BE1019045A5 - Werkwijze om warmte van een afvalstroom toe te voegen aan een vloeistofstroom en installatie daarvoor. - Google Patents

Abstract

De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze om warmte van een afvalstroom toe te voegen aan een vloeistofstroom waarbij de vloeistofstroom eerst thermisch wordt voorbehandeld door een eerste deel van de warmte van de afvalstroom aan de vloeistofstroom toe te voegen door middel van een warmtewisselaar en vervolgens warmte wordt toegevoegd aan de voorbehandelde vloeistofstroom met behulp van een warmtespomp en een installatie daarvoor.

Description

Werkwijze om warmte van een afvalstroom toe te voegen aan een vloeistofstroom en installatie daarvoor.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze om warmte van een afvalstroom toe te voegen aan een vloeistofstroom overeenkomstig met de eerste conclusie en een installatie daarvoor.

Er bestaan reeds verschillende werkwijzen om warmte uit een afvalstroom te recupereren en af te geven aan een verdere vloeistofstroom, waarbij de afvalstroom en de vloeistofstroom een verschillende temperatuur hebben. Zeer vaak maken deze bekende systemen gebruik van warmtewisselaars of warmtepompen.

Warmtewisselaars worden vaak gebruikt om warmte van één stroom, bijvoorbeeld een afvalstroom, naar een vloeistofstroom over te dragen. Een bekende warmtewisselaar is bijvoorbeeld een platenwarmtewisselaar die gevormd wordt door een groot aantal dunne metalen platen waarin twee vloeistofstromen gestuurd worden in aanliggende kanalen. Beide stromen worden ofwel in gelijkstroom- ofwel in tegenstroomrichting door de warmtewisselaar gestuurd en dragen langsheen de metalen platen warmte over aan elkaar. Warmtewisselaars hebben het voordeel dat de warmteoverdracht op een natuurlijke manier tot stand komt en dat vermeden wordt bijkomende energie in het systeem te moeten brengen om de vloeistofstroom op te warmen. Een bepaalde warmtehoeveelheid zal via natuurlijke geleiding van de stroom met de hoogste temperatuur naar de stroom met de laagste temperatuur overgedragen worden, waarbij uiteindelijk voor beide stromen een eindtemperatuur wordt bereikt die ergens tussen de twee begintemperaturen van de stromen zal liggen. De specifieke waarde van de eindtemperatuur is afhankelijk van verschillende factoren zoals het type warmtewisselaar dat gebruikt wordt, de begintemperaturen, de soortelijke warmtecapaciteit en het debiet van beide stromen, etc.

Het voordeel van een warmtewisselaar is dat het rendement van de energieoverdracht relatief hoog is, gezien geen bijkomende energie in het systeem moet gebracht worden om de opwarming te krijgen. Anderzijds is het nadeel van de warmtewisselaar dat een bepaalde vloeistofstroom nooit opgewarmd kan worden tot een temperatuur die hoger ligt dan deze van de afvalstroom. Dit is vooral nadelig indien de afvalstroom een relatief hoog debiet heeft in vergelijking met de op te warmen stroom, gezien in een dergelijke situatie slechts een fractie van de warmte van de afvalstroom kan gerecupereerd worden.

Een warmtepomp daarentegen werkt volgens een verschillend mechanisme. Een warmtepomp bevat een gesloten circuit waarin een koudemiddel achtereenvolgens door een compressor, een condensor, een smoorklep en een verdamper gestuurd wordt. Het koudemiddel verdampt, comprimeert, condenseert en expandeert in de gesloten kringloop en draagt op deze manier warmte over van de verdamper naar de condensor. Dit zijn ook de plaatsen waar de twee stromen die warmte aan elkaar moeten overdragen met het circuit in warmtecontact komen. Om de kringloop draaiende te houden, moet netto arbeid aan het systeem worden toegevoerd bijvoorbeeld onder de vorm van elektriciteit die nodig is om de compressor aan te drijven. Het voordeel van de warmtepomp is dat op een relatief efficiënte manier warmte kan overgedragen worden van een afvalstroom naar een vloeistofstroom, zelfs als de afvalstroom in hoofdzaak dezelfde temperatuur heeft als de vloeistofstroom.

