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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wobei die Materialbahn zumindest mit einem mit Dampf beheizbaren Trockenzylinder und mittels zumindest eines Hochtemperatur-Trockenelementes mit Heißluft getrocknet wird, und zumindest ein Ausgangsfluid zur Erzeugung von Dampf zumindest einem Wärmetauscher im Abluftstrom des Hochtemperatur-Trockenelementes zugeführt wird und Wärme der Abluft aufnimmt.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn.
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Trockenpartien, umfassend zumindest einen mit Dampf beheizbaren Trockenzylinder und zumindest ein Hochtemperatur-Trockenelement, welches derart ausgeführt und angeordnet ist, die Faserstoffbahn zumindest mittelbar mit Heißluft zu beaufschlagen, sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Dabei wird das mit Dampf beheizbare im Trockenzylinder anfallende Dampf-/Kondensatgemisch zumindest einem Kondensatabscheider zugeführt, wobei der Dampf aus dem Kondensatabscheider dem Frischdampf oder einem Frischdampf-/ oder Hochdruckdampfgemisch zugeführt wird und zumindest ein Teil des Kondensats aus dem zumindest einem Trockenzylinder nachgeschalteten Kondensatabscheider einem Wärmetauscher im Abluftstrom des Hochtemperatur-Trockenelementes zugeführt wird. Das Kondensat wird dabei in diesem erhitzt und nimmt die Energie der Abluft auf. Ein derartiges Verfahren beziehungsweise eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
AT 506 077 B1 bekannt. In dieser wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einer Trockenpartie einer Papiermaschine offenbart, wobei die Papierbahn mit einem dampfbeheizten Trockenzylinder und einer mit Heißluft beaufschlagten Hochtemperaturhaube getrocknet wird. Der Abdampf aus dem Dampfsystem wird einem Dampfabscheider zugeführt. Ein Teil des Kondensats aus dem Dampfabscheider wird in einem separaten Kreislauf über einen Wärmetauscher wieder an den gleichen und einzigen Dampfabscheider zurückgeführt und dem Kondensat über den Wärmetauscher Wärme aus der Abluft des Hochtemperatur-Trockenelementes zugeführt. Dieser Ausführung lag die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem vorherigen Stand der Technik verbessertes und leichter regelbares Wärmerückgewinnungsverfahren zur Verfügung zu stellen. Die Verbesserung wurde dabei darin gesehen, dass die Erwärmung des Kondensats im genannten Wärmetauscher nicht vollständig zur Verdampfung führt, da der Dampf oder auch das Dampf-/Kondensatgemisch zum genannten Kondensatabscheider zurückgeführt wird. Eine aufwendige Regelung des Kondensatflusses durch den Wärmetauscher, um die Verdampfungskapazität des Wärmetauschers zu berücksichtigen, die wiederum von einer gegebenenfalls schwankenden Ablufttemperatur abhängt, kann bei dieser Ausführung entfallen.
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Aus der Druckschrift
DE 35 01 584 A1 ist eine Trockenpartie einer Papiermaschine bekannt, welche aus Trockenzylindern und mindestens einem Hochtemperatur-Trockenelement besteht. Dieser Ausführung lag die Aufgabe zugrunde, den Primärenergieeinsatz für die Trocknung durch Nutzung des Energieinhaltes der Abluft zu verringern. Gelöst wurde die Aufgabe, indem dem Zylinder in an sich bekannter Weise ein Kondensatabscheider zum Trennen des Abdampfes nachgeschaltet wird, der einerseits mit einer Schlupfdampfleitung und über einen Verdichter mit einer Zuführleitung zum Trockenzylinder verbunden ist und andererseits die Kondensatleitung des Kondensatabscheiders über den Wärmetauscher des Hochtemperatur-Trockenelementes mit der Schlupfdampfleitung verbindet.
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Unter einem Kondensatabscheider wird eine Einrichtung verstanden, die geeignet ist, Dampf von Kondensat zu trennen. Für diese werden auch andere Namen verwendet, wie Dampfabscheider oder Separator.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Wärmerückgewinnung gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern, sodass die angebotene Energie des Abluftstroms des wenigstens einen Hochtemperatur-Trockenelementes thermodynamisch auf höchstmöglichem Niveau genutzt wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wobei die Materialbahn zumindest mit einem mit Dampf beheizbaren Trockenzylinder und mittels zumindest eines Hochtemperatur-Trockenelementes mit Heißluft getrocknet wird, und zumindest ein Ausgangsfluid zur Erzeugung von Dampf zumindest einem Wärmetauscher im Abluftstrom des Hochtemperatur-Trockenelementes zugeführt wird und Wärme der Abluft aufnimmt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsfluid im Wärmetauscher zumindest teilweise unter Entstehung eines Gemisches aus Dampf und Kondensat vorzugsweise vollständig verdampft wird.
