WO2014128056A1 - Verbrennungsanlage, werkstückbehandlungsanlage und verfahren zum betreiben einer verbrennungsanlage - Google Patents

Verbrennungsanlage, werkstückbehandlungsanlage und verfahren zum betreiben einer verbrennungsanlage Download PDF

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WO2014128056A1
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combustion
heat
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exhaust gas
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Oliver Iglauer
Axel Widenhorn
Wolfgang Tobisch
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Dürr Systems GmbH
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Definitions

  • Combustion plant workpiece treatment plant and method for operating an incinerator
  • the present invention relates to a combustion plant for the chemical conversion of fuel and oxidizer.
  • the solar thermal test plant "SOLHYCO" in Almeria, Spain is known.
  • a heliostat field is provided, by means of which the solar radiation is directed to a radiation receiver in order to heat the air flowing through the absorber tubes of the radiation receiver to more than 800 ° C.
  • This heated air is fed directly to a micro gas turbine and thereby used for power generation.
  • the micro gas turbine can be powered by diesel fuel for power generation, for example.
  • the present invention has for its object to provide a combustion system in which solar radiation with a low technical effort to reduce the amount of fuel required is available.
  • an incinerator which comprises:
  • a combustor for chemically reacting fuel and oxidizer
  • a fuel supply for supplying fuel to the combustion device
  • an oxidizer feed for supplying oxidizer to the combustor
  • a solar thermal device by means of which a heat transfer medium can be heated using solar radiation; and one or more heat exchangers, by means of which heat from the heat transfer medium to the guided in the fuel supply fuel, on the guided in the Oxidatorzu Entry oxidizer and / or on the guided in the exhaust gas exhaust is transferable.
  • the incineration plant can be operated particularly efficiently. In particular, this can reduce the amount of fuel required to operate the incinerator.
  • a heat transfer medium which can be heated by means of solar radiation and by means of which the solar heat to the fuel, the oxidizer and / or the exhaust gas is transferable, the combustion device and the solar thermal device at different locations or positions, in particular spaced from each other, to be arranged.
  • the transfer of the solar heat received by the solar thermal device to the fuel, the oxidizer and / or the exhaust gas is thus preferably carried out by means of a medium different from the fuel, the oxidizer and / or the exhaust gas.
  • the fuel and the heat transfer medium are preferably conducted separately from each other.
  • the oxidizer and the heat transfer medium are preferably conducted separately.
  • the exhaust gas and the heat transfer medium are preferably conducted separately from each other.
  • an indirect heat transfer of the solar heat to the fuel, the oxidizer and / or the exhaust gas can be carried out.
  • the incineration plant comprises an additive device by means of which an additive medium can be fed to the fuel feed, the oxidant feed and / or the flue gas guide.
  • the additive medium is preferably a liquid additive medium.
  • the additive medium comprises water or is water.
  • the additive medium is preferably selected so that it is substantially chemically inert in the combustion device in which fuel and oxidizer are chemically reacted, in particular neither with the oxidizer nor with the fuel.
  • the additive medium comprises hydrocarbons, for example methanol or other alcohols, alkanes, alkenes, alkynes, aldehydes, ketones and / or carboxylic acids or consists of one or more of these substances.
  • hydrocarbons for example methanol or other alcohols, alkanes, alkenes, alkynes, aldehydes, ketones and / or carboxylic acids or consists of one or more of these substances.
  • a mixture of one or more chemically inert substances and one or more chemically reactive substances for example a mixture of water and methanol, may be provided as the additive medium.
  • the additive device is arranged upstream of the one or more heat exchangers with respect to a flow direction of the fuel and / or the oxidizer, by means of which heat from the heat transfer medium to the guided in the fuel supply fuel and / or guided in the Oxidatorzu Entry Oxidator is transferable. It can be provided that the fuel and the oxidizer are at least partially performed together in a common feed.
  • Such a common feed is then at least a portion of the fuel supply and the Oxidatorzu arrangement in which, for example, an additive device and / or a heat exchanger can be arranged.
  • the additive medium is preferably heatable by transferring heat from the heat transfer medium to the additive medium.
  • the additive medium can be converted from a liquid state of matter into a gaseous state of aggregate by transfer of heat from the heat transfer medium to the additive medium, ie. vaporizable, is.
  • the combustion system preferably comprises a control device for controlling and / or regulating the additive device.
  • the additive device is controllable and / or controllable by means of the control device as a function of the heat which can be provided by means of the solar thermal device.
  • the solar thermal device comprises a sensor device, by means of which the intensity of the solar radiation and / or the temperature of the heated by using solar radiation
  • Heat transfer medium can be determined.
  • the additive device can be controlled and / or regulated such that a small amount of additive medium or no additive medium of the fuel supply, the Oxidatorzu Entry and / or the exhaust gas guide is supplied at determined low intensity of the solar radiation and / or determined low temperature of the heat transfer medium at a determined high intensity of solar radiation and / or determined high temperature of the heat transfer medium, a large amount of additive the Fuel supply, the oxidizer and / or the exhaust system is supplied.
  • the solar heat provided by means of the solar thermal device can be optimally utilized without impairing the operation of the incinerator by excessively generous additive medium supply when the solar radiation is too low.
  • the combustion device comprises a compression device for compression of fuel and / or oxidizer.
  • a heat exchanger or a plurality of heat exchangers with respect to a flow direction of the oxidizer and / or the fuel upstream of a combustion chamber device of the combustion device and / or downstream of a compression device of the combustion device are arranged.
  • the oxidizer and / or the fuel may be heated prior to delivery to the combustor device.
  • the efficiency of the combustion system can be increased, in particular by the fact that the required amount of fuel can be reduced.
  • a heat exchanger or a plurality of heat exchangers are arranged downstream of a combustion chamber device of the combustion device and / or downstream of a turbine device of the combustion device with respect to a flow direction of the exhaust gas.
  • the heat of the exhaust gas of the combustion chamber device by means of a heat exchanger a heat consumer, such as a dryer for drying workpieces, can be fed.
  • this exhaust gas can be preferably brought to a higher temperature level by means of the heat exchanger of the solar thermal device and subsequently fed to a further heat exchanger, by means of which the heat another heat consumer can be fed.
  • a heat consumer is in particular a device, for example a workpiece drying device, which must be supplied for the operation of the same heat.
  • the heat transfer medium may be, for example, a gas, a liquid or a solid.
  • the heat transfer medium in an operating range between about 100 ° C and about 400 ° C is gaseous, liquid or solid.
  • the heat transfer medium is a liquid.
  • the solidification point (fixed point) of the heat transfer medium is below about 100 ° C.
  • the boiling point of the heat transfer medium is preferably above about 400 ° C.
  • the heat transfer medium may be, for example, a thermal oil, which is preferably heat-resistant to about 400 ° C, that is, which chemically decomposes only at temperatures above 400 ° C.
  • the combustion device comprises a thermal oxidation device for the oxidation of pollutants.
  • the combustion device comprises a thermal oxidation device for the oxidation of pollutants
  • the pollutants for the oxidation of the same can be heated directly or indirectly.
  • the pollutants for the oxidation of the same one Furnace device supplied and heated directly therein and chemically converted.
  • the combustion device comprises a gas turbine device.
  • the combustion system is preferably designed as a thermal power plant, by means of which thermal energy, in particular thermal energy from the solar radiation, with the aid of fuel into electrical energy is convertible.
  • the incinerator preferably comprises a control device for controlling and / or regulating the incinerator.
  • a method for operating the incinerator can be carried out by means of the control device.
  • the incinerator according to the invention is particularly suitable for use in a workpiece treatment plant.
  • the present invention therefore also relates to a workpiece treatment system for the treatment and / or processing of workpieces, in particular vehicle bodies.
  • the workpiece treatment system preferably comprises a combustion system according to the invention.
  • the workpiece treatment system preferably further comprises a surface treatment device for treatment and / or processing, in particular for coating, painting, drying, etc., of workpieces, in particular vehicle bodies.
  • exhaust gas from a treatment area of the workpiece treatment system can be supplied as oxidizer and / or as fuel to the incinerator.
  • heat from the exhaust gas of the combustion device can be supplied to a treatment area of the workpiece treatment system.
  • an exhaust system of the workpiece treatment system in particular a surface treatment device of the workpiece treatment system, opens into the oxidator supply of the incinerator.
  • the existing in the exhaust gas from a treatment area of the workpiece treatment plant pollutants can be easily converted chemically and thus rendered harmless.
  • the incineration plant according to the invention and / or the workpiece treatment plant according to the invention are particularly suitable for carrying out a method for operating an incinerator.
  • the present invention therefore also relates to a method of operating an incinerator.
  • the invention is in this respect the task of providing a method for operating an incinerator, in which with a small technical effort solar radiation for reducing the required amount of fuel is available. This object is achieved by a method for operating a
  • An incinerator comprising:
  • Heating a heat transfer medium by means of a solar thermal device using solar radiation
  • the method according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the incineration plant according to the invention and / or the workpiece treatment plant according to the invention.
  • the heat transfer medium by means of solar thermal device is heated to at most about 500 ° C, in particular to at most about 400 ° C, before it to heat the fuel, the oxidizer and / or the exhaust gas to a heat exchanger or is supplied to the plurality of heat exchangers.
  • heat is transferred from the heat transfer medium to an additive medium which is supplied to the combustion device in addition to the fuel and the oxidizer.
  • the additive medium is especially water.
  • the additive medium is combined with the fuel by means of a fuel feed and / or by means of an oxidizer feed and / or heated together with the oxidizer by means of the one heat exchanger or by means of the plurality of heat exchangers and then supplied to the combustion device.
  • the additive medium is supplied in liquid form to the fuel feed and / or the oxidizer feed.
  • the additive medium preferably evaporates.
  • the additive device for supplying additive medium is preferably an injection device, a sputtering device and / or an evaporation device.
  • combustion installation according to the invention can have one or more of the features and / or advantages described below:
  • solar heat is used as the additional heat source.
  • the solar thermal device is integrated in existing heating systems, in particular in a thermal exhaust air purification and / or a micro gas turbine or is.
  • the efficiency of the incineration plant is thereby preferably increased.
  • heat in a temperature range above about 100 ° C can be used.
  • this is Heat in a temperature range above the use temperature for hot water preparation, heating support or swimming pool heating.
  • the solar thermal device heat in a temperature range up to about 400 ° C can be used.
  • This temperature range is far below the usual temperature ranges for solar thermal power plants for electricity generation (800 ° C and more).
  • a process medium is preheated or preheated using solar energy.
  • support is provided instead of complete substitution of fuel for operation of a process.
  • the combustion device preferably comprises a micro gas turbine.
  • a micro gas turbine is in particular a power generation plant which can be operated both with gas and with liquid fuel.
  • the generated or available thermal energy is preferably converted by means of such a micro gas turbine into a rotating movement, by means of which a generator device for generating electricity can be driven.
  • a combustion chamber device of the combustion device exhaust gases, in particular flue gases, for example by means of a turbine device for converting the thermal energy into kinetic energy are expanded.
  • the exhaust gas from the combustion chamber device preferably has
  • Residual oxygen and a temperature between about 250 ° C and about 1000 ° C on.
  • An advantage of the gas turbine apparatus may be that the complete heat removal via the exhaust gas takes place at a high temperature level at a constant mass flow.
  • the combustion device comprises a recuperator device.
  • thermal energy from the exhaust gas from the combustor device and / or from the turbine device may be utilized to preheat the oxidizer and / or fuel to be supplied to the combustor device, particularly before or after the oxidizer and / or fuel are compressed by a compression device.
  • the required amount of fuel can be reduced and / or the efficiency, in particular the electrical efficiency, of the combustion device can be increased.
  • a micro gas turbine in comparison to conventional industrial gas turbines and / or compared to gas engines in part-load operation due to recuperation only low efficiency losses.
  • the combustion device comprises a recuperative thermal exhaust air purification (TAR).
  • TAR recuperative thermal exhaust air purification
  • Such exhaust air purification preferably comprises a combustion chamber device, a burner and, in particular, integrated and / or regulated ble, heat exchanger (heat exchanger) for preheating exhaust air from a treatment area of the workpiece treatment system.
  • heat exchanger heat exchanger
  • an electrical power of the combustion plant is at most about 1 MW, for example at most about 500 kW.
  • Such an incinerator is particularly suitable for decentralized power supply and combined heat and power.
  • the solar thermal device may, for example, comprise a concentrating solar system for concentrating the solar radiation (solar collector).
  • the solar system may include, for example, Fresnel and / or parabolic collectors.
  • the heat transfer medium is preferably performed to heat the same.
