Verfahren zur Ausnützung von in industriellen Ofenanlagen anfallender Abwärme. Es ist, bekannt, die Wärme von Ofenabga sen auf Energieträger zu übertragen, z. B. auf Wasser, um Dampf zu erzeugen und auf diese Weise Abfallenergie zu gewinnen. Auch Luft ist. vorgeschlagen worden, hiezu zu benützen.
Ein weiterer Vorschlag geht dahin, bei derartigen Heissluftanlagen, deren Treibluft durch die Abwärme der Abgase der Feuerung erhitzt wird, die warme Abluft der Heissluft turbine als hochvorgewärmte Verbrennungs luft zu benützen.
Bei den bekannten Verfahren wird die Treibluft-Eintrittstemperatur vor der Turbine mittels gesondert gefeuerter, ständig in Be trieb befindlieher Zusatzfeuerungen geregelt. Zu diesem Zweck werden. zum Beispiel in dem Lufterhitzer, der die Treibluft hoch erhitzt, Zusatzfeuerungen angeordnet, die ihren Regel impuls von der Heissluftleitung erhalten, in der Weise, dass bei einer Steigerung oder einem Senken der Heisslufttemperatur vor der Turbine die Zusatzfeuerung weniger oder mehr geöffnet wird.
Dabei zeigt sich der Nach teil, dass die Regelung der Zusatzfeuerung erst rerspätet auf durch Schwankungen in der Ofentemperatur bedingte Veränderungen des Wärmebedarfes im Erhitzer anspricht, das heisst erst dann, wenn eine Veränderung der Abgastemperatur sich schon in einer Verände rung der Treibmitteltemperatur der Turbine ausgewirkt hat. Es sind daher infolge des ver späteten Eingreifens der Regelung grössere Schwankungen der Treibmitteltemperatur nicht zu umgehen.
Es kann zum Beispiel der Fall eintreten, dass bei sinkender Ofentem peratur und daher sinkender Abgas- und sin kender Treiblufttemperatur vor der Turbine, z. B. infolge des nun vergrösserten Abluft gewichtes mit verminderter Temperatur, das zur Ofenfeuerung strömt, nunmehr die Ofen temperatur weiter sinkt und damit ein weite res Sinken der Treiblufttemperatur vor der Turbine eintritt, was ein weiteres Nachregu- lieren notwendig machen würde. Die Regelung kann dabei zu Instabilität neigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Ausnützung von in industriel len Ofenanlagen anfallender Abwärme, bei welchem die Abwärme zur Erzeugung von Heissluft für eine Heissluftturbine verwendet wird, deren Abluft die Verbrennungsluft der Ofenanlage liefert, und es wird der vorer wähnte Nachteil erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass die Eintrittstemperatur in die Heissluftturbine und damit auch die Tem peratur der zum Ofen als Verbrennungsluft strömenden Abluft in Abhängigkeit von der Ofentemperatur, beispielsweise durch direktes Einwirken eines Regelimpulses des Ofenpyro- meters oder dergleichen auf eine Zusatzfeue rung, geregelt wird.
Ein Grenzimpuls kann ein unzulässiges Überregeln der Eintrittstemperatur der Treib- luft vor der Turbine verhindern. Es erweist sieh dabei als vorteilhaft, das im Ofenprozess notwendige Brenngas durch die Abgase des Lufterhitzers vorzuwärmen.
Bei Betrieben, die verhältnismässig geringe Luftmengen für den Prozess als Verbrennungs luft benötigen, wird mit Vorteil nur ein Teil der heissen Abluft der Turbine in die Ofen anlage geleitet, während der restliche Teil der Abluft für einen andern Verbraucher im Be trieb oder ausserhalb desselben verwendet wer den kann. Es ist auch möglich, diesen Restteil zur Vorwärmung der Treibluft selbst zu ver wenden, wobei beide Teile der Abluft zusam men gleich der im Lufterhitzer erhitzten Treibluft sind.
In der Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungsformen einer Anlage zur Ausfüh rung des erfindungsgemässen Verfahrens als Beispiele in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht, an Hand welcher auch das Verfahren beispielsweise erläutert wird.
