EP2686608B1 - Betriebsverfahren für eine anlage der grundstoffindustrie - Google Patents
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- EP2686608B1 EP2686608B1 EP12705647.1A EP12705647A EP2686608B1 EP 2686608 B1 EP2686608 B1 EP 2686608B1 EP 12705647 A EP12705647 A EP 12705647A EP 2686608 B1 EP2686608 B1 EP 2686608B1
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- F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
Definitions
- the present invention further relates to a plant of the basic industry, which is designed such that, in short, it is operated according to such an operating method.
- the base part of the plant may be, for example, an LD plant or an electric arc furnace for steelmaking.
- WO 2010/138 597 A2 is a method of operation for a plant of the basic industry known, wherein a base part of the plant is operated according to a plant cycle.
- hot exhaust gases are produced in a first phase of the respective plant cycle.
- a second phase of the respective plant cycle either no hot exhaust gases are produced or the hot exhaust gases are produced in comparison with the first phase only to a significantly reduced extent.
- the hot exhaust gases are removed in the respective extent in which they arise, via a piping system from the base part of the system.
- the electric arc furnace process is a batch process in which, on the exhaust side (depending on the furnace design and furnace mode), the emission of thermal power fluctuates once or twice per hour between a maximum value (emission phase) and zero (emission pause). Since the aggregates for converting thermal energy into mechanical energy (typically turbines) are sensitive to large power and temperature variations, and further requires the synchronization of a turbine-driven electric generator with an external network, the turbines need to, once have reached the synchronous speed, be kept at this speed to stably feed electrical energy into the external network can. Energy from the emission phases must therefore be stored in order to be available during the emission breaks.
- the object of the present invention is to provide possibilities by means of which, in particular, the efficiency in the utilization of the thermal waste heat is increased.
- the superheater can be sufficiently cooled not only in the first phase, but also in the second phase, of any hot exhaust gases that occur in the second phase, so not overheated.
- the steam turbine can be operated continuously - ie both in the first and in the second phase - with superheated steam.
- the buffer memory can be used efficiently without having to forcibly circulate the storage medium of the buffer memory.
- the operating method according to the invention is, for example, a method for operating an electric arc furnace or an LD plant for steelmaking.
- the first part of the superheated steam after flowing through the buffer memory with the second part of the superheated steam by means of a arranged between the buffer and the steam turbine second valve means united and the union of the first and second part the superheated steam passed to the steam turbine.
- the superheated steam taken from the buffer store counter to the loading direction is previously removed from the steam storage device as saturated steam.
- the buffer memory may be designed in particular as concrete storage.
- the buffer memory may be formed, for example, as a sand storage or as a liquid salt reservoir, wherein necessary for the circulation of such storage media required conveyors.
- the first part of the superheated steam is condensed in the first phase after flowing through the buffer memory and fed back to the vapor storage device.
- the first part of the superheated steam after condensing and prior to feeding to the vapor storage device may be passed through a primer preheater which is installed behind the evaporator means in the piping system with respect to the piping system.
- the superheated steam removed from the buffer reservoir beforehand be removed as hot water from a feed line serving to feed the steam storage device with hot water or tapped behind the primary preheater.
- the removal of hot water from the feed line can be done for example by means arranged in the feed line fourth valve means.
- a fifth to ninth valve device are preferably present for guiding the hot water, the saturated steam and the superheated steam.
- the fifth valve means is disposed between the buffer storage preheater, the buffer steam drum and the latent heat storage.
- the sixth valve means is disposed between the buffer storage steam drum, the latent heat storage and the buffer storage superheater.
- the seventh valve device is arranged in a connecting line connecting the basic preheater and the buffer steam drum.
- the eighth valve device is arranged in a connecting line, via which, bypassing the sixth valve device, the buffer storage steam drum and the buffer storage superheater are connected to one another.
- the ninth valve device is arranged in a line leading from the buffer steam drum to a connecting line leads, via which the fifth valve means and the latent heat accumulator are interconnected.
- the saturated steam withdrawn in the second phase of the steam storage device is preferably conducted completely through the superheater.
- valve devices can be designed as proportional valve devices.
- the valve means - with the exception of the seventh and eighth valve means - may further be designed as three-way valves.
- the object is further achieved by a plant of the basic industry, wherein the plant - in short - is designed such that it is operated in accordance with an operating method according to the invention.
- FIG. 1 shows in simplified representation a plant of the basic industry.
- the system has a base part 1.
- the base part 1 is according to FIG. 2 operated in one plant cycle.
- the system cycle has at least a first phase P1 and a second phase P2.
- the first phase P1 of the respective plant cycle arise due to the expiring in the base part 1 technical process of the basic industry in the base part 1 hot exhaust gases.
- the second phase P2 of the respective system cycle in the base part 1 no hot exhaust gases.
- the exhaust gases arise, but only to a much lesser extent than in the first phase P1.
- a maximum of one sixth of the amount of hot exhaust gases arises, as in the average of the first phase P1.
- the phases P1, P2 are determined as needed.
- the duration of the phase P2 in the total time of the system cycle is a maximum of 30%, in particular a maximum of 25%.
- first phases P1 and second phases P2 are also simplified.
- the number of first phases P1 and second phases P2 is also simplified.
- the number of first phases P1 and second phases P2 is also simplified.
- the number of first phases P1 and second phases P2 is also simplified.
- the number of first phases P1 and second phases P2 is also simplified.
- the number of first phases P1 and second phases P2 is also simplified.
- the number of first phases P1 and second phases P2 to be greater than one during a plant cycle. This will be explained in more detail below with reference to a typical base part 1, namely a base part 1 in the form of an electric arc furnace.
- the times mentioned can vary to a certain extent from base part 1 to base part 1 and also from plant cycle to plant cycle.
- the hot exhaust gases are removed via a piping system 2 from the base part 1 and discharged to the outside air.
- the removal of the hot exhaust gases takes place at any time to the extent to which the hot exhaust gases are incurred in each case, ie in the first phase P1 in a large scale, in the second phase P2 to a small extent or not at all.
- the hot exhaust gases Before the hot exhaust gases are released to the outside air, they must be filtered. Filtering takes place in a filter 3. At the time of filtering, the temperature of the hot exhaust gases may not exceed about 130 ° C. It is therefore necessary to cool the hot exhaust gases.
- FIG. 3 the structure of a water-steam cycle and its integration into the pipeline system 2 will be explained below. Furthermore, in conjunction with FIG. 3 the operation of the water-steam cycle in the first phase P1 of the system cycle explained. Thereafter, in conjunction with FIG. 4 the operation of the water-steam cycle in the second phase P2 of the system cycle explained.
- a first evaporator element 5, a superheater 6, a second evaporator element 7 and a Grundvor lockerr 8, in the in FIG. 3 sequence shown are installed in the piping system 2.
- the evaporator elements 5, 7 together correspond to an evaporator device.
- the evaporator elements 5, 7 remove hot water at least in the first phase P1 of a steam drum 9, evaporate it by means of the hot exhaust gases and feed the vaporized hot water back into the steam drum 9 as saturated steam.
- the saturated steam is fed via a line 10 to a steam reservoir 11.
- a proportional valve 12 is arranged in the line 10, a proportional valve 12 is arranged. The opening state of the proportional valve 12 is controlled by the pressure prevailing in the line 10 on the input side of the proportional valve 12.
