Abwärmenutzung in der Industrie unter Verwendung des organischen Rankine Kreisprozesses (ORC): = Report-Nr. BMFT-FB-T 85-110 = Waste heat recovery in industry by use of organic rankine cycle systems (ORCS)
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Eggenstein-Leopoldshafen
Fachinformationszentrum Energie, Physik, Mathematik
1985
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| adam_text | Titel: Abwärmenutzung in der Industrie unter Verwendung des organischen Rankine- Kreisprozesses (ORC)
Autor: Huppmann, Gerhard
Jahr: 1985
INHALT
Seite
1. Zusammenfassung und Bewertung 9
2. Das ORC-Prinzip und seine Anwendung zur Abwärme- 15
nutzung
3. Stand der Technik 20
4. Vorhabensziele 41
4.1 Theoretische Untersuchungen 41
4.2 Experimentelle Untersuchungen 42
5. Theoretische Untersuchungen 43
5.1 Thermodynamische Beschreibung des Rankine Prinzips 43
zur Abwärmenutzung
5.2 Mit ORC nutzbares Abwärmepotential in der europä- 50
ischen Industrie
5.2.1 Vorgehen zur Ermittlung der mit ORC erzeugbaren 50
Leistung aus Abwärme
5.2.2 Die mit ORC erzielbaren Stromerzeugungspotentiale 54
aus industrieller Abwärme in der Bundesrepublik
Deutschland
5.2.3 Typische Eigenschaften von Abwärmequellen, die für 97
ORC-Nutzung infrage kommen
5.2.4 Auswahl dreier repräsentativer Anlagen 98
5.3 Geeignete Arbeitsmittel für ORC-Anlagen zur Ab- 100
wärmenutzung
5.3.1 Infrage kommende Arbeitsmittel für Rankine Kreis- 102
laufe
5.3.2 Auswahlkriterien 107
5.3.2.1 Thermodynamische Eigenschaften 107
5.3.2.2 Materialkompatibilität und Stabilitätsgrenzen Hl
5.3.2.3 Gesundheits- und Sicherheitsaspekte 112
5.3.2.4 Verfügbarkeit und Kosten 114
5.3.3 Fluidauswahl 115
5.3.4 Eigenschaften der ausgewählten Fluide 123
5.3.5 Schmieröle für ORC-Anlagen 131
5.3.6 Vorschläge zur Adaption organischer Stoffe an 133
die Anforderungen von ORC-Anlagen
5.3.6.1 Neue Fluide 133
5.3.6.2 Preisreduktion von geeigneten Fluiden 133
5.3.6.3 Additive und Filtersysteme 134
5.4 Untersuchung zur Auslegung von Wärmetauschern 136
für ORC-Anlagen
5.4.1 Wärmetauscher für gasförmige Abwärmeträger 138
5.4.1.1 Betriebs- und Prozeßdaten 138
5.4.1.2 Wärmetauscherbeschreibung 140
5.4.1.3 Abmessungen 150
5.4.1.4 Richtpreise 152
5.4.2 Wärmetauscher für kondensierende Abwärmeträger 153
5.4.2.1 Betriebs- und Prozeßdaten 153
5.4.2.2 Wärmetauscherbeschreibung 155
INHALT (Forts.)
Seite
5.4.2.3 Wärmedurchgangsberechnung 157
5.4.2.4 Abmessungen 158
5.4.3 Wärmetauscher für flüssige Abwärmeträger 161
5.4.3.1 Betriebs- und Prozeßdaten 161
5.4.3.2 Wärmetauscherbeschreibung 162
5.4.3.3 Wärmedurchgangsberechnung 1°3
5.4.3.4 Wärmetauscherabmessungen 165
5.4.4 Kondensatoren 168
5.4.4.1 Betriebsdaten 168
5.4.4.2 Beschreibung 168
5.4.4.3 Wärmedurchgangsberechnung 171
5.4.4.4 Abmessungen 172
5.4.5 Rekuperatoren 180
5.4.5.1 Betriebs- und Prozeßdaten 180
5.4.5.2 Beschreibung 180
5.4.5.3 Wärmedurchgangsberechnung 182
5.4.5.4 Abmessungen 183
5.5 Auswahl geeigneter Expansionsmaschinen 186
5.5.1 Allgemeines 186
5.5.2 Vorauswahl 188
5.5.3 Geeignete Expansionsmaschinen 190
5.5.3.1 Schraubenexpander 190
5.5.3.2 Turbinen 192
5.5.3.3 Vergleich 194
5.6 Spezifische Preisangaben für ORC-Anlagen und 198
deren Komponenten
5.6.1 Spezifische Gesamtkosten von geplanten und gebau- 198
ten ORC-Anlagen
5.6.2 Spezifische Kosten für Wärmetauscher 200
5.6.3 Expansionsmaschinen 205
5.6.4 Getriebe und Generator 206
5.6.5 KühlSystem 206
5.6.6 Speisepumpe 209
5.6.7 Hilfssysteme 211
5.6.8 Verrohrung und Isolation 214
5.6.9 Montagekosten 216
5.6.10 Arbeitsmedien 216
5.7 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 219
Kosten/Nutzen Analysen
5.7.1 Ausgangsgrößen 219
5.7.2 Statische Methoden 220
5.7.2.1 Grenzinvestition 220
5.7.2.2 Amortisationsrechnung, Pay-back-Period 224
5.7.2.3 Rentabilitätsrechnung 22g
5.7.3 Dynamische Methoden 226
5.7.3.1 Amortisationsrechnung, Pay-back-Period 227
5.7.3.2 Kapitalwertmethode und Annuitätenmethode 228
INHALT (Forts.)
