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Title:
PLANT FOR THE UTILIZATION OF THERMAL ENERGY CONTAINED IN AN EXHAUST-GAS OR EXHAUST-AIR FLOW FROM AN INDUSTRIAL PRODUCTION PLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/185498
Kind Code:
A1
Abstract:
In the case of a waste-heat utilization plant (9, 9') for the utilization of industrial waste heat in the form of steam and electricity generation, comprising a steam power plant with at least one steam turbine set (14) which has at least one connected generator (11) for electricity generation, and comprising a waste-heat recovery plant (9.1, 9.2) integrated into the water-steam circuit (15) and serving for the utilization of thermal energy, which has been recovered from at least one exhaust-gas or exhaust-air flow (10a, 10b, 10) from an industrial production plant (21), for electricity generation by means of steam in the steam power plant, and comprising at least one electrolyzer (18) which is fed with the generated electrical current, wherein the waste-heat recovery plant (9.1, 9.2) comprises at least two steam-generating heat exchangers (1', 2') through which the exhaust-gas or exhaust-air flow (10) passes and which are both integrated into the water-steam circuit (15) of the steam power plant and are connected in series with respect to the flow direction of the medium flowing in the water-steam circuit (15), it is the intention to create a solution which provides an improved incorporation, with regard to the utilization of the thermal energy present in exhaust-gas or exhaust-air flows from industrial production plants, of a waste-heat recovery plant into a waste-heat utilization plant, in particular for incorporation into an industrial production plant. This is achieved in that the at least one generator (11) generates direct current and the electrolyzer (18) is a direct-current-operated electrolyzer (18) which is fed with electrical direct current (DC) directly from the generator (11).

Inventors:
BUDDENBERG TORSTEN (DE)
SCHEMME STEFFEN (DE)
SALDEN SVEN (DE)
DEIERLING ALEXANDER (DE)
CANCELA VALLESPIN MARCELINO (DE)
KLEBES JÜRGEN (DE)
JIN WEI (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/051579
Publication Date:
September 23, 2021
Filing Date:
January 25, 2021
Export Citation:
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Assignee:
MITSUBISHI POWER EUROPE GMBH (DE)
International Classes:
F27D17/00
Attorney, Agent or Firm:
VIERING, JENTSCHURA & PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) zur Nutzung industrieller Abwärme in Form einer Dampf- und Stromerzeugung umfassend ein Dampfkraftwerk mit mindestens einem, mindestens einen angeschlossenen Generator (11) zur Stromerzeugung aufweisenden Dampfturbinensatz (14) und mindestens einem dem mindestens einen Dampfturbinensatz (14) in Strömungsrichtung eines Wasser-Dampf-Kreislaufes (15) des Dampfkraftwerks nachgeschalteten und in dem Wasser-Dampf-Kreislauf (15) angeordneten Kondensator (13) und umfassend eine in den Wasser-Dampf-Kreislauf (15) integrierte Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) zur Nutzung von aus mindestens einem Abgas- oder Abluftstrom (10a, 10b, 10), vorzugsweise zwei Abgas oder Abluftströmen (10a, 10b), einer industriellen Produktionsanlage (21) oder industriellen Wärmequelle (28) oder mehreren industriellen Produktionsanlagen (21) oder industriellen Wärmequellen (28) rückgewonnener Wärmeenergie zur Stromerzeugung mittels Wasserdampfs in dem Dampfkraftwerk und umfassend mindestens einen von dem erzeugten Strom gespeisten Elektrolyseur (18), wobei die Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) mindestens zwei von dem mindestens einen Abgas- oder Abluftstrom (10a, 10b) oder von zumindest jeweils einem der beiden Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) oder von einem aus den beiden Abgas- oder Abluftströmen (10a, 10b) gebildeten gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom (10) durchströmte, vorzugsweise dampferzeugende, Wärmetauscher (1‘, 2‘) umfasst, die beide in den Wasser-Dampf-Kreislauf (15) des Dampfkraftwerks integriert und bezüglich der Strömungsrichtung des in dem Wasser-Dampf-Kreislauf (15) strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind, und wobei der mindestens eine Generator (11) Gleichstrom erzeugt und der Elektrolyseur (18) ein gleichstrombetriebener, unmittelbar von dem Generator (11) mit elektrischem Gleichstrom (DC) gespeister Elektrolyseur (18) ist.

2. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) ein erster (1‘) der beiden

Wärmetauscher (1‘, 2‘) von einem ersten Abgas- oder Abluftstrom (10a) der beiden Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) durchströmt wird und der zweite Abgas- oder Abluftstrom (10b) der beiden Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) in

Strömungsrichtung des ersten Abgas- oder Abluftstroms (10a) stromabwärts des ersten (1 ‘) und stromaufwärts des zweiten (2‘) der beiden Wärmetauscher (1 ‘, 2‘) in den ersten Abgas- oder Abluftstrom (10a) einmündet und beide Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) dann einen gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom (10) ausbildend den zweiten (2‘) der beiden Wärmetauscher (1‘, 2‘) durchströmen.

3. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) ein erster oder der erste Wärmetauscher (1‘) ein als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildeter

Hochdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher (2‘) dieser beiden Wärmetauscher (1‘, 2‘) ein als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildete Hochdruckwärmetauscher ist, oder dass ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Mitteldrucküberhitzer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Mitteldruckverdampfer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher ist, oder dass ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Niederdruckdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildeter Niederdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeter

Niederdruckwärmetauscher ist.

4. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (1‘, 1) der als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete Hochdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher (2‘, 2) der beiden Wärmetauscher (1‘, 2‘; 1, 2) der als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildete Hochdruckwärmetauscher ist und diese mit einem in Bezug auf die Strömungsrichtung des gemeinsamen Abgas- oder Abluftstroms (10) stromabwärts des zweiten Wärmetauschers (2‘, 2) angeordneten dritten Wärmetauscher (3‘, 4) in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf (15) strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind, wobei der dritte Wärmetauscher (3‘, 4) ein als

Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildeter Hochdruckwärmetauscher ist.

5. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher der als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildete Niederdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher der als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildete Niederdruckwärmetauscher ist und diese mit einem in Bezug auf die

Strömungsrichtung des gemeinsamen Abgas- oder Abluftstroms (10) stromabwärts des zweiten Wärmetauschers angeordneten dritten Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf (15) strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind, wobei der dritte Wärmetauscher ein als Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildeter Niederdruckwärmetauscher ist.

6. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher der als Mitteldrucküberhitzer ausgebildete Mitteldruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher der als Mitteldruckverdampfer ausgebildete Mitteldruckwärmetauscher ist und diese mit einem in Bezug auf die Strömungsrichtung des gemeinsamen Abgas- oder Abluftstroms (10) stromabwärts des zweiten Wärmetauschers angeordneten dritten Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf (15) strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind, wobei der dritte Wärmetauscher ein als Mitteldruckvorwärmer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher ist.

7. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeter

Hochdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildeter

Hochdruckwärmetauscher ist, oder dass ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Mitteldruckverdampfer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Mitteldruckvorwärmer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher ist, oder dass ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeter

Niederdruckwärmetauscher und ein zweiter oder der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildeter Niederdruckwärmetauscher ist.

8. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart eingerichtet ist, dass in der Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) in Abgas- oder Abluftströmungsrichtung der erste Abgas- oder Abluftstrom (10a) den ersten, als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildeten Wärmetauscher (1‘, 1) durchströmt, nach Einmündung des zweiten Abgas- oder Abluftstroms (10b) der gemeinsame Abgas- oder Abluftstrom (10) den zweiten, als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeten Wärmetauscher (2‘, 2), dann einen oder den als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildeten vierten Wärmetauscher (4‘, 3), dann einen oder den als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildeten dritten Wärmetauscher (3‘, 4), dann einen als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeten fünften Wärmetauscher (5, 5‘) und schließlich einen als Hochdruck- und/oder Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildeten sechsten Wärmetauscher (6, 6‘) durchströmt.

9. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hochdruck- und/oder Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildete sechste Wärmetauscher (6, 6‘), der als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildete dritte Wärmetauscher (3‘, 4), der als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeten zweite Wärmetauscher (2‘, 2) und der als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete erste Wärmetauscher (1‘, 1) in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf- Kreislauf (15) strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind.

10. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hochdruck- und/oder Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildete sechste Wärmetauscher (6, 6‘), der als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildete fünfte Wärmetauscher (5, 5‘) und der als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildete vierte Wärmetauscher (4‘, 3) in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser- Dampf- Kreislauf (15) strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind.

11. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) einen Abhitzekessel (8, 8‘) umfasst oder ausbildet, der mindestens den ersten und den zweiten Wärmetauscher (1 ‘, 2‘), vorzugsweise den ersten bis sechsten Wärmetauscher (1 - 6; 1 — 6‘), aufweist.

12. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Wärmetauscher (1 - 6; V 6‘) der

Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) in Bezug auf die Strömungsrichtungen des ihn durchströmenden Abgas- oder Abluftstromes (10a, 10b, 10) und des ihn durchströmenden mindestens einen Mediums des Wasser-Dampf-Kreislaufs (15) als Gegenstromwärmetäuscher ausgebildet ist.

13. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Abgas- oder Abluftstrom (10a, 10b, 10) oder einem und/oder beiden der beiden Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) und/oder dem gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom (10) jeweils ein Gasbrenner oder Gas- Booster (16) zugeordnet ist, der mit dem mindestens einen Abgas- oder Abluftstrom (10a, 10b, 10) oder einem und/oder beiden der beiden Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) und/oder dem gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom (10) in Leitungsverbindung steht und der ein heißes Abgas erzeugt, das dem mindestens einen Abgas- oder Abluftstrom (10a, 10b, 10) oder einem und/oder beiden der beiden Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) und/oder dem gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom (10) zu seiner Temperaturerhöhung über diese Leitungsverbindung zumischbar ist.

14. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) Teile eines aufgeteilten Abgas- oder Abluftstromes einer oder mehrerer industrieller Produktionsanlagen (21) oder industrieller Wärmequellen (28) sind oder dass die beiden Abgas- oder Abluftströme (10a, 10b) zwei getrennt entnommene Abgas- oder Abluftströme einer oder mehrerer industrieller Produktionsanlagen (21) oder industrieller Wärmequellen (28) sind.

15. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der Ansprüche 3 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete Hochdruckwärmetauscher (1) Wasserdampf mit einem Druck von 70 - 100 bar und einer Temperatur von 500 °C - 540 °C erzeugt und in den Wasser-Dampf-Kreislauf (15) einspeist.

16. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der Ansprüche 3 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass der als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildete Niederdruckwärmetauscher (4) Wasserdampf mit einem Druck von 3- 10 bar und einer Temperatur von 230 °C - 280 °C erzeugt und in den Wasser-Dampf-Kreislauf (15) einspeist.

17. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Elektrolyseur (18) eine Wasserstoffelektrolyse abläuft.

18. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) und der Elektrolyseur (18) Bestandteil einer/der industriellen Produktionsanlage (21), insbesondere einer hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise eines integrierten Hüttenwerkes, sind und der Elektrolyseur (18) mit mindestens einer ersten industriellen Produktionseinrichtung (20) der industriellen Produktionsanlage (21), insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, in einer im Elektrolyseur (18) erzeugten Wasserstoff (H2) zu mindestens der ersten industriellen Produktionseinrichtung (20) der industriellen Produktionsanlage (21), insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, führenden Leitungsverbindung (29) steht.

19. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) und der Elektrolyseur (18) Bestandteil einer/der industriellen Produktionsanlage (21), insbesondere einer/der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise eines/des integrierten Hüttenwerkes, sind und der Elektrolyseur (18) mit mindestens einer oder der ersten (20) und/oder einer zweiten (22) Produktionseinrichtung der industriellen Produktionsanlage (21), insbesondere der hüttenmännischen

Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, in einer im Elektrolyseur (18) erzeugten Sauerstoff (02) zu mindestens der ersten (20) und/oder der zweiten (22) Produktionseinrichtung der industriellen Produktionsanlage (21), insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, führenden Leitungsverbindung (30) steht.

20. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Produktionseinrichtung (20, 22) ein Hochofen und/oder eine Direktreduktionsanlage, insbesondere ein Schachtofen einer Direktreduktionsanlage, und/oder ein Dressierofen und/oder ein Stahlkonverter ist/sind.

21. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Elektrolyseur (18) eine Wasserstoffelektrolyse abläuft und/oder der Elektrolyseur (18) ein Hochtemperatur-Elektrolyseur ist, in dem eine Hochtemperatur-Wasserstoffelektrolyse abläuft, und dass die Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) eingerichtet ist, dass aus der

Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) und/oder dem daran angeschlossenen Wasser-Dampf-Kreislauf (15) Dampf- und/oder Wärme auskoppelbar und in den über eine erste mediumführende Leitungsverbindung (23) mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf (15) verbundenen Elektrolyseur (18) oder Hochtemperatur-Elektrolyseur einkoppelbar ist. 22. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Produktionsvorrichtung (24) zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse umfasst, die in einer zweiten (25) oder der ersten (23) mediumführenden Leitungsverbindung und/oder einer weiteren stromführenden Leitungsverbindung (26) mit der Abwärmerückgewinnungsanlage (9.1, 9.2) steht und die eingerichtet ist, dass ihr über die erste (23) oder zweite (25) mediumführende Leitungsverbindung Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf (15) und/oder über die weitere stromführende Leitungsverbindung (26) von dem mindestens einen Generator (11) erzeugter Strom nach Konvertierung in Wechselstrom (AC) oder von einem weiteren von dem Dampfturbinensatz (14) angetriebenen Generator unmittelbar erzeugter Wechselstrom (AC) zuführbar ist.

23. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie eingerichtet ist, dass der Produktionsvorrichtung (24) zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse mittels der ersten oder zweiten mediumführenden Leitungsverbindung (23, 25) aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf (15) gesättigter oder überhitzter Dampf mit einem Druck von 5 - 80 bar, vorzugsweise 10 - 70 bar, insbesondere 15 - 45 bar, zuführbar ist.

24. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die industrielle Produktionsanlage (21), insbesondere eine/die hüttenmännische Produktionsanlage, vorzugsweise ein/das integrierte Hüttenwerk, besonders bevorzugt ein/der Hochofen und/oder ein/der Stahlkonverter und/oder eine/die Direktreduktionsanlage, eingerichtet ist/sind, das in der Produktionsvorrichtung (24) zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse erzeugte Produkt (27), insbesondere Biokohle, als Reduktionsmittel zu verarbeiten.

25. Abwärmenutzungsanlage (9, 9‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas- oder Abluftstrom (10a, 10b) oder der erste und/oder der zweite Abgas- oder Abluftstrom (10a, 10b) ein Abgas- oder Abluftstrom oder mehrere Abgas- oder Abluftströme der industriellen Produktionsanlage (21), insbesondere einer/der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise eines/des integrierten Hüttenwerks, besonders bevorzugt eines Sinterkühlers oder mehrerer Sinterkühler einer Sinteranlage und/oder eines/des Hochofens und/oder eines/des oder mehrerer Stahlkonverter und/oder einer Stranggießanlage und/oder eines Warmwalzwerks und/oder einer oder mehrerer Ofenanlagen oder eines oder mehrerer Glasöfen, insbesondere einer oder mehrerer Floatglas- oder Behälterglas- Anlagen, ist/sind.

Description:
Anlage zur Nutzung von in einem Abgas- oder Abluftstrom einer industriellen Produktionsanlage enthaltener Wärmeenergie

Die Erfindung richtet sich auf eine Abwärmenutzungsanlage zur Nutzung industrieller Abwärme in Form einer Dampf- und Stromerzeugung umfassend ein Dampfkraftwerk mit mindestens einem, mindestens einen angeschlossenen Generator zur Stromerzeugung aufweisenden Dampfturbinensatz und mindestens einem dem mindestens einen Dampfturbinensatz in Strömungsrichtung eines Wasser-Dampf-Kreislaufes des Dampfkraftwerks nachgeschalteten und in dem Wasser-Dampf-Kreislauf angeordneten Kondensator und umfassend eine in den Wasser-Dampf-Kreislauf integrierte Abwärmerückgewinnungsanlage zur Nutzung von aus mindestens einem Abgas- oder Abluftstrom, vorzugsweise zwei Abgas- oder Abluftströmen, einer industriellen Produktionsanlage oder industriellen Wärmequelle oder mehreren industriellen Produktionsanlagen oder industriellen Wärmequellen rückgewonnener Wärmeenergie zur Stromerzeugung mittels Wasserdampfs in dem Dampfkraftwerk und umfassend mindestens einen von dem erzeugten Strom gespeisten Elektrolyseur, wobei die Abwärmerückgewinnungsanlage mindestens zwei von dem mindestens einen Abgas- oder Abluftstrom oder von zumindest jeweils einem der beiden Abgas- oder Abluftströme oder von einem aus den beiden Abgas- oder Abluftströmen gebildeten gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom durchströmte, vorzugsweise dampferzeugende, Wärmetauscher umfasst, die beide in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampfkraftwerks integriert und bezüglich der Strömungsrichtung des in dem Wasser-Dampf-Kreislauf strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind.

Aus der Praxis ist aus Japan eine Abwärmenutzungsanlage in Form einer von der Sumitomo Heavy Industries in Kokura (Japan) betriebenen Sinteranlage bekannt, bei welcher Abluft von den Sinterkühlern der Sinteranlage durch Abhitzekessel geführt werden. Zusammen mit den Abgasen der Sinteranlage, die auch durch einen Abhitzekessel geführt werden, sind auf diese Weise 120 kgDampf/tSinter mit einer Temperatur von 273 °C und einem Druck von 9 bar erzeugbar.

Derzeit wird die Abwärme aus Sinterkühlern aber nicht effizient verwendet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die eine hinsichtlich der Nutzung der in Abgas- oder Abluftströmen industrieller Produktionsanlagen vorhandenen Wärmeenergie verbesserte Einbindung einer Abwärmerückgewinnungsanlage in eine Abwärmenutzungsanlage insbesondere zur Einbindung in eine industrielle Produktionsanlage bereitstellt.

Diese Aufgabe wird durch eine Abwärmenutzungsanlage gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe bei einer eingangs näher bezeichneten Abwärmenutzungsanlage dadurch gelöst, dass die Abwärmenutzungsanlage einerseits Dampf und Strom erzeugt und andererseits einen Elektrolyseur umfasst, wobei der mindestens eine Generator Gleichstrom erzeugt und der Elektrolyseur ein gleichstrombetriebener, unmittelbar von dem Generator mit elektrischem Gleichstrom gespeister Elektrolyseur ist.

Hierdurch wird es möglich, einerseits mittels eines Dampfkraftwerks effizient und kostengünstig eine Elektrolyse zu betreiben, da ein Wechselrichter nicht benötigt wird, und andererseits Produkte der Elektrolyse wie Wasserstoff und Sauerstoff, aber auch Dampf des angeschlossenen Wasser-Dampf-Kreislaufs und mit dessen Hilfe erzeugten Strom, unmittelbar in der Abwärmenutzungsanlage und/oder einer angeschlossenen industriellen Produktionsanlage, insbesondere einer hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise einem integrierten Hüttenwerk, zu nutzen.

