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WO1987005361A1 - Dispositif de recuperation d'energie dans les gaz d'echappement - Google Patents

Dispositif de recuperation d'energie dans les gaz d'echappement Download PDF

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WO1987005361A1
WO1987005361A1 PCT/EP1987/000110 EP8700110W WO8705361A1 WO 1987005361 A1 WO1987005361 A1 WO 1987005361A1 EP 8700110 W EP8700110 W EP 8700110W WO 8705361 A1 WO8705361 A1 WO 8705361A1
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WO
WIPO (PCT)
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energy recovery
heat engine
steam
heat
recovery according
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Ceased
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PCT/EP1987/000110
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NOVO HOLDING ANSTALT
Original Assignee
NOVO HOLDING ANSTALT
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Filing date
Publication date
Application filed by NOVO HOLDING ANSTALT filed Critical NOVO HOLDING ANSTALT
Publication of WO1987005361A1 publication Critical patent/WO1987005361A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101—Regulating means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/185—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using waste heat from outside the plant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • the invention relates to a device for Energy Wegge ⁇ winnung with a steam generator, which eingan ⁇ s wh supplied with an exhaust heat device is connectable with a ärmekraftmaschine W, which is connected on the input side for applying steam to the steam generator and with a
  • a r b eitsmaschine which is b ar drivable by the heat engine.
  • Such a device is known for example from DE- OS 20 21 691.
  • no additional external heat or power yield should be achieved via a cyclic process with feedback to the drive motor.
  • the object of the invention is toproofwan the device is so ELN d, d a ß the waste heat optimal for generating a net power to the work machine is achieved. According to a wide-Erbil d ung he d
  • heat is also to be extracted for heating purposes
  • Invention is characterized in that a Steuereinrichtun is provided, which can be acted upon on the input side with a signal which can be supplied by a measuring device which measures the power to the heat extracting machine depending on the state of the exhaust gas to be supplied to the steam generator, and whose output signal controls the working machine in such a way that the power consumption thereof is less than or equal to the power that can be generated by the heat engine in its optimal operating range.
  • the device has a heat engine 5 in the form of a counter-pressure steam turbine.
  • the steam outlet of the steam generator 1 is connected via a line 6 to the inlet of the heat engine 5.
  • a condensation turbine or a steam engine can also be used.
  • a work machine S is provided in the form of a screw compressor.
  • a shaft 9 of the screw compressor is non-positively connected to the shaft 10 of the heat engine.
  • a turbo compressor or a pump can also be provided.
  • a heat exchanger 13 is also provided. In the exemplary embodiment shown, it is a heat exchanger for heating air, which is used as warm air for heating. In the same way, however, a heat exchanger for generating hot water or the like can also be provided.
  • the input side of the heat exchanger 13 is connected to the exhaust steam side of the heat engine 5 via a line 14 and a throttle valve 7.
  • the heat exchanger 13 has a condenser.
  • the output of the condenser is connected via a line 15 to an ice water supply 16, which in turn is connected via a line 17 to the water inlet side of the steam generator 1, so that a circuit of the steam-water-steam line is provided.
  • control device 11 In addition to the connection between the control device 11 and the screw compressor described above, the control device is connected to the throttle valve 7 for controlling the same via a further output.
  • flue gas or another gas containing thermal energy is supplied via the inlet connection 2 and superheated steam is generated via the steam generator, which is supplied via line 6 to the heat engine 5 designed as a counter-pressure steam turbine.
  • the steam turbine drives via its shaft 10 and the common shaft 9 of the non-positively connected to it Screw compressor on this.
  • the fluid compressed by the compressor is supplied to a consumer in a known manner via outputs.
  • the screw compressor has slider or flow control devices in a known manner, with which they can be regulated down or up sufficiently.
  • the control device 11 is designed in such a way that it adjusts the power consumption of the screw compressor in dependence on the power measured with the measuring device 12 such that the power consumption of the compressor is not greater and preferably is a few percent less than the output power of the steam turbine when it is operated in its optimal operating range.
  • This output power of the steam turbine corresponds to the power supplied to the steam turbine times the efficiency of the steam turbine in the optimal operating range.
  • the control makes it possible to reduce the power requirement of the work machine 8 at the same time as the steam production collapses and to keep the steam turbine also in the partial load range.
  • the device also has a quantity measuring device 18 for determining the narrow steam supplied to the superheater of the steam generator and thus also the narrow steam supplied to the steam turbine.
  • the output signal of this quantity measuring device 18 is fed to an input of the control device 11 via a line.
  • the control device 11 controls the throttle valve 7 in such a way that the steam pressure remains constant and the quantity is changed such that the speed of the steam turbine remains almost constant.
  • the waste steam from the outlet of the steam turbine 5 is fed to the heat exchanger 13 via the line 14.
  • air is heated at an air condenser and supplied to a hall heating via a corresponding output line, for example.
  • the .Abdampf precipitates on the condenser and is returned via line 15 to the feed water supply.
  • treatment can take place in a suitable manner.
  • treated water is fed to the steam generator from the feed water supply.
  • a blast furnace gas fed to the inlet of the steam generator is cooled from 600 ° C. to 180 ° C. and produces a heat quantity of approximately 8.0 MWh at a melting capacity of 36 t / h. About 15% of this is converted into mechanical work by the screw compressors.
  • the energy supplied is further utilized.
  • the compressed air operation which is permanently high in such an operation, permits the total removal of the compressed air generated and the utilization of the facility in base load.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

