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Dokumentenidentifikation DE60128180T2 03.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001158161
Titel Verfahren zur Kraftproduktion und Kraftanlage
Anmelder Ormat Industries, Ltd., Yavne, IL
Erfinder Bronicki, Lucien, Yavna Israel, IL;
Legmann, Hilel, Yavne Israel, IL;
Amir, Nadav, Rehovot Israel, IL;
Batscha, Dan, Ramat Hasharon Israel, IL
Vertreter Patentanwälte Westphal Mussgnug & Partner, 78048 Villingen-Schwenningen
DE-Aktenzeichen 60128180
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.05.2001
EP-Aktenzeichen 011125473
EP-Offenlegungsdatum 28.11.2001
EP date of grant 02.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse F03G 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02G 5/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C04B 7/47(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F27D 17/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
1. Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Energie und im Besonderen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie in Verbindung mit der Produktion von Zement.

2. Hintergrund der Erfindung

In jüngster Zeit hat die Notwendigkeit zur Erzeugung von Elektrizität und Energie aus lokal verfügbaren Wärmequellen größeres Interesse gewonnen. Im Besonderen existiert solch eine Wärmequelle in Zementherstellungsfabriken, siehe die Dokumente zum Stand der Technik EP-A-0 775 677 und DE-U-29608816. Da die Umweltanforderungen, denen solche Zementherstellungsfabriken entsprechen müssen, ziemlich streng sein können, erfordert die Erzeugung von Elektrizität und Energie durch Zement produzierende Fabriken besondere Aufmerksamkeit.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie zur Verfügung zu stellen, wobei die Nachteile, wie umrissen, vermindert oder im Wesentlichen überwunden werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Verfahren zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte: Zuführen von Schlacke aus einer Zementproduktionsvorrichtung in einen Rostkühler zum Abkühlen der Schlacke; und Extrahieren von Heißluft aus dem Rostkühler und Zuführen von dieser in einen Filter, zum Beispiel einen elektrostatischen Abscheider oder Beutelfilter. Wenn ein elektrostatischer Abscheider für das Extrahieren partikelförmiger Materie aus der Heißluft aus dem Rostkühler verwendet wird, wird diese Heißluft dem elektrostatischen Abscheider zugeführt. Danach wird die gefilterte Luft, die aus dem elektrostatischen Abscheider austritt, einem Luft zu Wärme Wärmetauscher mit Wärmeaustauschflüssigkeit zugeführt, der zum Beispiel thermisches Öl usw. für das Erwärmen der Wärmeaustauschflüssigkeit enthält. Ein Arbeitsmedium wird mit Hilfe der Wärme in der erwärmten Wärmeaustauschflüssigkeit verdampft, und verdampftes Arbeitsmedium und von Wärme abgereicherte Wärmeaustauschflüssigkeit werden erzeugt. Die Wärme in der von Wärme abgereicherten Wärmeaustauschflüssigkeit wird verwendet, um ein Arbeitsmedium vorzuwärmen, während das im Verdampfer erzeugte verdampfte Arbeitsmedium einer Turbine zur Erzeugung von Energie zugeführt wird. Verdampftes Arbeitsmedium, das aus der Turbine austritt, wird einem Kondensator für das Arbeitsmedium zugeführt, der das verdampfte Arbeitsmedium kondensiert, das aus der Turbine austritt, und ein Kondensat des Arbeitsmediums erzeugt, das dem Verdampfer zugeführt wird. Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren das Zuführen des verdampften Arbeitsmediums, das aus der Turbine austritt, in ein Wärmerückgewinnungssystem, das das vom Kondensator für das Arbeitsmedium zugeführtes Kondensat vor dem Zuführen des Kondensats des Arbeitsmediums in den Verdampfer des Arbeitsmediums erwärmt. Weiterhin wird das Kondensat des Arbeitsmediums vorzugsweise einem Vorwärmer zugeführt, der das Kondensat des Arbeitsmediums vorwärmt und vorgewärmtes Arbeitsmedium erzeugt, das dem Verdampfer zugeführt wird.

Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, umfassend: einen Rostkühler zur Kühlung von Schlacke, die von einer Zementproduktionsvorrichtung zugeführt wird; einen Filter, zum Beispiel einen elektrostatischer Abscheider oder Beutelfilter, der partikelförmige Materie aus Heißluft extrahiert, die von dem Rostkühler zugeführt wird; und einen Luft zu Wärme Wärmetauscher mit Austauschflüssigkeit, der zum Beispiel thermisches Öl usw. enthält, das die Wärmeaustauschflüssigkeit mit Wärme aus der gefilterten Luft erwärmt, die aus dem elektrostatischen Abscheider austritt, wenn solch ein Abscheider verwendet wird. Außerdem umfasst die Vorrichtung einen Verdampfer, der unter Verwendung von Wärme in der erwärmten Wärmeaustauschflüssigkeit ein Arbeitsmedium verdampft und verdampftes Arbeitsmedium und von Wärme abgereicherte Wärmeaustauschflüssigkeit erzeugt. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Vorwärmer, der Arbeitsmedium mit Hilfe von Wärme in der von Wärme abgereicherter Wärmeaustauschflüssigkeit vorwärmt und eine Turbine, die in dem Verdampfer erzeugtes verdampftes Arbeitsmedium empfängt und Energie erzeugt. Die Vorrichtung stellt auch einen Kondensator für das Arbeitsmedium zur Verfügung, der verdampftes Arbeitsmedium empfängt, das aus der Turbine austritt, und das verdampfte Arbeitsmedium kondensiert, das aus der Turbine austritt, und ein Kondensat des Arbeitsmediums erzeugt, das dem Verdampfer zugeführt wird. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung außerdem ein Wärmerückgewinnungssystem, das vom Kondensator für das Arbeitsmedium zugeführtes Kondensat des Arbeitsmediums mit Wärme vom verdampften Arbeitsmedium erwärmt, das vor dem Zuführen des Kondensats des Arbeitsmediums in den Verdampfer aus der Turbine austritt. Außerdem umfasst die Vorrichtung vorzugsweise einen separaten Vorwärmer, der das Kondensat des Arbeitsmediums vorwärmt und vorgewärmtes Arbeitsmedium erzeugt, das dem Verdampfer zugeführt wird. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Arbeitsmedium ein organisches Arbeitsmedium. Am meisten bevorzugt umfasst das organische Arbeitsmedium Pentan.

Kurze Beschreibung der Figuren

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden auf dem Weg des Beispiels und mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben, wobei:

1 ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und

2 ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

2A ein Blockdiagramm einer weiteren Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;

2B ein Blockdiagramm einer noch weiteren Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;

2C ein Blockdiagramm einer zusätzlichen Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;

2D ein Blockdiagramm noch einer zusätzlichen Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;

3 ein Blockdiagramm von sogar noch einer weiteren Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;

3A ein Blockdiagramm eines Wärmetauschers zu Verwendung in Verbindung mit der mit Bezug auf 3 beschriebenen Vorrichtung ist; und

3B ein Blockdiagramm eines weiteren Wärmetauschers zur Verwendung in Verbindung mit der mit Bezug auf 3 beschriebenen Vorrichtung ist.

Gleiche Bezugszeichen und Kennzeichnungen in den verschiedenen Figuren beziehen sich auf gleiche Elemente.

Detaillierte Beschreibung

Sich jetzt auf 1 beziehend, bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung. Zusammen mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie gezeigt wird Zementschlacke 12, die zum Abkühlen der Schlacke dem Rostkühler 14 zugeführt wird. Heißluft vom Rostkühler 14 wird dem elektrostatischen Abscheider 16 zum Extrahieren partikelförmiger Materie aus der Heißluft zugeführt. Gefilterte Luft, die aus dem elektrostatischen Abscheider 16 austritt, wird dem Wärmetauscher mit Luft zu Wärme Übertragungsflüssigkeit zugeführt, zum Beispiel dem Luft zu Öl Wärmetauscher 18, der thermisches Öl usw. zur Übertragung der Wärme aus der Heißluft auf darin enthaltenes thermisches Öl enthält. Von Wärme abgereicherte Heißluft wird aus dem Luft zu Öl Wärmetauscher 18 extrahiert, während das in dem Wärmetauscher 18 erzeugte erwärmte thermische Öl vorzugsweise dem Verdampfer 20 zugeführt wird, um darin vorhandenes Arbeitsmedium zu verdampfen. Das von Wärme abgereicherte thermische Öl, das aus dem Verdampfer 20 austritt, wird dem Vorwärmer 22 zur Erzeugung von vorgewärmtem Arbeitsmedium zugeführt. Weiteres von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Vorwärmer 22 austritt, wird dem Luft zu Öl Wärmetauscher 18 zur Erwärmung zugeführt. Verdampftes Arbeitsmedium wird aus dem Verdampfer 22 in die Turbine 24 zugeführt zur Ausdehnung und zur Erzeugung von Energie, so dass der elektrische Generator 26 vorzugsweise angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen. Ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium strömt aus der Turbine 24 aus und wird dem Kondensator 28 zur Erzeugung von Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt, das unter Verwendung der Pumpe 32 dem Vorwärmer 20 zugeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch, bevor ausgedehntes Arbeitsmedium dem Kondensator 28 zugeführt wird, das ausgedehnte Arbeitsmedium zu allererst dem Wärmerückgewinnungssystem 30 zugeführt, um Wärme aus dem ausgedehnten Arbeitsmedium zu extrahieren, und das von Wärme abgereicherte erzeugte ausgedehnte Arbeitsmedium wird dem Kondensator 28 zugeführt. Die vom ausgedehnten Arbeitsmedium im Wärmerückgewinnungssystem 30 extrahierte Wärme wird extrahiert aus von dem Kondensator 28 zugeführtem Kondensat des Arbeitsmediums, so dass dem Vorwärmer 20 erwärmtes Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt wird.