  • the solar thermal device comprises Fresnel panels
  • the solar thermal device is suitable for roof mounting, since due to the flat mirror arrangement of Fresnel collectors preferably very low wind loads occur.
  • the workpiece treatment system comprises a building or is arranged in and / or on a building.
  • a surface treatment device of the workpiece treatment system is then preferably arranged within the building, while in particular the solar thermal device, at least the solar panels, on a roof of the building, on another building or otherwise spatially separated from the surface treatment plant.
  • the solar heat which is preferably captured on a roof of a building, can preferably be transferred to the combustion device arranged within the same or another building.
  • the oxidizer and / or fuel to be supplied to the combustion device of the combustion device of the combustion system can be cooled by supplying an additive by means of the additive device, in particular downstream of a compression device.
  • a heat transfer device arranged downstream a larger amount of heat can then be transferred to the mixture of fuel, oxidizer and / or additive to be supplied to the combustion chamber device and, preferably, finally to the turbine device at a predetermined temperature level of the heat transfer medium supplied to the heat transfer device. This allows more solar energy to be used to operate the incinerator.
  • the temperature of supply air of a micro gas turbine downstream of the compression device (of the compressor) is about 220 ° C.
  • the temperature can be lowered, for example, by approximately 40 K to approximately 180 ° C.
  • a heating window i.
  • the range in which the supply air for the combustion chamber device can be heated by means of the heated heat transfer medium can hereby be extended from initially approximately 220 ° C to, for example, approximately 360 ° C to approximately 180 ° C to approximately 360 ° C.
  • the evaporation of the water can result in additional volume and thus additional be generated.
  • the heat energy is converted into volume work.
  • An additive feed in particular a water injection, can also have an advantageous effect on the pollutant emissions of the incinerator, for example by lowering the nitrogen oxides emitted.
  • the preheating of the compressor outlet air (supply air downstream of the compression device) via a heat exchanger by means of the solar thermal device is accomplished.
  • the recuperator is preferably used to control the temperature of the exhaust gas from the combustor device downstream of the turbine device.
  • the required fuel can be reduced by the energy equivalent, which is supplied by means of preheating by means of the solar thermal device.
  • this can offer the advantage that a high temperature level of the exhaust gas from the turbine device is maintained.
  • a combination of a micro gas turbine with solar preheating and constant (fixed) recuperation or variable (controllable) recuperation can be provided.
  • a living organosarcoma such as biogas
  • the solar thermal device in particular by means of the heat transfer medium and the one or more heat exchangers, the fuel is heated.
  • the incineration plant is preferably designed so that it can be operated both with and without solar preheating.
  • the incineration plant comprises a return, in particular a pure gas recirculation or exhaust gas recirculation.
  • the clean gas recirculation or exhaust gas recirculation can enable the mass flow of the process exhaust air and thus of the clean gas or exhaust gas to be increased by the mass flow of the recirculated clean gas or exhaust gas.
  • an additional heat flow with the temperature corresponding to the exit temperature downstream of the combustion device can be provided.
  • a mass flow delivered to the atmosphere, in particular exhaust gas mass flow, preferably remains constant, so that preferably also the heat energy emitted and thus the heat losses to the atmosphere remain unchanged.
  • the contribution of the solar energy (heat), which can be used can be increased by means of a clean gas recirculation or exhaust gas recirculation.
  • the additional (recirculated) mass flow using the solar energy (heat) is additionally heated.
  • the incinerator according to the invention is suitable for use wherever there is a sufficiently high annual solar direct radiation (for example, DNI> 500 kWh / (m 2 a), in particular DNI> 1,500 kWh / (m 2 a)).
  • a solar preheating in the middle process heat range (up to about 400 ° C) allows.
  • Air, especially incoming air, may contain pollutants.
  • Pollutants are, for example, substances which are delivered to the air guided through the treatment area in a treatment area of a workpiece treatment plant, for example in a painting area of a paint shop.
  • pollutants are thermally decomposable and / or thermally utilizable, for example combustible and / or oxidizable, substances which may not be released into the environment or only in a very small amount.
  • the combustion device preferably comprises a gas turbine device, in particular a micro gas turbine (micro gas turbine device), and / or a recuperative thermal exhaust air purification.
  • a gas turbine device in particular a micro gas turbine (micro gas turbine device), and / or a recuperative thermal exhaust air purification.
  • the incinerator comprises an absorption chiller.
  • an oxidizer to be supplied by means of the oxidizer feed to the combustion device can be cooled.
  • the absorption refrigerating machine for cooling the oxidizer to be supplied by means of the oxidizer feed of the combustion device is arranged upstream of a compression device of the combustion device with respect to a flow direction of the oxidizer.
  • the compression device can preferably be supplied with an oxidant flow with increased mass flow.
  • the absorption refrigerating machine can be driven by means of the solar thermal device and / or can be operated by means of heat from the solar thermal device.
  • a generator or expeller of the absorption chiller heat can be supplied from the solar thermal device, in particular to remove a refrigerant from an absorbent.
  • a solar cooling of the oxidizer to be supplied to the combustion device can be realized.
  • the absorption chiller can be configured in one or more stages.
  • the use of cooled oxidizer for delivery to the combustor can increase the efficiency of the combustor and thus also the efficiency of the combustor.
  • an electric power of a gas turbine apparatus in particular a micro gas turbine, at an oxidator temperature of about 40 ° C may be 72 kW.
  • oxidator temperature for example 30 ° C., 20 ° C. or even 10 ° C.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a workpiece treatment plant with a first embodiment of a combustion plant, which is designed as a thermal oxidation device Combustion device and two solar thermal devices comprises;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a combustion plant, which comprises a combustion device configured as a thermal oxidation device and a solar thermal device;
  • Fig. 3 is a schematic representation of a third embodiment
  • an incinerator comprising a combustion apparatus configured as a gas turbine apparatus and a solar thermal apparatus;
  • Fig. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of an incinerator comprising an absorption chiller for cooling an oxidizer flow.
  • FIG. 1 illustrated embodiment of a designated as a whole with 100 workpiece treatment system for treating and / or processing of workpieces 102 includes, for example, a surface treatment device 104 for treating and / or processing the workpieces 102, in particular for treating and / or editing vehicle bodies 106th
  • the surface treatment apparatus 104 may include, for example, a cleaning equipment (not shown) for cleaning the workpieces 102, a coating equipment (not shown) for coating the workpieces 102, and / or a drying plant 108 shown in FIG. 1 for drying the workpieces 102, especially for drying coated ones Workpieces 102, include.
  • a coating installation may in particular be a pretreatment installation, for example for phosphating the workpieces 102, and / or a painting installation, in particular a spray painting installation and / or a dip painting installation, for painting the workpieces 102.
  • the drying installation 108 preferably comprises a conveying device (not illustrated) by means of which the workpieces 102 can be conveyed through various sections of the drying installation 108 in a conveying direction 110.
  • the drying installation 108 comprises in particular an inlet lock 112, a first heating zone 114, an intermediate lock 116, a second heating zone 118, a holding zone 120 and / or an outlet lock 122.
  • the workpieces 102 can thus be supplied via the inlet lock 112 of the first heating zone 114 and heated therein. Via the intermediate lock 116, the workpieces 102 can be conveyed into the second heating zone 118 and heated further there. After the second heating zone 118, the workpieces 102 reach the holding zone 120 by means of the conveying device. The workpieces 102 leave the drying system 108 via the outlet lock 122.
  • the drying plant 108 in particular the first heating zone 114 and the second heating zone 118, requires a heat supply for the operation of the same.
  • a combustion system 124 is preferably provided.
  • a first embodiment of such an incinerator 124 shown in FIG. 1 comprises a combustion device 126, which is designed, for example, as a thermal oxidation device 128.
  • the combustion device 126 comprises in particular a combustion chamber device 130 and a burner 132, which is preferably arranged in the combustion chamber device 130.
  • the combustor 124 further includes a fuel supply 134 for supplying fuel to the combustor 126, particularly for supplying fuel to the combustor 132.
  • the combustor 124 includes an oxidizer feed 136 for supplying oxidizer to the combustor 126, particularly for supplying oxidizer to the combustor 132.
  • the oxidizer is in particular atmospheric oxygen, so that the oxidizer feed 136 can be, for example, a supply air feed 138.
  • air from a treatment area 140 of the workpiece treatment installation 100 for example from the first heating zone 114, from the second heating zone 118 and / or from the holding zone 120 of the drying installation 108 or from a coating area of a coating installation, can be used as the supply air.
  • the air from the treatment area 140 contains thermally decomposable and / or thermally utilizable, for example combustible and / or oxidizable, constituents, it can be provided that these constituents are concentrated before the air is supplied as supply air.
  • fresh air from an environment of the incinerator 124 is used as the supply air.
  • provision may be made for exhaust gas recirculated from the incinerator 124 to be used as supply air.
  • the combustion system 124 further comprises an exhaust gas duct 142, by means of which exhaust gas from the combustion device 126, in particular exhaust gas from the combustion chamber device 130, can be discharged.
  • At least one heat exchanger 144 is provided.
  • a heat exchanger 144 is provided which thermally couples the Oxidator- supply 136 with the exhaust passage 142 so that heat from the exhaust gas from the combustion device 126 is transferable to the oxidizer to be supplied to the combustion device 126.
  • This heat exchanger 144 and preferably also individual or all other of said heat exchanger 144, a bypass device 146 is assigned.
  • bypass device 146 By means of a bypass device 146, preferably exhaust gas from the combustion device 126, in particular from the combustion chamber device 130, can be conducted past the heat transfer device 144.
  • the bypass device 146 preferably includes one or more controllable and / or controllable valves 148.
  • At least one further heat exchanger 144 is provided.
  • the heat exchanger 144 thereby enables a thermal coupling of the exhaust gas guide 142 with a treatment region 140 of the workpiece treatment system 100, for example with the first heating zone 114, with the second heating zone 118 and / or with the holding zone 120 of the drying system 108.
  • At least one heat exchanger 144 heat can thus be transferred from the exhaust gas of the combustion device 126 to the at least one treatment region 140 of the workpiece treatment system 100 and thus to the workpieces 102.
  • the at least one further heat exchanger 144 is preferably part of a circulating air device 150.
  • the circulating air device 150 comprises a heat exchanger 144, a bypass device 146, a fan 152 and a circulating air guide 154.
  • air can be supplied from the treatment area 140 to the heat exchanger 144, heated therein, and supplied again to the treatment area 140.
  • the heat contained in the exhaust gas from the combustion device 126 is thus at least partially transferred to the air withdrawn from the treatment area 140 and to be re-supplied to the treatment area 140.
  • a respective circulating air device 150 is assigned to a plurality of treatment areas 140.
  • both the first heating zone 114 and the second heating zone 118 and the holding zone 120 of the drying system 108 are each assigned a circulating air device 150.
  • a fresh air device 156 is provided to supply the workpiece treatment system 100, in particular the drying system 108, with fresh air.
  • the fresh air device 156 comprises a fresh air feed 158 for the intake of fresh air, in particular from the surroundings of the workpiece treatment system 100.
  • the fresh air device 156 further includes a heat exchanger 144, by means of which the fresh air supply 158 and the exhaust gas guide 142 of the combustion system 124 are thermally coupled to each other.
  • the amount of exhaust gas guided through the heat exchanger 144 of the fresh air device 156 and thus the amount of heat transferred from the exhaust gas from the combustion device 126 to the fresh air conducted in the fresh air supply 158 can be controlled and / or regulated become.
  • the fresh air provided by means of the fresh air device 156 and preferably heated fresh air is preferably supplied to the workpiece treatment system 100, in particular the surface treatment device 104, by means of the fresh air supply 158.
  • fresh air is introduced into the inlet lock 112, into the intermediate lock 116 and / or into the outlet lock 122 of the drying installation 108 by means of the fresh air device 156.
  • the in Fig. 1 illustrated embodiment of the workpiece treatment system 100 and / or the incinerator 124 is provided to supply the combustion device 126 with oxidant exhaust air discharge 160 for the removal of exhaust air from the workpiece treatment system 100, in particular from the surface treatment device 104.
  • exhaust air can be removed from a treatment area 140 of the workpiece treatment system 100 by means of the exhaust air discharge 160 and fed to the combustion device 126.
  • an exhaust gas recirculation 162 is provided, by means of which a portion of the exhaust gas from the combustion device 126 can be fed again to the combustion device 126 via the oxidizer supply 136.
  • the exhaust gas recirculation 162 preferably a part of the exhaust gas from the combustion device 126 with respect to a flow direction of the exhaust gas in the exhaust passage 142 upstream and / or downstream of the fresh air device 156, in particular the furnishedüberismes 144 of the fresh air device 156, branched off from the exhaust passage 142 and again the combustion device 126th fed.