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Gemäß einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das bei Beaufschlagen des Trockenzylinders mit Dampf entstehende Dampf-/Kondensatgemisch einem Kondensatabscheider zugeführt und zumindest ein Teil des Kondensats aus dem, dem zumindest einem Trockenzylinder nachgeschalteten Kondensatabscheider dem zumindest einem Wärmetauscher im Abluftstrom des Hochtemperatur-Trockenelementes zugeführt, wobei der zumindest eine Teil des im Trockenzylinder entstehenden Kondensats im Wärmetauscher zumindest teilweise unter Entstehung eines Gemisches aus Dampf und Kondensat, vorzugsweise vollständig unter Entstehung von Dampf verdampft wird.
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Gemäß einer weiteren zweiten Ausführung wird als Ausgangsfluid alternativ oder zusätzlich Frischwasser und/oder aufbereitetes Speisewasser verwendet. Unter aufbereitetem Speisewasser wird dabei Frischwasser oder Flusswasser oder Meerwasser e.t.c. oder ein Gemisch aus diesen verstanden, das zumindest einem Aufbereitungsprozess unterzogen wurde, d.h. zumindest teilweise entsalzt und/oder entgast und/oder entkalkt oder eine Kombination aus diesen wurde.
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Der thermodynamische Vorteil dieser Lösung besteht in der teilweisen, vorzugsweise vollständigen Verdampfung von Kondensat. Durch die teilweise, vorzugsweise vollständige Verdampfung im Wärmetauscher kann das ohnehin beim Betrieb einer Trockenpartie, insbesondere beim Betrieb mit Dampf beheizbarer Trockenzylinder anfallende Kondensat in optimaler Weise zur Dampferzeugung unter Ausnutzung der Wärme aus Prozessströmen, insbesondere der ebenfalls ohnehin anfallenden Abluft, ausgenutzt werden, wobei aufwendige weitere Einrichtungen zur Dampferzeugung entfallen können.
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Da das Ausgangsfluid, insbesondere Kondensat und/oder Speisewasser direkt verdampft wird, ist eine wesentlich geringere Menge an Kondensat und/oder Speisewasser zur Erzeugung der gleichen Dampfmenge erforderlich als bei den bekannten Lösungen. Aufgrund der bereits im Wärmetauscher gewünschten Verdampfung und der geringeren erforderlichen Menge an Ausgangsfluid, insbesondere Kondensat und/oder Speisewasser wird ein wesentlich geringerer Druck am Eintritt in diesen benötigt, wodurch der erforderliche Energiebedarf für die im Zulauf zum Wärmetauscher angeordneten Pumpen erheblich reduziert werden kann. Geringe erforderliche Drücke erhöhen die Betriebssicherheit. Ferner können Investitionskosten eingespart werden, da die Auslegung der einzelnen Komponenten nur auf die geringeren einzustellenden Drücke erfolgen muss.
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Bei vollständiger Umwandlung des Ausgangsfluids, insbesondere Kondensats und/oder Speisewasser in Dampf kann dieser direkt der Dampfzufuhr eines Trockenzylinders, vorzugsweise des Trockenzylinders an welchem das Dampf-/Kondensatgemisch angefallen ist, wieder zugeführt werden. Dies bedeutet, dass hier ein vorzugsweise geschlossener Kreislauf dem Trockenzylinder zugeordnet ausgebildet werden kann, der in optimaler Weise das vorhandene Energieniveau ausnutzt. Die Anzahl und Ausführung der Kondensat aufbereitenden und Dampf erzeugenden Einrichtungen kann erheblich reduziert und vereinfacht werden.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass aufwendige Schalt- und Ventilanordnungen zur zusätzlichen Steuerung des Dampfdruckniveaus vermieden werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist damit durch einen besonders einfachen Aufbau charakterisiert. Die Anzahl der Komponenten zur Steuerung und/oder Regelung beschränkt sich auf ein Minimum.
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Der Wärmetauscher ist derart ausgebildet, geeignet zu sein, aus dem in diesem geführten Kondensat Dampf durch Erzielung des erforderlichen Phasenüberganges zu erzeugen. Der Wärmetauscher kann verschiedenartig ausgeführt sein und der Aufbau und Auslegung dessen kann zur Realisierung der unterschiedlichsten Möglichkeiten der Dampferzeugung erfolgen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung umfasst dieser einen Dampferzeuger wie einen Dampfkessel, insbesondere Abhitzekessel. In Abhängigkeit der Erfordernisse der dem Wärmetauscher zumindest mittelbar, d.h. direkt oder über weitere Übertragungselemente nachgeordneten Dampfverbraucher wird Dampf in Form von Sattdampf oder überhitzen Dampf bereitgestellt.
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Vorzugsweise wird der am Ausgang aus dem Wärmetauscher vorliegende und aus dem Kondensat erzeugte Dampf oder der Dampfanteil eines Gemisches aus Dampf und Kondensat wenigstens einem Dampfverbraucher zumindest mittelbar zugeführt. Die direkte Zufuhr ist nur bei vollständiger Verdampfung unter Einstellung der erforderlichen, den einem Dampfverbraucher zuzuführenden Dampf charakterisierenden Parametern möglich. Wird ein Gemisch aus Dampf und Kondensat erzeugt, wird der am Ausgang aus dem Wärmetauscher vorliegende und aus dem Kondensat erzeugte Dampf oder das Gemisch aus Dampf und Kondensat zumindest über eine Kondensatabscheiderstufe geführt. Dadurch wird sichergestellt, dass noch im aus dem Wärmetauscher austretenden Dampf enthaltenes Kondensat sicher abgeschieden wird.