Wenn ein elektrostatischer Abscheider, wie zum Beispiel der elektrostatische Abscheider 16 verwendet wird, können Temperaturen von bis zu 400° C im elektrostatischen Abscheider vorhanden sein.

In einer Alternative kann der Luft zu Öl Wärmetauscher 18 vor dem elektrostatischen Abscheider 1 angeordnet werden. Hier wird ein vor dem Luft zu Öl Wärmetauscher 19 angeordneter Partikelextraktor verwendet, wie zum Beispiel ein Zyklonseparator usw., der partikelförmige Materie extrahiert, bevor die heißen Gase, die aus dem Rostkühler 14 austreten, dem Luft zu Öl Wärmetauscher 18 zugeführt werden. In diesem Fall kann die Größe des elektrostatischen Abscheiders 16, der die von Wärme abgereicherte Heißluft des Luft zu Öl Wärmetauschers 19 empfängt, reduziert werden.

Sich jetzt auf 2 beziehend, bezeichnet das Bezugszeichen 200 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung. Gezeigt wird zusammen mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie die Zementschlacke 212, die dem Rostkühler 214 zum Abkühlen der Schlacke zugeführt wird. Heißluft vom Rostkühler 214 wird dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217 zugeführt, um Wärme der Heißluft, die aus dem Rostkühler 214 austritt, auf weitere Luft zu übertragen und von Wärme abgereicherte Heißluft zu erzeugen, die dem Beutelfilter 216 zugeführt wird. In diesem Fall wird der Luft zu Luft Wärmetauscher 217 als ein Backup-System verwendet. Unter üblichen Betriebsbedingungen wird Heißluft, die aus dem Rostkühler 214 austritt, dem Wärmetauscher mit Luft zu Wärme Übertragungsflüssigkeit zugeführt, zum Beispiel dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218, der thermisches Öl usw. enthält, um Wärme aus der Heißluft auf darin enthaltenes thermisches Öl zu übertragen. Ein vor dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218 angeordneter Partikelextraktor, wie zum Beispiel ein Zyklonseparator usw., der partikelförmige Materie extrahiert, wird verwendet, bevor die heißen Gase, die aus dem Rostkühler 214 austreten, dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218 zugeführt werden. Weitere von Wärme abgereicherte Heißluft wird aus dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218 extrahiert, während das erwärmte, im Wärmetauscher 213 erzeugte thermische Öl, vorzugsweise dem Verdampfer 220 zugeführt wird, um darin enthaltenes Arbeitsmedium zu verdampfen. Die weitere von Wärme abgereicherte Heißluft, die aus dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218 austritt, wird direkt dem Beutelfilter 216 zugeführt, um partikelförmiger Materie daraus zu extrahieren. Von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Verdampfer 220 austritt, wird dem Vorwärmer 222 zur Erzeugung von vorgewärmtem Arbeitsmedium zugeführt. Weiteres von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Vorwärmer 222 austritt, wird zur Erwärmung dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218 zugeführt. Verdampftes Arbeitsmedium wird vom Verdampfer 222 der Turbine 224 zur Ausdehnung und Erzeugung von Energie zugeführt, so dass der elektrische Generator 226 vorzugsweise angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen. Ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium strömt aus der Turbine 224 aus und wird dem Kondensator 228 zur Erzeugung des Kondensats des Arbeitsmediums zugeführt, das mit Hilfe der Pumpe 232 dem Vorwärmer 220 zugeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch, bevor das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium dem Kondensator 228 zugeführt wird, das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium zu allererst dem Wärmerückgewinnungssystem 230 zugeführt, um Wärme aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium zu extrahieren und das erzeugte, von Wärme abgereicherte ausgedehnte Arbeitsmedium wird dem Kondensator 228 zugeführt. Die aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium im Wärmerückgewinnungssystem 230 extrahierte Wärme wird extrahiert durch das von dem Kondensator 228 zugeführte Kondensat des Arbeitsmediums, so dass dem Vorwärmer 220 erwärmtes Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt wird.

