WO1990005209A1 - Verfahren und anlage zur rückgewinnung von in der aus dem papiertrockner von papiermaschinen austretenden feuchten trocknungsluft enthaltener abwärme - Google Patents

Verfahren und anlage zur rückgewinnung von in der aus dem papiertrockner von papiermaschinen austretenden feuchten trocknungsluft enthaltener abwärme Download PDF

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WO1990005209A1
WO1990005209A1 PCT/EP1989/001305 EP8901305W WO9005209A1 WO 1990005209 A1 WO1990005209 A1 WO 1990005209A1 EP 8901305 W EP8901305 W EP 8901305W WO 9005209 A1 WO9005209 A1 WO 9005209A1
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Vinko MUCIC^´
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Tch Thermo-Consulting-Heidelberg Gmbh
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/20—Waste heat recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/001—Heating arrangements using waste heat
    • F26B23/002—Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases
    • F26B23/005—Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases using a closed cycle heat pump system ; using a heat pipe system
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to a method for recovering the waste heat contained in the moist drying air emerging from the paper dryer of paper machines by means of a two-substance compression heat pump, with which heat energy is removed from the drying air, with which high-pressure side from feed water Process steam for heating the drying cylinders of the paper dryer of the paper machine is generated and, furthermore, the air used for drying is preheated in a drying air preheater, and a system for carrying out the method.
  • the process steam for heating the drying cylinders previously produced in low-pressure steam boilers fired with fossil fuels is generated in the system of the type mentioned at the beginning (DE-PS 36 12 907) in the resorber of a two-component compression heat pump from feed water.
  • the moisture expelled from the paper web in the dryer is, on the other hand, transferred to the environment and at least partially preheated in the heat pump, which then - for energy recovery - removes heat from the heat pump in the degasser part of the moisture absorbed in the paper dryer is obtained as liquid condensate and must be removed.
  • the object of the invention is to further develop the generic system using existing means as far as possible in such a way that a (further) reduction in the primary energy required for drying is achieved and the pollution of the environment, for example by swath formation, is largely reduced .
  • this object is achieved according to the invention in that the drying air in the paper machine in an essentially closed one, from the drying air preheater, the paper dryer connected downstream thereof and the one
  • Heat exchanger formed circuit is performed, and that the moisture-laden air emerging from the paper dryer is cooled in the downstream heat exchanger to a significantly higher temperature than the temperature of the ambient air.
  • the coupling of the drying air circuit to a dual-substance compression heat pump system provided for the production of the process steam and the operation of the drying air circuit which is thereby possible at a temperature level which is significantly higher than the temperature of the ambient air enables the heat pump to be operated at a favorable power factor to operate.
  • the same degree of dryness in relation to the drying air is obtained by increasing the temperature level in the degasser.
  • the system used to carry out the method is characterized by an essentially closed drying air circuit, which consists of the drying air preheater, the paper dryer connected downstream thereof and the heat exchanger upstream of the paper dryer and the drying air preheater, with a return for liquid condensate of water vapor is formed in the papermaking process, and by a heat-transferring connection of the heat exchanger to the degasifier of the two-component compression heat pump.
  • the heat exchanger which cools the moist drying air emerging from the paper dryer could be formed directly as part of the degasifier of the heat pump. However, it is preferably connected to the degasifier of the two-component compression heat pump via a closed liquid, preferably water, circuit. If necessary, the heat pump can therefore also be easily removed from the drying circuit, which makes it easier to retrofit existing systems in the manner according to the invention.
  • the condensate resulting from the steam supplied to the drying cylinders of the paper dryer is expediently passed to the steam generator, ie the absorber, via a Dual-substance compression heat pump returning condensate line returned as feed water.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of a system constructed in the manner according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows a Mollier diagram for moist air, in which the change in state of the drying air of a known system is compared with the corresponding changes in state of the system according to FIG. 1 working with a closed drying air circuit.
  • the two-component compression heat pump provided for generating steam for heating the drying cylinder (not shown in detail) of the paper dryer - shown essentially in the upper right-hand area of the drawing - is designated in its entirety by 10, while the with 12 closed drying air circuit is shown in the lower left area of the circuit diagram.
  • the paper dryer 14 shown schematically as a heat exchanger, is connected via a line 16 to an air / water heat exchanger 18, a fan 20 which is vaporized in the paper dryer 14 by means of the steam-heated drying cylinders from the paper web to be dried Water humidified air / water heat exchanger 18 promotes.
  • the air / water heat exchanger 18 heat is extracted from the moist drying air supplied by the paper dryer, as a result of which a corresponding proportion of the water vapor condenses and becomes liquid
  • Form is discharged via a condensate 22.
  • the condensed water is expediently reused in the paper production process.
  • the cooled air is conveyed via a line 24 with the blower 26 switched on to a drying air preheater 28, where it is heated and thus its relative humidity is reduced.
  • the drying air circuit is closed via a line 30 leading from the drying air preheater 28 to the paper dryer 14.