KR20050023108 beschrijft bijvoorbeeld een werkwijze om warmte te herwinnen uit een afvalstroom. Men beschrijft een situatie waarin een watertank op een hoger niveau gelegen is en voorziet in de waterbehoefte van een lager gelegen plaats waar men water consumeert. Het water dat na consumptie geloosd wordt, het afvalwater, heeft een hogere temperatuur dan het oorspronkelijke water van de watertank. Dit afvalwater wordt naar een warmtewisselaar gepompt waar het een waterstroom die afkomstig is van de hoger gelegen watertank, zal voorverwarmen. Dit voorverwarmde water kan onmiddellijk naar de plaats waar men water consumeert, gestuurd worden, maar kan ook verder doorgestuurd worden naar een systeem met een warmtepomp waar het voorverwarmde water door een externe warmtebron verder zal opgewarmd worden tot een verder verhoogde temperatuur.

Hoewel men met de werkwijze uit KR20050023108 in staat is een deel van de warmte van de afvalstroom te herwinnen via een warmtewisselaar, zal het globale rendement van de werkwijze toch betrekkelijk laag zijn, gezien een externe warmtebron noodzakelijk is om de voorverwarmde waterstroom verder op te warmen via de warmtepomp. Men kan dan ook concluderen dat de efficiëntie van de werkwijze beschreven in KR20050023108 vrij beperkt is.

FR2468851, DE3119809 en GB 2097908 beschrijven een werkwijze om warmte van een afvalstroom toe te voegen aan een vloeistofstroom waarbij de vloeistofstroom eerst thermisch wordt voorbehandeld door een eerste deel van de warmte van de afvalstroom aan de vloeistofstroom toe te voegen door middel van een warmtewisselaar. Vervolgens wordt warmte toegevoegd aan de voorbehandelde vloeistofstroom met behulp van een warmtepomp. De warmte die aan de voorbehandelde vloeistofstroom wordt afgegeven met behulp van de warmtepomp is hoofdzakelijk afkomstig van een tweede deel van de warmte van de afvalstroom.

Zoals aangegeven door DE3119809 dient echter rekening gehouden worden met het vervuilde karakter van de afvalstroom.

FR2468851, DE3119809 en GB 2097908 houden echter onvoldoende rekening met het vervuild karakter van de afvalstroom of doe dit op een onhandige en ingewikkelde wijze.

Het is dan ook een doel van de huidige uitvinding een werkwijze te ontwikkelen om warmte uit een afvalstroom te herwinnen met een hogere efficiëntie dan de bestaande werkwijzen op een meer betere wijze rekening houdend met het vervuild karakter van de afvalstroom.

Dit wordt volgens de huidige uitvinding bereikt door een werkwijze volgens het kenmerk van de eerste conclusie.

Hiertoe is de warmte die aan de voorbehandelde vloeistofstroom wordt afgegeven met behulp van de warmtepomp hoofdzakelijk afkomstig van een tweede deel van de warmte van de afvalstroom.

Een dergelijke werkwijze combineert het gebruik van een warmtewisselaar met het gebruik van een warmtepomp op een efficiëntere wijze. Vooral bij afvalstromen met een hoger debiet dan het debiet van de op te warmen vloeistofstroom die dus veel warmte met zich mee dragen, biedt de combinatie van de warmtepomp en de warmtewisselaar voordelen, aangezien de warmte van de afvalstroom die moeilijk gerecupereerd kan worden door middel van de warmtewisselaar door middel van de warmtepomp kan overgebracht worden naar de vloeistofstroom.

De warmtepomp omvat verder een gesloten vloeistofcircuit dat warmte van de afvalstroom overdraagt aan een verdamper in de warmtepomp.

