WO2023201384A1 - Verfahren und system zur abwärmerückgewinnung - Google Patents

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WO2023201384A1
WO2023201384A1 PCT/AT2023/060132 AT2023060132W WO2023201384A1 WO 2023201384 A1 WO2023201384 A1 WO 2023201384A1 AT 2023060132 W AT2023060132 W AT 2023060132W WO 2023201384 A1 WO2023201384 A1 WO 2023201384A1
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waste heat
exhaust gas
process unit
combustion exhaust
heat exchanger
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PCT/AT2023/060132
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Inventor
Christian Huber
Mario PENASO
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IAF Process Engineering GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for recovering waste heat for heating a heating burner, in particular a heating burner in a drying section of a paper machine. Furthermore, within the scope of the invention, a system and a control for waste heat recovery between two process units, in particular between an incineration system of a pulp factory and a drying section of a paper machine, are specified.
  • a ground pulp-water mixture a so-called pulp suspension
  • a very high water content of usually around 98% to 99.9% water is usually applied evenly in a paper machine, with the moist pulp suspension then being mechanically dewatered to produce a moist pulp
  • the paper web is then dried in a drying section in which the paper web is guided over numerous heated drying cylinders.
  • the paper web can be dried in the drying section, for example, from a water content of around 50% to 60% water before the drying section to a content of around 3% to 12% water after the drying section, with the excess water is evaporated.
  • the drying section also includes at least one large heated drying cylinder, the so-called “Yankee” cylinder, which also is referred to as a “smoothing cylinder”. Due to the large cylinder diameter of the Yankee cylinder and the resulting very long residence time of a paper side on the cylinder surface, the smoothness and gloss typical of MG papers are created on the side of the paper facing the cylinder.
  • the moisture from the Paper is removed with a heated air stream from drying hoods in the area of the Yankee cylinder, whereby the water content of the paper web is usually around 40% to 60% before the Yankee cylinder and around 10% after the Yankee cylinder.
  • the heating of this Yankee cylinder Cylinder or smoothing cylinder is therefore particularly energy-intensive.
  • the heating power required to heat the Yankee cylinder alone can be in the order of around 10 MW.
  • the dry air required for the drying section of a paper machine is brought to the desired drying temperature by means of one or more heating burners, which are usually fired with natural gas, and to the desired residual moisture by means of recirculation.
  • Alternative substitute fuels or Secondary fuels are all non-fossil fuels, for example fuels that are obtained from waste, which can be solid, liquid or gaseous waste materials.
  • alcohols such as bioethanol, methane oil, wood chips, pellets or tall oils can be used as CO2-neutral alternative fuels or serve as secondary fuels.
  • pulp factories already have incineration plants operated to burn the waste materials resulting from pulp production, such as bark waste, fiber sludge, sewage sludge, tall oils, turpentine, liquid methanol, strong gases and/or non-condensable exhaust gases (NKG for short).
  • Strong gases and non-condensable exhaust gases are exhaust gases from pulp production, which contain, for example, methanol and turpentine compounds as energy sources, as well as high concentrations of sulfur compounds, which is why these exhaust gases also have to be burned in an incinerator.
  • the most common processes for lignin digestion in the cellulose matrix of wood chips are the sulfate process and the sulfite process.
  • high concentrations of pollutants such as sulfur compounds and other oxides such as: Nitrogen oxides may be present in the combustion exhaust gas.
  • pollutants such as sulfur compounds and other oxides such as: Nitrogen oxides may be present in the combustion exhaust gas.
  • high levels of resin acids, such as turpentine which are present in the bark waste of softwoods and whose volatile compounds, such as monoterpenes, can also end up in the combustion exhaust gas, must be taken into account. Turpentine is harmful to health and the environment.
  • Tall oil is a black-yellow liquid that is composed primarily of fatty acids and resin acids as well as sterols and other substances.
  • the composition varies greatly due to the origin of the resin-containing woods processed.
  • the softening temperature of this natural resin which varies in quality, is generally between 80 ° C and 120 ° C.
  • a gasification reactor in the form of a fluidized bed gasifier can be used as the combustion furnace of such an incineration system.
  • a Gasification reactor which is used to burn and gasify the fuel supplied, is usually operated at temperatures of at least 850 ° C.
  • liquid fuels and/or waste materials can also be burned, for example, in a lye combustion boiler, which serves as an incineration furnace.
  • the hot combustion exhaust gas must be subjected to exhaust gas cleaning, for example flue gas scrubbing, before the correspondingly cleaned exhaust gas can be released into the environment via a chimney.
  • exhaust gas cleaning for example flue gas scrubbing
  • waste heat recovery between two process units has so far been used. in particular between an incineration system of a pulp factory and a drying section of a paper machine.
  • the purpose of the method according to the invention is therefore to use thermal energy, which was previously released into the atmosphere in the hot combustion exhaust gas, for at least partial substitution of primary fuels for heating a heating burner, in particular a heating burner of a drying section of a paper machine.
  • Further objects of the invention are to provide a system and a control for waste heat recovery between two process units, in particular between an incineration plant and a paper machine.
  • the waste heat recovery method according to the invention comprises the following steps:
  • the first process unit comprising at least one heating burner, the at least one heating burner being fluidly connected to at least one fuel supply line and to at least one combustion air supply line;
  • the second process unit comprising a combustion furnace, which combustion furnace is set up to burn secondary fuels and/or waste materials containing sulfur compounds in the operating state of the second process unit;
  • the waste heat of the hot combustion exhaust gas of the combustion furnace of the second process unit can be transferred very efficiently directly to a fluid that is used as an energy source in the first process unit in the form of thermal energy by suitable interposition of at least one waste heat exchanger of the waste heat recovery device become .
  • a fluid or Heat transfer fluid can be, for example, gases, air, water or other liquids, liquid mixtures, oils, thermal oils, and/or latent heat storage media.
  • the fluid of the first process unit serves as a heat transfer medium and is heated as a result of the thermal energy supplied by means of the waste heat exchanger, whereby primary fuel that would otherwise be required to generate the same amount of heat in the first process unit can be saved.
  • Due to the sulfur compounds in the combustion exhaust gas it is essential to adjust the gas temperature of the combustion exhaust gas after the at least one waste heat exchanger within the waste heat recovery device so that the gas temperature is above the dew point temperature of the sulfur compounds in the combustion exhaust gas.
  • the composition of the sulfur compounds depends largely on the composition of the waste materials and fuels burned in the incinerator. As a guideline, a dew point temperature range of hydrogen sulfide compounds in the combustion exhaust gas of approximately 120 ° C to 130 ° C can be assumed.
  • the incinerator of the second process unit may be a waste incinerator.
  • a heat exchanger or heat exchanger is a device that transfers thermal energy from a fluid or Material flow to another fluid or transferred to another substance.
  • the at least one heat exchanger of the waste heat recovery device which is particularly relevant here, is referred to below as the waste heat exchanger in order to use this chosen name to emphasize its specific assignment to the waste heat recovery device according to the invention, with which the at least one waste heat exchanger is fluidly or. is fluidly connected.
  • the gas temperature of the combustion exhaust gas after the at least one waste heat exchanger within the waste heat recovery device can be set to at least 130 ° C, preferably to at least 135 ° C.
  • Our own preliminary tests have shown that at gas temperatures of the combustion exhaust gas of at least 130 ° C, the pollutants contained in the combustion exhaust gas, in particular those in it The sulfur-containing pollutants contained therein do not yet condense and therefore the dew point temperature of these pollutants in the combustion exhaust gas is not fallen below. Undesirable deposits and caking on the apparatus and pipes in contact with the combustion exhaust gas are therefore avoided.
  • the softening temperature of various natural resins from bark waste, whose volatile components can also be present in the combustion exhaust gas is generally between 80 ° C and 120 ° C. Therefore, the stated gas temperatures of the combustion exhaust gas of at least 130 ° C, preferably of at least 135 ° C, in the waste heat recovery device are also advantageous in order to prevent solid deposits and film formation of resins and terpenes and thus to ensure continuous operation of the waste heat recovery device that is as trouble-free and low-maintenance as possible.
  • a paper machine preferably a drying section of a paper machine
  • paper production in particular is particularly energy-intensive, which is why there is a particularly great need to take measures to recover waste heat and save primary fuels.
  • the drying section of a paper machine in particular lends itself to replacing at least a portion of the thermal energy from heating burners for hot air generation, which is currently usually provided by means of natural gas firing, with the method according to the invention for waste heat recovery in the form of waste heat from secondary fuels.
  • the method according to the invention can be carried out particularly efficiently if an incineration system of a pulp factory is provided as the second process unit, the incineration system being set up to burn secondary fuels and/or waste materials in the operating state, the secondary fuels and/or waste materials being selected from the Group comprising: wood chips, bark waste, fiber sludge, sewage sludge, methanol, Bioalcohol, tall oils, turpentines, strong gases and/or non-condensable exhaust gases.
  • Process integration of a paper machine as the first process unit, which requires thermal energy during ongoing operation, and a pulp mill incineration system as the second process unit, which generates thermal energy in the form of hot combustion exhaust gas, at the same location offers numerous advantages.
  • heating outputs of the order of 10 MW of thermal energy can be transferred from the hot combustion exhaust gas of the second process unit to a fluid of the first process unit.
  • the incinerator may be a waste incinerator, with the incinerator being a waste incinerator.
  • combustion air is used for the at least one heating burner as the fluid that is used as an energy source in the first process unit. Thermal energy from the hot combustion exhaust gas is transferred using the at least one waste heat exchanger to the combustion supply air for the at least one heating burner in the first process unit, whereby the combustion supply air is heated.
  • a gas temperature of the hot combustion exhaust gas immediately upstream of the waste heat recovery device is in the range from 550 ° C to 650 ° C, preferably from 570 ° C to 630 ° C , particularly preferably from 590 ° C to 610 ° C, is set.
  • the hot exhaust temperature of the combustion exhaust gas directly after the combustion furnace can, for example, be in a range from 850 ° C to about 1. 000 ° C, which is usually too hot for drying tasks in the paper industry. For paper drying in the drying section, hot air temperatures of around 300 ° C are usually required.
  • the provision of hot combustion exhaust gas in the range from 550 ° C to 650 ° C, particularly preferably around 600 ° C, enables efficient heat transfer of large quantities of heat or large heating outputs to a fluid of the first process unit.
  • the regulation of the required thermal energy or Thermal energy from the combustion exhaust gas can be produced, for example, by means of a slow bypass control.
  • a slow bypass control On the circulating drying air side, for reasons of simplified control, it can be expedient if the smallest possible proportion of the required thermal energy is still generated by burning natural gas.
  • the waste heat recovery device can comprise at least one waste heat recovery line for discharging the hot combustion exhaust gas from the second process unit, the at least one waste heat recovery line being connected to the second process unit and to the at least one waste heat exchanger, preferably with at least two waste heat exchangers connected in series. each is fluidly connected, and wherein the at least one waste heat exchanger is followed by a flue gas cleaning device, so that the hot combustion exhaust gas in the operating state of the second process unit through the at least one waste heat exchanger, preferably through at least two in series waste heat exchangers connected in series, is transported through and cooled down before the combustion exhaust gas is cleaned in the flue gas cleaning device.