- valve device 14 is preferably designed as a proportional valve device. It can according to the presentation of FIG. 3 be designed in particular as a three-way valve. Said valve device 14 corresponds to a third valve device in the sense of claim 4. The activation of the third valve device 14 in the first phase P1 is independent of the extent and the temperature of the resulting exhaust gas. In the first phase, the third valve device 14 is controlled in such a way that that the saturated steam is passed through the superheater 6 in its entirety. This is in FIG. 3 indicated by a corresponding arrow A.
- the saturated steam is superheated by means of the hot exhaust gases to superheated steam.
- the superheated steam is passed through a further valve device 15.
- the valve device 15 corresponds to a first valve device in the sense of claim 1.
- the first valve device 15 is preferably designed as a proportional valve device. It can according to the representation of FIG. 3 be designed as a three-way valve.
- the first valve device 15 can furthermore be controlled in the first phase P1 depending on the extent and the temperature of the hot exhaust gases.
- the superheated steam is divided into a first and a second part. This too is in FIG. 3 indicated by corresponding arrows B.
- the second part is complementary to the first part.
- the first part of the superheated steam is passed through a buffer reservoir 16 in a loading direction.
- the first part of the superheated steam heats up a storage medium located there in the buffer memory 16.
- the storage medium may be in particular concrete, the buffer memory 16 may thus be designed as concrete storage.
- the second part of the superheated steam is passed via a line 16 ', bypassing the buffer memory 16 directly to a steam turbine 17.
- the steam turbine 17 drives an electric generator 18.
- the first part of the superheated steam can also be passed to the steam turbine 17 after flowing through the buffer 16.
- a further valve device 19 is preferably present (second valve device in the sense of claim 2).
- the two steam streams are combined in this case.
- the union of the two vapor streams is passed in this case to the steam turbine 17.
- the second valve device 19 is preferably oriented as a proportional valve device. It can according to the representation of FIG. 3 be designed in particular as a three-way valve.
- the now relaxed steam can be fed to a condenser 20 and condensed there.
- the condensed steam can be pumped via a condensate pump 21 to a condensate preheater 22.
- the expanded steam, starting from the steam turbine 17, can be led via a line 23 to the condensate preheater 22.
- a proportional valve 24 is preferably arranged in this line 23, the degree of opening of which is adjusted as a function of the temperature of the hot water leaving the condensate preheater 22.
- the expanded steam, starting from the steam turbine 17, can be led via a line 25 to a degasser 26.
- a proportional valve 27 is preferably arranged in the conduit 25, the degree of opening of which is adjusted as a function of the temperature of the hot water flowing out of the degasifier 26.
- the hot water is fed via a feedwater pump 28 to the basic preheater 8.
- a pump 29 is controlled, so that the hot water leaving the basic preheater 8 is supplied to the preheater 8 or the steam drum 9 again via the degasser 26.
- FIG. 4 shows the same water-steam cycle as FIG. 3 , but in the second phase P2.
- the second phase P2 of the vapor storage device 11 Taken off saturated steam.
- the control state of the third valve device 14 is controlled as a function of the quantity and / or the temperature of the hot exhaust gases.
- the extracted saturated steam is divided by means of the third valve device 14 into a third part and into a fourth part of the saturated steam. This is in FIG. 4 indicated by corresponding arrows C.
- the third part of the saturated steam is passed through the superheater 6 and then fed to the first valve means 15.
- the steam coming from the superheater 6 is combined by means of the first valve device 15 with superheated steam, which is taken out of the buffer reservoir 16 counter to the loading direction.
- the union of the two vapor streams is - see the corresponding arrows D in FIG. 4 - Conducted via the line 16 'and the second valve means 19 to the steam turbine 17.
- the fourth part of the saturated steam is conducted via a line 30 against the loading direction through the buffer memory 16 and overheated there to the superheated steam, which is the first valve means 15 is supplied and combined there with the incoming from the superheater 6 steam.
- the embodiment of the water-steam cycle according to the FIG. 3 and 4 can be operated in particular such that the temperature of the steam turbine 17 supplied superheated steam phase-spanning at least approximately constant.
- the two evaporator elements 5, 7, the superheater 6 and the Grundvor lockerr 8, in the same order as in the FIG. 3 and 4 are installed in the piping system 2.
- the evaporator elements 5, 7 together again correspond to the evaporator device. They remove hot water at least in the first phase P 1 of the steam drum 9, evaporate it by means of the hot exhaust gases and feed the vaporized hot water back into the steam drum 9 as saturated steam.
- the steam drum 9 already the steam storage device 9.
- the steam drum 9 can - be dimensioned larger than the steam drum 9 of the embodiment of - with the same or comparable base part 1 FIG. 3 and 4 , Alternatively, the sizing of the steam drum 9 can be maintained. In this case, the steam drum 9 operates with a relatively small storage capacity.
- the vapor pressure in both cases is kept constant or, if possible, constant.
- the steam mass flow taken from the steam drum 9 varies in both cases, depending on the heat supply to the evaporator elements 5, 7.
- the saturated steam generated in the evaporator elements 5, 7 and stored in the steam storage device 9 (possibly briefly) is passed through the superheater 6 where it is superheated to superheated steam by means of the hot exhaust gases.
- the design of the steam-water cycle of FIG. 5 and 6 has the first valve device 15, which is preferably designed as a proportional valve device. According to the presentation of the FIG. 5 and it is designed as a three-way valve.
- the first valve device 15 the superheated steam is divided into a first and a second part in the first phase P1 of the system cycle. This is in FIG. 5 indicated by corresponding arrows E.
- the first part of the superheated steam is as shown by FIG. 5 passed in a loading direction through the buffer memory 16 and heated in buffer 16, the storage medium located there.
- the second part of the superheated steam is passed bypassing the buffer memory 16 via a line 31 directly to the steam turbine 17, which in turn generates electrical energy via the connected generator 18.
- the now relaxed steam - analogous to the FIG. 3 and 4 - Passed as steam or condensate to the condensate preheater 22 or passed to the degasser 26.
- the guided through the buffer memory 16 first part of - superheated steam may under certain circumstances - analogous to the embodiment of FIG. 3 - Also the steam turbine 17 are supplied.
- the first part of the superheated steam is condensed again after flowing through the buffer memory 16 and the steam storage device 9 -.
- the steam drum 9 - fed So the steam drum 9 - fed.
- the condensed steam can be fed into the line 28 'through which hot water is supplied to the primary preheater 8.
- the buffer memory 16 is in the embodiment of FIG. 5 and 6 not a simple concrete, sand or salt storage (as with the FIG. 3 and 4 ), but is more complex.
- the buffer memory 16 comprises according to FIG. 5 and 6 a buffer superheater 32, a buffer preheater 33, a latent heat storage 34 and a buffer steam drum 35.
- the buffer superheater 32 may be formed, for example, as a concrete, sand or salt superheater.
- the buffer storage preheater 33 may be formed.
- the first part of the superheated steam is in accordance with the in FIG. 5 drawn arrows initially passed through the buffer memory superheater 32.
- the first part of the superheated steam is conducted through the latent heat accumulator 34 by means of a valve device 36 (sixth valve device in the sense of claim 11). From there, the first part of the superheated steam is supplied to the buffer storage preheater 33 by means of a further valve device 37 (fifth valve device in the sense of claim 11). Then, the superheated steam - then no longer overheated, but even condensed - leaving the buffer memory 16. For example, the condensate leaving the buffer memory 16 via a further valve means 38 (corresponding to a fourth valve means in the sense of claim 9) fed into the feed line 28 ' which serves - via the basic preheater 8 - the feeding of the steam storage device 9 with hot water.