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In der Verbindung des Ausganges aus dem Wärmetauscher oder dem nachgeordneten Kondensatabscheider zum Dampferzeuger können Mittel zur Beeinflussung des Dampfes, insbesondere Druck beeinflussende Mittel vorgesehen werden. Diese umfassen im einfachsten Fall zumindest eine Ventileinrichtung. Über diese kann das Druckniveau in der jeweiligen Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und Kondensat führenden Leitung an die konkreten Erfordernisse des Einsatzfalles schnell und einfach angepasst werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung wird der am Ausgang aus dem Wärmetauscher vorliegende und aus dem Kondensat erzeugte Dampf oder das Gemisch aus Dampf und Kondensat zumindest zwei weiteren Kondensatabscheidestufen unter Erzeugung von Dampfströmen unterschiedlicher Druckniveaus zugeführt. Dadurch können Dampfströme für unterschiedliche Dampfverbraucher mit unterschiedlichen Anforderungen an die Parameter des bereitzustellenden Dampfes in einem Gesamtsystem mit einfachen Mitteln bereitgestellt und diesen zugeführt werden.
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In vorteilhafter Weise werden die einzelnen Kondensatabscheidestufen zur Realisierung von Dampfströmen mit unterschiedlichen Druckniveaus nacheinander durchlaufen. Denkbar ist es jedoch auch, diese parallel anzuordnen und zu durchlaufen, wobei dann der am Wärmetauscher ausgegebene Dampf oder das Gemisch aus Dampf und Kondensat in entsprechender Weise auf die einzelnen parallelen Zweige aufgeteilt werden muss.
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Gemäß einer Weiterentwicklung einer Ausführung mit zumindest einer oder mehreren Kondensatabscheidestufen wird das zumindest in der letzten Kondensatabscheidestufe anfallende und keiner weiteren Kondensatabscheidestufe mehr zugeführte Kondensat jeweils dem Eingang für Kondensat am Wärmetauscher zugeführt. Dort kann dieses auf einfache Art und Weise erneut erhitzt und verdampft werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung wird zumindest ein Teil des am Ausgang aus dem Wärmetauscher vorliegenden und aus dem Kondensat erzeugten Dampfes oder des Dampfanteiles eines Gemisches aus Dampf und Kondensat zumindest mittelbar dem mit Dampf beheizbaren Trockenzylinder unter Ausbildung eines Dampf-/Kondensat-Kreislaufes zugeführt. Dadurch können einem oder mehreren Trockenzylindern geschlossene oder offene Dampf-/Kondensatsysteme zugeordnet werden, die unter Ausnutzung ohnehin anfallender Wärmeströme besonders energieeffizient betrieben werden können.
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In einer weiteren Ausführung wird zumindest ein Teil des am Ausgang aus dem Wärmetauscher vorliegenden und aus dem Ausgangsfluid erzeugten Dampfes oder des Dampfanteiles eines Gemisches aus Dampf und Kondensat zumindest mittelbar einem Dampfverbraucher zugeführt, welcher frei von einer Kondensatrückführung oder Kondensatsammlung ist. Bei diesen kann es sich beispielsweise um Dampfblaskästen handeln, mittels welchen der Dampf direkt auf eine Materialbahn aufgebracht wird.
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In besonders vorteilhafter Weise ist der Druck im Kondensatstrom vor dem Eingang zum Wärmetauscher und/oder im Dampfstrom oder dem Strom eines Gemisches aus Dampf und Kondensat nach dem Ausgang aus dem Wärmetauscher und/oder zwischen den einzelnen Kondensatabscheidestufen und/oder diesen nachgeordnet steuer- und/oder regelbar. Durch die Vielfältigkeit der Möglichkeiten der Beeinflussung der einzelnen Massenströme im Dampf-/Kondensatsystem kann dieses trotz einfacher Ausführung mit geringstem Aufwand einer Vielzahl von unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden.
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Vorrichtungsmäßig ist das System zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, umfassend zumindest einen mit Dampf beheizbaren Trockenzylinder und zumindest ein Hochtemperatur-Trockenelement zur zumindest mittelbaren Beaufschlagung der Faserstoffbahn mit Heißluft, ein dem Trockenzylinder zugeordnetes Dampf-/Kondensatsystem, ein dem Hochtemperatur-Trockenelement zugeordnetes Abluftsystem und einen im Abluftsystem angeordneten Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, ein Kondensat führende Leitung des Dampf-/Kondensatsystems und/oder eine Leitung für Frisch- und/oder Speisewasser über den Wärmetauscher geführt ist und der Wärmetauscher derart ausgeführt und angeordnet ist, geeignet zu sein, dass über diesen geführte Kondensat zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig zu verdampfen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist dazu der Wärmetauscher als Abhitze- beziehungsweise Abgaskessel ausgeführt, umfassend Mittel zur Dampferzeugung aus Kondensat unter Ausnutzung von Abluft als Wärmeträger. Bezüglich der Vorteile wird auf die Ausführungen zum Verfahrensanspruch 1 verwiesen.