  • a two-material working medium e.g. an ammonia-water mixture
  • a working medium component e.g. To expel ammonia in gaseous form from the rich working solution.
  • the heat transfer from the air / water heat exchanger 18 to the degasser 32 takes place in the illustrated case via an intermediate water circuit 34, but it can be seen that the air / water heat exchanger 18 with the degasser 32 could also be assembled into a common structural unit , whereby the water cycle would then be omitted.
  • the poor solution formed in the degasifier 32 by expelling the gaseous component, ie the ammonia, is conveyed to the resorber 40 provided on the high-pressure side via a line 36 with the solution pump 38 switched on and the pressure being increased.
  • the component of the working medium expelled in gaseous form in the degasser 32, ie the ammonia, is, on the other hand, led to the resorber 40 by means of a line 42 connecting the degasser 32 to the resorber 40 with the compressor 44 switched on, increasing the pressure and removing it there Heat of absorption is reabsorbed in the solution.
  • the solution which is then rich again, then flows back via a line 46 to the degasifier 32, with one switched on in line 46 Throttle device 48 the pressure in the rich solution is reduced.
  • Throttle device 48 the pressure in the rich solution is reduced.
  • heat supplied by the air / water heat exchanger 18 can then be absorbed again via the water circuit 34 and ammonia can be expelled in gaseous form from the rich solution.
  • the temperature changer 50 which is customary in the case of two-material compression heat pumps.
  • the heat of absorption is transferred in the resorber 40 to feed water supplied via a line 52, which is thereby evaporated and is then fed into the process steam line 54 as a low-pressure process steam at a pressure of approximately 3 bar or higher.
  • Line 54 leads to paper dryer 14, i.e. is used to heat the drying cylinders, the temperature of the steam entering the cylinders then being 140 ° to 150 ° C., corresponding to the temperature of the process steam of conventional paper machines.
  • the steam condensing in the paper dryer is then returned to the resorber 40 by a pump 56 via the line 52 as feed water.
  • the space of the air / water heat exchanger 18 through which the moist drying air flows is additionally via a
  • Branch line 58 is connected to the process steam line 54, the entry of process steam into the air / water heat exchanger being prevented by an upper flow valve 60 which is switched on and normally closed in the branch line. If the paper machine has to be stopped for a short time due to tears in the paper web, ie the steam supply to the paper dryer 14 is switched off, the upper valve 60 is opened by a control device which scans the pressure increase in the process steam line 52 and the process steam generated in the resorber is thus in the air / Water heat exchanger 18 out. As a result, thermal energy is still available for degassing the working medium in the degasser 32 The heat pump 10 is available, which can therefore be operated continuously without the need for an additional steam source. In addition, the process steam can simultaneously remove air on the heat-exchanging surfaces of the heat exchanger during normal operation
  • Air / water heat exchanger serve 18 deposited pollution.
  • process steam is thus immediately available again for heating the drying cylinders of the paper dryer 14 by simply supplying the process steam line 54 to
  • the heat energy required in the drying air preheater 28 for reheating the air cooled in the heat exchanger 18 is likewise taken from the heat pump 10, for which purpose the rich solution from the resorber 40 to the degasser 32 is tapped between the resorber 40 and the heat converter 50 and via one Line 62 is connected to the drying air preheater 28. Via a return line 64, the part of the rich solution which is led via the tap line 62 to the drying air preheater and cooled by the release of thermal energy is fed into the line 46, specifically in the area between the heat converter 50 and the throttle element 48 returned.
  • useful heat for the operation of a useful heat circuit for example a heating circuit
  • a useful heat circuit 70 can be taken from the rich solution via a heat exchanger 68 connected between the tap line 62 and the return line 64 .
  • This useful heat circuit 70 is only shown schematically as a circuit with a switched-on consumer 72 and a circulation pump 74.
  • the drive energy required to operate the units of the heat pump 10 as well as the drying air circuit is in the case shown by an electrical generator 76, which in turn may be driven by a gas engine 78.
  • a heat exchanger 80 is provided which, in parallel with the heat exchanger 50, on the high-pressure side of part of the arms conveyed via the line 36 from the degasser 32 to the resorber 40 Solution flows through.
  • FIG. 2 in a Mollier diagram for moist air - in which the temperature is plotted against the water content - a conventional drying process a is schematically compared to a paper drying process b carried out in the system according to the invention described above, the line S being the May represent the saturation line below which a water content, for example at a higher temperature than water vapor, is condensed to give off liquid heat to give off condensation heat.
  • the procedure is such that (in point 1) air with an outside temperature of, for example, 15 ° C. is removed from the ambient atmosphere and heated by the addition of heat (up to point 2), thereby reducing its relative air humidity. With further supply of heat, the air then (up to point 3) absorbs moisture in the paper dryer. By cooling the moist exhaust air from the paper dryer, the relative air humidity of the drying air (up to point 4) increases to 100%, whereby a further decrease in temperature (up to point 5) causes some of the water vapor to condense and accumulate in liquid form. In the state reached in point 5, the drying air, which is still significantly warmed above the ambient temperature, is released into the ambient atmosphere with a relative humidity of 100% as exhaust air.