Wenn ein Beutelfilter wie Beutelfilter 216 verwendet wird, können Temperaturen von 120° C (bis zu 200° C) im Beutelfilter auftreten.

Sich jetzt 2A zuwendend, bezeichnet das Bezugszeichen 200A eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung. Gezeigt wird, zusammen mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, Zementschlacke 212, die dem Rostkühler 214 zum Abkühlen der Schlacke zugeführt wird. Heißluft vom Rostkühler 214 wird dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217A zugeführt, um Wärme aus Heißluft, die aus dem Rostkühler 214 austritt, auf weitere Luft zu übertragen und von Wärme abgereicherte Heißluft zu erzeugen, die dem Beutelfilter 216A zugeführt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Luft zu Luft Wärmetauscher 217A in dem Wärmeübertragungssystem zur Erzeugung von Energie verwendet. Deshalb wird die weitere Luft, die verwendet wird, um die Heißluft abzukühlen, die aus dem Rostkühler 214 austritt, unter üblichen Betriebsbedingungen über die Leitung 213A in den Luft zu Wärme Wärmetauscher mit Austauschflüssigkeit zugeführt, zum Beispiel den Luft zu Öl Wärmetauscher 218A, der thermisches Öl usw. enthält, um Wärme aus der Heißluft auf darin enthaltenes thermisches Öl zu übertragen. Von Wärme abgereicherte erwärmte Luft wird über die Leitung 215A aus dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218A extrahiert und dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217A zugeführt, während das in dem Wärmetauscher 218A erzeugte erwärmte thermische Öl vorzugsweise dem Verdampfer 222A zugeführt wird, um darin enthaltenes Arbeitsmedium zu verdampfen. Von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Verdampfer 222A austritt, wird vorzugsweise dem Vorwärmer 220A zugeführt, um vorgewärmtes Arbeitsmedium zu erzeugen. Weiteres von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Vorwärmer 220A austritt, wird dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218A zur Erwärmung zugeführt. Verdampftes Arbeitsmedium wird zur Ausdehnung und zur Erzeugung von Energie vom Verdampfer 222A in die Turbine 224 zugeführt, so dass der elektrische Generator 226 vorzugsweise angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen.

Ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium tritt aus der Turbine 224 aus und wird dem Kondensator 228 zur Erzeugung des Kondensats des Arbeitsmediums zugeführt, das unter Verwendung der Pumpe 232 dem Vorwärmer 220A zugeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch, bevor das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium dem Kondensator 228 zugeführt wird, das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium zu allererst dem Wärmerückgewinnungssystem 230 zugeführt, um Wärme aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium zu extrahieren, und das erzeugte, von Wärme abgereicherte ausdehnte Arbeitsmedium wird dem Kondensator 228 zugeführt. Die aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium im Wärmerückgewinnungssystem 230 extrahierte Wärme wird extrahiert durch das durch den Kondensator 228 zugeführte Kondensat des Arbeitsmediums, so dass dem Vorwärmer 220 erwärmtes Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt wird.

In 2B bezeichnet das Bezugszeichen 200B eine zusätzliche Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung. Gezeigt wird zusammen mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie die Zementschlacke 212, die dem Rostkühler 214 zum Abkühlen der Schlacke zugeführt wird. Heißluft aus dem Rostkühler 214 wird dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217B zugeführt zur Übertragung von Wärme aus Heißluft, die aus dem Rostkühler 214 austritt, auf weitere Luft, die dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217B durch den Lufteinlass 211B zugeführt wird und zur Erzeugung von Wärme abgereicherter Heißluft, die dem Beutelfilter 216B zugeführt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Luft zu Luft Wärmetauscher 217B im Wärmeübertragungssystem zur Erzeugung von Energie verwendet. Daher wird unter üblichen Betriebsbedingungen die weitere Luft, die verwendet wird, um die Heißluft abzukühlen, die aus dem Rostkühler 214 austritt, über die Leitung 213B dem Luft zu Wärme Wärmetauscher mit Austauschflüssigkeit, zum Beispiel dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218B zugeführt, der thermisches Öl usw. enthält, um Wärme aus der Heißluft auf darin enthaltenes thermisches Öl zu übertragen. Von Wärme abgereicherte erwärmte Luft wird über die Leitung 213B aus dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218B extrahiert und der Umgebungsluft über diesen Heißluftauslass zugeführt, während das in dem Wärmetauscher 218B erzeugte erwärmte thermische Öl vorzugsweise dem Verdampfer 222B zum Verdampfen des darin enthaltenen Arbeitsmediums zugeführt wird. Von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Verdampfer 222B austritt, wird zur Erzeugung des vorgewärmten Arbeitsmediums vorzugsweise dem Vorwärmer 220B zugeführt. Weiteres von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Vorwärmer 20 austritt, wird dem Luft zu Öl Wärmetauscher 218B zur Erwärmung zugeführt. Verdampftes Arbeitsmedium wird der Turbine 224 von dem Verdampfer 222B zur Ausdehnung und zur Erzeugung von Energie zugeführt, so dass der elektrische Generator 226 vorzugsweise angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen. Ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium tritt aus der Turbine 224 aus und wird dem Kondensator 228 zur Erzeugung von Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt, das mit Hilfe der Pumpe 232 dem Vorwärmer 220 zugeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch, bevor ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium dem Kondensator 228 zugeführt wird, das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium zu allererst dem Wärmerückgewinnungssystem 230 zum Extrahieren der Wärme aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium zugeführt, und das erzeugte, von Wärme abgereicherte ausgedehnte Arbeitsmedium wird dem Kondensator 228 zugeführt. Die vom ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium in dem Wärmerückgewinnungssystem 230 extrahierte Wärme wird extrahiert durch das von dem Kondensator 228 zugeführte Kondensat des Arbeitsmediums, so dass dem Vorwärmer 220B erwärmtes Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt wird.