Een dergelijke werkwijze waarbij de warmte in feite via een indirecte warmtewisselaar wordt overgedragen, heeft het voordeel dat de afvalstroom niet in direct contact zal komen met de verdamper van de warmtepomp. Verdampers in warmtepompen zijn in het algemeen vrij moeilijk te reinigen. Vooral in het geval de afvalstroom een vrij viskeuze structuur heeft, of bestaat uit een zeer heterogene suspensie of emulsie is het voordelig de afvalstroom niet rechtstreeks met de verdamper in contact te brengen daar voor dergelijke afvalstromen een zeer regelmatige reiniging van de installatie noodzakelijk zou zijn. In dit geval zal de afvalstroom enkel in contact komen met de indirecte warmtewisselaar die veel makkelijker te reinigen is dan de verdamper van de warmtepomp.

De werkwijze laat toe het eerste deel en tweede deel zodanig te kiezen dat een optimale efficiëntie bereikt kan worden in specifieke situaties.

Bij voorkeur is het eerste deel van de warmte van de afvalstroom afkomstig uit een eerste deelstroom van de afvalstroom en is het tweede deel van de warmte van de afvalstroom afkomstig uit een tweede deelstroom van de afvalstroom verschillend van het eerste deel. Een dergelijke werkwijze verdeelt de afvalstroom in twee delen waarbij een eerste deel naar een warmtewisselaar stroomt die een vloeistofstroom voorverwarmt, en een tweede deel naar een warmtepomp stroomt die de voorverwarmde vloeistofstroom verder opwarmt.

Bij voorkeur wordt een zo groot mogelijk deel van de afvalstroom door de warmtewisselaar gestuurd, gezien de warmteoverdracht bij een warmtewisselaar in hoofdzaak zonder energietoevoer van buitenaf kan gebeuren. Bij hoge debieten van de eerste deelstroom van de afvalstroom kan de voorverwarmde vloeistofstroom een temperatuur bereiken die dicht tegen de begintemperatuur van de afvalstroom ligt. Bij het bepalen van de debieten van de deelstromen van de afvalstroom zal men merken dat bij het gradueel verhogen van het debiet van de eerste deelstroom van de afvalstroom, aanvankelijk een relatief grote stijging in de opwarming van de vloeistofstroom bereikt wordt. Op een bepaald punt echter, zal men merken dat een grote toename in het debiet van de eerste deelstroom van de afvalstroom slechts een geringe temperatuurstijging in de vloeistofstroom teweegbrengt. Op dit punt zal de vloeistofstroom reeds een temperatuur bereikt hebben die in de buurt ligt van de begintemperatuur van de afvalstroom. Op dit punt legt men bij voorkeur het debiet van de eerste deelstroom van de afvalstroom vast. Indien de afvalstroom een begintemperatuur Ta heeft en de vloeistofstroom een begintemperatuur Tv wordt het debiet van de eerste deelstroom bij voorkeur zo gekozen dat de temperatuur van de voorbehandelde vloeistofstroom in het interval [ Tv + 0,60 x (Ta-Tv) , Tv + 0,98 x (Ta-Tv)], met meer voorkeur in het interval [ Tv + 0,75 x (Ta-Tv), Tv + 0.98 x (Ta-Tv)] en met meeste voorkeur in het interval [ Tv + 0,80 x (Ta-Tv) , Tv + 0,98 x (Ta-Tv) ]. De tweede deelstroom wordt naar de warmtepomp gestuurd waar het de voorverwarmde vloeistofstroom verder zal opwarmen.

Bij voorkeur is een opslagvolume aanwezig om een volume (voor)behandelde vloeistofstroom op te slaan.

Een dergelijk opslagvolume kan bestaan uit een vat of een verdikking in een buis of elke ander opslagvolume gekend door de vakman en fungeert als energiebuffer. Een dergelijk opslagvolume biedt het voordeel dat plotse stijgingen in het debiet van de vloeistofstroom kunnen opgevangen worden indien het opslagvolume niet of slechts gedeeltelijk gevuld is of dat tijdelijk een groter debiet verwarmd water voorzien kan worden dan het debiet van de vloeistofstroom als het opslagvolume gedeeltelijk of volledig gevuld is.

