DE4442859C2

DE4442859C2 - Verdampfungssystem

Info

Publication number: DE4442859C2
Application number: DE4442859A
Authority: DE
Inventors: Manfred Klemm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2014-12-03
Also published as: DE4442859A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdampfungssystem, wobei Rauch- und Heißgase als Medium von Trocknungsprozes sen genutzt wird. Die Erfindung findet Anwendung in Trocknungsanlagen für Futtermittel etc., wobei nach der Erzeugung von Rauch- oder Heißgasen diese teil weise auf bekannte Trocknungsaggregate, wie zum Bei spiel Drehrohr-, Band-, Schachtrieseltrockner geführt werden. Dabei dient die beaufschlagte Trocknungsanla ge für Grünfutter-, Holzhackschnitzel-, Holzspäne-, Zuckerschnitzeltrocknung usw.

Bekannt sind Trocknungsanlagen für das oben genannte Anwendungsgebiet, welche durch Erzeugung von Rauch- und Heißgasen über einen Brennstoffkessel und einer nachfolgenden Wärmetauschanlage beaufschlagt werden. Dabei wird die erzeugte Wärmeenergie zu 100% für den Trocknungsprozeß in der Trocknungsanlage verwendet. Nachteilig ist bei diesen bestehenden Anlagen, daß ein hoher Energieverlust beim Trocknungsprozeß vor handen ist und der Eigenenergiebedarf der Trocknungs anlage als Primärenergie zugeführt werden muß.

Weiterhin ist eine technische Lösung aus der Patentschrift DE 29 04 059 A1 "Energieerzeugungsanlage" bekannt. Dabei ist eine Energieerzeugungsanlage, in der ein durch direkten Wärmetausch zwischen einem niedrigsiedenden und einem wärmeabgebenden Medium erzeugtes Arbeitsfluid in einem geschlossenen Kreislauf umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß in einem unteren Abschnitt eines Direktkontakt- Wärmetauschers Düsen zum Einspritzen des niedrigsiedenden Mediums und Düsen zum Einspritzen des wärmeabgebenden Mediums angeordnet sind, so daß die Zirkulationskraft des Arbeitsfluids gesteigert wird.

Des weiteren ist eine Patentschrift CH 675 749 A5 "Verfahren zur Erzeugung von mechanischer Energie aus Wärmeenergie" gegeben. Dabei wird ein Verfahren zur Erzeugung von mechanischer Energie aus Wärme in einem Zweikreissystem, dessen zweiter Kreis eine Kühlflüssigkeit verwendet und dessen erster Kreis ein Gemisch von zwei unmischbaren Flüssigkeiten, mit voneinander abweichenden Siedepunkten dergestalt, daß bei maximalem Verfahrensdruck und maximaler Verfahrenstemperatur das entstehende Dampfgemisch gesättigt in der mit dem höheren Siedepunkt vorliegt. Der Primärkreis hat einen vergleichsweise geringen Verfahrensdruck, der eine eutektische Kondensation bei einer Temperatur zuläßt, die geeignet ist, Wärme in das Kühlmittel des Sekundärkreises abzugeben.

Des weiteren ist eine technische Lösung aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 050 687 A1 "Heissluftturbinen-Dampfkraftanlage" bekannt. Dabei ist ein Verdichter der Heissluftturbinengruppe so austrittsseitig über die Sekundärseite eines Rekuperators und einem im Bereich sehr hohen Wärmeübergangs einer Wirbelschichtfeuerung befindlichen Wärmeübertrager mit der Heissluftturbine verbunden. Die in der Heissluftturbine entspannte Luft wird über die Primärseite des Rekuperators als Verbrennungsluft der Wirbelschichtfeuerung zugeführt.

Der Nachteil dieser technischen Lösung aus den Patentschriften DE 29 04 059 A1, CH 675 749 A5 und EP 0 050 687 A1 ist in jedem Fall dadurch gegeben, daß ein nor males Wärmetauschprinzip angewandt wird, welches aber nicht dazu führt, daß eine separate Stromerzeugung aus bestimmten Kreisläufen des Wärmetauschprozesses hervorgerufen wird.