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Das einem Trockenzylinder zugeordnete Dampf-/Kondensatsystem umfasst zumindest eine mit dem Trockenzylinder koppelbare Zufuhrleitung für Dampf und einen Ausgang für Kondensat, wobei der Ausgang über zumindest einen diesem nachgeschalteten Kondensatabscheider und den Wärmetauscher wenigstens mittelbar mit der Zufuhrleitung für Dampf zum Trockenzylinder gekoppelt ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein geschlossenes System mit optimaler Energiebilanz bereitgestellt. In besonders vorteilhafter Weise ist dazu der Ausgang für Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und Kondensat am Wärmetauscher zumindest mittelbar mit der Zufuhrleitung für Dampf am Trockenzylinder gekoppelt. Die Kopplung kann bei vollständiger Verdampfung direkt, bei nur teilweiser Verdampfung über zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von parallel oder in Reihe zueinander geschalteten Kondensatabscheidestufen, umfassend zumindest jeweils einen Kondensatabscheider, erfolgen. Über diese kann aus noch nicht vollständig verdampftem Kondensat Dampf und Kondensat abgeschieden werden, wobei das Kondensat erneut dem Wärmetauscher zuführbar ist. Auf zusätzliche Einrichtungen zur Kondensataufbereitung kann verzichtet werden. Des Weiteren können Dampfströme mit unterschiedlichem Druckniveau bereitgestellt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind zwischen dem Ausgang für Kondensat eines Kondensatabscheiders und dem Wärmetauscher und/oder dem Ausgang für Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und Kondensat am Wärmetauscher und einem Kondensatabscheider und/oder einem Dampfverbraucher Mittel zur Beeinflussung der Dampfströme angeordnet. Die einzelnen Dampfströme können somit entsprechend den Anforderungen für unterschiedliche, diese abnehmende Verbraucher aus einem, zumindest einem Trockenzylinder zugeordneten Dampf-/Kondensatsystem bereitgestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
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1 zeigt in schematisiert stark vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und die Grundfunktion eines erfindungsgemäßen Systems zur Wärmerückgewinnung;
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2 verdeutlicht eine Weiterentwicklung einer Ausführung gemäß 1 mit einer weiteren zusätzlichen Kondensatabscheidestufe;
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3 verdeutlicht eine modifizierte Ausführung gemäß 2;
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4 verdeutlicht eine vorteilhafte Weiterentwicklung zur Bereitstellung von Dampfströmen unterschiedlicher Dampfdrücke.
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Die 1 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und die Grundfunktion eines erfindungsgemäß ausgeführten Systems 1 zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie 2 einer hier im Einzelnen nicht dargestellten Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn.
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Diese umfasst zumindest einen mit Dampf beheizbaren Trockenzylinder TZ und ein Hochtemperatur-Trockenelement, insbesondere eine Hochtemperaturhaube 3 oder beispielsweise einen Heißluftblaskasten. Die Hochtemperaturhaube 3 ist entweder dem Trockenzylinder TZ oder einem anderen Trockenzylinder der Trockenpartie 2 zugeordnet. Diese erstreckt sich unter Ausbildung eines Abstandes um wenigstens einen Teilbereich des Außenumfanges des jeweiligen Trockenzylinders und dient dem Ausbringen von Heißluft zumindest mittelbar gegen eine um den Außenumfang des mit Dampf beheizbaren Trockenzylinders TZ oder des anderen Trockenzylinders wenigstens mittelbar, das heißt gestützt an einer Bespannung oder direkt geführten Faserstoffbahn. Das hier nicht im Detail dargestellte Luftsystem 4 der Hochtemperaturhaube 3 ist vorzugsweise als Umluftsystem ausgeführt und weist in der Regel ein hier nicht dargestelltes Umluftgebläse mit einem anschließenden Gasbrenner zum Erwärmen der durchgeführten Umluft auf. Dabei zirkuliert ein großer Teil der Umluft, die durch die Hochtemperaturhaube 3 geführt wird, direkt in diesem Umluftsystem. Da die Umluft jedoch nur einen endlichen Grad an Wasser aufnehmen kann, wird zirkulierende Umluft teilweise über ein Abluftsystem 5 entnommen und durch Zuluft ersetzt. Das Abluftsystem 5 kann verschiedenartig ausgeführt sein. Dieses ist hier im Einzelnen nicht weiter dargestellt. Entscheidend ist, dass zumindest ein Teil, vorzugsweise die gesamte aus dem System abzugebende Abluft LA über zumindest einen Wärmetauscher W1 geführt wird, wobei in diesem Wärme aus der Abluft LA an ein anderes Medium übertragen wird. Der Wärmetauscher W1 liegt dabei im Abluftstrom. Die Abluft LA wird über zumindest einen Eingang 9 dem Wärmetauscher W1 zugeführt. Am Ausgang 10 wird der nach Wärmeabgabe vorliegende Abluftstrom LA` ausgegeben. Denkbar ist auch eine Ausführung mit Führung der Abluft in einem Luftsystem, welches ohne Umluftbetrieb arbeitet.