- 4 -
Einrichtung zur Energierückgewinnung aus Abgasen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energierückge¬ winnung mit einem Dampferzeuger, welcher einganσsseitig mit einer Abwärme liefernden Einrichtung verbindbar ist, mit einer Wärmekraftmaschine, welche eingangsseitig zum Beaufschlagen mit Dampf mit dem Dampferzeuger verbunden ist und mit einer
Arbeitsmaschine, die von der Wärmekraftmaschine antreibbar ist.
Eine derartig Einrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 20 21 691 bekannt. Bei dieser soll über einen Kreisprozeß mit Rückkopplung auf den Antriebsmotor keine zusätzliche externe Wärme- oder Leistungsausbeute erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Einrichtung so abzuwandeln, daß die Abwärme optimal zum Erzeugen einer Nutzleistung mit der Arbeitsmaschine erreicht wird. Gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung soll gleichzeitig zum Erzeugen von mechanischer Lei¬ stung noch eine Wärmeauskopplung zu Heizzwecken erreicht werden
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Energierückgewin- nung -der eingangs beschriebenen Art geiöst, welche gemäß der
Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Steuereinrichtun vorgesehen ist, die eingangsseitig mit einem Signal beauf¬ schlagbar ist, welches von einer Meßeinrichtung lieferbar ist, welche die der Wär earaftmaschine in Abhängigkeit vom Zustand des dem Dampferzeuger zuzuführenden Abgases zugeführte Leistung mißt, und deren AusgangsSignal die Arbeitsmaschine derart steuert, daß die Leistungsaufnahme derselben kleiner bzw. gleich der von der Wärmekraftmaschine in deren optimalem Betriebsbereich erzeug¬ baren Leistung ist.
Weitere Merakmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figur.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Energierückgewinnung.
Die Einrichtung weist einen Dampferzeuger 1 auf. Dieser besitzt eingangsseitig einen Eingangsstutzen 2 zum Verbinden mit einer abgaseerzeugenden Einrichtung, beispielsweise einem Kupolofen. Ausgangsseitig ist ein Ausgangsstutzen 3 zum Verbinden mit einem Schornstein 4 vorgesehen. Der Dampferzeuger weist einen an sich bekannten Aufbau nach dem Wärmetauscherprinzip mit Vorwärmer, Verdampfer und Überhitzer auf.
Ferner weist die Einrichtung eine Wärmekraftmaschine 5 in Form einer Gegendruckdampfturbine auf. Der Dampfausgang des Dampfer¬ zeugers 1 ist über eine Leitung 6 mit dem Eingang der Wärmekraft¬ maschine 5 verbunden. Anstelle der GegendruCakdampfturbine kann auch eine Kondensationsturbine oder ein Dampfmotor verwendet wer- den.
Ferner ist eine Arbeitsmaschine S in Form eines Schraubenkompresso vorgesehen. Eine Welle 9 des Schraubenkompressors ist mit der Welle 10 der Wärmekraf maschine kraftschlüssig verbunden. Anstelle des Schraubenkompressors kann auch ein Turbokompressor oder eine Pumpe vorgesehen sein.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 11 vorgesehen. Diese ist eingangsseitig mit einer Meßeinrichtung 12 verbunden, die an dem Eingangsstutzen 2 angeordnet ist und die dem Dampferzeuger jeweils zugeführte Wärmemenge mißt. Der Ausgang der Steuerein¬ richtung 11 ist zum Steuern mit jeweilseinem Steuereingang des Schraubenkompressors verbunden.
Ferner ist ein Wärmetauscher 13 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiei handelt es sich um einen Wärmetauscher zum Erwärmen von Luft, die als Warmluft zum Heizen verwendet wird. In gleicher Weise kann aber auch ein Wärmetauscher zum Erzeugen von Warmwasser oder ähnlichem vorgesehen sein. Die Eingangsseite des Wärmetauschers 13 ist über eine Leitung 14 und ein Drossel¬ ventil 7 mit der Abdampfseite der Wärmekraftmaschine 5 verbunden. Der Wärmetauscher 13 weist einen Kondensator auf. Der Ausgang des Kondensators ist über eine Leitung 15 mit einer S eisewasser- Versorgung 16 verbunden, die ihrerseits wiederum über eine Lei¬ tung 17 mit der Wassereinlaßseite des Dampferzeugers 1 verbunden ist, so daß ein Kreislauf der Dampf-Wasser-Dampf Leitung gegeben ist.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Verbindung zwischen Steuer¬ einrichtung 11 und Schraubenkompressor ist die Steuereinrichtung über einen weiteren Ausgang mit dem Drosselventil 7 zur Ansteuerun desselben verbunden.