Um mittels der Abwärmenutzungsanlage das Dampfkraftwerk effizient und vorteilhaft betreiben zu können, sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass in der Abwärmerückgewinnungsanlage ein erster der beiden Wärmetauscher von einem ersten Abgas- oder Abluftstrom der beiden Abgas- oder Abluftströme durchströmt wird und der zweite Abgas- oder Abluftstrom der beiden Abgas- oder Abluftströme in Strömungsrichtung des ersten Abgas- oder Abluftstroms stromabwärts des ersten und stromaufwärts des zweiten der beiden Wärmetauscher in den ersten Abgas- oder Abluftstrom einmündet und beide Abgas oder Abluftströme dann einen gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom ausbildend den zweiten der beiden Wärmetauscher durchströmen.

Hierbei ist es weiterhin möglich, dass in der Abwärmerückgewinnungsanlage ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildeter Hochdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildete Hochdruckwärmetauscher ist, oder dass ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Mitteldrucküberhitzer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Mitteldruckverdampfer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher ist, oder dass ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Niederdruckdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildeter Niederdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeter Niederdruckwärmetauscher ist, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.

Hierbei kann es weiterhin vorgesehen sein, dass der erste Wärmetauscher der als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete Hochdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher der beiden Wärmetauscher der als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildete Hochdruckwärmetauscher ist und diese mit einem in Bezug auf die

Strömungsrichtung des gemeinsamen Abgas- oder Abluftstroms stromabwärts des zweiten Wärmetauschers angeordneten dritten Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind, wobei der dritte Wärmetauscher ein als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildeter Hochdruckwärmetauscher ist.

Alternativ ist es aber auch möglich, dass der erste Wärmetauscher der als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildete Niederdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher der als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildete Niederdruckwärmetauscher ist und diese mit einem in Bezug auf die

Strömungsrichtung des gemeinsamen Abgas- oder Abluftstroms stromabwärts des zweiten Wärmetauschers angeordneten dritten Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind, wobei der dritte Wärmetauscher ein als Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildeter Niederdruckwärmetauscher ist.

Eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der erste

Wärmetauscher der als Mitteldrucküberhitzer ausgebildete Mitteldruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher der als Mitteldruckverdampfer ausgebildete Mitteldruckwärmetauscher ist und diese mit einem in Bezug auf die

Strömungsrichtung des gemeinsamen Abgas- oder Abluftstroms stromabwärts des zweiten Wärmetauschers angeordneten dritten Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind, wobei der dritte Wärmetauscher ein als Mitteldruckvorwärmer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher ist. In Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass in der Abwärmerückgewinnungsanlage ein erster oder der erste Wärmetauscher ein als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeter Hochdruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildeter Hochdruckwärmetauscher ist, oder dass ein erster oder der erste

Wärmetauscher ein als Mitteldruckverdampfer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Mitteldruckvorwärmer ausgebildeter Mitteldruckwärmetauscher ist, oder dass ein erster oder der erste

Wärmetauscher ein als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeter Niederdruckwärmetauscher und ein zweiter oder der zweite Wärmetauscher dieser beiden Wärmetauscher ein als Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildeter Niederdruckwärmetauscher ist.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sie derart eingerichtet ist, dass in der Abwärmerückgewinnungsanlage in Abgas- oder Abluftströmungsrichtung der erste Abgas- oder Abluftstrom den ersten, als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildeten Wärmetauscher durchströmt, nach Einmündung des zweiten Abgas- oder Abluftstroms der gemeinsame Abgas- oder Abluftstrom den zweiten, als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeten Wärmetauscher, dann einen oder den als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildeten vierten Wärmetauscher, dann einen oder den als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildeten dritten Wärmetauscher, dann einen als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeten fünften Wärmetauscher und schließlich einen als Hochdruck- und/oder Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildeten sechsten Wärmetauscher durchströmt.

Hierbei kann es gemäß Ausgestaltung der Erfindung weiterhin zweckmäßig sein, dass der als Hochdruck- und/oder Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildete sechste Wärmetauscher, der als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildete dritte Wärmetauscher, der als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeten zweite Wärmetauscher und der als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete erste Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind.

Vorteilhaft ist es in Ausgestaltung der Erfindung dann weiterhin, wenn der als Hochdruck- und/oder Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildete sechste Wärmetauscher, der als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildete fünfte Wärmetauscher und der als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildete vierte Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf strömenden Mediums in Reihe geschaltet sind.

Die Abwärmerückgewinnungsanlage kann einen Abhitzekessel umfassen oder ausbilden, der mindestens den ersten und den zweiten Wärmetauscher, vorzugsweise den ersten bis sechsten Wärmetauscher, aufweist, was die Erfindung weiterhin vorsieht.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn jeder der Wärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsanlage in Bezug auf die Strömungsrichtungen des ihn durchströmenden Abgas- oder Abluftstromes und des ihn durchströmenden mindestens einen Mediums des Wasser-Dampf-Kreislaufs als Gegenstromwärmetäuscher ausgebildet ist. Auch dies sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor.

Um die Temperatur des Abgas- oder Abluftstroms oder der Abgas- oder Abluftströme durch Zumischung eines heißen Mediums regulieren, zumindest beeinflussen zu können, zeichnet sich die Erfindung weiterhin dadurch aus, dass dem mindestens einen Abgas- oder Abluftstrom oder einem und/oder beiden der beiden Abgas- oder Abluftströme und/oder dem gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom jeweils ein Gasbrenner oder Gas-Booster zugeordnet ist, der mit dem mindestens einen Abgas- oder Abluftstrom oder einem und/oder beiden der beiden Abgas- oder Abluftströme und/oder dem gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom in Leitungsverbindung steht und der ein heißes Abgas erzeugt, das dem mindestens einen Abgas- oder Abluftstrom oder einem und/oder beiden der beiden Abgas- oder Abluftströme und/oder dem gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom zu seiner Temperaturerhöhung über diese Leitungsverbindung zumischbar ist.

Die beiden Abgas- oder Abluftströme können Teile eines aufgeteilten Abgas- oder Abluftstromes einer oder mehrerer industrieller Produktionsanlagen oder industrieller Wärmequellen sein oder können zwei getrennt entnommene Abgas- oder Abluftströme einer oder mehrerer industrieller Produktionsanlagen oder industrieller Wärmequellen sein.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete Hochdruckwärmetauscher Wasserdampf mit einem Druck von 70 - 100 bar und einer Temperatur von 500 °C - 540 °C erzeugt und in den Wasser-Dampf-Kreislauf einspeist und wenn der als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildete Niederdruckwärmetauscher Wasserdampf mit einem Druck von 3 - 10 bar und einer Temperatur von 230 °C - 280 °C erzeugt und in den Wasser-Dampf-Kreislauf einspeist, was die Erfindung ebenfalls vorsieht. Für eine effiziente Energienutzung innerhalb einer industriellen Produktionsanlage ist es weiterhin von Vorteil, wenn in dem Elektrolyseur eine Wasserstoffelektrolyse abläuft und der erzeugte Wasserstoff in der industriellen Produktionsanlage verwendet wird. Die Erfindung zeichnet sich in Weiterbildung daher auch dadurch aus, dass in dem Elektrolyseur eine Wasserstoffelektrolyse abläuft.

Eine besonders bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt im Bereich der Stahlindustrie. Die Erfindung zeichnet sich in Weiterbildung daher dadurch aus, dass die Abwärmerückgewinnungsanlage und der Elektrolyseur Bestandteil einer/der industriellen Produktionsanlage, insbesondere einer hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise eines integrierten Hüttenwerkes, sind und der Elektrolyseur mit mindestens einer ersten industriellen Produktionseinrichtung der industriellen Produktionsanlage, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, in einer im Elektrolyseur erzeugten Wasserstoff (H 2 ) zu mindestens der ersten industriellen Produktionseinrichtung der industriellen Produktionsanlage, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, führenden Leitungsverbindung steht.

Hierbei kann zudem vorgesehen sein, dass auch der in der Elektrolyse erzeugte Sauerstoff in der industriellen Produktionsanlage Verwendung findet. Die Erfindung sieht daher auch vor, dass die Abwärmerückgewinnungsanlage und der Elektrolyseur Bestandteil einer/der industriellen Produktionsanlage, insbesondere einer/der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise eines/des integrierten Hüttenwerkes, sind und der Elektrolyseur mit mindestens einer oder der ersten und/oder einer zweiten Produktionseinrichtung der industriellen Produktionsanlage, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, in einer im Elektrolyseur erzeugten Sauerstoff (O 2 ) zu mindestens der ersten und/oder der zweiten Produktionseinrichtung der industriellen Produktionsanlage, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, führenden Leitungsverbindung steht.

Erste und/oder zweite Produktionseinrichtungen der hüttenmännischen Produktionsanlage können ein Hochofen und/oder ein Dressierofen sein. Die Erfindung sieht daher in weiterer Ausgestaltung auch vor, dass die erste und/oder die zweite Produktionseinrichtung ein Hochofen und/oder eine Direktreduktionsanlage, insbesondere ein Schachtofen einer Direktreduktionsanlage, und/oder ein Dressierofen und/oder ein Stahlkonverter ist/sind. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Elektrolyseur ein Hochtemperatur-Elektrolyseur ist, in dem eine Hochtemperatur-Wasserstoffelektrolyse abläuft, wobei aus der Wärmerückgewinnungsanlage, insbesondere dem Wasser-Dampf-Kreislauf der Wärmerückgewinnungsanlage, Dampf- und/oder Wärme ausgekoppelt und in den Elektrolyseur eingekoppelt wird. Diesbezüglich sieht die Erfindung vor, dass in dem Elektrolyseur eine Wasserstoffelektrolyse abläuft und/oder der Elektrolyseur ein Hochtemperatur-Elektrolyseur ist, in dem eine Hochtemperatur-Wasserstoffelektrolyse abläuft, und dass die Abwärmenutzungsanlage eingerichtet ist, dass aus der Abwärmerückgewinnungsanlage und/oder dem daran angeschlossenen Wasser-Dampf- Kreislauf Dampf- und/oder Wärme auskoppelbar und in den über eine erste mediumführende Leitungsverbindung mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf verbundenen Elektrolyseur oder Hochtemperatur-Elektrolyseur einkoppelbar ist.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Anlage eine Produktionsvorrichtung zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse umfasst. Die Erfindung zeichnet sich in weiterer Ausgestaltung daher dadurch aus, dass die Abwärmenutzungsanlage eine Produktionsvorrichtung zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse umfasst, die in einer zweiten oder der ersten mediumführenden Leitungsverbindung und/oder einer weiteren stromführenden Leitungsverbindung mit der Abwärmerückgewinnungsanlage steht und die eingerichtet ist, dass ihr über die erste oder zweite mediumführende Leitungsverbindung Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf und/oder über die weitere stromführende Leitungsverbindung von dem mindestens einen Generator erzeugter Strom nach Konvertierung in Wechselstrom (AC) oder von einem weiteren von dem Dampfturbinensatz angetriebenen Generator unmittelbar erzeugter Wechselstrom (AC) zuführbar ist.