In der Fig.1. bezeichnet 1 einen metallur gischen oder Hüttenofen (z. B. einen Siemens- Martin- oder Stossofen u. a.), der mit Brenn- gas durch die einfach ausgezogene Leitung versorgt wird. Die Abgase des Ofens gehen mit hoher Temperatur zu einem Abhitze-Luft- erhitzer ?, der eine Zusatzfeuerung 14 erhält. Die Abgase geben im Lufterhitzer ihre Wärme zum grössten Teil an verdichtete Treibluft ab.
Die restliche Abkühlung erfolgt in einem Wärmeaustauscher 6, der zur Vorwärmung der vom V erdicliter gelieferten Treibluft dient, und schliesslich in einem zur Vorwär- mung des Brenngases dienenden 'N#'ä.rmeatis- tauschapparat 7. Die Luftleitungen sind dop pelt ausgezogen.
Die Abgase des Ofens kühlen sich auf diese Weise weitgehend ab und erzeugen im Erhit zer \? eine hohe Treiblufttemperatur zum Be trieb einer Heissluftturbine 3. Diese treibt einen Verdieliter 4 an, der die Treibluft bei Atmosphärendruck ansaugt und auf einen Druck bringt, der zum Betrieb der Turbine und zur Überwindung der Strömungsverluste erforderlich ist. Die Abluft der Turbine wird mindestens teilweise als Verbrennungsluft für den Ofen verwendet. In der Regel wird mehr Treibluft erzeugt, als Verbrennungsluft für den Ofen benötigt wird. Es wird dann nur ein Teil der heissen Abluft in die Ofenanlage geleitet.
Der rest liche Teil wird im Arbeitsprozess der Heissluft anlage in einem Wärmeaustauscher 5 zur Vor- wärmung der Treibluft verwendet und geht hernach ins Freie.
Ein Ventil 13 regelt, durch entsprechende Drosselung des ins Freie abgelassenen oder andern Verbrauchern zugeführten Teils der Turbinenluft, die dem Ofen als Verbren nungsluft zugeführte Restmenge, welche an einer Stelle 17 kontrolliert wird.
Die Lberschussleistung der Turbine 3 über die Leistungsaufnahme des Verdichters .1 wird an einen Verbraucher, nämlich einen Genera tor 9, abgegeben und in elektrische Energie umgesetzt. 10 ist ein Anwurfmotor des Heiss luftturbosatzes, 8 ein (las Brenngas auf Druck bringender Verdiehter, der seine Antriebslei stung aus dem Netz oder vom (Tenerator 9 oder auch von einer Hilfsmasehine erhalten kann oder aber auch direkt vom Heissluft turbosa.tz angetrieben werden kann.
Bei Sehwankungen der Ofentemperatur in folge Belastungsschwankungen, das heisst in folge veränderlichen Wärmebedarfes des im Ofen durchgeführten industriellen Prozesses, wird nun durch einen Temperaturimpuls 16 vom Ofen auf das Ventil 11 die Zusatzfeue rung in dem Sinne betätigt, dass beispiels weise mit. fallender Ofentemperatur die Zu satzfeuerung mehr öffnet.
Im Lufterhitzer 2 wird daher die Wirkung der Verminderung der Ofen-Abgasteniperatur durch Verstär kung der Zusatzfeuerung schon ausgeglichen, bevor sie sich in einer Senkung der Treibmit- teltemperatur auswirken kann.
Bei geeigneter Einstellung der Regelung kann erreicht wer den, dass von vornherein Schwankungen der Treibmitteltemperatur im wesentlichen ver- mieden werden. Ein von der Treibmittelt.em- peratur an einer Stelle 1? ausgehender Impuls hat (tann nur noch eine. Feinregelung zii be sorgen.
Der aus dem Wä.rmeaustausclier 5 ab gehende Luftstrom wird gemäss Fig. 1 ins Freie geleitet. Er kann aber auch, wie Fig. 2 und 3 zeigen, für einen andern Verbraucher 1:5 verwendet. werden, der Bedarf an Wärme geringerer Temperatur hat.
Hat dieser Verbraucher einen vom Ofen druck verschiedenen Druck, so kann die Heiss luftturbine als Gegendruckturbine ausgebildet werden, bei welcher die Abluft bei zwei von einander verschiedenen Drücken abgeleitet wird. Nach Fig. 2 ist die Turbine als zweiflu- tige Gegendruekturbine ausgeführt, welche ausser dem auf den Ofendruck expandieren den Teil 3 noch einen Teil 31 aufweist, in wel rhem die Arbeitsluft auf den Verbraucher druck im Verbraucher 15 entspannt.