- a further valve means 38 corresponding to a fourth valve means in the sense of claim 9
- the fifth and the sixth valve device 36, 37 may be designed as proportional valve devices. Alternatively, they can be designed as simple, only binary (open / close) switchable valve devices.
- the fourth valve device 38 is preferably designed as a proportional valve device. Both the fourth and the fifth and the sixth valve means 36, 37, 38 can according to the illustration of FIG. 5 and 6 be designed as three-way valves.
- the steam storage device 9 (ie the steam drum 9) also becomes saturated steam taken.
- the saturated steam is according to the design of the steam-water circuit of FIG. 5 and 6 also in the second phase P2 completely passed through the superheater 6 and the first valve means 15 supplied.
- the fed through the superheater 6 saturated steam is combined by means of the first valve means 15 with superheated steam, according to FIG. 6 is removed from the buffer memory 16 contrary to the loading direction, see the corresponding arrows F in FIG. 6 ,
- the union of the two vapor streams is passed via the line 31 to the steam turbine 17.
- the overheated in the second phase P2 of the system cycle against the loading direction of the buffer 16 steam is previously supplied to the buffer memory 16 as hot water.
- the hot water of the aforementioned feed line 28 ' are removed.
- the hot water can be tapped behind the Grundvormaschiner 8.
- Also mixed forms are possible.
- the removal can take place in particular by means of the fourth valve device 38.
- the hot water of the feed line 28 ' is removed, it is first passed through the buffer preheater 33 and then passed from there via the fifth valve means 37 in the buffer storage steam drum 35.
- the hot water is passed directly - ie bypassing the buffer storage preheater 33 and the fifth valve means 37 - in the buffer storage steam drum 35.
- the control takes place via a valve device 38 '(seventh valve device in the sense of claim 11).
- the seventh valve device 38 ' is preferably designed as a proportional valve device.
- the hot water of the buffer steam drum 35 is supplied, it is removed via a line 39 by means of a pump 40 of the buffer steam drum 35 and directed against the loading direction by the latent heat storage 34.
- the hot water is evaporated to wet or saturated steam.
- the wet or saturated steam is fed back to the buffer storage steam drum 35 via the sixth valve device 36.
- a valve device 41 (ninth valve device in the sense of claim 11) may further be arranged.
- the ninth valve device 41 can be designed as a simple switching valve (open / closed) or as a proportional valve device.
- saturated steam is taken from the buffer storage steam drum 35 and guided against the loading direction by the buffer storage superheater 32.
- the saturated steam is overheated to superheated steam.
- the seventh, eighth and ninth valve means 38 ', 43, 41 are simple two-way valves. They can be designed as proportional valves or as simple switching valves (open / closed).
- the temperature of the steam turbine 17 supplied superheated steam in both phases P1, P2 of the plant cycle is substantially the same.
- the steam mass flow to the steam turbine 17 can also be kept constant, at least essentially.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie,
- wobei ein Basisteil der Anlage gemäß einem Anlagenzyklus betrieben wird,
- 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,
- wobei die heißen Abgase in dem jeweiligen Umfang, in dem sie entstehen, über ein Rohrleitungssystem aus dem Basisteil der Anlage abgeführt und an die Außenluft abgegeben werden,
- wobei in einer in das Rohrleitungssystem eingebauten Verdampfereinrichtung mittels der heißen Abgase zumindest in der ersten Phase Wasser zu Sattdampf verdampft wird und der Sattdampf einer Dampfspeichereinrichtung zugeführt wird.
- Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage der Grundstoffindustrie, die derart ausgebildet ist, dass sie - verkürzt gesprochen - gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betrieben wird. Das Basisteil der Anlage kann beispielsweise eine LD-Anlage oder ein Lichtbogenofen zur Stahlerzeugung sein.
- Ein derartiges Betriebsverfahren und die entsprechende Anlage der Grundstoffindustrie sind beispielsweise aus der
US 3 175 899 A und aus derUS 3 398 534 A bekannt. - Der
DE 1 401 381 A1 ist ein im Wesentlichen gleich gelagerter Offenbarungsgehalt zu entnehmen. - Aus der
US 3 303 827 A ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, bei dem - zusätzlich zu den oben genannten Merkmalen - die Merkmale realisiert sind, - dass in der ersten Phase
- -- der in der Dampfspeichereinrichtung gespeicherte Sattdampf durch einen in das Rohrleitungssystem eingebauten Überhitzer geleitet und dort mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt wird,
- -- der überhitzte Dampf mittels einer zwischen dem Überhitzer und einem Pufferspeicher angeordneten ersten Ventileinrichtung zu einem ersten Teil in einer Beladerichtung durch den Pufferspeicher geleitet wird,
- -- der erste Teil des überhitzten Dampfes im Pufferspeicher ein dort befindliches Speichermedium erhitzt, und
- -- der überhitzte Dampf mittels der ersten Ventileinrichtung zu einem zweiten, zum ersten Teil komplementären Teil unter Umgehung des Pufferspeichers zu einer Dampfturbine geleitet wird.
- 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 jewei-ligen 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. - 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. Entsprechende Problematik besteht auch bei LD-Anlagen zur Stahlerzeugung.
- Der Lichtbogenofenprozess ist 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.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer insbesondere der Wirkungsgrad bei der Verwertung der thermischen Abwärme vergrößert wird.
- 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 13.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch auszugestalten, dass in der zweiten Phase
- der Dampfspeichereinrichtung Sattdampf entnommen wird, zumindest zu einem Teil durch den Überhitzer geleitet wird und mittels der ersten Ventileinrichtung mit überhitztem Dampf vereinigt wird, der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher entnommen wird, und
- die Vereinigung von durch den Überhitzer geleitetem Dampf und aus dem Pufferspeicher entnommenem überhitztem Dampf zur Dampfturbine geleitet wird.
- Durch diese Vorgehensweise wird zum ersten erreicht, dass der Überhitzer nicht nur in der ersten Phase, sondern auch in der zweiten Phase hinreichend gekühlt werden kann, von etwaigen heißen Abgasen, die in der zweiten Phase anfallen, also nicht überhitzt wird. Zum zweiten kann die Dampfturbine kontinuierlich - also sowohl in der ersten als auch in der zweiten Phase - mit überhitztem Dampf betrieben werden. Zum dritten kann der Pufferspeicher effizient genutzt werden, ohne das Speichermedium des Pufferspeichers zwangsweise umwälzen zu müssen.
- Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren ist beispielsweise ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens oder einer LD-Anlage zur Stahlerzeugung.
- In einer ersten möglichen Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird in der ersten Phase der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers mit dem zweiten Teil des überhitzten Dampfes mittels einer zwischen dem Pufferspeicher und der Dampfturbine angeordneten zweiten Ventileinrichtung vereinigt und die Vereinigung von erstem und zweitem Teil des überhitzten Dampfes zur Dampfturbine geleitet. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere erreicht werden, dass die Dampfturbine in der ersten Phase mit relativ hoher Leistung betrieben werden kann.
- In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird in der zweiten Phase der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher entnommene überhitzte Dampf zuvor der Dampfspeichereinrichtung als Sattdampf entnommen. Durch diese Ausgestaltung kann erreicht werden, dass der der Dampfturbine zugeführte Dampfmassenstrom - zumindest in etwa - konstant gehalten werden kann und weiterhin der Pufferspeicher auch bei umfangreichen zweiten Phasen relativ klein dimensioniert werden kann.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird der der Dampfspeichereinrichtung entnommene Sattdampf in der zweiten Phase mittels einer zwischen der Dampfspeichereinrichtung einerseits und dem Überhitzer und dem Pufferspeicher andererseits angeordneten dritten Ventileinrichtung in den dem Überhitzer zugeführten Sattdampf und in den dem Pufferspeicher zugeführten Sattdampf aufgeteilt. Durch diese Ausgestaltung vereinfacht sich die konstruktive Gestaltung des Wasser-Dampf-Kreislaufs.