  • the exhaust gas recirculation 162 preferably comprises at least two valves 148, by means of which it is possible to control whether and how much exhaust gas is branched off from the exhaust gas guide 142 upstream of the fresh air device 156 or downstream of the fresh air device 156 and returned to the combustion device 126.
  • the temperature of the recirculated exhaust gas can be influenced, since the temperature of the exhaust gas guided in the exhaust system 142 upstream of the fresh air device 156 due to the heat transfer occurring in the fresh air device 156. gangs on the fresh air is greater than the temperature of the exhaust gas downstream of the fresh air device 156th
  • the extracted from a treatment area 140 of the workpiece treatment system 100 exhaust air may be polluting.
  • pollutants are preferably rendered harmless by means of the combustion device 126, i. E. chemically converted, especially in carbon dioxide and water, when the pollutants are organic substances.
  • the exhaust gas from the combustion device 126 is therefore in particular purified exhaust air and is therefore also referred to as clean gas.
  • Exhaust gas recirculation 162 can thus also be referred to as pure gas recirculation 164.
  • a supplementary energy source in particular a supplementary heat source, may be advantageous.
  • the incinerator 124 therefore preferably includes at least one solar thermal device 166.
  • the solar thermal device 166 preferably comprises one or more solar collectors 168, for example Fresnel collectors or parabolic collectors.
  • solar collectors 168 solar radiation can be directed to a heat transfer medium of the solar thermal device 166 to heat the heat transfer medium.
  • the solar thermal device 166 comprises a circuit 170 of the heat transfer medium, which thermally couples the solar collector 168 or the solar panels 168 of the solar thermal device 166 with a heat exchanger 144.
  • the heat exchanger 144 to which the heat transfer medium can be supplied, is thermally coupled, for example, with the oxidizer supply 136.
  • the heat obtained by the solar thermal device 166 using solar radiation can be transferred to the oxidizer carried in the oxidizer supply 136.
  • the heat exchanger 144 for transferring the solar heat to the oxidizer is disposed upstream of the combustor device 130 of the combustor 126 with respect to the flow direction of the oxidizer in the oxidizer feeder 136.
  • the heat transferer 144 is disposed on the oxidizer carried in the oxidizer feed 136 upstream of the heat transfer 144 for transferring heat from the waste gas from the combustor 126 to the oxidizer carried in the oxidizer feed 136.
  • the oxidizer carried in the oxidizer feed 136 may thus be first heated using solar heat and then using the heat from the exhaust gas from the combustor 126 before the oxidizer is supplied to the combustor device 130, particularly the burner 132.
  • the oxidizer at elevated temperature relative to conventional operation as it is supplied to the combustor 130 the amount of fuel needed to heat the exhaust from the combustor 126 may be reduced upon receipt of the desired temperature level of the exhaust.
  • the solar thermal device 166 the fuel demand of the combustor 124 can be reduced.
  • a solar thermal device 166 for heating the exhaust gas guided in the exhaust gas guide 142 may be provided.
  • the solar thermal device 166 for heating the exhaust gas in the exhaust gas guide 142 can be thermally coupled to the exhaust gas guide 142.
  • the temperature level of the exhaust gas which has been reduced by the use of the heat contained in the exhaust gas by means of the upstream air circulation device 150, can be raised again, so that Also the second recirculation device 150 exhaust gas can be supplied with a high temperature level.
  • a control device 171 is provided for controlling and / or regulating the workpiece treatment system 100, in particular the incinerator 124.
  • workpieces 102 are conveyed in the conveying direction 110 through at least one treatment region 140 of the workpiece treatment system 100.
  • the workpieces 102 are conveyed through the first heating zone 114 and the second heating zone 118 as well as through the holding zone 120 of the drying system 108 of the surface treatment device 104.
  • the workpieces 102 are heated and thereby dried reliably.
  • a plurality of circulating air devices 150 are provided, by means of which air is taken from the treatment areas 140 of the workpiece treatment system 100, heated using heat from the exhaust gas of the combustion device 126 and supplied again to the treatment areas 140.
  • the high temperature of the exhaust gas from the combustion device 126 is made possible on the one hand by chemical conversion of fuel in the combustion chamber device 130 and on the other hand by the use of solar radiation by means of the solar thermal device 166.
  • the combustion system 124 is particularly efficient in this case, in particular, when a large amount of solar heat is provided by means of the solar thermal device 166.
  • This solar heat is transferred by means of a heat transfer medium from the solar collectors 168 of the solar thermal devices 166 to the oxidizer in the Oxidatorzu Adjust 136 and / or to the exhaust gas in the exhaust passage 142.
  • the amount of fuel required to operate the combustor 124 can thereby be reduced.
  • FIG. 2 illustrated second embodiment of an incinerator 124 differs from that shown in FIG. 1 essentially by the fact that, by way of example, only one circulating air device 150 and only one solar thermal device 166 are provided.
  • the solar thermal device 166 is the solar thermal device 166 of FIG. 1 for heating the guided in the Oxidatorzu Equipment 136 oxidizer.
  • the combustion device 126 for example, oxidizer, in particular exhaust air from a treatment area 140 of the workpiece treatment system 100, supplied at a temperature of about 180 ° C.
  • oxidizer in particular exhaust air from a treatment area 140 of the workpiece treatment system 100
  • the oxidizer is heated to a temperature of about 440 ° C.
  • the burner 132 further heating to about 750 ° C is achieved using fuel.
  • the exhaust gas from the combustor 126 flowing through the heat exchanger 144 cools to a temperature of about 460 ° C by the transfer of heat to the oxidizer.
  • the exhaust air from a treatment area 140 of the workpiece treatment system 100 which for example has a temperature of 180 ° C, is preheated by means of the solar thermal device 166 and the associated heat exchanger 144, for example, to about 360 ° C.
  • a temperature of, for example, about 580 ° C. is obtained.
  • the combustor temperature (in particular, calorific combustor temperature) desired in the combustor apparatus 130 of approximately 750 ° C can be obtained because of the smaller temperature difference using a smaller amount of fuel.
  • the amount of fuel required is reduced by that amount, which corresponds in terms of the releasable energy of the solar energy introduced.
  • the in Fig. 2 illustrated second embodiment of the incinerator 124 with respect to structure and function with the in Fig. 1, so that reference is made to the above description thereof.
  • One in Fig. 3 illustrated third embodiment of an incinerator 124 differs from that shown in FIG. 1, essentially in that the combustion device 126 comprises a gas turbine device 172.
  • the gas turbine device 172 is in particular a micro gas turbine device which can be operated, for example, in a power range below 500 kW.
  • the gas turbine apparatus 172 includes a compression apparatus 174, a turbine apparatus 176, a generator apparatus 178, and a recuperator 180.
  • the compression device 174 serves to compress the fluids to be supplied to the combustion chamber device 130, in particular the oxidizer.
  • the exhaust gas from the combustion chamber device 130 is dissipative for converting the energy contained therein into mechanical energy.
  • recuperator 180 which is designed as a heat exchanger 144, heat can be transferred from the exhaust gas guided in the exhaust gas guide 142 to the oxidizer guided in the oxidizer feed 136 and / or an additive (to be described later).
  • the mechanical energy generated by the turbine device 176 can be used to generate electricity.
  • the turbine device 176, the compression device 174, and the generator device 178 are preferably disposed on a common shaft 182.
  • the mechanical energy generated by means of the turbine device 176 can thus be transmitted particularly easily to the generator device 178 for generating power and to the compression device 174 for compressing the oxidizer.
  • the combustion system 124 preferably includes an additive device 184, by means of which an additive can be supplied to the oxidizer, the fuel and / or the exhaust gas.
  • the additive device 184 is configured, for example, as a water injection 186 for injecting water into the oxidizer supply 136.
  • an additive which is substantially chemically inert in the combustion chamber device 130, i. preferably does not react chemically with the oxidizer and / or the fuel.
  • the oxidizer fed in the oxidizer feed 136 in particular exhaust air from a treatment area 140 of the workpiece treatment plant 100, can be cooled efficiently.
  • the so-cooled oxidizer together with the additive may be supplied to the heat transferer 144 for transferring solar heat to the oxidizer and / or the heat transfer 144 for transferring heat from the exhaust gas from the combustor 130 to the oxidizer.
  • this may increase the amount of solar heat provided by the solar thermal device 166 and transferred to the oxidizer and / or additive. This can result in a further fuel economy during operation of the combustor 124.
  • the temperature of the oxidizer downstream of the compression device 174 is reduced from, for example, approximately 220 ° C. to approximately 180 ° C. by means of the additive device 184.
  • the usable preheat window which is between the temperature of the oxidizer and the temperature of the heat transfer medium of the solar thermal device 166, is thereby increased from, for example, 220 ° C to 360 ° C to, for example, about 180 ° C to 360 ° C.
  • an additional volume can be introduced, which can contribute to the increase in performance of the gas turbine device 172.
  • the in Fig. 3 illustrated embodiment of the incinerator 124 with respect to structure and function with the first embodiment shown in FIG. 1, so that reference is made to the above description thereof in this regard.
  • a fourth embodiment of an incinerator 124 shown in FIG. 4 differs from that shown in FIG. 3, essentially in that the incinerator 124 includes an absorption chiller 188.
  • the absorption chiller 188 is thermally coupled on the one hand to the solar thermal device 166 and on the other hand to the oxidizer feed 136, in particular the supply air feed 138.
  • a heat exchanger 144 is provided, by means of which heat from the solar thermal device 166 on the absorption chiller 188 is transferable.
  • heat from solar collectors 168 configured as Fresnel collectors can be transferred to the absorption chiller 188.
  • a refrigerant carried in the absorption chiller 188 may be expelled, in particular evaporated, from an absorbent of the absorption chiller 188 using this heat.
  • the in this case heated absorbent and / or the refrigerant can be cooled in order to allow a new heat absorption.
  • heat can be withdrawn from an oxidizer stream to be supplied to the combustion apparatus 126, in particular supply air, in order to cool the oxidizer stream.
  • a heat exchanger 144 provided for thermal coupling of the absorption chiller 188 with the Oxidatorzu Adjust 136 is arranged upstream of the compression device 174 of the combustion device 126 with respect to the flow direction of the oxidizer.
  • the mass flow of the oxidizer supplied to the compression device 174 can be increased.

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Abstract

Um eine Verbrennungsanlage zu schaffen, bei welcher Sonnenstrahlung mit einem geringen technischen Aufwand zur Reduktion der benötigten Brennstoffmenge nutzbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Verbrennungsanlage eine Verbrennungsvorrichtung zur chemischen Umsetzung von Brennstoff und Oxidator, eine Brennstoffzuführung zur Zuführung von Brennstoff zu der Verbrennungsvorrichtung, eine Oxidatorzuführung zur Zuführung von Oxidator zu der Verbrennungsvorrichtung, eine Abgasführung zur Abführung von Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung, eine Solarthermievorrichtung, mittels welcher ein als Thermoöl ausgebildetes Wärmeträgermedium unter Verwendung von Sonnenstrahlung erhitzbar ist, wobei die Solarthermievorrichtung einen oder mehrere Fresnelkollektoren umfasst, und einen oder mehrere Wärmeüberträger umfasst, mittels welchen Wärme von dem Wärmeträgermedium auf den in der Brennstoffzuführung geführten Brennstoff, auf den in der Oxidatorzuführung geführten Oxidator und/oder auf das in der Abgasführung geführte Abgas übertragbar ist.

Description

Verbrennungsanlage, Werkstückbehandlungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage zur chemischen Umsetzung von Brennstoff und Oxidator.
