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Dokumentenidentifikation DE10334176B4 11.01.2007
Titel Verfahren zur Übertragung von Wärme
Anmelder ATZ-EVUS Entwicklungszentrum für Verfahrenstechnik, 92237 Sulzbach-Rosenberg, DE
Erfinder Quicker, Peter, Dr.-Ing., 96049 Bamberg, DE;
Till, Konrad, Dr., 90518 Altdorf, DE;
Faulstich, Martin, Prof. Dr.-Ing., 80333 München, DE
Vertreter Dr. Gassner & Partner, 91052 Erlangen
DE-Anmeldedatum 26.07.2003
DE-Aktenzeichen 10334176
Offenlegungstag 24.02.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.01.2007
IPC-Hauptklasse F27D 17/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F27D 13/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F23J 15/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Wärme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der DE 31 42 860 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird zur Vermeidung großvolumiger Rauchgasleitungen die dem Rauchgas innewohnende Wärme auf ein fluides Wärmeübertragungsmedium übertragen und mittels des Wärmeübertragungsmediums ein Vorwärmgut beaufschlagt. Bei dem Wärmeübertragungsmedium kann es sich um Luft handeln. Nachteiligerweise ist die Wärmeübertragung nicht besonders gut.

Aus der DE-OS 2 001 563 ist ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Feststoffen im Drehrohrofen bekannt. Um eine Ansatzbildung an der Verbindungsstelle zwischen Drehrohrofen und Abgaskanal zu verhindern, werden die Abgase, welche mit den Wandungen des Abgaskanals in Berührung kommen, auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die Anbackungstemperatur der mitgerissenen Feststoffe unterschritten ist.

Die DE 30 17 618 A1 beschreibt ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei öl- oder gasbeheizten Brennern mit rekuperativer Verbrennungsluftvorwärmung. Um die nach der Verbrennungsluftvorwärmung noch verbleibende Restwärme der Abgase auszunutzen wird vorgeschlagen, dass anschließend an die Verbrennungsluftvorwärmung unmittelbar am Brenner mit dem noch Restwärme enthaltenden Abgas ein Wärmeträgermedium beheizt wird, das sodann in einem getrennten Kreislauf über einen Wärmeverbraucher geführt wird.

Aus der EP 0 034 574 B1 ist ein Verfahren zur Verhinderung von Korrosion im Kühler und Kamin einer Verbrennungsanlage bei der Kühlung von Rauchgasen bekannt. Dabei werden die Rauchgase über die Wände eines wärmetauschenden Kühlers geführt und auf eine Temperatur unterhalb des Säuretaupunkts abgekühlt. Die Wände des Kühlers sind aus rostfreiem Stahl hergestellt. Das Kondensat wird in einen Bereich geführt, dessen Temperatur unterhalb einer höchstzulässigen Wandtemperatur sich befindet.

Aus der DD 210 486 ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung bekannt. Dabei werden die Abgase in einem ersten Schritt in einem Oberflächenwärmeübertrager bis zu einer Temperatur oberhalb des Taupunkts abgekühlt und anschließend in einem zweiten Schritt mittels eines Kontaktwärmeübertragers auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts abgekühlt. Im Kontaktwärmeübertrager wird das Abgas mit eigenem Kondensat berieselt. Die Wärme wird auf das Kondensat übertragen.

Aus der DE 196 01 332 A1 ist ein Verfahren zur Abgaswärmenutzung bei der Rauchgasreinigung bekannt. Das Rauchgas wird in einem Filter sowie einer Entschwefelungsanlage gereinigt, anschließend durch einen Nutzwärmetauscher und schließlich einen Kamin geführt.

Aus der DE 37 31 082 C1 sowie der DE 195 26 403 A1 sind Verfahren bekannt, bei denen bei der Verbrennung fester Brennstoffe gebildetes Rauchgas durch Entstaubung und Entschwefelung in ein Reingas umgewandelt wird.