De uitvinding zal verder verduidelijkt worden aan de hand van de onderstaande beschrijving en de bijgevoegde figuren van voorkeuruitvoeringsvormen van de uitvinding volgens deze uitvinding.

Figuur 1 toont een voorkeuruitvoeringsvorm van een installatie volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding.

1. Afvalstroom 2. Vloeistofstroom 3. Warmtewisselaar 4. Warmtepomp 5 . Eerste deelstroom van afvalstroom 6. Tweede deelstroom van afvalstroom 7. Opslagvolume 8. Tweede warmtewisselaar 9. Pomp 10. Installatie om warmte uit een afvalstroom over te dragen aan een vloeistofstroom 11. Compressor 12. Condensor 13. Smoorklep 14. Verdamper 15. Klep

De in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm van een installatie 10 voor het uitvoeren van een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding om warmte van een afvalstroom 1 toe te voegen aan een vloeistofstroom 2 omvat twee elementen, namelijk een warmtewisselaar 3 om de vloeistofstroom 2 eerst thermisch voor te behandelen door een eerste deel van de warmte van de afvalstroom 1 aan de vloeistofstroom 2 toe te voegen en een warmtepomp 4 om vervolgens warmte toe te voegen aan de voorbehandelde vloeistofstroom 2. De werkwijze volgens deze uitvinding geeft daarbij warmte aan de voorbehandelde vloeistofstroom 2 af met behulp van de warmtepomp 4 dat afkomstig is van een tweede deel van de warmte van de afvalstroom 1.

In de werkwijze afgebeeld in figuur 1 is verder het eerste deel van de warmte van de afvalstroom 1 afkomstig uit een eerste deelstroom 5 van de afvalstroom 1 en het tweede deel van de warmte van de afvalstroom afkomstig uit een tweede deelstroom 6 van de afvalstroom 1 verschillend van de eerste deelstroom 5. Bij een dergelijke werkwijze wordt de hoofdafvalstroom 1 dus opgedeeld in twee deelstromen 5, 6 die respectievelijk naar de warmtewisselaar 3 en de warmtepomp 4 stromen.

De afvalstroom 1 en dus ook de deelstromen 5,6 van de afvalstroom 1 kunnen bestaan uit elk soort afvalstroom 1 gekend door de vakman. Over het algemeen zullen afvalstromen 1 die gebruikt worden in een dergelijke werkwijze een waterige basis hebben, waarin onreinheden en afvalstoffen opgelost, gedispergeerd of gemengd zijn. Daar water een relatief hoge soortelijke warmtecapaciteit heeft en dus een behoorlijk grote hoeveelheid warmte met zich kan meedragen draagt een dergelijke afvalstroom mogelijk een grote hoeveelheid warmte in zich. Uiteraard is dit geen strikte voorwaarde en kan ieder ander soort afvalstroom 1 ook gebruikt worden. Indien de afvalstroom 1 bijvoorbeeld uit de petrochemische sector afkomstig is, zal het waterige karakter van de afvalstroom 1 gereduceerd of zelfs sterk gereduceerd zijn en zal een dergelijke stroom bijvoorbeeld ook verschillende soorten koolwaterstoffen omvatten. In bepaalde gevallen kan de afvalstroom 1 ook gasvormig zijn. Vooral belangrijk is dat de afvalstroom 1 zonder moeilijkheden door de verschillende onderdelen van de installatie 10 kan vloeien en dat hij een zekere warmtehoeveelheid met zich mee draagt die uitgewisseld kan worden in de installatie 10.

De vloeistofstroom 2 omvat een procesvloeistof die in een bepaalde industrietak verder gebruikt wordt en die een thermische behandeling moet ondergaan. Deze thermische behandeling kan zowel bestaan uit opwarmen of afkoelen. In het algemeen zal een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding echter gebruikt worden om een vloeistofstroom op te warmen en in de beschrijving van deze voorkeuruitvoeringsvorm zal verder enkel gesproken worden over deze mogelijkheid tot opwarmen van de vloeistofstroom 2. De werkwijze en de installatie afgebeeld in figuur 1 zijn hiertoe echter geenszins beperkt en zijn ook geschikt om een warme vloeistofstroom 2 af te koelen door warmte-uitwisseling met een koude afvalstroom 1 daar in een dergelijk geval immers negatieve warmte aan de vloeistofstroom 2 wordt toegevoegd.

