AT510691B1 - Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie - Google Patents

Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie Download PDF

Info

Publication number
AT510691B1
AT510691B1 AT5242011A AT5242011A AT510691B1 AT 510691 B1 AT510691 B1 AT 510691B1 AT 5242011 A AT5242011 A AT 5242011A AT 5242011 A AT5242011 A AT 5242011A AT 510691 B1 AT510691 B1 AT 510691B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
pressure
steam
low
buffer memory
drum
Prior art date
Application number
AT5242011A
Other languages
English (en)
Other versions
AT510691A4 (de
Inventor
Markus Dipl Ing Dr Haider
Original Assignee
Siemens Vai Metals Tech Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Vai Metals Tech Gmbh filed Critical Siemens Vai Metals Tech Gmbh
Priority to AT5242011A priority Critical patent/AT510691B1/de
Priority to PCT/EP2012/056526 priority patent/WO2012140045A2/de
Application granted granted Critical
Publication of AT510691B1 publication Critical patent/AT510691B1/de
Publication of AT510691A4 publication Critical patent/AT510691A4/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/028Steam generation using heat accumulators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/064Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle in combination with an industrial process, e.g. chemical, metallurgical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/16Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled all the engines being turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/185Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using waste heat from outside the plant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/183Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines in combination with metallurgical converter installations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Ein Basisteil (1) einer Anlage der Grundstoffindustrie wird in einem zweiphasigen Anlagenzyklus betrieben. In einer der Phasen (P1, P2) entstehen heiße Abgase, in der anderen nicht oder nur kaum. Die Abgase werden über ein Rohrleitungssystem (2) abgeführt, in das ein ND-Vorwärmer (5), ein ND-Verdampfer (6) und ein HD-Verdampfer (15) eingebaut sind. Über den ND-Vorwärmer (5) vorgewärmtes Wasser wird in eine ND-Dampftrommel (7) eingespeist. In eine HD-Dampftrommel (14) wird vorgewärmtes Wasser eingespeist. Den Dampftrommeln (7, 14) entnommenes vorgewärmtes Wasser wird über den jeweiligen Verdampfer (6, 15) verdampft und der jeweiligen Dampftrommel (7, 14) zugeführt. Der HD-Dampftrommel (14) entnommener HD-Sattdampf wird durch einen Pufferspeicher (16) geführt, um Wärme abzugeben, und wieder der HD-Dampftrommel (14) zugeführt. In einem Sekundärkreislauf wird Wasser durch den Pufferspeicher (16) geführt und dort zu Sekundärdampf verdampft. Der Sekundärdampf wird teilweise einer Sekundär-Dampfturbine (23) zugeführt und danach mit der ND-Dampftrommel (7) entnommenem ND-Sattdampf vereinigt. Der vereinigte Dampfström wird in einem ND-Überhitzer (8) überhitzt und sodann einer ND-Dampfturbine (9) zugeführt. Ein weiterer Teil des Sekundär-Dampfes wird dem ND-Überhitzer (8) als Heizmedium zugeführt und danach dem Pufferspeicher (16) zugeführt.