  • a flue gas scrubber device and/or an electrostatic filter for dust separation may be required as a flue gas cleaning device.
  • the hot combustion exhaust gas can be in at least one waste heat recovery line, which is connected to the second process unit or is fluidly connected to the combustion furnace and to the at least one waste heat exchanger, preferably with at least two waste heat exchangers connected in series.
  • the flue gas cleaning device is arranged downstream of the at least one waste heat exchanger, so that the hot combustion exhaust gas in the operating state of the second process unit is transported through the at least one waste heat exchanger, preferably through at least two waste heat exchangers connected in series, and is cooled before the combustion exhaust gas is cleaned in the flue gas cleaning device .
  • At least one plate heat exchanger can expediently be used for the at least one waste heat exchanger, preferably for the at least two waste heat exchangers connected in series, of the waste heat recovery device.
  • Plate heat exchangers which are also referred to as plate heat exchangers, can advantageously be built very compactly and have a very high heat flow density in relation to their small size, which is why they are available in a wide variety of applications Areas used, including for industrial heating and/or cooling tasks as well as in solar technology.
  • a system for waste heat recovery comprising: a first process unit, the first process unit comprising at least one heating burner, the at least one heating burner being fluidly connected to at least one fuel supply line and to at least one combustion air supply line ; a second process unit for generating thermal energy, the second process unit comprising a combustion furnace, the combustion furnace being adapted to burn waste materials containing sulfur compounds in the operating state of the system in order to obtain a hot combustion exhaust gas containing sulfur compounds; and a waste heat recovery device comprising at least one waste heat exchanger, wherein the waste heat recovery device is designed to, in an operating state of the system, thermal energy of the hot combustion exhaust gas derived from the second process unit, which hot combustion exhaust gas, optionally with the admixture of fresh air and / or tertiary air, can be introduced into the waste heat recovery device , with the at least one waste heat exchanger to transfer to a fluid that is provided as an energy source in the first process unit, wherein the combustion exhaust
  • the gas temperature of the combustion exhaust gas can be determined according to at least one Waste heat exchanger within the waste heat recovery device is at least 130 ° C, preferably at least 135 ° C.
  • a system according to the invention can be particularly efficient if the first process unit is a paper machine, preferably a dryer section of a paper machine.
  • the second process unit is an incineration system of a pulp factory, the incineration system being set up to be in the operating state of the System to burn secondary fuels and / or waste materials, the waste materials being selected from the group comprising: wood chips, bark waste, fiber sludge, sewage sludge, methanol, bioalcohol, tall oils, turpentines, strong gases and / or non-condensable exhaust gases.
  • a system according to the invention can be used particularly flexibly and is set up, in the operating state of the system, to transmit thermal energy from the hot combustion exhaust gas with the at least one waste heat exchanger to the combustion air line for the at least one heating burner in the first process unit in order to provide the at least one heating burner to heat the combustion air supplied in the operating state.
  • a system according to the invention can be used in a variety of ways and is designed to ensure that the gas temperature of the hot combustion exhaust gas immediately upstream of the waste heat recovery device, optionally with the admixture of fresh air and/or tertiary air, is in the range from 550 ° C to 650 ° C, preferably from 570 °C to 630°C, particularly preferably from 590°C to 610°C.
  • the waste heat recovery device can comprise at least one waste heat recovery line for discharging the hot combustion exhaust gas from the second process unit, the at least one waste heat recovery line being connected to the second process unit and to the at least one waste heat exchanger, preferably with at least two connected in series Waste heat exchangers, each fluidly connected, and wherein the at least one waste heat exchanger is followed by a flue gas cleaning device.
  • a system in which the at least one waste heat exchanger, preferably at least two waste heat exchangers connected in series, of the waste heat recovery device is designed as a plate heat exchanger can be used in a variety of ways. are .
  • a blower device can be provided in a system according to the invention for controlling a flow rate of the combustion exhaust gas through the at least one waste heat exchanger of the waste heat recovery device, the blower device being fluidly connected to the at least one waste heat exchanger, and the blower device preferably being connected to the waste heat exchanger is downstream in the flow direction of the combustion exhaust gas.
  • control for a system for waste heat recovery is specified, the control being set up to carry out the following process steps:
  • a gas temperature of the hot combustion exhaust gas when introducing it from the second process unit into the waste heat recovery device if necessary Adding fresh air and/or tertiary air, in the range from 550 ° C to 650 ° C, preferably from 570 ° C to 630 ° C, particularly preferably from 590 ° C to 610 ° C;
  • a gas temperature of the combustion exhaust gas after the at least one waste heat exchanger wherein a dew point temperature of the sulfur compounds in the combustion exhaust gas is not fallen below, preferably a gas temperature of the combustion exhaust gas is set to at least 130 ° C, particularly preferably to at least 135 ° C.
  • Fig. 1 a schematic representation in a process flow diagram of a system according to the invention for waste heat recovery.
  • Fig. 1 shows a system 1 for waste heat recovery based on the heating of a heating burner of a first process unit 10, for example a paper machine 10, in particular a drying section 11 of a paper machine 10.
  • a first process unit 10 for example a paper machine 10, in particular a drying section 11 of a paper machine 10.
  • the first process unit 10 is surrounded by a dash-dotted line.
  • a so-called MG paper machine for the production of paper smoothed on one side, with in the drying section 11 in the operating state of the paper machine 10 paper is passed through numerous small heated drying cylinders, which are shown in FIG. 1 are not explicitly shown, as well as over a particularly large drying cylinder 12 with a large cylinder diameter, a so-called Yankee cylinder 12, and is dried in the process.
  • the drying air required for drying in the area of the Yankee cylinder 12 is passed through a first dryer hood 13 and through a second dryer hood 14, the two dryer hoods 13, 14 each being on the left or on the left. are arranged to the right of a longitudinal axis and above the Yankee cylinder 12.
  • a first heating burner 15 is used to heat and provide dry hot air for the first dryer hood 13.
  • a second heating burner 16 is used to heat and provide dry hot air for the second dryer hood 14.
  • at least one heat exchanger 17 for fresh air preheating is also present in the drying section 11.
  • a second process unit 20 which here is, for example, an incineration system 20 of a pulp factory, comprises an incineration furnace 21, a flue gas purification device 22 and an exhaust gas chimney 23.
  • a quantity sensor 25 is used here to detect the quantity supplied to the combustion furnace 21 in the operating state
  • Waste streams are also outlined with a dash-dotted line for easier overview.
  • a waste heat recovery device 3 which here comprises a waste heat recovery line 30 as well as a first waste heat exchanger 31 and a second waste heat exchanger 32 connected in series with the first waste heat exchanger 31.
  • the two waste heat exchangers 31, 32 are each designed as plate heat exchangers.
  • a blower device 33 is arranged downstream of the two waste heat exchangers 31, 32.
  • the components of the waste heat recovery device 3 are surrounded by a dash-two-dotted line.
  • a first temperature sensor 35 serves to monitor the temperature of hot combustion exhaust gas that is introduced into the waste heat recovery line 30 .
  • a further, second temperature sensor 36 is provided in the waste heat recovery line 30 downstream of the two waste heat exchangers 31, 32 connected in series and is used to monitor the gas temperature 36 of combustion exhaust gas after leaving the waste heat exchangers 31, 32.
  • a further, third temperature sensor 37 is arranged here downstream after a blower device 33, which is arranged downstream of the two waste heat exchangers 31, 32.
  • the waste heat recovery line 30 is fluidly or fluidly connected to the two waste heat exchangers 31, 32 and to the blower device 33. fluidly connected.
  • the further reference numerals 100 to 312 each equally designate delivery lines, for example pipes, for supplying and/or discharging the corresponding media, as well as the media themselves conveyed within the respective lines.
  • the ones in Fig. 1 arrow directions each refer to the conveying directions of the media located in the respective lines in the operating state of the system 1 according to the invention for waste heat recovery.
  • the reference numbers 100 to 120 described below refer to the first process unit 10 or the paper machine 10 shown here.
  • the two heating burners 15 and 16 are fed by a fuel supply line 100, the fuel 100 here being, for example, natural gas being supplied to the two heating burners 15, 16 in the direction of arrow 100.
  • the fuel supply line 100 bifurcates into a first fuel supply line 101 for the first heating burner 15 and into a second fuel supply line 102 for the second heating burner 16. If necessary, the hot air temperatures for heating the first can be adjusted by adjusting the dosage quantities of the respective amounts of natural gas supplied as fuels 101, 102 Dryer hood 13 and for heating the second dryer hood 14 can be regulated individually.
  • fresh air 110 is supplied to the drying section 11 in the direction of arrow 110.
  • the fresh air 110 is preheated in the heat exchanger 17 for fresh air preheating and then reaches the waste heat exchanger 32 in a supply line 111 for preheated fresh air 111 in the direction of arrow 111, thermal energy being transferred to the preheated fresh air 111 in the waste heat exchanger 32 and the fresh air 111 being heated in the process.
  • Heated fresh air leaves the waste heat exchanger 32 in the direction of arrow 112 in the supply line 112 as heated combustion supply air 112, with a first partial flow of the heated combustion supply air 112 being used directly to supply the two heating burners 15, 16 with combustion supply air 112.
  • a second partial flow of the heated combustion air 112 is fed to a further waste heat exchanger 31.
  • thermal energy is again transferred to the already heated combustion supply air 112, the temperature of the combustion supply air 112 being further increased, with further heated combustion supply air 113 being obtained downstream of the waste heat exchanger 31.
  • the further heated combustion air 113 is here, for example, only supplied to the first heating burner 15, which heating burner 15 heats the first dryer hood 13 of the Yankee cylinder 12, which is located in front of the second dryer hood 14, viewed in the upstream direction against a conveying direction of the paper web.
  • the first dryer hood 13 serves here to dry an even comparatively moister paper web with approximately 40% water content, which is why a comparatively larger amount of dry air and / or a comparatively higher temperature of the heated combustion air 113 is expedient. are in comparison to the amount of dry air and/or temperature of the combustion supply air 112 for the downstream second dryer hood 14.
  • a hot air supply line 115 serves to supply hot air 115 from the first heating burner 15 to the first drying hood 13.
  • a separate hot air supply line 116 is used to supply hot air 116 from the second heating burner 16 to the second drying hood 14.
  • An exhaust air line 117 serves to remove moist exhaust air 117 from the first dryer hood 13.
  • Another exhaust line 118 serves to remove moist exhaust air 118 from the second dryer hood 14 of the Yankee cylinder 12. If necessary, partial flows of the moist exhaust air 117, 118 can also be recirculated and returned to the heating burners 15, 16.
  • a common exhaust air line 119 serves to remove the moist exhaust air 119 from the drying section 11. After passing through the heat exchanger 17 for fresh air preheating, thermal energy from the moist exhaust air 119 being transferred to the fresh air 110 to be preheated, cooled exhaust air 120 leaves the drying section 11 or the first process unit 10 of the paper machine 10.
