DE4415792A1 - Verfahren zur Rückgewinnung von mechanischer und elektrischer Energie aus Prozeß-Abfallwärmeträgern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von mecha­ nischer und elektrischer Energie aus Prozeß-Abfallwärmeträgern mit niedrigem Temperaturniveau von etwa +95°C bis ca. +30°C, wie sie in vielen Verarbeitungsprozessen mit Wärmebehandlung und bei der Energiegewinnung in der Kühlphase anfallen.

Das in den meisten Fällen benutzte Kühlwasser muß entweder ablau­ fen und durch neues ersetzt werden oder es wird heruntergekühlt.

Es ist bekannt, mittels energieschluckender Kühlaggregate diese Kühlflüssigkeiten auf die Ausgangstemperatur abzukühlen und die dabei entstehende Hitze in die Atmosphäre oder in naheliegende Gewässer abzuführen, wenn sie nicht zum Heizen genutzt werden kann.

Ablaufendes erwärmtes Kühlwasser erwärmt die Umwelt und muß durch frisches, rar werdendes, kaltes Wasser ersetzt werden. Kühlaggregate schlucken Energie und heizen die Umwelt ungewünscht auf, da nur selten die Wärme für Heizzwecke genutzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest umwelt- und energieneutral, möglichst jedoch Energie rückgewinnend das Pro­ blem der Wärmenutzung bei Kühlprozessen zu lösen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dieser Abfallwärme aus einem Kältemittel, z. Bsp. NH3, mit der typischen Siedetemperatur von ca. -33°C oder ähnlich im Wärmetauscher Hoch­ druckdampf erzeugt wird, der danach im Kreislauf nach der bekann­ ten Methode in einer Expansionsmaschine oder einer Expansionstur­ bine mechanische Arbeit leistend entspannt, danach kondensiert und mit Speisepumpe rückgeführt wird.

Damit bei diesem Verfahren mechanische und damit auch elektrische Energie gewonnen werden kann wird das Gerät so gestaltet, daß von dieser Expansionsmaschine oder Expansionsturbine ein Generator angetrieben wird, dessen Elektroenergie entweder direkt ins Netz, oder aber in Batterien gespeichert und erst bei Überkapazität ins Netz gespeist wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß dabei weder eine schädliche Umwelterwärmung entsteht, noch daß per Saldo zusätzliche Energie in diesen Kühlvorgang ge­ steckt werden muß, weil die notwendige Energiemenge für den Vor­ gang durch die Wärme des Prozeßwärmeträgers zugeführt wird.

Bei richtiger Dimensionierung und Steuerung kann sogar zusätzlich Energie zurückgewonnen werden. Das hier vorgeschlagene Verfahren der Energiegewinnung ist durch den Betrieb mit Hochdruckdampf- Maschinen oder -Turbinen hinreichend bekannt. Anstelle des dabei verwendeten Wassers mit 100°C Siedetemperatur wird bei der Erfin­ dung ein Medium angewendet, welches wie z. Bsp. NH3 seinen Siede­ punkt um 133°C niedriger liegen hat und somit schon bei einer nie­ drigen Kühlwasser-Rückflußtemperatur von z. Bsp. +30°C auf den Druck von 11,67 bar kommt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung Fig. 1 dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Es zeigt Fig. 1 eine Energierückgewinnungsanlage schematisch dargestellt.

In drei Wärmetauschern 1, 2 und 3 wird mit der Wärme des Prozeß­ wärmeträgers in den Rohren 4 das diese umgebende in den Wärme­ tauschern enthaltene Kältemittel erhitzt.

Der mit der höchsten Temperatur ankommende Prozeßwärmeträger wird bei 5 in die Rohrleitung, der nächst kühlere bei 6 und der kühlste bei 7 in die Rohrleitung eingeleitet.

So wird die höchste Temperatur im Wärmetauscher 3 erreicht. Mit angenommen +90°C würde das unter dem Druck von ca. 50 bar stehende Kältemittel zu Dampf entspannt die Expansionsmaschine oder Expansionsturbine 8 dabei antreiben und z. Bsp. mit 25°C und 10,2 bar dort am Ende ausgestoßen werden.

Mit einer Kältemaschine 9, die eventuell nur aus einem Ventilator und Kühler besteht, wird das Kältemittel auf z. Bsp. 20°C abgekühlt, dabei verflüssigt es sich bei dem gegebenen Druck von 10,2 bar. Der Bedarf an Energie für diese geringe Abkühlung liegt weit unter der Menge, die von der Expansions-Maschine oder -Turbine in dem Generator 10 erzeugt wird.

Die gleichfalls angetriebene Speisepumpe 11 drückt das Kältemittel mit 50 bar zurück in den Wärmetauscher 1.

Claims (4)

1. Verfahren zur Rückgewinnung von mechanischer und elektrischer Energie aus Prozeß-Abfallwärmeträgern mit niedrigem Tempera­ turniveau von etwa +95°C bis ca. +30°C, dadurch gekennzeichnet, daß mit dieser Abfallwärme aus einem Kältemittel, z. Bsp. NH3, mit der typischen Siedetemperatur von ca. -33°C oder ähnlich im Wärmetauscher Hochdruckdampf erzeugt wird, der danach im Kreis­ lauf nach der bekannten Methode in einer Expansionsmaschine oder einer Expansionsturbine mechanische Arbeit leistend ent­ spannt, danach kondensiert und mit Speisepumpe rückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dieser Expansionsmaschine oder Expansionsturbine ein Generator angetrieben wird, dessen Elektroenergie entweder direkt ins Netz, oder aber in Batterien gespeichert und erst bei Überka­ pazität ins Netz gespeist wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch die Elektroenergie eine Kältemaschine betrieben wird, welche die Temperatur des Kältemittels nach der Expansion um einige Grade vermindert.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Prozeßwärmeträger unterschiedlicher Tempe­ ratur prozeßgesteuert sortiert den nacheinander angeordneten Wärmetauschern zugeführt werden.