De afvalstroom 1 heeft bij voorkeur een groter debiet dan de vloeistofstroom 2 en wordt bij voorkeur volledig gebruikt om de vloeistofstroom 2 op te warmen. Dit is echter niet noodzakelijk voor de onderhavige uitvinding en er kan naast de deelstromen 5,6 van de afvalstroom ook een reststroom bestaan.

De procesvloeistof die de vloeistofstroom 2 zal bepalen kan bijvoorbeeld bestaan uit water, waterige oplossingen, suspensies, emulsies, mengsels, verschillende soorten vloeibare of semi-vloeibare producten die gebruikt worden in bijvoorbeeld de voedings-, farmaceutische of petrochemische sector of iedere andere procesvloeistof die in de industrie gebruikt wordt. In bepaalde gevallen kan de werkwijze en installatie 10 ook gebruikt worden om een procesgas thermisch te behandelen. In de beschrijving van deze uitvoeringsvorm van de installatie 10 zal verder enkel over een procesvloeistof gesproken worden. De voorkeur wordt gegeven aan zuivere vloeibare stoffen, zoals bijvoorbeeld water, omdat deze de verschillende onderdelen van installatie 10 moeilijker kunnen verstoppen dan vloeistoffen waarin bijvoorbeeld vaste stoffen aanwezig zijn. Dit is een groot voordeel gezien de onderhoudskosten van de installatie 10 in dit geval een stuk lager zullen liggen. Bij voorkeur is de procesvloeistof een vloeistof met een warmtecapaciteit die ongeveer dezelfde is als deze van de afvalstroom 1. In één van de meest algemene voorbeelden waarin koud proceswater opgewarmd moet worden door een warme waterige afvalwaterstroom is dit bijvoorbeeld het geval. Indien de vloeistofstroom 2 en de afvalstroom 1 een gelijkaardige soortelijke warmtecapaciteit hebben, zal de vloeistofstroom steeds een aanzienlijke temperatuursverhoging ondergaan bij warmte-uitwisseling volgens de onderhavige werkwijze op voorwaarde dat het temperatuursverschil tussen beide stromen 1,2 groot genoeg is.

De vloeistofstroom 2 bestaande uit een procesvloeistof zal in de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding eerst thermisch voorbehandeld worden in de warmtewisselaar 3. De vloeistofstroom 2 wordt dan bijvoorbeeld voorverwarmd door warmte-uitwisseling met een warmere deelstroom 5 van afvalstroom 1, zoals getoond in figuur 1. Hiertoe lopen beide stromen bij voorkeur door de warmtewisselaar 3 op een wijze waarbij het contactoppervlak tussen beide stromen sterk vergroot is zodat ze op een optimale manier warmte met elkaar kunnen uit wisselen. De warmtewisselaar 3 zelf kan een platenwarmtewisselaar zijn of ieder ander soort warmtewisselaar 3 gekend door de vakman. Bij voorkeur lopen beide stromen 5,2 in tegenstroomrichting door de warmtewisselaar 3, om de warmte-uitwisseling te vergroten maar de werkwijze volgens de huidige uitvinding is hier geenszins toe beperkt.