- Der Pufferspeicher kann insbesondere als Betonspeicher ausgebildet sein. Alternativ kann der Pufferspeicher beispielsweise als Sandspeicher oder als Flüssigsalzspeicher ausgebildet sein, wobei zum Umwälzen derartiger Speichermedien erforderliche Fördereinrichtungen vorausgesetzt werden.
- In einer zweiten möglichen Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird in der ersten Phase der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers kondensiert und wieder der Dampfspeichereinrichtung zugeführt. Insbesondere kann zu diesem Zweck in der ersten Phase der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Kondensieren und vor dem Zuführen zur Dampfspeichereinrichtung durch einen Grundvorwärmer geleitet werden, der in Bezug auf das Rohrleitungssystem hinter der Verdampfereinrichtung in das Rohrleitsystem eingebaut ist.
- Im Rahmen der zweiten möglichen Ausgestaltung des Betriebsverfahrens ist bevorzugt, dass in der zweiten Phase der entgegen der Beladerichtung dem Pufferspeicher entnommene überhitzte Dampf zuvor als Heißwasser einer dem Speisen der Dampfspeichereinrichtung mit Heißwasser dienenden Speiseleitung entnommen oder hinter dem Grundvorwärmer abgegriffen wird.
- Das Entnehmen von Heißwasser aus der Speiseleitung kann beispielsweise mittels einer in der Speiseleitung angeordneten vierten Ventileinrichtung erfolgen.
- Vorzugsweise umfasst der Pufferspeicher einen Pufferspeicher-Überhitzer, einen Pufferspeicher-Vorwärmer, einen Latentwärmespeicher und eine Pufferspeicher-Dampftrommel. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen,
- dass in der ersten Phase der erste Teil des überhitzten Dampfes zunächst durch den Pufferspeicher-Überhitzer, von dort durch den Latentwärmespeicher und von dort unter Umgehung der Pufferspeicher-Dampftrommel durch den Pufferspeicher-Vorwärmer geführt wird,
- dass in der zweiten Phase das Heißwasser in dem Fall, dass es der Speiseleitung entnommen wird, zunächst durch den Pufferspeicher-Vorwärmer geführt und von dort in die Pufferspeicher-Dampftrommel geleitet wird und in dem Fall, dass es hinter dem Grundvorwärmer abgegriffen wird, unter Umgehung des Pufferspeicher-Vorwärmers in die Pufferspeicher-Dampftrommel geleitet wird, sodann der Pufferspeicher-Dampftrommel entnommen und im Latentwärmespeicher zu Nass- oder Sattdampf gewandelt und von dort wieder als Sattdampf der Pufferspeicher-Dampftrommel zugeführt wird und schließlich der Pufferspeicher-Dampftrommel Sattdampf entnommen und durch den Pufferspeicher-Überhitzer geführt wird, wobei der Sattdampf im Pufferspeicher-Überhitzer zu überhitztem Dampf überhitzt wird.
- Im Rahmen der letztgenannten Ausgestaltung sind vorzugsweise zur Führung des Heißwassers, des Sattdampfes und des überhitzten Dampfes eine fünfte bis neunte Ventileinrichtung vorhanden. Die fünfte Ventileinrichtung ist zwischen dem Pufferspeicher-Vorwärmer, der Pufferspeicher-Dampftrommel und dem Latentwärmespeicher angeordnet. Die sechste Ventileinrichtung ist zwischen der Pufferspeicher-Dampftrommel, dem Latentwärmespeicher und dem Pufferspeicher-Überhitzer angeordnet. Die siebte Ventileinrichtung ist in einer den Grundvorwärmer und die Pufferspeicher-Dampftrommel verbindenden Verbindungsleitung angeordnet. Die achte Ventileinrichtung ist in einer Verbindungsleitung angeordnet, über die unter Umgehung der sechsten Ventileinrichtung die Pufferspeicher-Dampftrommel und der Pufferspeicher-Überhitzer miteinander verbunden sind. Die neunte Ventileinrichtung ist in einer Leitung angeordnet, die von der Pufferspeicher-Dampftrommel zu einer Verbindungsleitung führt, über die die fünfte Ventileinrichtung und der Latentwärmespeicher miteinander verbunden sind.
- Im Rahmen der zweiten Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird weiterhin vorzugsweise der in der zweiten Phase der Dampfspeichereinrichtung entnommene Sattdampf vollständig durch den Überhitzer geleitet.
- Die Ventileinrichtungen können als Proportionalventileinrichtungen ausgebildet sein. Die Ventileinrichtungen - mit Ausnahme der siebten und achten Ventileinrichtung - können weiterhin als Dreiwegeventile ausgebildet sein.
- Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Anlage der Grundstoffindustrie gelöst, wobei die Anlage - verkürzt gesprochen - derart ausgebildet ist, dass sie gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betrieben wird.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
- FIG 1
- schematisch eine Anlage der Grundstoffindustrie,
- FIG 2
- schematisch einen Anlagenzyklus,
- FIG 3
- schematisch die Betriebsweise einer ersten Ausgestaltung eines Wasser-Dampf-Kreislaufs in einer ersten Phase des Anlagenzyklus,
- FIG 4
- schematisch die Betriebsweise des Wasser-Dampf-Kreislaufs von
FIG 3 in einer zweiten Phase des Anlagenzyklus, - FIG 5
- schematisch die Betriebsweise einer zweiten Ausgestaltung eines Wasser-Dampf-Kreislaufs in der ersten Phase des Anlagenzyklus und
- FIG 6
- schematisch die Betriebsweise des Wasser-Dampf-Kreislaufs von
FIG 5 in der zweiten Phase des Anlagenzyklus. -
FIG 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine Anlage der Grundstoffindustrie. GemäßFIG 1 weist die Anlage ein Basisteil 1 auf. Das Basisteil 1 wird gemäßFIG 2 in einem Anlagenzyklus betrieben. GemäßFIG 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. - 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 %.
- 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. - Bei einem elektrischen Lichtbogenofen erfolgt der Betrieb typischerweise in der Abfolge der Phasen
- a) Abstechen und Teilchargieren,
- b) Schmelzen der Teilcharge,
- c) Vollchargieren und
- d) Schmelzen der Gesamtcharge nebst Refining.
- 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.
- Typische Zeitdauern sind beispielsweise
- für den gesamten Anlagenzyklus eine Stunde oder knapp darunter,
- für das Abstechen und Teilchargieren rund 10 Minuten,
- für das Schmelzen der Teilcharge rund 15 Minuten,
- für das Vollchargieren wenige Minuten (maximal 5 Minuten) und
- für das Schmelzen der Gesamtcharge nebst Refining rund 30 Minuten.
- Die genannten Zeiten können in gewissem Umfang von Basisteil 1 zu Basisteil 1 und auch von Anlagenzyklus zu Anlagenzyklus schwanken.
- Bei Betrieb mit direkt reduziertem Eisen oder mit Roheisen hingegen fallen während eines jeweiligen Anlagenzyklus nur je eine der Phasen P1, P2 an.
- 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. - 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 kühlen.
- 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.