Das Bezugszeichen 200C in 2C bezeichnet noch eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung. Gezeigt wird, zusammen mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, die Zementschlacke 212, die dem Rostkühler 214 zum Abkühlen der Schlacke zugeführt wird. Heißluft aus dem Rostkühler 214 wird dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217C zugeführt zum Übertragen der Wärme aus der Heißluft, die aus dem Rostkühler 214 austritt, auf weitere Luft, die durch die Leitung 211C dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217C zugeführt wird und zur Erzeugung von Wärme abgereicherter Heißluft, die dem Beutelfilter 216C zugeführt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Luft zu Luft Wärmetauscher 217C in der Wärmeaustauschanordnung verwendet, um Energie zu erzeugen. Daher wird unter üblichen Betriebsbedingungen die weitere Luft, die verwendet wird, um die Heißluft abzukühlen, die aus dem Rostkühler 214 austritt, vorzugsweise über die Leitung 213C und den Ventilator 219C dem Verdampfer 222C zugeführt, um darin enthaltenes Arbeitsmedium zu verdampfen ohne die Verwendung von einem Luft zu Wärmetauscher mit Obertragungsflüssigkeit, der zum Beispiel thermisches Öl usw. enthält. Von Wärme abgereicherte erwärmte Luft, die aus dem Verdampfer 222C austritt, wird zur Erzeugung von vorgewärmtem Arbeitsmedium vorzugsweise dem Vorwärmer 220C zugeführt. Weitere von Wärme abgereicherte erwärmte Luft, die aus dem Vorwärmer 220C austritt, wird dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217C zur Erwärmung zugeführt. Verdampftes Arbeitsmedium wird der Turbine 224 aus dem Verdampfer 222C zur Ausdehnung und zur Erzeugung von Energie zugeführt, so dass der elektrische Generator 226 vorzugsweise angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen. Ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium strömt aus der Turbine 224 aus und wird dem Kondensator 228 zur Erzeugung von Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt, das mit Hilfe der Pumpe 232 dem Vorwärmer 220C zugeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch, bevor ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium dem Kondensator 228 zugeführt wird, das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium zu allererst dem Wärmerückgewinnungssystem 230 zugeführt, um Wärme aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium zu extrahieren und das von Wärme abgereicherte erzeugte ausgedehnte Arbeitsmedium wird dem Kondensator 228 zugeführt. Die vom ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium im Wärmerückgewinnungssystem 230 extrahierte Wärme wird extrahiert durch Kondensat des Arbeitsmediums, das vom Kondensator 228 zugeführt wird, so dass dem Vorwärmer 220C erwärmtes Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt wird.