  • the reference numbers 200 to 213 described below relate to the second process unit 20 or the incineration plant 20 shown here.
  • One or more fuel supply lines 200 are used to supply secondary fuels 200 for operating the combustion furnace 21.
  • a waste material feed line 201 serves to supply waste materials 201 that are to be burned in the incinerator 21. Waste materials 201 can also be used as fuels 200 due to their energy content. Conversely, secondary fuels 200 can also contain harmful substances.
  • a line 210 serves to discharge the hot combustion exhaust gas 210 from the combustion furnace.
  • the hot combustion exhaust gas 210 contains sulfur compounds.
  • the conventional line 211 indicated by a dashed line 211 shows the previous line for guiding the hot combustion exhaust gas according to the prior art into a downstream flue gas cleaning device 22.
  • the line 211 shown in dashed lines is not part of the system 1 according to the invention and is only intended to show, as an example, a possible previous system design according to the prior art, according to which the second process unit 20 was not connected to the first process unit 10.
  • the further lines 212 show an exhaust gas supply line 212 of the cleaned exhaust gas to the exhaust gas chimney 23 and an exhaust gas forwarding line 213 from the exhaust gas chimney 23.
  • This embodiment variant of the method according to the invention is particularly suitable as a solution for retrofitting existing combustion plants 20.
  • the hot combustion exhaust gas 210 can be in at least one waste heat recovery line 30, which is connected to the second Process unit 20 or is fluidly connected to the combustion furnace 21 and to the two waste heat exchangers 31, 32 connected in series.
  • the reference numbers 300 to 312 described below relate to the waste heat recovery device 30.
  • a fresh air or tertiary air supply line 301 is connected to the hot combustion exhaust gas line 210 in order to introduce the hot combustion exhaust gas 210, optionally with the admixture of fresh air and/or tertiary air 301, into a first line section 310 of the waste heat recovery line 30 of the waste heat recovery device 3.
  • the hot combustion exhaust gas 310 containing sulfur compounds reaches the first waste heat exchanger 31 and thermal energy or Thermal energy is transferred from the hot combustion exhaust gas 310 to the heated combustion supply air 112, with the combustion supply air 113 being further heated.
  • the hot combustion exhaust gas 310 is cooled by the heat transfer in the first waste heat exchanger 31 and reaches a line section 311 of the waste heat recovery line 30 as combustion exhaust gas 311 that is slightly cooled compared to the gas temperature 35 of the hot combustion exhaust gas 310.
  • thermal energy or thermal energy from the combustion exhaust gas 311 is transferred to the preheated fresh air 111.
  • the combustion exhaust gas 311 continues cooled and enters a line section 312.
  • the two temperature sensors 36, 37 serve in this line section 312 to control the combustion exhaust gas temperature 36 of the cooled combustion exhaust gas 312 in order to ensure that the gas temperature 36, 37 in the line section 312 is above a dew point temperature of the sulfur compounds in the combustion exhaust gas 311.
  • the line section 312 of the waste heat recovery line 30 here comprises a blower device 33, wherein the blower device 33 is fluidly connected to the waste heat exchangers 31, 32 and is arranged downstream of them in the flow direction 312 of the combustion exhaust gas 312.
  • a flow rate of the combustion exhaust gas 310, 311, 312 through the waste heat exchangers 31, 32 of the waste heat recovery device 3 can advantageously be regulated by means of the blower device 33.
  • Fresh air or tertiary air (supply line) (arrow) combustion exhaust gas (supply line); hot exhaust gas (mixture) combustion exhaust gas (supply); hot exhaust gas (mixture) combustion exhaust gas (supply); warm exhaust gas (mixture)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwärmerückgewinnung mit den folgenden Schritten: Bereitstellen einer ersten Prozesseinheit (10), die thermische Energie benötigt, wobei die erste Prozesseinheit (10) einen Heizbrenner (15,16) umfasst, der mit einer Brennstoff Zuleitung (100,101,102) sowie mit einer Verbrennungsluftzuleitung (112,113) fluidisch verbunden ist; Bereitstellen einer zweiten Prozesseinheit (20), in der thermische Energie erzeugt wird, wobei die zweite Prozesseinheit (20) einen Verbrennungsofen (21) umfasst, der dazu eingerichtet ist, Abfallstoffe (201) enthaltend Schwefelverbindungen zu verbrennen; Verbrennen von Abfallstoffen (201) enthaltend Schwefelverbindungen zur Erzeugung von heißem Verbrennungsabgas (210), welches Schwefelverbindungen enthält; Ableiten des heißen Verbrennungsabgases (210) aus der zweiten Prozesseinheit (20) und Einleiten des Verbrennungsabgases (310) in eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) umfassend einen Abwärmetauscher (31,32); Übertragen von thermischer Energie aus dem Verbrennungsabgas (310) mit dem Abwärmetauscher (31,32) auf ein Fluid, das als Energiequelle in der ersten Prozesseinheit (10) verwendet wird, wobei eine Gastemperatur (36,37) des Verbrennungsabgases (311,312) nach dem Abwärmetauscher (31,32) so eingestellt wird, dass eine Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas (311,312) nicht unterschritten wird.

Description

VERFAHREN UND SYSTEM ZUR ABWÄRMERÜCKGEWINNUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwärmerückgewinnung für die Beheizung eines Heizbrenners , insbesondere eines Heizbrenners einer Trockenpartie einer Papiermaschine . Weiters wird im Rahmen der Erfindung ein System sowie eine Steuerung zur Abwärmerückgewinnung zwischen zwei Prozesseinheiten, insbesondere zwischen einer Verbrennungsanlage einer Zellstoff fabrik und einer Trockenpartie einer Papiermaschine , angegeben .
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik ist bekannt , dass für zahlreiche industrielle Herstellungsprozesse , insbesondere für sehr energieintensive Herstellungsprozesse , derzeit fossile Primärbrennstoffe wie Erdöl , Erdgas , Kohle oder Koks als primäre Energieträger für die Prozessbeheizung eingesetzt werden . Beispielsweise ist die Papierherstellung ein energieintensiver Herstellungsprozess .
Zur Papierherstellung wird üblicherweise ein gemahlenes Zellstoff- Wassergemisch, eine sogenannte Zellstoff suspension, mit einem sehr hohen Wassergehalt von üblicherweise rund 98 % bis 99 , 9% Wasser in einer Papiermaschine gleichmäßig aufgebracht , wobei die feuchte Zellstoff suspension anschließend mechanisch entwässert wird, um eine feuchte Papierbahn zu erhalten, und wobei diese Papierbahn danach in einer Trockenpartie , bei der die Papierbahn über zahlreiche beheizte Trocknungs zylinder geführt wird, getrocknet wird . Je nach Bauweise der verwendeten Papiermaschine bzw . abhängig von der zu erzeugenden Papiersorte oder Papierqualität kann die Papierbahn in der Trockenpartie beispielsweise von einem Wassergehalt von rund 50% bis 60% Wasser vor der Trockenpartie auf einen Gehalt von rund 3% bis 12% Wasser nach der Trockenpartie getrocknet werden, wobei das überschüssige Wasser verdunstet wird . Beispielsweise umfasst bei einer sogenannten MG-Papiermaschine (MG : englisch, kurz für „machine-glazed" ) , mit der einseitig geglättetes Papier hergestellt werden kann, die Trockenpartie auch zumindest einen großen beheizten Trocknungszylinder, den sogenannten „Yankee"- Zylinder , der auch als „Glättzylinder" bezeichnet wird . Durch den großen Zylinderdurchmesser des Yankee-Zylinders und die dadurch sehr lange Verweilzeit einer Papierseite auf der Zylinderoberfläche wird dabei die für MG-Papiere typische Glätte als auch Glanz auf der dem Zylinder zugewandten Papierseite erzeugt . Die Feuchte aus dem Papier wird mit einem aufgeheizten Luftstrom aus Trockenhauben im Bereich des Yankee-Zylinders abgeführt , wobei der Wassergehalt der Papierbahn vor dem Yankee-Zylinder üblicherweise rund 40% bis 60% und nach dem Yankee-Zylinder rund 10% beträgt . Insbesondere die Beheizung dieses Yankee-Zylinders bzw . Glättzylinders ist daher besonders energieintensiv. Je nach Größe der Papiermaschine kann allein die zur Beheizung des Yankee-Zylinders erforderliche Heizleistung in der Größenordnung von etwa 10 MW liegen .
Nach dem Stand der Technik wird die für die Trockenpartie einer Papiermaschine erforderliche Trockenluft mittels eines oder mehrerer Heizbrenner, die üblicherweise mit Erdgas befeuert werden, auf die gewünschte Trocknungstemperatur und mittels Rezirkulation auf die gewünschte Restfeuchte gebracht .
Um die Produktions kosten zu verringern und den C02-Ausstoß zu minimieren, besteht bei industriellen Herstellungsprozessen generell der Bedarf , anstelle von primären Energieträgern einen möglichst hohen Anteil an sekundären Energieträgern, die einen möglichst hohen Anteil an biogenem Kohlenstoff aufweisen und daher möglichst CO2- neutral sind, einzusetzen . Alternative Ersatzbrennstoffe bzw . Sekundärbrennstoffe sind sämtliche nicht-fossilen Brennstoffe , also beispielsweise Brennstoffe , die aus Abfällen gewonnen werden, wobei es sich dabei um feste , flüssige oder gasförmige Abfallstoffe handeln kann . Beispielsweise können Alkohole wie Bioethanol , Methanaol , Hackschnitzel , Pellets oder Tallöle als CO2-neutrale Ersatzbrennstoffe bzw . als Sekundärbrennstoffe dienen .
Nochmals zurückkommend auf die Papier- und Zellstoff Industrie werden bereits in zahlreichen Zellstoff fabriken Verbrennungsanlagen betrieben, um die bei der Zellstof fherstellung anfallenden Abfallstoffe , beispielsweise Rindenabfälle , Faserschlämme , Klärschlämme , Tallöle , Terpentin, flüssiges Methanol , Starkgase und/oder nichtkondensierbare Abgase ( kurz : NKG ) zu verbrennen . Starkgase und nichtkondensierbare Abgase sind Abgase aus der Zellstoffproduktion, die beispielsweise Methanol und Terpentinverbindungen als Energieträger enthalten, sowie hohe Konzentrationen an Schwefelverbindungen, weshalb diese Abgase ebenfalls in einer Verbrennungsanlage verbrannt werden müssen .
