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Title:
SYSTEM FOR THE RECOVERY OF DISCHARGED HEAT CONTAINED IN THE WASTE AIR FROM PAPER MACHINE DRIER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1987/006284
Kind Code:
A1
Abstract:
Process and system for drying paper webs produced continuously in paper machines, using process steam obtained by means of a dual-material compression heat-pump with a solution circuit. A portion of the thermal energy required for the drying process is obtained from the process steam produced, with the aid of the heat pump, from the discharged heat contained in the damp waste air from the paper machine, and another portion from the pre-heated surrounding air, which is then used to dry the paper web. The surrounding air is pre-heated using it for cooling the rich solution of the heat pump.

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Inventors:
MUCIC VINKO (DE)
Application Number:
PCT/EP1987/000179
Publication Date:
October 22, 1987
Filing Date:
April 02, 1987
Export Citation:
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Assignee:
THERMO CONSULTING HEIDELBERG (DE)
International Classes:
D21F5/02; D21F5/20; F25B25/02; F25B27/02; F26B23/00; (IPC1-7): D21F5/20; F25B25/02
Domestic Patent References:
WO1982002939A11982-09-02
Foreign References:
FR2505034A11982-11-05
EP0053536A21982-06-09
EP0003293A11979-08-08
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Claims:
^7-P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Anlage zur Rückgewinnung von in der Abluft der Trockner vo Papiermaschinen enthaltener Abwärme mittels einer πieder druckseitig mit der Abluft beaufschlagten Kα pressiαπs Wärmepu pe, mit welcher hochdruckseitig aus Speisawasser Prαzeßdampf zur Beheizung der Trocknungszyliπder erzeugt und außerdem anschließend zur Trocknung verwendete Luft vorgewärmt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wärmepumpe als ZweistαffKompressionsWärmepumpe (16; 16'; 16") mit einem in die hαchdruckseitigen Abscnnit der die reiche und die arme Lösung führenden Leitungen (44; 34) eingeschalteten Wärmewechsler (48) ausgebildet ist, daß die mit der AbluftAbwärme zu beaufschlagende Seite des Eπtgasars (28) dar Wärmepumpe (16; 16'; 16") in die die feuchte Abluft vom Trockner abführende Leitung (24) eingescnaltβt und der WasserdampfAuslaß des Resαrber (38) über eine Prαzeßda pfLeituπg (18) mit dem Prozeßdam Einlaß des Trockners (10) der Papiermaschine verbunden ist daß in den zwischen dem Wärmewechsler (48) und dem Drαssel organ (45) verlaufenden Abschnitt der die reiche Lösung vo Resorber (38) zum Eπtgaser (23) führenden Leitung (44) wenigstens ein Wärmetauscher (70) eingeschaltet ist, in welchem die reiche Lösung mittels der anschließend zur Trocknung verwendeten Luft abgekühlt wird, daß von dem zwischen dem Resorber (33) und dem Temperaturwechsler (48) liegenden Abschnitt der reiche Lösung führenden Leitung (44) eine Zweigleitung (44') für reiche Lösung abgezweigt und in den zwischen dem Wärmewechsler (43) und ~ dem Drosselorgaπ (46) verlaufenden Abschnitt der Leitung (44) zurückgeführt ist,' und daß in die Zweig¬ leitung (44*) wenigstens ein weiterer Wärmetauscher (76) eingeschaltet ist, welcher bezüglich der Durchströmung mittels anschließend zur Trocknung verwendeter Umgebuπgs luft dem wenigstens einen Wärmetauscher (70) in Reihe nachgeschaltet ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (86) zur Einspritzung von Wasser in den von der anschließend als Trocknuπgsluft verwendeten Umgebungs luft durchströmten Teil des wenigstens einen Wärme¬ tauschers (70 bzw. 76) .
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die die im Entgaser (23) ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittelko poπente zum Resorber (38) führende Leitun (40) entweder ein wenigstens zweistufiger Kompressor oder wenigstens zwei einstufige Kompressoren (42a; 42b) in Reihe hintereinander eingeschaltet ist bzw. sind, und daß hinter der ersten und vor der letzten Stufe des mehrstufigen Kompressors bzw. hinter dem ersten und vor dem letzten Kompressor (42a; 42b) in die gasförmige Arbeitsmittelkomponeπte führende Leitung (40) wenigstens ein Wärmetauscher (80) eingeschaltet ist, der zur Abkühlu der gasförmigen Arbeitsmittelkomponente mit anschließend zur Trocknung verwendeter Umgebungsluft durchströmbar ausgebildet ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in der arme Lösung vom Entgaser (23) zum Resorber (38) führenden Leitung (34) zwei Lösuπgs pumpen (36a; 36b) in Hintereinanderschaltung angeordnet sind, und in dem zwischen den Lösungspumpen (36a; 36b) liegenden Abschnitt der Leitung (34) ein andererseits mit anschließend zur Trocknung verwendeter Umgebuπgs luft als Kühlmittel durchströmter Wärmetauscher (90) eingeschaltet ist, in dessen von der armen Lösung durchströmten Teil zusätzlich das eine Ende einer Zweigleitung (92) mündet, deren anderes Ende zwischen den Stufen des mehrstufigen Kompressors bzw. zwischen den Kompressoren (42a; 42b) an der gasförmige Arbeits¬ mittelkomponente führenden Leitung (40) angeschlossen it, wobei gasförmige Arbeitsmittelkomponente in den von der armen Lösung durchströmten Teil des Wärmetauschers (90) übertritt und unter Abgabe von Resorptionswärme bei einem unter dem Druck des Resorbers (38) der Wärme¬ pumpe (16") liegenden Druck in der armen Lösung resorbiert wird.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der ProzeßdampfLeitung (18) eine zur abluftbeaufschlagten Seite des Entgasers (28) geführte Zweigleitung (52) angeschlossen ist, wobei Steuer einrichtungen (53, 54) zur Umschaltung des bei kurzzeitige Stillstand der Papiermaschine in die ProzeßdampfLeituπg (18) eingespeisten Wassβrdampfs in die Zweigleitung (52) vorgesehen sind.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen ein in der Zweigleitung (52) eingeschaltetes und durch den beim Schließen der Dampfzufu zur Papiermaschine in der ProzeßdampfLeitung (18) steigen Dampfdruck geschaltetes Überströmventil (53) aufweisen.
7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mantelraums des Entgasers (28) den mit der Abwärme bzw. dem Wasserdampf zu beaufschlagenden Flächen (Rohre 60) eine Vielzahl von im wesentlichen gleichmäßig verteilten, an die Zweigleitung angeschlossene Dampfaustrittsdüsen (64) in geringem Abstand gegenüber¬ gestellt ist. <ko .
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für das Neu oder Wiederanfahren der Papiermaschine nach längerem Stillstand mit ab¬ geschalteter Wärmepumpe (16) ein mit Erdgas, leichtem 5. Heizöl oder einem anderen fossilen Brennstoff beheiz¬ bares Erhitzeraggregat (Brenner 56) für anschließend dem Eπtgaser (28) zuzuführende Umgebungsatmosphäre vorgesehen ist, mit der beim Anfahren der Papiermaschin solange ZweistαffArbeitsmittel entgast wird, bis aus 0 der wieder in Betrieb genommenen Papiermaschine Abwärme zur Verfügung steht.
Description:
--7-