Ziel der Erfindung ist es, erzeugte Verbrennungsener gie aus festen, flüssigen und gasförmigen Energieträ gern in primärer und sekundärer Art so zu verwerten, daß aus ökonomischer Sicht ein hoher Wirkungsgrad zur Verwendung in einem Trocknungsprozeß entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verdampfungssystem zu schaffen, welches in Anwendung von Trocknungsan lagen bekannter Bauart so ausgeführt ist, daß eine erzeugte Energie in Form von Rauch- bzw. Heißgasen für einen Trocknungsprozeß angewandt wird und gleich zeitig ein zweiter Energiekreislauf realisiert ist, welcher über ein Stromerzeugungssystem den Eigenener giebedarf der Trocknungsanlage aufbringt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Patentansprüche 1 bis 14 realisiert sind.

Dabei ist eine Feuerstätte mit einer nachfolgenden Wärmetauschanlage primärseitig verbunden und an dem primärseitigen Ausgang der Wärmetauschanlage ist ein Trocknungssystem vorhanden. An der Wärmetauschanlage wird sekundärseitig an dessen Ausgang ein Stromerzeu gersystem in Reihe mit einem primärseitigen Eingang einer Kondensationsanlage verschaltet. Der Primäraus gang der Kondensationsanlage ist auf den Sekundärein gang einer Wärmetauschanlage angeordnet. Der Sekun därausgang einer Kondensationsanlage wird auf das Trocknungssystem geschaltet. An dem Sekundäreingang der Kondensationsanlage ist eine Frischluftzufuhr an geschlossen. In der Feuerstätte werden feste, flüs sige oder gasförmige Energieträger primärer und se kundärer Art verbrannt. Die nachgeschaltete Wärme tauschanlage kann Medien aus Wasser, organischen Fluiden oder Gasen beinhalten. Die Wärmetauschanlage kann vorzugsweise aus Dampfkesselanlagen, Thermoöl kesselanlagen, Organikfluidverdampfungsanlagen oder Heißgaswärmetauschanlagen ausgeführt sein. Das Trock nungssystem wird vorzugsweise aus einem Band- oder Schachtriesel- oder Drehrohrtrockner bekannter Bauart angeschlossen. Für das Stromerzeugungssystem, welches an dem Sekundärausgang der Wärmetauschanlage ange schlossen ist, wird eine Turbine oder ein Motor aggregat angewendet. Bei dem diesseitigen beschrie benen Verdampfungssystem handelt es sich um eine direkte Schaltung des Verdampfungssystems zum Trock nungssystem.

Eine weiterhin beanspruchte Schaltungsvariante wird erfindungswesentlich nachfolgend in einer Parallel schaltung des Verdampfungssystems zum Trocknungspro zeß ausgeführt. Dabei werden für die Feuerstätte der Wärmetauschanlage das Trocknungssystem und die Kon densationsanlage sowie das Stromerzeugersystem gleiche Aggregatvarianten ausgeführt. Die vorhandenen Systeme sind wie folgt verschaltet. Die Feuerstätte ist in Reihe mit dem Trocknungssystem und dem nach folgenden Kamin für die Rauchgasentsorgung angeord net. Dabei ist die Feuerstätte mit einem weiteren Ausgang ausgeführt, welche primärseitig auf einer Wärmetauschanlage angeordnet ist. Der Ausgang der Primärseite der Wärmetauschanlage wird auf den Ein gang des Trocknungssystems geschaltet. An dem Ausgang der Sekundärseite der Wärmetauschanlage ist ein Stromerzeugungssystem angeschlossen, wo nachfolgend eine Kondensationsanlage primärseitig angeordnet ist. Der Ausgang der Primärseite der Kondensationsanlage ist auf den Eingang der Sekundärseite der Wärme tauschanlage geführt. Die Kondensationsanlage ist in dieser Schaltungsvariante als Energievernichter aus geführt.