Die gängigsten Verfahren für den Lignin-Aufschluss in der Cellulose- Matrix der Holzhackschnitzel sind das Sulfatverfahren sowie das Sulfitverfahren . Insbesondere können aufgrund der Rindenabfälle , Faserschlämme , Starkgase und/oder nichtkondensierbaren Abgase (NKG ) , die als Abfallstoffe aus der Zellstof fherstellung stammen und die als alternative Brennstoffe für den Betrieb der Verbrennungsanlage eingesetzt werden, hohe Konzentrationen an Schadstoffen wie Schwefelverbindungen und anderen Oxiden wie beispielsweise Stickoxiden im Verbrennungsabgas vorhanden sein . Überdies sind hohe Frachten an Harzsäuren, beispielsweise Terpentin, zu beachten, die in den Rindenabfällen von Nadelhölzern vorhanden sind, und deren flüchtige Verbindungen, beispielsweise Monoterpene , ebenfalls in das Verbrennungsabgas gelangen können . Terpentin ist gesundheitsschädlich und umweltgefährdend . Pechartige Rückstände von Tallöl , einem öligen Stof f gemisch, welches als wichtigstes Nebenprodukt bei der Herstellung von Zellstoff - genauer : von Sulfat-Zellstoff , vor allem beim Einsatz von Kiefernholz - anfällt , können ebenfalls als alternativer Brennstoff in der Verbrennungsanlage eingesetzt werden . Bei Tallöl handelt sich um eine schwarz-gelbe Flüssigkeit , die sich vor allem aus Fettsäuren und Harzsäuren sowie Sterinen und anderen Stoffen zusammensetzt . Die Zusammensetzung variiert aufgrund der Herkunft der j eweils verarbeiteten, harzhaltigen Hölzer sehr stark . Die Erweichungstemperatur dieses qualitativ recht unterschiedlichen Naturharzes liegt im Allgemeinen zwischen 80 ° C und 120 ° C .
Als Verbrennungsofen einer solchen Verbrennungsanlage kann beispielsweise ein Vergasungsreaktor in Form eines Wirbelschichtvergasers verwendet werden . Ein solcher Vergasungsreaktor, der zur Verbrennung und Vergasung der zugeführten Brennstoffe dient , wird üblicherweise bei Temperaturen von zumindest 850 ° C betrieben . Alternativ oder in Ergänzung dazu können flüssige Brennstoffe und/oder Abfallstoffe beispielsweise auch in einem Laugenverbrennungs kessel verbrannt werden, der als Verbrennungsofen dient .
Wegen der hohen Schadstoff f rächten, die im Verbrennungsabgas nach der Abfallverbrennung vorhanden sind, muss das heiße Verbrennungsabgas einer Abgasreinigung , beispielsweise einer Rauchgaswäsche , unterzogen werden, bevor das entsprechend gereinigte Abgas über einen Kamin an die Umgebung abgegeben werden kann .
Aufgrund der problematischen Schadstoffe im Verbrennungsabgas aus der Verbrennungsanlage , der meist großen räumlichen Trennung zwischen der Prozesseinheit der Papiermaschine , insbesondere der Trockenpartie der Papiermaschine , und der Verbrennungsanlage einer angeschlossenen Zellstoff fabrik, sowie der schwierigen Regelbarkeit der Abwärmemengen wurde bisher von einer Abwärmerückgewinnung zwischen zwei Prozesseinheiten, insbesondere zwischen einer Verbrennungsanlage einer Zellstoff fabrik und einer Trockenpartie einer Papiermaschine , Abstand genommen .
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Abwärmerückgewinnung vorzuschlagen, mit dem es möglich ist , für die Beheizung eines Heizbrenners , insbesondere eines Heizbrenners einer Trockenpartie einer Papiermaschine , den bisher erforderlichen Bedarf an Primärbrennstoffen zu reduzieren, indem fossile Primärbrennstoffe eingespart werden und zumindest teilweise durch nicht-fossile Ersatzbrennstoffe bzw . Sekundärbrennstoffe mit einem möglichst hohen Anteil an biogenem Kohlenstoff ersetzt werden . Es wird also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bezweckt , Wärmeenergie , die bisher im heißen Verbrennungsabgas in die Atmosphäre abgegeben wurde , zur zumindest teilweisen Substitution von Primärbrennstoffen zur Beheizung eines Heizbrenners , insbesondere eines Heizbrenners einer Trockenpartie einer Papiermaschine , zu verwenden . Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein System sowie eine Steuerung zur Abwärmerückgewinnung zwischen zwei Prozesseinheiten, insbesondere zwischen einer Verbrennungsanlage und einer Papiermaschine , anzugeben .
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgaben werden mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abwärmerückgewinnung für die Beheizung eines Heizbrenners , insbesondere eines Heizbrenners einer Trockenpartie einer Papiermaschine , gelöst .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abwärmerückgewinnung umfasst die folgenden Schritte :
Bereitstellen einer ersten Prozesseinheit , in der in einem Betriebs zustand der ersten Prozesseinheit thermische Energie benötigt wird, wobei die erste Prozesseinheit zumindest einen Heizbrenner umfasst , wobei der zumindest eine Heizbrenner mit zumindest einer Brennstoff Zuleitung sowie mit zumindest einer Verbrennungsluftzuleitung fluidisch verbunden ist ;
Bereitstellen einer zweiten Prozesseinheit , in der in einem Betriebs zustand der zweiten Prozesseinheit thermische Energie erzeugt wird, wobei die zweite Prozesseinheit einen Verbrennungsofen umfasst , welcher Verbrennungsofen dazu eingerichtet ist , im Betriebszustand der zweiten Prozesseinheit Sekundärbrennstoffe und/oder Abfallstoffe enthaltend Schwefelverbindungen zu verbrennen;
Verbrennen von Sekundärbrennstoffen und/oder Abfallstoffen enthaltend Schwefelverbindungen im Verbrennungsofen der zweiten Prozesseinheit zur Erzeugung von heißem Verbrennungsabgas , wobei das heiße Verbrennungsgas Schwefelverbindungen enthält ;
Ableiten des heißen Verbrennungsabgases aus der zweiten Prozesseinheit , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft , und Einleiten des heißen Verbrennungsabgases in eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung umfassend zumindest einen Abwärmetauscher;
Übertragen von thermischer Energie aus dem in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung eingeleiteten heißen Verbrennungsabgas mit dem zumindest einen Abwärmetauscher auf ein Fluid, das als Energiequelle in der ersten Prozesseinheit verwendet wird, wobei eine Gastemperatur des Verbrennungsabgases nach dem zumindest einen Abwärmetauscher innerhalb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung so eingestellt wird, dass eine Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas nicht unterschritten wird .
Besonders vorteilhaft kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abwärmerückgewinnung die Abwärme des heißen Verbrennungsabgases des Verbrennungsofens der zweiten Prozesseinheit in Form von thermischer Energie durch geeignetes Zwischenschalten zumindest eines Abwärmetauschers der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung sehr effizient direkt an ein Fluid, das als Energiequelle in der ersten Prozesseinheit eingesetzt wird, übertragen werden . Als Fluid bzw . Wärmeträgerfluid können beispielsweise Gase , Luft , Wasser oder andere Flüssigkeiten, Flüssigkeitsgemische , Öle , Thermoöle , und/oder Latentwärmespeichermedien dienen .
Das Fluid der ersten Prozesseinheit dient dabei als Wärmeträgermedium und wird infolge der mittels Abwärmetauscher zugeführten thermischen Energie erhitzt , wodurch sonst erforderlicher Primärbrennstoff zum Erzeugen derselben Wärmemenge in der ersten Prozesseinheit eingespart werden kann . Aufgrund der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas ist es wesentlich, die Gastemperatur des Verbrennungsabgases nach dem zumindest einen Abwärmetauscher innerhalb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung so einzustellen, dass die Gastemperatur über der Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas liegt . Die Zusammensetzung der Schwefelverbindungen ist dabei maßgeblich von der Zusammensetzung der im Verbrennungsofen verbrannten Abfallstoffe und Brennstoffe abhängig . Als Richtwert kann ein Taupunktstemperaturbereich von Schwef elwasserstof fverbindungen im Verbrennungsabgas von etwa 120 ° C bis 130 ° C angenommen werden .
Folglich gilt , bei der Verfahrensführung darauf zu achten, dass die Gastemperatur des Verbrennungsabgases in der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung nicht unter diese Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas fällt , um unerwünschte Abscheidungen der schwefelhaltigen Schadstoffe aus dem Verbrennungsabgas in der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung und damit einhergehende Verblockungen und Betriebsstörungen zu vermeiden .
Der Verbrennungsofen der zweiten Prozesseinheit kann ein Abfallverbrennungsofen sein .
Definitionsgemäß ist ein Wärmetauscher oder Wärmeübertrager eine Vorrichtung, die thermische Energie von einem Fluid bzw . Stoffstrom auf ein anderes Fluid bzw . auf einen anderen Stoff ström überträgt . Der hier besonders relevante zumindest eine Wärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung wird im Folgenden als Abwärmetauscher bezeichnet , um mit dieser gewählten Bezeichnung seine spezifische Zuordnung zur erfindungsgemäßen Abwärmerückgewinnungsvorrichtung hervorzuheben, mit der der zumindest eine Abwärmetauscher fluidisch bzw . strömungstechnisch verbunden ist .
Die im Folgenden verwendeten Positionsangaben von Bauteilen oder Komponenten des Systems zur Abwärmerückgewinnung , wie beispielsweise die Begriffe „oben" , „unten" , „oberhalb" , „unterhalb" , „vorne" , „hinten" , „seitlich" , „innerhalb" , „außerhalb" und dergleichen, dienen im Wesentlichen dem besseren Verständnis der Erfindung, insbesondere zur Angabe der Lage oder Anordnung der entsprechenden Bauteile oder Komponenten in Verbindung mit der nachfolgenden Zeichnung . In j edem Fall sind solche Positionsangaben dem Fachmann geläufig und schränken die vorliegende Erfindung nicht ein .
Weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung zu entnehmen .
In einer vorteilhaften Verfahrensvariante der Erfindung kann die Gastemperatur des Verbrennungsabgases nach dem zumindest einen Abwärmetauscher innerhalb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung auf zumindest 130 ° C, vorzugsweise auf zumindest 135 ° C, eingestellt werden . In eigenen Vorversuchen hat sich gezeigt , dass bei Gastemperaturen des Verbrennungsabgases von zumindest 130 ° C die im Verbrennungsabgas enthaltenen Schadstoffe , insbesondere die darin enthaltenen schwefelhaltigen Schadstoffe , noch nicht kondensieren und daher die Taupunktstemperatur dieser Schadstoffe im Verbrennungsabgas nicht unterschritten wird . Unerwünschte Ablagerungen und Anbackungen an den mit dem Verbrennungsabgas in Kontakt stehenden Apparaten und Rohrleitungen werden daher vermieden .
Wie eingangs erwähnt liegt auch die Erweichungstemperatur von unterschiedlichen Naturharzen aus den Rindenabfällen, deren flüchtige Bestandteile ebenfalls im Verbrennungsabgas vorhanden sein können, im Allgemeinen bei Temperaturen zwischen 80 ° C und 120 ° C . Daher sind die genannten Gastemperaturen des Verbrennungsabgases von zumindest 130 ° C, vorzugsweise von zumindest 135 ° C, in der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung auch vorteilhaft , um feste Ablagerungen und Filmbildungen von Harzen und Terpenen zu verhindern und somit einen möglichst störungsfreien sowie wartungsarmen Dauerbetrieb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung zu gewährleisten .
Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren als erste Prozesseinheit eine Papiermaschine , vorzugsweise eine Trockenpartie einer Papiermaschine , bereitgestellt wird . Wie eingangs bereits betont ist insbesondere die Papierherstellung besonders energieintensiv, weshalb hier ein besonders großer Bedarf besteht , Maßnahmen zur Abwärmerückgewinnung sowie zur Einsparung von Primärbrennstoffen zu setzen . Wie erwähnt bietet sich insbesondere die Trockenpartie einer Papiermaschine an, zumindest einen Anteil der derzeit üblicherweise mittels Erdgasfeuerung bereitgestellten thermischen Energie von Heizbrennern zur Heißlufterzeugung durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Abwärmerückgewinnung in Form von Abwärme aus Sekundärbrennstoffen zu ersetzen .
Besonders effizient kann das erfindungsgemäße Verfahren geführt werden, wenn als zweite Prozesseinheit eine Verbrennungsanlage einer Zellstoff fabrik bereitgestellt wird, wobei die Verbrennungsanlage dazu eingerichtet ist , im Betriebs zustand Sekundärbrennstoffe und/oder Abfallstoffe zu verbrennen, wobei die Sekundärbrennstoffe und/oder Abfallstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend : Hackschnitzel , Rindenabfälle , Faserschlämme , Klärschlämme , Methanol , Bioalkohol , Tallöle , Terpentine , Starkgase und/oder nichtkondensierbare Abgase .
Eine Verfahrensintegration einer Papiermaschine als erster Prozesseinheit , die im laufenden Betrieb thermische Energie benötigt , und einer Verbrennungsanlage einer Zellstoff fabrik als zweite Prozesseinheit , die thermische Energie in Form von heißem Verbrennungsabgas erzeugt , am selben Standort bietet zahlreiche Vorteile . Je nach Größe der Verbrennungsanlage können beispielsweise Heizleistungen in der Größenordnung von 10 MW an thermischer Energie vom heißen Verbrennungsabgas der zweiten Prozesseinheit an ein Fluid der ersten Prozesseinheit übertragen werden .
Die Verbrennungsanlage kann eine Abfallverbrennungsanlage sein, wobei der Verbrennungsofen ein Abfallverbrennungsofen ist .
Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn als Fluid, das als Energiequelle in der ersten Prozesseinheit verwendet wird, Verbrennungs zuluft für den zumindest einen Heizbrenner verwendet wird . Thermische Energie aus dem heißen Verbrennungsabgas wird dabei mit dem zumindest einen Abwärmetauscher an die Verbrennungszuluft für den zumindest einen Heizbrenner in der ersten Prozesseinheit übertragen, wobei die Verbrennungs zuluft erhitzt wird .
Um die Wärmeübertragung zu verbessern bzw . die zu übertragende Wärmemenge und damit die Heizleistung zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, mehrere Abwärmetauscher in Serie zu schalten und/oder die Wärmeübertragung auf mehrere Fluide , die j eweils als Energiequellen in der ersten Prozesseinheit verwendet werden, auf zuteilen .
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Gastemperatur des heißen Verbrennungsabgases unmittelbar vor der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung, gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft , im Bereich von 550 ° C bis 650 ° C, vorzugsweise von 570 ° C bis 630 ° C, besonders bevorzugt von 590 ° C bis 610 ° C, eingestellt wird .
Die heiße Abgastemperatur des Verbrennungsabgases direkt nach dem Verbrennungsofen kann beispielsweise in einem Bereich von 850 ° C bis etwa 1 . 000 ° C liegen, was für Trocknungsauf aben in der Papierindustrie meist zu heiß ist . Für die Papiertrocknung in der Trockenpartie werden üblicherweise Heißlufttemperaturen in der Größenordnung von rund 300 ° C benötigt . Die Bereitstellung von heißem Verbrennungsabgas im Bereich von 550 ° C bis 650 ° C , besonders bevorzugt von rund 600 ° C , ermöglicht eine effiziente Wärmeübertragung großer Wärmemengen bzw . großer Heizleistungen an ein Fluid der ersten Prozesseinheit . So kann beispielsweise mit dieser Temperaturspreizung bzw . Temperaturdifferenz zwischen den beiden Medien auf beiden Seiten des Abwärmetauschers im zumindest einen Abwärmetauscher Verbrennungs zuluft für den zumindest einen Heizbrenner auf eine Zulufttemperatur von rund 300 ° C erhitzt werden, wodurch beispielsweise bis zu 90% der sonst erforderlichen Erdgasmenge zum Befeuern des Heizbrenners eingespart und durch CO2- neutrale Energiequellen ersetzt werden können . Durch Beimischung von Frischluft und/oder Tertiärluft , beispielsweise in Form von Abluft aus einer anderen Prozesseinheit , kann der genannte Arbeitsbereich von heißem Verbrennungsabgas von 550 ° C bis 650 ° C besonders komfortabel eingestellt werden .
Die Regelung der benötigten thermischen Energie bzw . Wärmeenergie aus dem Verbrennungsabgas kann beispielsweise mittels einer trägen Bypass-Regelung erfolgen . Auf der Seite der zirkulierenden Trocknungsluft kann es aus Gründen der vereinfachten Regelbarkeit zweckmäßig sein, wenn ein möglichst kleiner Anteil der benötigten Wärmeenergie weiterhin mittels Erdgasverbrennung erzeugt wird .
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung zumindest eine Abwärmerückgewinnungsleitung zum Ableiten des heißen Verbrennungsabgases aus der zweiten Prozesseinheit umfassen, wobei die zumindest eine Abwärmerückgewinnungsleitung mit der zweiten Prozesseinheit sowie mit dem zumindest einen Abwärmetauscher , vorzugsweise mit zumindest zwei in Serie hintereinander geschalteten Abwärmetauschern, j eweils fluidisch verbunden ist , und wobei dem zumindest einen Abwärmetauscher eine Rauchgasreinigungseinrichtung nachgeordnet ist , sodass das heiße Verbrennungsabgas im Betriebs zustand der zweiten Prozesseinheit durch den zumindest einen Abwärmetauscher, vorzugsweise durch zumindest zwei in Serie hintereinander geschaltete Abwärmetauscher , hindurch befördert und dabei abgekühlt wird, bevor das Verbrennungsabgas in der Rauchgasreinigungseinrichtung gereinigt wird .
Als Rauchgasreinigungseinrichtung kann j e nach Schadstoff Zusammensetzung im Verbrennungsabgas beispielsweise eine Rauchgaswäschereinrichtung und/oder ein Elektrofilter zur Staubabescheidung erforderlich sein .
Diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet sich insbesondere als Lösung zur Nachrüstung bestehender Verbrennungsanlagen an . Anstelle einer herkömmlichen Abgasleitung, in der das Verbrennungsabgas aus dem Verbrennungsofen direkt in eine nachgeordnete Rauchgasreinigungseinrichtung gelangt und damit ungenutzt über Kamin fortgeleitet wird, kann in der erfindungsgemäßen Verfahrensführung das heiße Verbrennungsabgas in zumindest einer Abwärmerückgewinnungsleitung , die mit der zweiten Prozesseinheit bzw . mit dem Verbrennungsofen sowie mit dem zumindest einen Abwärmetauscher, vorzugsweise mit zumindest zwei in Serie hintereinander geschalteten Abwärmetauschern, strömungstechnisch verbunden ist , geführt werden .
Die Rauchgasreinigungseinrichtung ist dem zumindest einen Abwärmetauscher nachgeordnet , sodass das heiße Verbrennungsabgas im Betriebs zustand der zweiten Prozesseinheit durch den zumindest einen Abwärmetauscher, vorzugsweise durch zumindest zwei in Serie hintereinander geschaltete Abwärmetauscher , hindurch befördert und dabei abgekühlt wird, bevor das Verbrennungsabgas in der Rauchgasreinigungseinrichtung gereinigt wird .
Zweckmäßig kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens für den zumindest einen Abwärmetauscher, vorzugsweise für die zumindest zwei in Serie hintereinander geschalteten Abwärmetauscher, der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung zumindest ein Plattenwärmetauscher verwendet werden . Plattenwärmetauscher , die auch als Plattenwärmeübertrager bezeichnet werden, können vorteilhaft sehr kompakt gebaut werden und haben bezogen auf ihre geringe Größe eine sehr hohe Wärmestromdichte , weshalb sie in den verschiedensten Bereichen verwendet werden, unter anderem für industrielle Heiz- , und/oder Kühlaufgaben sowie in der Solartechnik .
Die eingangs genannten Aufgaben werden auch mit einem erfindungsgemäßen System zur Abwärmerückgewinnung gelöst , wobei das System umfasst : eine erste Prozesseinheit , wobei die erste Prozesseinheit zumindest einen Heizbrenner umfasst , wobei der zumindest eine Heizbrenner mit zumindest einer Brennstoff Zuleitung sowie mit zumindest einer Verbrennungsluftzuleitung fluidisch verbunden ist ; eine zweite Prozesseinheit zur Erzeugung von thermischer Energie , wobei die zweite Prozesseinheit einen Verbrennungsofen umfasst , wobei der Verbrennungsofen dazu eingerichtet ist , im Betriebs zustand des Systems Abfallstoffe enthaltend Schwefelverbindungen zu verbrennen, um ein Schwefelverbindungen enthaltendes heißes Verbrennungsabgas zu erhalten; sowie eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung umfassend zumindest einen Abwärmetauscher, wobei die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung dazu eingerichtet ist , in einem Betriebszustand des Systems thermische Energie des aus der zweiten Prozesseinheit abgeleiteten heißen Verbrennungsabgases , welches heiße Verbrennungsabgas , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft , in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung einleitbar ist , mit dem zumindest einen Abwärmetauscher auf ein Fluid, das als Energiequelle in der ersten Prozesseinheit vorgesehen ist , zu übertragen, wobei das Verbrennungsabgas nach dem zumindest einen Abwärmetauscher eine Gastemperatur aufweist , die größer als eine Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas ist .
Die vorhin im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile und vorteilhaften Effekte gelten gleichermaßen auch für das erfindungsgemäße System zur Abwärmerückgewinnung .
In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Systems kann die Gastemperatur des Verbrennungsabgases nach dem zumindest einen Abwärmetauscher innerhalb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung zumindest 130°C, vorzugsweise zumindest 135°C, betragen.
Besonders effizient kann ein erfindungsgemäßes System sein, wenn die erste Prozesseinheit eine Papiermaschine, vorzugsweise eine Trockenpartie einer Papiermaschine, ist.
Um möglichst große Mengen an thermischer Energie aus nicht-fossilen Sekundärbrennstoffen für die Abwärmerückgewinnung bereitstellen zu können, kann es besonders effizient sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen System die zweite Prozesseinheit eine Verbrennungsanlage einer Zellstoff fabrik ist, wobei die Verbrennungsanlage dazu eingerichtet ist, im Betriebszustand des Systems Sekundärbrennstoffe und/oder Abfallstoffe zu verbrennen, wobei die Abfallstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend: Hackschnitzel, Rindenabfälle, Faserschlämme, Klärschlämme, Methanol, Bioalkohol, Tallöle, Terpentine, Starkgase und/oder nichtkondensierbare Abgase.