Zweckmäßig ist es hierbei, wenn der Produktionsvorrichtung zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung mittels der ersten oder zweiten mediumführenden Leitungsverbindung aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf der Abwärmenutzungsanlage gesättigter oder überhitzter Dampf mit einem Druck von 40 bar zuführbar ist. Die Erfindung sieht daher weiterhin auch vor, dass die Abwärmenutzungsanlage eingerichtet ist, dass der Produktionsvorrichtung zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse mittels der ersten oder zweiten mediumführenden Leitungsverbindung aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf gesättigter oder überhitzter Dampf mit einem Druck von 5 - 80 bar, vorzugsweise 10 - 70 bar, insbesondere 15 - 45 bar, zuführbar ist. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die hüttenmännische Produktionsanlage, insbesondere der Hochofen und/oder der Stahlkonverter, eingerichtet ist, die in der Produktionsvorrichtung zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung erzeugte organische Biomasse, insbesondere Biokohle, als Reduktionsmittel zu verarbeiten. Insbesondere bei Hochöfen können deren C0 2 -Emissionen durch Einblasen von Ersatzreduktionsmitteln, wie H 2 und/oder carbonisierter Biomasse, insbesondere in Form von Biokohle, gesenkt werden. Die Erfindung sieht deshalb auch vor, dass die industrielle Produktionsanlage, insbesondere eine/die hüttenmännische Produktionsanlage, vorzugsweise ein/das integrierte Hüttenwerk, besonders bevorzugt ein/der Hochofen und/oder ein/der Stahlkonverter und/oder eine/die Direktreduktionsanlage, eingerichtet ist/sind, das in der Produktionsvorrichtung zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse erzeugte Produkt, insbesondere Biokohle, als Reduktionsmittel zu verarbeiten.

Der Abgas- oder Abluftstrom oder die Abgas- oder Abluftströme kann/können aus einer Vielzahl an industriellen Wärmequellen stammen. Insbesondere können Sinterkühler einer Sinteranlage eine brauchbare industrielle Wärmequelle darstellen. Die Erfindung zeichnet sich deshalb schließlich noch dadurch aus, dass der Abgas- oder Abluftstrom oder der erste und/oder der zweite Abgas- oder Abluftstrom ein Abgas- oder Abluftstrom oder mehrere Abgas- oder Abluftströme der industriellen Produktionsanlage, insbesondere einer/der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise eines/des integrierten Hüttenwerks, besonders bevorzugt eines Sinterkühlers oder mehrerer Sinterkühler einer Sinteranlage und/oder eines/des Hochofens und/oder eines/des oder mehrerer Stahlkonverter und/oder einer Stranggießanlage und/oder eines Warmwalzwerks und/oder einer oder mehrerer Ofenanlagen oder eines oder mehrerer Glasöfen, insbesondere einer oder mehrerer Floatglas oder Behälterglas-Anlagen, ist/sind.

Mit der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanlage lässt sich die C0 2 -Emission eines Stahlwerks durch Nutzung und Ausgestaltung einer Abwärmerückgewinnungsanlage reduzieren.

Die Erfindung schlägt eine industrielle Abwärmenutzungsmöglichkeit zur Dampf- und Stromerzeugung gekoppelt mit einer anschließenden Elektrolyse, insbesondere zur Wasserstofferzeugung, mit optionaler Dampf- und Stromauskopplung für einen Prozess zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung und optionaler Verwertung des Stroms, des Wasserstoffs, des als Nebenprodukt anfallenden Sauerstoffs und der als optionales Nebenprodukt anfallenden carbonisierten organischen Biomasse, insbesondere Biokohle, innerhalb einer industriellen Produktionsanlage, vorzugsweise innerhalb eines Hüttenwerks, vor.

Bei der Abwärmenutzung zur Dampferzeugung in der Stahlindustrie können beispielsweise folgende Produktionseinrichtungen Abgas- oder Abluftströme Verwendung finden:

Sinteranlage: Abgas am Sinterband, Abluft der Sinterkühler

Hochofen: Abgas von Winderhitzern, Abluft/Abwärme von Hochofenschlacke

Konverter: Abluft/Abwärme von Konverterschlacke, Abhitzekessel

Stranggießanlage: Nutzung der Brüden vom Spritzwasser, Restwärme der Brammen

Warmwalzwerk

Das der Erfindung zugrundeliegende Gesamtkonzept, nach welchem industrielle Abwärme, beispielsweise die eines Sinterkühlers, mit Hilfe eines Wasser-Dampf-Kreislaufs und einer Abwärmerückgewinnungsanlage eines Dampfkraftwerks zur Stromerzeugung verwendet wird, ist in der Figur 1 dargestellt.

Die das aus der Abwärmerückgewinnungsanlage und dem Wasser-Dampf-Kreislauf gebildete Dampfkraftwerk umfassende Abwärmenutzungsanlage liefert Gleichstrom (DC). Dieser wird im Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet (H 2 ). Dadurch entfällt der beim Stand der Technik notwendige Inverter, was die Effizienz und damit die Wasserstoffausbeute erhöht. In Hüttenwerken kann der so erzeugte Wasserstoff in Hochöfen, Dressieröfen oder Schachtöfen (Direktreduktion) eingesetzt werden.

Der von dem aus der Abwärmerückgewinnungsanlage und dem Wasser-Dampf-Kreislauf gebildeten Dampfkraftwerk erzeugte Dampf kann zur Nutzung für einen vapothermalen Carbonisierungsprozess organischer Biomasse (CLB-Prozess) ausgekoppelt und genutzt werden. Daneben kann das Dampfkraftwerk Wechselstrom (AC) für den CLB-Prozess bereitstellen. Das Produkt des CLB -Prozesses, insbesondere Biokohle, kann als Ersatzreduktionsmittel beispielsweise in einem Hochofen eingesetzt werden. Auch der Sauerstoff, der als Nebenprodukt bei der Elektrolyse anfällt, kann vollständig in einem Hochofen eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Abwärmenutzungsanlage weist gegenüber dem Stand der T echnik bei der Anwendung in einem Hüttenwerk folgende Vorteile auf: effiziente(re) Abwärmenutzung, Möglichkeit der Dampfauskopplung aus dem Dampfturbinensatz 14, durch Wegfall des AC/DC- Inverters des Elektrolyseurs 18 lassen sich die Investitionskosten für den Elektrolyseur um ca. 25 % reduzieren und gleichzeitig die Effizienz und damit die H 2 - Ausbeute erhöhen; der Strombedarf wird um ca. 0,25 kWh/Nm 3 H 2 reduziert; die Wirkungsgrade von Gleichrichtern liegen bei etwa 95 %; keine/weniger zusätzliche Dampferzeugung bzw. Dampfbereitstellung für den Prozess zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse am Standort notwendig;

Reduktion der CC>2-Emissionen eines angeschlossenen Hochofens bei unter Einsatz der Abwärmenutzungsanlagen 9.1, 9.2 erzeugtem H 2 als Ersatzreduktionsmittel;

Verwendung von aus der Elektrolyse stammendem Sauerstoff im Hochofen und Konverter führt zu Stromeinsparung bei der Luftzerlegung zur Sauerstofferzeugung im angeschlossenen Hüttenwerk;

Reduktion der C0 2 -Emissionen eines/des Hochofens durch den Einsatz von Ersatzreduktionsmitteln (H 2 , Biokohle);

Möglichkeit der Verwendung einer Hochtemperatur-Elektrolyse durch Wärmebereitstellung, wodurch eine höhere Effizienz und damit eine höhere H2- Ausbeute möglich werden.

Die Abwärmerückgewinnungsanlage 9. 1 , 9.2 mit gekoppelter Elektrolyse 18 kann auch an Elektrolichtbogenöfen und Abhitzekesseln von Stahlkonvertern eingesetzt werden. Elektrolichtbogenöfen kommen auch bei der Herstellung von Stahl via Direktreduktion (z.B. Midrex-Verfahren) zum Einsatz. Hier wäre die Abwärmenutzung via Abwärmerückgewinnungsanlage 9. 1 , 9.2 mit anschließender Wasserstofferzeugung vorteilhaft, da der Wasserstoff unmittelbar bei der Direktreduktion eingesetzt werden kann. Das im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 vorgestellte Konzept kann für Dreh-Sinterkühler und für Schacht-Sinterkühler verwendet werden.

Erzeugter Wasserstoff kann auch vermarktet oder zur Synthese von Chemikalien und Kraftstoffen verwendet werden. Dafür könnte auch aus Hüttenwerksabgasen gewonnenes CO2 Verwendung finden. Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 in schematischer Blockdarstellung wesentliche Komponenten einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanlage und deren Wirkzusammenhang,

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel einer Abwärmenutzungsanlage mit Abwärmerückgewinnungsanlage und angeschlossenem Dampfkraftwerk mit zugeordnetem Elektrolyseur und in

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein zweites Beispiel einer Abwärmenutzungsanlage mit Abwärmerückgewinnungsanlage und angeschlossenem Dampfkraftwerk mit zugeordnetem Elektrolyseur.