Sich jetzt 2D zuwendend, bezeichnet das Bezugszeichen 200D eine noch weitere Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung. Gezeigt wird, zusammen mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, Zementschlacke 212, die dem Rostkühler 214 zugeführt wird, um die Schlacke abzukühlen. Heißluft aus dem Rostkühler 214 wird dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217D zugeführt, um Wärme aus Heißluft, die aus dem Rostkühler 214 austritt, auf weitere Luft zu übertragen, die über die Leitung 211D und den Ventilator 219D dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217D zugeführt wird, und um von Wärme abgereicherte Heißluft zu erzeugen, die dem Beutelfilter 216D zugeführt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Luft zu Luft Wärmetauscher 217D in der Wärmetauscheranordnung verwendet, um Energie zu erzeugen. Daher wird unter üblichen Betriebsbedingungen die weitere Luft, die verwendet wird, um die Heißluft abzukühlen, die aus dem Rostkühler 214 austritt, vorzugsweise über die Leitung 213D dem Verdampfer 222D zugeführt, um darin enthaltenes Arbeitsmedium ohne die Verwendung eines Luft zu Wärme Wärmetauschers mit Übertragungsflüssigkeit, der zum Beispiel thermisches Öl usw. enthält, zu verdampfen. Von Wärme abgereicherte erwärmte Luft, die aus dem Verdampfer 220 austritt, wird dem Vorwärmer 220D vorzugsweise zur Erzeugung des vorgewärmten Arbeitsmediums zugeführt. Weitere von Wärme abgereicherte erwärmte Luft, die aus dem Vorwärmer 220D austritt, wir über die Leitung 215D der Umgebungsluft zugeführt. Verdampftes Arbeitsmedium wird der Turbine 224 vom Verdampfer 222D zu Ausdehnung und zur Erzeugung von Energie zugeführt, so dass der elektrische Generator 226 vorzugsweise angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen. Ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium strömt aus der Turbine 224 aus und wird dem Kondensator 228 zur Erzeugung von Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt, das mit Hilfe der Pumpe 232 dem Vorwärmer 220D zugeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch, bevor das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium dem Kondensator 228 zugeführt wird, das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium zu allererst dem Wärmerückgewinnungssystem 230 zugeführt, um Wärme aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium zu extrahieren, und das erzeugte, von Wärme abgereicherte ausgedehnte Arbeitsmedium wird dem Kondensator 228 zugeführt. Die im Wärmerückgewinnungssystem 230 vom ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium extrahierte Wärme wird durch das aus dem Kondensator 228 zugeführte Kondensat des Arbeitsmediums extrahiert, so dass dem Vorwärmer 220D erwärmtes Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt wird.

Eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung, bezeichnet mit 300, wird mit Bezug auf 3 beschrieben.

Gezeigt wird, zusammen mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, Zementschlacke 312, die dem Rostkühler 314 zugeführt wird, um die Schlacke abzukühlen. Heißluft aus dem Rostkühler 314 wird dem Luft zu Wärme Wärmetauscher 317, der thermisches Öl usw. enthält, zugeführt, um Wärme aus der Heißluft, die aus dem Rostkühler 314 austritt, auf darin enthaltenes Öl zu übertragen und um von Wärme abgereichert Heißluft zu erzeugen, die dem Beutelfilter 316 zugeführt wird. Vorzugsweise wird ein vor dem Luft zu Öl Wärmetauscher 317 angeordneter Partikelextraktor, wie ein zum Beispiel ein Zyklonseparator usw. verwendet, der partikelförmige Materie extrahiert, bevor die heißen Gase, die aus dem Rostkühler 314 austreten, dem Luft zu Öl Wärmetauscher 317 zugeführt werden. Daher wird unter üblichen Betriebsbedingungen das in dem Wärmetauscher 317 erzeugte erwärmte thermische Öl vorzugsweise lediglich dem Verdampfer 322 zum Verdampfen des darin enthaltenen Arbeitsmediums zugeführt. Von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Verdampfer 322 austritt, wird zur Erzeugung des vorgewärmten Arbeitsmediums vorzugsweise dem Vorwärmer 320 zugeführt. Weiteres von Wärme abgereichertes thermisches Öl, das aus dem Vorwärmer 320 austritt, wird dem Luft zu Öl Wärmetauscher 317 zur Erwärmung zugeführt. Verdampftes Arbeitsmedium wird der Turbine 324 vom Verdampfer 322 zur Ausdehnung und zur Erzeugung von Energie zugeführt, so dass der elektrische Generator 326 vorzugsweise angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen. Ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium strömt aus der Turbine 324 aus und wird dem Kondensator 329 zur Erzeugung von Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt, das mit Hilfe der Pumpe 332 dem Vorwärmer 320 zugeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch, bevor ausgedehntes verdampftes Arbeitsmedium dem Kondensator 328 zugeführt wird, das ausgedehnte verdampfte Arbeitsmedium zu allererst dem Wärmerückgewinnungssystem 330 zum Extrahieren der Wärme aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium zugeführt, und das erzeugte, von Wärme abgereicherte ausgedehnte Arbeitsmedium wird dem Kondensator 328 zugeführt. Die aus dem ausgedehnten verdampften Arbeitsmedium im Wärmerückgewinnungssystem 330 extrahierte Wärme wird extrahiert durch das Kondensat des Arbeitsmediums, das aus dem Kondensator 328 zugeführt wird, so dass dem Vorwärmer 320 geheiztes Kondensat des Arbeitsmediums zugeführt wird.