Besonders flexibel einsetzbar kann ein erfindungsgemäßes System sein, das dazu eingerichtet ist, im Betriebszustand des Systems thermische Energie aus dem heißen Verbrennungsabgas mit dem zumindest einen Abwärmetauscher an die Verbrennungsluftleitung für den zumindest einen Heizbrenner in der ersten Prozesseinheit zu übertragen, um die dem zumindest einen Heizbrenner im Betriebszustand zugeführte Verbrennungszuluft zu erhitzen.
Vielseitig einsetzbar kann ein System gemäß der Erfindung sein, das dazu eingerichtet ist, dass die Gastemperatur des heißen Verbrennungsabgases unmittelbar vor der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung, gegebenenfalls unter Beimischung von Frischluft und/oder Tertiärluft, im Bereich von 550°C bis 650°C, vorzugsweise von 570°C bis 630°C, besonders bevorzugt von 590°C bis 610°C, liegt. Somit können beispielsweise Wärmeübertragungsaufgaben, bei denen ein Fluid der ersten Prozesseinheit auf Temperaturen im Bereich bis 450°C erhitzt werden soll, besonders effizient gemeistert werden. In einer besonders kompakten Ausführungsvariante kann bei einem erfindungsgemäßen System die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung zumindest eine Abwärmerückgewinnungsleitung zum Ableiten des heißen Verbrennungsabgases aus der zweiten Prozesseinheit umfassen, wobei die zumindest eine Abwärmerückgewinnungsleitung mit der zweiten Prozesseinheit sowie mit dem zumindest einen Abwärmetauscher , vorzugsweise mit zumindest zwei in Serie hintereinander geschalteten Abwärmetauschern, j eweils fluidisch verbunden ist , und wobei dem zumindest einen Abwärmetauscher eine Rauchgasreinigungseinrichtung nachgeschaltet ist .
Vielseitig einsetzbar kann ein System sein, bei dem der zumindest eine Abwärmetauscher , vorzugsweise zumindest zwei in Serie hintereinander geschaltete Abwärmetauscher , der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist bzw . sind .
Um eine besonders komfortable Betriebsführung zu ermöglichen, kann bei einem erfindungsgemäßen System zur Steuerung einer Durchflussmenge des Verbrennungsabgases durch den zumindest einen Abwärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung eine Gebläseeinrichtung vorgesehen sein, wobei die Gebläseeinrichtung fluidisch mit dem zumindest einen Abwärmetauscher verbunden ist , und wobei die Gebläseeinrichtung vorzugsweise dem Abwärmetauscher in Strömungsrichtung des Verbrennungsabgases nachgeordnet ist .
Außerdem wird im Rahmen der Erfindung eine Steuerung für ein System zur Abwärmerückgewinnung angegeben, wobei die Steuerung zur Durchführung der folgenden Verfahrensschritte eingerichtet ist :
Ableiten von heißem Verbrennungsabgas aus einer zweiten Prozesseinheit , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft , und Einleiten in eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung umfassend zumindest einen Abwärmetauscher;
Einstellen einer Gastemperatur des heißen Verbrennungsabgases beim Einleiten aus der zweiten Prozesseinheit in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft , im Bereich von 550 ° C bis 650 ° C, vorzugsweise von 570 ° C bis 630 ° C, besonders bevorzugt von 590 ° C bis 610 ° C;
Übertragen von thermischer Energie aus dem in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung eingeleiteten heißen Verbrennungsabgas mit dem zumindest einen Abwärmetauscher auf ein Fluid, das als Energiequelle in einer ersten Prozesseinheit verwendbar ist ; gegebenenfalls Steuern einer Durchflussmenge des Verbrennungsabgases durch den zumindest einen Abwärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung mittels einer Gebläseeinrichtung ; und
Einstellen einer Gastemperatur des Verbrennungsabgases nach dem zumindest einen Abwärmetauscher, wobei eine Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas nicht unterschritten wird, vorzugsweise eine Gastemperatur des Verbrennungsabgases auf zumindest 130 ° C, besonders bevorzugt auf zumindest 135 ° C, eingestellt wird .
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert . Die Zeichnung ist beispielhaft und soll den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben .
Dabei zeigt :
Fig . 1 eine schematische Darstellung in einem Prozessfließbild eines erfindungsgemäßen Systems zur Abwärmerückgewinnung .
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig . 1 zeigt ein System 1 zur Abwärmerückgewinnung anhand der Beheizung eines Heizbrenners einer ersten Prozesseinheit 10 , beispielsweise einer Papiermaschine 10 , insbesondere einer Trockenpartie 11 einer Papiermaschine 10 . Zur besseren Übersicht ist die erste Prozesseinheit 10 mit einer strichpunktierten Linie umrandet . Hier ist beispielhaft eine sogenannte MG-Papiermaschine zur Herstellung von einseitig geglättetem Papier gezeigt , wobei in der Trockenpartie 11 im Betriebs zustand der Papiermaschine 10 Papier über zahlreiche kleine beheizte Trocknungs zylinder , die in der Fig . 1 nicht explizit dargestellt sind, sowie über einen besonders großen Trocknungszylinder 12 mit großem Zylinderdurchmesser, einem sogenannten Yankee-Zylinder 12 , geführt und dabei getrocknet wird . Die zur Trocknung im Bereich des Yankee-Zylinders 12 erforderliche Trocknungsluft wird durch eine erste Trocknerhaube 13 sowie durch eine zweite Trocknerhaube 14 , wobei die beiden Trocknerhauben 13 , 14 j eweils links bzw . rechts einer Längsachse sowie oberhalb des Yankee-Zylinders 12 angeordnet sind, bereitgestellt .
Ein erster Heizbrenner 15 dient zur Beheizung und Bereitstellung von trockener Heißluft für die erste Trocknerhaube 13 . Ein zweiter Heizbrenner 16 dient zur Beheizung und Bereitstellung von trockener Heißluft für die zweite Trocknerhaube 14 . Beispielsweise ist in der Trockenpartie 11 auch zumindest ein Wärmetauscher 17 zur Frischluftvorwärmung vorhanden .
Eine zweite Prozesseinheit 20 , die hier beispielhaft eine Verbrennungsanlage 20 einer Zellstoff fabrik ist , umfasst einen Verbrennungsofen 21 , eine Rauchgasreinigungsreinrichtung 22 sowie einen Abgaskamin 23 . Ein Mengensensor 25 dient hier zur Erfassung der dem Verbrennungsofen 21 im Betriebszustand zugeführten
Abf allmengenströme . Diese Baugruppen und Komponenten, die zum Betrieb der Verbrennungsanlage 20 erforderlich sind, sind zur einfacheren Übersicht ebenfalls mit einer strichpunktierten Linie umrandet .
Erfindungsgemäß ist weiters eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 vorgesehen, die hier eine Abwärmerückgewinnungsleitung 30 sowie einen ersten Abwärmetauscher 31 und einen in Serie zum ersten Abwärmetauscher 31 geschalteten zweiten Abwärmetauscher 32 umfasst . Die beiden Abwärmetauscher 31 , 32 sind hier beispielsweise j eweils als Plattenwärmetauscher ausgeführt . Den beiden Abwärmetauschern 31 , 32 nachgeordnet ist eine Gebläseeinrichtung 33 . Zur besseren Übersicht sind die Komponenten der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 mit einer strichzweipunktierten Linie umrandet . Mehrere Temperatursensoren dienen zur Temperaturüberwachung und Temperaturregelung im laufenden Betrieb des Systems 1 . Ein erster Temperatursensor 35 dient dabei zur Temperaturüberwachung von heißem Verbrennungsabgas , das in die Abwärmerückgewinnungsleitung 30 eingeleitet wird . Ein weiterer , zweiter Temperatursensor 36 ist in der Abwärmerückgewinnungsleitung 30 stromabwärts nach den beiden seriell hintereinander geschalteten Abwärmetauschern 31 , 32 vorgesehen und dient zur Temperaturüberwachung der Gastemperatur 36 von Verbrennungsabgas nach Verlassen der Abwärmetauscher 31 , 32 . Ein weiterer , dritter Temperatursensor 37 ist hier stromabwärts nach einer Gebläseeinrichtung 33 , die den beiden Abwärmetauschern 31 , 32 nachgeordnet ist , angeordnet . Die Abwärmerückgewinnungsleitung 30 ist mit den beiden Abwärmetauschern 31 , 32 sowie mit der Gebläseeinrichtung 33 fluidisch bzw . strömungstechnisch verbunden .
Die weiteren Bezugszeichen 100 bis 312 bezeichnen j eweils gleichermaßen Förderleitungen, beispielsweise Rohrleitungen, zur Zuleitung und/oder Ableitung der entsprechenden Medien, als auch die innerhalb der j eweiligen Leitungen beförderten Medien selbst . Die in Fig . 1 eingezeichneten Pfeilrichtungen beziehen sich j eweils auf die Förderrichtungen der in den j eweiligen Leitungen befindlichen Medien im Betriebszustand des erfindungsgemäßen Systems 1 zur Abwärmerückgewinnung .
Die im Folgenden beschriebenen Bezugszeichen 100 bis 120 betreffen die erste Prozesseinheit 10 bzw . die hier gezeigte Papiermaschine 10 .
Die beiden Heizbrenner 15 und 16 werden von einer Brennstoff Zuleitung 100 gespeist , wobei als Brennstoff 100 hier beispielsweise Erdgas in Pfeilrichtung 100 den beiden Heizbrennern 15 , 16 zugeführt wird . Die Brennstoff Zuleitung 100 gabelt sich in eine erste Brennstoff Zuleitung 101 für den ersten Heizbrenner 15 sowie in eine zweite Brennstoff Zuleitung 102 für den zweiten Heizbrenner 16 . Erforderlichenfalls können durch Einstellen der Dosiermengen der j eweils zugeführten Erdgasmengen als Brennstoffe 101 , 102 die Heißlufttemperaturen zur Beheizung der ersten Trocknerhaube 13 sowie zur Beheizung der zweiten Trocknerhaube 14 individuell geregelt werden .
