Nutzung der in einem Kühlfluid enthaltenen Wärme Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie,

- wobei ein Anlagenteil und/oder ein in der Anlage verarbei ^¬ tetes Material mit einem Fluid gekühlt wird,

- wobei das Fluid sich durch das Kühlen des Anlagenteils und/oder des in der Anlage verarbeiteten Materials von einer Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur erwärmt,

- wobei in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme für die

Vorwärmung eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials und/oder für die Vorwärmung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids verwendet wird,

- wobei die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme dem in der Anlage später zu verarbeitenden Material und/oder dem Prozessfluid über einen Wärmetauscher zugeführt wird,

- wobei die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme in dem Wärmetauscher zunächst an ein Zwischenmedium abgegeben wird und das in der Anlage später zu verarbeitende Material und/ oder das in der Anlage verwendete Prozessfluid mittels des Zwischenmediums erwärmt wird. Derartige Anlagen sind allgemein bekannt. Beispielsweise wird beim Stranggießen von Metall die Kokille mit Wasser gekühlt. Weiterhin wird beim Walzen von Metall und nach dem Walzen von Metall - insbesondere wenn das Metall bandförmig vorliegt - das gewalzte Metall oftmals zwischen den einzelnen Walzgerüs- ten einer mehrgerüstigen Walzstraße und/oder in einer der

Walzstraße nachgeordneten Kühlstrecke gekühlt. Auch die Wal ^¬ zen der Walzgerüste werden oftmals gekühlt, sei es zur Küh ^¬ lung als solcher, sei es zur gezielten Beeinflussung der Balligkeit. Auch bei anderen Prozessen fällt in erheblichem Umfang ein erwärmtes Fluid an. Rein beispielhaft wird auf

Zunderwäscher beim Warmwalzen, Kühlungen im Bereich von Öfen (beispielsweise einem Brammenofen) und Feuerverzinkungsanla- gen verwiesen. In allen diesen Fällen fällt in erheblichem Umfang ein erwärmtes Fluid an. Das zum Kühlen verwendete Fluid weist im erwärmten Zustand oftmals eine Endtemperatur auf, die nur geringfügig über der Anfangstemperatur und/oder der Umgebungstemperatur liegt. Beispielsweise erwärmt sich das zum Kühlen eines Metallbandes in einer Kühlstrecke ver ^¬ wendete Kühlwasser oftmals nur um rund 10 °C.

Aus der DD 28 781 sind Anlagen bekannt, die aus drei Wärmezo ^¬ nen bestehen, in denen das Walzgut vorgewärmt, auf die End ^¬ temperatur erhitzt und anschließend abgekühlt wird. Die beim Abkühlen des auslaufenden Walzgutes zurückgewonnene Warmluft wird dabei mittels Querlüftern dem kalt eintretenden Walzgut zum Vorwärmen zugeführt.

Aus der DE 29 51 379 AI ist bekannt, dass bei vielen indus ^¬ triellen Prozessen - genannt sind Härten, Glühen und Löten - Kühleinrichtungen erforderlich sind und dass es möglich ist, dass die Kühlflüssigkeit ein niedriges Temperaturniveau hat. Die anfallende Verlustwärme wird über einen Wärmetauscher ei ^¬ nem Pufferspeicher zugeführt. Die im Pufferspeicher gespeicherte Wärme kann später wieder an Verbraucher wie beispielsweise Wärmebehandlungseinrichtungen abgegeben werden.

Aus der DE 32 25 403 AI ist ein relativ komplizierter Heiz- und Abkühlprozess bekannt, bei dem unter anderem eine Wärme ^¬ rückgewinnung durch Kondensieren von Dampf erfolgt. Die zurückgewonnene Wärme wird zum Vorheizen von zu behandelndem Gut verwendet.

Aus der DE 10 2010 052 423 AI ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, wobei ein Anla ^¬ genteil mit einem Fluid gekühlt wird, wobei das Fluid sich durch das Kühlen des Anlagenteils von einer Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur erwärmt. Die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme wird allgemein einer Wiederverwertung zugeführt. Es ist weiterhin erwähnt, dass die zurückgewonnene Energie im Rahmen eines Prozesswärmemanagementsystems weiter ^¬ verwendet werden kann. Aus der WO 2010/099 920 A2 ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, bei dem ein Anlagen ^¬ teil und/oder ein in der Anlage verarbeitetes Material mit einem Fluid gekühlt wird, wobei das Fluid sich dadurch er- wärmt. Die in dem Fluid enthaltene Wärme wird über einen Wär ^¬ metauscher einem später in der Anlage zu verarbeitenden Material zugeführt oder über den Wärmetauscher für die Vorbereitung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids verwendet. Das Fluid kann nachgeheizt werden.