Soweit bei den vorgenannten Verfahren das Rauchgas in einem Wärmetauscher abgekühlt wird, kommt es zu unerwünschten Ablagerungen und/oder Korrosionen. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Wirkungen des Rauchgases ist ein besonderer Aufwand erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, mit dem besonders effektiv Wärme aus heißem verunreinigten Rauchgas möglichst ohne besonderen apparativen Aufwand übertragen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 9.

Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass als Reingas ein strahlungsaktives Reingas vorgegebener Zusammensetzung verwendet wird, welches im Kreislauf durch den weiteren Wärmetauscher geführt wird.

Damit kann eine besonders effektive Wärmeübertragung erreicht werden. Ein besonderer apparativer Aufwand ist dazu nicht erforderlich. Eine Abkühlung des Reingases im weiteren Wärmetauscher führt nicht zu Ablagerungen und/oder Korrosion.

Unter einem "Reingas" im Sinne der Erfindung wird ein Gas vorgegebener Zusammensetzung verstanden, das im Wesentlichen frei von Staub ist. Mit einem strahlungsaktiven Reingas ist – im Gegensatz zu Luft – eine Wärmeübertragung mit einer besonders hohen Wärmestromdichte möglich. Insbesondere bei hohen Temperaturen von mehr als 900°C wird ein wesentlicher Teil der Wärme durch Strahlung übertragen. Mit einem strahlungsaktiven Reingas kann die Wärmeübertragung mittels Strahlung effektiv durchgeführt werden.

Nach einer Ausgestaltung wird als Wärmetauscher mindestens ein Regenerator verwendet, der abwechselnd von Rauchgas und Reingas durchströmt wird. Als Wärmetauscher können insbesondere auch zwei Regeneratoren verwendet werden, die wechselweise mit Rauch- und Reingas durchströmt werden. Das ermöglicht eine kontinuierliche Verfahrensführung. Als Regenerator kann insbesondere ein radial durchströmbarer Schüttgutregenerator verwendet werden, wie er beispielsweise aus der EP 0 908 692 A2 bekannt ist. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokuments wird hiermit einbezogen.

Vorteilhafterweise enthält des Reingas mindestens 40 Gew.% eines dreiatomigen Gases. Das Reingas kann insbesondere mindestens 40 Gew.% eines oder mehrerer der folgenden Gase enthalten: CO2, NH3, H2O, SO2, CH4. Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Reingas mit Luft zu mischen. Ein Reingas mit den vorgenannten Bestandteilen ermöglicht eine besonders effektive Übertragung von Wärme mittels Strahlung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung wird das Rauchgas im Wärmetauscher entstaubt. Das kann besonders einfach und effektiv durch Verwendung eines Schüttgutregenerators erreicht werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Wärme des Reingases zumindest teilweise im weiteren Wärmetauscher auf das Medium, vorzugsweise Wasser, Thermalöl oder Dampf, übertragen werden. Mit dem Medium kann z. B. ein Heizkessel beheizt wer-

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur näher erläutert.

In der einzigen Figur ist mit WT1 ein erster Regenerator und mit WT2 ein zweiter Regenerator bezeichnet, die wechselweise mit Rauchgas R beaufschlagt werden können. Bei dem in der Figur bezeigten Beispiel wird gerade der erste Regenerator WT1 von Rauchgas R durchströmt. Durch den zweiten Regenerator WT2 wird im Kreislauf Reingas Re geführt. Das Reingas Re umströmt die Oberfläche eines Heizkessels Ke. Mit dem Bezugszeichen M ist ein Medium bezeichnet, welches mit dem Heizkessel Ke aufgeheizt wird.

Das strahlungsaktive Reingas Re enthält einen CO2-Anteil von vorteilhafterweise mindestens 40 Gew.%. Der Wasseranteil im strahlungsaktiven Reingas Re kann zwischen 2 und 15 Gew.% liegen. Der Rest des strahlungsaktiven Reingases Re besteht zweckmäßigerweise aus Luft.