Anlage zur Rückgewinnung von in dar Abluft der Trockner von Papiermaschinen enthaltener Abwärme.

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Rückgewinnung von in der Abluft der Trockner von Papiermaschinen enthaltener Abwärme mittels einer niederdruckseitig mit der Abluft beaufschlagten Kompressions-Wärmepumpe, mit welcher hoch-. druckseitig aus Speisewasser-Prozβßdampf zur Beheizung der Trocknungszylinder erzeugt und außerdem anschließend zur Trocknung verwendete Luft vorgewärmt wird.

Bai der Papiβrherstβlluπg in Papiermaschinen wird der ursprünglich relativ dünnflüssige Faserbrβi zunächst zum Faservlies verdichtet und dann durch Vakuumsauger und durch Gautschwalzan und schließlich in dar Pressenpartia durch eine Reihe von Naßpressan antwässart. Das restliche Wasser wird dann im Trocknungstail dar Papiermaschine entzogen, dar von einer Reihe in einer Trocknungskammβr angeordneten, mit Niederdruck-Dampf mit Temperaturen von etwa 140° bis 150°C beheizten Zylindern gebildet wird. 0er Prozeßdampf für die Beheizung der Trocknungszylinder wird dabei bisher in der Praxis in mit fossilen Brennstoffen gefauβrtan Niederdruck-Dampf esseln erzeugt, sofern nicht

ohnehin Dampf aus anderen Quellen, z.B. der Elektrizitäts- erzaugung, zur Verfügung steht. Die bei der Trocknung ent¬ stehende warme Abluft hoher relativer Feuchte wird dabei bisher in die Umgebuπgsat osphäre abgegeben, was eiπer- seits energetisch ungünstig ist und andererseits