Bij voorkeur wordt een warmtewisselaar 3 gebruikt die op een eenvoudige wijze gereinigd kan worden. Dit biedt vooral voordelen indien de afvalstroom 1 veel onreinheden bevat, een viskeuze structuur heeft, of een andere eigenschap vertoont waardoor het risico op verstoppen of vervuilen van de warmtewisselaar 3 is verhoogd. Bij voorkeur bedraagt het verschil in debiet tussen twee stromen die warmte in een warmtewisselaar uitwisselen procentueel niet meer dan 20% indien beide stromen een gelijkaardige warmtecapaciteit hebben. Beide stromen zullen na deze behandeling een temperatuur hebben die tussen de begintemperaturen van beide stromen zal liggen. Indien beide stromen naast een gelijkaardig debiet ook een gelijkaardige soortelijke warmtecapaciteit hebben, zal in het beste geval de vloeistofstroom 2 na voorbehandeling in de warmtewisselaar 3 een temperatuur bereiken die de begintemperatuur van de afvalstroom 1 benadert.

Bij voorkeur wordt bij het opdelen van de afvalstroom 1 in een eerste 5 en tweede deelstroom 6 bij een begintemperatuur van de afvalstroom 1 Ta en een begintemperatuur Tv van de vloeistofstroom 2, het debiet van de eerste deelstroom 5 zo gekozen dat de temperatuur van de voorbehandelde vloeistofstroom 2 in het interval [ Tv + 0,50 x (Ta-Tv) , Tv + 0,98 x (Ta-Tv) ], met meer voorkeur in het interval [ Tv + 0,60 x (Ta-Tv), Tv + 0,98 x (Ta-Tv) ], met verdere voorkeur in het interval [ Tv + 0,75 x (Ta-Tv) , Tv + 0,98 x (Ta-Tv) ] en met meeste voorkeur in het interval [ Tv + 0,80 x (Ta-Tv) , Tv + 0,98 x (Ta-Tv) ]. Het deel van de afvalstroom 1 dat niet naar de warmtewisselaar 3 stroomt, vormt bij voorkeur de tweede deelstroom 6 en stroomt door naar de warmtepomp 4. Deze warmtepomp 4 kan iedere warmtepomp 4 zijn gekend door de vakman. De vloeistofstroom 2 die in de warmtepomp 4 toekomt is reeds thermisch voorbehandeld door warmtewisselaar 3 en het temperatuurverschil tussen beide stromen zal dus minder groot zijn dan bij een niet voorbehandelde vloeistofstroom 2. Zoals hierboven reeds vermeld, is een warmtepomp 4 in tegenstelling tot een warmtewisselaar 3 uitermate geschikt om in een dergelijke situatie warmte van de ene stroom op de andere over te dragen. Een warmtepomp 4 bevat een gesloten circuit waarin een koudemiddel achtereenvolgens door een compressor 11, een condensor 12, een smoorklep 13 en een verdamper 14 gestuurd wordt, zoals hierboven reeds vermeld. Het koudemiddel verdampt, comprimeert, condenseert en expandeert in het gesloten circuit en draagt op deze manier warmte over van de verdamper 14 naar de condensor 12. Het koudemiddel dat in de warmtepomp 4 gebruikt wordt, kan een gehalogeneerde fluorkoolwaterstof zijn, een alkaan, propyleen, ammoniak, koolfstofdioxide of ieder ander soort koudemiddel dat gekend is door de vakman. De tweede deelstroom 6 van de afvalstroom 1 zal zijn warmte afgeven in de verdamper 14 van de warmtepomp 4. Deze warmte zal dan via het koudemiddel in het gesloten circuit van de warmtepomp 4, als het ware overgepompt worden naar de condensor 12 waar deze overgedragen wordt aan de reeds voorverwarmde vloeistofstroom 2 zodat deze een eindtemperatuur bereikt die aanzienlijk hoger is dan de begintemperatuur van de vloeistofstroom 2 en in de meeste gevallen zelfs dan de begintemperatuur van de afvalstroom 1.