- In Verbindung mit
FIG 3 wird nachfolgend zunächst der Aufbau eines Wasser-Dampf-Kreislaufs und dessen Einbindung in das Rohrleitungssystem 2 erläutert. Weiterhin wird in Verbindung mitFIG 3 der Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs in der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus erläutert. Danach wird in Verbindung mitFIG 4 der Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs in der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus erläutert. - Gemäß
FIG 3 weist der Wasser-Dampf-Kreislauf ein erstes Verdampferelement 5, einen Überhitzer 6, ein zweites Verdampferelement 7 und einen Grundvorwärmer 8 auf, die in der inFIG 3 gezeigten Reihenfolge in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut sind. Die Verdampferelemente 5, 7 entsprechen zusammen einer Verdampfereinrichtung. Die Verdampferelemente 5, 7 entnehmen zumindest in der ersten Phase P1 einer Dampftrommel 9 Heißwasser, verdampfen es mittels der heißen Abgase und führen das verdampfte Heißwasser als Sattdampf wieder der Dampftrommel 9 zu. Der Sattdampf wird über eine Leitung 10 einem Dampfspeicher 11 zugeführt. In der Leitung 10 ist ein Proportionalventil 12 angeordnet. Der Öffnungszustand des Proportionalventils 12 wird anhand des Druckes gesteuert, der in der Leitung 10 eingangsseitig des Proportionalventils 12 herrscht. - Aus dem Dampfspeicher 11 strömt der Sattdampf über einen Zyklon 13 zu einer Ventileinrichtung 14. Die Ventileinrichtung 14 ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet. Sie kann gemäß der Darstellung von
FIG 3 insbesondere als Dreiwegeventil ausgebildet sein. Die genannte Ventileinrichtung 14 entspricht einer dritten Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 4. Die Ansteuerung der dritten Ventileinrichtung 14 ist in der ersten Phase P1 unabhängig vom Umfang und der Temperatur des anfallenden Abgases. In der ersten Phase ist die dritte Ventileinrichtung 14 derart gesteuert, dass der Sattdampf in vollem Umfang durch den Überhitzer 6 geleitet wird. Dies ist inFIG 3 durch einen entsprechenden Pfeil A angedeutet. - Im Überhitzer 6 wird der Sattdampf mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt. Der überhitzte Dampf wird über eine weitere Ventileinrichtung 15 geführt. Die Ventileinrichtung 15 entspricht einer ersten Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 1. Auch die erste Ventileinrichtung 15 ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet. Sie kann entsprechend der Darstellung von
FIG 3 als Dreiwegeventil ausgebildet sein. Die erste Ventileinrichtung 15 kann weiterhin in der ersten Phase P1 in Abhängigkeit vom Umfang und der Temperatur der heißen Abgase gesteuert sein. - Mittels der ersten Ventileinrichtung 15 wird der überhitzte Dampf in einen ersten und einen zweiten Teil aufgeteilt. Auch dies ist in
FIG 3 durch entsprechende Pfeile B angedeutet. Der zweite Teil ist zum ersten Teil komplementär. - Der erste Teil des überhitzten Dampfes wird in einer Beladerichtung durch einen Pufferspeicher 16 geleitet. Der erste Teil des überhitzten Dampfes erhitzt im Pufferspeicher 16 ein dort befindliches Speichermedium. Das Speichermedium kann insbesondere Beton sein, der Pufferspeicher 16 also als Betonspeicher ausgebildet sein. Alternativ sind andere Speichermedien möglich, beispielsweise Sand, Kies, feste Salze, flüssige Salze usw.. Entscheidend ist, dass das Aufheizen (=Beladen) des Pufferspeichers 16 und das Abkühlen (=Entladen) des Pufferspeichers 16 mit einer Strömungsrichtungsumkehr des den Pufferspeicher 16 durchströmenden Dampfes verbunden ist.
- Der zweite Teil des überhitzten Dampfes wird über eine Leitung 16' unter Umgehung des Pufferspeichers 16 direkt zu einer Dampfturbine 17 geleitet. Die Dampfturbine 17 treibt einen elektrischen Generator 18 an.
- Der erste Teil des überhitzten Dampfes kann nach dem Durchströmen des Pufferspeichers 16 ebenfalls zur Dampfturbine 17 geleitet werden. In diesem Fall ist vorzugsweise eine weitere Ventileinrichtung 19 vorhanden (zweite Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 2). Mittels der zweiten Ventileinrichtung 14 werden in diesem Fall die beiden Dampf ströme vereinigt. Die Vereinigung der beiden Dampfströme wird in diesem Fall zur Dampfturbine 17 geleitet. Die zweite Ventileinrichtung 19 ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgerichtet. Sie kann entsprechend der Darstellung von
FIG 3 insbesondere als Dreiwegeventil ausgebildet sein. - Von der Dampfturbine 17 ausgehend kann der nunmehr entspannte Dampf einem Kondensator 20 zugeführt und dort kondensiert werden. Vom Kondensator 20 ausgehend kann der kondensierte Dampf über eine Kondensatpumpe 21 zu einem Kondensatvorwärmer 22 gepumpt werden. Alternativ kann der entspannte Dampf, ausgehend von der Dampfturbine 17, über eine Leitung 23 zum Kondensatvorwärmer 22 geführt werden. In diesem Fall ist in dieser Leitung 23 vorzugsweise ein Proportionalventil 24 angeordnet, dessen Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der Temperatur des Heißwassers eingestellt wird, das den Kondensatvorwärmer 22 verlässt. Alternativ kann der entspannte Dampf, ausgehend von der Dampfturbine 17, über eine Leitung 25 zu einem Entgaser 26 geführt werden. In diesem Fall ist in der Leitung 25 vorzugsweise ein Proportionalventil 27 angeordnet, dessen Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der Temperatur des Heißwassers eingestellt wird, das aus dem Entgaser 26 abfließt.
- Ausgehend vom Entgaser 26 wird das Heißwasser über eine Speisewasserpumpe 28 dem Grundvorwärmer 8 zugeführt. In Abhängigkeit von der Temperatur des den Grundvorwärmer 8 verlassenden Heißwassers wird eine Pumpe 29 gesteuert, so dass das den Grundvorwärmer 8 verlassende Heißwasser alternativ über den Entgaser 26 erneut dem Grundvorwärmer 8 oder der Dampftrommel 9 zugeführt wird.
-
FIG 4 zeigt denselben Wasser-Dampf-Kreislauf wieFIG 3 , jedoch in der zweiten Phase P2. - Auch in der zweiten Phase P2 wird der Dampfspeichereinrichtung 11 gemäß
FIG 4 Sattdampf entnommen. Im Gegensatz zur ersten Phase P1 wird in der zweiten Phase P2 jedoch der Steuerzustand der dritten Ventileinrichtung 14 in Abhängigkeit von der Menge und/oder der Temperatur der heißen Abgase gesteuert. In Abhängigkeit vom Ansteuerzustand der dritten Ventileinrichtung 14 wird der entnommene Sattdampf mittels der dritten Ventileinrichtung 14 in einen dritten Teil und in einen vierten Teil des Sattdampfes aufgeteilt. Dies ist inFIG 4 durch entsprechende Pfeile C angedeutet. - Der dritte Teil des Sattdampfes wird durch den Überhitzer 6 geleitet und sodann der ersten Ventileinrichtung 15 zugeführt. Der aus dem Überhitzer 6 kommende Dampf wird mittels der ersten Ventileinrichtung 15 mit überhitztem Dampf vereinigt, der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher 16 entnommen wird. Die Vereinigung der beiden Dampfströme wird - siehe die entsprechenden Pfeile D in
FIG 4 - über die Leitung 16' und die zweite Ventileinrichtung 19 zur Dampfturbine 17 geleitet. - Der vierte Teil des Sattdampfes wird über eine Leitung 30 entgegen der Beladerichtung durch den Pufferspeicher 16 geführt und dort zu dem überhitzten Dampf überhitzt, welcher der ersten Ventileinrichtung 15 zugeführt wird und dort mit dem aus dem Überhitzer 6 zuströmenden Dampf vereinigt wird.