  • Work equipment component i.e. of ammonia, can be used in the degasser 32 from the working fluid of the two-fluid compression heat pump 10.
  • Drying air in a closed circuit by avoiding the discharge of water vapor and any other pollutants into the surrounding atmosphere also saves a considerable amount of primary energy to be used because the heat of condensation of the water vapor expelled from the paper web to be dried in the paper dryer 14 completely degasses the two on the low-pressure side Material working fluid of the heat pump 10 is available.

Abstract

Die Anlage weist eine niederdruckseitig mit der Trocknungsluft entnommener Wärmeenergie beaufschlagte Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe (10) auf, mit welcher hochdruckseitig aus Speisewasser Prozeßdampt zur Beheizung der Trocknungszylinder des Papiertrockners der Papiermaschine erzeugt und außerdem anschließend in einem Trocknungsluft-Vorwärmer die zur Trocknung verwendete Luft vorgewärmt wird. Die Trocknungsluft ist in der Papiermaschine in einem im wesentlichen geschlossenen, vom Trocknungsluft-Vorwärmer (28), dem diesem nachgeschalteten Papiertrockner (14) und einem dem Papiertrockner (14) nach- und dem Trocknungsluft-Vorwärmer (28) vorgeschalteten, eine Rückführung für flüssig anfallendes Kondensat des Wasserdampfs in den Papierherstellungsprozeß aufweisenden Wärmetauscher (18) gebildeten Kreislauf (12) geführt. Der Wärmetauscher (18) steht mit dem Entgaser (32) der Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe (10) in wärmeübertragender Verbindung. Die aus dem Papiertrockner (14) austretende feuchtigkeitsbeladene Luft wird im nachgeschalteten Wärmetauscher (18) auf eine gegenüber der Temperatur der Umgebungsluft deutlich höhere Temperatur abgekühlt.

Description

Verfahren iiJ Anlage zur Rückgewinnung von in der aus dem
Papiertrockner von Papiermaschinen austretenden feuchten
Trockr.ungsluft enthaltener Abwärme.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von in der aus dem Papiertrockner von Papiermaschinen aus¬ tretenden feuchten Trocknungsluft enthaltener Abwärme mittels einer niederdruckseitig mit der Trocknungsluft ent- no mener Wärmeenergie beaufschlagten Zweistoff-Kompres¬ sions-Wär epumpe, mit welcher hochdruckseitig aus Speise¬ wasser Prozeßdampf zur Beheizung der TrocknungsZylinder des Papiertrockners der Papiermaschine erzeugt und außerdem anschließend in einem Trocknungsluft-Vorwärmer die zur Trocknung verwendete Luft vorgewärmt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Papierherstellung in Papiermaschinen wird der ur¬ sprünglich relativ dünne Faserbrei zunächst zum Faservlies verdichtet und dann durch Vakuumsauger und durch
Gautschwalzen und schließlich in der Pressenpartie durch eine Reihe von Naßpressen entwässert. Das restliche Wasser wird dann im Trocknungsteil der Papiermaschine entzogen, der von einer Reihe in einer Trocknungskammer angeordneten, mit Niederdruck-Dampf mit Temperaturen von etwa 140° bis
150°C beheizten Zylindern gebildet wird. Der früher in mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Niederdruck-Dampfkesseln erzeugte Prozeßdampf für die Beheizung der Trocknungs¬ zylinder wird bei der Anlage der eingangs erwähnten Art (DE-PS 36 12 907) im Resorber einer Zweistoff-Kompressions- Wärmepumpe aus Speisewasser erzeugt. Die im Trockner aus der Papierbahn ausgetriebene Feuchtigkeit wird andererseits auf der Umgebung entnommene und zumindest teilweise eben¬ falls in der Wärmepumpe vorgewärmte Trocknungs uft über- tragen, welcher dann - zur Energie-Rückgewinnung - im Ent¬ gaser der Wärmepumpe wieder Wärme entzogen wird, wobei ein Teil der im Papiertrockner aufgenommenen Feuchte als flüssiges Kondensat anfällt und abgeführt werden muß. Die mit dem restlichen aufgenommenen Wasserdampf gesättigte Luft wird dann als Abluft in die Umgebungsatmosphäre abge¬ geben, wodurch sie nicht nur den Wasserdampfgehalt erhöht, sondern es - bei weiterer Abkühlung auf die Umgebungstempe- ratur - auch zu Schaden- oder Nebelbildung kommt. Es kommt also zu einer unerwünschten Umweltbelastung der Umgebungs¬ atmosphäre, die nicht nur wegen der Veränderung des Klein¬ klimas sowie der Gefahr von Eis- und Reifbildung im Winter nachteilig ist. Vielmehr fördert ein hoher Wasserdampf¬ gehalt in der Atmosphäre auch den in neuerer Zeit als Gefahr für das Klima erkannten "Treibhauseffekt". Darüber hinaus ist auch nicht auszuschließen, daß mit den Wasser¬ dampfschwaden auch (geringere)- Mengen von Schadstoffen aus dem Papier-Herstellungsprozeß in die Umwelt gelangen können.