Die Figur 2 zeigt eine insgesamt mit 9 bezeichnete Abwärmenutzungsanlage, die ein erstes Beispiel einer Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 umfasst. Die Abwärmenutzungsanlage 9 und die Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 dienen dazu, in einem Abgas- oder Abluftstrom einer industriellen Produktionsanlage enthalten Wärmeenergie noch einer Nutzung zuzuführen. Die Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 ist in einen Wasser-Dampf-Kreislauf 15 eines Dampfkraftwerks eingebunden. Die Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 weist sechs als Hochdruck- und/oder Niederdruckwärmetauscher ausgebildete Wärmetauscher 1 - 6 auf. Diese Wärmetauscher 1 - 6 sind in Strömungsrichtung eines ersten Abgas- oder Abluftstromes 10a, eines zweiten Abgas- oder Abluftstromes 10b und des daraus gebildeten gemeinsamen Abgas- oder Abluftstromes 10 in folgender Reihenfolge angeordnet und in Bezug auf die Abgas- oder Abluftströmung in Reihe geschaltet: ein als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildeter (Hochdruck-)Wärmetauscher 1 oder erster Wärmetauscher 1‘, ein als

Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeter (Hochdruck-)Wärmetauscher 2 oder zweiter Wärmetauscher 2‘, ein als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildeter (Niederdruck- Wärmetauscher 3 oder vierter Wärmetauscher 4‘, ein als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildeter (Hochdruck-)Wärmetauscher 4 oder dritter Wärmetauscher 3‘, ein als

Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeter (Niederdruck-)Wärmetauscher 5 oder fünfter Wärmetauscher 5‘ und ein als Hochdruck- und Niederdruckverdampfer (ECO 1) ausgebildeter (Hochdruck- und/oder Niederdruck-)Wärmetauscher 6 oder sechster Wärmetauscher 6‘. Diese sechs Wärmetauscher sind in einem Abhitzekessel 8 zusammengefasst. Nach dem Durchströmen der Wärmetauscher 1 - 6 wird der gemeinsame Abgas- oder Abluftstrom 10 über einen Kamin 7 abgeführt.

Alle Wärmetauscher 1 - 6 sind als Gegenstromwärmetäuscher ausgebildet und werden im Gegenstrom einerseits vom ersten Abgas- oder Abluftstrom 10a oder vom zweiten Abgas oder Abluftstrom 10b oder vom gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom 10 und andererseits von dem im Wasser-Dampf-Kreislauf 15 in seinem jeweiligen Aggregatzustand zirkulierenden Fließ- oder Fluidmedium durchströmt.

Da das Ausführungsbeispiel der Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 nach Figur 2 eine Hochdruck-Wasserdampferzeugung mittels der Wärmetauscher 1 und 2 und eine Niederdruck-Wasserdampferzeugung mittels der Wärmetauscher 3 und 5 umfasst und somit in Bezug auf den Wasser-Dampf-Kreislauf 15 ein sogenanntes Zwei-Druck System darstellt, bildet bei diesem Ausführungsbeispiel der als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete (Hochdruck-)Wärmetauscher 1 einen ersten Wärmetauscher V und der als

Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildete (Hochdruck-)Wärmetauscher 2 einen zweiten Wärmetauscher 2‘ im Sinne der vorliegenden Erfindung aus.

Sollte beispielsweise eine nicht dargestellte Ausführungsform einer Abwärmerückgewinnungsanlage in Bezug auf den Wasser-Dampf-Kreislauf 15 lediglich ein Ein-Druck-System realisieren, in welchem lediglich eine Niederdruck-Wasserdampferzeugung vorgesehen ist, dann bildet bei einem solchen Ausführungsbeispiel beispielsweise ein/der als Niederdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete(r) (Niederdruck-)Wärmetauscher 3 einen/den ersten Wärmetauscher 1‘ und ein/der als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildete(r) (Hochdruck-)Wärmetauscher 5 einen/den zweiten Wärmetauscher 2‘ im Sinne der vorliegenden Erfindung aus. Auch ist es möglich, eine Ausführungsform mit einer nicht näher dargestellten Abwärmerückgewinnungsanlage zu realisieren, die in Bezug auf den Wasser- Dampf-Kreislauf 15 ebenfalls lediglich ein Ein-Druck-System ausbildet, wobei hier dann aber ein als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeter (Niederdruck-)Wärmetauscher 5 einen/den ersten Wärmetauscher 1‘ und ein als Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildeter (Niederdruck-)Wärmetauscher 6 einen/den zweiten Wärmetauscher 2 ' im Sinne der vorliegenden Erfindung ausbildet. In einer Hochdruckvariante würde eine solche Ausführungsform einer Abwärmerückgewinnungsanlage einen/den als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeten (Hochdruck-)Wärmetauscher 2 als einen/den ersten Wärmetauscher V und einen/den als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildeten (Hochdruck- Wärmetauscher 4 als einen/den zweiten Wärmetauscher 2 ' im Sinne der vorliegenden Erfindung aufweisen. Analog sind auch entsprechende Kombinationen von Mitteldruckwärmetauschern möglich. Eine solchermaßen ausgestaltete, nicht dargestellte Abwärmerückgewinnungsanlage könnte dann in passender Weise mit weiteren Wärmetauschern kombiniert werden.

Eine lediglich zwei im Wasser-Dampf-Kreislauf 15 angeordnete Wärmetauscher, nämlich einen ersten T und einen zweiten Wärmetauscher 2‘, umfassende Ausführungsform einer Abwärmerückgewinnungsanlage 9.2 mit einem Ein-Druck-System ist in der Figur 3 als Bestandteil einer Abwärmenutzungsanlage 9‘ dargestellt. Auch die Abwärmenutzungsanlage 9‘ und die Abwärmerückgewinnungsanlage 9.2 dienen dazu, in einem Abgas- oder Abluftstrom einer industriellen Produktionsanlage enthalten Wärmeenergie noch einer Nutzung zuzuführen. Da hier ein Wasser-Dampf-Kreislauf 15 mit einem Druck des Speisewassers stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers 2‘ von 80 bar und einer Dampftemperatur von 540 °C stromabwärts des ersten Wärmetauschers 1‘ vorgesehen ist, sind hier für die Ausführung als erster 1‘ und zweiter 2‘ Wärmetauscher jeweils folgende Paare denkbar: Hochdrucküberhitzer (SH HP) und Hochdruckverdampfer (EVA HP) sowie alternativ Hochdruckverdampfer (EVA HP) und Hochdruckvorwärmer (ECO 2). Je nach Druckgestaltung im Wasser-Dampf-Kreislauf 15 sind aber auch Paare aus Niederdrucküberhitzer (SH LP) und Niederdruckverdampfer (EVA LP) oder Niederdruckverdampfer (EVA LP) und Niederdruckvorwärmer (ECO 1) oder Mitteldrucküberhitzer und Mitteldruckverdampfer möglich.

Die Bezeichnungen Hochdruck (HP), Mitteldruck (MP) und Niederdruck (LP) beziehen sich auf in Dampfkraftwerken im Wasser-Dampf-Kreislauf übliche Dampfdrücke, kombiniert mit den jeweils üblichen Dampftemperaturen, also auf die üblichen Dampfparameter.

Um den ersten oder zweiten oder den gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom 10a, 10b, 10 mit heißem Abgas aufheizen zu können, steht in der Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 die den jeweiligen Abgas- oder Abluftstrom führende Leitungsverbindung in Abgas- oder Abluftströmungsrichtung betrachtet stromabwärts des ersten Wärmetauschers T mit einem Gasbrenner oder Gas-Booster 16 in Leitungsverbindung, in welchem ein Brennstoff verbrannt und dessen heißes Abgas dem jeweiligen Abgas- oder Abluftstrom 10a, 10b oder 10 zumindest zum Teil zugemischt wird, wobei sich beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 die Mischstelle an einer Position befindet, an welcher sich aus dem ersten 10a und dem zweiten 10b Abgas- oder Abluftstrom bereits in Abgas- oder Abluftströmungsrichtung betrachtet stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers 2‘ der gemeinsame Abgas- oder Abluftstrom 10 gebildet hat. Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 sind der als Niederdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildete Wärmetauscher 6, der als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildete Wärmetauscher 5 und der als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildete Wärmetauscher 3 der Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 bezüglich des Wasser-Dampf-Kreislaufes 15 in Reihe geschaltet und mit einem Niederdruckteil 17b der Speisewasserleitung 17 des Wasser- Dampf-Kreislaufes 15 verbunden. Das Speiswasser wird in dem Niederdruckvorwärmer (ECO 1) 6 vorgewärmt, dann in dem Niederdruckverdampfer (EVA LP) 5 verdampft und schließlich in dem Niederdrucküberhitzer (SH LP) 3 überhitzt. Der aus dem Niederdrucküberhitzer (SH LP) 3 austretende überhitzte Dampf wird auf eine Niederdruckturbine 14b eines im Wasser- Dampf-Kreislauf 15 angeordneten Dampfturbinensatzes 14 geleitet.

Ebenso sind beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 der bezüglich dieses Anlagenteiles als Hochdruckvorwärmer (ECO 1) ausgebildete Wärmetauscher 6, der als Hochdruckvorwärmer (ECO 2) ausgebildete Wärmetauscher 4, der als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildete Wärmetauscher 2 und der als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete Wärmetauscher 1 der Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 bezüglich des Wasser-Dampf-Kreislaufes 15 in Reihe geschaltet und mit einem Hochdruckteil 17a der Speisewasserleitung 17 des Wasser-Dampf-Kreislaufes 15 verbunden. Das Speiswasser wird in den Hochdruckvorwärmern (ECO 1) 6 und (ECO 2) 4 vorgewärmt, dann in dem Hochdruckverdampfer (EVA HP) 2 verdampft und schließlich in dem Hochdrucküberhitzer (SH HP) 1 überhitzt. Der aus dem Hochdrucküberhitzer (SH HP) 1 austretende überhitzte Dampf wird auf eine Hochdruckturbine 14a des im Wasser-Dampf-Kreislauf 15 angeordneten Dampfturbinensatzes 14 geleitet.

Der Wasser-Dampf-Kreislauf 15 der Abwärmenutzungsanlage 9 ist beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 bezüglich der Erzeugung von überhitztem Hochdruck- und überhitztem Niederdruckdampf parallelgeschaltet ausgebildet.

Bei dem ersten und dem zweiten Abgas- oder Abluftstrom 10a, 10b, die die Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 durchströmen, handelt es sich um Teile eines aufgeteilten Abgas- oder Abluftstromes oder zwei getrennt entnommene Abgas- oder Abluftströme einer oder mehrerer Industrieanlagen, d.h. einer oder mehrere industrieller Produktionsanlagen, insbesondere einer oder mehrerer hüttenmännischen Produktionsanlagen, vorzugsweise eines integrierten Hüttenwerks. Der Wasser-Dampf-Kreislauf 15 umfasst in Strömungsrichtung nach dem Dampfturbinensatz 14 noch einen Kondensator 13 sowie einen Speisewassertank 12, dessen Entgasungseinrichtung mit einer Dampfleitung des Niederdrucküberhitzers (SH LP) 3 in Verbindung steht. Aus dem Speisewassertank 12 zweigt die Speisewasserleitung 17 ab.

Der zweite Abgas- oder Abluftstrom 10b der Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 weist eine Temperatur von 350 °C - 850 °C, vorzugsweise von 420 °C - 550 °C, auf.

Der erste Abgas- oder Abluftstrom 10a der Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 weist eine Temperatur von 350 °C - 950 °C, insbesondere eine Temperatur zwischen 550 °C und 750 °C, auf.

Nach und durch Zumischung von Abgas aus dem Gasbrenner oder Gas-Booster 16, das eine Temperatur von 550 °C - 1100 °C aufweisen kann, kann die Temperatur des gemeinsamen Abgas- oder Abluftstroms 10 gewünschtenfalls auf eine ebenfalls in diesem Temperaturbereich liegende Temperatur eingestellt werden.

Grundsätzlich ist es in der Regel so, dass der erste Abgas- oder Abluftstrom 10a heißer als der zweite Abgas- oder Abluftstrom 10b ist, wenn diese einer Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 oder 9.2 Zuströmen.

Der im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 als Hochdrucküberhitzer (SH HP) ausgebildete Wärmetauscher 1 oder erste Wärmetauscher T, speist überhitzten Wasserdampf mit einem Druck von 70 - 100 bar und einer Temperatur von 510 °C - 540 °C in den Wasser-Dampf- Kreislauf 15 ein.

Der im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 als Niederdrucküberhitzer (SH LP) ausgebildete Wärmetauscher 3 speist Wasserdampf mit einem Druck von 3 - 5 bar und einer Temperatur von 230 °C - 280 °C in den Wasser-Dampf-Kreislauf 15 ein.

Es ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 vorgesehen, dass der jeweilige erste Abgas- oder Abluftstrom 10a jeweils einen größeren Volumenstrom bildet als der jeweilige zweite Abgas oder Abluftstrom 10b. Dabei handelt es sich aber lediglich um eine beispielhafte Auslegung. Insgesamt können die Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 und die daraus gebildete Abwärmenutzungsanlage 9 derart ausgelegt sein, dass mittels des mindestens einen Dampfturbinensatzes 14 und des mindestens einen daran angeordneten Generators 16 eine elektrische Leistung im Bereich von 2 - 70 MW ei erzeugt werden kann.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Abgas- oder Abluftströmen 10a, 10b um Abgas- oder Abluftströme einer oder mehrerer Sinterkühlanlagen, die jeweils an einer heißeren Stelle (Haube 1; erster Abgas- oder Abluftstrom 10a) und einer weniger heißen Stelle (Haube 2; zweiter Abgas- oder Abluftstrom 10b) einer Sinteranlage entnommen werden.

Das Speisewasser des Wasser-Dampf-Kreislaufes 15 wird aus dem Heißwasserbehälter des Kondensators 13 zur Entlüftung in den Speisewasserbehälter 12 gepumpt. Während des Anlagenbetriebs wird die Entgasung vorzugsweise durch vorgewärmtes, von dem auch als Niederdruckverdampfer (ECO 1) ausgebildeten Nieder- und Hochdruckwärmetauscher 6 stammendes Speisewasser realisiert, um keinen Dampf aus der Dampfentnahme des Dampfturbinensatzes 14 oder überhitzten Niederdruckdampf verwenden zu müssen. Eine Dampfentnahme aus dem Dampfturbinensatzes 14 (nicht dargestellt) oder von überhitztem Niederdruckdampf erfolgt vorzugsweise lediglich zum Anfahren des Prozesses bzw. der Abwärmenutzungsanlage 9. Nach dem Speisewasserbehälter 12 wird das entgaste Speisewasser über Niederdruck-Speisewasserpumpen im Niederdruckteil 17b der Speisewasserleitung 17 zur Niederdruckseite des als Niederdruck- und/oder Hochdruckverdampfers (ECO 1) ausgebildeten Hochdruck- und/oder

Niederdruckwärmetauschers 6 und über Hochdruck-Speisewasserpumpen im Hochdruckteil 17a der Speisewasserleitung 17 zur Hochdruckseite des als Niederdruck- und/oder Hochdruckverdampfers (ECO 1) ausgebildeten Hochdruck- und/oder

Niederdruckwärmetauschers 6 gepumpt. Danach wird das jeweils vorgewärmte Speisewasser zum als Niederdruckverdampfer (EVA LP) ausgebildeten Wärmetauscher 5 bzw. zum als Hochdruckverdampfer (EVA HP) ausgebildeten Wärmetauscher 2 geleitet, wo es jeweils verdampft wird. Der gesättigte Niederdruck- bzw. Hochdruck-Dampf wird weiter zum Hochdrucküberhitzer (SH HP) 1 bzw. zum Niederdrucküberhitzer (SH LP) 3 geleitet, wo er jeweils überhitzt wird. Schließlich werden der überhitzte Niederdruckdampf und der überhitzte Hochdruckdampf jeweils den entsprechenden Turbinenstufen 14a, 14b des

Dampfturbinensatzes 14 zur Stromerzeugung mittels des angeschlossenen Generators 11 zugeführt. Im Dampfturbinensatzes 14 wird der Dampf entspannt, im Kondensator 13 kondensiert und schließlich im Heißwasserraum des Kondensators 13 gesammelt. Danach wird er zum Speisewassertank 12 gepumpt und der Wasser-Dampf-Kreislauf beginnt erneut. In nicht näher erläuterter Weise umfasst die Abwärmenutzungsanlage in üblicher Weise mehrere Balance-of-Plant(BoP)-Systeme wie ein Dampfrohrleitungssystem, ein Kondensatsystem, ein Speisewassersystem, ein geschlossenes Kühlwassersystem, etc., die nicht näher dargestellt sind.

Bestandteil der in Figur 2 dargestellten Abwärmenutzungsanlage 9 ist zudem ein Elektrolyseur 18, der von dem Generator 11 direkt und unmittelbar über eine stromführende Leitungsverbindung 19 mit Gleichstrom DC versorgt wird. Der Generator 11 erzeugt also Gleichstrom DC und bei dem Elektrolyseur 18 handelt es sich um einen gleichstrombetriebenen Elektrolyseur 18. In dem Elektrolyseur 18 läuft eine

Wasserstoffelektrolyse mit den Endprodukten Wasserstoff H 2 und Sauerstoff 0 2 ab. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Elektrolyseur 18 um einen Hochtemperatur- Elektrolyseur und bei der Wasserstoffelektrolyse um eine Hochtemperatur-

Wasserstoffelektrolyse. Der Elektrolyseur 18 kann über eine erste mediumführende Leitungsverbindung 23 dem Wasser-Dampf-Kreislauf 15 der jeweiligen

Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1, 9.2 verbunden sein, über welche Dampf, beispielsweise mit einem Druck von 40 bar, in den Elektrolyseur 18 eingekoppelt wird.

Der erzeugte Wasserstoff und/oder der Sauerstoff können in zumindest einer in Figur 2 nicht und in Figur 1 schematisch dargestellten angeschlossenen ersten Produktionseinrichtung 20 einer in Figur 2 nicht näher und in Figur 1 schematisch dargestellten industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere einer hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise einem integrierten Hüttenwerk, genutzt werden.

Die jeweiligen Abwärmenutzungsanlagen 9 und 9‘ (siehe nachstehende Beschreibung zur Figur 3) sowie insbesondere die jeweiligen Abwärmerückgewinnungsanlagen 9.1 und 9.2 (siehe nachstehende Beschreibung zur Figur 3) und der jeweilige Elektrolyseur 18 sind somit vorzugsweise Bestandteil der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes. Der jeweilige Elektrolyseur 18 kann dann mit mindestens einer ersten Produktionseinrichtung 20 der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, in einer den im Elektrolyseur 18 erzeugten Wasserstoff H 2 zu mindestens einer ersten Produktionseinrichtung 20 oder mehreren Produktionseinrichtungen der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, führenden Leitungsverbindung stehen. Ebenso kann der jeweilige der Elektrolyseur 18 mit mindestens einer oder der ersten Produktionseinrichtung 20 und/oder einer zweiten Produktionseinrichtung 22 der industriellen Produktionsanlage 21 , insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, in einer den im Elektrolyseur 18 erzeugten Sauerstoff O2 zu mindestens der ersten Produktionseinrichtung 20 und/oder der zweiten Produktionseinrichtung 22 der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes, führenden Leitungsverbindung stehen.

Die erste Produktionseinrichtung 20 und/oder die zweite Produktionseinrichtung 22 können ein Hochofen und/oder eine Direktreduktionsanlage, insbesondere ein Schachtofen einer Direktreduktionsanlage, und/oder ein Dressierofen und/oder ein Stahlkonverter sein.

Weiterhin kann die Abwärmenutzungsanlage 9.1 , 9.2, wie in Figur 1 dargestellt, eine Produktionsvorrichtung 24 zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse (Converted-Local-Biomass-Prozess) umfassen, die in einer zweiten mediumführenden Leitungsverbindung 25 und/oder einer weiteren stromführenden Leitungsverbindung 26 mit der jeweiligen Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 , 9.2 steht, sodass der Produktionsvorrichtung 24 zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse (Converted-Local-Biomass-Prozess) über die zweite mediumführende Leitungsverbindung 25 Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf 15 der jeweiligen Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 , 9.2 und über die weitere stromführende Leitungsverbindung 26 Wechselstrom AC zuführbar ist. Hierbei wird der Wechselstrom AC von einem weiteren mit dem Dampfturbinensatz 14 verbundenen Generator mit Wechselrichter oder von dem mindestens einen Generator 16 der jeweiligen Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1, 9.2 und nachfolgender Konvertierung des erzeugten Gleichstroms DC in Wechselstrom AC mittels eines Wechselrichters erzeugt. Als Dampf kann der Produktionsvorrichtung 24 zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse (Converted- Local-Biomass-Prozess) mittels der zweiten mediumführenden Leitungsverbindung 25 aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf 15 der jeweiligen Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 , 9.2 gesättigter oder überhitzter Dampf mit einem Druck von 5 - 80 bar, vorzugsweise 10 - 70 bar, insbesondere 20 - 50 bar zugeführt werden.

In der Produktionsvorrichtung 24 läuft ein Prozess ab, der zugeführte organische Biomasse in einen Brennstoff mit deutlich höherem Brennwert als die ursprünglich zugeführte organische Biomasse umzuwandelt. Das in der Produktionsvorrichtung 24 zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse (Converted-Local-Biomass-Prozess) erzeugte Produkt 27, insbesondere Biokohle (Converted-Local-Biomass=CLB), kann, ggf. nach weiterer Aufbereitung, als Reduktionsmittel in der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise dem integrierten Hüttenwerk, besonders bevorzugt dem Hochofen als zweiter industrieller Produktionseinrichtung 22 und/oder dem Stahlkonverter und/oder der Direktreduktionsanlage verarbeitet werden.

Der erste und der zweite Abgas- oder Abluftstrom 10a, 10b stammen von einer industriellen Wärmequelle 28. Dies können jeweils ein Abgas- oder Abluftstrom oder mehrere Abgas- oder Abluftströme der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerks, besonders bevorzugt eines Sinterkühlers oder mehrerer Sinterkühler einer Sinteranlage und/oder eines oder mehrerer Stahlkonverter und/oder einer Stranggießanlage und/oder eines Warmwalzwerks und/oder einer oder mehrerer Ofenanlagen und/oder eines oder mehrerer Glasöfen, insbesondere einer oder mehrerer Floatglas- oder Behälterglas-Anlagen, aber auch die erste Produktionseinrichtung 20, insbesondere der Dressierofen, und/oder die zweite Produktionseinrichtung 22, insbesondere der Hochofen, und/oder eine Direktreduktionsanlage, insbesondere ein Schachtofen einer Direktreduktionsanlage, und/oder ein Dressierofen und/oder ein Stahlkonverter sein.

Die vorstehend beschriebene, mögliche Kombination wesentlicher Komponenten einer in eine industrielle Produktionsanlage 21 integrierten erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanlage 9 und der Wirkzusammenhang dieser Komponenten ist in Figur 1 in Blockdarstellung schematisch dargestellt.

Die Figur 3 zeigt die Abwärmenutzungsanlage 9‘ mit einem nur den ersten Wärmetauscher V und den zweiten Wärmetauscher 2‘ umfassenden und die Abwärmerückgewinnungsanlage 9.2 ausbildenden Abhitzekessel 8‘.

In allen Figuren und Ausführungsbeispielen bezeichnen gleiche, gleichartige oder identische Bezugszeichen jeweils gleiche, gleichartige oder identische Elemente.

Eine industrielle Wärmequelle 28 kann beispielsweise darin bestehen, dass die Abluft eines Sinterkühlers in einer oder mehreren Hauben entlang des Sinterkühlers er- und gefasst wird. Diese Abluft wird dann einer Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1. oder 9.2 zugeführt. Die Hauptkomponenten einer Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1. oder 9.2 sind ein Abhitzekessel 8 , 8‘- ausgeführt als Ein- oder Mehrdrucksystem (Hochdruck=HP / Mitteldruck=MP / Niederdruck=LP) - mit interner oder auch externer Zusatzfeuerung, insbesondere in Form eines Gas-Boosters 16, und einer ein- oder mehrstufigen (mit einer Stufe oder zwei Stufen aus der Gruppe HP-Stufe, MP-Stufe und LP-Stufe) Dampfturbine oder einem entsprechenden Dampfturbinensatz 14 und einem Kondensator 13, welcher wassergekühlt oder luftgekühlt ausgeführt sein kann. Die Dampfturbine oder der Dampfturbinensatz 14 ist entweder als Kondensations- oder Gegendruckturbine ausgeführt. Des Weiteren umfasst die jeweilige Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1. oder 9.2 diverse verbindende Allgemein-Systemen (Balance-of-Plant) wie beispielsweise Dampfsystemen, Kondensat- und Speisewassersysteme sowie Zwischenkühlwassersystemen, etc., wie sie in Dampfkraftwerken üblich sind. Bei der aus Figur 2 ersichtlichen Ausführungsform handelt es sich um ein Zwei- Druck-System mit integrierter Zusatzfeuerung in Form des Gas-Boosters 16, bei dem die Abhitze zur Erzeugung von HP- und LP-Dampf genutzt wird, welcher auf eine zweistufige Dampfturbine bzw. einen zweistufigen Dampfturbinensatz 14 geführt wird.

Der heiße Abgas- oder Abluftstrom 10a (Haube 1 in Figur 2) kann primär zur Überhitzung des Hochdruck-Dampfes (SH HP) verwendet, bevor dieser mit dem kälteren Abgas- oder Abluftstrom 10b (Haube 2 in Figur 2) zum gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom 10 zusammengeführt wird. Der gemeinsame Abgas- oder Abluftstrom 10 kann dann im Folgenden der Verdampfung des Hochdruck-Dampfes (EVA HP) sowie der Überhitzung (SH LP) und der Verdampfung (EVA LP) des Niederdruck-Dampfes dienen. Die danach noch im gemeinsamen Abgas- oder Abluftstrom 10 verbliebene Restwärme kann zudem und weiterhin zur Vorwärmung des Speisewassers (ECO 1 / ECO 2) genutzt werden, bevor das Abgas der existierenden Rauchgasreinigung der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere des Stahlwerkes, und dem Kamin 7 zugeführt wird.

Eine Gaszufeuerung, insbesondere in Form des Gas-Boosters 16, kann anströmseitig des Hochdruckverdampfers (EVA HP) installiert werden und dadurch die Abgastemperatur des jeweiligen Abgas- oder Abluftstromes 10a, 10b, 10 erhöht werden, wodurch die nutzbare Abwärme und daraus resultierend eine höhere elektr. Leistung der Abwärmenutzungsanlage 9, 9‘ generiert werden kann.

Die in der Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1, 9.2 jeweils erzeugten Dampfströme werden jeweils aus dem Niederdrucküberhitzer (SH LP) und/oder dem Hochdrucküberhitzer (SH HP) mittels Dampfsystemen den korrespondierenden Stufen der Dampfturbine bzw. des Dampfturbinensatzes 14 zugeführt, wo der Dampf expandiert und danach dann im Kondensator 13 kondensiert wird. Das Kondensat wird mittels eines Kondensatsystems dem Speisewasserwasserbehälter 12 zwecks Entgasung und Vorwärmung zugeführt, bevor es dann mittels des den Hochdruckteil 17a und den Niederdruckteil 17b der Speisewasserleitung 17 umfassenden Hochdruck- und Niederdruck-Speisewassersystems dem Abhitzekessel (8, 8‘) zugeführt wird. Danach beginnt für das im Wasser-Dampf-Kreislauf geführte und verdampfte Speisewasser der Kreislauf von Neuem. Dieser Kreislauf ist bei beiden Ausführungsformen einer Abwärmenutzungsanlage nach den Figuren 2 und 3 grundsätzlich gleich. Die Abwärmenutzungsanlagen 9.1 und 9.2 unterscheiden sich dem Grunde nach lediglich in der Anzahl der im jeweiligen Wasser-Dampf-Kreislauf 15 vorhandenen Wärmetauscher und ggf. in der Auslegung des ersten und zweiten Wärmetauschers 1‘, 2‘.

Während des Anfahrens der jeweiligen Abwärmenutzungsanlage 9, 9‘ kann der jeweilige Speisewassertank 12 über eine Anzapfung des Dampfsystems mit Dampf zur Vorwärmung versorgt werden, bei der Ausführungsform nach der Figur 2 geschieht dies mittels einer Anzapfung 31 des Niederdruck-Dampfsystems. Während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Abwärmenutzungsanlage 9‘ wird diese Anzapfung 31 dann geschlossen und der Speisewassertank 12 wird mit vorgewärmten Speisewasser 32 aus dem Niederdruck-System abstömseitig bzw. stromabwärts des Wärmetauschers EC01 versorgt.

Die Anordnung der verschiedenen Heizflächen/Wärmetauscher ECO 1, EC02, EVA LP, EVA HP, SH LP und SH HP bzw. der verschiedenen Wärmetauscher 1 - 6 innerhalb eines Abhitzekessels 8, 8‘ sowie der Zusatzfeuerung (Gas-Booster 16) ist variabel gestaltbar und richtet sich zwecks Erzielung jeweils höchst möglicher Effizienz nach den jeweiligen Randbedingen der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise des integrierten Hüttenwerkes oder Stahlwerkes. Die Zusatzfeuerung, insbesondere der Gas-Booster 16, kann mit Erdgas, Biogas, Gichtgas oder auch Wasserstoff als Brennstoff realisiert werden.