In Fig. 3 ist eine weitere Schaltungsmög lichkeit gezeigt. Hier ist die Heissluftturbine als Zweiwellenturbine 32, 33 ausgebildet, deren Iloelidi#uckteil 32 die ganze Treibluftmenge auf den Verbraucherdruck des Verbrauchers 1:5, vermehrt um den zur Überwindung der Widerstände erforderlichen Druck, expandie ren lässt.
Nach Abzweigung der dem Verbrau cher zuzuführenden Menge durch das indirekt der Regelung der Verbrennungsluftmenge die nende Ventil 13 wird die restliche Treibluft- menge in einem Nacherhitzer 21, der entweder ebenfalls Ofenabgase oder Zusatzfeuerung oder beides erhalten kann, wieder auf die Temperatur wie vor der Turbine 32 gebracht lind im Niederdruckteil 33 auf den Ofendruck entspannt. Die hohe Ablufttemperatur wird wieder im Ofen ausgenützt.
Der Hochdruckteil 32 ist mit dem Genera tor 9 gekuppelt und erzeugt also die Über- sehussleistung. Der Niederdruckteil treibt den Verdichter 4 an. 10 ist wieder ein Anwurf motor. Gegebenenfalls kann auch ein Wärme- austauscher 5 eingeschaltet sein, der die für den Verbraucher 1.5 zu hohe Ablufttempera- tur herabsetzt, indem die Abluft in diesem Wärmeaustauseher ihre Wärme zum Teil an die vom Verdichter 4 gelieferte Treibluft ab gibt.
Die Schaltung kann auch so getroffen wer den, dass der Hochdruckteil den Verdichter antreibt, während der Niederdruckteil der Heissluftturbine mit dem Generator gekuppelt
Process for utilizing waste heat from industrial furnace systems. It is known to transfer the heat from Ofenabga sen to energy sources, eg. B. on water to generate steam and thus recover waste energy. There is also air. have been suggested to use for this purpose.
Another proposal is to use the warm exhaust air of the hot air turbine as highly preheated combustion air in such hot air systems, the propellant air is heated by the waste heat of the exhaust gases from the furnace.
In the known method, the propellant air inlet temperature in front of the turbine is regulated by means of separately fired additional firing systems that are constantly in operation. Be for this purpose. For example, in the air heater, which heats up the propellant air, additional firing systems are arranged, which receive their control impulse from the hot air line, in such a way that the additional firing system is opened less or more when the hot air temperature in front of the turbine is increased or decreased.
This shows the disadvantage that the regulation of the additional combustion only responds late to changes in the heat demand in the heater due to fluctuations in the furnace temperature, i.e. only when a change in the exhaust gas temperature has already resulted in a change in the propellant temperature of the turbine . There are therefore large fluctuations in the propellant temperature due to the delayed intervention of the control.
It can happen, for example, that when the furnace temperature is falling and therefore the exhaust gas and the temperature of the propellant air in front of the turbine are falling, e.g. B. as a result of the now increased exhaust air weight with reduced temperature that flows to the furnace, the furnace temperature now falls further and thus a further decrease in the driving air temperature occurs in front of the turbine, which would make further readjustment necessary. The regulation can tend to instability.
The present invention relates to a method for utilizing waste heat in industriel len furnace systems, in which the waste heat is used to generate hot air for a hot air turbine, the exhaust air of which supplies the combustion air of the furnace system, and the aforementioned disadvantage is avoided according to the invention that the inlet temperature into the hot air turbine and thus also the temperature of the exhaust air flowing to the furnace as combustion air is regulated as a function of the furnace temperature, for example by the direct action of a regulating pulse from the furnace pyrometer or the like on an additional furnace.
A limit pulse can prevent inadmissible overregulation of the inlet temperature of the motive air upstream of the turbine. It turns out to be advantageous to preheat the fuel gas required in the furnace process using the exhaust gases from the air heater.
In companies that require relatively small amounts of air for the process as combustion air, only part of the hot exhaust air from the turbine is advantageously directed into the furnace, while the remaining part of the exhaust air is used for another consumer in the company or outside it can. It is also possible to use this remaining part to preheat the propellant air itself, both parts of the exhaust air being equal to the propellant air heated in the air heater.