In dieser Ausführungsform kann der Luft zu Öl Wärmetauscher 317 vorzugsweise die Form eines mit Bezug auf 3A beschriebenen und darin mit 300A bezeichneten Gegenstromwärmetauschers annehmen. Wie in 3A gezeigt, kann der Wärmetauscher 300A die Form von einem Wärmetauscher mit einer Ummantelung und einem Rohr annehmen, wobei Heißluft, die aus dem Rostkühler 314 austritt und über die Leitung 311 in den Wärmetauscher eintritt (siehe 3, den Wärmetauscher bezeichnet mit 317 in 3), durch die Ummantelung 350 und Durchgangsbohrungen 352 fließt. Andererseits fließt das thermische Öl in den Rohren 354 des Wärmetauschers mit einer Ummantelung und einem Rohr 300A vorzugsweise in einer Richtung entgegen der Richtung des Flusses der Heißluft, die in den Durchgangsbohrungen 352 fließt. Auf solch eine Weise wird die Wärmeübertragung verbessert. Außerdem werden der Ventilator 356 und die Lüftungsgitter 358 zur Verfügung gestellt, um den Wärmetauscher mit Luft zum Abkühlen der Rohre zu versorgen, wenn aus irgendeinem Grund der Fluss des thermischen Öls gestoppt wird.

Eine andere Form eines Gegenstromwärmetauschers wird in 3B, bezeichnet mit 300B, gezeigt. In diesem Wärmetauscher fließt das thermische Öl in der inneren Ummantelung 352B, während die Heißluft, die Partikel enthält, in der äußeren Ummantelung 354B fließt. Auf solch eine Weise kann die Heißluft wirksamer von der durch den Ventilator 356 über die Lüftungsgitter 359 zugeführten Luft abgekühlt werden, wenn das thermische Öl nicht nachfolgt.

Vorzugsweise umfasst das Arbeitsmedium in allen Ausführungsformen ein organisches Arbeitsmedium. Am meisten bevorzugt umfasst das organische Arbeitsmedium Pentan, entweder n-Pentan oder ISO-Pentan.

Während sich die vorliegende Beschreibung ausdrücklich auf thermisches Öl bezieht als die in dem Luft zu Wärme Wärmetauscher mit Wärmeaustauschflüssigkeit verwendete Wärmeaustauschflüssigkeit, kann die vorliegende Erfindung statt dem thermischen Öl unter Druck stehendes Wasser in einem unter Druck stehenden Wasserkreislauf verwenden. Alternativ kann Dampf usw. statt dem thermischen Öl verwendet werden.

Weiterhin muss darauf hingewiesen werden, dass die mit Bezug auf die 2A und 2B beschrieben Ausführungsformen kombiniert werden können. In solch einem Fall können Umschalter in der Leitung 215A gemäß 2A installiert werden an den zwei Positionen, die mit den in dieser Leitung vorhandenen Kreisen gekennzeichnet sind, so dass der Umschalter an der unteren Position in der Figur es ermöglichen kann, dass dieser Punkt als ein Lufteinlass arbeitet, während der in der oberen Position in der Figur angeordnete Umschalter es ermöglichen kann, dass dieser Punkt als ein Luftauslass arbeiten kann. Alternativ dazu kann eine Leitung zwischen dem Auslass für die erwärmte Luft am Ausgang von Leitung 215B und dem Lufteinlass zu dem Luft zu Luft Wärmetauscher 217B, in 2B mit Kreisen gekennzeichnet zu ersehen, hinzugefügt werden, so dass diese Ausführungsform auf dieselbe Weise arbeiten kann, wie die mit Bezug auf 2A beschriebene Ausführungsform.

Während sich die vorliegende Erfindung, wie beschrieben, auf die Erzeugung von Energie aus Wärme bezieht, die verwendet wird, um einen Rostkühler mit Zementschlacke abzukühlen, kann die vorliegende Erfindung außerdem auch verwendet werden, um Wärme zu verwenden, die bei der Herstellung oder der Verarbeitung von Glas vorhanden ist.

Außerdem sollte beachtet werden, dass sich Zuführungsmittel oder Leitungen, die in dieser Beschreibung erwähnt werden, auf geeignete Leitungsrohre usw. beziehen.

Weiterhin sollte darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung auch das Verfahren dafür umfasst, die offenbarte Vorrichtung mit Bezug auf die oben beschriebenen Figuren zu betreiben.

Es wird angenommen, dass die Vorteile und die verbesserten Ergebnisse, die durch das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, aus der vorhergehenden Beschreibung der Erfindung offensichtlich sind. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können durchgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie diese in den Ansprüchen, die folgen, beschrieben ist.