Description

österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15
Beschreibung
BETRIEBSVERFAHREN FÜR EINE ANLAGE DER GRUNDSTOFFINDUSTRIE
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie, [0002] - wobei ein Basisteil der Anlage gemäß einem Anlagenzyklus betrieben wird, [0003] - wobei während der Anlagenzyklen in einer ersten Phase des jeweiligen Anlagenzyklus heiße Abgase entstehen und in einer zweiten Phase des jeweiligen Anlagenzyklus entweder keine heißen Abgase entstehen oder die heißen Abgase gegenüber der ersten Phase nur in erheblich verringertem Umfang entstehen, [0004] - wobei die heißen Abgase in dem jeweiligen Umfang, in dem sie entstehen, über ein Rohrleitungssystem aus dem Basisteil der Anlage abgeführt werden.
[0005] Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage der Grundstoffindustrie, die derart ausgebildet ist, dass sie gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betrieben wird.
[0006] Ein derartiges Betriebsverfahren und die entsprechende Anlage der Grundstoffindustrie sind beispielsweise aus der US 3 175 899 A und aus der US 3 398 534 A bekannt.
[0007] Der DE 1 401 381 A1 ist ein im Wesentlichen gleich gelagerter Offenbarungsgehalt zu entnehmen.
[0008] Aus der WO 2010/138 597 A2 ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, wobei ein Basisteil der Anlage gemäß einem Anlagenzyklus betrieben wird. Während der Anlagenzyklen entstehen in einer ersten Phase des jeweiligen Anlagenzyklus heiße Abgase. In einer zweiten Phase des jeweiligen Anlagenzyklus entstehen entweder keine heißen Abgase oder die heißen Abgase entstehen gegenüber der ersten Phase nur in erheblich verringertem Umfang. Die heißen Abgase werden in dem jeweiligen Umfang, in dem sie entstehen, über ein Rohrleitungssystem aus dem Basisteil der Anlage abgeführt. In einem in das Rohrleitungssystem eingebauten Wärmetauscher wird mittels der heißen Abgase zumindest in der ersten Phase ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium - beispielsweise ein geschmolzenes Salz - erhitzt und einem Salzspeicher zugeführt.
[0009] Die Hauptproblematik bei der Energieverwertung aus der Abwärme von Lichtbogenöfen liegt in der diskontinuierlichen und nur schwer steuerbaren Energieemission der Lichtbogenöfen, den starken Temperaturschwankungen der Abgase und deren hohen Staubbeladung. Gleiches gilt für einen LD-Prozess.
[0010] Der Lichtbogenofenprozess ist ebenso wie der LD-Prozess ein Batchprozess, bei dem abgasseitig (je nach Ofendesign und Ofenbetriebsart) ein- bis zweimal pro Stunde die Emission an thermischer Leistung zwischen einem Maximalwert (Emissionsphase) und Null (Emissionspause) schwankt. Da die Aggregate zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie (in der Regel Turbinen) empfindlich gegenüber starken Leistungs- und Temperaturschwankungen sind und weiterhin die Synchronisation eines von der Turbine angetriebenen elektrischen Generators mit einem externen Netz Zeit benötigt, müssen die Turbinen, wenn sie einmal die Synchrondrehzahl erreicht haben, auf dieser Drehzahl gehalten werden, um stabil elektrische Energie in das externe Netz einspeisen zu können. Es muss daher Energie aus den Emissionsphasen gespeichert werden, um in den Emissionspausen zur Verfügung zu stehen.
[0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer insbesondere der Wirkungsgrad bei der Verwertung der thermischen Abwärme vergrößert wird.
[0012] Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10. 1 /15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 [0013] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch auszugestalten, [0014] - dass über einen in das Rohrleitungssystem eingebauten Niederdruck-Vorwärmer mittels der heißen Abgase Wasser vorgewärmt und sodann in eine Niederdruck-Dampftrommel eingespeist wird, [0015] - dass der Niederdruck-Dampftrommel vorgewärmtes Wasser entnommen wird, über einen in das Rohrleitungssystem eingebauten Niederdruck-Verdampfer mittels der heißen Abgase verdampft wird und wieder der Niederdruck-Dampftrommel zugeführt wird, [0016] - dass der Niederdruck-Dampftrommel Niederdruck-Sattdampf entnommen wird, [0017] - dass vorgewärmtes Wasser in eine Hochdruck-Dampftrommel eingespeist wird, [0018] - dass der Hochdruck-Dampftrommel vorgewärmtes Wasser entnommen wird, über einen in das Rohrleitungssystem eingebauten Hochdruck-Verdampfer mittels der heißen Abgase verdampft wird und wieder der Hochdruck-Dampftrommel zugeführt wird, [0019] - dass der Hochdruck-Dampftrommel Hochdruck-Sattdampf entnommen wird und durch einen Pufferspeicher geführt wird, in dem der Hochdruck-Sattdampf Wärme an ein im Pufferspeicher befindliches Speichermedium abgibt, [0020] - dass der Hochdruck-Sattdampf nach dem Durchströmen des Pufferspeichers wieder der Hochdruck-Dampftrommel zugeführt wird, [0021] - dass Wasser in einem vom Hochdruck-Sattdampf getrennten Kreislauf durch den Pufferspeicher geführt wird und dort mittels des im Pufferspeicher befindlichen Speichermediums zu Sekundärdampf verdampft wird, [0022] - dass ein erster Teil des Sekundärdampfes einer Sekundär-Dampfturbine als Antriebsmedium zugeführt wird, [0023] - dass der erste Teil des Sekundärdampfes nach dem Durchströmen der Sekundär-Dampfturbine mit dem der Niederdruck-Dampftrommel entnommenen Niederdruck-Sattdampf vereinigt wird und der vereinigte Dampfstrom einem Niederdruck-Überhitzer zugeführt wird, in dem der vereinigte Dampfstrom überhitzt wird, [0024] - dass der überhitzte vereinigte Dampfstrom einer Niederdruck-Dampfturbine als Antriebsmedium zugeführt wird, [0025] - dass ein zweiter Teil des Sekundärdampfes dem Niederdruck-Überhitzer als Heizme-dium zugeführt wird und nach dem Durchströmen des Niederdruck-Überhitzers wieder dem Pufferspeicher zugeführt wird.
[0026] Der Sekundärdampf wird dem Pufferspeicher als Sattdampf entnommen. Es ist möglich, den Sekundärdampf der Sekundär-Dampfturbine in dieser Form (also als Sattdampf) zuzuführen. Vorzugsweise jedoch wird zumindest der erste Teil des Sekundärdampfes vor dem Zuführen zur Sekundär-Dampfturbine einem Sekundär-Überhitzer zugeführt, in dem der erste Teil des Sekundärdampfes überhitzt wird.
[0027] Es ist möglich, die Überhitzung des Sekundärdampfes mit Fremdenergie vorzunehmen. Beispielsweise kann ein Aufheizen durch Verbrennen eines Gases oder ein Zuführen von Prozesswärme eines anderen Prozesses erfolgen. Vorzugsweise erfolgt jedoch eine Eigenüberhitzung.
[0028] Eine Eigenüberhitzung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, [0029] - dass der der Hochdruck-Dampftrommel entnommene Hochdruck-Sattdampf vor dem Zuführen zum Pufferspeicher durch einen in das Rohrleitungssystem eingebauten Hochdruck-Überhitzer geführt wird, in dem der Hochdruck-Sattdampf zumindest in der ersten Phase des Anlagenzyklus überhitzt wird, und [0030] - dass der überhitzte Hochdruck-Dampf in einem vom Sekundärdampf getrennten Kreis- 2/15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 lauf dem Sekundär-Überhitzer als Heizmedium zugeführt wird und erst danach dem Pufferspeicher zugeführt wird.