Eine wesentlich bessere Brennstoffausnutzung ist bei der Stromerzeugung gegeben, wenn die Stromproduktion mit dem Verbrauch von Wärmeenergie gekoppelt werden kann. Dabei ist bei der herkömmlichen Verstromung (Kondensationskraftwerk) ein thermischer Leistungs bedarf von dem Doppelten des erzeugten elektrischen Stroms und bei Gas- und Dampfkraftwerken (GuD) von etwa der gleichen Menge erforderlich. Dieser Wärme bedarf, der möglichst ganzjährig gegeben sein sollte, besteht in gewerblichen Trocknungsanlagen. Die be schriebenen Krafterzeugungssysteme auf der Basis her kömmlicher Heiß- und Kaltdampfkraftanlagen bzw. ent sprechender Heißluftturbinenaggregate werden der je weiligen Trocknungsleistung angepaßt und erzeugen dabei das Zwei- bis Vierfache der für den Prozeß erforderlichen Eigenstromleistung. Erfindungswesent lich ist weiterhin, die bei der Verstromung an fallende Kondensationsenergie wird der in dem System integrierten Trocknungsanlage, Grünfutter-, Holzhack schnitzel-, Holzspäne-, Zuckerschnitzeltrocknung usw. zugeführt und vollständig genutzt. Dabei ist die vollständige und teilweise Rauch- oder Heißgasnutzung im Verdampfungssystem der Wärmetauschanlage möglich. Restenergien des Rauch- oder Heißgases werden eben falls der integrierten Trocknung zugeführt. Mit die ser direkten bzw. Parallelschaltung des Verdampfungs systems in einer Trocknungsanlage kann erreicht wer den, daß der Eigenbedarf an Stromverbrauch über das integrierte Stromerzeugungssystem erzeugt wird oder an Fremdnutzer weitergeleitet werden kann.

Die Erfindung wird mit den Unteransprüchen näher er läutert. Weiterhin ist anhand eines Ausführungsbei spiels mit den aufgeführten Zeichnungen eine Erfin dungsbeschreibung ausgeführt. Dabei zeigen die Zeich nungen:

Fig. 1 direkte Schaltung des Verdampfungssystems;

Fig. 2 Parallelschaltung des Verdampfungssystems.