Wie das oben beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist auch die alternative Verschaltung der Abluftströme ohne Niederdruck-Wasser-Dampf-Kreislauf entsprechend der Figur 3 Gegenstand der vorliegenden Erfindung. In nicht dargestellter Weise kann eine Nutzung eines Teils der in dem oder den Abgas- oder Abluftströmen (10a, 10b, 10) vorhandenen Wärmeenergie zur Vorwärmung von z.B. einer Sinteranlage zuströmenden Medien wie Zündgas, Zündluft, Rohsintermischung erfolgen. Nach einer gezielten Abkühlung können diese ggf. auch als Aufgabegas oder Verbrennungsluft beim Sinterband einer Sinteranlage verwendet werden.

In nicht dargestellter weise kann zusätzlich ein weiterer Wärmetauscher in den Wasser- Dampf-Kreislauf 15 bzw. den jeweiligen Abhitzekessel 8, 8‘ integriert sein, der eine Zwischenüberhitzung von im Abhitzekessel 8, 8‘ erzeugtem Wasserdampf bewirkt.

Die Dampf- und Betriebsparameter der jeweiligen Abwärmenutzungsanlage 9 können insbesondere wie folgt ausgelegt sein:

Betriebsstunden einer Sinteranlage: 8640 h/a (Stunden/Jahr)

Hochdruckdampfparameter: 70-100 bar | 500-540 °C Niederdruckdampfparameter: 3-10 bar | 230-280 °C

Mit diesen Betriebsparametern und einer Ausführungsform der Abwärmenutzungsanlage 9 gemäß Figur 2 lässt sich mit der bisher ungenutzten Wärmeenergie des oder der Abgas- oder Abluftstroms/Abluftströmen 10a, 10b, 10 elektrische Energie in Höhe von 37,6 kWhel/tSinter bzw. 43,5 kWhel/tRohstahl produzieren (berechnet mit 8640 Betriebsstunden der Sinteranlage).

Wie in Figur 1 dargestellt, kann bei einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanlage 9, 9‘ mittels der in den Wasser-Dampf-Kreislauf 15 integrierten Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1 , 9.2 und einer Dampfauskopplung 33 Dampf und/oder Wärme (Fernwärme) aus dem Wasser- Dampf-Kreislauf 15 ausgekoppelt werden und zur Nutzung für die Herstellung carbonisierter Biomasse, insbesondere sogenannter Biokohle 27, einer/der Produktionsvorrichtung (24) zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse zugeführt werden. Für den in dieser Produktionsvorrichtung 24 zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse ablaufenden Prozess, bei dem es sich um einen als Converted-Local-Biomass-Prozess (kurz: CLB-Prozess) handeln kann, geeignete Dampfparameter sind ein Dampf mit einem Druck 15 - 40 bar(g). Der Dampf kann dabei gesättigt oder überhitzt sein und je nach Ausführung aus den Dampfsystemen und/oder dem Dampfturbinensatz 14 ausgekoppelt werden. Innerhalb des Prozesses der hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung lässt sich der aus der Dampfauskopplung 33 mittels einer/der zweiten mediumführenden Leitungsverbindung 25 der Produktionsvorrichtung 24 zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse zugeführte Dampfstrom durch Abkühlung und Kondensation nutzen. Der dabei entstehende Kondensatstrom kann dem System/der Abwärmenutzungsanlage 9.1 , 9.2 an geeigneter Stelle zurückgeführt werden. Im Zuge der Rückführung kann eine Einstellung/Anpassung des Drucks des von der Produktionsvorrichtung 24 zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse zur Abwärmenutzungsanlage 9. 1 , 9.2 rückgeführten Kondensatstroms mittels einer Pumpe/Drossel/Expander erfolgen. Eine Wärmeauskopplung kann ebenfalls mittels Anzapfung der verschieden Dampfsysteme bzw. einer Turbinenanzapfung oder aber mittels Heizkondensator (Ausführung Gegendruckdampfturbine) realisiert werden.

Wie ebenfalls in Figur 1 dargestellt ist, kann der in der Abwärmenutzungsanlage 9, 9‘ mittels der Abwärmerückgewinnungsanlage 9.1, 9.2 mit angeschlossenem Wasser-Dampf-Kreislauf 15 erzeugte Strom für die Durchführung des Prozesses der hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse in der Produktionsvorrichtung 24 verwendet werden. Hierzu wird von dem Generator 11 erzeugter und dann wechselgerichteter Strom (AC) über die weitere stromführende Leitungsverbindung 26 der der Produktionsvorrichtung 24 zur hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung organischer Biomasse zugeführt.

Auch zeigt die Figur 1 , dass mittels der Abwärmenutzungsanlage 9, 9‘ erzeugter Strom für den Elektrolyseur 1 8 genutzt werden kann. Über eine/die stromführende Leitungsverbindung 19 ist eine direkte Verschaltung des in der Abwärmenutzungsanlage 9, 9‘ mittels des Generators 11 erzeugten Stroms mit dem Elektrolyseur 18 ohne Nutzung oder Zwischenschaltung eines AC/DC- Inverters vorgesehen. Hintergrund ist, dass der Dampfturbinensatz 14 mit angeschlossenem Generator 11 Gleichstrom liefert und der Elektrolyseur 18 Gleichstrom nutzt. So kann der Wirkungsgradverlust durch einen AC/DC- Inverter vermieden werden. Schätzungsweise wird dadurch der Strombedarf der im Elektrolyseur 18 ablaufenden Wasserstoffelektrolyse um 0,3 kWh/Nm 3 gesenkt und werden die zudem die Investitionskosten gesenkt, da für die Bereitstellung des für Durchführung der Elektrolyse im Elektrolyseur 18 kein Wechselrichter oder AC/DC- Inverter benötigt wird. Der in dem Elektrolyseur 18 bei der Wasserstoffelektrolyse von Wasser zu Wasserstoff (H 2 ) anfallende Sauerstoff (O2), kann innerhalb einer/der industriellen Produktionsanlage 21, insbesondere einer/der hüttenmännischen Produktionsanlage, vorzugsweise eines/des integrierten Hüttenwerkes, verwendet werden und beispielsweise mittels einer/der O2- Leitungsverbindung einer/der industriellen Produktionseinrichtung 20, 22, beispielsweise zur Anreicherung von Einblasluft für den Einsatz in einem Hochofen, zugeführt werden, wie dies Figur 1 zu entnehmen ist.

In nicht dargestellter Weise kann mittels der Abwärmenutzungsanlage 9, 9‘ erzeugter Dampf oder erzeugte Wärme auch zur Wasservorwärmung oder Wasserverdampfung in einem als Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgebildeten Elektrolyseur 18 genutzt werden. Dadurch lässt sich der elektrische Wirkungsgrad eines solchen Elektrolyseurs 18 steigern.

Insgesamt lassen sich mit einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanlage 9, 9‘ effizient CC>2-Emissionen von industriellen Produktionsanlagen 21, insbesondere hüttenmännischen Produktionsanlagen, vorzugsweise integrierter Hüttenwerke oder Stahlwerke reduzieren.

Die Abwärmerückgewinnungsanlagen 9.1 und 9.2 sind jeweils insbesondere in Form einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung ausgebildet oder bilden jeweils insbesondere ein Abwärmerückgewinnungssystem aus, die/das zwei oder mehr Wärmetauscher sowie mindestens eine diese Wärmetauscher in Strömungsrichtung des jeweiligen Abgas- oder Abluftstroms 10a, 10b, 10 der Reihe nach jeweils von einem Wärmetauscher zum in Strömungsrichtung nächsten Wärmetauscher verbindende und den jeweiligen Abgas- oder Abluftstrom 10a, 10b, 10 als Medium zuführende und/oder abführende Abgas- oder Abluftverbindungsleitung 34 und eine oder mehrere die Wärmetauscher mit dem angeschlossenen Wasser-Dampf-Kreislauf 15 verbindende und das jeweils im Wasser-Dampf- Kreislauf 15 geführte Medium Wasser und/oder Dampf einem jeweiligen Wärmetauscher zuführende und/oder abführende Wasser-Dampf-Kreislaufverbindungsleitung(en) 35, 35‘ umfasst. Mittels der Wasser-Dampf-Kreislaufverbindungsleitung(en) 35, 35‘ können die Wärmetauscher in Bezug auf die Strömungsrichtung des im Wasser-Dampf-Kreislauf 15 jeweils strömenden Mediums zu mehreren in einer Gruppe in Reihe geschaltet und/oder gruppenweise parallelgeschaltet sein. Mit dem Bezugszeichen 35 sind zumindest hauptsächlich (Wasser)Dampf führende Wasser-Dampf-Kreislaufverbindungsleitung(en) und mit dem Bezugszeichen 35‘ sind zumindest hauptsächlich (Speise)Wasser führende Wasser-Dampf- Kreislaufverbindungsleitung(en) bezeichnet. Die Wärmetauscherflächen der jeweiligen Wärmetauscher können insbesondereals aus Rohren gebildete Heizflächen ausgebildet sein, die innenseitig von dem im Wasser-Dampf-Kreislauf strömenden Medium durchströmt und außenseitig in Wirkverbindung mit dem an diesen entlangströmenden jeweiligen Abgas- oder Abluftstrom 10a, 10b oder 10 stehen. Die Heizflächen können jeweils einen Wärmetauscher ausbilden und Bestandteil eines von einem Abgas- oder Abluftstrom 10a, 10b, 10 durchströmten Abhitzekessels 8, 8‘ sein und/oder diesen im Wesentlichen ausbilden.