[0031] Alternativ kann eine Eigenüberhitzung des Sekundärdampfes dadurch erfolgen, [0032] - dass der der Hochdruck-Dampftrommel entnommene Hochdruck-Sattdampf nur zu einem ersten Teil dem Pufferspeicher zugeführt wird, [0033] - dass der der Hochdruck-Dampftrommel entnommene Hochdruck-Sattdampf zu einem zweiten Teil in einem vom Sekundärdampf getrennten Kreislauf dem Sekundär-Überhitzer als Heizmedium zugeführt wird und [0034] - dass der zweite Teil des Hochdruck-Sattdampfes nach dem Durchströmen des Sekun-där-Überhitzers wieder der Hochdruck-Dampftrommel zugeführt wird.
[0035] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Hochdruck-Sattdampf nach dem Durchströmen des Pufferspeichers zunächst kondensiert und sodann über den Hochdruck-Verdampfer der Hochdruck-Dampftrommel zugeführt wird. Dadurch ist eine leichtere Vergleichmäßigung der Sekundärdampferzeugung möglich.
[0036] In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das im Pufferspeicher befindliche Speichermedium in der ersten Phase des Anlagenzyklus zumindest teilweise von einem ersten in einen zweiten Phasenzustand und in der zweiten Phase des Anlagenzyklus zumindest teilweise vom zweiten in den ersten Phasenzustand umgewandelt wird. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere die Temperatur des Sekundärdampfes trotz der Schwankungen der Abwärme im Anlagenzyklus im Wesentlichen konstant gehalten werden.
[0037] Es ist möglich, dass der erste Phasenzustand ein fester und der zweite Phasenzustand ein flüssiger Phasenzustand des im Pufferspeicher befindlichen Speichermediums ist. Ebenso ist es möglich, dass das im Pufferspeicher befindliche Speichermedium eine Phasenumwandlungstemperatur aufweist, die zwischen 280 °C und 400 °C liegt. Die beiden genannten bevorzugten Ausgestaltungen können alternativ oder kumulativ realisiert sein.
[0038] Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Anlage der Grundstoffindustrie gelöst, wobei die Anlage derart ausgebildet ist, dass sie gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibbar ist.
[0039] Das im Pufferspeicher befindliche Speichermedium kann beispielsweise ein Metall, eine Metalllegierung oder ein Salz sein.
[0040] Es ist möglich, dass die Sekundär-Dampfturbine und die Niederdruck-Dampfturbine unabhängig voneinander rotieren. Vorzugsweise aber sind die Sekundär-Dampfturbine und die Niederdruck-Dampfturbine miteinander gekuppelt, so dass sie zwangsweise mit der gleichen Drehzahl rotieren. Durch diese Ausgestaltung kann zum einen auf einfachere Weise eine Konstanthaltung der Drehzahl der Turbinen erreicht werden. Weiterhin ist nur ein einziger elektrischer Generator erforderlich.
[0041] Basisteil kann beispielsweise ein Lichtbogenofen oder eine Vorrichtung zur Durchführung eines LD-Prozesses sein.
[0042] Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung: [0043] FIG 1 [0044] FIG 2 [0045] FIG 3 [0046] FIG 4 schematisch eine Anlage der Grundstoffindustrie, schematisch einen Anlagenzyklus, schematisch mehrere Wasser-Dampf-Kreisläufe, schematisch eine Anordnung von Komponenten der Wasser-Dampf-Kreisläufe von FIG 3 in einem Rohrleitungssystem und 3/15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 [0047] FIG 5 und 6 schematisch Modifikationen eines Teils der Wasser-Dampf-Kreisläufe von FIG 3.
[0048] FIG 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine Anlage der Grundstoffindustrie. Gemäß FIG 1 weist die Anlage ein Basisteil 1 auf. Das Basisteil 1 wird gemäß FIG 2 in einem Anlagenzyklus betrieben. Gemäß FIG 2 weist der Anlagenzyklus zumindest eine erste Phase P1 und eine zweite Phase P2 auf. In der ersten Phase P1 des jeweiligen Anlagenzyklus entstehen auf Grund des im Basisteil 1 ablaufenden technischen Prozesses der Grundstoffindustrie im Basisteil 1 heiße Abgase. Es ist möglich, dass in der zweiten Phase P2 des jeweiligen Anlagenzyklus im Basisteil 1 keine heißen Abgase entstehen. Alternativ ist es möglich, dass die Abgase zwar entstehen, aber nur in erheblich geringfügigerem Umfang entstehen als in der ersten Phase P1. Insbesondere entsteht im Durchschnitt während der zweiten Phase P2 maximal ein Sechstel der Menge an heißen Abgasen wie im Durchschnitt der ersten Phase P1.
[0049] Die Phasen P1, P2 sind nach Bedarf bestimmt. In der Regel beträgt die Dauer der Phase P2 an der Gesamtzeit des Anlagenzyklus maximal 30 %, insbesondere maximal 25 %.
[0050] Die Darstellung von FIG 2 ist ebenfalls vereinfacht. Insbesondere ist es möglich, dass die Anzahl an ersten Phasen P1 und zweiten Phasen P2 während eines Anlagenzyklus größer als Eins ist. Dies wird nachstehend anhand eines typischen Basisteils 1 näher erläutert, nämlich eines Basisteils 1 in Form eines elektrischen Lichtbogenofens. Alternativ kann das Basisteil 1 als andere Anlage, die einen entsprechenden Anlagenzyklus aufweist, ausgebildet sein, beispielsweise als LD-Anlage.
[0051] Bei einem elektrischen Lichtbogenofen erfolgt der Betrieb typischerweise in der Abfolge der Phasen [0052] a) Abstechen und Teilchargieren, [0053] b) Schmelzen der Teilcharge, [0054] c) Vollchargieren und [0055] d) Schmelzen der Gesamtcharge nebst Refining.
[0056] Während der Phasen Abstechen und Teilchargieren sowie Vollchargieren entstehen nur in geringem Umfang heiße Abgase. Während der beiden Schmelzphasen entstehen in erheblichem Umfang heiße Abgase.
[0057] Typische Zeitdauern sind beispielsweise [0058] - für den gesamten Anlagenzyklus eine Stunde oder knapp darunter, [0059] - für das Abstechen und Teilchargieren rund 10 Minuten, [0060] - für das Schmelzen der Teilcharge rund 15 Minuten, [0061] - für das Vollchargieren wenige Minuten (maximal 5 Minuten) und [0062] - für das Schmelzen der Gesamtcharge nebst Refining rund 30 Minuten.
[0063] Die genannten Zeiten können in gewissem Umfang von Basisteil 1 zu Basisteil 1 und auch von Anlagenzyklus zu Anlagenzyklus schwanken.
[0064] Bei Betrieb mit direkt reduziertem Eisen oder mit Roheisen hingegen fallen während eines jeweiligen Anlagenzyklus nur je eine der Phasen P1, P2 an.
[0065] Gemäß FIG 1 werden die heißen Abgase über ein Rohrleitungssystem 2 aus dem Basisteil 1 abgeführt und an die Außenluft abgegeben. Das Abführen der heißen Abgase erfolgt zu jedem Zeitpunkt in dem Umfang, zu dem die heißen Abgase jeweils anfallen, also in der ersten Phase P1 in großem Umfang, in der zweiten Phase P2 in geringem Umfang oder gar nicht.
[0066] Bevor die heißen Abgase an die Außenluft abgegeben werden, müssen sie gefiltert werden. Das Filtern erfolgt in einem Filter 3. Zum Zeitpunkt des Filterns darf die Temperatur der heißen Abgase maximal ca. 130 °C betragen. Es ist daher erforderlich, die heißen Abgase zu 4/15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 kühlen.