Bei Papiermaschinen, bei denen der Prozeßdampf für die Beheizung der Trocknungstrommel in konventioneller Weise durch einen Dampferzeuger o.dgl. erfolgt bzw. die Trocknung ohne Trocknungswalzen mit überhitztem Dampf oder einem dampfreichen Dampf-Gas-Gemisch in einem Tunneltrockner erfolgt, ist es bekannt (DE-OS 26 30 853; DE-OS 32 40 611) für die Nutzung der in der feuchten Abluft der Trocknungs- kammer enthaltenen Abwärme eine gesonderte (Einstoff-
) ärmepumpe zu verwenden, in deren Verdampfer die feuchte Abluft abgekühlt und die enthaltene Feuchtigkeit - teil¬ weise - kondensiert wird, worauf dann die abgekühlte Abluft im Kondensator der Wärmepumpe wieder erwärmt und gegebenen- falls erneut als Trocknungsluft in der Trocknungskammer der Papiermaschine verwendet wird. Eine Koppelung der für die Abwärmenutzung der Trocknungsluft verwendete Wärmepumpe mit der Prozeßdampferzeugung erfolgt hierbei aber nicht.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsbildende Anlage unter möglichst weitgehender Nut¬ zung vorhandener Mittel dahingehend weiterzubilden, daß eine (weitere) Verringerung der für die Trocknung erforder¬ lichen Primärenergie erzielt und die Belastung der Umwelt, z.B. durch Schwadenbildung, weitestgehend reduziert wird. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trocknungsluft in der Papiermaschine in einem im wesent¬ lichen geschlossenen, vom Trocknungsluft-Vorwärmer, dem diesem nachgeschalteten Papiertrockner und einem dem
Papiertrockner nach- und dem Trocknungsluft-Vorwärmer vor¬ geschalteten, eine Rückführung für flüssig anfallendes Kondensat des Wasserdampfs in den Papierherstellungsprozeß aufweisenden, mit dem Entgaser der Zweistoff-Kompressions- Wärmepumpe in wärmeübertragender Verbindung stehenden
Wärmetauscher gebildeten Kreislauf geführt wird, und daß die aus dem Papiertrockner austretende feuchtigkeits¬ beladene Luft im nachgeschalteten Wärmetauscher auf eine gegenüber der Temperatur der Umgebungsluft deutlich höhere Temperatur abgekühlt wird. Die Ankoppelung des Trocknungs¬ luft-Kreislaufs an eine zur Erzeugung des Prozeßdampfs vor¬ gesehene Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpenanlage und der dadurch mögliche Betrieb des Trocknungsluft-Kreislaufs auf einem gegenüber der Temperatur der Umgebungsluft deutlich erhöhten Temperaturniveau ermöglicht es, die Wärmepumpe mit einer günstigen Leistungsziffer zu betreiben. Im Vergleich zu konventionellen Papiertrocknern, bei denen erwärmte Um¬ gebungsluft als Trocknungsluft verwendet wird, wird durch die Hochsetzung des Temperaturniveaus im Entgaser der gleiche Trocknungsgrad in bezug auf die Trocknungsluft erhalten. Gegenüber den erwähnten konventionellen Papier¬ trocknern müssen also keine größeren Mengen von Trocknungs¬ luft umgewälzt werden, um den gleichen Trocknungsgrad zu erreichen, d.h. weder die für die Umwälzung der Luft erfor- derlichen Kompressoren noch die Leitungsquerschnitte müssen auf erhöhte Leistung umgestellt werden. Das bedeutet auch, daß konventionelle, d.h. bisher mit erwärmter Umgebungs¬ luft, arbeitende Anlagen mit geringem Aufwand umgestellt werden können, wodurch gleichzeitig die erwähnte Verbesse- rung der Leistungsziffer der für die Erzeugung des
Prozeßdampfs verwendeten Wärmepumpe erhalten und somit also ein geringerer Energieeinsatz insgesamt erforderlich ist. Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Anlage ist gekennzeichnet durch einen im wesentlichen geschlossenen Trocknungsluft-Kreislauf, der vom Trocknungsluft-Vorwärmer, dem diesen nachgeschalteten Papiertrockner und dem dem Papiertrockner nach- und dem Trocknungsluft-Vorwärmer vor¬ geschalteten Wärmetauscher mit einer Rückführung für flüssig anfallendes Kondensat des Wasserdampfs in den Papierherstellungsprozeß gebildet wird, und durch eine wärmeübertragende Verbindung des Wärmetauschers mit dem Entgaser der Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe.
