WO2012085093A1 - Abwärmenutzungsanlage - Google Patents

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WO2012085093A1
WO2012085093A1 PCT/EP2011/073602 EP2011073602W WO2012085093A1 WO 2012085093 A1 WO2012085093 A1 WO 2012085093A1 EP 2011073602 W EP2011073602 W EP 2011073602W WO 2012085093 A1 WO2012085093 A1 WO 2012085093A1
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waste heat
speed
orc
expansion
heat recovery
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PCT/EP2011/073602
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Stefan Müller
Konrad Herrmann
Anayet Temelci-Andon
Harald Köhler
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Definitions

  • the invention relates to a waste heat recovery system according to the preamble of claim 1.
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • ORC plants for example, in the utilization of biomass in connection with combined heat and power, especially at relatively low power, so if the conventional biomass combustion technology seems relatively expensive.
  • Biomass plants often have a fermenter for biogas production, which usually has to be heated.
  • US Pat. No. 4,901,531 discloses a diesel unit integrated into a Rankine process, one cylinder serving for the expansion according to Rankine and the others working as a diesel engine.
  • US Pat. No. 4,334,409 discloses a Rankine process in which the working fluid is preheated by a heat exchanger through which the air is passed from the outlet of a compressor of an internal combustion engine.
  • Combined heat and power plants as plants for combined heat and power are well known. These are decentralized, usually powered by internal combustion engines power generation systems with simultaneous waste heat recovery. The discharged during the combustion of the cooling media heat is used as completely as possible for the heating of suitable objects.
  • the engine manufacturers prescribe a cooling water inlet temperature of only approx. 40 to 50 ° C for the mixture cooling so that the mixture can be sufficiently cooled. Since this temperature level is relatively low, the heat extracted from the fuel gas mixture in the previously known combined heat and power plants is released to the environment, for example with a table cooler.
  • a second heating circuit draws heat from engine cooling water and exhaust gas of the internal combustion engine and is connected to the second heat exchanger after the feed pump, the heat from the cooling circuit and the exhaust gas for overheating and evaporation of the process medium in ORC and coupled as high temperature heat in the second heat exchanger after the feed pump becomes.
  • the invention is therefore based on the object to optimize an existing from a waste heat source downstream ORC waste heat recovery system in terms of structure and performance.
  • the waste heat recovery system is characterized in that the expansion machine for steam expansion in ORC is approached by means of the generator operating in engine operation and brought to a presettable in a control device minimum starting speed.
  • the minimum starting speed preferably corresponds to about two-thirds of a minimum operating speed.
  • the steam valve upon reaching the minimum starting speed, the steam valve is opened at the inlet of the steam expansion expansion machine in the ORC, and during the further opening of the steam valve, the speed is raised again, so that the generator changes from the engine operation to the normal generator operation.
  • This is advantageous because the expansion machine is connected to the generator or Fangs on this as an electric motor hangs and does not have to be synchronized to the network.
  • a control device for the expansion engine for steam expansion in ORC optimal for a current operating point speed In this case, in a first step, starting from a minimum speed, a slow up-control under evaluation of the generator power, until in a second step with increasing speed and at the same time falling generator power exceeding an apex is detected. In a third step, the speed is reduced, and in further steps, the sequences of steps two and three are repeated until the speed settles at the point of maximum generator power.
  • the optimum for a current operating point for the expansion engine for steam expansion in ORC speed in a control device via a map is predetermined.
  • in a map of input and / or output pressure at the expander of an optimal speed associated with the current operating condition and the current input and / or output pressure is measured on the expansion machine, evaluated and in the control device matched with the map, in order to regulate the speed.
  • the inlet and / or outlet temperature at the expander can be assigned to an optimum speed in a map and to determine the current operating state, the current inlet and / or outlet temperature is measured at the expansion machine, evaluated and in the control device with the Characteristic adjusted to control the speed.
  • the generator integrated with the steam expansion expansion machine in the ORC has a coupled frequency converter for variable speed operation.
  • a controlled bypass with at least one throttle valve in the ORC circuit is provided around the expansion machine. hen.
  • This bypass is in the start-up phase, ie at a relatively low temperature of the working medium, initially opened, so that the working medium is passed around the expansion machine to avoid the unwanted ingress of liquid phase residues in the working medium in the expansion machine.
  • the bypass is closed and a steam valve connected upstream of the expansion machine is opened.
  • Waste heat sources can be, for example, combined heat and power plants, industrial plants or boiler plants.