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Im Wärmetauscher W1 wird erfindungsgemäß zumindest ein Teil des bei Betrieb des Trockenzylinders TZ anfallenden Kondensats K1 als Ausgangsfluid zur Dampferzeugung aus einem Dampf-/Kondensatsystem 6, welches dem Trockenzylinder TZ zugeordnet ist, erwärmt und verdampft.
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Das Dampf-/Kondensatsystem 6 dient der Beschickung des Trockenzylinders TZ mit Dampf D, wobei der Dampf als Frischdampf oder ein Gemisch aus Frischdampf und/oder verschiedenen Dampfdruckstufen und/oder Dampf aus verschiedenen Wärmerückgewinnungsstufen sein kann, und der Abfuhr von Kondensat. Der dem Trockenzylinder TZ zugeführte Dampf ist hier mit D bezeichnet und kondensiert aufgrund der Wärmeabgabe durch den Trockenzylinder TZ an die Faserstoffbahn. Das dabei entstehende Dampf-/Kondensatgemisch K1 wird aus dem Trockenzylinder TZ abgeführt. Erfindungsgemäß wird das aus dem Trockenzylinder TZ abgeführte Dampf-/Kondensatgemisch K1 beziehungsweise das aus diesem über eine oder mehrere Kondensatabscheidestufen abgeschiedene Kondensat im Wärmetauscher W1 derart erwärmt, dass dieses im Wärmetauscher W1 zumindest teilweise verdampft. Bei einer Ausführung des Systems 1 zur Wärmerückgewinnung in 1 wird das abgeschiedene Kondensat vorzugsweise vollständig verdampft. Somit wird die über das Abluftsystem 5 geführte heiße Abluft LA genutzt, um Dampf DW1 zu erzeugen, der wiederum in eine Zuführleitung 12 für Dampf D des Dampf-/Kondensatsystems 6 zum Trockenzylinder TZ eingespeist werden kann. Der Wärmetauscher W1 verfügt daher zumindest noch über zumindest einen Eingang 7 für das Dampf-/Kondensatgemisch K1 beziehungsweise das nach Durchlaufen zumindest einer Kondensatabscheidestufe vorliegende Kondensat K2 und einen Ausgang 8 für den im Wärmetauscher W1 gebildeten Dampf DW1 oder das dann noch vorliegende Gemisch aus Dampf und Kondensat DKW1.
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Der Wärmetauscher W1 ist in vorteilhafter Weise als Abhitzekessel ausgeführt. Bei diesem handelt es sich um einen Dampfkessel. Dieser nutzt Abgas, insbesondere Abluft einer höheren Temperatur aus einem anderen Prozess zur Dampferzeugung. Bei Verwendung von Kondensat als Ausgangsfluid ist dieses im Bereich des Einlaufs in den Wärmetauscher durch eine Temperatur im Bereich von einschließlich 80°C bis 220°C, vorzugsweise 120°C bis 220°C charakterisiert. Der Absolutdruck beträgt von einschließlich 1 bar bis 40 bar. Demgegenüber sind betragen die Temperaturen von Speisewasser zwischen einschließlich 5°C und 100°C. Der Absolutdruck beträgt zwischen 1 bar und 40 bar.
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Bei der in der 1 dargestellten Ausführung wird das aus dem Trockenzylinder TZ abgeführte Dampf-/Kondensatgemisch K1 zumindest über eine Kondensatabscheidestufe, hier einen Kondensatabscheider S1 geführt. An diesem Kondensatabscheider S1 kann enthaltener Dampf aus dem Kondensat-/Dampfgemisch K1 aus dem Trockenzylinder TZ aufsteigen. Der Dampf wird mittels eines hier im einzelnen nicht dargestellten Thermokompressors auf ein höheres Druckniveau gebracht.