Der die aus dem Papiertrockner austretende feuchte Trock¬ nungsluft abkühlende Wärmetauscher könnte direkt als Teil des Entgasers der Wärmepumpe ausgebildet sein. Vorzugsweise ist er jedoch über einen geschlossenen Flüssigkeits-, vor¬ zugsweise Wasser-Kreislauf mit dem Entgaser der Zweistoff- Kompressions-Wärmepumpe verbunden. Im Bedarfsfall kann die Wärmepumpe deshalb auch ohne Schwierigkeiten vom Trock¬ nungskreislauf weggebaut werden, wodurch die nachträgliche Umrüstung bereits bestehender Anlagen in der erfindungs¬ gemäßen Weise erleichtert wird.
Wenn die zum Antrieb der Aggregate der Zweistoff-Kompres¬ sions-Wärmepumpe sowie des Trocknungskreislaufs erforder- liehe Antriebsenergie mittels einer Verbrennungs¬ kraftmaschine erzeugt wird, empfiehlt es sich, in dem vom Entgaser zum Resorber strömenden Leitungszweig hochdruck- seitig parallel zu einem in der Wärmepumpe vorgesehenen Wärmewandler einen Wärmetauscher vorzusehen, in welchem die Motorenabwärme der Verbrennungskraftmaschine auf die arme Lösung übertragen wird.
Das aus dem den TrocknungsZylindern des Papiertrockners zugeführten Dampf entstehende Kondensat wird zweckmäßig über eine zum Dampferzeuger, d.h. dem Resorber der Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe zurückführende Kondensat- Leitung als Speisewasser zurückgeführt.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbin¬ dung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausfüh¬ rungsform einer in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Anlage; und
Fig. 2 schematisch ein Mollier-Diagramm für feuchte Luft, in welchem die Zustandsände- rung der Trocknungsluft einer bekannten Anlage den entsprechenden Zustandsände- rungen der mit geschlossenem Trocknungs- luft-Kreislauf arbeitenden Anlage gemäß Figur 1 gegenübergestellt sind.
In dem in Figur 1 dargestellten schematischen Schaltbild ist die zur Dampferzeugung zur Beheizung der (nicht im einzelnen gezeigten) TrocknungsZylinder des Papiertrockners vorgesehene - im wesentlichen im oberen rechten Bereich der Zeichnung dargestellte - Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet, während der mit 12 bezeichnete geschlossene Trocknungsluft-Kreislauf im unteren linken Bereich des Schaltbilds dargestellt ist.
Im Trocknungskreislauf 12 ist der schematisch als Wärme¬ tauscher dargestellte Papiertrockner 14 über eine Leitung 16 mit einem Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 verbunden, wobei ein Gebläse 20 die im Papiertrockner 14 durch das mittels der dampfbeheizten Trocknungszylinder aus der zu trocknen¬ den Papierbahn dampfförmig ausgetriebene Wasser befeuchtete Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 fördert. Im Luft/Wasser-Wärme- tauscher 18 wird der vom Papiertrockner zugeführten feuch¬ ten Trocknungsluft Wärme entzogen, wodurch ein entsprechen¬ der Anteil des Wasserdampfs kondensiert und in flüssiger
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Form über eine Kondeπsatleitung 22 abgeführt wird. Das kondensierte Wasser wird zweckmäßig im Papier-Herstellungs¬ prozeß wiederverwendet. Die abgekühlte Luft wird über eine Leitung 24 mit eingeschaltetem Gebläse 26 zu einem Trock- nungsluft-Vorwärmer 28 gefördert, wo sie erwärmt und somit ihre relative Feuchte herabgesetzt wird. Ober eine vom Trocknungsluft-Vorwärmer 28 zum Papiertrockner 14 führende Leitung 30 wird der Trocknungsluft-Kreislauf geschlossen.
In der in der Zeichnung nur in ihren Hauptkomponenten dar¬ gestellten Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe 10 wird ein Zweistoff-Arbeitsmittel, z.B. ein Ammoniak-Wasser-Gemisch, dazu verwendet, mittels der der feuchten Trocknungsluft im Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 entzogener Wärmeenergie in einem Entgaser 32 auf niedrigem Druckniveau eine Arbeits¬ mittelkomponente, z.B. Ammoniak, gasförmig aus der reichen Arbeitsmittellösung auszutreiben. Die Wärmeübertragung vom Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 zum Entgaser 32 erfolgt dabei im dargestellten Fall über einen zwischengeschalteten Wasser-Kreislauf 34, wobei jedoch ersichtlich ist, daß der Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 mit dem Entgaser 32 auch zu einer gemeinsamen Baueinheit zusammengebaut sein könnte, wobei der Wasser-Kreislauf dann entfallen würde.
Die im Entgaser 32 durch das Austreiben der gasförmigen Komponente, d.h. des Ammoniaks, entstehende arme Lösung wird über eine Leitung 36 mit eingeschalteter Lösungspumpe 38 unter Druckerhδhung zum hochdruckseitig vorgesehenen Resorber 40 gefördert. Die im Entgaser 32 gasförmig ausge- triebene Komponente des Arbeitsmittels, d.h. das Ammoniak, wird andererseits mittels eines, in eine den Entgaser 32 mit dem Resorber 40 verbindende Leitung 42 mit eingeschal¬ tetem Kompressor 44 unter Druckerhδhung zum Resorber 40 geführt und dort unter Abfuhr von Resorptionswärme in der Lösung wieder resorbiert. Die dann wieder reiche Lösung strömt anschließend über eine Leitung 46 zum Entgaser 32 zurück, wobei durch ein in die Leitung 46 eingeschaltetes Drosselorgan 48 der Druck in der reichen Lösung erniedrigt wird. Im Entgaser 32 kann dann wieder über den Wasser- Kreislauf 34 vom Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 zugeführte Wärme aufgenommen und Ammoniak gasförmig aus der reichen Lösung ausgetrieben werden. In die Leitungen 36 und 46 des Lδsungskreislaufs ist dann zweckmäßig - der bei Zweistoff- Kompressions-Wärmepumpen übliche - Temperaturwechsler 50 eingeschaltet.
Die Resorptionswärme wird im Resorber 40 auf über eine Leitung 52 zugeführtes Speisewasser übertragen, welches dabei verdampft wird und dann mit einem Druck von etwa 3 bar oder höher als Niederdruck-Prozeßdampf in die Prozeßdampf-Leitung 54 eingespeist wird. Die Leitung 54 führt zum Papiertrockner 14, d.h. dient zur Beheizung der Trocknungszylinder, wobei die Temperatur des in die Zylinder eintretenden Dampfs dann - entsprechend der Tempe¬ ratur des Prozeßdampfs von konventionellen Papiermaschinen - 140° bis 150°C betragen möge. Der im Papiertrockner kondensierende Dampf wird dann durch eine Pumpe 56 über die Leitung 52 wieder als Speisewasser zum Resorber 40 zurück¬ gefordert.
Der von der feuchten Trocknungsluft durchströmte Raum des Luft/Wasser-Wärmetauschers 18 ist zusätzlich über eine
Zweigleitung 58 mit der Prozeßdampf-Leitung 54 verbunden, wobei der Obertritt von Prozeßdampf in den Luft/Wasser- Wärmetauscher durch ein in die Zweigleitung eingeschaltetes und normalerweise geschlossenes Oberstrδmventil 60 verhin- dert wird. Muß die Papiermaschine wegen Risses der Papier¬ bahn kurzzeitig stillgesetzt, d.h. die Dampfzufuhr zum Papiertrockner 14 abgeschaltet werden, wird das Obertrδm¬ ventil 60 über eine die Druckerhδhung in der Prozeßdampf- Leitung 52 abtastende Steuereinrichtung geöffnet und der im Resorber erzeugte Prozeßdampf somit in den Luft/Wasser- Wärmetauscher 18 geführt. Dadurch steht weiterhin Wärme¬ energie für die Entgasung des Arbeitsmittels im Entgaser 32 der Wärmepumpe 10 zur Verfügung, die also ständig weiterbe¬ trieben werden kann, ohne daß eine zusätzliche Dampfquelle erforderlich wäre.Außerdem kann der Prozeßdampf dabei gleichzeitig zur Entfernung von während des normalen Betriebes luftseitig auf den wämetauschenden Flächen des
Luft/Wasser-Wärmetauschers 18 niedergeschlagenen Verschmut¬ zungen dienen. Beim Wiederanfahren der Papiermaschine steht somit unmittelbar wieder Prozeßdampf für die Beheizung der Trocknungszylinder des Papiertrockners 14 zur Verfügung, indem einfach die Zufuhr der Prozeßdampf-Leitung 54 zum
Papiertrockner geöffnet und hierdurch das Überströmventil 60 geschlossen wird.
Die im Trocknungsluft-Vorwärmer 28 zur Wiedererwärmung der im Wärmetauscher 18 abgekühlten Luft erforderliche Wärme¬ energie wird ebenfalls der Wärmepumpe 10 entnommen, wofür die reiche Lösung vom Resorber 40 zum Entgaser 32 führende Leitung 46 zwischen dem Resorber 40 und dem Wärmewandler 50 angezapft und über eine Leitung 62 mit dem Trocknungsluft- Vorwärmer 28 verbunden wird. Ober eine Rückführleitung 64 wird der über die Anzapf-Leitung 62 zum Trocknungsluft-Vor¬ wärmer geführte und durch Abgabe von Wärmeenergie abge¬ kühlte Teil der reichen Lösung in die Leitung 46, und zwar im Bereich zwischen dem Wärmewandler 50 und dem Drossel- organ 48 zurückgeführt. In dem im Schaltbild dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen, daß über einen zwischen die Anzapfleitung 62 und die Rückführ¬ leitung 64 geschaltete Wärmetauscher 68 der reichen Lösung zusätzlich Nützwärme für den Betrieb eines Nutzwär e-Kreis- laufs - beispielsweise eines Heizungskreislaufs - entnommen werden kann. Dieser Nutzwärme-Kreislauf 70 ist nur schema¬ tisch als Kreislauf mit einem eingeschalteten Verbraucher 72 und einer Umwälzpumpe 74 dargestellt.