[0067] Das Kühlen erfolgt teilweise in einem Mischer 4, in dem die heißen Abgase mit Zuluft und/oder kalten Abgasen (Temperatur maximal 50 °C, in der Regel deutlich darunter) vermischt werden. Zuvor werden die heißen Abgase im Rohrleitungssystem 2 gekühlt. Dieser Teil der Anlage der Grundstoffindustrie ist auf erfindungsgemäße Weise ausgestaltet.
[0068] Die im Betrieb der Anlage der Grundstoffindustrie anfallende Abwärme soll thermisch zur Dampfgewinnung nebst nachfolgender Umwandlung in mechanische Energie genutzt werden. Meist erfolgt nach der Wandlung in mechanische Energie eine weitergehende Wandlung in elektrische Energie. Zur Gewinnung mechanischer Energie sind gemäß FIG 3 verschiedene Wasser-Dampf-Kreisläufe vorhanden, die über die heißen Abgase direkt oder indirekt betrieben werden. FIG 3 zeigt die Wasser-Dampf-Kreisläufe als solche, FIG 4 die Einbindung verschiedener Komponenten der Wasser-Dampf-Kreisläufe in das Rohrleitungssystem 2.
[0069] Gemäß FIG 3 ist zunächst ein Niederdruck-Kreislauf vorhanden. Der Niederdruck-Kreislauf umfasst als wesentliche Komponenten einen Niederdruck-Vorwärmer 5, einen Niederdruck-Verdampfer 6, eine Niederdruck-Dampftrommel 7, einen Niederdruck-Überhitzer 8 und eine Niederdruck-Dampfturbine 9. Weiterhin sind ein Kondensator 10 und ein Endgaser 11 vorhanden.
[0070] Mittels einer entsprechenden Pumpe 12 wird dem Entgaser 11 Wasser entnommen und zunächst dem Niederdruck-Vorwärmer 5 zugeführt. Im Niederdruck-Vorwärmer 5 wird das Wasser vorgewärmt, eventuell bereits in geringem Umfang verdampft. Sodann wird das vorgewärmte Wasser in die Niederdruck-Dampftrommel 7 eingespeist. Der Niederdruck-Vorwärmer 5 ist gemäß FIG 4 in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut. Die thermische Energie, die der Niederdruck-Vorwärmer 5 zum Vorwärmen des Wassers benötigt, stammt daher von den heißen Abgasen, die das Rohrleitungssystem 2 durchströmen.
[0071] Mittels einer weiteren Pumpe 13 wird der Niederdruck-Dampftrommel 7 vorgewärmtes Wasser entnommen und dem Niederdruck-Verdampfer 6 zugeführt. Dort wird das vorgewärmte Wasser - zumindest teilweise - verdampft. Sodann wird es wieder der Niederdruck-Dampftrommel 7 zugeführt. Der Niederdruck-Verdampfer 6 ist gemäß FIG 4 ebenfalls in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut. Die thermische Energie, die der Niederdruck-Verdampfer 6 zum Verdampfen des vorgewärmten Wassers benötigt, stammt daher ebenfalls von den heißen Abgasen, die das Rohrleitungssystem 2 durchströmen. Der Niederdruck-Verdampfer 6 ist gemäß FIG 4 derart in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut, dass die heißen Abgase zunächst durch den Niederdruck-Verdampfer 6 und erst danach durch den Niederdruck-Vorwärmer 5 strömen.
[0072] Die Pumpen 12, 13 sind Niederdruck-Pumpen. Sie fördern das Wasser gegen den in der Niederdruck-Dampftrommel 7 herrschenden Druck p1. Dieser Druck p1 liegt in der Regel bei ca. 25 bar bis 40 bar, beispielsweise bei ca. 30 bar.
[0073] Der Niederdruck-Dampftrommel 7 wird weiterhin Niederdruck-Sattdampf entnommen. Der Niederdruck-Sattdampf weist eine relativ niedrige Temperatur T1 auf. Diese Temperatur T1 liegt in der Regel bei ca. 220 °C bis 250 °C, beispielsweise zwischen 230 °C und 240 °C. Auf die weitere Verwendung und Nutzung des Niederdruck-Sattdampfes wird später eingegangen werden.
[0074] Gemäß FIG 3 ist weiterhin ein Hochdruck-Kreislauf vorhanden. Der Hochdruck-Kreislauf umfasst als wesentliche Komponenten eine Hochdruck-Dampftrommel 14, einen Hochdruck-Verdampfer 15 und einen Pufferspeicher 16. Gegebenenfalls kann zusätzlich ein Hochdruck-Kondensator 17 vorhanden sein.
[0075] Mittels einer Pumpe 18 wird vorgewärmtes Wasser in die Hochdruck-Dampftrommel 14 eingespeist. Das vorgewärmte Wasser kann entsprechend der Darstellung von FIG 3 der Niederdruck-Dampftrommel 7 entnommen werden. Alternativ kann das vorgewärmte Wasser, wie in FIG 3 gestrichelt angedeutet, hinter dem Niederdruck-Vorwärmer 5 abgezweigt werden. Wiederum alternativ ist es möglich, dass gemäß FIG 3 ein eigener Hochdruck-Vorwärmer 19 5/15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 vorhanden ist. In diesem Fall wird das Wasser dem Entgaser 11 entnommen, durch den Hochdruck-Vorwärmer 19 geführt und von dort in die Hochdruck- Dampftrommel 14 eingespeist. Die Pumpe 18 ist in diesem Fall zwischen dem Entgaser 11 und dem Hochdruck-Vorwärmer 19 angeordnet. In Bezug auf das Rohrleitungssystem 2 ist der Hochdruck-Vorwärmer 19 - sofern er vorhanden ist - gemäß FIG 4 zwischen dem Niederdruck-Verdampfer 6 und dem Niederdruck-Vorwärmer 5 angeordnet. Der Hochdruck-Vorwärmer 19 ist in den FIG 3 und 4 nur gestrichelt eingezeichnet, weil er nicht zwingend, sondern nur optional vorhanden ist.
[0076] Der Hochdruck-Dampftrommel 14 wird mittels einer Pumpe 20 vorgewärmtes Wasser entnommen und dem Hochdruck-Verdampfer 15 zugeführt. Im Hochdruck-Verdampfer 15 wird das vorgewärmte Wasser - zumindest teilweise - verdampft. Sodann wird es als entsprechender Dampf wieder der Hochdruck-Dampftrommel 14 zugeführt. Der Hochdruck-Verdampfer 15 ist gemäß FIG 4 ebenfalls in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut. Die zum Betrieb des Hochdruck-Verdampfers 15 benötigte thermische Energie stammt daher ebenfalls aus den heißen Abgasen. Der Hochdruck-Verdampfer 15 ist gemäß FIG 4 derart in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut, dass die heißen Abgase zuerst durch den Hochdruck-Verdampfer 15 und erst danach durch den Niederdruck-Verdampfer 6 strömen.
[0077] Die Pumpen 18 und 20 sind Hochdruckpumpen. Sie fördern das vorgewärmte Wasser gegen den in der Hochdruck-Dampftrommel 14 herrschenden Dampfdruck p2. Dieser Druck p2 liegt in der Regel zwischen 80 bar und 200 bar, je nach der in der Hochdruck-Dampftrommel 14 herrschenden Temperatur T2. Die Temperatur T2 in der Hochdruck-Dampftrommel 14 kann zwischen 250 °C und 400 °C liegen, insbesondere zwischen 300 °C und 350 °C. Bei einer Temperatur T2 von ca. 310 °C und etwas darüber herrscht in der Hochdruck-Dampftrommel 14 beispielsweise ein Dampfdruck p2 von ca. 100 bar bis 110 bar. Bei einer Temperatur T2 von ca. 340 °C und etwas darüber herrscht in der Hochdruck-Dampftrommel 14 beispielsweise ein Druck p2 von ca. 140 bar bis 160 bar.
[0078] Der Hochdruck-Dampftrommel 14 wird Hochdruck-Sattdampf entnommen und durch den Pufferspeicher 16 geführt. Der Hochdruck-Sattdampf dient als Heizmedium für den Pufferspeicher 16. Der Hochdruck-Sattdampf gibt daher an ein Speichermedium 21, das sich im Pufferspeicher 16 befindet, Wärme ab. Danach, also nach dem Durchströmen des Pufferspeichers 16, wird der Hochdruck-Sattdampf wieder der Hochdruck-Dampftrommel 14 zugeführt.