In einer Frischluftzuleitung 110 wird in Pfeilrichtung 110 Frischluft 110 der Trockenpartie 11 zugeführt . Die Frischluft 110 wird im Wärmetauscher 17 zur Frischluftvorwärmung vorgewärmt und gelangt anschließend in einer Zuleitung 111 für vorgewärmte Frischluft 111 in Pfeilrichtung 111 in den Abwärmetauscher 32 , wobei im Abwärmetauscher 32 thermische Energie an die vorgewärmte Frischluft 111 übertragen wird und die Frischluft 111 dabei erhitzt wird . Erhitzte Frischluft verlässt in Pfeilrichtung 112 in der Zuleitung 112 als erhitzte Verbrennungszuluft 112 den Abwärmetauscher 32 , wobei ein erster Teilstrom der erhitzten Verbrennungs zuluft 112 direkt zur Versorgung der beiden Heizbrenner 15 , 16 mit Verbrennungszuluft 112 dient . Ein zweiter Teilstrom der erhitzten Verbrennungs zuluft 112 wird einem weiteren Abwärmetauscher 31 zugeführt . Im Abwärmetauscher 31 wird abermals thermische Energie an die bereits erhitzte Verbrennungs zuluft 112 übertragen, wobei die Temperatur der Verbrennungszuluft 112 dabei weiter erhöht wird, wobei nach dem Abwärmetauscher 31 weiter erhitzte Verbrennungs zuluft 113 erhalten wird . Die weiter erhitzte Verbrennungs zuluft 113 wird hier beispielsweise nur dem ersten Heizbrenner 15 zugeführt , welcher Heizbrenner 15 die erste Trocknerhaube 13 des Yankee-Zylinders 12 beheizt , die in stromaufwärtiger Richtung entgegen einer Förderrichtung der Papierbahn gesehen der zweiten Trocknerhaube 14 vorgelagert ist . Die erste Trocknerhaube 13 dient hier dazu, eine noch vergleichsweise feuchtere Papierbahn mit etwa 40% Wassergehalt zu trocknen, weshalb eine vergleichsweise größere Trockenluftmenge und/oder eine vergleichsweise höhere Temperatur der erhitzten Verbrennungs zuluft 113 zweckmäßig ist bzw . sind im Vergleich zur Trockenluftmenge und/oder Temperatur der Verbrennungszuluft 112 für die nachgeordnete zweite Trocknerhaube 14 .
Eine Heißluftzuleitung 115 dient zur Zuführung von Heißluft 115 vom ersten Heizbrenner 15 zur ersten Trockenhaube 13 . Eine separate Heißluf tzuleitung 116 dient zur Zuführung von Heißluft 116 vom zweiten Heizbrenner 16 zur zweiten Trockenhaube 14 . Eine Abluftleitung 117 dient zur Ableitung von feuchter Abluft 117 aus der ersten Trocknerhaube 13 . Eine weitere Eine Abluftleitung 118 dient zur Ableitung von feuchter Abluft 118 aus der zweiten Trocknerhaube 14 des Yankee-Zylinders 12 . Teilströme der feuchten Abluft 117 , 118 können erforderlichenfalls auch rezirkuliert und neuerlich den Heizbrennern 15 , 16 zurückgeführt werden . Eine gemeinsame Abluftleitung 119 dient zur Ausschleusung der feuchten Abluft 119 aus der Trockenpartie 11 . Nach Passieren des Wärmetauschers 17 zur Frischluftvorwärmung , wobei thermische Energie der feuchten Abluft 119 an die vorzuwärmende Frischluft 110 übertragen wird, verlässt abgekühlte Fortluft 120 mittels einer Fortluftableitung 120 in Pfeilrichtung 120 die Trockenpartie 11 bzw . die erste Prozesseinheit 10 der Papiermaschine 10 .
Die im Folgenden beschriebenen Bezugszeichen 200 bis 213 betreffen die zweite Prozesseinheit 20 bzw . die hier gezeigte Verbrennungsanlage 20 .
Eine oder mehrere Brennstoff Zuleitungen 200 dienen für die Zufuhr von sekundären Brennstoffen 200 für den Betrieb des Verbrennungsofens 21 . Eine Abfallstoff zuleitung 201 dient für die Zufuhr von Abfallstoffen 201 , die im Verbrennungsofen 21 verbrannt werden sollen . Wobei Abfallstoffe 201 aufgrund ihres Energieinhalts auch als Brennstoffe 200 genutzt werden können bzw . umgekehrt sekundäre Brennstoffe 200 auch Schadstoff trachten enthalten können .
Eine Leitung 210 dient zur Ableitung des heißen Verbrennungsabgases 210 aus dem Verbrennungsofen . Das heiße Verbrennungsabgas 210 enthält Schwefelverbindungen .
Die mit strichlierter Linie 211 angedeutete herkömmliche Leitung 211 zeigt die bisherige Leitung, um das heiße Verbrennungsabgas nach dem Stand der Technik in eine nachgeordnete Rauchgasreinigungseinrichtung 22 zu leiten . Die strichliert gezeichnete Leitung 211 ist nicht Teil des erfindungsgemäßen Systems 1 und soll nur beispielhaft eine mögliche bisherige Anlagenausführung nach dem Stand der Technik zeigen, wonach die zweite Prozesseinheit 20 nicht mit der ersten Prozesseinheit 10 verbunden war . Die weiteren Leitungen 212 zeigen eine Abgas zuleitung 212 des gereinigten Abgases zum Abgaskamin 23 sowie eine Abgasfortleitung 213 aus dem Abgaskamin 23 .
Diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet sich insbesondere als Lösung zur Nachrüstung bestehender Verbrennungsanlagen 20 an . Anstelle einer herkömmlichen Abgasleitung 211 , in der das Verbrennungsabgas 210 aus dem Verbrennungsofen 21 direkt in eine nachgeordnete Rauchgasreinigungseinrichtung 22 gelangt und damit ungenutzt über Kamin 23 fortgeleitet wird, kann in der erfindungsgemäßen Verfahrensführung das heiße Verbrennungsabgas 210 in zumindest einer Abwärmerückgewinnungsleitung 30 , die mit der zweiten Prozesseinheit 20 bzw . mit dem Verbrennungsofen 21 sowie mit mit den beiden in Serie hintereinander geschalteten Abwärmetauschern 31 , 32 strömungstechnisch verbunden ist , geführt werden .
Die im Folgenden beschriebenen Bezugszeichen 300 bis 312 betreffen die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 30 .
Anstelle der herkömmlichen Leitung 211 wird hier eine Frischluftoder Tertiärluftzuleitung 301 an die heiße Verbrennungabgasleitung 210 angeschlossen, um das heiße Verbrennungsabgas 210 , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft 301 , in einen ersten Leitungsabschnitt 310 der Abwärmerückgewinnungsleitung 30 der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 einzuleiten . Das heiße Verbrennungsabgas 310 enthaltend Schwefelverbindungen gelangt in den ersten Abwärmetauscher 31 und es wird dabei Wärmeenergie bzw . thermische Energie aus dem heißen Verbrennungsabgas 310 an die erhitzte Verbrennungs zuluft 112 übertragen, wobei die Verbrennungs zuluft 113 weiter erhitzt wird . Umgekehrt wird das heiße Verbrennungsabgas 310 durch die Wärmeübertragung im ersten Abwärmetauscher 31 abgekühlt und gelangt als , im Vergleich zur Gastemperatur 35 des heißen Verbrennungsabgases 310 etwas abgekühltes , Verbrennungsabgas 311 in einen Leitungsabschnitt 311 der Abwärmerückgewinnungsleitung 30 . Im zweiten Abwärmetauscher 32 wird dabei Wärmeenergie bzw . thermische Energie aus dem Verbrennungsabgas 311 an die vorgewärmte Frischluft 111 übertragen . Das Verbrennungsabgas 311 wird dabei weiter abgekühlt und gelangt in einen Leitungsabschnitt 312 . Die beiden Temperatursensoren 36 , 37 dienen in diesem Leitungsabschnitt 312 zur Regelung der Verbrennungsabgastemperatur 36 des abgekühlten Verbrennungsabgases 312 , um sicher zu stellen, dass die Gastemperatur 36 , 37 im Leitungsabschnitt 312 über einer Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas 311 liegt .
Der Leitungsabschnitt 312 der Abwärmerückgewinnungsleitung 30 umfasst hier eine Gebläseeinrichtung 33 , wobei die Gebläseeinrichtung 33 fluidisch mit den Abwärmetauschern 31 , 32 verbunden sowie diesen in Strömungsrichtung 312 des Verbrennungsabgases 312 nachgeordnet ist .
Vorteilhaft kann mittels der Gebläseeinrichtung 33 eine Durchflussmenge des Verbrennungsabgases 310 , 311 , 312 durch die Abwärmetauscher 31 , 32 der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 3 geregelt werden .