Aus der WO 2013/013 788 AI ist ein Betriebsverfahren für eine Anlage der Grundstoffindustrie bekannt, wobei ein Anlagenteil mit einem Fluid gekühlt wird, wobei das Fluid sich durch das Kühlen des Anlagenteils von einer Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur erwärmt. Die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme wird für die Erzeugung elektrischen Stroms verwendet. Hierzu dient ein thermoelektrischer Generator, dessen Aufbau und Wirkungsweise jedoch nicht näher erläutert ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärmeenergie effizient zu nutzen.

Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma- len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sind Gegenstand der ab ^¬ hängigen Ansprüche 2 bis 8.

Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge- nannten Art dadurch ausgestaltet, dass die in dem erwärmten Fluid enthaltene Wärme über einen Übertragungskreislauf des Wärmetauschers und eine im Übertragungskreislauf angeordnete Wärmepumpe an das Zwischenmedium übertragen wird und dass das Zwischenmedium mittels des Wärmetauschers auf eine Heiztempe- ratur erwärmt wird, die oberhalb der Temperatur liegt, mit welcher das Fluid in den Wärmetauscher eintritt. Die Anlage kann beispielsweise eine Anlage der metallerzeu ^¬ genden oder der metallverarbeitenden Industrie sein. Die Anlage kann insbesondere eine Gießerei, ein Walzwerk und/oder eine einem Walzwerk nachgeordnete Kühlstrecke umfassen. Bei- spielsweise kann der Anlagenteil eine Kokille einer Strang ^¬ gießanlage oder ein Walzgerüst des Walzwerks sein. Gleicher ^¬ maßen kann - rein beispielhaft - das Material ein Metallband sein . In Einzelfällen ist es möglich, dass das Fluid ein Gas ist.

In der Regel ist das Fluid jedoch eine Flüssigkeit, insbeson ^¬ dere eine auf Wasser basierende Flüssigkeit.

Das in der Anlage später zu verarbeitende Material kann bei- spielsweise ein Metall oder ein Metallerz sein. Das in der

Anlage verwendete Prozessfluid kann beispielsweise ein brenn ^¬ bares Medium und/oder ein zum Verbrennen des brennbaren Mediums verwendetes Oxidationsgas (insbesondere Luft) sein. Die Wärmepumpe kann beispielsweise mit elektrischer oder mit thermischer Energie betrieben werden. Vorzugsweise wird beim Betrieb der Wärmepumpe anfallende Abwärme in einem weiteren Wärmetauscher zur Erhöhung der Heiztemperatur des Zwischenmediums genutzt.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:

FIG 1 bis 3 mögliche Ausgestaltungen von Anlagen der

Grundstoffindustrie .

Gemäß den Figuren 1 und 2 weist eine Anlage der Grundstoffindustrie mehrere Anlagenteile 1 bis 4 auf, die von einem zu verarbeitenden Material 5 nacheinander durchlaufen werden. Bei der Anlage der Grundstoffindustrie kann es sich bei ^¬ spielsweise um eine Anlage der metallerzeugenden oder der metallverarbeitenden Industrie handeln. Derartige Anlagen sind beispielsweise Schmelzeinrichtungen, in denen aus Metallerz und/oder Schrott Metall gewonnen wird. Schmelzeinrichtungen sind beispielsweise Lichtbogenöfen, Schmelzreduktionsanlagen und dergleichen mehr. Ebenso sind derartige Anlagen Gießeinrichtungen, in denen das geschmolzene Metall zu einer Form oder zu einem Strang gegossen wird. Ein typisches Beispiel einer Gießeinrichtung ist eine Stranggießanlage. Ebenso sind derartige Anlagen Walzwerke und dergleichen mehr, beispiels ^¬ weise Vorstraßen oder Fertigstraßen. Das in der jeweiligen Walzstraße verarbeitete Material kann beispielsweise bandför ^¬ mig, stabförmig, rohrförmig usw. sein.

Beispielsweise bei einer kombinierten Gießwalzanlage (FIG 1) kann der Anlagenteil 1 eine Stranggießkokille sein, der Anla ^¬ genteil 2 eine Strangführung, der Anlagenteil 3 ein Ofen und der Anlagenteil 4 ein Walzwerk mit oder ohne nachgeordneter Kühlstrecke. Beispielsweise bei einem Walzwerk (FIG 2) kann der Anlagenteil 1 ein Brammenlager sein, der Anlagenteil 2 ein Ofen, der Anlagenteil 3 eine Anzahl von Walzgerüsten und der Anlagenteil 4 eine Kühlstrecke. Auch andere Ausgestaltun ^¬ gen sind möglich. Beispielsweise können im Falle eines Walz- werks die einzelnen Anlagenteile 1 bis 3 jeweils einem Walz ^¬ gerüst des Walzwerks entsprechen, der Anlagenteil 4 alterna ^¬ tiv einem weiteren Walzgerüst oder einer Kühlstrecke. Die Anzahl an Anlagenteilen 1 bis 4 kann je nach Lage des Einzelfalls variieren.