Im Betrieb wird über den Eingangsstutzen 2 Rauchgas oder ein sonstiges Wärmeenergie enthaltendes Gas zugeführt und über den Dampferzeuger überhitzter Dampf erzeugt, der über die Leitung 6 der als Gegendruckdampfturbineausgebildeten Wärmekraftmaschine 5 zugeführt wird. Die Dampfturbine treibt über ihre Welle 10 und die mit ihr kraftschlüssig verbundene gemeinsame Welle 9 des Schraubenkompressors diesen an. Das durch den Kompressor komprimierte Fluid wird in bekannter Weise über Ausgänge einem Verbraucher zugeführt.
Der Schraubenkompressor hat zum Steuern in bekannter Weise Schieber- oder überStromregeleinrichtungen, mit denen sie ge¬ nügend ab- bzw. hochgeregelt werden können. Die Steuerein¬ richtung 11 ist in Abhängigkeit von der Auslegung der Dampf¬ turbine so ausgebildet, daß sie die Leistungsaufnahme des Schraubenkompressors in Abhängigkeit von der mit der Me߬ einrichtung 12 gemessenen Leistung so einstellt, daß die Leistungsaufnahme des Kompressors nicht größer und vorzugs¬ weise einige Prozent kleiner ist als die Ausgangsleistung der Dampfturbine, wenn diese in ihrem optimalen Betriebsbereich betrieben wird. Diese Ausgangsleistung der Dampfturbine ent¬ spricht der der Dampfturbine zugeführten Leistung mal dem Wir¬ kungsgrad der Dampfturbine im optimalen Ξetriebsbereich. Durch die Steuerung ist es möglich, zeitgleich mit dem Zusammenbruch der Dampfproduktion den Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine 8 zu reduzieren und die Dampf urbine auch im Teillastbereich zu halten.
Die Einrichtung weist ferner eine Mengenmeßeinrichtung 18 zum Bestimmen der dem Überhitzer des Dampferzeugers zugeführten Dampf enge und damit auch der der Dampfturbine zugeführten Dampf enge auf. Das Ausgangssignal dieser Mengenmeßeinrichtung 18 wird über eine Leitung einem Eingang der Steuereinrichtung 11 zugeführt. In Abhängigkeit von dem so zugeführten Meßsignal steuert die Steuereinrichtung 11 das Drosselventil 7 derart, daß der Dampfdruck konstant bleibt und die Menge so verändert wird, daß die Drehzahl der Dampfturbine nahezu konstant bleibt.
Der Abdampf vom Ausgang der Dampfturbine 5 wird über die Leitung 14 dem Wärmetauscher 13 zugeführt. In dem Ausführungsbeispiel wird an einem Luftkondensator Luft erwärmt und über eine ent¬ sprechende Ausgangsleitung beispielsweise einer Hallenheizung zugeführt. Der .Abdampf schlägt sich an dem Kondensator nieder und wird über die Leitung 15 zur Speisewasserversorgung rückgeführt. In der Speisewasserversorgung 16 kann in geeigneter Weise eine Aufbereitung erfolgen. Von der Speisewasserversorgung wird schließlich aufbereitetes Wasser dem Dampferzeuger zugeführt.
Mit der oben beschriebenen Einrichtung wird beispielsweise ein dem Eingang des Dampferzeugers zugeführtes Gichtgas von 600 °C auf 180 °C abgekühlt und bringt eine Wärmemenge von etwa 8,0 MWh bei 36 t/h Schmelzleistung. Hiervon werden ca. 15 % durch die Schraubenkompressoren in mechanische Arbeit umgewandelt. Durch die Ausnutzung der Abwärme der Dampfturbine erfolgt eine weitere Ausnutzung der zugeführten Energie. Dadurch steigt der Gesamtnutzen gegenüber dem Nutzen bei bisherigen Lösungen erheblich an. Der in einem -solchen Betrieb permanent hohe Druckluftbetrieb erlaubt die totale Abnahme der erzeugten Druckluft und die Auslastung der Einrichtung in Grundlast.