BEZUGSZEICHENLISTE
1 System zur Abwärmerückgewinnung
3 Abwärmerüc gewinnungsvorrichtung
10 Erste Prozesseinheit; Papiermaschine
11 Trockenpartie einer Papiermaschine
12 Trocknungs Zylinder ; Yankee- Zylinder
13 erste Trocknerhaube
14 zweite Trocknerhaube
15 erster Heizbrenner für erste Trocknerhaube
16 zweiter Heizbrenner für zweite Trocknerhaube
17 Wärmetauscher zur Frischluftvorwärmung
20 Zweite Prozesseinheit; Verbrennungsanlage
21 Verbrennungsofen
22 Rauchgas reinigungseinrichtung
23 Abgaskamin
25 Mengensensor
30 Abwärmerückgewinnungsleitung
31 erster Abwärmetauscher
32 zweiter Abwärmetauscher
33 Gebläseeinrichtung
35 Temperatursensor; Gastemperatur
36 Temperatursensor nach Abwärmetauscher; Gastemperatur
37 Temperatursensor nach Gebläseeinrichtung; Gastemperatur
100 Brennstoff ( Zuleitung ) für Heizbrenner (Pfeil)
101 Brennstoff ( Zuleitung ) für ersten Heizbrenner (Pfeil)
102 Brennstoff ( Zuleitung ) für zweiten Heizbrenner (Pfeil)
110 Frischluft ( Zuleitung ) (Pfeil)
111 vorgewärmte Frischluft ( Zuleitung ) (Pfeil)
112 erhitzte Verbrennungszuluf t ( Zuleitung) (Pfeil)
113 weiter erhitzte Verbrennungszuluft (Zuleitung) (Pfeil)
115 Heißluft ( Zuleitung ) für erste Trocknerhaube (Pfeil)
116 Heißluft ( Zuleitung ) für zweite Trocknerhaube (Pfeil)
117 feuchte Abluft (ableitung) von erster Trocknerhaube (Pfeil)
118 feuchte Abluft (ableitung) von zweiter Trocknerhaube (Pfeil)
119 feuchte Abluft (ableitung) (Pfeil)
120 Fortluft (ableitung) (Pfeil) BEZUGSZEICHENLISTE (Fortsetzung)
Brennstoff ( Zuleitung) für Verbrennungsofen (Pfeil) Abfallstof f ( Zuleitung ) für Verbrennungsofen (Pfeil) heißes Verbrennungsabgas (ableitung) (Pfeil) herkömmliche Leitung Verbrennungsabgas (Stand der Technik) Abgaszuleitung zum Abgaskamin (Pfeil) Abgasfortleitung aus Abgaskamin (Pfeil)
Frischluft- oder Tertiärluft ( Zuleitung) (Pfeil) Verbrennungsabgas ( Zuleitung ) ; heißes Abgas ( gemisch) Verbrennungsabgas ( Zuleitung ) ; heißes Abgas ( gemisch) Verbrennungsabgas ( Zuleitung ) ; warmes Abgas ( gemisch)

Claims

PATENTANSPRÜCHE Verfahren zur Abwärmerückgewinnung für die Beheizung eines Heizbrenners, insbesondere eines Heizbrenners (15,16) einer Trockenpartie (11) einer Papiermaschine (10) , das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen einer ersten Prozesseinheit (10) , in der in einem Betriebszustand der ersten Prozesseinheit (10) thermische Energie benötigt wird, wobei die erste Prozesseinheit (10) zumindest einen Heizbrenner (15,16) umfasst, wobei der zumindest eine Heizbrenner (15,16) mit zumindest einer Brennstoff Zuleitung (100,101,102) sowie mit zumindest einer Verbrennungsluftzuleitung (112,113) fluidisch verbunden ist;
Bereitstellen einer zweiten Prozesseinheit (20) , in der in einem Betriebszustand der zweiten Prozesseinheit (20) thermische Energie erzeugt wird, wobei die zweite Prozesseinheit (20) einen Verbrennungsofen (21) umfasst, welcher Verbrennungsofen (21) dazu eingerichtet ist, im Betriebszustand der zweiten Prozesseinheit (20) Sekundärbrennstoffe (200) und/oder Abfallstoffe (201) enthaltend Schwefelverbindungen zu verbrennen;
Verbrennen von Sekundärbrennstoffen (200) und/oder Abfallstoffen (201) enthaltend Schwefelverbindungen im Verbrennungsofen (21) der zweiten Prozesseinheit (20) zur Erzeugung von heißem Verbrennungsabgas (210) , wobei das heiße Verbrennungsgas (210) Schwefelverbindungen enthält;
Ableiten des heißen Verbrennungsabgases (210) aus der zweiten Prozesseinheit (20) , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft (301) , und Einleiten des heißen Verbrennungsabgases (310) in eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) umfassend zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) ;
Übertragen von thermischer Energie aus dem in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) eingeleiteten heißen Verbrennungsabgas (310) mit dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) auf ein Fluid, das als Energiequelle in der ersten Prozesseinheit (10) verwendet wird, wobei eine Gastemperatur (36,37) des Verbrennungsabgases (311,312) nach dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) innerhalb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) so eingestellt wird, dass eine Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas (311,312) nicht unterschritten wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastemperatur (36,37) des Verbrennungsabgases (311,312) nach dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) innerhalb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) auf zumindest 130°C, vorzugsweise auf zumindest 135°C, eingestellt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Prozesseinheit (10) eine Papiermaschine (10) , vorzugsweise eine Trockenpartie (11) einer Papiermaschine (10) , bereitgestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Prozesseinheit (20) eine Verbrennungsanlage (20) einer Zellstoff fabrik bereitgestellt wird, wobei die Verbrennungsanlage (20) dazu eingerichtet ist, im Betriebszustand Sekundärbrennstoffe (200) und/oder Abfallstoffe (201) zu verbrennen, wobei die Sekundärbrennstoffe (200) und/oder Abfallstoffe (201) ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend: Hackschnitzel, Rindenabfälle, Faserschlämme , Klärschlämme, Methanol, Bioalkohol, Tallöle, Terpentine, Starkgase und/oder nichtkondensierbare Abgase. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass thermische Energie aus dem heißen Verbrennungsabgas (310,311) mit dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) an die Verbrennungszuluft (112,113) für den zumindest einen Heizbrenner (15,16) in der ersten Prozesseinheit (10) übertragen wird, wobei die Verbrennungszuluft (112,113) erhitzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gastemperatur (35) des heißen Verbrennungsabgases (310) unmittelbar vor der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft (301) , im Bereich von 550°C bis 650°C, vorzugsweise von 570°C bis 630°C, besonders bevorzugt von 590°C bis 610°C, eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) zumindest eine Abwärmerückgewinnungsleitung (30) zum Ableiten des heißen Verbrennungsabgases (210) aus der zweiten Prozesseinheit (20) umfasst, wobei die zumindest eine Abwärmerückgewinnungsleitung (30) mit der zweiten Prozesseinheit (20) sowie mit dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) , vorzugsweise mit zumindest zwei in Serie hintereinander geschalteten Abwärmetauschern (31,32) , jeweils fluidisch verbunden ist, und wobei dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) eine Rauchgasreinigungseinrichtung (22) nachgeordnet ist, sodass das heiße Verbrennungsabgas (310,311,312) im Betriebszustand der zweiten Prozesseinheit (20) durch den zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) , vorzugsweise durch zumindest zwei in Serie hintereinander geschaltete Abwärmetauscher (31,32) , hindurch befördert und dabei abgekühlt wird, bevor das Verbrennungsabgas (312) in der Rauchgasreinigungseinrichtung (22) gereinigt (212) wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) , vorzugsweise für die zumindest zwei in Serie hintereinander geschalteten Abwärmetauscher (31,32) , der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) zumindest ein Plattenwärmetauscher verwendet wird. System (1) zur Abwärmerückgewinnung, das System (1) umfassend: eine erste Prozesseinheit (10) , wobei die erste Prozesseinheit (10) zumindest einen Heizbrenner (15,16) umfasst, wobei der zumindest eine Heizbrenner (15,16) mit zumindest einer Brennstoff Zuleitung (100,101,102) sowie mit zumindest einer Verbrennungsluftzuleitung (112,113) fluidisch verbunden ist; eine zweite Prozesseinheit (20) zur Erzeugung von thermischer Energie, wobei die zweite Prozesseinheit (20) einen Verbrennungsofen (21) umfasst, wobei der Verbrennungsofen (21) dazu eingerichtet ist, im Betriebszustand des Systems (1) Sekundärbrennstoffe (200) und/oder Abfallstoffe (201) enthaltend Schwefelverbindungen zu verbrennen, um ein Schwefelverbindungen enthaltendes heißes Verbrennungsabgas (210) zu erhalten; sowie weiterhin umfassend eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) umfassend zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) , wobei die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, in einem Betriebszustand des Systems (1) thermische Energie des aus der zweiten Prozesseinheit (20) abgeleiteten heißen Verbrennungsabgases (210) , welches heiße Verbrennungsabgas (310) , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft (301) , in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) einleitbar ist, mit dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) auf ein Fluid, das als Energiequelle in der ersten Prozesseinheit (10) vorgesehen ist, zu übertragen, wobei das Verbrennungsabgas (311,312) nach dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) eine Gastemperatur (36,37) aufweist, die größer als eine Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas (311,312) ist. System (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastemperatur (36,37) des Verbrennungsabgases (311,312) nach dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) innerhalb der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) zumindest 130°C, vorzugsweise zumindest 135°C, beträgt. System (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Prozesseinheit (10) eine Papiermaschine (10) , vorzugsweise eine Trockenpartie (11) einer Papiermaschine
( 10 ) , ist . System (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Prozesseinheit (20) eine Verbrennungsanlage (20) einer Zellstoff fabrik ist, wobei die Verbrennungsanlage (20) dazu eingerichtet ist, im Betriebszustand des Systems (1) Sekundärbrennstoffe (200) und/oder Abfallstoffe (201) zu verbrennen, wobei die Sekundärbrennstoffe (200) und/oder Abfallstoffe (201) ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend: Hackschnitzel, Rindenabfälle, Faserschlämme , Klärschlämme, Methanol, Bioalkohol, Tallöle, Terpentine, Starkgase und/oder nichtkondensierbare Abgase. System (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) dazu eingerichtet ist, im Betriebszustand des Systems (1) thermische Energie aus dem heißen Verbrennungsabgas (310) mit dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) an die Verbrennungsluftleitung (112,113) für den zumindest einen Heizbrenner (15,16) in der ersten Prozesseinheit (10) zu übertragen, um die dem zumindest einen Heizbrenner (15,16) im Betriebszustand zugeführte Verbrennungszuluft (112,113) zu erhitzen. System (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) dazu eingerichtet ist, dass die Gastemperatur (35) des heißen Verbrennungsabgases (310) unmittelbar vor der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) , gegebenenfalls unter Beimischung von Frischluft und/oder Tertiärluft (301) , im Bereich von 550°C bis 650°C, vorzugsweise von 570°C bis 630°C, besonders bevorzugt von 590°C bis 610°C, liegt. System (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) zumindest eine Abwärmerückgewinnungsleitung (30) zum Ableiten des heißen Verbrennungsabgases (210) aus der zweiten Prozesseinheit (20) umfasst, wobei die zumindest eine Abwärmerückgewinnungsleitung (30) mit der zweiten Prozesseinheit (20) sowie mit dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) , vorzugsweise mit zumindest zwei in Serie hintereinander geschalteten Abwärmetauschern (31,32) , jeweils fluidisch verbunden ist, und wobei dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) eine Rauchgasreinigungseinrichtung (22) nachgeschaltet ist.
System (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abwärmetauscher
(31.32) , vorzugsweise zumindest zwei in Serie hintereinander geschaltete Abwärmetauscher (31,32) , der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist bzw. sind. System (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung einer Durchflussmenge des Verbrennungsabgases (311,312) durch den zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) eine Gebläseeinrichtung (33) vorgesehen ist, wobei die Gebläseeinrichtung (33) fluidisch mit dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) verbunden ist, wobei die Gebläseeinrichtung (33) vorzugsweise dem Abwärmetauscher
(31.32) in Strömungsrichtung (312) des Verbrennungsabgases (312) nachgeordnet ist. Steuerung für ein System (1) zur Abwärmerückgewinnung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung zur Durchführung der folgenden Verfahrensschritte eingerichtet ist:
Ableiten von heißem Verbrennungsabgas (210) aus einer zweiten Prozesseinheit (20) gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft (301) und Einleiten in eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) umfassend zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) ;
Einstellen einer Gastemperatur (35) des heißen
Verbrennungsabgases (310) beim Einleiten aus der zweiten Prozesseinheit (20) in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) , gegebenenfalls unter Beimischen von Frischluft und/oder Tertiärluft (301) , im Bereich von 550°C bis 650°C, vorzugsweise von 570°C bis 630°C, besonders bevorzugt von 590°C bis 610°C;
Übertragen von thermischer Energie aus dem in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) eingeleiteten heißen Verbrennungsabgas (310) mit dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) auf ein Fluid, das als Energiequelle in einer ersten Prozesseinheit (10) verwendbar ist; gegebenenfalls Steuern einer Durchflussmenge des Verbrennungsabgases (311,312) durch den zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (3) mittels einer Gebläseeinrichtung (33) ; und
Einstellen einer Gastemperatur (36,37) des Verbrennungsabgases (311,312) nach dem zumindest einen Abwärmetauscher (31,32) , wobei eine Taupunktstemperatur der Schwefelverbindungen im Verbrennungsabgas (311,312) nicht unterschritten wird, vorzugsweise eine Gastemperatur (36,37) des Verbrennungsabgases (311,312) auf zumindest 130°C, besonders bevorzugt auf zumindest 135°C, eingestellt wird.
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