Fig. 1 zeigt eine direkte Schaltung des erfindungs gemäßen Verdampfungssystems, wobei eine Feuerstätte 1 in Reihe mit einer Wärmetauschanlage 5 und einem Trocknungssystem 2 mit anschließendem Kamin für die Rauchgasentsorgung 3 geschaltet ist. An dem Ausgang der Wärmetauschanlage 5 ist ein Stromerzeugungssystem 6 in Reihe mit einer Kondensationsanlage 7 geschal tet. Dabei ist das Stromerzeugungssystem 6 auf dem primärseitigen Eingang der Kondensationsanlage 7 aus geführt. Der primärseitige Ausgang der Kondensations anlage 7 ist auf den Sekundäreingang der Wärmetausch anlage 5 geführt. Der Sekundärausgang der Kondensa tionsanlage 7 ist auf ein Trocknungssystem 2 geschal tet, wobei an dem Sekundäreingang der Kondensations anlage 7 eine Frischluftzufuhr zur Kondensation in der Kondensationsanlage 7 vorhanden ist. Die Feuer stätte 1 ist mit einem Gas- oder Ölbrenner aus geführt. Dabei können in der Feuerstätte 1 feste, flüssige oder gasförmige Energieträger primärer oder sekundärer Art verbrannt werden. Insbesondere können das sein Biomassen, Klärschlamm, Kohle, Rest- und Abfallstoffe bzw. Müll. Bei diesem Verbrennungsprozeß wird ein Gas erzeugt. Die energiereichen Gase aus der Feuerstätte 1 werden auf eine Wärmetauschanlage 5 geleitet. Die Wärmetauschanlage 5 kann als Medium Wasser, organische Fluide bzw. Gase beinhalten. Als Ausführungsvarianten für die Wärmetauschanlage 5 kön nen Dampfkesselanlagen, Thermoölkesselanlagen, Orga nikfluidverdampfungsanlagen und Heißgaswärmetauschan lagen verwendet werden. Die in der Wärmetauschanlage enthaltenen Medien verdampfen bzw. expandieren infolge der Aufheizung durch die Energieaufnahme des Heißgases aus der Feuerstätte 1. Die enthaltenen Medien in der Wärmetauschanlage 5 sind in dem Se kundärkreislauf beinhaltet. An diesen Sekundärkreis lauf an der Ausgangsseite der Wärmetauschanlage 5 wird nun eine Turbine oder ein Motoraggregat ge schaltet. Dabei kann ein Teil der thermischen Leistung in Strom (10 bis 35%) umgewandelt werden. Die im abgekühlten Rauch- oder Heißgas des Primär kreislaufes in der Wärmetauschanlage 5 enthaltene thermische Kapazität wird dem jeweiligen nachgeschal teten Trocknungssystem zur Feuchtigkeitsverdampfung zugeleitet. Die vorhandene Restenergie nach dem Stromerzeugungssystem 6 in dem Rauch- bzw. Heißgas wird nun über eine Kondensationsanlage 7 auf ein Trocknungssystem 2 geleitet. Dabei wird für die Kondensationsanlage 7 ein Luftkühler oder Scheiben trocknersystem genutzt. Das angeschlossene Trock nungssystem 2 an der Kondensationsanlage 7 sind Aggregate, welche mit einem Drehrohr-, Band-, Schachtrieseltrockner ausgeführt sind. Die vorhandene Restenergie in den Gasen nach dem Stromerzeugungs system 6 (60 bis 80%) wird somit vollständig über die Kondensationsanlage 5 und dem Trocknungssystem 2 zur Feuchtigkeitsverdampfung der Trocknungsgüter ge nutzt. Der sekundärseitige Ausgang der Kondensations anlage 7 wird nun auf den Sekundäreingang der Wär metauschanlage 5 geführt, womit eine erneute Energie aufnahme des Mediums erfolgen kann. Der wesentliche Unterschied dieser Trocknungsanlage in Zusammenhang mit einer Feuerstätte 1 und einer Wärmetauschanlage 5 mit nachgeschaltetem Trocknungssystem 2 liegt darin begründet, daß eine vorhandene Energie für einen Trocknungsprozeß bzw. für einen Energieerzeugungs prozeß genutzt wird und dabei die Restenergie aus dem Energieerzeugungsprozeß nochmals für den Trocknungs prozeß eingesetzt wird. Damit ist bei der vorhandenen Trocknungsanlage eine eigene Energieerzeugung mög lich, welche zur Abdeckung des Eigenenergiebedarfs ausreichend ist.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere beanspruchte, erfin dungsgemäße Schaltungsvariante als Parallelschaltung des Verdampfungssystems in einer Trocknungsanlage. Bei dieser Schaltungsvariante werden für die Feuer stätte 1, für die Wärmetauschanlage 5, für das Trock nungssystem 2, für das Stromerzeugungssystem 6, für die Kondensationsanlage 7 sowie für den Kamin für die Rauchgasentsorgung 3 die gleichen jeweiligen Anwen dungsmöglichkeiten der einzelnen Anlagen und Systeme, wie unter der Fig. 1 beschrieben, benutzt. Erfin dungswesentlich ist hierbei die Ausführung, daß die Feuerstätte 1 in Reihe mit dem Trocknungssystem 2 und dem Kamin für die Rauchgasentsorgung 3 geschaltet ist. Dabei ist die Feuerstätte 1 so ausgeführt, daß ein weiterer Ausgang für die energiereichen Gase vor handen ist. An diesem weiteren Ausgang an der Feuerstätte 1 ist die Wärmetauschanlage 5 geschaltet. Die Feuerstätte 1 liegt dabei an dem Primäreingang der Wärmetauschanlage 5 und der Primärausgang der Wärmetauschanlage 5 ist auf den Eingang des Trock nungssystems 2 geschaltet. Die Feuerstätte 1 ist in dieser Ausführungsvariante so gestaltet, daß zwei Drittel der vorhandenen Energie in Form von Rauch- bzw. Heißgas in den Trocknungsprozeß geleitet wird und ein Drittel auf dem Primäreingang der Wärme tauschanlage 5 anliegt. Die aus dem Primärausgang der Wärmetauschanlage 5 vorhandenen Heißgase dienen gleichzeitig durch die Schaltung auf den Eingang der Zuführung der Heißgase aus der Feuerstätte 1 auf das Trocknungssystem 2 zur Abkühlung der Heißgase aus der Feuerstätte 1. Die übernommene Energie in dem Sekun därkreislauf aus der Wärmetauschanlage 5 wird nun nachfolgend am Sekundärausgang über ein Stromsystem 6 und einer nachgeschalteten Kondensationsanlage 7 ge nutzt. Die Kondensationsanlage 7 ist in dieser Aus führungsvariante als Energievernichter ausgeführt.