- insbesondere bei kalten Außentemperaturen - die Umwelt auch durch Schwaden- oder Nebelbildung belasten kann. Es besteht daher sowohl im Hinblick auf die Einsparung von Energie als auch die Verminderung von Umweltbelastungen ein Bedürfnis, die in der warmen und feuchten Abluft noch enthaltene Wärmeenergie möglichst weitgehend in den Prozeß der Papierherstellung zurückzuführen, und so die geschilderten Nachteile zu vermeiden. In besonderem Maße geeignet für die Verwendung von Abwärme auf relativ niedrig Temperaturniveau sind an sich Wärmepumpen, und es sind auch bereits Vorschläge zur Übertragung der in der Abluft der Trocknuπgskammer enthaltenen Abwärme auf die der Trockπungs kammer zum Zweck dar Trocknung zuzuführende Blasluft mittels einer Kompressions-Wärmepumpe bekanntgeworden (DE-QS 26 30 8 Auch für die Erzeugung von Prαzeßdampf aus Speisewasser für die Beheizung der Trαckπungszyliπder und die Erwärmung der Blasluft wurde die Verwendung von Kompressiαns-Wärmepump bereits theoretisch beschrieben (Artikel: "Eine Betrachtung über die Einsatzmöglichkeiten von Wärmepumpen bei der Papier trαckπuπg" von J. Kappel, F. Schweiπzer und A. Weiπmanπ in "Wochenblatt für Papierfabrikatiαn* 7, 1984, S. 133-238). Dabei wurde aber lediglich der Einsatz von Eiπstoff- Kompressions-Wärmepumpeπ in Erwägung gezogen, welche zur Verwirklichung einer hinreichenden Temperaturerhöhung der bei relativ niedriger Temperatur anfallenden Abwärme zumindest dann von zwei in Reihe hintereinandergeschalteten Kompressiσπs-Wärmepumpen gebildet werden mußten, wenn neben der Erwärmung der Blasluft auch Dampf zur Beheizung der Trocknungszyliπder erzeugt werden soll. In den hinter- einandergeschalteten Wärmepumpen muß dann mit für den

jeweiligen Temperaturbereich geeigneten unterschiedlichen Arbeitsmedieπ gearbeitet werden, was zu einem komplexen System führt. In dem erwähnten Artikel wird dabei von den Autoren darauf hingewiesen, daß die Untersuchung über die verschiedenen in Frage kommenden Arbeitsmedien kein ther odyπamisch optimales Medium gefunden hat. Im Ergebnis kommen die Autoren deshalb zum Schluß, daß die Verwendung geschlossener Ko pressions-Wärmepurapeπ mit Elektromotor-Antrieb zwar grundsätzlich möglich, aber bei den derzeit gefahrenen Taupunkten des Trockners unwirtschaft lich sind.

Bei der Papierherstβllung treten aber außerdem aufgrund bestimmter Betriebsbedingungen Probleme auf, welche den Einsatz von Wärmepumpen für die Erzeugung des zur Beheizung der Trocknuπgswalzen erforderlichen Prozeßdampfs erschweren. Durch produktiαnsbedingte Einflüsse kommt es häufig zu einem Papierriß in der Maschine, was zur Folge hat, daß die Papier machiπe kurzzeitig abgestallt werden muß, bis das Papier wie in die Maschine eingeführt wird. In dieser Stillstandszeit erfolgt aber keine Papiertrocknuπg, so daß dem Verdampfer einerEiπstoff-Wärmepumpe auch keine Abwärme durch Abluft zur Verfügung steht. Beim Wiederaπfahrsπ der Papiermaschine könnte die Wärmepumpe dann keinen Dampf liefern, so daß der Weiterbetrieb der Maschine also nur dann möglich ist, wenn zumindest für einen gewissen Übergaπgsz'eitraum Dampf für die Beheizung der Trocknungszyliπder aus anderer Quelle zur Verf steht. Dieses Problem verschärft sich nach beim Wiederan¬ fahren der Papiermaschina nach längerer Stillstandszeit, z.B. nach Überholungen oder Reparaturen. Die Investitionen für einen Niederdruck-Dampfkessel nur für das Anfahren der stillgesetzten Papiermaschine wären dann aber auch unter Berücksichtigung der mittels der Wärmepumpe erzielbareπ Eπergieeiπsparungen wirtschaftlich keinesfalls mehr dar-

stellbar. Schließlich stellen dann auch noch die in der Abluft der Trocknungszαna der Papiermaschine enthaltenen Papiarfaserπ und andere Verunreinigungen ein Problem dar, da sie zwangsläufig zu Verschmutzungen der mit der Abluft zu beaufschlagenden Flächen des Verdampfers einer Wärme¬ pumpe führen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die in der im Trockπuπgsteil von Papiermaschinen entstehend feuchten Abluft enthaltene Abwärme zur Erzeugung von Nieder¬ druck-Prozeßdampf mittels einer Kompressioπs-Wärmepumpe in einer zu hoher Energieeinsparung führender Weise wirtschaft¬ lich nutzen zu können. Dabei soll es grundsätzlich möglich sein, ohne zusätzliche externe Dampfquelleπ für die Beheizun der Trockπuπgszylindar beim Wiederaπfahran der kurzzeitig stillgesetzten Papiermaschine auszukommen.