- Der übrige Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs bleibt unverändert.
- Die Ausgestaltung des Wasser-Dampf-Kreislaufs gemäß den
FIG 3 und4 kann insbesondere derart betrieben werden, dass die Temperatur des der Dampfturbine 17 zugeführten überhitzten Dampfes phasenübergreifend zumindest in etwa konstant bleibt. - Unter Umständen kann sogar die Dampfmenge im Wesentlichen konstant oder sogar vollständig konstant gehalten werden.
- In Verbindung mit den
FIG 5 und6 wird nachfolgend der Aufbau eines weiteren Wasser-Dampf-Kreislaufs und dessen Einbindung in das Rohrleitungssystem 2 erläutert. In Verbindung mitFIG 5 wird weiterhin der Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs in der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus erläutert. In Verbindung mitFIG 6 wird der Betrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs in der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus erläutert. - Ebenso wie bei der Ausgestaltung der
FIG 3 und4 weist der Wasser-Dampf-Kreislauf derFIG 5 und6 die beiden Verdampferelemente 5, 7, den Überhitzer 6 und den Grundvorwärmer 8 auf, die in der gleichen Reihenfolge wie bei denFIG 3 und4 in das Rohrleitungssystem 2 eingebaut sind. Die Verdampferelemente 5, 7 entsprechen zusammen wieder der Verdampfereinrichtung. Sie entnehmen zumindest in der ersten Phase P1 der Dampftrommel 9 Heißwasser, verdampfen es mittels der heißen Abgase und führen das verdampfte Heißwasser als Sattdampf wieder der Dampftrommel 9 zu. Im Gegensatz zu denFIG 3 und4 entspricht bei der Ausgestaltung derFIG 5 und6 jedoch die Dampftrommel 9 bereits der Dampfspeichereinrichtung 9. Die Dampftrommel 9 kann - bei gleichem bzw. vergleichbarem Basisteil 1 - größer dimensioniert sein als die Dampftrommel 9 der Ausgestaltung derFIG 3 und4 . Alternativ kann die Dimensionierung der Dampftrommel 9 beibehalten werden. In diesem Fall arbeitet die Dampftrommel 9 mit einer relativ geringen Speicherkapazität. Der Dampfdruck wird in beiden Fällen konstant bzw. nach Möglichkeit konstant gehalten. Der der Dampftrommel 9 entnommene Dampfmassenstrom variiert in beiden Fällen je nach der Wärmezufuhr zu den Verdampferelementen 5, 7. - In der ersten Phase P1 wird der in den Verdampferelementen 5, 7 erzeugte und in der Dampfspeichereinrichtung 9 (ggf. kurzzeitig) gespeicherte Sattdampf durch den Überhitzer 6 geleitet und dort mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt.
- Auch die Ausgestaltung des Dampf-Wasser-Kreislaufes der
FIG 5 und6 weist die erste Ventileinrichtung 15 auf, die vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet ist. Gemäß der Darstellung derFIG 5 und ist sie als Dreiwegeventil ausgebildet. Mittels der ersten Ventileinrichtung 15 wird in der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus der überhitzte Dampf in einen ersten und in einen zweiten Teil aufgeteilt. Dies ist inFIG 5 durch entsprechende Pfeile E angedeutet. - Der erste Teil des überhitzten Dampfes wird entsprechend der Darstellung von
FIG 5 in einer Beladerichtung durch den Pufferspeicher 16 geleitet und erhitzt in Pufferspeicher 16 das dort befindliche Speichermedium. Der zweite Teil des überhitzten Dampfes wird unter Umgehung des Pufferspeichers 16 über eine Leitung 31 direkt zur Dampfturbine 17 geleitet, die ihrerseits über den angeschlossenen Generator 18 elektrische Energie erzeugt. Ausgehend von der Dampfturbine 17, wird der nunmehr entspannte Dampf - analog zu denFIG 3 und4 - als Dampf oder als Kondensat zum Kondensatvorwärmer 22 geleitet oder zum Entgaser 26 geleitet. - Der durch den Pufferspeicher 16 geleitete erste Teil des - überhitzten Dampfes kann unter Umständen - analog zur Ausgestaltung von
FIG 3 - ebenfalls der Dampfturbine 17 zugeführt werden. GemäßFIG 5 wird der erste Teil des überhitzten Dampfes jedoch nach dem Durchströmen des Pufferspeichers 16 wieder kondensiert und der Dampfspeichereinrichtung 9 - gemäß der Ausgestaltung vonFIG 5 also der Dampftrommel 9 - zugeführt. Insbesondere kann der kondensierte Dampf in die Leitung 28' eingespeist werden, über die dem Grundvorwärmer 8 Heißwasser zugeführt wird. In diesem Fall wird in der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers 16 zunächst durch den Grundvorwärmer 8 geleitet und erst danach der Dampfspeichereinrichtung 9 (= der Dampftrommel 9) zugeführt. - Der Pufferspeicher 16 ist bei der Ausgestaltung der
FIG 5 und6 nicht ein einfacher Beton-, Sand- oder Salzspeicher (so wie bei denFIG 3 und4 ), sondern ist komplexer aufgebaut. Insbesondere umfasst der Pufferspeicher 16 gemäß denFIG 5 und6 einen Pufferspeicher-Überhitzer 32, einen Pufferspeicher-Vorwärmer 33, einen Latentwärmespeicher 34 und eine Pufferspeicher-Dampftrommel 35. Der Pufferspeicher-Überhitzer 32 kann beispielsweise als Beton-, Sand- oder Salzüberhitzer ausgebildet sein. In analoger Weise kann der Pufferspeicher-Vorwärmer 33 ausgebildet sein. In der ersten Phase P1 des Anlagenzyklus wird der erste Teil des überhitzten Dampfes entsprechend den inFIG 5 eingezeichneten Pfeilen zunächst durch den Pufferspeicher-Überhitzer 32 geführt. Von dort wird der erste Teil des überhitzten Dampfes mittels einer Ventileinrichtung 36 (sechste Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11) durch den Latentwärmespeicher 34 geführt. Von dort wird der erste Teil des überhitzten Dampfes mittels einer weiteren Ventileinrichtung 37 (fünfte Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11) dem Pufferspeicher-Vorwärmer 33 zugeführt. Sodann verlässt der überhitzte Dampf - dann nicht mehr überhitzt, sondern sogar kondensiert - den Pufferspeicher 16. Beispielsweise kann das den Pufferspeicher 16 verlassende Kondensat über eine weitere Ventileinrichtung 38 (entspricht einer vierten Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 9) in die Speiseleitung 28' eingespeist werden, die - über den Grundvorwärmer 8 - dem Speisen der Dampfspeichereinrichtung 9 mit Heißwasser dient. - Die fünfte und die sechste Ventileinrichtung 36, 37 können als Proportionalventileinrichtungen ausgebildet sein. Alternativ können sie als einfache, nur binär (auf/zu) schaltbare Ventileinrichtungen ausgebildet sein. Die vierte Venileinrichtung 38 ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet. Sowohl die vierte als auch die fünfte und die sechste Ventileinrichtung 36, 37, 38 können entsprechend der Darstellung der
FIG 5 und6 als Dreiwegeventile ausgebildet sein. - In der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus wird ebenfalls der Dampfspeichereinrichtung 9 (d. h. der Dampftrommel 9) Sattdampf entnommen. Der Sattdampf wird gemäß der Ausgestaltung des Dampf-Wasser-Kreislaufes der
FIG 5 und6 auch in der zweiten Phase P2 vollständig durch den Überhitzer 6 geleitet und der ersten Ventileinrichtung 15 zugeführt. Der durch den Überhitzer 6 geleitete Sattdampf wird mittels der ersten Ventileinrichtung 15 mit überhitztem Dampf vereinigt, der gemäßFIG 6 entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher 16 entnommen wird, siehe die entsprechenden Pfeile F inFIG 6 . Die Vereinigung der beiden Dampfströme wird über die Leitung 31 zur Dampfturbine 17 geleitet. - Der in der zweiten Phase P2 des Anlagenzyklus entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher 16 überhitzte Dampf wird zuvor als Heißwasser dem Pufferspeicher 16 zugeführt. Entsprechend der Darstellung von
FIG 6 kann das Heißwasser der bereits erwähnten Speiseleitung 28' entnommen werden. Alternativ kann das Heißwasser hinter dem Grundvorwärmer 8 abgegriffen werden. Auch Mischformen sind möglich. Im Falle des Entnehmens aus der Speiseleitung 28' kann das Entnehmen insbesondere mittels der vierten Ventileinrichtung 38 erfolgen. - In dem Fall, dass das Heißwasser der Speiseleitung 28' entnommen wird, wird es zunächst durch den Pufferspeicher-Vorwärmer 33 geführt und sodann von dort über die fünfte Ventileinrichtung 37 in die Pufferspeicher-Dampftrommel 35 geleitet. In dem Fall, dass das Heißwasser hinter dem Grundvorwärmer 8 abgegriffen wird, wird das Heißwasser direkt - also unter Umgehung des Pufferspeicher-Vorwärmers 33 und der fünften Ventileinrichtung 37 - in die Pufferspeicher-Dampftrommel 35 geleitet. Die Steuerung erfolgt über eine Ventileinrichtung 38' (siebte Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11). Die siebte Ventileinrichtung 38' ist vorzugsweise als Proportionalventileinrichtung ausgebildet.