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Der nach dem Ausgang aus dem Kondensatabscheider S1 vorliegende Dampf D1, kann der Dampfzufuhr, insbesondere Zufuhrleitung 12 des dem Trockenzylinder TZ zugeordneten Dampf-/Kondensatsystems 6 oder anderen Dampfversorgungssystemen beziehungsweise anderen Dampfverbrauchern zugeführt werden. Im dargestellten Fall erfolgt die Einspeisung in eine mit dem Trockenzylinder gekoppelte Leitung für Dampf D. Dieser Dampf D ist beispielsweise durch nachfolgende Parameter charakterisiert: Sattdampf mit einem Druckbereich zwischen jeweils einschließlich 1 bar bis 20 bar
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Das Kondensat K2, welches am Kondensatabscheider S1 abgeschieden wird, kann über eine Pumpeinrichtung, hier die Pumpeinrichtung P1, zum Wärmetauscher W1 gepumpt werden. Über die Pumpeinrichtung P1 wird dabei ein Druck derart aufgebaut, dass in Abhängigkeit der von der Abluft LA im Wärmetauscher W1 an das Kondensat K2 abgebbaren Wärme dieses im Wärmetauscher W1 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig verdampft. Der im Wärmetauscher W1 somit entstehende Dampf DW1 beziehungsweise das Dampf enthaltende Gemisch wird dann wenigstens mittelbar, vorzugsweise direkt, dem Trockenzylinder TZ wieder zugeführt. Die Zuführung kann durch Kopplung des Ausgangs 8 des Wärmetauschers W1 für den entstehenden Dampf DW1 oder das Dampf enthaltende Gemisch mit einer Zufuhrleitung 12 für den dem Trockenzylinder TZ zuzuführenden Dampf D erfolgen. Ersichtlich ist somit in 1 ein nahezu geschlossener Kreislauf, der dem Trockenzylinder TZ zugeordnet ist und der Abfuhr von Dampf-/Kondensatgemisch K1 aus dem Trockenzylinder TZ über den Wärmetauscher W1 unter Wärmeausnutzung zur Erzeugung von Dampf DW1, der die Eigenschaften des einem Trockenzylinder TZ zuzuführenden Dampfes D aufweisen kann oder aber über weitere Mittel 11 als DW1´ die geforderten Eigenschaften aufgeprägt erhält und der erneuten Zuführung in eine Zuführleitung 12 zu einem Dampfverbraucher, insbesondere der Dampfzufuhrleitung direkt zum Trockenzylinder TZ dient.
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Die Ausführung der 1 verdeutlicht dabei die Idealvariante, bei welcher im Wärmetauscher W1 eine vollständige Erzeugung von Sattdampf aus dem Kondensat K2 erfolgt. Verdampft innerhalb des Wärmetauschers W1 nur ein Teil des Kondensats K2 entsteht ein Gemisch aus Dampf und Kondensat DKW1, welches einer weiteren Aufbereitung bedarf, bis der in diesem enthaltenen Dampfanteil dem Trockenzylinder TZ wieder zugeführt wird. Dazu ist in einer Weiterentwicklung gemäß 2 ein weiterer Kondensatabscheider S2 vorgesehen, der dem Wärmetauscher W1, insbesondere dem Ausgang 8 für das Gemisch aus Dampf und Kondensat DWK1 nachgeschaltet ist und der Separierung von Dampf und Kondensat dient. Dieser ist derart in das System 1 zur Wärmerückgewinnung eingebunden, dass das abgeschiedene Kondensat K3 ebenfalls dem Wärmetauscher W1 zugeführt wird und verdampft. Dazu ist zumindest ein Eingang 13 des Kondensatabscheiders S2 mit dem Ausgang 8 für das aus dem Kondensat K2 bei Verdampfung innerhalb des Wärmetauschers W1 entstehende Gemisch aus Dampf und Kondensat DKW1 verbunden. Ein Ausgang 14 für das Kondensat K3 ist mit dem Eingang 7 des Wärmetauschers W1 wenigstens mittelbar, hier über die Kopplung mit der Verbindung 15 des Ausganges 16 für Kondensat K2 am Kondensatabscheider S1 mit dem Eingang 7 des Wärmetauschers W1 verbunden.
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Der Druck im Kondensatabscheider S2 entspricht dem Druck am Ausgang 8 des Wärmetauschers. Der nach dem Ausgang 17 aus dem Kondensatabscheider S2 vorliegende Dampf D2 wird und in einer besonders vorteilhaften Ausführung vorzugsweise der Dampfversorgung des Trockenzylinders TZ direkt zugeführt beziehungsweise ist Bestandteil dessen. Dazu kann der Ausgang 17 des Kondensatabscheiders S2 entweder direkt oder über weitere Verbindungen mit der Zufuhrleitung 12 der Dampfversorgung des Trockenzylinders TZ gekoppelt sein, wobei dem Ausgang 17 Mittel 11 zur weiteren Beeinflussung des erzeugten beziehungsweise abgeschiedenen Dampfes D2 nachgeordnet sind. Der Dampf D1 ist durch Drücke im Bereich zwischen einschließlich 3 bar und 10 bar, und der Dampf D2 durch Drücke zwischen 4 bar und 20 bar charakterisiert. Bei Weiterleitung an Dampfblaskästen beträgt der Dampfdruck im Bereich zwischen jeweils einschließlich 0,4 bar bis 4 bar.
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Die Mittel 11 in der Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang 17 aus dem Kondensatabscheider S2 und dem Dampfversorgungssystem für den Trockenzylinder TZ, insbesondere der Zufuhrleitung 12 können verschiedenartig ausgeführt sein. Im dargestellten Fall umfassen diese beispielsweise ein drucksteuerndes Element. Dieses kann als Regelventil oder beispielsweise als Rückschlagklappe ausgebildet sein. Bei Ausbildung als Regelventil kann der Druck im Kondensatabscheider konstant gehalten werden. Bei Ausführung als Rückschlagklappe ist der Druck im Kondensatabscheider gleich dem in der Zufuhrleitung 12. Die Mittel 11 können in Abhängigkeit der Erfordernisse des Einsatzfalles jegliche Art von Druck beeinflussenden Elementen umfassen, d.h. druckreduzierende als auch druckerhöhende.