[0079] In Einzelfällen kann es möglich sein, den Hochdruck-Sattdampf direkt wieder der Hoch-druck-Dampftrommel 14 zuzuführen. In der Regel wird der Hochdruck-Sattdampf nach dem Durchströmen des Pufferspeichers 16 jedoch zunächst kondensiert, beispielsweise im Hochdruck-Kondensator 17. Sodann wird er mittels einer geeigneten Pumpe 22 dem Hochdruck-Verdampfer 15 und von dort der Hochdruck-Dampftrommel 14 zugeführt.
[0080] Das Speichermedium 21 kann nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise kann es sich um ein Metall handeln. Ein Beispiel eines geeigneten Metalls ist Zink. Alternativ kann es sich um eine Metalllegierung handeln. Ein Beispiel einer geeigneten Metalllegierung ist ein Zink-Zinn-Legierung mit ca. 95 Atom-% Zink und ca. 5 Atom-% Zinn. Alternativ kann es sich um ein Salz handeln. Ein Beispiel eines geeigneten Salzes ist Natriumnitrat (NaN03).
[0081] Gemäß FIG 3 ist weiterhin ein Sekundärkreislauf vorhanden. Der Sekundärkreislauf weist als wesentliche Komponenten den bereits erwähnten Pufferspeicher 16, eine Sekundär-Dampfturbine 23, den Niederdruck-Überhitzer 8 und die Niederdruck-Dampfturbine 9 auf. Weiterhin sind der Kondensator 10 und der Entgaser 11 Bestandteile des Sekundärkreislaufes.
[0082] Gemäß FIG 3 wird Wasser durch den Pufferspeicher 16 geführt. Das Wasser kann vorgewärmt sein. In diesem Fall kann das Wasser beispielsweise zwischen dem Niederdruck-Vorwärmer 5 und der Niederdruck-Dampftrommel 7 abgegriffen werden. Alternativ kann das Wasser entsprechend der Darstellung von FIG 3 hinter dem Entgaser 11 abgegriffen werden. Unabhängig von der Stelle, an der das Wasser abgegriffen wird, wird das Wasser mittels einer entsprechenden Pumpe 24 in den Pufferspeicher 16 eingespeist.
[0083] Das Durchführen des Wassers durch den Pufferspeicher 16 erfolgt im Sekundärkreis- 6/15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 lauf, also vom Hochdruck-Kreislauf getrennt und damit insbesondere vom Hochdruck-Sattdampf getrennt. Das Wasser wird mittels des im Pufferspeicher 16 befindlichen Speichermediums 21 (zumindest teilweise) verdampft. Dieser Dampf wird nachfolgend als Sekundärdampf bezeichnet.
[0084] Der Pufferspeicher 16 kann entsprechend der Darstellung von FIG 3 intern in einen Wärmetauscher 25 und eine Sekundär-Dampftrommel 26 aufgeteilt sein. In diesem Fall befindet sich das Speichermedium 21 im Wärmetauscher 25. Der Wärmetauscher 25 wird vom Hoch-druck-Sattdampf und vom zu verdampfenden Wasser durchströmt. In der Sekundär-Dampftrommel 26 erfolgt in diesem Fall eine Zwischenspeicherung des Sekundärdampfes. Gegebenenfalls kann der Sekundär-Dampftrommel 26 entsprechend der Darstellung von FIG 3 mittels einer Pumpe 27 vorgewärmtes Wasser entnommen und dem Wärmetauscher 25 zugeführt werden.
[0085] Ein Teil des Sekundärdampfes - nachfolgend als erster Teil des Sekundärdampfes bezeichnet - wird der Sekundär-Dampfturbine 23 als Antriebsmedium zugeführt.
[0086] Der Sekundärdampf weist bei der Ausgestaltung gemäß FIG 3 in der Regel eine Temperatur T3 von ca. 310 °C bis 330 °C und einen Druck p3 von ca. 100 bar bis 130 bar auf. Der Sekundärdampf ist bei der Ausgestaltung gemäß FIG 3 Sattdampf.
[0087] Nach dem Durchströmen der Sekundär-Dampfturbine 23 weist der erste Teil des Sekundärdampfes einen erheblichen niedrigeren Druck p3' und eine etwas niedrigere Temperatur T3' auf. Der Druck p3' kann insbesondere mit dem Druck p1 des Niederdruck-Kreislaufs übereinstimmen. Ebenso kann die Temperatur T3' des ersten Teils des Sekundärdampfes nach dem Durchströmen der Sekundär-Dampfturbine gleich oder in etwa gleich der Temperatur T1 des Niederdruck-Dampfes sein. Der erste Teil des Sekundärdampfes wird daher nach dem Durchströmen der Sekundär-Dampfturbine 23 mit dem Dampf vereinigt, welcher der Niederdruck-Dampftrommel 7 entnommen wird. Der Summendampfstrom - nachfolgend als der vereinigte Dampfstrom bezeichnet - wird gemäß FIG 3 zunächst dem Niederdruck-Überhitzer 8 zugeführt. Dort wird der vereinigte Dampfstrom überhitzt. Beispielsweise kann eine Überhitzung um ca. 50 bis 60 Kelvin auf eine Temperatur von ca. 280 °C bis 300 °C erfolgen.
[0088] Der überhitzte vereinigte Dampfstrom wird sodann der Niederdruck-Dampfturbine 9 als deren Antriebsmedium zugeführt. Von dort wird der vereinigte Dampfstrom - direkt oder über den Kondensator 10 - dem Entgaser 11 zugeführt.
[0089] Damit dem Niederdruck-Überhitzer 8 die zum Überhitzen des vereinigten Dampfstroms benötigte thermische Energie zugeführt wird, wird dem Niederdruck-Überhitzer 8 als Heizmedium ebenfalls ein Teil des Sekundärdampfes zugeführt, allerdings direkt, also unter Umgehung der Sekundär-Dampfturbine 23. Dieser Teil des Sekundärdampfes wird nachfolgend als zweiter Teil des Sekundärdampfes bezeichnet. Der entsprechende Teil des Sekundärdampfes wird nach dem Durchströmen des Niederdruck-Überhitzers 8 über eine Pumpe 27' wieder dem Pufferspeicher 16 zugeführt. Das Zuführen zum Pufferspeicher 16 kann ggf. alternativ in den Wärmetauscher 25 oder in die Sekundär-Dampftrommel 26 erfolgen.
[0090] Die Niederdruck-Dampfturbine 9 und die Sekundär-Dampfturbine 23 werden in der Regel zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt. Sie sind daher in der Regel mit einem Generator 28 gekuppelt. Gemäß FIG 3 wirken die beiden Dampfturbinen 9, 23 auf ein und denselben Generator 28. Sie sind daher miteinander gekuppelt, so dass sie zwangsweise mit der gleichen Drehzahl rotieren. Die Kupplung der beiden Dampfturbinen 9, 23 miteinander ist selbstverständlich auch dann möglich, wenn die beiden Dampfturbinen 9, 23 nicht auf einen einzigen Generator 28 wirken, sondern auf mehrere Generatoren oder wenn die von den Dampfturbinen 9, 23 erzeugte mechanische Energie anderweitig genutzt werden soll.
[0091] Das im Pufferspeicher 16 befindliche Speichermedium 21 dient hauptsächlich der Temperaturvergleichmäßigung. Insbesondere dient das Speichermedium 21 dazu, in der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus anfallende „überschüssige" thermische Energie aufzunehmen und in der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus die gespeicherte thermische Energie zur Erzeu- 7/15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 gung des Sekundärdampfes zu nutzen. Damit diese Energiepufferung möglich ist, ohne erhebliche Temperaturschwankungen des Sekundärdampfes in Kauf nehmen zu müssen, ist das Speichermedium 21 vorzugsweise derart gewählt, dass es in der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus - zumindest teilweise - von einem ersten in einen zweiten Phasenzustand umgewandelt wird. Hiermit korrespondierend wird das Speichermedium 21 in der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus - zumindest teilweise - vom zweiten Phasenzustand wieder zurück in den ersten Phasenzustand umgewandelt.
[0092] Die Phasenumwandlung kann ein Fest-Fest-Phasenübergang sein. In der Regel ist die Phasenumwandlung jedoch ein Fest-Flüssig-Phasenübergang. In der Regel entspricht somit der erste Phasenzustand einem festen Phasenzustand und der zweite Phasenzustand einem flüssigen Phasenzustand des Speichermediums 21. Die entsprechenden Phasenübergänge sind also ein Schmelzen und ein Erstarren des Speichermediums 21.