- Unabhängig davon, auf welchem der beiden Wege das Heißwasser der Pufferspeicher-Dampftrommel 35 zugeführt wird, wird es über eine Leitung 39 mittels einer Pumpe 40 der Pufferspeicher-Dampftrommel 35 entnommen und entgegen der Beladerichtung durch den Latentwärmespeicher 34 geleitet. Im Latentwärmespeicher 34 wird das Heißwasser zu Nass- oder Sattdampf verdampft. Der Nass- oder Sattdampf wird über die sechste Ventileinrichtung 36 wieder der Pufferspeicher-Dampftrommel 35 zugeführt. Auch dies ist in
FIG 6 durch entsprechende Pfeile angedeutet. In der Leitung 39 kann weiterhin eine Ventileinrichtung 41 (neunte Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11) angeordnet sein. Die neunte Ventileinrichtung 41 kann als einfaches Schaltventil (auf/zu) oder als Proportionalventileinrichtung ausgebildet sein. - Über eine Leitung 42 und eine weitere Ventileinrichtung 43 (achte Ventileinrichtung im Sinne des Anspruchs 11) wird Sattdampf aus der Pufferspeicher-Dampftrommel 35 entnommen und entgegen der Beladerichtung durch den Pufferspeicher-Überhitzer 32 geführt. Im Pufferspeicher-Überhitzer 32 wird der Sattdampf zu überhitztem Dampf überhitzt.
- Die siebte, die achte und die neunte Ventileinrichtung 38', 43, 41 sind einfache Zweiwegventile. Sie können als Proportionalventile oder als einfache Schaltventile (auf/zu) ausgebildet sein.
- Auch bei der zweiten Ausgestaltung des Wasser-Dampf-Kreislaufes entsprechend den
FIG 5 und6 kann erreicht werden, dass die Temperatur des der Dampfturbine 17 zugeführten überhitzten Dampfes in beiden Phasen P1, P2 des Anlagenzyklus im Wesentlichen die gleiche ist. Auch der Dampfmassenstrom zur Dampfturbine 17 kann - zumindest im Wesentlichen - konstant gehalten werden. - Mittels der vorliegenden Erfindung ist auf relativ einfache Weise eine effiziente Nutzung der in den heißen Abgasen enthaltenen thermischen Energie möglich.
- Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
-
- 1
- Basisteil
- 2
- Rohrleitungssystem
- 3
- Filter
- 4
- Mischer
- 5, 7
- Verdampferelemente
- 6
- Überhitzer
- 8
- Grundvorwärmer
- 9
- Dampftrommel
- 10, 16', 23, 25, 30, 31, 39, 42
- Leitungen
- 11
- Dampfspeicher
- 12, 24, 27
- Proportionalventile
- 13
- Zyklon
- 14, 15, 19, 36, 37, 38, 38', 41, 43
- Ventileinrichtungen
- 16
- Pufferspeicher
- 17
- Dampfturbine
- 18
- Generator
- 20
- Kondensator
- 21
- Kondensatpumpe
- 22
- Kondensatvorwärmer
- 26
- Entgaser
- 28
- Speisewasserpumpe
- 28'
- Speiseleitung
- 29, 40
- Pumpen
- 32
- Pufferspeicher-Überhitzer
- 33
- Pufferspeicher-Vorwärmer
- 34
- Latentwärmespeicher
- 35
- Pufferspeicher-Dampftrommel
- A bis F
- Pfeile
- P1, P2
- Phasen
Claims (15)
- 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,- wobei in einer in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Verdampfereinrichtung (5, 7) mittels der heißen Abgase zumindest in der ersten Phase (P1) Wasser zu Sattdampf verdampft wird und der Sattdampf einer Dampfspeichereinrichtung (9, 11) zugeführt wird,- wobei in der ersten Phase (P1)dadurch gekennzeichnet,-- der in der Dampfspeichereinrichtung (9, 11) gespeicherte Sattdampf durch einen in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Überhitzer (6) geleitet und dort mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt wird,-- der überhitzte Dampf mittels einer zwischen dem Überhitzer (6) und einem Pufferspeicher (16) angeordneten ersten Ventileinrichtung (15) zu einem ersten Teil in einer Beladerichtung durch den Pufferspeicher (16) geleitet wird,-- der erste Teil des überhitzten Dampfes im Pufferspeicher (16) ein dort befindliches Speichermedium erhitzt, und-- der überhitzte Dampf mittels der ersten Ventileinrichtung (15) zu einem zweiten, zum ersten Teil komplementären Teil unter Umgehung des Pufferspeichers (16) zu einer Dampfturbine (17) geleitet wird und
dass in der zweiten Phase (P2)- der Dampfspeichereinrichtung (9, 11) Sattdampf entnommen wird, zumindest zu einem Teil durch den Überhitzer (6) geleitet wird und mittels der ersten Ventileinrichtung (15) mit überhitztem Dampf vereinigt wird, der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher (16) entnommen wird, und- die Vereinigung von durch den Überhitzer (6) geleitetem Dampf und aus dem Pufferspeicher (16) entnommenem überhitztem Dampf zur Dampfturbine (17) geleitet wird. - Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der ersten Phase (P1) der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers (16) mit dem zweiten Teil des überhitzten Dampfes mittels einer zwischen dem Pufferspeicher (16) und der Dampfturbine (17) angeordneten zweiten Ventileinrichtung (19) vereinigt wird und dass die Vereinigung von erstem und zweitem Teil des überhitzten Dampfes zur Dampfturbine (17) geleitet wird. - Betriebsverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Phase (P2) der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher (16) entnommene überhitzte Dampf zuvor der Dampfspeichereinrichtung (11) als Sattdampf entnommen wird. - Betriebsverfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der der Dampfspeichereinrichtung (11) entnommene Sattdampf in der zweiten Phase (P2) mittels einer zwischen der Dampfspeichereinrichtung (11) einerseits und dem Überhitzer (6) und dem Pufferspeicher (16) andererseits angeordneten dritten Ventileinrichtung (14) in den dem Überhitzer (6) zugeführten Sattdampf und in den dem Pufferspeicher (16) zugeführten Sattdampf aufgeteilt wird. - Betriebsverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pufferspeicher (16) als Beton-, Sand- oder Flüssigsalzspeicher ausgebildet ist. - Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der ersten Phase (P1) der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Durchströmen des Pufferspeichers (16) kondensiert und wieder der Dampfspeichereinrichtung (9) zugeführt wird. - Betriebsverfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der ersten Phase (P1) der erste Teil des überhitzten Dampfes nach dem Kondensieren und vor dem Zuführen