Ausgehend von einer Anlage der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfinduπgsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärme- pumpe als Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe mit einem in die hαcπdruckseitigen Abschnitte der die reiche und die arme Lösung führenden Leitungen eingeschalteten Wärmewechsler ausgebildet ist, daß die mit der Abluft-Abwärme zu beauf¬ schlagende Seite des Entgasers der Wärmepumpe in die die feuchte Abluft vom Trockner abführende Leitung eingeschaltet und der Wasserdampf-Auslaß des Resorbers über eine Prozeß- da pf-Laituπg mit dem Prozeßdampf-Einlaß des Trockners der Papiermaschine verbunden ist, daß in den zwischen dem Wärme¬ wechsler und dem Drossalorgan verlaufenden Abschnitt der die reiche Lösung vom Resαrber zum Entgaser führenden Leitung wenigstens ein Wärmetauscher eingeschaltet ist, in welchem die reiche Lösung mittels der anschließend zur Trocknung verwendeten Luft abgekühlt wird, daß von dem zwischen dem

Resαrber und dem Temperaturwechsler liegenden Abschnitt der reiche Lösung führenden Leitung eine Zweigleitung für reiche Lösung abgezweigt und in den zwischen dem Wärmewechsler und dam Drosselorgan verlaufenden Abschnitt der Leitung zurückgeführt ist, und daß in die Zweigleitung wenigstens ein weiterer Wärmetauscher eingeschaltet ist, welcher bezüglich der Durchströmung mittels anschließend zur Trocknung verwendeter Umgebungsluft dem wenigstens einen Wärmetauscher in Reihe πachgeschaltet ist. Durch die Verwendung ainer Zweistoff-Wärmepumpe diesen Aufbaus wird sowohl die Leistungsziffer des Wärmepumpen-Prozesses als auch die Vorwarmung der für ' die anschließende Trocknung ver¬ wendeten Luft optimiert, d.h. die Investitionen für die Wär pumpenaπlage amortisieren sich vergleichsweise schnell.

Falls zur optimalen Kühlung der reichen Lösung eine die erforderliche Menge der Trockπuπgsluft übersteigende Luft- meπge erforderlich wäre, empfiehlt es sich, eine Einrichtung zur Einspritzung von Wasser in den von der anschließend als Trockπungsluft verwendeten Umgebungsluft durchströmten Teil zumindest des ersten Wärmetauschers vorzusehen. Die erforder liche Abkühlung wird dann infolge der zur Verdampfung des eingespritzten Wassers erforderlichen Wärme auch mit ver¬ ringerter Luft-Durchsatzmenge erreicht. Außerdem wird die Sättigungstemparatur der Abluft erhöht, so daß sekundärsaitig mit höherer Temperatur entgast, d.h. bei vergleichsweise erhöhtem Druck entgast werden kann, wodurch die zum Antrieb das Kompressors der Wärmepumpe erforderliche Leistung ver¬ ringert wird.

Eine weitere Verbesserung des Wärmepumpen-Prozesses im Hinbli auf die erforderliche Kompressor-Aπtriebsleistuπg mit der gleichzeitigen Möglichkeit für die Trocknung zu verwendende Umgebungsluft vorzuwärmen, wird mit einer Weiterbildung

. .

erreicht, bei welcher in die die im Eπtgaser ausge¬ triebene gasförmige Arbeitsmittelkompoπenta zum Resorber führende Leitung entweder ein wenigstens zweistufiger Kompressor oder wenigstens zwei einstufige Kompressoren in Reihe hintereinander eingeschaltet ist bzw. sind, wobei hinter der ersten und vor der letzten Stufe des mehrstufige Kompressors bzw. hinter dem ersten und vor dem letzten Kompressor in die gasförmige Arbeitsmittelkompαπente führende Leitung wenigstens ein Wärmetauscher eingeschaltet ist, der zur Abkühlung der gasförmigen Arbeitsmittel- kompoπente mit anschließend zur Trocknung verwendeter Umgebungsluft durchströmbar ausgebildet ist.

Anstelle oder zusätzlich zu der Zwischenkühlung der gas- för igen Arbeitsmittelkαmponente können in der arme Lösung vom Entgaser zum Resorber führenden Leitung zwei Lösuπgs- pumpen in Hintereinanderschaltung angeordnet sein, wobei in dem zwischen den Lösungspumpen liegenden Abschnitt der Leitung ein andererseits mit anschließend zur Trocknung verwendeter Umgebuπgsluft als Kühlmittal durchströmter

Wärmetauscher eingeschaltet ist, in dessen von der armen Lösung durchströmte Teil zusätzlich das eine Ende einer Zweigleitung mündet, deren anderes Ende zwischen den Stufen des mehrstufigen Kompressors bzw. zwischen den Kompressoren an der gasförmige Arbeits ittelkomponeπte führenden Leitung angeschlossen ist. Somit kann gasförmige Arbeitsmittel- kαmpαπenta in den von der armen Lösung durchströmten Teil des Wärmetauschers übertreten und unter Abgabe von Resαrptioπswärme bei einem unter dem Druck des Hauptresorbe der Wärmepumpe liegenden Druck in der armen Lösung resorbiert werden.

Das Problem der Zurverfügungstellung von Prαzeßdampf unmittelbar beim Wiederanfahren einer infolge Papier¬ risses vorübergehend kurzzeitig stillgesetzten Papier¬ maschine wird in erfiπduπgsge äßer Weiterbildung dadurch gelöst, daß an der Prozaßdampf-leituπg eine zur abluftbeaufschlagteπ Seite des Entgasers geführte Zweigleitung angeschlossen ist und in der Zweigleitung Steuereinrichtungen zur Umschaltuπg des bei kurzzeitigem Stillstand der Papiermaschine in die Prozeßdampf-Leitung eingespeisten Wasserdampfs in die Zweigleitung vorgesehen sind. Bei kurzzeitigem Abstellen der Papiermaschine aufgrund von Papierriß kann die Wärmepumpe also weiterbetriebeπ werden wobei der im Resorber aus dem Speisewasser ' erzeugte Proze߬ dampf dann nicht zur Beheizung der Trockπungszylinder, sonder zur Entgasung des Zweistαff-Arbeitsmittels verwendet wird.