In der Regel wird mindestens einer der Anlagenteile 1 bis 4 mit einem Fluid 6 gekühlt. Meist ist das Fluid 6 eine auf Wasser basierende Flüssigkeit, das heißt entweder mehr oder minder reines Wasser oder Wasser, dem Zusätze beigemischt sind, beispielsweise eine Wasser-Öl-Emulsion. Beispielsweise wird bei einer Gießwalzanlage die Stranggießkokille 1 in er ^¬ heblichem Umfang mit Wasser gekühlt. Bei einem Walzwerk werden Walzen von Walzgerüsten mit Wasser oder einer Wasser-Öl- Emulsion gekühlt und/oder geschmiert. Ein weiteres Beispiel ist die Kühlung von Rollen eines Rollgangs.

Alternativ oder zusätzlich zum Kühlen mindestens eines Anla- genteils 1 bis 4 wird oftmals in mindestens einem der Anla ^¬ genteile 1 bis 4 das in der Anlage verarbeitete Material 5 mit dem Fluid 6 gekühlt. Beispielsweise wird in der Strang ^¬ führung 2 einer Gießwalzanlage der gegossene Metallstrang 5 in erheblichem Umfang mit Wasser gekühlt. Gleichermaßen wird ein gewalztes Metallband 5 oftmals zwischen Walzgerüsten ei ^¬ ner Walzstraße und/oder in einer der Walzstraße nachgeordne ^¬ ten Kühlstrecke in erheblichem Umfang mit Wasser gekühlt. Je nach Lage des Einzelfalls sind auch andere Ausgestaltungen möglich, beispielsweise eine Kühlung mit einem Öl oder eine Kühlung mit einem Gas.

Durch das Kühlen des (mindestens einen) Anlagenteils 1 bis 4 und/oder des in der Anlage verarbeiteten Materials 5 erwärmt sich das Fluid 6 von einer Anfangstemperatur Tl auf eine End- temperatur T2. Eine Differenz zwischen der Endtemperatur T2 und der Anfangstemperatur Tl und auch einer Umgebungstemperatur TU ist oftmals relativ gering. Beispielsweise kann die Anfangstemperatur Tl bei ca. 5°C bis ca. 40°C liegen, die Umgebungstemperatur TU bei ca. 0°C bis ca. 30 °C und die Endtem- peratur ca. 10°C bis ca. 25°C über der Anfangstemperatur Tl und/oder der Umgebungstemperatur TU. Aufgrund der anfallenden Menge an erwärmtem Fluid 6 ist die insgesamt anfallende Wär ^¬ memenge jedoch relativ groß. Erfindungsgemäß wird die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme nicht an die Umgebung abgegeben, sondern gezielt verwertet .

Beispielsweise kann die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme für die Vorwärmung eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials 5 verwendet werden. Dies ist beispiels ^¬ weise aus FIG 2 dadurch ersichtlich, dass das Fluid 6 dem Brammenlager 1 zugeführt wird. Im Brammenlager 1 befindliche Brammen 5 werden dadurch beispielsweise von der Umgebungstemperatur TU (beispielsweise 0°C bis 20°C) auf eine höhere Tem ^¬ peratur von beispielsweise 20°C bis 40°C vorgewärmt. Eine ähnliche Vorgehensweise ist möglich, wenn die Anlage gemäß FIG 1 mit einer Verhüttungseinrichtung gekoppelt ist und vor dem Verhüttungsprozess Eisenerz oder ein anderes Metallerz vorgewärmt wird.

Alternativ oder zusätzlich zum Vorwärmen eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials 5 kann die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme für die Vorwärmung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids 7, 8 verwendet werden. Wenn beispielsweise innerhalb der Anlage ein Kohle-, Koks-, Öl- oder Gasbrenner 9 betrieben wird, müssen dem Brenner 9 als Prozessfluide 7, 8 zum einen das entsprechende brennbare Me ^¬ dium 7 und zum anderen ein zum Verbrennen des brennbaren Mediums 7 verwendetes Oxidationsgas 8 (beispielsweise Luft) zu ^¬ geführt werden. Diese Medien bzw. Prozessfluide 7, 8 können mittels des erwärmten Fluids 6 ebenfalls vorgewärmt werden.

Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird dem in der Anlage später zu verarbeitenden Material 5 und/oder dem Pro- zessfluid 7, 8 gemäß FIG 3 über einen Wärmetauscher 10 zuge ^¬ führt. Weiterhin wird die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme in dem Wärmetauscher 10 an ein Zwischenmedium 11 abgegeben. Das in der Anlage später zu verarbeitende Material 5 und/oder das in der Anlage verwendete Prozessfluid 7, 8 wird mittels des Zwischenmediums 11 erwärmt. Das Zwischenmedium 11 kann je nach Lage des Einzelfalls ein Gas oder eine Flüssig- keit sein. In der Regel wird es sich um eine Flüssigkeit han ^¬ deln .

Der Wärmetauscher 10 weist einen eigenen Übertragungskreislauf 12 und eine im Übertragungskreislauf 12 angeordnete Wär- mepumpe 13 auf. Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird über den Übertragungskreislauf 12 und die Wärmepumpe 13 an das Zwischenmedium 11 übertragen. Durch diese Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, dass das Zwischenmedium 11 mittels des Wärmetauschers 10 noch weiter erwärmt wird. Ins ^¬ besondere kann das Zwischenmedium 11 mittels des Wärmetau ^¬ schers 10 auf eine Heiztemperatur T3 oberhalb der Endtempera ^¬ tur T2 erwärmt werden. In jedem Fall - insbesondere wenn das Fluid 6 sich auf dem Weg von den Anlagenteilen 3, 4 zum Wärmetauscher 10 deutlich abgekühlt haben sollte - erfolgt aber eine Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur, mit welcher das Fluid 6 in den Wärmetauscher 10 eintritt. Die Heiztemperatur T3 kann beispielsweise bei Wasser als Zwischenmedium 11 knapp (maximal 10 % bis 15 %) unterhalb der Siedetemperatur des Zwischenmediums 11 liegen. Die Siede ^¬ temperatur, die bei Wasser normalerweise 100°C beträgt, kann gegebenenfalls oberhalb von 100°C liegen, falls das Zwischen ^¬ medium 11 mit einem höheren Druck beaufschlagt ist.

Unabhängig davon, ob die Wärmepumpe 13 mittels thermischer oder mittels elektrischer Energie betrieben wird, fällt beim Betrieb der Wärmepumpe 13 Abwärme 14 an. Die Abwärme 14 kann unter Umständen dazu genutzt werden, die Heiztemperatur T3 des Zwischenmediums 11 in einem weiteren Wärmetauscher 15 auf einen Wert zu erhöhen, der oberhalb des Wertes liegt, mit dem das Zwischenmedium 11 aus dem Wärmetauscher 10 austritt, der den Übertragungskreislauf 12 und die Wärmepumpe 13 enthält. Die Darstellung in FIG 3 ist eine Ausgestaltung der Anlage der Grundstoffindustrie von FIG 2. Eine korrespondierende Ausgestaltung ist jedoch ebenso bei der Anlage der Grundstoffindustrie von FIG 1 möglich. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson ^¬ dere kann trotz der relativ niedrigen Temperaturen Tl, T2 des Fluids 6 eine Nutzung der im erwärmten Fluid 6 enthaltenen thermischen Energie erfolgen. C02-Emissionen können dadurch verringert werden. Auch können Kosteneinsparungen erzielt werden.

Im Ergebnis wird erfindungsgemäß ein Anlagenteil 1 bis 4 ei ^¬ ner Anlage der Grundstoffindustrie und/oder ein in der Anlage verarbeitetes Material 5 mit einem Fluid 6 gekühlt. Das Fluid 6 erwärmt sich durch das Kühlen des Anlagenteils 1 bis 4 und/oder des in der Anlage verarbeiteten Materials 5 von einer Anfangstemperatur Tl auf eine Endtemperatur T2. In dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird für die Vorwärmung eines in der Anlage später zu verarbeitenden Materials 5 und/oder für die Vorwärmung eines in der Anlage verwendeten Prozessfluids 7, 8 verwendet. Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird dem in der Anlage später zu verarbei ^¬ tendem Material 5 und/oder dem Prozessfluid 7, 8 über einen Wärmetauscher 10 zugeführt. Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird in dem Wärmetauscher 10 zunächst an ein Zwischenmedium 11 abgegeben. Das in der Anlage später zu verarbeitende Material 5 und/oder das in der Anlage verwendete Prozessfluid 7, 8 wird mittels des Zwischenmediums 11 er ^¬ wärmt. Die in dem erwärmten Fluid 6 enthaltene Wärme wird über einen Übertragungskreislauf 12 des Wärmetauschers 10 und eine im Übertragungskreislauf 12 angeordnete Wärmepumpe 13 an das Zwischenmedium 11 übertragen. Das Zwischenmedium 11 wird mittels des Wärmetauschers 10 auf eine Heiztemperatur T3 er ^¬ wärmt, die oberhalb der Temperatur liegt, mit welcher das Fluid 6 in den Wärmetauscher 10 eintritt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ^¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .