auf die erste Wärmespeichervorrichtung 30 übertragen, Dadurch kommt es zu einer Vergleichmäßigung durch das Aufheizen der ersten Wärmespeichervorrichtung 30, sodass eben nicht die Temperaturspitze von beispielsweise 1.300 °C an der ersten Wärmetauschvorrichtung 40 ankommt, sondern beispielsweise nur noch 750 °C. Gleichzeitig wird das höhere Temperaturniveau länger gehalten. Zur weiteren Vergleichmäßigung wird das Wärmetauschfluid aus der ersten Wärmetauschvorrichtung 40 in eine erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung 50 überführt. Aus der ersten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung 50 wird das Wärmetauschfluid in eine Stromerzeugungsvorrichtung 60 und von der Stromerzeugungsvorrichtung 60 in eine zweite Wärmetauschfluidspeichervorrichtung 70 überführt, sodass auch das kalte Wärmetauschfluid gepuffert werden kann. Von der zweiten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung 70 wird das Wärmetauschfluid dann wieder in die Wärmetauschvorrichtung 40 und somit im Kreis geführt. Die Wärmetauschvorrichtung 40 ist im gezeigten Beispiel als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt.
  • Um eine weitere Vergleichmäßigung zu erzielen sind zwei, vorzugsweise vier, besonders bevorzugt noch mehr erfindungsgemäße Vorrichtungen nebeneinander parallel zueinander aufgebaut. Da die Stahlwannen 20 im Batchbetrieb gefüllt werden und dann langsam abkühlen und der Abkühlvorgang auch länger als die Herstellung der Menge an Schlacke üblicherweise dauert, so kann durch die parallele Schaltung und gemeinsame Verwendung der ersten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung 50 eine Vergleichmäßigung der Temperatur des Wärmetauschfluids erreicht werden. Dadurch wird auch die Leistungszuführung zu Stromerzeugungsvorrichtung 60 vergleichmäßigt. Fig. 2 zeigt ein zweites Beispiel, welches sich von dem in Fig. 1 gezeigten ersten Beispiel dadurch unterscheidet, dass die erste Kontaktfläche als Stahlband 22 ausgeführt ist. Dieses transportiert die Schlacke 10 vom Aufgabeort über die erste Wärmespeichervorrichtung 30 und gibt so die Wärme durch die erste Wärmespeichervorrichtung 30 an das Wärmetauschfluid in der ersten Wärmetauschvorrichtung 40 ab. Die weiteren Komponenten sind gleich.
  • Während beim ersten Beispiel die Stahlwanne 20 zyklisch entfernt und geleert werden muss, erfolgt dieses am Stahlband 22 des zweiten Beispiels jeweils am Ende des Stahlbandes 22. Das zweite Beispiel eignet sich somit insbesondere bei einer quasikontinuierlichen Zurverfügungstellung von Schlacke 10.
    • Bezugszeichen:
    • 10
    Schlacke
    12
    gebrochene Schlacke
    14
    Schlackenkübel
    20
    Stahlwanne
    22
    Stahlband
    30
    erste Wärmespeichervorrichtung
    40
    erste Wärmetauschvorrichtung
    50
    erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung
    60
    Stromerzeugungsvorrichtung
    70
    zweite Wärmetauschfluidspeichervorrichtung

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme von Schlacke (10), wobei die Vorrichtung einen ersten Aufgabebereich aufweist, wobei der erste Aufgabebereich eine erste Kontaktfläche aufweist, wobei die erste Kontaktfläche zur direkten flächigen Aufbringung der flüssigen Schlacke (10) ausgebildet ist, wobei unter und im thermischen Kontakt mit der ersten Kontaktfläche des ersten Aufgabebereichs eine erste Wärmespeichervorrichtung (30) angeordnet ist, wobei unter oder in der ersten Wärmespeichervorrichtung (30) und im thermischen Kontakt mit der ersten Wärmespeichervorrichtung (30) eine von einem Wärmetauschfluid durchströmbare erste Wärmetauschvorrichtung (40) angeordnet ist, wobei die erste Wärmetauschvorrichtung (40) strömungstechnisch mit einer ersten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche des Aufgabebereichs eine Stahlwanne (20) ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche des Aufgabebereichs lösbar mit der ersten Wärmespeichervorrichtung (30) verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche des Aufgabebereichs ein rotierendes Stahlband (22) ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmespeichervorrichtung (30) aus einem feuerfesten Werkstoff besteht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der feuerfeste Werkstoff ein Oxid, insbesondere Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Zirconiumoxid und Chromoxid, Siliciumcarbid, Molybdän und/oder Wolfram und/oder Platingruppenmetalle als Metall, Legierung, Oxid oder Carbid aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der feuerfeste Werkstoff wenigstens einen Stoff aufweist, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Schamotte, Silika, Magnesit, Siliciumcarbid, Bauxit, Alundum, Molybdänoxid.
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschfluid ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Luft, Helium, Wasser, Thermalöl, Salzschmelze.
  9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen zweiten Aufgabebereich aufweist, wobei der zweite Aufgabebereich eine zweite Kontaktfläche aufweist, wobei die zweite Kontaktfläche zur direkten flächigen Aufbringung der flüssigen Schlacke (10) ausgebildet ist, wobei unter und im thermischen Kontakt mit der zweiten Kontaktfläche des zweiten Aufgabebereichs eine zweite Wärmespeichervorrichtung (30) angeordnet ist, wobei unter oder in der zweiten Wärmespeichervorrichtung (30) und im thermischen Kontakt mit der zweiten Wärmespeichervorrichtung (30) eine von einem Wärmetauschfluid durchströmbare zweite Wärmetauschvorrichtung (70) angeordnet ist, wobei die zweite Wärmetauschvorrichtung (70) strömungstechnisch mit der ersten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung verbunden ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter der ersten Wärmetauschvorrichtung (40) eine von einem weiteren Wärmetauschfluid durchströmbare dritte Wärmetauschvorrichtung angeordnet ist, wobei die dritte Wärmetauschvorrichtung strömungstechnisch mit einer dritten Wärmetauschfluidspeichervorrichtung verbunden ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung mit einer ersten Stromerzeugungsvorrichtung (60) verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass fluidtechnisch die erste Stromerzeugungsvorrichtung über eine zweite Wärmetauschfluidspeichervorrichtung zur Speicherung des kalten Wärmetauschfluids mit der ersten Wärmetauschvorrichtung (40) verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmetauschfluidspeichervorrichtung mit einer Wärmenutzungsvorrichtung, insbesondere einem Fernwärmenetz, verbunden ist.
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