Untersuchung von verschiedenen Konzepten der Abwärmenutzung und Wärmeauskopplungs–Konzepten im Zementwerk Gmunden

Abstract

Da Energieverbrauch und Energiekosten steigen, rücken Wiederverwendung von Industrieabgasen immer mehr ins Zentrum. Dadurch können Gesamtwirkungsgrade von Anlagen verbessert, Emissionen verringert und Kosten gespart werden. In dieser Diplomarbeit wird zum einen ein allgemeiner Vergleich erstellt, um mit verschiedenen Transferfluiden Abgaswärme so effizient wie möglich zu nützen und zum Abnehmer transportieren zu können. Zum anderen wird an einem konkreten Beispiel dieser Vergleich am Abgas eines Zementwerkes detaillierter betrachtet. Der Drehrohrofen des Zementwerkes der Firma Hatschek GmbH in Gmunden produziert Abgas, welches für den Energietransport genützt werden kann. Mit der gewonnenen Energie kann die 1500 m entfernte Molkerei beliefert werden, um die Milchproduktherstellung zu unterstützen. Neben dem Vergleich von verschiedenen Transfermedien sind Rippenrohrwärmetauscher, Rohrnetzwerke, Verdampfer, Economizer, Überhitzer und Pumpen wichtiger Bestandteil der Anlage und werden im Laufe dieser Arbeit näher betrachtet und ausgelegt. Je nach Konzept wird ein bestimmtes Wärmeträgerfluid vom Abgas des Zementwerkes in einem Rippenrohrwärmetauscher erwärmt. Einerseits kann die Wärme in einem Regenerator gespeichert werden, um im Falle eines Stillstandes des Zementwerkes die Energiezufuhr der Molkerei zu gewährleisten. Andererseits kann die Wärme dazu benützt werden die Molkerei mit der benötigten Energie zu beliefern. Die verschiedenen vorgestellten Konzepte können aus zwei oder drei Kreisprozessen aufgebaut sein, der Erzeuger-, Speicher- und Abnehmerkreislauf, oder als Konzepte ohne Speicherung, in dem das Wärmeträgerfluid direkt zum Abnehmer geführt wird. Für die Darstellung der thermodynamischen Systeme und Berechnung der thermodynamischen Gleichungen wurde das Simulationsprogramm IPSEpro herangezogen. Mit der Software KED PPSD werden Wärmetauscher detailliert ausgelegt Die Randbedingungen der Anlage ergeben sich aus dem Abgasmassenstrom, den Stoffeigenschaften und der benötigten Energie der Molkerei in Form von Dampfmassenstrom.

Due to the fact that energy consumption and energy costs are increasing rapidly, the use of exhaust energy is becoming more and more important. This process can help reducing emissions, improve the overall efficiency of plants and save costs. This master thesis represents a general comparison of the use of exhaust heat with different transfer fluids as efficiently as possible and to be able to transport the heat to the recipient. Furthermore, this comparison will be viewed in more detail on an example of the exhaust gas of a cement plant. The furnace of the cement plant Hatschek GmbH in Gmunden emits hot flue gas, which can be used for energy transport. With the energy gained, the dairy, which is located 1500 meters from the cement plant, can be supplied to ensure their production.This thesis shows the comparison between various transfer media. Furthermore, tube heat exchangers, pipe networks, evaporators, economizers, superheaters and pumps are important components of the plant and will be configurated in the course of this work.Depending on the concept, a specific heat transfer fluid is heated by the flue gas of the cement plant in a finned tube heat exchanger. On the one hand, the heat can be stored in a regenerator, in order to ensure the energy supply of the dairy in case of a standstill of the cement plant. On the other hand, the heat can be used to supply the dairy with the required energy. The different concepts can consist of two or three cycles, the producer, storage and customer cycle. In the concepts without storage the heat transfer fluid is fed directly to the recipient.With the simulation software IPSEpro the thermodynamic systems are visualized and solved. To design the heat exchangers the software KED PPSD has been used. The boundary conditions of the plant result from the hot flue gas flow, the material properties and the required energy of the dairy in form of steam massflow.