Gezien de afvalstroom 1 vaak onzuiverheden kan meedragen of een viskeuze structuur kan hebben zoals hierboven reeds vermeld, omvat de warmtepomp 4 bij voorkeur een gesloten vloeistofcircuit dat warmte van de tweede deelstroom 6 van de afvalstroom 1 overdraagt aan de verdamper 14 van de warmtepomp 4. Via het vloeistofcircuit wordt de warmte op een indirecte manier overgedragen aan de verdamper 14 waardoor direct contact tussen de vervuilde afvalstroom en de verdamper 14 vermeden wordt. Dit gesloten vloeistofcircuit kan door een pomp worden aangedreven en kan iedere vloeistof omvatten met een voldoende hoge warmtecapaciteit om warmte van de tweede deelstroom 6 van de afvalstroom 1 over te dragen naar de vloeistofstroom 2. Via een tweede warmtewisselaar 8 kan de warmte van de tweede deelstroom 6 overgedragen worden naar het vloeistofcircuit en zo dus naar de verdamper 14 van de warmtepomp 4. De hoofdreden waarom een dergelijke indirecte warmtewisseling gebruikt wordt, is dat de meeste warmtepompen 4, meer bepaald hun verdamper 14, vrij moeilijk te reinigen zijn. Een direct contact tussen een vervuilde afvalstroom 1 en de verdamper 14 van de warmtepomp 4 wordt dan ook bij voorkeur vermeden. Een warmtewisselaar 8 daarentegen is vrij gemakkelijk te reinigen en een doorstroming van de tweede deelstroom door de tweede warmtewisselaar 8 zal dan ook weinig problemen opleveren. Deze warmtewisselaar 8 kan een onderdeel van de warmtepomp 4 vormen en hierin ingebouwd zijn of kan een aparte warmtewisselaar 8 zijn die op de warmtepomp 4 aangesloten wordt.

Bij voorkeur is ook een opslagvolume 7 aanwezig in de installatie 10 volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding. Dit opslagvolume 7 kan de vorm hebben van een vat of een verdikking in een buis of ieder ander soort opslagvolume 7 dat een deel van de vloeistofstroom 2 kan opslaan. Het opslagvolume 7 wordt in de installatie 10 ingebouwd op een wijze zoals afgebeeld in figuur 1. Het opslagvolume is bij voorkeur steeds gevuld met procesvloeistof afkomstig van de vloeistofstroom 2. Het opslagvolume 7 heeft als belangrijkste functie het opvangen van debietschommelingen in de vloeistofstroom 2 en het leveren van een stabiele vloeistofstroom 2 aan de condensor 12 van de warmtepomp 4 zodat deze op ieder moment zijn warmte aan een stroom kan afgeven en zo optimaal kan blijven functioneren. Bij dalingen in het debiet van de vloeistofstroom 2 kan de vloeistofstroom 2 die naar de warmtepomp stroomt bijvoorbeeld aangevuld worden met procesvloeistof aanwezig in het opslagvolume. Eens de vloeistofstroom 2 de condensor 12 verlaten heeft kan deze weer deels teruggestuurd worden naar het opslagvolume 7, waardoor de temperatuur van de procesvloeistof in het opslagvolume zal stijgen. Anderzijds kan bij een plotse stijging in het debiet van de vloeistofstroom 2 een deel naar het opslagvolume gestuurd worden om de warmtepomp niet te overbelasten, waarbij de vloeistofstroom 2 die de warmtepomp doorlopen heeft dan weer aangevuld wordt met procesvloeistof uit het opslagvolume 7.

Bij voorkeur is in het systeem ook een pomp 9 voorzien om de vloeistofstroom 2 te laten circuleren. Bij voorkeur is deze pomp 9 voorzien voor de ingang van de warmtepomp 4 en bij voorkeur is deze pomp regelbaar. Op deze manier kan op ieder moment een constante vloeistofstroom naar de condensor 12 van de warmtepomp 4 voorzien worden.

Bij voorkeur is een extra leiding voorzien in de installatie 10 volgens de onderhavige werkwijze, die een leiding waardoor de vloeistofstroom de installatie 10 voor voorverwarmen binnenstroomt verbindt met een leiding waardoor de verwarmde vloeistofstroom 2 afgevoerd wordt na verwarmen door de warmtepomp. Bij voorkeur is deze leiding voorzien van een klep 15. Indien de capaciteit van de installatie 10 om de vloeistofstroom 2 op te warmen bijvoorbeeld onvoldoende is, of het debiet van de afvalstroom 1 tijdelijk te laag is om het systeem van warmte te voorzien, kan zo een deel van de vloeistofstroom 2 of de volledige vloeistofstroom 2 doorstromen naar eventuele verdere processen zonder de installatie 10 te doorlopen. In een optimale situatie waarbij de installatie 10 wel in staat is de volledige vloeistofstroom 2 op te warmen kan de klep 15 eenvoudigweg deels of volledig gesloten worden.