Die zum Betrieb der Aggregate der Wärmepumpe 10 ebenso wie des Trocknungsluft-Kreislaufs vorgesehenen Aggregate erfor¬ derliche Antriebsenergie wird im dargestellten Fall von einem elektrischen Generator 76 geliefert, der seinerseits von einem Gasmotor 78 angetrieben sein möge. Um die Motorenabwärme des Gasmotors 78 für den Papiertrocknungs- prozeß nutzbar zu machen, ist ein Wärmetauscher 80 vorge- sehen, der in Parallelschaltung zum Wärmewechsler 50 hoch- druckseitig von einem Teil der über die Leitung 36 vom Ent¬ gaser 32 zum Resorber 40 geförderten armen Lösung durch¬ strömt wird.
In Figur 2 ist in einem Mollier-Diagra m für feuchte Luft - in welchem die Temperatur über dem Wassergehalt aufgetragen ist - schematisch ein konventioneller Trocknungsprozeß a einem in der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anlage durchgeführten Papier-Trocknungsprozeß b gegenüber- gestellt, wobei die Linie S die Sättigungslinie darstellen möge, unterhalb deren ein beispielsweise bei höherer Tempe¬ ratur als Wasserdampf vorliegender Wassergehalt unter Abgabe von Kondensationswärme zu flüssigem Wasser konden¬ siert.
Bei konventionellen Papier-Trocknungsprozessen wird so ver¬ fahren, daß (im Punkt 1) Luft mit einer Außentemperatur von beispielsweise 15°C der Umgebungsatmosphäre entnommen und durch Wärmezufuhr (bis zum Punkt 2) erwärmt und dabei ihre relative Luftfeuchte verringert wird. Bei weiterer Wärmezu¬ fuhr nimmt die Luft dann (bis zum Punkt 3) Feuchtigkeit im Papiertrockner auf. Durch Abkühlung der feuchten Abluft des Papiertrockners erhöht sich die relative Luftfeuchte der Trocknungsluft (bis zum Punkt 4) auf 100%, wobei durch weitere Temperaturabsenkung (bis zum Punkt 5) ein Teil des Wasserdampfs kondensiert und in flüssiger Form anfällt. In dem im Punkt 5 erreichten Zustand wird die immer noch deut¬ lich über der Umgebungstemperatur erwärmte Trocknungsluft mit einer relativen Feuchte von 100% als Abluft in die Umgebungsatmosphäre abgegeben. Die dabei auftretende schnelle Abkühlung der Abluft auf Umgebungstemperatur führt fast zwangsläufig zu Schwaden- bzw. Nebelbildung durch den kondensierenden Wasserdampf. Nur in Ausnahmefällen, d.h. wenn die Umgebungsatmosphäre relativ trocken und warm ist, wird eine solche Schwadenbildung vermeidbar sein. In jedem Falle wird aber im örtlichen Kleinklima eine Erhöhung des Wasserdampfgehaltes der Umgebungsatmosphäre eintreten und eventuell in der feuchten Abluft enthaltene Schadstoffe treten in die Umgebungsatmosphäre aus.
Demgegenüber wird bei dem in der erfindungsgemäßen Anlage durchgeführten Trocknungsprozeß der Außenatmosphäre keine Trocknungsluft entnommen und auch keine feuchte Abluft an die Außenatmosphäre abgegeben. Vielmehr wird im Punkt 1* die aus dem Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 austretende - deutlich über der Umgebungstemperatur liegende - Trock- nungsluft im Trocknungsluft-Vorwärmer 28 auf der dem Punkt 2* entsprechende Temperatur mit entsprechend verringerter relativer Feuchte erwärmt. Im Papiertrockner 14 nimmt die erwärmte Trocknungsluft von den dampfbeheizten Trocknungs¬ zylindern aus der Papierbahn ausgetriebenen Wasserdampf (bis zum Punkt 3*) auf. Dieser - noch nicht völlig gesät¬ tigten - Trocknungsluft wird dann im Luft/Wasser-Wärme¬ tauscher 18 Wärme entzogen und zum Entgaser 32 geführt, d.h. die Temperatur sinkt zunächst vom Punkt 3* zum Punkt 4* ab, d.h. sie sättigt sich. Weitere Abkühlung auf eine der Ausgangstemperatur am Punkt 1* entsprechende Temperatur führt dann zu einer Kondensation von Wasserdampf und das anfallende Kondensat wird über die Kondensatleitung 22 in den Papierherstellungsprozeß zurückgeführt. Die gesamte Kondensationswärme wird dabei im Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 aufgenommen, d.h. kann zum Austreiben von gasförmiger
Arbeitsmittelkomponente, d.h. von Ammoniak, im Entgaser 32 aus dem Arbeitsmittel der Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe 10 verwendet werden.