Anspruch[de]
Verfahren zur Erzeugung von Energie, das die Schritte umfasst:

a) Zuliefern von Schlacke aus einer Zementherstellungsvorrichtung in einen Rasterkühler, um die Schlacke zu kühlen;

b) Extrahieren von Heißluft aus dem Rasterkühler und Zuliefern von dieser in einen elektrostatischen Abscheider zur Extraktion partikelförmiger Materie aus dieser Heißluft;

c) Zuliefern von gefilterter Luft, die aus diesem elektrostatischen Abscheider austritt, in einen Luft zu Wärme Wärmetauscher mit Wärmeaustauschflüssigkeit zur Erwärmung einer Wärmeaustauschflüssigkeit;

d) Verdampfen von Arbeitsmedium in einem Verdampfer unter Verwendung von Wärme in der erwärmten Wärmeaustauschflüssigkeit und Erzeugung von verdampftem Arbeitsmedium und von Wärme abgereicherter Wärmeaustauschflüssigkeit;

e) Vorheizen von Arbeitsmedium unter Verwendung von Wärme in der von Wärme abgereicherten Wärmeaustauschflüssigkeit;

f) Zuliefern von verdampftem Arbeitsmedium, das in diesem Verdampfer erzeugt wurde, in eine Turbine zur Erzeugung von Energie;

g) Zuliefern von verdampftem Arbeitsmedium, das aus dieser Turbine austritt, in einen Kondensator für Arbeitsmedium, der dieses verdampfte Arbeitsmedium kondensiert, das aus dieser Turbine austritt und Erzeugen von Kondensat des Arbeitsmediums; und

h) Zuliefern von diesem Kondensat des Arbeitsmediums in diesen Verdampfer.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Zuliefern des verdampften Arbeitsmediums, das aus dieser Turbine austritt, in einen Wärmetauscher, der das Kondensat des Arbeitsmediums, das von diesem Kondensator für das Arbeitsmedium zugeliefert wird, vor dem Zuliefern dieses Kondensats des Arbeitsmediums in diesen Verdampfer erwärmt. Verfahren nach Anspruch 1, wobei dieses Kondensat des Arbeitsmediums einem Vorerhitzer zugeführt wird, der dieses Kondensat des Arbeitsmediums vorheizt und vorgeheiztes Arbeitsmedium erzeugt, das diesem Verdampfer zugeführt wird. Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, umfassend:

a) einen Rasterkühler (14) zur Kühlung von Schlacke, die von einer Zementherstellungsvorrichtung zur Verfügung gestellt wird;

b) einen elektrostatischen Abscheider (16), der partikelförmige Materie aus der Heißluft extrahiert, die von diesem Rasterkühler (14) zur Verfügung gestellt wird;

c) einen Luft zu Wärme Wärmetauscher mit Wärmeaustauschflüssigkeit (18), der Wärmeaustauschflüssigkeit mit Wärme aus gefilterter Luft erwärmt, die aus dem elektrostatischen Abscheider (16) austritt;

d) einen Verdampfer (20), der vorgeheiztes Arbeitsmedium unter Verwendung von Wärme in der erwärmten Wärmeaustauschflüssigkeit verdampft und verdampftes Arbeitsmedium und von Wärme abgereicherte Wärmeaustauschflüssigkeit erzeugt;

e) einen Vorerhitzer (22), der vorgeheiztes Arbeitsmedium in einem Vorerhitzer verdampft unter Verwendung von Wärme in dieser von Wärme abgereicherten Wärmeaustauschflüssigkeit;

f) eine Turbine (24), die in diesem Verdampfer (20) erzeugtes verdampftes Arbeitsmedium empfängt und Energie erzeugt; und

g) einen Kondensator für das Arbeitsmedium (28), der verdampftes Arbeitsmedium empfängt, das aus dieser Turbine (24) austritt und das verdampfte Arbeitsmedium kondensiert, das aus dieser Turbine austritt, und ein Kondensat des Arbeitsmediums erzeugt, das diesem Verdampfer (20) zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, die einen Wärmetauscher (30) umfasst, der ein Kondensat des Arbeitsmediums, das von diesem Kondensator für das Arbeitsmedium (28) zugeführt wird, erwärmt mit Wärme von dem verdampften Arbeitsmedium, das aus dieser Turbine (24) austritt, bevor das Kondensat des Arbeitsmediums diesem Verdampfer (20) zugeführt wird. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei dieser Vorerhitzer (22) dieses Kondensat des Arbeitsmediums vorheizt und vorgeheiztes Arbeitsmedium erzeugt, das diesem Verdampfer (20) zugeführt wird. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei dieses Arbeitsmedium ein organisches Arbeitsmedium umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Arbeitsmedium Pentan umfasst.






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