Bekannt ist beispielsweise das solarthermische Versuchskraftwerk "SOLHYCO" in Almeria, Spanien. Bei diesem Versuchskraftwerk ist ein Heliostatenfeld vorgesehen, mittels welchem die Sonnenstrahlung auf einen Strahlungsempfänger gerichtet wird, um die durch Absorberrohre des Strahlungsempfängers strömende Luft auf über 800 °C zu erhitzen. Diese erhitzte Luft wird direkt einer Mikrogasturbine zugeführt und dadurch zur Stromerzeugung genutzt. In der Nacht und bei Bewölkung kann die Mikrogasturbine zur Stromerzeugung beispielsweise mit Dieseltreibstoff betrieben werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungsanlage bereitzustellen, bei welcher Sonnenstrahlung mit einem geringen technischen Aufwand zur Reduktion der benötigten Brennstoffmenge nutzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungsanlage gelöst, welche Folgendes umfasst:
eine Verbrennungsvorrichtung zur chemischen Umsetzung von Brennstoff und Oxidator;
eine Brennstoffzuführung zur Zuführung von Brennstoff zu der Verbrennungsvorrichtung;
eine Oxidatorzuführung zur Zuführung von Oxidator zu der Verbrennungsvorrichtung;
eine Abgasführung zur Abführung von Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung;
eine Solarthermievorrichtung, mittels welcher ein Wärmeträgermedium unter Verwendung von Sonnenstrahlung erhitzbar ist; und einen oder mehrere Wärmeüberträger, mittels welchen Wärme von dem Wärmeträgermedium auf den in der Brennstoffzuführung geführten Brennstoff, auf den in der Oxidatorzuführung geführten Oxidator und/oder auf das in der Abgasführung geführte Abgas übertragbar ist.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage eine Solarther- mievorrichtung zur Nutzung von Sonnenstrahlung vorgesehen ist, kann die Verbrennungsanlage besonders effizient betrieben werden. Insbesondere kann hierdurch die zum Betrieb der Verbrennungsanlage benötigte Brennstoffmenge reduziert werden.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage ein Wärmeträgermedium vorgesehen ist, welches mittels der Sonnenstrahlung erhitzbar ist und mittels welchem die solare Wärme auf den Brennstoff, auf den Oxidator und/oder auf das Abgas übertragbar ist, können die Verbrennungsvorrichtung und die Solarthermievorrichtung an voneinander verschiedenen Orten oder Positionen, insbesondere beabstandet voneinander, angeordnet sein.
Die Übertragung der mittels der Solarthermievorrichtung aufgenommenen solaren Wärme auf den Brennstoff, den Oxidator und/oder das Abgas erfolgt somit vorzugsweise mittels eines von dem Brennstoff, dem Oxidator und/oder dem Abgas verschiedenen Mediums.
Der Brennstoff und das Wärmeträgermedium werden vorzugsweise getrennt voneinander geführt.
Der Oxidator und das Wärmeträgermedium werden vorzugsweise getrennt voneinander geführt.
Das Abgas und das Wärmeträgermedium werden vorzugsweise getrennt voneinander geführt. Mittels der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage ist insbesondere eine mittelbare Wärmeübertragung der solaren Wärme auf den Brennstoff, den Oxidator und/oder das Abgas durchführbar.
Günstig kann es sein, wenn die Verbrennungsanlage eine Additivvorrichtung umfasst, mittels welcher ein Additivmedium der Brennstoffzuführung, der Oxi- datorzuführung und/oder der Abgasführung zuführbar ist.
Das Additivmedium ist vorzugsweise ein flüssiges Additivmedium.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Additivmedium Wasser umfasst oder Wasser ist.
Das Additivmedium ist vorzugsweise so gewählt, dass es in der Verbrennungsvorrichtung, in welcher Brennstoff und Oxidator chemisch umgesetzt werden, im Wesentlichen chemisch inert ist, insbesondere weder mit dem Oxidator noch mit dem Brennstoff reagiert.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Additivmedium Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Methanol oder sonstige Alkohole, Alkane, Alkene, Alkine, Aldehyde, Ketone und/oder Carbonsäuren umfasst oder aus einem oder mehreren dieser Stoffe besteht. Ferner kann als Additivmedium ein Gemisch aus einem oder mehreren chemisch inerten Stoffen und einem oder mehreren chemisch reaktiven Stoffen, beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Methanol, vorgesehen sein.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Additivvorrichtung bezüglich einer Strömungsrichtung des Brennstoffs und/oder des Oxidators stromaufwärts des einen oder der mehreren Wärmeüberträger angeordnet ist, mittels welchen Wärme von dem Wärmeträgermedium auf den in der Brennstoffzuführung geführten Brennstoff und/oder auf den in der Oxidatorzuführung geführten Oxidator übertragbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Brennstoff und der Oxidator zumindest abschnittsweise gemeinsam in einer gemeinsamen Zuführung geführt werden.
Eine solche gemeinsame Zuführung ist dann zumindest ein Abschnitt der Brennstoffzuführung und der Oxidatorzuführung, in welchem beispielsweise eine Additivvorrichtung und/oder ein Wärmeüberträger angeordnet sein kann.
Das Additivmedium ist vorzugsweise durch Übertragung von Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Additivmedium erhitzbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Additivmedium durch Übertragung von Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Additivmedium von einem flüssigen Aggregatzustand in einen gasförmigen Aggregatzustand überführbar, d .h. verdampfbar, ist.
Die Verbrennungsanlage umfasst vorzugsweise eine Steuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Additivvorrichtung . Vorzugsweise ist die Additivvorrichtung mittels der Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der mittels der Solarthermievorrichtung bereitstellbaren Wärme steuerbar und/oder regelbar.
Günstig kann es sein, wenn die Solarthermievorrichtung eine Sensorvorrichtung umfasst, mittels welcher die Intensität der Sonnenstrahlung und/oder die Temperatur des unter Verwendung von Sonnenstrahlung erhitzten
Wärmeträgermediums ermittelbar ist. Vorzugsweise ist mittels der Steuervorrichtung die Additivvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar, dass bei ermittelter geringer Intensität der Sonnenstrahlung und/oder bei ermittelter geringer Temperatur des Wärmeträgermediums eine geringe Additivmediummenge oder kein Additivmedium der Brennstoffzuführung, der Oxidatorzuführung und/oder der Abgasführung zugeführt wird und dass bei ermittelter hoher Intensität der Sonnenstrahlung und/oder bei ermittelter hoher Temperatur des Wärmeträgermediums eine große Additivmediummenge der Brennstoffzuführung, der Oxidatorzuführung und/oder der Abgasführung zugeführt wird . Auf diese Weise kann die mittels der Solarthermievorrichtung bereitgestellte solare Wärme optimal genutzt werden, ohne durch zu großzügige Additivmediumzuführung bei zu geringer Sonnenstrahlung den Betrieb der Verbrennungsanlage zu beeinträchtigen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungsvorrichtung eine Kompressionsvorrichtung zur Kompression von Brennstoff und/oder Oxidator umfasst.
Mittels einer solchen Kompressionsvorrichtung kann insbesondere eine Druckerhöhung des Brennstoffs und/oder des Oxidators bewirkt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Wärmeüberträger oder mehrere Wärmeüberträger bezüglich einer Strömungsrichtung des Oxidators und/oder des Brennstoffs stromaufwärts einer Brennkammervorrichtung der Verbrennungsvorrichtung und/oder stromabwärts einer Kompressionsvorrichtung der Verbrennungsvorrichtung angeordnet sind . Auf diese Weise kann der Oxidator und/oder der Brennstoff vor der Zuführung zu der Brennkammervorrichtung erhitzt werden. Hierdurch kann die Effizienz der Verbrennungsanlage erhöht werden, insbesondere dadurch, dass die benötigte Brennstoffmenge reduziert werden kann.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Wärmeüberträger oder mehrere Wärmeüberträger bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts einer Brennkammervorrichtung der Brennungsvorrich- tung und/oder stromabwärts einer Turbinenvorrichtung der Verbrennungsvorrichtung angeordnet sind .
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Wärme des Abgases der Brennkammervorrichtung mittels eines Wärmeüberträgers einem Wärmeverbraucher, beispielsweise einem Trockner zum Trocknen von Werkstücken, zuführbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zum erneuten Erhitzen des Abgases, insbesondere zur Nutzung der übrigen darin enthaltenen Wärme, dieses Abgas mittels des Wärmeüberträgers der Solarthermievorrich- tung vorzugsweise auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und anschließend einem weiteren Wärmeüberträger zugeführt werden kann, mittels welchem die Wärme einem weiteren Wärmeverbraucher zuführbar ist.
Ein Wärmeverbraucher ist insbesondere eine Vorrichtung, beispielsweise eine Werkstücktrocknungsvorrichtung, welcher zum Betrieb derselben Wärme zugeführt werden muss.
Das Wärmeträgermedium kann beispielsweise ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium in einem Betriebsbereich zwischen ungefähr 100 °C und ungefähr 400 °C gasförmig, flüssig oder fest ist.
Vorzugsweise ist das Wärmeträgermedium eine Flüssigkeit. Insbesondere liegt der Erstarrungspunkt (Festpunkt) des Wärmeträgermediums unter ungefähr 100 °C. Der Siedepunkt des Wärmeträgermediums liegt vorzugsweise über ungefähr 400 °C.
Das Wärmeträgermedium kann beispielsweise ein Thermoöl sein, welches vorzugsweise bis ungefähr 400 °C wärmebeständig ist, d.h., welches sich erst bei Temperaturen oberhalb von 400 °C chemisch zersetzt.
Günstig kann es sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine thermische Oxi- dationsvorrichtung zur Oxidation von Schadstoffen umfasst.
Beispielsweise dann, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine thermische Oxi- dationsvorrichtung zur Oxidation von Schadstoffen umfasst, kann vorgesehen sein, dass die Schadstoffe zur Oxidation derselben direkt oder indirekt erhitzbar sind . Vorzugsweise werden die Schadstoffe zur Oxidation derselben einer Brennkammervorrichtung zugeführt und darin direkt erhitzt und chemisch umgewandelt.
Ferner kann es günstig sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine Gasturbinenvorrichtung umfasst.
Insbesondere dann, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine Gasturbinenvorrichtung umfasst, ist die Verbrennungsanlage vorzugsweise als eine Wärmekraftanlage ausgebildet, mittels welcher thermische Energie, insbesondere thermische Energie aus der Sonnenstrahlung, unter Zuhilfenahme von Brennstoff in elektrische Energie umwandelbar ist.
Günstig kann es sein, wenn mittels der Oxidatorzuführung gereinigtes Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung der Verbrennungsvorrichtung zuführbar ist.
Die Verbrennungsanlage umfasst vorzugsweise eine Steuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Verbrennungsanlage.
Insbesondere ist mittels der Steuervorrichtung ein Verfahren zum Betreiben der Verbrennungsanlage durchführbar.
Die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Werkstückbehandlungsanlage.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Werkstückbehandlungsanlage zur Behandlung und/oder Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Fahrzeug karosserien.
Die Werkstückbehandlungsanlage umfasst vorzugsweise eine erfindungsgemäße Verbrennungsanlage. Die Werkstückbehandlungsanlage umfasst vorzugsweise ferner eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Behandlung und/oder Bearbeitung, insbesondere zum Beschichten, Lackieren, Trocknen, etc., von Werkstücken, insbesondere Fahrzeugkarosserien.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Abgas aus einem Behandlungsbereich der Werkstückbehandlungsanlage als Oxidator und/oder als Brennstoff zu der Verbrennungsanlage zuführbar ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass Wärme aus dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung zu einem Behandlungsbereich der Werkstückbehandlungsanlage zuführbar ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Abgasführung der Werkstückbehandlungsanlage, insbesondere einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung der Werkstückbehandlungsanlage, in die Oxidatorzuführung der Verbrennungsanlage mündet. Auf diese Weise können die in dem Abgas aus einem Behandlungsbereich der Werkstückbehandlungsanlage vorhandenen Schadstoffe besonders einfach chemisch umgewandelt und somit unschädlich gemacht werden.
Die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage und/oder die erfindungsgemäße Werkstückbehandlungsanlage eignen sich insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungsanlage.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage bereitzustellen, bei welchem mit einem geringen technischen Aufwand Sonnenstrahlung zur Reduktion der benötigten Brennstoffmenge nutzbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer
Verbrennungsanlage gelöst, welches Folgendes umfasst:
Zuführung von Brennstoff zu einer Verbrennungsvorrichtung der Verbrennungsanlage;
Zuführen von Oxidator zu der Verbrennungsvorrichtung;
Abführen von Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung;
Erhitzen eines Wärmeträgermediums mittels einer Solarthermievorrich- tung unter Verwendung von Sonnenstrahlung;
Übertragen von Wärme mittels eines oder mehrerer Wärmeüberträger von dem Wärmeträgermedium auf den Brennstoff, auf den Oxidator und/oder auf das Abgas.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage und/oder der erfindungsgemäßen Werkstückbehandlungsanlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmeträgermedium mittels der Solarthermievorrichtung auf höchstens ungefähr 500 °C, insbesondere auf höchstens ungefähr 400 °C, erhitzt wird, bevor es zum Erhitzen des Brennstoffs, des Oxidators und/oder des Abgases dem einen Wärmeüberträger oder den mehreren Wärmeüberträgern zugeführt wird .
Vorteilhaft kann es sein, wenn Wärme von dem Wärmeträgermedium auf ein Additivmedium übertragen wird, welches zusätzlich zu dem Brennstoff und dem Oxidator der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird .
Das Additivmedium ist insbesondere Wasser.