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Um die entsprechenden Druckverhältnisse im dem Wärmetauscher W1 zuzuführenden Kondensatstrom zu erzielen, ist vorzugsweise nach der Einspeisung des Kondensats K3 und vor dem Wärmetauscher W1 eine weitere Pumpeinrichtung P2 vorgesehen. Das Kondensat K2 wird mittels der Pumpeinrichtung P1, das Gemisch aus K2 und K3 mit der Pumpeinrichtung P2 gefördert. Die einzelnen Pumpeinrichtungen P1 und P2 sind vorzugsweise steuer- und/oder regelbar.
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Die 3 verdeutlicht eine vorteilhafte Weiterentwicklung einer Ausführung gemäß 2. Der Grundaufbau entspricht im Wesentlichen dem in der 2 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich der Übereinstimmungen auf die Ausführungen zu 2 verwiesen. Die Ausführung gemäß 3 unterscheidet sich jedoch von der Ausführung gemäß 2 in der Anordnung von Mitteln 11 in der Verbindung zwischen dem Ausgang 8 aus dem Wärmetauscher W1 und dem Eingang 13 am zweiten Kondensatabscheider S2. Die Mittel 11 umfassen im einfachsten Fall ein Regelventil. Denkbar sind auch Ausführungen als Blende. Mit diesem erfolgt die Entspannung des Dampf-/Kondensatgemisches DKW1 und damit eine Nachverdampfung. Dabei kann durch das Regelventil der Druck im Wärmetauscher W1 konstant gehalten werden.
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Die 4 verdeutlicht eine weitere vorteilhafte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Ausführung eines Systems 1 zur Wärmerückgewinnung. Das Grundprinzip und die Grundfunktion des dem Trockenzylinder TZ zugeordneten Dampf-/Kondensatsystems 6 wurde hier um die Funktion der Erzeugung von Dampfströmen unterschiedlicher Druckniveaus ergänzt. Im Ergebnis können eine Mehrzahl von Dampfströmen mit unterschiedlichem Druckniveau für unterschiedliche Dampfverbraucher bereitgestellt werden. Beispielhaft werden bei der Ausführung in 4 drei Dampfströme D1, D2´ und D3´ bereitgestellt.
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Im Hinblick auf eine Ausführung gemäß 1 wird dabei beispielhaft das bei einem Betrieb eines hier nicht dargestellten mit Dampf beheizbaren Trockenzylinders TZ anfallende Dampf-/Kondensatgemisch K1 auch hier über einen ersten Kondensatabscheider S1 geführt, der über zumindest eine Pumpeinrichtung P1 mit dem Wärmetauscher W1 gekoppelt ist, wobei die Kopplung des Ausganges 16 für Kondensat K2 mit dem Wärmetauscher W1, insbesondere dem Eingang 7 des Wärmetauschers W1, erfolgt. Der vom Wärmetauscher W1 aus dem Kondensat K2 entstehende Dampf beziehungsweise das Gemisch aus Dampf und Kondensat DKW1 wird unter Durchlaufen zweier weiterer Kondensatabscheidestufen in Dampfströme D2´, D3´ mit unterschiedlichem Druckniveau zerlegt. Dabei wird der Dampf beziehungsweise das Gemisch aus Dampf und Kondensat DKW1 einem Kondensatabscheider S2, beispielsweise über einen Eingang 13 zugeführt, in welchem das Kondensat K3 vom Dampf separiert wird beziehungsweise das Kondensat bei Einstellung eines entsprechenden Druckniveaus verdampft und dann als Dampf D2 am Ausgang 17 des zweiten Kondensatabscheiders S2 mit nachfolgenden Parametern ausgegeben wird:
Der Druckbereich für D2 beträgt zwischen einschließlich 4 bar bis 20 bar. Der Druck des Dampfstromes D3 beträgt zwischen 0,5 bar bis 10 bar.