Claims

ATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zur Energierückgewinnung, mit einem Dampferzeuger, welcher eingangsseitig mit einer Abwärme liefernden Einrichtung verbindbar ist, mit einer Wärmekraftmaschine, welche eingangsseitig zum Beauf- 5 schlagen mit Dampf mit dem Dampferzeuger verbunden ist und mit einer Arbeitsmaschine, die von der Wärmekraftmaschine an¬ treibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (11) vorge¬ sehen ist, die eingangsseitig mit einem Signal beaufschla.gbar -0 ist, welches von einer Meßeinrichtung (12) lieferbar ist, welche die der Wärmeakraftmaschine (5) in Abhängigkeit vom Zustand des dem Dampferzeuger (1) zuzuführenden Abgases zugeführte Leistung mißt, und deren Ausgangssignal die Arbeitsmaschine (8) derart steuert, daß die Leistungsaufnahme derselben kleiner bzw. gleich 15 der von der Wärme.kraftmaschine (5) in deren optimalem Betriebs¬ bereich erzeugbaren Leistung ist.
2. Einrichtung zur Ξnergierückgewinnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (12) am Eingang
20 des Dampferzeugers (1) vorgesehen ist.
3. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (11) ein Dros- selorgan (7) an der Ausgangsseite der Wärmeakraftmaschine so be- 5 tätigt, daß der Dampfdruck konstant bleibt und die Menge so ver¬ ändert wird, daß die Drehzahl der Wärmekraftmaschine (5) nahezu konstant bleibt.
4. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdampfseite der Wärmekraft¬ maschine mit einem Wärmetauscher zum Erwärmen eines Heizmediums verbunden ist.
5. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekraftmaschine eine Turbine oder ein Dampfmotor ist.
6. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach .Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine eine Gegendruckdampf¬ turbine oder eine Kondensaticnsturbine ist.
7. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach einem der .Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine ein Schrauben¬ kompressor, ein Turbo-Kompressor, eine Pumpe oder ähnliches ist.
8. Einrichtung zur Energierückgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine (8) einen mittels der Steuerung einstellbaren Volumenstrom aufweist.
9.Einrichtung zur Energierückgewinnung, mit einem Dampferzeuger, welcher eingangsseitig mit einer Abwärm liefernden Einrichtung verbindbar ist, mit einer Wärmekraftmaschine, welche eingangsseitig zum Beauf¬ schlagen mit Dampf mit dem Dampferzeuger verbunden ist und mit einer Arbeitsmaschine, die von der"Wärmekraftmaschine an¬ treibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdampfseite der Wärmekraft¬ maschine (5) mit einem Wärmetauscher (13) zum Erwärmen eines Heizmediums verbunden ist.
PCT/EP1987/000110 1986-02-27 1987-02-26 Dispositif de recuperation d'energie dans les gaz d'echappement Ceased WO1987005361A1 (fr)

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DE19863606411 DE3606411A1 (de) 1986-02-27 1986-02-27 Einrichtung zur energierueckgewinnung aus abgasen

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PCT/EP1987/000110 Ceased WO1987005361A1 (fr) 1986-02-27 1987-02-26 Dispositif de recuperation d'energie dans les gaz d'echappement

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DE (1) DE3606411A1 (de)
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 6, Nr. 213, (M-167)(1091) 26. October 1982 & JP, A, 57119117 (Kawasaki Sukogyo) 24. Juli 1982 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 8, Nr. 258, (M-340)(1695) 27. November 1984, & JP, A, 59131710 (Mitsui Zosen) 28. Juli 1984, siehe das ganze dokument *

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Also Published As

Publication number Publication date
EP0259410A1 (de) 1988-03-16
DE3606411A1 (de) 1987-09-03

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