Günstig kann es sein, wenn das Additivmedium mittels einer Brennstoffzuführung und/oder mittels einer Oxidatorzuführung gemeinsam mit dem Brennstoff und/oder gemeinsam mit dem Oxidator mittels des einen Wärmeüberträgers oder mittels der mehreren Wärmeüberträger erhitzt und anschließend der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird.
Günstig kann es sein, wenn das Additivmedium in flüssiger Form der Brennstoffzuführung und/oder der Oxidatorzuführung zugeführt wird . Beim Erhitzen des Additivmediums mittels des einen Wärmeüberträgers oder mittels der mehreren Wärmeüberträger verdampft das Additivmedium vorzugsweise.
Die Additivvorrichtung zum Zuführen von Additivmedium ist vorzugweise eine Einspritzvorrichtung, eine Zerstäubungsvorrichtung und/oder eine Verdampfungsvorrichtung.
Ferner können die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage, die erfindungsgemäße Werkstückbehandlungsanlage und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen :
Vorzugsweise wird solare Wärme als Zusatzwärmequelle verwendet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Solarthermievorrichtung in bestehende Heizsysteme, insbesondere in eine thermische Abluftreinigung und/oder eine Mikrogasturbine, integriert wird oder ist.
Durch die Verwendung einer Additivvorrichtung kann der Bereich, in welchem mittels der Solarthermievorrichtung zugeheizt werden kann, d .h. das Heizfenster, vergrößert werden . Die Effizienz der Verbrennungsanlage wird hierdurch vorzugsweise gesteigert.
Mittels der Solarthermievorrichtung ist vorzugsweise Wärme in einem Temperaturbereich oberhalb von ungefähr 100 °C nutzbar. Insbesondere ist dies Wärme in einem Temperaturbereich oberhalb der Nutzungstemperatur zur Warmwasserbereitung, Heizungsunterstützung oder Schwimmbadbeheizung .
Vorzugsweise ist mittels der Solarthermievorrichtung Wärme in einem Temperaturbereich bis ungefähr 400 °C nutzbar. Dieser Temperaturbereich liegt weit unterhalb der für solarthermische Kraftwerke zur Elektrizitätserzeugung üblichen Temperaturbereiche (800 °C und mehr).
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mittels der Solarthermievorrichtung Wärme in einem Temperaturbereich oberhalb von ungefähr 400 °C, insbesondere oberhalb von ungefähr 800 °C, nutzbar ist.
Vorzugsweise wird ein Prozessmedium unter Verwendung von solarer Energie vorgewärmt oder vorgeheizt.
Vorzugsweise erfolgt eine Unterstützung anstelle einer vollständigen Substituierung von Brennstoff für den Betrieb eines Prozesses.
Es kann jedoch auch eine beispielsweise zeitweise vollständige Substitution von Brennstoff für den Betrieb eines Prozesses vorgesehen sein.
Die Verbrennungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Mikrogasturbine. Eine solche Mikrogasturbine ist insbesondere eine Stromerzeugungsanlage, welche sowohl mit Gas als auch mit flüssigem Brennstoff betrieben werden kann. Die erzeugte oder zur Verfügung stehende thermische Energie wird mittels einer solchen Mikrogasturbine vorzugsweise in eine drehende Bewegung umgesetzt, mittels welcher eine Generatorvorrichtung zur Erzeugung von Strom antreibbar ist.
Die in einer Brennkammervorrichtung der Verbrennungsvorrichtung entstehenden Abgase, insbesondere Rauchgase, können beispielsweise mittels einer Turbinenvorrichtung zur Umwandlung der thermischen Energie in Bewegungsenergie expandiert werden .
Das Abgas aus der Brennkammervorrichtung weist vorzugsweise
Restsauerstoff und eine Temperatur zwischen ungefähr 250 °C und ungefähr 1000 °C auf.
Ein Vorteil der Gasturbinenvorrichtung kann sein, dass die komplette Wärmeabfuhr über das Abgas auf hohem Temperaturniveau bei einem konstanten Massenstrom erfolgt.
Günstig kann es sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine Rekuperatorvorrichtung umfasst. Mittels einer solchen Rekuperatorvorrichtung kann Wärmeenergie aus dem Abgas aus der Brennkammervorrichtung und/oder aus der Turbinenvorrichtung genutzt werden, um den der Brennkammervorrichtung zuzuführenden Oxidator und/oder Brennstoff vorzuheizen, insbesondere bevor oder nachdem der Oxidator und/oder der Brennstoff mittels einer Kompressionsvorrichtung komprimiert werden. Hierdurch kann vorzugsweise die benötigte Brennstoffmenge reduziert und/oder der Wirkungsgrad, insbesondere der elektrische Wirkungsgrad, der Verbrennungsvorrichtung gesteigert werden.
Vorzugsweise weist eine Mikrogasturbine im Vergleich zu herkömmlichen Industriegasturbinen und/oder im Vergleich zu Gasmotoren im Teillastbetrieb aufgrund der Rekuperation nur geringe Wirkungsgradverluste auf.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine rekuperative thermische Abluftreinigung (TAR) umfasst.
Eine solche Abluftreinigung umfasst vorzugweise eine Brennkammervorrichtung, einen Brenner und einen, insbesondere integrierten und/oder regel- baren, Wärmetauscher (Wärmeüberträger) zur Vorwärmung von Abluft aus einem Behandlungsbereich der Werkstückbehandlungsanlage.
Insbesondere dann, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine Mikrogasturbine umfasst, kann vorgesehen sein, dass eine elektrische Leistung der Verbrennungsanlage höchstens ungefähr 1 MW, beispielsweise höchstens ungefähr 500 kW, beträgt. Eine solche Verbrennungsanlage eignet sich insbesondere zur dezentralen Stromversorgung und zur Kraft-Wärme-Kopplung.
Die Solarthermievorrichtung kann beispielsweise ein konzentrierendes Solarsystem zur Konzentration der Sonnenstrahlung (Solarkollektor) umfassen.
Das Solarsystem kann beispielsweise Fresnel- und/oder Parabolkollektoren umfassen.
In den Kollektoren wird vorzugsweise das Wärmeträgermedium geführt, um dasselbe zu erhitzen.
Insbesondere dann, wenn die Solarthermievorrichtung Fresnelkollektoren umfasst, eignet sich die Solarthermievorrichtung für eine Dachmontage, da aufgrund der flachen Spiegelanordnung der Fresnelkollektoren vorzugsweise sehr geringe Windlasten auftreten.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Werkstückbehandlungsanlage ein Gebäude umfasst oder in und/oder an einem Gebäude angeordnet ist. Insbesondere eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung der Werkstückbehandlungsanlage ist dann vorzugsweise innerhalb des Gebäudes angeordnet, während insbesondere die Solarthermievorrichtung, zumindest die Solarkollektoren, auf einem Dach des Gebäudes, an einem anderen Gebäude oder anderweitig räumlich getrennt von der Oberflächenbehandlungsanlage angeordnet ist. Mittels des Wärmeträgermediums kann die vorzugsweise auf einem Dach eines Gebäudes eingefangene solare Wärme vorzugsweise auf die innerhalb desselben oder eines anderen Gebäudes angeordnete Verbrennungsvorrichtung übertragen werden.
Günstig kann es sein, wenn der der Brennkammervorrichtung der Verbrennungsvorrichtung der Verbrennungsanlage zuzuführende Oxidator und/oder Brennstoff durch Zuführung eines Additivs mittels der Additivvorrichtung, insbesondere stromabwärts einer Kompressionsvorrichtung, kühlbar ist. Mittels eines stromabwärts angeordneten Wärmeüberträgers kann dann bei vorgegebenem Temperaturniveau des dem Wärmeüberträger zugeführten Wärmeträgermediums eine größere Wärmemenge auf das der Brennkammervorrichtung und vorzugsweise schließlich der Turbinenvorrichtung zuzuführende Gemisch aus Brennstoff, Oxidator und/oder Additiv übertragen werden. Hierdurch kann mehr solare Energie zum Betrieb der Verbrennungsanlage genutzt werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Temperatur von Zuluft einer Mikrogasturbine stromabwärts der Kompressionsvorrichtung (des Verdichters) ungefähr 220 °C beträgt. Durch eine, beispielsweise als Wassereinspritzung ausgebildete, Additivvorrichtung und die Zuführung des Additivs zu der Zuluft kann die Temperatur beispielsweise um ungefähr 40 K auf ungefähr 180 °C abgesenkt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Anteil der regenerativ zugeführten Energie im Rahmen der Vorwärmung gesteigert werden kann, beispielsweise um ungefähr 30 %. Ein Heizfenster, d.h. der Bereich, in welchem mittels des erhitzten Wärmeträgermediums die Zuluft für die Brennkammervorrichtung erhitzt werden kann, kann hierdurch von zunächst ungefähr 220 °C bis beispielsweise ungefähr 360 °C auf ungefähr 180 °C bis ungefähr 360 °C erweitert werden.
Insbesondere dann, wenn als Additivmedium Wasser verwendet wird, kann durch die Verdampfung des Wassers zusätzliches Volumen und damit zusätz- liehe Leistung erzeugt werden. Die Wärmeenergie wird dabei in Volumenarbeit umgewandelt.
Eine Additivzuführung (Additivvorrichtung), insbesondere eine Wassereinspritzung, kann sich auch vorteilhaft auf den Schadstoffausstoß der Verbrennungsanlage auswirken, beispielsweise durch Senkung der ausgestoßenen Stickoxide.
Vorzugsweise wird die Vorwärmung der Verdichteraustrittsluft (Zuluft stromabwärts der Kompressionsvorrichtung) über einen Wärmeüberträger mittels der Solarthermievorrichtung bewerkstelligt.
Der Rekuperator wird vorzugsweise zur Regelung der Temperatur des Abgases aus der Brennkammervorrichtung stromabwärts der Turbinenvorrichtung verwendet.
Durch die Trennung von Vorwärmung und Rekuperation kann vorzugsweise der benötigte Brennstoff um das Energieäquivalent reduziert werden, welches mit Hilfe der Vorwärmung mittels der Solarthermievorrichtung zugeführt wird . Neben der Brennstoffeinsparung kann dies den Vorteil bieten, dass ein hohes Temperaturniveau des Abgases aus der Turbinenvorrichtung erhalten bleibt.
Insbesondere kann eine Kombination aus einer Mikrogasturbine mit solarer Vorwärmung und konstanter (fester) Rekuperation oder variabler (regelbarer) Rekuperation vorgesehen sein .
Insbesondere dann, wenn als Brennstoff ein niederkaloriger Brennstoff, beispielsweise Biogas, verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass mittels der Solarthermievorrichtung, insbesondere mittels des Wärmeträgermediums und des einen oder der mehreren Wärmeüberträger, der Brennstoff erhitzt wird . Die Verbrennungsanlage ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie sowohl mit als auch ohne solare Vorwärmung betrieben werden kann.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Verbrennungsanlage eine Rückführung, insbesondere eine Reingasrückführung oder Abgasrückführung, umfasst.
Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn die für einen Prozess benötigte Wärmemenge des Reingases oder Abgases zunächst unzureichend ist.
Die Reingasrückführung oder Abgasrückführung kann ermöglichen, dass der Massenstrom der Prozessabluft und damit des Reingases oder Abgases um den Massenstrom des zurückgeführten Reingases oder Abgases erhöht wird. Damit kann ein zusätzlicher Wärmestrom mit der Temperatur, welche der Austrittstemperatur stromabwärts der Verbrennungsvorrichtung entspricht, bereitgestellt werden.
Ein an die Atmosphäre abgegebener Massenstrom, insbesondere Abgasmassenstrom, bleibt vorzugsweise konstant, so dass vorzugsweise auch die abgegebene Wärmeenergie und somit die Wärmeverluste an die Atmosphäre unverändert bleiben.
Ferner kann vorgesehen sein, dass durch eine Reingasrückführung oder Abgasrückführung der Beitrag der solaren Energie (Wärme), die nutzbar ist, erhöht werden kann. Insbesondere dann, wenn der zusätzliche (rückgeführte) Massenstrom unter Verwendung der solaren Energie (Wärme) zusätzlich erhitzbar ist.
Die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage eignet sich zur Anwendung überall dort, wo eine ausreichend hohe jährliche Sonnen-Direktstrahlung (beispielsweise DNI > 500 kWh/(m2a), insbesondere DNI > 1.500 kWh/(m2a)) vorliegt. Vorzugsweise wird hierbei eine solare Vorwärmung im mittleren Prozesswärmebereich (bis ungefähr 400 °C) ermöglicht. Luft, insbesondere Zuluft, kann Schadstoffe enthalten. Schadstoffe sind beispielsweise Stoffe, welche in einem Behandlungsbereich einer Werkstückbehandlungsanlage, beispielsweise in einem Lackierbereich einer Lackieranlage, an die durch den Behandlungsbereich hindurchgeführte Luft abgegeben werden.