  • the starting phase of the expansion machine is also optimized according to the invention. At the same time maximum reliability and protection against refrigerant condensation is achieved when the coupled with the motor-driven generator run-up of the expansion machine takes place without refrigerant. Because the refrigerant partial flow used for this purpose is conducted via the generator unit on the cooling side, it absorbs the heat produced by losses during the engine operation.
  • the thermal state of the expander is monitored as well as other constraints. These include as starting conditions, for example, a minimum pressure of the refrigerant in the ORC cycle, switch-on conditions for a magnetic bearing of a turbine rotor and a review of all operationally necessary units.
  • the drawing illustrates an embodiment of the invention and shows in a single figure the schematic structure of a waste heat recovery system, consisting of one of these downstream ORC.
  • ORC circuit 1 The essential components for the ORC are an ORC circuit 1, a feed pump 2, an evaporator 3, a steam expansion expansion machine 4, which is coupled to a generator 5, a condenser 6 for recooling via a heat pump. Valley 7 and the heat exchanger 8, 9 for preheating the working medium in the ORC circuit. 1
  • the two heat exchangers 8, 9 are connected downstream of the feed pump 2 in series.
  • the first heat exchanger 8 after the feed pump 2 serves as a first stage for coupling low-temperature heat and the subsequent heat exchanger 9 as a second stage for coupling high-temperature heat from a waste heat source 10th
  • a second heating circuit 1 1 is connected to its flow area with the evaporator 3 of the ORC, because the temperature level is initially high enough for its direct heating. Thereafter, the second heating circuit 1 1 opens the return side in the second heat exchanger 9 and there are still residual heat from the ORC.
  • a liquid refrigerant partial stream 12 for cooling the expansion machine 4 is branched off and initially passed through the generator 5. Thereafter, the cooling medium flows through the housing of the expansion machine 4, where it ensures sufficient heat dissipation.
  • a steam valve 13 is opened at the inlet of the expansion machine 4 for steam expansion in ORC and during the further opening s of the steam valve 13 is a further ramping up the speed, so that the generator 5 passes from the engine operation in the normal generator operation.
  • a controlled bypass 14 with at least one throttle valve 15 is provided around the expansion machine 4.
  • This bypass 14 is initially open in the starting phase, ie at a still relatively low temperature of the working medium.
  • the working medium is passed around the expansion machine 4 around.
  • the throttle valve 15 in the bypass 14 is closed and the expansion valve 4 upstream steam valve 13 is opened.

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Abstract

Abwärmenutzungsanlage für eine Abwärmequelle (10), bestehend aus einem dieser nachgeschalteten ORC (Organic-Rankine-Cycle), wobei die Abwärmequelle (10) mit der Beheizungsvorrichtung des ORC in Verbindung steht, sowie mit einer mit einem Generator (5) gekoppelten Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, eine aus einem einer Abwärmequelle nachgeschalteten ORC bestehende Abwärmenutzungsanlage im Hinblick auf Aufbau und Betriebsverhalten zu optimieren. Erfindungsgemäß wird daher die Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC mittels des im motorischen Betrieb arbeitenden Generators (5) angefahren und auf eine in einer Regeleinrichtung vorgebbare Mindest-Startdrehzahl gebracht.

Description

BESCHREIBUNG
Abwärmenutzunqsanlaqe
Die Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei einem ORC (Organic-Rankine-Cycle) handelt es sich um einen thermodynamischen Kreisprozess nach Rankine. Dies bedeutet, dass ein Arbeitsmedium verschiedene thermo- dynamische Zustände durchläuft, um am Ende wieder in den flüssigen Ausgangszustand überführt zu werden. Dabei wird das Arbeitsmedium mit einer Pumpe auf ein höheres Druckniveau gebracht. Danach wird das Arbeitsmedium auf die Verdampfungstemperatur vorgewärmt und anschließend verdampft.
Es handelt sich somit um einen Dampfprozess, bei dem an Stelle von Wasser ein organisches Medium verdampft wird. Der entstandene Dampf treibt eine Expansionsmaschine an, beispielsweise eine Turbine, einen Kolben- oder Schraubenmotor, welcher wiederum mit einem elektrischen Generator gekoppelt ist, um Strom zu erzeugen. Nach der Arbeitsmaschine gelangt das Prozessmedium in einen Verflüssiger und wird dort unter Wärmeabgabe zurückgekühlt. Da Wasser unter atmosphärischen Bedingungen bei 100 °C verdampft, kann Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau, wie zum Beispiel Industrieabwärme oder Erdwärme, oftmals nicht zur Stromerzeugung genutzt werden. Verwendet man allerdings organische Medien mit niedrigeren Siedetemperaturen, so lässt sich Niedertemperaturdampf erzeugen.