[0093] Die Phasenumwandlung des Speichermediums 21 erfolgt bei einer Phasenumwandlungstemperatur T4 bzw. innerhalb eines entsprechenden Temperaturbereichs (insbesondere im Falle einer nicht eutektischen Metalllegierung). Die Phasenumwandlungstemperatur T4 des Speichermediums 21 kann nach Bedarf bestimmt sein. Vorzugsweise liegt sie zwischen 280 °C und 400 °C. Hierfür sind die beispielhaft angegebenen Materialien geeignet. Insbesondere weist Zinn einen Schmelzpunkt von 327 °C auf, Natriumnitrat einen Schmelzpunkt von 306 °C und die genannte Zink-Zinn-Legierung einen Schmelzpunkt von 382 °C.
[0094] Der Pufferspeicher 16 ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass während der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus das Speichermedium 21 nur teilweise, aber nicht vollständig vom ersten in den zweiten Phasenzustand umgewandelt wird (also beispielsweise zwar teilweise schmilzt, aber nicht vollständig schmilzt). In analoger Weise erfolgt in diesem Fall während der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus ein zwar teilweises, aber nicht vollständiges Umwandeln des Speichermediums 21 vom zweiten Phasenzustand in den ersten Phasenzustand (also beispielsweise ein zwar teilweises, nicht aber vollständiges Erstarren des Speichermediums 21). Während des gesamten Anlagenzyklus liegt daher das Speichermedium 21 im Pufferspeicher 16 teilweise im ersten Phasenzustand (insbesondere fest) und teilweise im zweiten Phasenzustand (insbesondere flüssig) vor. Die Anteile variieren zwar während des Anlagenzyklus, sind aber jederzeit sowohl von 0 % als auch von 100 % verschieden. Durch diese Dimensionierung des Pufferspeichers 16 ist insbesondere gewährleistet, dass im Pufferspeicher 16 während des gesamten Anlagenzyklus eine im Wesentlichen konstante Temperatur herrscht, so dass während des gesamten Anlagenzyklus in im Wesentlichen konstantem Ausmaß und unter konstanten Bedingungen (Temperatur T3 und Druck p3) Sekundärdampf erzeugt werden kann. Etwaige Schwankungen bewegen sich im Bereich weniger Prozent (maximal +/- 5%).
[0095] Der Sekundärdampf, der dem Pufferspeicher 16 entnommen wird, ist Sattdampf. Die Sekundär-Dampfturbine 23 wird bei der Ausgestaltung gemäß FIG 3 also mit Sattdampf betrieben. Es ist von Vorteil, wenn der Sekundärdampf überhitzter Dampf ist. Wie dies erreicht werden kann, wird nachfolgend in Verbindung mit den FIG 5 und 6 erläutert.
[0096] Gemäß den FIG 5 und 6 wird - wie bei FIG 3 - der Sekundärdampf dem Pufferspeicher 16 als Sattdampf entnommen. Zumindest der erste Teil des Sekundärdampfes - gemäß den Ausgestaltungen der FIG 5 und 6 zwar der gesamte Sekundärdampf, aber möglicherweise ausschließlich der erste Teil des Sekundärdamfes - wird einem Sekundär-Überhitzer 29 zugeführt. Im Sekundär-Überhitzer 29 wird der dem Sekundär-Überhitzer 29 zugeführte Sekundär-Sattdampf überhitzt. Erst danach erfolgt ein Zuführen des - nunmehr überhitzten - Sekundärdampfes zur Sekundär-Dampfturbine 23 und eventuell auch zum Niederdruck-Überhitzer 8.
[0097] Die zum Überhitzen des Sekundär-Sattdampfes benötigte thermische Energie kann dem Sekundär-Überhitzer 29 auf beliebige Weise zugeführt werden. Beispielsweise kann ein Heizgas verbrannt werden oder ein Beheizen des Sekundär-Überhitzers 29 mit heißen Prozessgasen erfolgen. Vorzugsweise wird zum Beheizen des Sekundär-Überhitzers jedoch der Hochdruckdampf verwendet. Auch dies wird nachstehend in Verbindung mit den FIG 5 und 6 näher erläutert. 8/15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 [0098] So wird beispielsweise bei der Ausgestaltung gemäß FIG 5 der Hochdruck-Sattdampf, welcher der Hochdruck-Dampftrommel 14 entnommen wird, zunächst durch einen Hochdruck-Überhitzer 30 geführt. Der Hochdruck-Überhitzer 30 ist gemäß FIG 4 ebenfalls in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut. Der Einbau ist derart, dass die heißen Abgase zuerst durch den Hochdruck-Überhitzer 30 und erst danach durch den Hochddruck-Verdampfer 15 strömen. Im Hochdruck-Überhitzer 30 wird - zumindest in der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus - der Hochdruck-Sattdampf überhitzt. Der Hochdruck-Überhitzer 30 ist, weil er nur optional vorhanden ist, in FIG 4 nur gestrichelt eingezeichnet.
[0099] Nach dem Überhitzen des Hochdruck-Sattdampfes wird der - nunmehr überhitzte -Hochdruck-Dampf dem Sekundär-Überhitzer 29 als Heizmedium zugeführt. Das Zuführen erfolgt selbstverständlich in einem vom Sekundärdampf getrennten Kreislauf. Erst danach wird der Hochdruck-Dampf dem Pufferspeicher 16 zugeführt.
[00100] Der Sekundär-Überhitzer 29 kann als reiner Wärmetauscher ausgebildet sein. Vorzugsweise ist jedoch auch der Sekundär-Überhitzer 29 (analog zum Pufferspeicher 16) mit einem Speichermedium 31 gefüllt, so dass trotz der Schwankungen an thermischer Energie während des Anlagenzyklus eine gleichmäßige Überhitzung des Sekundärdampfes gewährleistet ist.
[00101] Aufgrund der Überhitzung des Hochdruck-Dampfes ist eine relativ große Überhitzung des Sekundärdampfes (beispielsweise um 40 Kelvin bis 60 Kelvin) möglich. Falls eine geringere Überhitzung (beispielsweise um ca. 20 Kelvin) ausreicht, kann das Überhitzen des Sekundärdampfes unter Umständen alternativ mit Hochdruck-Sattdampf erfolgen. In diesem Fall, der nachfolgend in Verbindung mit FIG 6 erläutert wird, werden der Hochdruck-Dampftrommel 14 zwei Teile an Hochdruck-Sattdampf entnommen, nachfolgend als erster und zweiter Teil des Hochdruck-Sattdampfes bezeichnet.
[00102] Der erste Teil des Hochdruck-Sattdampfes wird - wie bereits in Verbindung mit FIG 3 erläutert - dem Pufferspeicher 16 zugeführt. Er dient - wie bereits in Verbindung mit FIG 3 erläutert - der Versorgung des Pufferspeichers 16 mit der benötigten thermischen Energie. Der zweite Teil des Hochdruck-Sattdampfes wird dem Sekundär-Überhitzer 29 als Heizmedium zugeführt. Das Zuführen erfolgt in einem vom Sekundärdampf getrennten Kreislauf des Sekundärüberhitzers 29. Der zweite Teil des Hochdruck-Sattdampfes wird bei der Ausgestaltung von FIG 6 nach dem Durchströmen des Sekundär-Überhitzers 29 - direkt oder entsprechend der Darstellung von FIG 6 indirekt über den Hochdruck-Verdampfer 15 - wieder der Hochdruck-Dampftrommel 14 zugeführt.
[00103] Mittels der vorliegenden Erfindung ist auf relativ einfache Weise eine effiziente Nutzung der in den heißen Abgasen enthaltenen thermischen Energie möglich.
[00104] Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
BEZUGSZEICHENLISTE 1 Basisteil 2 Rohrleitungssystem 3 Filter 4 Mischer 5, 19 Vorwärmer 6, 15 Verdampfer 7, 14, 26 Dampftrommeln 8, 29, 30 Überhitzer 9, 23 Dampfturbinen 10, 17 Kondensatoren 11 Entgaser 9/15