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Dem Ausgang 14 für das Kondensat K3 des Kondensatabscheiders S2 sind Mittel 11 zur Beeinflussung des Kondensats, hier Mittel zur Nachverdampfung in Form von Regelventilen oder Blenden nachgeschaltet. Das bei der Nachverdampfung entstehende Gemisch aus Dampf und Kondensat wird einem weitern Kondensatabscheider S3 zugeführt. Dazu ist der Ausgang 14 des Kondensatabscheiders S2 mit einem Eingang 18 eines weiteren, dem Kondensatabscheider S2 nachgeordneten Kondensatabscheider S3 gekoppelt. Im Kondensatabscheider S3 wird das Kondensat K vom Dampf separiert beziehungsweise das Kondensat bei Einstellung eines entsprechenden Druckniveaus verdampft und dann als Dampf D3 an einem Ausgang 20 des dritten Kondensatabscheiders S3 mit nachfolgenden Parametern ausgegeben:
Das anfallende Kondensat K4 wird über einen Ausgang 19 aus dem Kondensatabscheider S3 in die Verbindungsleitung 15 des ersten Kondensatabscheiders S1 mit dem Wärmetauscher W1 eingespeist, während der entstehende Dampf D3 mit einem bestimmten Druckniveau, welches über Mittel 11´, die dem Ausgang 20 nachgeordnet sind und auf den Dampf D3 unter Bildung von D3´einwirken, einem hier nicht dargestellten Dampfverbraucher zugeführt werden kann. In Analogie kann auch der Dampf D2 aus dem zweiten Kondensatabscheider S2 über Mittel 11´, die dem Ausgang 17 für Dampf D2 nachgeordnet sind, hinsichtlich seines Druckniveaus beeinflusst werden. Denkbar ist beispielsweise die Bereitstellung eines Dampfes D3 beziehungsweise D3´ mit geringerem Druckniveau als der Dampf D2 beziehungsweise D2´, wodurch die derart bereitgestellten Dampfströme in Anpassung an die Anforderungen unterschiedlichen Dampfverbrauchern zugeführt werden können.
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Beispielsweise kann der Druck im Dampf D2 derart beeinflusst werden, dass dieser geeignet ist, zumindest einen Dampfblaskasten zu beaufschlagen, während das Druckniveau des Dampfes D3 beziehungsweise D3´ geringer eingestellt wird und dieser somit auch einem Trockenzylinder TZ zugeführt werden kann.
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Bei der Ausführung gemäß 4 erfolgt die Anordnung der zweiten Pumpeinrichtung P2 der Kopplung der Kondensateinspeisung mit der Verbindung 15 zwischen Wärmetauscher W1 und Kondensatabscheider S1 nachgeordnet.
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Alternativ zur Nutzung von Kondensat K1 als Ausgangsfluid ist in 4 mittels unterbrochener Linie die Zufuhr von Speisewasser SW als Ausgangsfluid direkt zum Wärmetauscher W1 wiedergegeben. Dabei kann das Speisewasser bereits mittels einer hier im Einzelnen nicht dargestellten Erwärmungseinrichtung vorerwärmt worden sein. Der übrige Aufbau des Systems 1 bleibt bestehen. Lediglich auf den Kondensatabscheider S1 kann verzichtet werden.
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Bei allen Ausführungen gemäß der 1 bis 4 wird die dem Wärmetauscher zugeführte Abluft A aus dem Abluftsystem 5 über zumindest einen Eingang 9 dem Wärmetauscher zugeführt und über zumindest einen Ausgang 10 als nach Wärmeabgabe vorliegende auszugebende Abluft LA´ ausgegeben.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die Ausführungen gemäß den 1 bis 4 beschränkt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen, die dieselbe Erfindung betreffen, sind ebenfalls denkbar. Entscheidend ist, dass unter Ausnutzung von Abluft eine Erwärmung eines Kondensats eines Trockenzylinders TZ derart erfolgt, dass dieses im Bereich des Wärmetauschers W1 verdampft, wobei die Verdampfung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig erfolgt und somit der am Ausgang 8 aus dem Wärmetauscher W1 vorliegende Dampf oder Dampfanteil dem Trockenzylinder TZ direkt wieder zugeführt werden kann oder in das Dampfversorgungssystem, insbesondere dem Zulauf zum Trockenzylinder TZ direkt eingespeist werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System zur Wärmerückgewinnung
- 2
- Trockenpartie
- 3
- Hochtemperaturhaube
- 4
- Luftsystem
- 5
- Abluftsystem
- 6
- Dampf-/Kondensatsystem
- 7
- Eingang
- 8
- Ausgang
- 9
- Eingang
- 10
- Ausgang
- 11, 11´
- Mittel zur Beeinflussung
- 12
- Zufuhrleitung
- 13
- Eingang Kondensatabscheider S2
- 14
- Ausgang für Kondensat am Kondensatabscheider S2
- 15
- Verbindung
- 16
- Ausgang für Kondensat am Kondensatabscheider S1
- 17
- Ausgang für Dampf am Kondensatabscheider S2
- 18
- Eingang Kondensatabscheider S3
- 19
- Ausgang für Kondensat am Kondensatabscheider S2
- 20
- Ausgang für Dampf am Kondensatabscheider S3
- D
- Dampf
- D1
- Dampf
- D2, D2´
- Dampf
- D3, D3´
- Dampf
- DW1
- Dampf
- DKW1
- Gemisch aus Dampf und Kondensat
- K1
- Dampf-/Kondensatgemisch
- K2
- Kondensat
- K3
- Kondensat
- K4
- Kondensat
- LA
- Abluft
- LA´
- Abluft nach Durchlaufen des Wärmetauschers
- P1
- Pumpeinrichtung
- P2
- Pumpeinrichtung
- S1
- Kondensatabscheider
- S2
- Kondensatabscheider
- S3
- Kondensatabscheider
- SW
- Speisewasser
- TZ
- Trockenzylinder
- W1
- Wärmetauscher, Abhitzekessel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 506077 B1 [0003]
- DE 3501584 A1 [0004]