Schadstoffe sind insbesondere thermisch zersetzbare und/oder thermisch verwertbare, beispielsweise brennbare und/oder oxidierbare, Stoffe, welche nicht oder nur in sehr geringer Menge in die Umwelt abgegeben werden dürfen.
Die Verbrennungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Gasturbinenvorrichtung, insbesondere eine Mikrogasturbine (Mikrogasturbinenvorrichtung), und/oder eine rekuperative thermische Abluftreinigung.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Verbrennungsanlage eine Absorptionskältemaschine umfasst.
Mittels der Absorptionskältemaschine ist vorzugsweise ein mittels der Oxida- torzuführung der Verbrennungsvorrichtung zuzuführender Oxidator kühlbar.
Günstig kann es sein, wenn die Absorptionskältemaschine zur Kühlung des mittels der Oxidatorzuführung der Verbrennungsvorrichtung zuzuführenden Oxidators bezüglich einer Strömungsrichtung des Oxidators stromaufwärts einer Kompressionsvorrichtung der Verbrennungsvorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Kompressionsvorrichtung vorzugsweise ein Oxida- torstrom mit erhöhtem Massenstrom zugeführt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absorptionskältemaschine mittels der Solarthermievorrichtung antreibbar und/oder mittels Wärme aus der Solarthermievorrichtung betreibbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass einem Generator oder Austreiber der Absorptionskältemaschine Wärme aus der Solarthermievorrichtung zuführbar ist, insbesondere um ein Kältemittel aus einem Absorptionsmittel zu entfernen.
Mittels der Absorptionskältemaschine kann vorzugsweise eine solare Kühlung des der Verbrennungsvorrichtung zuzuführenden Oxidators realisiert werden.
Die Absorptionskältemaschine kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein.
Insbesondere dann, wenn die Verbrennungsanlage in Regionen mit hohen Durchschnittstemperaturen verwendet wird, kann durch die Verwendung von gekühltem Oxidator zur Zuführung zu der Verbrennungsvorrichtung, insbesondere zur Zuführung zu einer Kompressionsvorrichtung der Verbrennungsvorrichtung, der Wirkungsgrad der Verbrennungsvorrichtung und somit auch der Wirkungsgrad der Verbrennungsanlage gesteigert werden.
Beispielsweise kann eine elektrische Leistung einer Gasturbinenvorrichtung, insbesondere einer Mikrogasturbine, bei einer Oxidatortemperatur von ungefähr 40 °C 72 kW betragen. Mit sinkender Oxidatortemperatur, beispielsweise 30 °C, 20 °C oder sogar 10 °C, ergibt sich vorzugsweise eine Steigerung der elektrischen Leistung auf beispielsweise ungefähr 85 kW, 95 kW bzw. 108 kW.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Werkstückbehandlungsanlage mit einer ersten Ausführungsform einer Verbrennungsanlage, welche eine als thermische Oxidationsvorrichtung ausgebildete Verbrennungsvorrichtung und zwei Solarthermievorrichtungen umfasst;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Verbrennungsanlage, welche eine als thermische Oxida- tionsvorrichtung ausgebildete Verbrennungsvorrichtung und eine Solarthermievorrichtung umfasst;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform
einer Verbrennungsanlage, welche eine als Gasturbinenvorrichtung ausgebildete Verbrennungsvorrichtung und eine Solarthermievorrichtung umfasst; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Verbrennungsanlage, welche eine Absorptionskältemaschine zur Kühlung eines Oxidatorstroms umfasst.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in Fig . 1 dargestellte Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Werkstückbehandlungsanlage zum Behandeln und/oder Bearbeiten von Werkstücken 102 umfasst beispielsweise eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104 zum Behandeln und/oder Bearbeiten der Werkstücke 102, insbesondere zum Behandeln und/oder Bearbeiten von Fahrzeugkarosserien 106.
Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104 kann beispielsweise eine (nicht dargestellte) Reinigungsanlage zum Reinigen der Werkstücke 102, eine (nicht dargestellte) Beschichtungsanlage zum Beschichten der Werkstücke 102 und/oder eine in Fig. 1 dargestellte Trocknungsanlage 108 zum Trocknen der Werkstücke 102, insbesondere zum Trocknen von beschichteten Werkstücken 102, umfassen. Eine Beschichtungsanlage kann insbesondere eine Vorbehandlungsanlage, beispielsweise zur Phosphatierung der Werkstücke 102, und/oder eine Lackieranlage, insbesondere eine Spritzlackieranlage und/oder eine Tauchlackieranlage, zum Lackieren der Werkstücke 102 sein.
Die Trocknungsanlage 108 umfasst vorzugsweise eine (nicht dargestellte) Fördervorrichtung, mittels welcher die Werkstücke 102 in einer Förderrichtung 110 durch verschiedene Abschnitte der Trocknungsanlage 108 hindurch förderbar sind.
Die Trocknungsanlage 108 umfasst dabei insbesondere eine Einlaufschleuse 112, eine erste Aufheizzone 114, eine Zwischenschleuse 116, eine zweite Aufheizzone 118, eine Haltezone 120 und/oder eine Auslaufschleuse 122.
Mittels der Trocknungsanlage 108 können die Werkstücke 102 somit über die Einlaufschleuse 112 der ersten Aufheizzone 114 zugeführt und darin erhitzt werden. Über die Zwischenschleuse 116 können die Werkstücke 102 in die zweite Aufheizzone 118 gefördert werden und dort weiter erhitzt werden. Nach der zweiten Aufheizzone 118 gelangen die Werkstücke 102 mittels der Fördervorrichtung in die Haltezone 120. Über die Auslaufschleuse 122 verlassen die Werkstücke 102 die Trocknungsanlage 108.
Durch das Aufheizen der Werkstücke 102 in der Trocknungsanlage 108 können diese zuverlässig getrocknet werden.
Die Trocknungsanlage 108, insbesondere die erste Aufheizzone 114 und die zweite Aufheizzone 118, benötigt zum Betrieb derselben eine Wärmezufuhr.
Hierzu ist vorzugsweise eine Verbrennungsanlage 124 vorgesehen. Eine in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform einer solchen Verbrennungsanlage 124 umfasst eine Verbrennungsvorrichtung 126, welche beispielsweise als eine thermische Oxidationsvorrichtung 128 ausgebildet ist.
Die Verbrennungsvorrichtung 126 umfasst insbesondere eine Brennkammervorrichtung 130 und einen Brenner 132, welcher vorzugsweise in der Brennkammervorrichtung 130 angeordnet ist.
Die Verbrennungsanlage 124 umfasst ferner eine Brennstoffzuführung 134 zur Zuführung von Brennstoff zu der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere zur Zuführung von Brennstoff zu dem Brenner 132.
Ferner umfasst die Verbrennungsanlage 124 eine Oxidatorzuführung 136 zur Zuführung von Oxidator zu der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere zur Zuführung von Oxidator zu dem Brenner 132.
Der Oxidator ist insbesondere Luftsauerstoff, so dass die Oxidatorzuführung 136 beispielsweise eine Zuluftzuführung 138 sein kann.
Als Zuluft kann insbesondere Luft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, beispielsweise aus der ersten Aufheizzone 114, aus der zweiten Aufheizzone 118 und/oder aus der Haltezone 120 der Trocknungsanlage 108 oder aus einem Beschichtungsbereich einer Beschich- tungsanlage, verwendet werden . Insbesondere dann, wenn die Luft aus dem Behandlungsbereich 140 thermisch zersetzbare und/oder thermisch verwertbare, beispielsweise brennbare und/oder oxidierbare, Bestandteile enthält, kann vorgesehen sein, dass diese Bestandteile aufkonzentriert werden, bevor die Luft als Zuluft zugeführt wird .
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass als Zuluft Frischluft aus einer Umgebung der Verbrennungsanlage 124 verwendet wird . Ferner kann alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen sein, dass als Zuluft zurückgeführtes Abgas aus der Verbrennungsanlage 124 verwendet wird.
Die Verbrennungsanlage 124 umfasst ferner eine Abgasführung 142, mittels welcher Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere Abgas aus der Brennkammervorrichtung 130, abführbar ist.
Zur effizienten Nutzung der im Betrieb der Verbrennungsanlage 124 anfallenden Wärme ist mindestens ein Wärmeüberträger 144 vorgesehen.
Beispielsweise ist ein Wärmeüberträger 144 vorgesehen, welcher die Oxidator- zuführung 136 mit der Abgasführung 142 thermisch koppelt, so dass Wärme aus dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den der Verbrennungsvorrichtung 126 zuzuführenden Oxidator übertragbar ist.
Diesem Wärmeüberträger 144 und vorzugsweise auch einzelnen oder allen weiteren der genannten Wärmeüberträger 144 ist eine Bypass-Vorrichtung 146 zugeordnet.
Mittels einer Bypass-Vorrichtung 146 kann vorzugsweise Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere aus der Brennkammervorrichtung 130, an dem Wärmeüberträger 144 vorbeigeleitet werden. Zur Steuerung und/oder Regelung der Menge des durch den Wärmeüberträger 144 hindurchgeleiteten Abgasstroms und des an dem Wärmeüberträger 144 vorbeigeleiteten Abgasstroms umfasst die Bypass-Vorrichtung 146 vorzugsweise eines oder mehrere steuerbare und/oder regelbare Ventile 148.
Um die in dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung 126 enthaltene Wärme auf die Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere auf die in der Trocknungsanlage 108 angeordneten Werkstücke 102 übertragen zu können, ist mindestens ein weiterer Wärmeüberträger 144 vorgesehen. Der Wärmeüberträger 144 ermöglicht dabei eine thermische Kopplung der Abgasführung 142 mit einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, beispielsweise mit der ersten Aufheizzone 114, mit der zweiten Aufheizzone 118 und/oder mit der Haltezone 120 der Trocknungsanlage 108.
Mittels des mindestens einen Wärmeüberträgers 144 kann somit Wärme aus dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den mindestens einen Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 und somit auf die Werkstücke 102 übertragen werden.
Der mindestens eine weitere Wärmeüberträger 144 ist vorzugsweise Bestandteil einer Umluftvorrichtung 150.
Die Umluftvorrichtung 150 umfasst einen Wärmeüberträger 144, eine Bypass- Vorrichtung 146, einen Ventilator 152 und eine Umluftführung 154.
Mittels der Umluftführung 154 und des Ventilators 152 kann Luft aus dem Behandlungsbereich 140 dem Wärmeüberträger 144 zugeführt, darin erhitzt und erneut dem Behandlungsbereich 140 zugeführt werden. Die in dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 enthaltene Wärme wird somit zumindest teilweise auf die aus dem Behandlungsbereich 140 entnommene und dem Behandlungsbereich 140 erneut zuzuführende Luft übertragen.
Günstig kann es sein, wenn mehreren Behandlungsbereichen 140 jeweils eine Umluftvorrichtung 150 zugeordnet ist.
So ist bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Werkstückbehandlungsanlage 100 und der Verbrennungsanlage 124 vorgesehen, dass sowohl der ersten Aufheizzone 114 als auch der zweiten Aufheizzone 118 und der Haltezone 120 der Trocknungsanlage 108 jeweils eine Umluftvorrichtung 150 zugeordnet ist. Zur Versorgung der Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere der Trocknungsanlage 108, mit Frischluft ist eine Frischluftvorrichtung 156 vorgesehen.
Die Frischluftvorrichtung 156 umfasst eine Frischluftzuführung 158 zur Ansaugung von Frischluft, insbesondere aus der Umgebung der Werkstückbehandlungsanlage 100.
Die Frischluftvorrichtung 156 umfasst ferner einen Wärmeüberträger 144, mittels welchem die Frischluftzuführung 158 und die Abgasführung 142 der Verbrennungsanlage 124 thermisch miteinander gekoppelt sind .
Mittels einer Bypass-Vorrichtung 146 der Frischluftvorrichtung 156 kann dabei die Menge des durch den Wärmeüberträger 144 der Frischluftvorrichtung 156 geführten Abgases und somit die Menge der von dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf die in der Frischluftzuführung 158 geführte Frischluft übertragenen Wärme gesteuert und/oder geregelt werden.
Die mittels der Frischluftvorrichtung 156 bereitgestellte und vorzugsweise erwärmte Frischluft wird mittels der Frischluftzuführung 158 vorzugsweise der Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104, zugeführt.