Claims (11)

  1. AT 510 691 B1 2012-06-15 österreichisches Patentamt 12, 13 Pumpen/Niederdruck-Kreislauf 16 Pufferspeicher 18, 20, 22 Pumpen/Hochdruck-Kreislauf 21,31 Speichermedien 24, 27, 27’ Pumpen/Sekundär-Kreislauf 25 Wärmetauscher 28 Generator P1, P2 Phasen p1, p2, p3, p3’ Drücke H —I JO —I CO —I CO —I Temperaturen Patentansprüche 1. Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie, - wobei ein Basisteil (1) der Anlage gemäß einem Anlagenzyklus betrieben wird, - wobei während der Anlagenzyklen in einer ersten Phase (P1) des jeweiligen Anlagenzyklus heiße Abgase entstehen und in einer zweiten Phase (P2) des jeweiligen Anlagenzyklus entweder keine heißen Abgase entstehen oder die heißen Abgase gegenüber der ersten Phase (P1) nur in erheblich verringertem Umfang entstehen, - wobei die heißen Abgase in dem jeweiligen Umfang, in dem sie entstehen, über ein Rohrleitungssystem (2) aus dem Basisteil (1) der Anlage abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, - dass über einen in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Niederdruck-Vorwärmer (5) mittels der heißen Abgase Wasser vorgewärmt und sodann in eine Niederdruck-Dampftrommel (7) eingespeist wird, - dass der Niederdruck-Dampftrommel (7) vorgewärmtes Wasser entnommen wird, über einen in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Niederdruck-Verdampfer (6) mittels der heißen Abgase verdampft wird und wieder der Niederdruck-Dampftrommel (7) zugeführt wird, - dass der Niederdruck-Dampftrommel (7) Niederdruck-Sattdampf entnommen wird, - dass vorgewärmtes Wasser in eine Hochdruck-Dampftrommel (14) eingespeist wird, - dass der Hochdruck-Dampftrommel (14) vorgewärmtes Wasser entnommen wird, über einen in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Hochdruck-Verdampfer (15) mittels der heißen Abgase verdampft wird und wieder der Hochdruck-Dampftrommel (14) zugeführt wird, - dass der Hochdruck-Dampftrommel (14) Hochdruck-Sattdampf entnommen wird und durch einen Pufferspeicher (16) geführt wird, in dem der Hochdruck-Sattdampf Wärme an ein im Pufferspeicher (16) befindliches Speichermedium (21) abgibt, - dass der Hochdruck-Sattdampf nach dem Durchströmen des Pufferspeichers (16) wieder der Hochdruck-Dampftrommel (14) zugeführt wird, - dass Wasser in einem vom Hochdruck-Sattdampf getrennten Kreislauf durch den Pufferspeicher (16) geführt wird und dort mittels des im Pufferspeicher (16) befindlichen Speichermediums (21) zu Sekundärdampf verdampft wird, - dass ein erster Teil des Sekundärdampfes einer Sekundär-Dampfturbine (23) als Antriebsmedium zugeführt wird, - dass der erste Teil des Sekundärdampfes nach dem Durchströmen der Sekundär-Dampfturbine (23) mit dem der Niederdruck-Dampftrommel (7) entnommenen Niederdruck-Sattdampf vereinigt wird und der vereinigte Dampfstrom einem Niederdruck-Überhitzer (8) zugeführt wird, in dem der vereinigte Dampfstrom überhitzt wird, - dass der überhitzte vereinigte Dampfstrom einer Niederdruck-Dampfturbine (9) als Antriebsmedium zugeführt wird, 10/15 österreichisches Patentamt AT 510 691 B1 2012-06-15 - dass ein zweiter Teil des Sekundärdampfes dem Niederdruck-Überhitzer (8) als Heizmedium zugeführt wird und nach dem Durchströmen des Niederdruck-Überhitzers (8) wieder dem Pufferspeicher (16) zugeführt wird.
  2. 2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärdampf dem Pufferspeicher (16) als Sattdampf entnommen wird und dass zumindest der erste Teil des Sekundärdampfes vor dem Zuführen zur Sekundär-Dampfturbine (23) einem Sekundär-Überhitzer (29) zugeführt wird, in dem der erste Teil des Sekundärdampfes überhitzt wird.
  3. 3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass der der Hochdruck-Dampftrommel (14) entnommene Hochdruck-Sattdampf vor dem Zuführen zum Pufferspeicher (16) durch einen in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Hochdruck-Überhitzer (30) geführt wird, in dem der Hochdruck-Sattdampf zumindest in der ersten Phase (P1) des Anlagenzyklus überhitzt wird, und - dass der überhitzte Hochdruck-Dampf in einem vom Sekundärdampf getrennten Kreislauf dem Sekundär-Überhitzer (29) als Heizmedium zugeführt wird und erst danach dem Pufferspeicher (16) zugeführt wird.
  4. 4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass der der Hochdruck-Dampftrommel (14) entnommene Hochdruck-Sattdampf nur zu einem ersten Teil dem Pufferspeicher (16) zugeführt wird, - dass der der Hochdruck-Dampftrommel (14) entnommene Hochdruck-Sattdampf zu einem zweiten Teil in einem vom Sekundärdampf getrennten Kreislauf dem Sekundär-Überhitzer (29) als Heizmedium zugeführt wird und - dass der zweite Teil des Hochdruck-Sattdampfes nach dem Durchströmen des Sekundär-Überhitzers (29) wieder der Hochdruck-Dampftrommel (14) zugeführt wird.
  5. 5. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-Sattdampf nach dem Durchströmen des Pufferspeichers (16) zunächst kondensiert und sodann über den Hochdruck-Verdampfer (15) der Hochdruck-Dampftrommel (14) zugeführt wird.
  6. 6. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im Pufferspeicher (16) befindliche Speichermedium (21) in der ersten Phase (P1) des Anlagenzyklus zumindest teilweise von einem ersten in einen zweiten Phasenzustand und in der zweiten Phase (P2) des Anlagenzyklus zumindest teilweise vom zweiten in den ersten Phasenzustand umgewandelt wird.
  7. 7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Phasenzustand ein fester und der zweite Phasenzustand ein flüssiger Phasenzustand des im Pufferspeicher (16) befindlichen Speichermediums (21) ist.
  8. 8. Betriebsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das im Pufferspeicher (16) befindliche Speichermedium (21) eine Phasenumwandlungstemperatur (T4) aufweist, die zwischen 280 °C und 400 °C liegt.
  9. 9. Anlage der Grundstoffindustrie, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass sie gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 betreibbar ist.
  10. 10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das im Pufferspeicher (16) befindliche Speichermedium (21) ein Metall, eine Metalllegierung oder ein Salz ist.
  11. 11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundär-Dampfturbine (23) und die Niederdruck-Dampfturbine (9) miteinander gekuppelt sind, so dass sie zwangsweise mit der gleichen Drehzahl rotieren. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 11 /15
AT5242011A 2011-04-13 2011-04-13 Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie AT510691B1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT5242011A AT510691B1 (de) 2011-04-13 2011-04-13 Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie
PCT/EP2012/056526 WO2012140045A2 (de) 2011-04-13 2012-04-11 Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT5242011A AT510691B1 (de) 2011-04-13 2011-04-13 Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT510691B1 true AT510691B1 (de) 2012-06-15
AT510691A4 AT510691A4 (de) 2012-06-15