Bezugszeichen

1

Feuerstätte

2

Trocknungssystem

3

Kamin für die Rauchgasentsorgung

5

Wärmetauschanlage

6

Stromerzeugungssystem

7

Kondensationsanlage

Claims

1. Verdampfungssystem zur Ergänzung von Abwärme von Wasserdampf sowie Rauch- und Heißgase als Medium von Trocknungsprozessen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feuerstätte (1) an einem primärseitigen Eingang einer Wärmetauschanlage (5) geschaltet ist und an einem primärseitigen Ausgang einer Wärmetauschanlage (5) ein Trocknungssystem (2) angeordnet ist, wobei an einem sekundärseitigen Ausgang einer Wärmetauschanla ge (5) ein Stromerzeugungssystem (6) und nachfolgend ein primärseitiger Eingang einer Kondensationsanlage (7) geschaltet ist, weiterhin der Primärausgang einer Kondensationsanlage (7) auf dem Sekundäreingang einer Wärmetauschanlage (5) angeordnet ist, sowie ein Sekundärausgang einer Kondensatinonsanalge (7) auf ein Trocknungssystem (2) geschaltet ist.

2. Verdampfungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Feuerstätte (1) zur Verbrennung von festen, flüssigen oder gasförmigen Energieträgern primärer und sekundärer Art ausgeführt ist.

3. Verdampfungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wärmetauschanlage (5) als Me dium Wasser, organische Fluide oder Gase beinhaltet.

4. Verdampfungssystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschanlage (5) vor zugsweise aus einer Dampfkesselanlage, Thermoölkes selanlage, Organikfluidverdampfungsanlage oder einer Heißgaswärmetauschanlage bekannter Bauart ausgeführt ist.

5. Verdampfungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Trocknungssystem (2) vorzugs weise aus einem Band- oder Schachtriesel- oder Dreh rohrtrockner bekannter Bauart vorhanden ist.

6. Verdampfungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß für das Stromerzeugungssystem (6) eine Turbine oder Motoraggregat vorhanden ist.

7. Verdampfungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sekundäreinspeisung der Konden sationsanlage (7) eine Luftzufuhr auferlegt ist.

8. Verdampfungssystem zur Ergänzung von Abwärme von Wasserdampf sowie Rauch- und Heißgase als Medium von Trocknungsprozessen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feuerstätte (1) ein Trocknungssystem (2) nachge schaltet ist und einem weiteren Ausgang der Feuer stätte (1) am primärseitigen Eingang eine Wärme tauschanlage (5) angeordnet ist und der Ausgang der Primärseite einer Wärmetauschanlage (5) auf den Eingang des Trocknungssystems (2) geschaltet ist und der Ausgang der Sekundärseite einer Wärmetauschanlage (5) auf ein Stromerzeugungssystem (6) folgt und an schließend eine Kondensationsanlage (7) primärseitig angeordnet ist und der Ausgang der Primärseite einer Kondensationsanlage (7) auf den Eingang der Sekundär seite einer Wärmetauschanlage (5) ausgeführt ist.

9. Verdampfungssystem nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Feuerstätte (1) zur Verbrennung von festen, flüssigen oder gasförmigen Energieträgern primärer und sekundärer Art ausgeführt ist.

10. Verdampfungssystem nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wärmetauschanlage (5) als Me dium Wasser, organische Fluide oder Gase beinhaltet.

11. Verdampfungssystem nach Anspruch 8 und 10, da durch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschanlage (5) vorzugsweise aus einer Dampfkesselanlage, Thermoöl kesselanlage, Organikfluidverdampfungsanlage oder Heißgaswärmetauschanlage bekannter Bauart ausgeführt ist.

12. Verdampfungssystem nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das Trocknungssystem (2) vorzugs weise aus einem Band- oder Schachtriesel- oder Dreh rohrtrockner bekannter Bauart vorhanden ist.

13. Verdampfungssystem nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß für das Stromerzeugungssystem (6) eine Turbine oder Motoraggregat angeordnet ist.

14. Verdampfungssystem nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß der Sekundäreinspeisung in einer Kondensationsanlage (5) eine Luftzufuhr auferlegt ist.