Insbesondere wird mittels der Frischluftvorrichtung 156 Frischluft in die Einlaufschleuse 112, in die Zwischenschleuse 116 und/oder in die Auslaufschleuse 122 der Trocknungsanlage 108 eingeleitet.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Werkstückbehandlungsanlage 100 und/oder der Verbrennungsanlage 124 kann vorgesehen sein, dass mittels der Frischluftvorrichtung 156 Frischluft zu der Verbrennungsvorrichtung 126 zuführbar ist. Bei der in Fig . 1 dargestellten Ausführungsform der Werkstückbehandlungsanlage 100 und/oder der Verbrennungsanlage 124 ist zur Versorgung der Verbrennungsvorrichtung 126 mit Oxidator eine Abluftabführung 160 zur Abführung von Abluft aus der Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere aus der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104, vorgesehen.
Mittels der Abluftabführung 160 kann insbesondere Abluft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 abgeführt und der Verbrennungsvorrichtung 126 zugeführt werden.
Ferner ist bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 eine Abgasrückführung 162 vorgesehen, mittels welcher ein Teil des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126 über die Oxidatorzufüh- rung 136 erneut der Verbrennungsvorrichtung 126 zuführbar ist.
Mittels der Abgasrückführung 162 ist vorzugsweise ein Teil des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126 bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasführung 142 stromaufwärts und/oder stromabwärts der Frischluftvorrichtung 156, insbesondere des Wärmeüberträgers 144 der Frischluftvorrichtung 156, aus der Abgasführung 142 abzweigbar und erneut der Verbrennungsvorrichtung 126 zuführbar.
Die Abgasrückführung 162 umfasst vorzugsweise mindestens zwei Ventile 148, mittels welchen steuerbar und/oder regelbar ist, ob und wie viel Abgas stromaufwärts der Frischluftvorrichtung 156 oder stromabwärts der Frischluftvorrichtung 156 aus der Abgasführung 142 abgezweigt und erneut der Verbrennungsvorrichtung 126 zugeführt wird . Hierdurch kann die Temperatur des zurückgeführten Abgases beeinflusst werden, da die Temperatur des in der Abgasführung 142 geführten Abgases stromaufwärts der Frischluftvorrichtung 156 aufgrund des in der Frischluftvorrichtung 156 erfolgenden Wärmeüber- gangs auf die Frischluft größer ist als die Temperatur des Abgases stromabwärts der Frischluftvorrichtung 156.
Insbesondere die aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 entnommene Abluft kann schadstoffhaltig sein.
Diese Schadstoffe werden vorzugsweise mittels der Verbrennungsvorrichtung 126 unschädlich gemacht, d .h. chemisch umgewandelt, insbesondere in Kohlenstoffdioxid und Wasser, wenn es sich bei den Schadstoffen um organische Substanzen handelt.
Das Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 ist somit insbesondere gereinigte Abluft und wird daher auch als Reingas bezeichnet.
Die Abgasrückführung 162 kann somit auch als Reingasrückführung 164 bezeichnet werden.
Bei ausschließlicher Verwendung der bislang beschriebenen Bauteile der Werkstückbehandlungsanlage 100 und der Verbrennungsanlage 124 wird zur Erzeugung von Wärme ausschließlich Brennstoff verwendet.
Der Einsatz von Brennstoff ist jedoch kostenintensiv, so dass eine ergänzende Energiequelle, insbesondere eine ergänzende Wärmequelle, vorteilhaft sein kann.
Die Verbrennungsanlage 124 umfasst daher vorzugsweise mindestens eine Solarthermievorrichtung 166.
Die Solarthermievorrichtung 166 umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Solarkollektoren 168, beispielsweise Fresnelkollektoren oder Parabolkol- lektoren. Mittels eines Solarkollektors 168 kann Sonnenstrahlung auf ein Wärmeträgermedium der Solarthermievorrichtung 166 gerichtet werden, um das Wärmeträgermedium zu erhitzen.
Zur Nutzung der auf diese Weise erhaltenen solaren Wärme umfasst die Solarthermievorrichtung 166 eine Kreislauf 170 des Wärmeträgermediums, welcher den Solarkollektor 168 oder die Solarkollektoren 168 der Solarthermievorrichtung 166 mit einem Wärmeüberträger 144 thermisch koppelt.
Der Wärmeüberträger 144, welchem das Wärmeträgermedium zuführbar ist, ist beispielsweise mit der Oxidatorzuführung 136 thermisch gekoppelt.
Auf diese Weise kann die mittels der Solarthermievorrichtung 166 unter Verwendung von Sonnenstrahlung erhaltene Wärme auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator übertragen werden.
Der Wärmeüberträger 144 zur Übertragung der solaren Wärme auf den Oxidator ist bezüglich der Strömungsrichtung des Oxidators in der Oxidatorzuführung 136 vorzugsweise stromaufwärts der Brennkammervorrichtung 130 der Verbrennungsvorrichtung 126 angeordnet.
Vorzugsweise ist der Wärmeüberträger 144 zur Übertragung der solaren Wärme auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator stromaufwärts des Wärmeüberträgers 144 zur Übertragung von Wärme von dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator angeordnet.
Der in der Oxidatorzuführung 136 geführte Oxidator kann somit zunächst unter Verwendung von solarer Wärme und anschließend unter Verwendung der Wärme aus dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 erhitzt werden, bevor der Oxidator der Brennkammervorrichtung 130, insbesondere dem Brenner 132, zugeführt wird. Dadurch, dass der Oxidator bei der Zuführung zu der Brennkammervorrichtung 130 eine gegenüber dem herkömmlichen Betrieb erhöhte Temperatur aufweist, kann die zum Aufheizen des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126 benötigte Brennstoffmenge bei Erhalt des gewünschten Temperaturniveaus des Abgases reduziert werden.
Durch die Verwendung der Solarthermievorrichtung 166 kann somit der Brennstoffbedarf der Verbrennungsanlage 124 reduziert werden.
Alternativ oder ergänzend zu der beschriebenen Solarthermievorrichtung 166 zur Aufheizung des in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidators kann eine Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des in der Abgasführung 142 geführten Abgases (siehe Fig . 1) und/oder zum Aufheizen des in der Brennstoffzuführung 134 geführten Brennstoffs (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
Die Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des Abgases und/oder die Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des Brennstoffs entsprechen hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen der beschriebenen Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des Oxidators in der Oxidatorzuführung 136. Es muss lediglich der Wärmeüberträger 144 zur Übertragung der solaren Wärme statt mit der Oxidatorzuführung 136 mit der Abgasführung 142 bzw. mit der Brennstoffzuführung 134 thermisch gekoppelt werden.
Wie insbesondere Fig. 1 zu entnehmen ist, kann die Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des Abgases in der Abgasführung 142 beispielsweise bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases zwischen zwei Umluftvorrichtungen 150 mit der Abgasführung 142 thermisch gekoppelt sein. Auf diese Weise kann das Temperaturniveau des Abgases, welches durch die Nutzung der in dem Abgas enthaltenen Wärme mittels der stromaufwärts angeordneten Umluftvorrichtung 150 reduziert wurde, erneut angehoben werden, so dass auch der zweiten Umluftvorrichtung 150 Abgas mit einem hohen Temperaturniveau zugeführt werden kann.
Zur Steuerung und/oder Regelung der Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere der Verbrennungsanlage 124, ist eine Steuervorrichtung 171 vorgesehen.
Die vorstehend beschriebene Werkstückbehandlungsanlage 100 und die vorstehend beschriebene Verbrennungsanlage 124 funktionieren wie folgt:
Mittels der (nicht dargestellten) Fördervorrichtung werden Werkstücke 102, insbesondere lackierte Fahrzeugkarosserien 106, in der Förderrichtung 110 durch mindestens einen Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 gefördert. Insbesondere werden die Werkstücke 102 durch die erste Aufheizzone 114 und die zweite Aufheizzone 118 sowie durch die Haltezone 120 der Trocknungsanlage 108 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104 gefördert. Die Werkstücke 102 werden dabei aufgeheizt und hierdurch zuverlässig getrocknet.
Zur Bereitstellung der zum Aufheizen benötigten Wärme sind mehrere Umluftvorrichtungen 150 vorgesehen, mittels welchen Luft aus den Behandlungsbereichen 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 entnommen, unter Verwendung von Wärme aus dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung 126 erhitzt und erneut den Behandlungsbereichen 140 zugeführt wird .
Die hohe Temperatur des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126 wird dabei einerseits durch chemische Umwandlung von Brennstoff in der Brennkammervorrichtung 130 und andererseits durch Nutzung von Sonnenstrahlung mittels der Solarthermievorrichtung 166 ermöglicht. Besonders effizient ist die Verbrennungsanlage 124 dabei insbesondere dann, wenn eine große Menge solarer Wärme mittels der Solarthermievorrichtung 166 bereitgestellt wird.
Diese solare Wärme wird mittels eines Wärmeträgermediums von den Solarkollektoren 168 der Solarthermievorrichtungen 166 auf den Oxidator in der Oxidatorzuführung 136 und/oder auf das Abgas in der Abgasführung 142 übertragen.
Die zum Betrieb der Verbrennungsanlage 124 benötigte Brennstoffmenge kann hierdurch reduziert werden.
Eine in Fig . 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer Verbrennungsanlage 124 unterscheidet sich von der in Fig . 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass beispielhaft nur eine Umluftvorrichtung 150 und nur eine Solarthermievorrichtung 166 vorgesehen sind.
Die Solarthermievorrichtung 166 ist dabei die Solarthermievorrichtung 166 aus Fig . 1 zum Aufheizen des in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidators.
Anhand des nachfolgenden Beispiels wird der Nutzen einer Solarthermievorrichtung 166 verdeutlicht:
Ohne die Nutzung von solarer Wärme mittels der Solarthermievorrichtung 166 wird der Verbrennungsvorrichtung 126 beispielsweise Oxidator, insbesondere Abluft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, mit einer Temperatur von ungefähr 180 °C zugeführt. Durch Übertragung von Wärme von dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator mittels des Wärmeüberträgers 144 wird der Oxidator beispielsweise auf eine Temperatur von ungefähr 440 °C erhitzt. Mittels des Brenners 132 wird unter Verwendung von Brennstoff eine weitere Erhitzung auf beispielsweise ungefähr 750 °C erzielt. Das durch den Wärmeüberträger 144 strömende Abgas der Verbrennungsvorrichtung 126 kühlt sich durch die Übertragung der Wärme auf den Oxidator ab auf eine Temperatur von ungefähr 460 °C.
Bei der Verwendung einer Solarthermievorrichtung 166 zur Vorwärmung des Oxidators ändern sich die vorstehend genannten Werte beispielsweise wie folgt:
Die Abluft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, welche beispielsweise eine Temperatur von 180 °C aufweist, wird mittels der Solarthermievorrichtung 166 und des zugehörigen Wärmeüberträgers 144 beispielsweise auf ungefähr 360 °C vorgewärmt. Durch die weitere Vorwärmung in dem Wärmeüberträger 144 zur Übertragung von Wärme von dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den in der Oxidatorzu- führung 136 geführten Oxidator wird eine Temperatur von beispielsweise ungefähr 580 °C erhalten.
Die in der Brennkammervorrichtung 130 gewünschte Brennkammertemperatur (insbesondere kalorische Brennkammertemperatur) von ungefähr 750 °C kann aufgrund des geringeren Temperaturunterschieds unter Verwendung einer geringeren Brennstoffmenge erhalten werden. Insbesondere wird die benötigte Brennstoffmenge um diejenige Menge reduziert, welche hinsichtlich der freisetzbaren Energie der eingebrachten solaren Energie entspricht.
Im Übrigen stimmt die in Fig . 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig . 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird . Eine in Fig . 3 dargestellte dritte Ausführungsform einer Verbrennungsanlage 124 unterscheidet sich von der in Fig . 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Verbrennungsvorrichtung 126 eine Gasturbinenvorrichtung 172 umfasst.
Die Gasturbinenvorrichtung 172 ist insbesondere eine Mikrogasturbinenvor- richtung, welche beispielsweise in einem Leistungsbereich unterhalb von 500 kWei betreibbar ist.
Die Gasturbinenvorrichtung 172 umfasst eine Kompressionsvorrichtung 174, eine Turbinenvorrichtung 176, eine Generatorvorrichtung 178 und einen Rekuperator 180.
Die Kompressionsvorrichtung 174 dient der Komprimierung der der Brennkammervorrichtung 130 zuzuführenden Fluide, insbesondere des Oxidators.
Mittels der Turbinenvorrichtung 176 ist das Abgas aus der Brennkammervorrichtung 130 zur Umwandlung der darin enthaltenen Energie in mechanische Energie entspannbar.