Beim Wiederaπfahren der Maschine steht also sofort Prαzeßdamp zur Beheizung der Trockπungszylinder zur Verfügung.

Die Steuereinrichtungen können dann in vorteilhafter Weiter- bildung der Erfindung von einem in der Zweigleitung einge¬ schalteten und durch den beim Schließen der Dampfzufuhr zur Papiermaschine in der Prozeßdampflβitung steigenden Dampfdruck geschaltetes Überströmventil gebildet werden.

Um die sichere Reinigung der mit der Abluft bzw. dem Wasser¬ dampf zu beaufschlagenden Flächen des Entgasers sicherzu¬ stellen, ist die Ausgestaltung vorzugsweise so getroffen, daß innerhalb des Mantelraums des Entgasers der Wärmepumpe den zu reinigenden Flächen eine Vielzahl von im wesentlichen gleichmäßig verteilten, an die Zweigleitung angeschlossenen Dampfaustrittsdüsen in geringem Abstand gegenübergestellt sind, welche den beim kurzzeitigen Stillstand der Papier¬ maschine infolge Papierrisses durch den Entgaser geführten Wasserdampf in einer Vielzahl vαπ Reiπigungsstrahlen auf die

zu reinigenden Flächen gerichtet aufblasen und diese Flächen dadurch von etwa anhaftenden und den Wärmeübergang verschlechternden Verunreinigungen freiblasaπ.

Das Anfahren der erfiπdungsgemäßeπ Anlage nach einem läπgerdauerπdeπ Stillstand der Papiermaschine, bei welcher die Wärmepumpe stillgesetzt wurde, wird durch eine Aus¬ gestaltung ermöglicht, bei welcher ein mit Erdgas, leichtem Heizöl oder einem anderen fossilen Brennstoff beheiztes Erπitzeraggregat für dem Entgaser zuzuführende Umgebungs¬ atmosphäre vorgesehen ist, mit welcher dann beim Anfahren der Papiermaschine solange Zweistαff-Arbeitsmittel entgast wird, bis aus der wieder in Betrieb genommenen Papiermaschin Abwärme zur Verfügung steht.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von Aus- führuπgsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen schematisierten Schaltplaπ einer die in der aus der Trockπuπgszone einer Papiermaschine aus¬ tretenden feuchten Abluft enthaltene Abwärme zur Dampferzeugung mittels einer Zweistoff-Kompressio Wärmepumpe nutzenden Anlage, wobei die Mittal zur zusätzlichen Vorwärmung der Trocknungsluft d r besseren Übersichtlichkeit halber noch weggelasse sind;

Fig. 2 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung der Anlage während des Anfahreπs nach längerem

Stillstand;

Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen Teilabschnitt des

Entgasers der in der Anlage verwendeten Zweistαff Kompressions-Wärmepumpe;

Fig. 4 eine Schnittaπsicht durch den Eπtgaser-Teilabschn gesehen in Richtung der Pfeile 4-4 in Figur 3;

Fig. 5 ein schematisierter Schaltplaπ eines Ausführung beispiels der in der erfindungsgemäßeπ Weise ausgebildeten Zweistoff-Kornpressioπs-Wä e umpe mit Lösungskreislauf, wobei Möglichkeiten zur Kühlung der reichen Lösung durch Wärmetauscher unter gleichzeitiger Vorwärmung von anschließen zur Trocknung verwendeter Umgebuπgsluft veran¬ schaulicht sind;

Fig. 6 den in Figur 5 innerhalb des strichpunktierten

Bereichs 6 liegenden Teilabschnitt des Schaltpla der Zweistoff-Kompressions-Wärmepurape unter zusätzlicher sche atischer Veranschaulichung de Möglichkeit der Einspritzung von Wasser in den von der vorzuwärmenden Umgebungsluft durchström

Teil eines der zur Abkühlung der reichen Lösung vorgesehenen Wärmetauschers; und

Fig. 7 einen schematischen Schaltplan einer gegenüber der in Figur 5 gezeigten Wärmepumpe weiter ver¬ besserten Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe.

In den Figuren 1 und 2 ist von der Papiermaschine nur schema¬ tisch der als geschlossene Kammer ausgebildete Trocknuπgs- bereich 10 angedeutet, in welchem die vorentwässerte Papier¬ bahn 12 über eine Anzahl von beheizten Zylindern 14 geführt und getrocknet wird. Der zur Beheizung der Zylinder 14 dienen Niederdruck-Prozeßdampf wird in einer in ihrer Gesamtheit mit 16 bezeichneten, der besseren Übersic * hUtli. chkeit halber zunächst noch in einer vereinfachten tetL ng dargestellten Zweistαff-Kompressiαns-Wärmepumpe erzeugt und über eine Prozeßdampf-Leitung 18 den Zylindern 14 zugeführt. Über eine an die Zylinder angeschlossene gemeinsame Kαndensat-Abführ- leituπg 20 wird das in den Zylindern entstehende Kondensat abgeführt.

.. .

Die bei der Trocknung der Papierbahn 12 aus der der Trαckπuπgszoπe zugeführten und in der im folgenden in Verbindung mit den Figuren 5 und 7 noch näher erläuterten Weise vorgewärmten Umgebungsluft durch Aufnahme der aus der Papierbahπ ausgetriebenen Feuchtigkeit entstehende feuchte Abluft wird über eine mit einem Sauggebläse 22 ver sehene Leitung 24 aus der den Trocknungsbereich an der Obe seite abschließenden Papiermaschiπenhaube 26 abgesaugt und in den Maπtelraum des Entgasers 28 der Wärmepumpe 16 ge- fördert, in welchem mittels der in ihr enthaltenen Abwärme eine Komponente des Zweistoff-Arbeitsmittels, z.B. Ammonia gasförmig aus der als Wärmepumpen-Arbeitsmittel verwendete von einem Ammoπiak-Wass3rgemisch gebildeten reichen Lösung ausgetrieben wird. Die dabei abgekühlte Abluft tritt über eine Leitung 30 aus dem Entgaser in die Umgebungsatmosphär aus, während das bei der Abkühlung entstehende Kondensat über eine Kondensatleitung 32 abgeführt wird. Bei der - in Figuren 1 und 2 nur vereinfacht in ihren Hauptkomponenten dargestellten - Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe 16 wird die durch das Austreiben von Ammoniak im niederdruckseitig vorgesehenen Entgaser 28 entstehende arme Lösung über eine Leitung 34 mit eingeschalteter Lösungspumpe 36 unter Druck erhöhung zum hochdruckseitig vorgesehenen Resorber 38 gefördert. Die im Eπtgaser 28 gasförmig ausgetriebene Komponente des Arbeitsmittels, d.h. das Ammoniak, wird andererseits mittels eines in eine den Entgaser mit dem Resorber verbindende Leitung eingeschalteten Kompressors 42 unter Druckerhöhuπg zum Resorber 38 geführt, und dort unter Abfuhr von Resorptionswärme nach außen in der Lösung wieder resorbiert. Die dann wieder reiche Lösung strömt anschließend über eine Leitung 44 zum Entgaser 28 zurück, wobei durch ein in die Leitung 44 eingeschaltetes Drσssel- αrgan 46 der Druck in der reichen Lösung erniedrigt wird. Im Eπtgaser kann dann wieder Wärme aus der Abluft aufgenom und Ammoniak gasförmig aus der reichen Lösung ausgetrieben werden. In die Leitungen 34 und 44 des Lösuπgskreislaufs ist dann zweckmäßig - der bei Zweistαff-Kαmpressiαns-Wärme pumpeπ übliche - Temperaturwechsler 48 eingeschaltet.

Die Resorptionswärme wird im Resorber 38 auf über eine Leitung 50 zugeführtes Speisevasser übertragen, -welches dabei verdampft wird und dann .. _ mit einem Druck von 3 bar oder höher als Niβderdruck- Prozeßdampf in die Prozeßdamp -Leitung 18 eingespeist wird. Die Temperatur des in die Zylinder 1-. eintretenden Dampfs möge dann - entsprechend der Temperatur des Prozeßdampfs von konventionellen Papiermaschinen - 1-.0° bis 150 C betragen.

Der Meintβlr um des Entgasers ist zusätzlich, über eine Zweigleitung 52 mit der Prozeßdampf- eitung 18 verbunden, wobei der Übertritt von Prozeßdampf in den Ξntgaser durch ein in die Zweigleitung eingeschaltetes und normalerweise geschlossenes Überströmventil 53 verhindert wird. Muß die Papiermaschine wegen Risses der Papierbahn 12 kurzzeitig stillgesetzt, d.h. die Dampfzufuhr zu den Zylindern ~\ k abgeschaltet werden, wird das Überströmventil 53 über eine die Druckerhöhung in der Prozeßdampf-Leitung 18 abtastende Steuereinrichtung _\ geöffnet und der im Resorber erzeugte Prozeßdampf somit durch, den Entgaser geführt. Die Wärme¬ pumpe kann also ständig weiterbetrieben werden, ohne daß eine zusätzliche Dampf uelle erforderlich wäre « Beim Yiederanfahren der Papiermaschine steht somit unmi telbar wieder Prozeßdampf für die Beheizung der Zylinder 1 zur

Verfügung, indem einfach die Zufuhr der Prozeßdampf-Leitun 18 zu den Zylindern geöffnet Lind hierdurch das Überström¬ ventil 53 geschlossen wird.