zur Dampfspeichereinrichtung (9) durch einen Grundvorwärmer (8) geleitet wird, der in Bezug auf das Rohrleitungssystem (2) hinter der Verdampfereinrichtung (5, 7) in das Rohrleitungssystem (2) eingebaut ist. - Betriebsverfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Phase (P2) der entgegen der Beladerichtung dem Pufferspeicher (16) entnommene überhitzte Dampf zuvor als Heißwasser einer dem Speisen der Dampfspeichereinrichtung (9) mit Heißwasser dienenden Speiseleitung (28') entnommen oder hinter dem Grundvorwärmer (8) abgegriffen wird. - Betriebsverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entnehmen von Heißwasser aus der Speiseleitung (28') mittels einer in der Speiseleitung (28') angeordneten vierten Ventileinrichtung (38) erfolgt. - Betriebsverfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,- dass der Pufferspeicher (16) einen Pufferspeicher-Überhitzer (32), einen Pufferspeicher-Vorwärmer (33), einen Latentwärmespeicher (34) und eine Pufferspeicher-Dampftrommel (35) umfasst,- dass in der ersten Phase (P1) der erste Teil des überhitzten Dampfes zunächst durch den Pufferspeicher-Überhitzer (32), von dort durch den Latentwärmespeicher (34) und von dort unter Umgehung der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) durch den Pufferspeicher-Vorwärmer (33) geführt wird,- dass in der zweiten Phase (P2) das Heißwasser in dem Fall, dass es der Speiseleitung (28') entnommen wird, zunächst durch den Pufferspeicher-Vorwärmer (33) geführt und von dort in die Pufferspeicher-Dampftrommel (35) geleitet wird und in dem Fall, dass es hinter dem Grundvorwärmer (8) abgegriffen wird, unter Umgehung des Pufferspeicher-Vorwärmers (33) in die Pufferspeicher-Dampftrommel (35) geleitet wird, sodann der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) entnommen und im Latentwärmespeicher (34) zu Nass- oder Sattdampf gewandelt und von dort wieder Nass- oder als Sattdampf der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) zugeführt wird und schließlich der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) Sattdampf entnommen und durch den Pufferspeicher-Überhitzer (32) geführt wird, wobei der Sattdampf im Pufferspeicher-Überhitzer (32) zu überhitztem Dampf überhitzt wird. - Betriebsverfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,- dass zur Führung des Heißwassers, des Sattdampfes und des überhitzten Dampfes eine fünfte bis neunte Ventileinrichtung (37, 36, 38', 43, 41) vorhanden sind,- dass die fünfte Ventileinrichtung (37) zwischen dem Pufferspeicher-Vorwärmer (33), der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) und dem Latentwärmespeicher (34) angeordnet ist,- dass die sechste Ventileinrichtung (36) zwischen der Pufferspeicher-Dampftrommel (35), dem Latentwärmespeicher (34) und dem Pufferspeicher-Überhitzer (32) angeordnet ist,- dass die siebte Ventileinrichtung (38') in einer den Grundvorwärmer (8) und die Pufferspeicher-Dampftrommel (35) verbindenden Verbindungsleitung angeordnet ist,- dass die achte Ventileinrichtung (43) in einer Verbindungsleitung (42) angeordnet ist, über die unter Umgehung der sechsten Ventileinrichtung (36) die Pufferspeicher-Dampftrommel (35) und der Pufferspeicher-Überhitzer (32) miteinander verbunden sind, und- dass die neunte Ventileinrichtung (41) in einer Leitung angeordnet ist, die von der Pufferspeicher-Dampftrommel (35) zu einer Verbindungsleitung führt, über die die fünfte Ventileinrichtung (37) und der Latentwärmespeicher (34) miteinander verbunden sind. - Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der in der zweiten Phase (P2) der Dampfspeichereinrichtung (9) entnommene Sattdampf vollständig durch den Überhitzer (6) geleitet wird. - Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtungen (14, 15, 19, 36, 37, 38, 38', 41, 43) als Proportionalventileinrichtungen ausgebildet sind. - Anlage der Grundstoffindustrie,- wobei die Anlage ein Basisteil (1) aufweist, das 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 Anlage ein Rohrleitungssystem (2) aufweist, über das die heißen Abgase in dem jeweiligen Umfang, in dem sie entstehen, aus dem Basisteil (1) der Anlage abgeführt werden,- wobei in das Rohrleitungssystem (2) eine Verdampfereinrichtung (5, 7) eingebaut ist, in der mittels der heißen Abgase zumindest in der ersten Phase (P1) Wasser zu Sattdampf verdampft wird,- wobei die Anlage eine Dampfspeichereinrichtung (9, 11) aufweist, der der Sattdampf zugeführt wird,- wobei die Anlage einen in das Rohrleitungssystem (2) eingebauten Überhitzer (6) aufweist, durch den in der ersten Phase (P1) der in der Dampfspeichereinrichtung (9, 11) gespeicherte Sattdampf geleitet und dort mittels der heißen Abgase zu überhitztem Dampf überhitzt wird und durch den in der zweiten Phase (P2) der Dampfspeichereinrichtung (9, 11) entnommener Sattdampf zumindest zu einem Teil geleitet wird,- wobei die Anlage einen Pufferspeicher (16) und eine zwischen dem Überhitzer (6) und einem Pufferspeicher (16) angeordnete erste Ventileinrichtung (15) aufweist,- wobei in der ersten Phase (P1) der überhitzte Dampf mittels der ersten Ventileinrichtung (15) zu einem ersten Teil in einer Beladerichtung durch den Pufferspeicher (16) geleitet wird und ein dort befindliches Speichermedium erhitzt und zu einem zweiten, zum ersten Teil komplementären Teil unter Umgehung des Pufferspeichers (16) zu einer Dampfturbine (17) geleitet wird,dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Phase (P2)- der durch den Überhitzer (6) geleitete Dampf mittels der ersten Ventileinrichtung (15) mit überhitztem Dampf vereinigt wird, der entgegen der Beladerichtung aus dem Pufferspeicher (16) entnommen wird, und- die Vereinigung von durch den Überhitzer (6) geleitetem Dampf und aus dem Pufferspeicher (16) entnommenem überhitztem Dampf zur Dampfturbine (17) geleitet wird. - Anlage der Grundstoffindustrie nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13 betrieben wird.
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