Mittels des Rekuperators 180, welcher als ein Wärmeüberträger 144 ausgebildet ist, kann Wärme aus dem in der Abgasführung 142 geführten Abgas auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator und/oder ein (noch zu beschreibendes) Additiv übertragen werden.
Mittels der Generatorvorrichtung 178 kann die mittels der Turbinenvorrichtung 176 erzeugte mechanische Energie zur Stromerzeugung genutzt werden.
Die Turbinenvorrichtung 176, die Kompressionsvorrichtung 174 und die Generatorvorrichtung 178 sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle 182 angeordnet. Die mittels der Turbinenvorrichtung 176 erzeugte mechanische Energie kann somit besonders einfach auf die Generatorvorrichtung 178 zur Stromerzeugung und auf die Kompressionsvorrichtung 174 zur Komprimierung des Oxi- dators übertragen werden.
Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsanlage 124 eine Additivvorrichtung 184, mittels welcher dem Oxidator, dem Brennstoff und/oder dem Abgas ein Additiv zuführbar ist.
Bei der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 ist die Additivvorrichtung 184 beispielsweise als eine Wassereinspritzung 186 zur Einspritzung von Wasser in die Oxidatorzuführung 136 ausgebildet.
Mittels der Additivvorrichtung 184 kann insbesondere ein Additiv zugeführt werden, welches in der Brennkammervorrichtung 130 im Wesentlichen chemisch inert ist, d.h. vorzugsweise nicht mit dem Oxidator und/oder dem Brennstoff chemisch reagiert.
Insbesondere dann, wenn das Additiv Wasser ist, kann durch die Verwendung einer Additivvorrichtung 184 der in der Oxidatorzuführung 136 geführte Oxidator, insbesondere Abluft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, effizient gekühlt werden .
Insbesondere kann der so gekühlte Oxidator zusammen mit dem Additiv dem Wärmeüberträger 144 zur Übertragung von solarer Wärme auf den Oxidator und/oder dem Wärmeüberträger 144 zur Übertragung von Wärme von dem Abgas aus der Brennkammervorrichtung 130 auf den Oxidator zugeführt werden. Aufgrund des vorgegebenen Temperaturniveaus des Wärmeträgermediums der Solarthermievorrichtung 166 und/oder aufgrund des vorgegebenen Temperaturniveaus des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere der Brennkammervorrichtung 130, kann durch die Vorkühlung des Oxidators mittels des Additivs eine Temperaturdifferenz zwischen der Eintritts- und der Austrittstemperatur des Oxidators in dem Wärmeüberträger 144 oder den Wärmeüberträgern 144 erhöht werden.
Insbesondere kann hierdurch die Menge der solaren Wärme, welche durch die Solarthermievorrichtung 166 bereitgestellt und auf den Oxidator und/oder das Additiv übertragen wird, erhöht werden. Hierdurch kann sich eine weitere Brennstoffersparnis beim Betrieb der Verbrennungsanlage 124 ergeben.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mittels der Additivvorrichtung 184 die Temperatur des Oxidators stromabwärts der Kompressionsvorrichtung 174 von beispielsweise ungefähr 220 °C auf ungefähr 180 °C reduziert wird. Das nutzbare Vorwärmfenster, welches zwischen der Temperatur des Oxidators und der Temperatur des Wärmeträgermediums der Solarthermievorrichtung 166 liegt, wird hierdurch von beispielsweise 220 °C bis 360 °C auf beispielsweise ungefähr 180 °C bis 360 °C erhöht. Insbesondere dann, wenn das Additiv durch die Wärmeaufnahme (beim Abkühlen des Oxidators) verdampft, kann ein zusätzliches Volumen eingebracht werden, welches zur Leistungssteigerung der Gasturbinenvorrichtung 172 beitragen kann.
Im Übrigen stimmt die in Fig . 3 dargestellte dritte Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsform einer Verbrennungsanlage 124 unterscheidet sich von der in Fig . 3 dargestellten dritten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Verbrennungsanlage 124 eine Absorptionskältemaschine 188 umfasst. Die Absorptionskältemaschine 188 ist einerseits mit der Solarthermievorrich- tung 166 und andererseits mit der Oxidatorzuführung 136, insbesondere der Zuluftzuführung 138, thermisch gekoppelt.
Hierbei ist ein Wärmeüberträger 144 vorgesehen, mittels welchem Wärme von der Solarthermievorrichtung 166 auf die Absorptionskältemaschine 188 übertragbar ist. Insbesondere ist dabei Wärme von als Fresnelkollektoren ausgebildeten Solarkollektoren 168 auf die Absorptionskältemaschine 188 übertragbar.
Ein in der Absorptionskältemaschine 188 geführtes Kältemittel kann unter Verwendung dieser Wärme aus einem Absorptionsmittel der Absorptionskältemaschine 188 herausgetrieben, insbesondere verdampft, werden.
Mittels einer Kühlvorrichtung 190 der Absorptionskältemaschine 188 kann das hierbei erhitzte Absorptionsmittel und/oder das Kältemittel abgekühlt werden, um eine erneute Wärmeaufnahme zu ermöglichen.
Insbesondere ist mittels der Absorptionskältemaschine 188 Wärme aus einem der Verbrennungsvorrichtung 126 zuzuführenden Oxidatorstrom, insbesondere Zuluft, entziehbar, um den Oxidatorstrom abzukühlen.
Ein zur thermischen Kopplung der Absorptionskältemaschine 188 mit der Oxidatorzuführung 136 vorgesehener Wärmeüberträger 144 ist bezüglich der Strömungsrichtung des Oxidators stromaufwärts der Kompressionsvorrichtung 174 der Verbrennungsvorrichtung 126 angeordnet.
Durch die Kühlung des Oxidators vor dessen Zuführung zu der Kompressionsvorrichtung 174 kann vorzugsweise der Massenstrom des der Kompressionsvorrichtung 174 zugeführten Oxidators erhöht werden.
Hierdurch lässt sich der Wirkungsgrad der Verbrennungsvorrichtung 126 und somit auch der Wirkungsgrad der gesamten Verbrennungsanlage 124 steigern. Im Übrigen stimmt die in Fig . 4 dargestellte vierte Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird .

Claims

Patentansprüche
Verbrennungsanlage (124), umfassend
eine Verbrennungsvorrichtung (126) zur chemischen Umsetzung von Brennstoff und Oxidator;
eine Brennstoffzuführung (134) zur Zuführung von Brennstoff zu der Verbrennungsvorrichtung (126);
eine Oxidatorzuführung (136) zur Zuführung von Oxidator zu de Verbrennungsvorrichtung (126);
eine Abgasführung (142) zur Abführung von Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung (126);
eine Solarthermievorrichtung (166), mittels welcher ein als Ther- moöl ausgebildetes Wärmeträgermedium unter Verwendung von Sonnenstrahlung erhitzbar ist, wobei die Solarthermievorrichtung (166) einen oder mehrere Fresnelkollektoren umfasst; und einen oder mehrere Wärmeüberträger (144), mittels welchen Wärme von dem Wärmeträgermedium auf den in der Brennstoffzuführung (134) geführten Brennstoff, auf den in der Oxidatorzuführung (136) geführten Oxidator und/oder auf das in der Abgasführung (142) geführte Abgas übertragbar ist.
Verbrennungsanlage (124) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsvorrichtung (126) eine Gasturbinenvorrichtung (172), insbesondere eine Mikrogasturbine, und/oder eine rekuperative thermische Abluftreinigung umfasst.
Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsanlage (124) eine Additivvorrichtung (184) umfasst, mittels welcher ein Additivmedium der Brennstoffzuführung (134), der Oxidatorzuführung (136) und/oder der Abgasführung (142) zuführbar ist.
4. Verbrennungsanlage (124) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Additivvorrichtung (184) bezüglich einer Strömungsrichtung des Brennstoffs und/oder des Oxidators stromaufwärts des einen oder der mehreren Wärmeüberträger (144) angeordnet ist, mittels welchen Wärme von dem Wärmeträgermedium auf den in der Brennstoffzuführung (134) geführten Brennstoff und/oder auf den in der Oxidatorzu- führung (136) geführten Oxidator übertragbar ist.
5. Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsvorrichtung (126) eine Kompressionsvorrichtung (174) zur Kompression von Brennstoff und/oder Oxidator umfasst.
6. Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Wärmeüberträger (144) oder die mehreren Wärmeüberträger (144) bezüglich einer Strömungsrichtung des Oxidators und/oder des Brennstoffs stromaufwärts einer Brennkammervorrichtung (130) der Verbrennungsvorrichtung (126) und/oder stromabwärts einer Kompressionsvorrichtung (174) der Verbrennungsvorrichtung (126) angeordnet sind.
7. Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Wärmeüberträger (144) oder die mehreren Wärmeüberträger (144) bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts einer Brennkammervorrichtung (130) der Verbrennungsvorrichtung (126) und/oder stromabwärts einer Turbinenvorrichtung (176) der Verbrennungsvorrichtung (126) angeordnet sind.
8. Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium eine Flüssigkeit ist.
9. Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsvorrichtung (126) eine thermische Oxidationsvorrichtung (128) zur Oxidation von Schadstoffen und/oder eine Gasturbinenvorrichtung (172) umfasst.
10. Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Oxidatorzuführung (136) gereinigtes Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung (126) der Verbrennungsvorrichtung (126) zuführbar ist.
11. Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsanlage (124) eine Absorptionskältemaschine (188) zur Kühlung des mittels der Oxidatorzuführung (136) der Verbrennungsvorrichtung (126) zuzuführenden Oxidators umfasst.
12. Verbrennungsanlage (124) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionskältemaschine (188) mittels der Solarthermievor- richtung (166) antreibbar und/oder mittels Wärme aus der Solarther- mievorrichtung (166) betreibbar ist.
13. Werkstückbehandlungsanlage (100) zur Behandlung und/oder Bearbeitung von Werkstücken (102), umfassend eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung (104) zum Trocknen von Werkstücken (102) und eine Verbrennungsanlage (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Werkstückbehandlungsanlage (100) nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet,
dass Abgas aus einem Behandlungsbereich (140) der Werkstückbehandlungsanlage (100) als Oxidator und/oder als Brennstoff zu der Verbrennungsanlage (124) zuführbar ist und/oder
dass Wärme aus dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung (126) zu ei- nem Behandlungsbereich (140) der Werkstückbehandlungsanlage (100) zuführbar ist.
15. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage (124), umfassend Folgendes:
Zuführen von Brennstoff zu einer Verbrennungsvorrichtung (126) der Verbrennungsanlage (124);
Zuführen von Oxidator zu der Verbrennungsvorrichtung (126); Abführen von Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung (126); Erhitzen eines als Thermoöl ausgebildeten Wärmeträgermediums mittels eines oder mehrerer Fresnelkollektoren einer Solar- thermievorrichtung (166) unter Verwendung von Sonnenstrahlung;
Übertragen von Wärme mittels eines oder mehrerer Wärmeüberträger (144) von dem Wärmeträgermedium auf den Brennstoff, auf den Oxidator und/oder auf das Abgas.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das
Wärmeträgermedium mittels der Solarthermievorrichtung (166) auf höchstens ungefähr 500 °C erhitzt wird, bevor es zum Erhitzen des Brennstoffs, des Oxidators und/oder des Abgases dem einen Wärmeüberträger (144) oder den mehreren Wärmeüberträgern (144) zugeführt wird .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme von dem Wärmeträgermedium auf ein Additivmedium übertragen wird, welches zusätzlich zu dem Brennstoff und dem Oxidator der Verbrennungsvorrichtung (126) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Additivmedium mittels einer Brennstoffzuführung (134) und/oder mittels einer Oxidatorzuführung (136) gemeinsam mit dem Brennstoff und/oder ge- meinsam mit dem Oxidator mittels des einen Wärmeüberträgers (144) oder mittels der mehreren Wärmeüberträger (144) erhitzt und anschließend der Verbrennungsvorrichtung (126) zugeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Additivmedium in flüssiger Form der Brennstoffzuführung (134) und/oder der Oxidatorzuführung (136) zugeführt wird und beim Erhitzen mittels des einen Wärmeüberträgers (144) oder mittels der mehreren Wärmeüberträger (144) verdampft.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Additivmediums mittels einer Steuervorrichtung (171) abhängig von der Intensität der Sonnenstrahlung und/oder abhängig von der Temperatur des Wärmeträgermediums derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass bei geringer Intensität der Sonnenstrahlung und/oder geringer Temperatur des Wärmeträgermediums eine geringe Additivmediummenge zugeführt wird und dass bei hoher Intensität der Sonnenstrahlung und/oder hoher Temperatur des Wärmeträgermediums eine große Additivmediummenge zugeführt wird .
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