Beim erstmaligen Anfahren der Papiermaschine bzw. beim Anfahren nach längerem Maschinen-Stillstand mit abge¬ schalteter Wärmepumpe steht dagegen kein Prozeßdampf zur Verfügung. Für diesen Fall ist in Figur 2 eine Möglichkeit der Erzeugung von Prozeßdampf mittels der Wärmepumpe 16 veranschaulicht. Diese Möglichkeit besteht in der

Beaufschlagung des Entgasers 23 durch in einem Zusatz¬ brenner 56 für Erdgas oder leichtes Heizöl vor Beginn des eigentlichen Anlaufs der Papiermaschine über ein Gebläse 5 aus der Omgebungsatmosphäre angesaugte er- hitzte Luft, welche anstelle von feuchter Abluft in den Entgaser eingespeist wird. Sobald dann nach dem Wieder¬ anl ufen der Papiermaschine wieder feuchte Abluft aus de Trocknungsbereich zur Verfügung steht, kann der Brenner 5 abgeschaltet und die Anlage in der bereits geschilderten Weise betrieben werden.

In den Figuren 3 u d 4 ist eine Ausgestaltung des Entgase 28 veranscftEUlicht, welche es ermöglicht, mittels des bei kurzzeitigem Stillstand der Papiermaschine in den Entgaser eingespeisten Prozeßdamp s nicht nur den Ent¬ gasungsprozeß der reichen Lösung fortzuführen, sondern gleichzeitig auch eventuell niedergeschlagene Verschmutzun schichten auf den von der Außenseite einer Vielzahl von im Innern von der Lösung durchströmten Rohren 6θ gebildet wärmeübertragenden Flächen im Mantelraum des Entgasers zu entfernen. Zu diesem Zweck wird den Rohren 60 ein System von an die Zweigleitung 52 angeschlossenen Dampf-Blasrohr 62 eng benachbart zugeordnet, die in gleichmäßigen Ab¬ ständen mit einer Vielzahl von •Düsenbohrungen 64 ver- sehen sind, aus denen der - bei Stillstand der Papiermasc infolge Papierrisses - zugeführte Dampf Jeweils auf zuge¬ ordnete Bereiche der Rohre 60 aufgeblasen wird. Die Anzah und Anordnung der Düsenbohrungen 64 ist dabei so gewählt, daß die gesamte Außenfläche der Rohre 6θ durch, die gerichtete Wasserdamp -Beau schlagung freigeblasen und somit gereinigt wird.

. . 3 .

In Figur 5 ist der Schaltplaπ einer gegenüber der in Verbindung mit der in Figur 1 gezeigten schematisierten Anlage verwendeten Wärmepumpe 16 in der erfindungsgemäßeπ Weise speziell in bezug auf die Trocknuπgsfunktion in mehrfacher Hinsicht verbesserten Zweistoff-Kompressions- Wärmepumpe 16* gezeigt. Im grundsätzlichen Aufbau stimmt die Wärmepumpe 16' mit der Wärmepumpe 16 übereiπ, so daß e genügt, nachstehend nur die bei der Wärmepumpe 16' ge¬ troffenen, gegenüber der vereinfacht dargestellte Wärme- pumpe 16 hinausgehenden tatsächlichen Weiterbildungen zu beschreiben, zumal für gleiche Teile beider Wärmepumpen in der Zeichnung auch jeweils gleiche Bezugszeichen verwen sind.

Es ist zu erkennen, daß in den zwischen dem Drosselorgan 46 und dem Temperaturwechsler 48 liegenden Abschnitt der reiche Lösung führenden Leitung 44 ein Wärmetauscher 70 eingeschaltet ist, der andererseits mit über eine Leitung 72 aus der Umgebungsatmosphäre angesaugter Luft durchströmbar ist, welche die in der Leitung 44 strömende Lösung abkühlt und dann in eine Leitung 74 austritt.

Von dem zwischen dem Temperaturwechsler 48 und dem Resorbe 38 liegenden Abschnitt der Leitung 44 ist außerdem eine Zweigleitung 44' abgezweigt, die hinter dem Temperatur¬ wechsler 48 und vor dem Drosselorgan 46 in die Leitung 44 zurückgeführt ist. In der Zweigleitung 44' ist ein weitere Wärmetauscher 76 eingeschaltet, der sekuπdärseitig an die Leitung 74 angeschlossen ist. Die im Wärmetauscher 70 bere vorgewärmte Luft wird also im Wärmetauscher 76 erneut zur Abkühlung eines Teilstroms der reichen Lösung verwendet und tritt dann weiter erwärmt über eine Leitung 78 aus dem Wärmetauscher 76 aus. Die Leitung 78 ist dann in den als Kammer ausgebildeten Trocknungsbereich 10 verlängert zu denken. D.h. die zur Abkühlung der reichen Lösung in

den Wärmetauschern 0 und 76 verwendete und dabei stufenweise vorgewärmte Umgebungslu wird als Trocknun luft verwendet. Dadurch verringert sich die über die mit Prozeßdampf beheizten Zylinder 1 zur Trocknung zuzuführende Energie entsprechend, d.h. es kann mit Prozeßdampf niedrigerer Temperatur gearbeitet: werden bzw. - falls die Temperatur des Prozeßdampfs nicht erniedrigt wird - steigt die Trocknungsleistung.