In the drawing, three different embodiments of a system for executing the method according to the invention are illustrated as examples in a simplified representation, on the basis of which the method is also explained, for example.
In Fig.1. 1 denotes a metallurgical or smelting furnace (e.g. a Siemens, Martin or push furnace, etc.) that is supplied with fuel gas through the simply extended pipe. The exhaust gases from the furnace go at high temperature to a waste heat air heater? Which is provided with an additional firing system 14. In the air heater, the exhaust gases give off most of their heat to compressed propellant air.
The remainder of the cooling takes place in a heat exchanger 6, which serves to preheat the propellant air supplied by the V erdicliter, and finally in an 'N #' heat exchanger 7, which serves to preheat the fuel gas. The air lines are pulled out twice.
The exhaust gases from the furnace are largely cooled in this way and generate zer \? a high propellant air temperature for loading a hot air turbine 3. This drives a Verdieliter 4, which sucks in the propellant air at atmospheric pressure and brings it to a pressure that is required to operate the turbine and to overcome the flow losses. The exhaust air from the turbine is at least partially used as combustion air for the furnace. As a rule, more propellant air is generated than the combustion air required for the furnace. Only part of the hot exhaust air is then fed into the furnace.
The remaining part is used in the working process of the hot air system in a heat exchanger 5 to preheat the propellant air and then go outside.
A valve 13 regulates the residual amount supplied to the furnace as combustion air, which is controlled at a point 17, by corresponding throttling of the portion of the turbine air discharged into the open or supplied to other consumers.
The excess power of the turbine 3 over the power consumption of the compressor .1 is delivered to a consumer, namely a generator 9, and converted into electrical energy. 10 is a starting motor of the hot air turbo set, 8 a (read fuel gas pressurized Verdiehter, which can get its drive power from the network or from the (Tenerife 9 or from an auxiliary machine) or can also be driven directly by the hot air turbosa.tz.
In the case of visual fluctuations in the furnace temperature as a result of load fluctuations, that is, in the following variable heat demand of the industrial process carried out in the furnace, the additional fire is now actuated by a temperature pulse 16 from the furnace to the valve 11 in the sense that, for example, with. the additional firing opens more as the furnace temperature falls.
In the air heater 2, the effect of reducing the furnace exhaust gas temperature is therefore compensated for by increasing the auxiliary firing before it can have the effect of lowering the propellant temperature.
With a suitable setting of the regulation it can be achieved that fluctuations in the blowing agent temperature are essentially avoided from the outset. One of the propellant temperature at one point 1? The outgoing impulse has only one more fine control.
The air flow leaving the heat exchanger 5 is directed into the open as shown in FIG. However, as shown in FIGS. 2 and 3, it can also be used for another consumer 1: 5. needs heat at a lower temperature.
If this consumer has a pressure different from the furnace pressure, the hot air turbine can be designed as a back pressure turbine in which the exhaust air is diverted at two different pressures. According to FIG. 2, the turbine is designed as a two-flow counter-pressure turbine which, in addition to the part 3 expanding to the furnace pressure, also has a part 31 in which the working air is expanded to the consumer pressure in the consumer 15.
In Fig. 3, a further Schaltungsmög is shown ability. Here the hot air turbine is designed as a twin-shaft turbine 32, 33, the Iloelidi # uckteil 32 of which allows the entire amount of propellant air to expand to the consumer pressure of the consumer 1: 5, increased by the pressure required to overcome the resistance.
After the amount to be supplied to the consumer has been branched off by the valve 13 indirectly controlling the amount of combustion air, the remaining amount of propellant air is returned to the temperature in front of the turbine 32 in a reheater 21, which can also receive furnace exhaust gases or additional firing or both brought and relaxed in the low-pressure part 33 to the furnace pressure. The high exhaust air temperature is used again in the furnace.
The high-pressure part 32 is coupled to the generator 9 and thus generates the excess power. The low-pressure part drives the compressor 4. 10 is again a starting motor. If necessary, a heat exchanger 5 can also be switched on, which lowers the exhaust air temperature which is too high for the consumer 1.5, in that the exhaust air in this heat exchanger gives off some of its heat to the drive air supplied by the compressor 4.
The circuit can also be made in such a way that the high-pressure part drives the compressor, while the low-pressure part of the hot-air turbine is coupled to the generator