Die Funktion der Vorrichtung ist Folgende:

Der zweite Regenerator WT2 wird im Kreislauf mit einem Reingas Re durchströmt, das beispielsweise aus einer Mischung aus Wasserdampf, Kohlendioxid und Luft besteht. Statt des Kohlendioxids eignet sich auch ein Zusatz von SO2, NH3 oder CH4. Das Reingas Re wird in dem zuvor durch Durchleiten von heißem Rauchgas R erhitzten zweiten Regenerator WT2 aufgeheizt. Das heiße Reingas Re gibt seine Wärme im Wesentlichen durch Strahlung an den Heizkessel Ke ab. Der Heizkessel Ke kann infolgedessen bei einer höheren Temperatur und mit einer verbesserten Effektivität betrieben werden. Mit dem Heizkessel Ke wird das Medium M, welches ebenfalls im Kreislauf geführt werden kann, erhitzt. Es kann sich dabei um Thermalöl, Wasser oder dgl. handeln.

Sobald der zweite Regenerator WT2 sich auf eine bestimmte vorgegebene Temperatur abgekühlt hat, wird der zweite Regenerator WT2 anstelle von Reingas Re mit Rauchgas R durchströmt. Das Reingas Re durchströmt nun den zuvor durch Durchleiten von Rauchgas R aufgeheizten ersten Regenerator WT1. Durch das wechselweise Betreiben zweier Regeneratoren WT1, WT2 kann eine kontinuierliche Übertragung der Wärme des Rauchgases R auf das Reingas Re gewährleistet werden.

Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht insbesondere bei der Verwendung von Schüttgutregeneratoren darin, dass das Rauchgas R beim Durchleiten von Staub befreit wird. Das vorgeschlagene Reingas Re ist nicht giftig. Eventuelle geringe Verluste beim Umschalten von einem Regenerator auf den anderen Regenerator belasten die Umwelt nicht.

Die Verwendung von Reingas Re führt zu einer besonders hohen Wärmestromdichte bei der Übertragung von Wärme. Infolgedessen können Wärmetauscherflächen an einem weiteren Wärmetauscher, hier dem Heizkessel Ke, klein gehalten werden. Mit dem Reingas Re beaufschlagte weitere Wärmetauscher können mit geringem Aufwand hergestellt werden.

WT1
erster Regenerator
WT2
zweiter Regenerator
R
Rauchgas
Re
Reingas
Ke
Heizkessel
M
Medium


Anspruch[de]
Verfahren zur Übertragung von Wärme aus heißem verunreinigtem Rauchgas (R), wobei das Rauchgas (R) durch einen ersten Wärmetauscher (WT1, WT2) geführt, die Wärme zumindest teilweise auf ein Reingas (Re) übertragen wird, das Reingas (Re) durch einen weiteren Wärmetauscher (Ke) geführt und die Wärme des Reingases (Re) zumindest teilweise auf ein zu erwärmendes Medium (M) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Reingas (Re) ein strahlungsaktives Reingas (Re) vorgegebener Zusammensetzung verwendet wird, welches im Kreislauf durch den weiteren Wärmetauscher (Ke) geführt wird. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Wärmetauscher mindestens ein Regenerator (WT1, WT2) verwendet wird, der abwechselnd von Rauchgas (R) und Reingas (Re) durchströmt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Wärmetauscher zwei Regeneratoren (WT1, WT2) verwendet werden, die wechselweise mit Rauch- (R) und Reingas (Re) durchströmt werden. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei als Regenerator (WT1, WT2) ein radial durchströmbarer Schüttgutregenerator verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reingas (Re) mindestens 40 Gew.% eines dreiatomigen Gases enthält. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reingas (Re) mindestens 40 Gew.% eines oder mehrerer der folgenden Gase enthält : CO2, NH3, H2O, SO2, CH4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reingas (Re) Luft enthält. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rauchgas (R) im Wärmetauscher (WT1, WT2) entstaubt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärme des Reingases (Re) zumindest teilweise im weiteren Wärmetauscher (Ke) auf das Medium (M), vorzugsweise Wasser, Thermalöl oder Dampf, übertragen wird.






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