Aus dem vorstehenden Vergleich der Papier-Trocknungs¬ prozesse a und b geht hervor, daß über die aus Gründen der Verringerung der Umweltbelastung wesentliche Führung der //
Trocknungsluft in geschlossenem Kreislauf durch Vermeidung des Austrags von Wasserdampf sowie eventueller weiterer Schadstoffe in die Umgebungsatmosphäre hinaus eine wesent¬ liche Ersparnis an einzusetzender Primärenergie erzielt wird, weil die Kondensationswärme des im Papiertrockner 14 aus der zu trocknenden Papierbahn ausgetriebene Wasserdampf vollständig zur niederdruckseitigen Entgasung des Zwei¬ stoff-Arbeitsmittels der Wärmepumpe 10 zur Verfügung steht. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Aus- gestaltung der Papiertrocknungsanlage liegt auch darin,.daß konventionelle, d.h. nach dem Trocknungsprozeß a betriebene Anlagen nachträglich auf die im Prozeß b veranschaulichte Arbeitsweise umrüstbar sind, wobei es durch die Wahl höherer Ausgangstemperaturen für die Trocknungsluft gelingt, die im Trocknungskreislauf umgewälzten Luftmengen (Vι= V- * )sowie deren relative Feuchte am Ende des Trock¬ nungsprozesses, d.h. am Punkt 3 bzw. 3* {ά.h . < 3= - * ) unverändert zu belassen, so daß weder die Querschnitte für die zur Förderung der Trocknungsluft dienenden Kanäle noch die Leistung der Fördergebläse sich ändert, d.H. diese Bau¬ teile unverändert übernommen werden können.

Claims

13.P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Rückgewinnung von in der aus dem Papier¬ trockner von Papiermaschinen austretenden feuchten Trock¬ nungsluft enthaltener Abwärme mittels einer niederdruck- seitig mit der Trocknungsluft entnommener Wärmeenergie beaufschlagten Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe, mit welcher hσchdruckseitig aus Speisewasser Prozeßdampf zur Beheizung der Trocknungszylinder des Papiertrockners der Papiermaschine erzeugt und außerdem anschließend in einem Trocknungsluft-Vorwärmer die zur Trocknung verwendete Luft vorgewärmt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trocknungsluft in der Papiermaschine in einem im wesentlichen geschlossenen, vom Trocknungsluft-Vorwärmer, dem diesem nachgeschalteten Papiertrockner und einem dem Papiertrockner nach- und dem Trocknungsluft-Vorwärmer vor¬ geschalteten, eine Rückführung für flüssig anfallendes Kondensat des Wasserdampfs in den Papierherstellungsprozeß aufweisenden, mit dem Entgaser der Zweistoff-Kompressions- Wärmepumpe in wärmeübertragender Verbindung stehenden Wärmetauscher gebildeten Kreislauf geführt wird, und daß die aus dem Papiertrockner austretende feuchtigkeits¬ beladene Luft im nachgeschalteten Wärmetauscher auf eine gegenüber der Temperatur der Umgebungsluft deutlich höhere Temperatur abgekühlt wird.
2. Anlage zur Durchführung-des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen geschlossenen Trocknungsluft-Kreislauf (12) , der vom Trocknungsluft- Vorwärmer (28) , dem diesem nachgeschalteten Papiertrockner (14) und dem dem Papiertrockner (14) nach- und dem Trock¬ nungsluft-Vorwärmer (28) vorgeschalteten Wärmetauscher (18) mit einer Rückführung für flüssig anfallendes Kondensat des Wasserdampfs in den Papierherstellungsprozeß gebildet wird, und durch eine wärmeübertragende Verbindung des Wärme- AI tauschers (18) mit dem Entgaser (32) der Zweistoff-Kompres¬ sions-Wärmepumpe (10) .
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die aus dem Papiertrockner (14) austretende feuchte Trock¬ nungsluft abkühlende Wärmetauscher (18) über einen geschlossenen Flüssigkeits-, vorzugsweise Wasser-Kreislauf (34) , mit dem Entgaser (32) der Zweistoff-Kompressions- Wärmepumpe (10) verbunden ist.
4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die zum Antrieb der Aggregate der Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe
- (10) sowie des Trocknungskreislaufs (12) erforderliche Antriebsenergie mittels einer Verbrennungskraftmaschine (78) erzeugt wird, gekennzeichnet durch einen einerseits von der Motorenabwärme der Verbrennungskraftmaschine (78) beaufschlagten und andererseits mit wenigstens einem Teil der vom Entgaser (32) zum Resorber (40) der Zweistoff- Kompressions-Wärmepumpe (10) geförderten, auf Resorberdruck befindlichen armen Lösung durchströmten Wärmetauscher (80) .
5. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine das aus dem den Trocknungszylindern des Papier¬ trockners (14) zugeführten Dampf entstehende Kondensat als Speisewasser zum Resorber (40) der Zweistoff-Kompressions- Wärmepumpe (10) zurückführende Kondensat-Leitung (52) .
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