Über die vorstellend beschriebenen Maßnahmen hinaus ist bei der Wärmepumpe 16 1 der die gasförmige Arbeitsmittel¬ komponente unter Druckerhöhung vom Entgaser 28 zum Resorber _\Q fördernde Kompressor 42 in zwei, den Druck stufenweise erhöhende Kompressoren 42a, 42b unterteilt. Zwischen den Kompressoren 42a und 42b ist in die die gasförmige Arbeitsmittelkomponente führende Leitung 40 ein Wärmetauscher 80 zur Zwischenkühltαng der gasförmigen Arbeitsmittelkomponente mittels über eine Leitung 82 dem Wärmetauscher zu- und dann nach Vorwärmung über die Leit 84 als Trocknungsluft in den Trocknungsbereich 10 weiter geförderte Umgebungslu t eingeschaltet.

In Figur 6 ist des weiteren eine Möglichkeit der Ver¬ ringerung der zur Abkühlung der reichen Lösung in den Wärmetauschern 0 und 6 erforderlichen Luftmenge ver¬ anschaulicht, welche aus einer Einrichtung 86 zur Ein¬ spritzung von über eine Speiseleitung 88 zugeführtem Was in den luftdurchströmten Teil des Wärmetauschers 70 best Diese Möglichkeit wird zweckmäßig dann eingesetzt, wenn die im Trocknungsabschnitt 10 der Papiermaschine erforde liche Trocknungs-Luftmenge nicht hinreicht, um die reich Lösung in den Wärmetauschern 70, im erwünschten Maße

abzuküh en. Neben der durch die Wassereinspritzung verstärkten Abkühlung der reichen Lösung wird zusätz¬ lich auch die Sättigungstemperatur in der Trocknungslu t und somit der aus dem Trocknungsbereich 10 dem Entgaser 28 zugeführten Abluft erhöbt, wodurch sekundäreeitig mit höherer Temperatur, d.h. hö erem Druck, entgast werden kann. Die Kompressorleistung der Wärmepumpe wird damit entsprechend geringer.

In Figur 7 is* schließlich noch eine Zweistoff-Kompressio Wärmepumpe 16' mit L sungs reislauf schematisch dargestel bei welcher zusätzlich zu den in Verbindung mit der Wärme pumpe 16' beschriebenen Maßnahmen eine Resorption eines Teils der im Entgaser 28 ausgetriebenen gasförmigen Arbei mittelkomponente bei einem gegenüber dem im Resorber 3 * 3 herrschenden Druck erniedrigten Druck in der armen Lösung erfolgt. Zu diesem Zweck sind in die, die arme Lösung vom Entgaser 28 zum Resorber _\8 führende Leitung 4 zwei Lösungspumpen 3 a und 3 b in .un ereinanderSchaltung angeordnet, und in den zwischen diesen Lösungspumpen verlaufenden Abschnitt der Leitung 34 ist ein Wärme¬ tauscher 0 eingeschaltet, dessen von der armen Lösung durchströmter Teil über eine Zweigleitung 2 mit der die gasförmige Arbeitsmittelkomponente führenden Leitung 40 - und zwar in deren zwischen den Kompressoren 42a und 42b verlaufendem Teilabschnitt-verbanden ist. D.h. aus der Leitung 40 kann auf einem Zwischendruck befindliche gas¬ förmige Arbeitsmittelkomponenten zum lösungsdurchströmtan Teil des Wärmetauschers 90 übertreten und wird dort ent- sprechend dem herrschenden mittleren Druck resorbiert. Die entstehende Resorptionswärme wird wiederum zur Vor¬ wärmung von dem Wärmetauscher 0 über eine Leitung 4

Leitung 9 zugeführte und anschließend über eine/in den Trocknungs- bereich 10 der Papiermaschine als Trocknungslu t weiter-

geförderte Umgebungslu t verwendet.

Die stufenweise Druckerhσhung in der arme Lösung führenden Leitung 4 durch zwei Lösungspurapen 36a und 36b legt dann auch die Verwendung von zwei Temperatur- wechsfern 48a und 48b anstelle des bei den vorausgehende Systemen vorgesehenen Temperaturwechslers 48 nahe.

Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß in der Darstellung der in der erfindungsgemäßen Anlage ver¬ wendeten Zweistoff-Kompressions— ärmepumpen 16, 16' und 16" in der Zeichnung nur die für das Verständnis der Funktion wesentlichen grundlegenden Bauteile gezeigt sind, während Hil saggregate, wie Antriebs- motoren für die Kompressoren, das Abluft-Sauggebläse, Speisewasserpumpen oder auch Gebläse zur Förderung der in den Wärmetauschern vorzuwärmenden Umgebungslu t ebenso wie die zum Betrieb der Anlage erforderlichen Meß-, Steuer- und Regelorgane der besseren Übersicht- lichkeit halber weggelassen sind.