Family

ID=45992217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
AT5242011A AT510691B1 (de) 2011-04-13 2011-04-13 Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT510691B1 (de)
WO (1) WO2012140045A2 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3175899A (en) * 1960-12-06 1965-03-30 Kemmetmuller Roland Method for operating steel works wherein oxygen or air enriched with oxygen is used as a refining means
US3398534A (en) * 1966-11-18 1968-08-27 Combustion Eng Industrial system and process utilizing turbo-compressor unit
DE1401381A1 (de) * 1962-07-28 1968-10-24 Siemens Ag Durchlaufdampferzeuger zur Abhitzeverwertung von Konverteranlagen od.dgl.
WO2010138597A2 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 Worleyparsons Group, Inc. Waste heat recovery system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5133191A (en) * 1991-01-29 1992-07-28 American Hydrotherm Corporation High temperature cogeneration and heat recovery process
HUP9700202A3 (en) * 1997-03-10 2001-05-28 Goede Gabor Device ensemble and method for storing heat energy
DE102009001874A1 (de) * 2009-03-26 2010-09-30 Voith Patent Gmbh System zur Rückgewinnung von überschüssiger Wärmeenergie

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3175899A (en) * 1960-12-06 1965-03-30 Kemmetmuller Roland Method for operating steel works wherein oxygen or air enriched with oxygen is used as a refining means
DE1401381A1 (de) * 1962-07-28 1968-10-24 Siemens Ag Durchlaufdampferzeuger zur Abhitzeverwertung von Konverteranlagen od.dgl.
US3398534A (en) * 1966-11-18 1968-08-27 Combustion Eng Industrial system and process utilizing turbo-compressor unit
WO2010138597A2 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 Worleyparsons Group, Inc. Waste heat recovery system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012140045A2 (de) 2012-10-18
WO2012140045A3 (de) 2012-12-06
AT510691A4 (de) 2012-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2705224B1 (de) Regelsystem zur anpassung der leistung einer dampfturbine an eine veränderte last
EP2764215B1 (de) Energiespeichervorrichtung mit offenem ladekreislauf zur speicherung saisonal anfallender elektrischer überschussenergie
DE2555897A1 (de) Verfahren zum ausnutzen der ueberschusswaerme eines elektrizitaetswerks
EP2224104B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks
WO2014044254A2 (de) SYSTEM ZUR ERZEUGUNG VON HEIßWASSER UND/ODER DAMPF MIT HOCHTEMPERATURSPEICHER FÜR DEN EINSATZ IN EINEM GASTURBINENKRAFTWERK
EP2811124A1 (de) Energiespeichervorrichtung zur Vorwärmung von Speisewasser
EP3469190B1 (de) Kraftwerk mit wärmespeicher
EP2619334B1 (de) Betriebsverfahren zur verwertung der thermischen abwärme für eine anlage der grundstoffindustrie
AT510691B1 (de) Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie
WO2012123320A1 (de) Hüttentechnische anlage mit effizienter abwärmenutzung
DE102012210957A1 (de) Hochtemperatur-Wärmespeicher mit Induktionsheizung und Metallschmelze und Wärmespeicher-Verbundsystem
EP2572151B1 (de) Kühlung für ein metallurgisches gefäss
EP3146265A1 (de) Verfahren zum verbrennen einer legierung eines elektropositiven metalls
AT510688B1 (de) Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie
EP3365534B1 (de) Verfahren zur speisewasservorwärmung eines dampferzeugers eines kraftwerks und dampfkraftwerk zur durchführung des verfahrens
DE102016104538B3 (de) Thermisches Dampfkraftwerk mit verbesserter Abwärmenutzung und Verfahren zum Betrieb desselben
EP3134694B1 (de) Verfahren und anlage zur nutzung der abwärme aus abgasen zur dampfgewinnung
EP3002250B1 (de) Kraftwerksanlage und Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage
BE1030687B1 (de) CO2-freie Erzeugung von künstlichen Puzzolanen insbesondere aus Tonen
AT518186A4 (de) Wärmekraftwerk und Verfahren zum Speichern von Wärme
WO2024002927A1 (de) Co2-freie erzeugung von künstlichen puzzolanen insbesondere aus tonen
EP2932054A2 (de) Gasturbinenkraftwerk mit verbesserter flexibilisierung
EP2510199A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbrennung kohlenstoffhaltiger stoffe
DE102014226928A1 (de) Dampfkraftwerksystem mit Katalysatoranordnung

Legal Events

Date Code Title Description
PC Change of the owner

Owner name: PRIMETALS TECHNOLOGIES AUSTRIA GMBH, AT

Effective date: 20160415

MM01 Lapse because of not paying annual fees

Effective date: 20170413