Seite
5.8 Kostensensitivität 230
6. Vorstellung von projektierten Anlagen 260
6.1 ORC-Anlagen mit R114 260
6.1.1 Prozeßdaten 261
6.1.2 Leistungsdaten 26 4
6.1.3 Kosten 26 6
6.1.4 Technische Spezifikation 26 7
6.1.4.1 Schaltschema Meß-, Regel-, Steuerkonzept 26 7
6.1.4.2 Wärmetauscher und Behälter 26 8
6.1-4.3 Turbine, Getriebe, Generator 271
6.1.4.4 Speisepumpe 277
6.1.4.5 Kühlwassersystem 282
6.1-4.6 Rohrleitungen 283
6.1.5 Wirtschaftlichkeitsanalyse 285
6.2 ORC-Anlage mit Fluorinol 85 288
6.2.1 Prozeßdaten 289
6.2.2 Leistungsdaten 29 2
6.2.3 Kosten 294
6.2.4 Technische Spezifikationen 295
6.2.4.1 Schaltschema Meß-, Regel-, Steuerkonzept 295
6.2.4.2 Wärmetauscher und Behälter 29 7
6.2.4.3 Turbine, Getriebe, Generator 300.
6.2.4.4 Speisepumpe 304
6.2.4.5 Kühlwassersystem 308
6.2.4.6 Rohrleitungen 309
6.2.5 Wirtschaftlichkeitsanalyse 310
6.3 Anlage zur Abwärmenutzung eines Sinterkühiers 313
6.3.1 Kosten- und Wirtschaftlichkeitsberechnung 313
6.3.2 Anlage mit Wasser 320
6.3.2.1 Prozeßdaten 320
6.3.2.2 Leistungsdaten 324
6.3.2.3 Technische Spezifationen 325
6.3.3 ORC-Anlage 335
6.3.3.1 Prozeßdaten 335
6.3.3.2 Leistungsdaten 339
6.3.3.3 Technische Spezifikation 340
7. Experimentalprogramm 349
7.1 Die Versuchsanlage 349
7.1.1 Beschreibung und Status der Anlage zu Beginn 349
7.1.2 Nominaldaten für 3 Arbeitsfluide 356
7.2 Testergebnisse aus dem Betrieb 389
7.2.1 Aussagen zur thermischen Stabilität der ge- 389
testeten Fluide und Schmiermittel
7.2.1.1 Allgemeines 389
7.2.1.2 Rll4/Shell Clavus G100 390
7.2.1.3 Fluorinol 85/Aral Kosmol TL46 392
7.2.1.4 Toluol/Aral Kosmol TL46 395
INHALT (Forts.)
Seite
7.2.2 Ergebnisse der Wärmetauscheruntersuchungen 396
in Verbindung mit Kältemitteln, z.B. R114
7.2.2.1 Kondensator 398
7.2.2.2 Rekuperator 407
7.2.2.3 Vorwärmer/Verdampfer/Überhitzer 407
7.2.3 Ergebnisse der Wärmetauscheruntersuchungen 416
in Verbindung mit heterocyclischen Stoffen,
z.B. Toluol
7.2.3.1 Kondensator 420
7.2.3.2 Rekuperator 422
7.2.3.3 Verdampfer 424
7.2.3.4 Zusammenfassung 428
7.3 Allgemeine betriebstechnische Erfahrungen 430
aus dem Betrieb
7.3.1 Expansionsmaschinen 430
7.3.2 Pumpen 455
7.3.3 Heizer 456
7.3.4 Dichtungen und Flansche 457
7.3.5 Verdampfer 458
8. Chemische Untersuchungen 459
8.1 Begleitende chemische Untersuchungen 459
8.2 Ergebnisse 461
8.2.1 Thermische Stabilität von R114/Shell Clavus G100 461
8.2.1.1 Ergebnisse des Versuchsbetriebes 461
8.2.1.2 Ergebnisse der statischen reaktionskinetischen 472
Versuche
8.2.2 Thermische Stabilität von Toluol/Aral Kosmol TL46 499
8.2.3 Thermische Stabilität von Fluorinol 85/Aral 506
Kosmol TL46
LITERATURVERZEICHNIS 519
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