Vorteilhaft in der Anwendung sind ORC-Anlagen beispielsweise auch bei der Verwertung von Biomasse im Zusammenhang mit Kraft-Wärme-Kopplung, insbesondere bei relativ kleinen Leistungen, also wenn die herkömmliche Biomasse-Feuerungstechnik relativ teuer erscheint. Biomasseanlagen besitzen häufig einen Fermenter zur Biogaserzeugung, welcher in der Regel beheizt werden muss.
Gattungsgemäße Abwärmenutzungsanlagen sind aus dem Bereich der Kraft-Wärme- Kopplung bekannt und bestehen aus einem mit einem nachgeschalteten ORC kombinierten BHKW, also einem Blockheizkraftwerk. Aus der DE 195 41 521 A1 geht eine Anlage zur Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades bei der Verstromung von Sondergasen mittels Verbrennungsmotoren hervor, bei der die Abwärme des Motors in einer nachge- schalteten Energieumwandlungsanlage zur weiteren Stromerzeugung genutzt wird. Allerdings ist dabei nur die Hochtemperaturwärme aus dem Kühlwasserkreislauf sowie aus dem Abgaswärmetauscher des Motors zur Verwertung vorgesehen.
Weiterhin ist aus der US 4 901 531 ein in einen Rankine-Prozess integriertes Diesel- Aggregat bekannt, wobei ein Zylinder der Expansion gemäß Rankine dient und die anderen als Dieselmotor arbeiten. Aus der US 4 334 409 geht eine nach dem Rankine-Prozess arbeitende Anordnung hervor, bei der das Arbeitsfluid mit einem Wärmetauscher vorgeheizt wird, über den die Luft aus dem Auslass eines Kompressors einer Maschine mit innerer Verbrennung geführt ist.
Blockheizkraftwerke (BHKW) als Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung sind allgemein bekannt. Es handelt sich dabei um dezentrale, meistens mit Verbrennungskraftmaschinen angetriebene Stromerzeugungsanlagen mit gleichzeitiger Abwärmenutzung. Die bei der Verbrennung über die Kühlmedien ausgetragene Wärme wird dabei möglichst vollständig zur Beheizung geeigneter Objekte genutzt.
Insbesondere bei Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen mit nachgeschaltetem ORC als Abwär- mekraftwerk haben sich Maschinen durchgesetzt, die auf Motoren mit einem Abgasturbolader zur Aufladung basieren. Man kommt damit der Forderung nach Maschinen mit sehr hohen elektrischen Wirkungsgraden nach, die sich nur mit Turboaufladung und Rückküh- lung des durch die Verdichtung erhitzten Brenngasgemisches erreichen lassen. Generell ist eine Kühlung des Brenngasgemisches erforderlich, weil ansonsten die Füllung der Zylinder relativ schlecht wäre. Mit der Kühlung wird die Dichte des angesaugten Gemisches größer und es verbessert sich der Füllungsgrad. Damit steigen die Leistungsausbeute und der mechanische Wirkungsgrad des Motors.
Die Motorenhersteller schreiben für die Gemischkühlung eine Kühlwassereintrittstemperatur von nur etwa 40 bis 50 °C vor, damit das Gemisch genügend abgekühlt werden kann. Da dieses Temperaturniveau relativ niedrig ist, wird die dem Brenngasgemisch entzogene Wärme bei den bisher bekannten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen an die Umgebung abgegeben, beispielsweise mit einem Tischkühler.
Bekannt ist weiterhin aus der DE 10 2005 048 795 B3 die Vorwärmung des Arbeitsmediums im ORC in zwei Schritten in einer Beheizungsvorrichtung, nämlich dass das Prozessmedium im ORC über zwei in Reihe einer Speisepumpe nachgeschaltete Wärmetauscher erwärmt wird, wobei der erste Wärmetauscher nach der Speisepumpe als erste Stufe zur Einkopplung von Niedertemperaturwärme und der nachfolgende Wärmetauscher als zweite Stufe zur Einkopplung von Hochtemperaturwärme vorgesehen ist. Dabei ist die Gemisch- kühlung der Verbrennungskraftmaschine über einen Kreislauf mit dem ersten Wärmetauscher nach der Speisepumpe verbunden, wobei die Wärme aus der Kühlung des von der Verbrennungskraftmaschine angesaugten Brenngasgemisches zur Vorwärmung des Prozessmediums im ORC dient und als Niedertemperaturwärme im ersten Wärmetauscher eingekoppelt wird. Ein zweiter Heizkreislauf bezieht Wärme aus Motorkühlwasser und Abgas der Verbrennungskraftmaschine und ist mit dem zweiten Wärmetauscher nach der Speisepumpe verbunden, wobei die Wärme aus dem Kühlkreislauf und dem Abgas zur Überhitzung und Verdampfung des Prozessmediums im ORC dient und als Hochtemperaturwärme im zweiten Wärmetauscher nach der Speisepumpe eingekoppelt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine aus einem einer Abwärmequelle nachgeschalteten ORC bestehende Abwärmenutzungsanlage im Hinblick auf Aufbau und Betriebsverhalten zu optimieren.
Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Abwärmenutzungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine zur Dampfexpansion im ORC mittels des im motorischen Betrieb arbeitenden Generators angefahren und auf eine in einer Regeleinrichtung vorgebbare Mindest-Startdrehzahl gebracht wird. Dabei entspricht die Mindest-Startdrehzahl vorzugsweise etwa zwei Dritteln einer Mindest-Betriebsdrehzahl. Ein maßgeblicher Vorteil durch den im motorischen Betrieb arbeitenden Generator liegt in der geringen Lagebelastung in der Startphase, weil die Expansionsmaschine noch nicht mit Kältemittel beaufschlagt ist. Ansonsten könnte es eventuell in der noch kühlen Expansionsmaschine zur unerwünschten Kondensation von geringen Mengen an Kältemittel kommen. Deren Kühlung, ebenfalls durch einen Kältemittel-Teilstrom, allerdings in flüssiger Phase, arbeitet dann aber schon.
Erfindungsgemäß wird beim Erreichen der Mindest-Startdrehzahl das Dampfventil am Ein- lass der Expansionsmaschine zur Dampfexpansion im ORC geöffnet und während des weiteren Öffnens des Dampfventils erfolgt ein weiteres Hochfahren der Drehzahl, so dass der Generator vom motorischen Betrieb in den normalen Generatorbetrieb übergeht. Dies ist vorteilhaft, weil die Expansionsmaschine gleich vom Start an am Generator bzw. an- fangs an diesem als Elektromotor hängt und nicht zum Netz synchronisiert werden muss. Bei vollständig geöffnetem Dampfventil und erreichter Mindest-Betriebsdrehzahl in der Regeleinrichtung wird dann ein Prozess zur Drehzahloptimierung im Hinblick auf die aktuelle Betriebssituation freigegeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ermittelt eine Regeleinrichtung für die Expansionsmaschine zur Dampfexpansion im ORC die für einen aktuellen Betriebspunkt optimale Drehzahl. Dabei erfolgt in einem ersten Schritt, ausgehend von einer Minimaldrehzahl, ein langsames Hochregeln unter Auswertung der Generatorleistung, bis in einem zweiten Schritt bei steigender Drehzahl und bei gleichzeitig fallender Generatorleistung ein Überschreiten eines Scheitelpunktes erkannt wird. In einem dritten Schritt erfolgt eine Reduzierung der Drehzahl, und in weiteren Schritten werden die Abläufe der Schritte zwei und drei so lange wiederholt, bis sich die Drehzahl am Punkt der maximalen Generatorleistung einpendelt.
Vorteilhafterweise ist die für einen aktuellen Betriebspunkt für die Expansionsmaschine zur Dampfexpansion im ORC optimale Drehzahl in einer Regeleinrichtung über ein Kennfeld vorgebbar.
So sind in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einem Kennfeld der Ein- und/oder Ausgangsdruck an der Expansionsmaschine einer optimalen Drehzahl zugeordnet und zur Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes wird der aktuelle Ein- und/oder Ausgangsdruck an der Expansionsmaschine gemessen, ausgewertet und in der Regeleinrichtung mit dem Kennfeld abgeglichen, um damit die Drehzahl einzuregeln. Alternativ oder ergänzend dazu können in einem Kennfeld die Ein- und/oder Austrittstemperatur an der Expansionsmaschine einer optimalen Drehzahl zugeordnet sein und zur Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes wird die aktuelle Ein- und/oder Austrittstemperatur an der Expansionsmaschine gemessen, ausgewertet und in der Regeleinrichtung mit dem Kennfeld abgeglichen, um damit die Drehzahl einzuregeln.
Vorzugsweise weist der mit der Expansionsmaschine zur Dampfexpansion im ORC integrierte Generator einen gekoppelten Frequenzumrichter für einen drehzahlvariablen Betrieb auf.
In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist um die Expansionsmaschine herum ein geregelter Bypass mit mindestens einem Drosselventil im ORC-Kreislauf vorgese- hen. Dieser Bypass ist in der Startphase, also bei noch relativ niedriger Temperatur des Arbeitsmediums, zunächst geöffnet, so dass das Arbeitsmedium um die Expansionsmaschine herum geleitet wird, um das unerwünschte Eindringen von flüssigen Phasenresten im Arbeitsmedium in die Expansionsmaschine zu vermeiden. Sobald der ORC-Kreislauf seinen Soll-Betriebszustand erreicht hat und dies zum Beispiel über ein entsprechendes, vorgebbares Temperaturniveau oder andere Parameter detektiert wird, wird der Bypass geschlossen und ein der Expansionsmaschine vorgeschaltetes Dampfventil geöffnet.
Mit der Erfindung werden Aufbau und Betriebsverhalten einer aus einem einer Abwärme- quelle nachgeschalteten ORC bestehenden Abwärmenutzungsanlage optimiert. Abwärme- quellen können beispielsweise Blockheizkraftwerke, Industrieanlagen oder Kesselanlagen sein.
Die Startphase der Expansionsmaschine wird erfindungsgemäß ebenfalls optimiert. Gleichzeitig wird eine maximale Betriebssicherheit und Schutz vor Kältemittelkondensation erreicht, wenn der mit dem motorisch betriebenen Generator gekoppelte Hochlauf der Expansionsmaschine ohne Kältemittel stattfindet. Weil auf der Kühlungsseite der dafür eingesetzte Kältemittel-Teilstrom über die Generatoreinheit geführt wird, nimmt dieser dort die durch Verluste entstehende Wärme während des motorischen Betriebes auf.
Der thermische Zustand der Expansionsmaschine wird genauso überwacht, wie andere Randbedingungen. Dazu gehören als Startbedingungen beispielsweise ein Mindestdruck des Kältemittels im ORC-Kreislauf, Einschaltbedingungen für eine magnetische Lagerung eines Turbinenläufers sowie eine Überprüfung aller betriebsnotwendigen Aggregate.
Erfindungsgemäß findet somit ein vollautomatisch und elektronischer Anfahrvorgang für die Abwärmenutzungsanlage statt. Ebenso ein automatisierter Normalbetrieb mit variablen, der aktuellen Betriebssituation angepassten Betriebsdrehzahlen sowie ein Abfahrbetrieb.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur den schematischen Aufbau einer Abwärmenutzungsanlage, bestehend aus einem dieser nachgeschalteten ORC.
Die für den ORC betriebswichtigen Komponenten sind ein ORC-Kreislauf 1 , eine Speisepumpe 2, ein Verdampfer 3, eine Expansionsmaschine 4 zur Dampfexpansion, welche mit einem Generator 5 gekoppelt ist, ein Verflüssiger 6 für die Rückkühlung über eine Wärme- senke 7 sowie die Wärmetauscher 8, 9 zur Vorwärmung des Arbeitsmediums im ORC- Kreislauf 1 .
Die beiden Wärmetauscher 8, 9 sind in Reihe der Speisepumpe 2 nachgeschaltet. Dabei dient der erste Wärmetauscher 8 nach der Speisepumpe 2 als erste Stufe zur Einkopplung von Niedertemperaturwärme und der nachfolgende Wärmetauscher 9 als zweite Stufe zur Einkopplung von Hochtemperaturwärme aus einer Abwärmequelle 10.
Ein zweiter Heizkreislauf 1 1 ist mit seinem Vorlaufbereich mit dem Verdampfer 3 des ORC verbunden, weil das Temperaturniveau zunächst ausreichend hoch für dessen direkte Beheizung ist. Danach mündet der zweite Heizkreislauf 1 1 rücklaufseitig in den zweiten Wärmetauscher 9 und gibt dort noch vorhandene Restwärme an den ORC ab.
Ein flüssiger Kältemittel-Teilstrom 12 zur Kühlung der Expansionsmaschine 4 wird abgezweigt und zunächst durch den Generator 5 geführt. Danach strömt das Kühlmedium durch das Gehäuse der Expansionsmaschine 4 und sorgt dort für ausreichende Wärmeabfuhr.
Beim Erreichen einer Mindest-Startdrehzahl wird ein Dampfventil 13 am Einlass der Expansionsmaschine 4 zur Dampfexpansion im ORC geöffnet und während des weiteren Öffnen s des Dampfventils 13 erfolgt ein weiteres Hochfahren der Drehzahl, so dass der Generator 5 vom motorischen Betrieb in den normalen Generatorbetrieb übergeht.
Um die Expansionsmaschine 4 herum ist ein geregelter Bypass 14 mit mindestens einem Drosselventil 15 vorgesehen. Dieser Bypass 14 ist in der Startphase, also bei noch relativ niedriger Temperatur des Arbeitsmediums, zunächst geöffnet. Damit wird das Arbeitsmedium um die Expansionsmaschine 4 herum geleitet. Sobald der ORC-Kreislauf 1 seinen Soll- Betriebszustand erreicht hat, wird das Drosselventil 15 im Bypass 14 geschlossen und das der Expansionsmaschine 4 vorgeschaltete Dampfventil 13 geöffnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Abwärmenutzungsanlage für eine Abwärmequelle (10), bestehend aus einem dieser nachgeschalteten ORC (Organic-Rankine-Cycle), wobei die Abwärmequelle (10) mit der Beheizungsvorrichtung des ORC in Verbindung steht, sowie mit einer mit einem Generator (5) gekoppelten Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC,
dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC mittels des im motorischen Betrieb arbeitenden Generators (5) angefahren und auf eine in einer Regeleinrichtung vorgebbare Mindest-Startdrehzahl gebracht wird.
2. Abwärmenutzungsanlage nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mindest-Startdrehzahl etwa zwei Dritteln einer Mindest- Betriebsdrehzahl entspricht.
3. Abwärmenutzungsanlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen der Mindest-Startdrehzahl ein Dampfventil (13) am Einlass der Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC geöffnet wird und dass während des weiteren Öffnen s des Dampfventils (13) ein weiteres Hochfahren der Drehzahl erfolgt und der Generator (5) vom motorischen Betrieb in den normalen Generatorbetrieb übergeht.
4. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass bei vollständig geöffnetem Dampfventil (13) und erreichter Mindest-Betriebsdrehzahl in der Regeleinrichtung ein Prozess zur Drehzahloptimierung freigegeben wird.
5. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung für die Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC die für einen aktuellen Betriebspunkt optimale Drehzahl ermittelt, indem in einem ersten Schritt ausgehend von einer Minimaldrehzahl ein langsames Hochregeln unter Auswertung der Generatorleistung erfolgt, in einem zweiten Schritt bei steigender Drehzahl und bei gleichzeitig fallender Generatorleistung ein Überschreiten eines Scheitelpunktes erkannt wird, in einem dritten Schritt eine Reduzierung der Drehzahl erfolgt, und indem in weiteren Schritten die Abläufe der Schritte zwei und drei so lange wiederholt werden, bis sich die Drehzahl am Punkt der maximalen Generatorleistung einpendelt.
6. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass in einer Regeleinrichtung für die Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC für einen aktuellen Betriebspunkt die optimale Drehzahl über ein Kennfeld vorgebbar ist.
7. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kennfeld der Ein- und/oder Ausgangsdruck an der Expansionsmaschine (4) einer optimalen Drehzahl zugeordnet sind und dass zur Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes der aktuelle Ein- und/oder Ausgangsdruck an der Expansionsmaschine (4) gemessen, ausgewertet und in der Regeleinrichtung mit dem Kennfeld abgeglichen wird, um damit die Drehzahl einzuregeln.
8. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kennfeld die Ein- und/oder Austrittstemperatur an der Expansionsmaschine (4) einer optimalen Drehzahl zugeordnet sind und dass zur Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes die aktuelle Ein- und/oder Austrittstemperatur an der Expansionsmaschine (4) gemessen, ausgewertet und in der Regeleinrichtung mit dem Kennfeld abgeglichen wird, um damit die Drehzahl einzuregeln.
9. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC integrierte Generator (5) einen gekoppelten Frequenzumrichter für einen drehzahlvariablen Betrieb aufweist.
10. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass um die Expansionsmaschine (4) herum ein geregelter Bypass (14) mit mindestens einem Drosselventil (15) im ORC-Kreislauf (1 ) vorgesehen ist.
1 1. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Bypass (14) um die Expansionsmaschine (4) herum in der Startphase zunächst geöffnet ist, und dass dieser geschlossen wird, wenn der ORC-Kreislauf (1 ) ein vorgebbares Temperaturniveau erreicht hat.
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