Eventueel kan de opgewarmde vloeistofstroom 2 verder worden opgewarmd door een extern verwarmingsapparaat. Dit verwarmingsapparaat kan ieder door de vakman gekend verwarmingsapparaat zijn. Indien de temperatuur van de afvalstroom 1 of deze van de vloeistofstroom 2 niet constant is, wat in veel gevallen zo zal zijn, kan via een extern verwarmingsapparaat nog warmte aan de vloeistofstroom 2 toegevoegd worden, om zo bijvoorbeeld een constante eindtemperatuur te bereiken.

De hierboven beschreven eerste voorkeuruitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding beschrijft de werkwijze en installatie 10 weergegeven in figuur 1. Hierbij is een eerste deel van de warmte van de afvalstroom 1 dat gebruikt wordt om de vloeistofstroom 2 thermisch voor te behandelen door middel van de warmtewisselaar 3, afkomstig van een eerste deelstroom 5 van de afvalstroom 1 en is een tweede deel van de warmte van de afvalstroom 1 gebruikt om de voorbehandelde vloeistofstroom 2 verder op te warmen in de warmtepomp 4, afkomstig uit een tweede deelstroom 6 van de afvalstroom 1, verschillende van de eerste deelstroom 5. Het is echter ook mogelijk de afvalstroom 1 niet op te delen in twee deelstromen 5,6 en beide delen van de warmte te recupereren uit één enkele afvalstroom 1. In een dergelijk geval stroomt de afvalstroom 1 die de warmtewisselaar 3 doorlopen heeft en reeds een deel van zijn warmte heeft afgestaan, rechtstreeks door naar de warmtepomp 4 waar nog resterende warmte van de afvalstroom 1 gerecupereerd wordt door overdragen naar de vloeistofstroom 2.

Bij afvalstromen 1 die een relatief groot debiet hebben ten opzichte van de op te warmen vloeistofstroom is de eerste voorkeuruitvoeringsvorm van de werkwijze echter aan te raden gezien de afvalstroom 1 een grotere hoeveelheid warmte in zich draagt die door gebruik van de warmtepomp 4 overgedragen kan worden naar de vloeistofstroom 2. De tweede uitvoeringsvorm is geschikter in situaties waar het debiet van de afvalstroom 1 niet veel hoger ligt dan het debiet van de op te warmen vloeistofstroom 2. De vakman is in staat om te kiezen welke werkwijze voor een specifieke situatie het meest geschikt en het meest rendabel zal zijn.

Bij voorkeur zijn in de installatie 10, meer bepaald in leidingen van de installatie 10 die de deelstromen 5, 6 van de afvalstroom 1 en de vloeistofstroom 2 met zich meedragen, sensoren aanwezig, bijvoorbeeld debietmeters en temperatuursensoren. Bij voorkeur is ook een verwerkingseenheid, bijvoorbeeld een computer, in de installatie 10 aanwezig waarnaar de waarden gemeten door de sensoren kunnen doorgestuurd worden. Op deze manier kunnen de verschillende onderdelen van de installatie 10 op elk moment gecontroleerd worden en kan het globale rendement van de installatie 10 berekend worden. Klep 15 kan samen met eventuele andere kleppen en regelbare instrumenten, zoals bijvoorbeeld de compressor 11 van de warmtepomp 4 en de pomp 9, ook worden aangesloten op de verwerkingseenheid. Zo kunnen deze onderdelen van de installatie 10 automatisch gestuurd worden door verwerkingseenheid in functie van verschillende parameters die door de sensoren gemeten worden. Ook wordt het mogelijk de debieten van de eerste en tweede deelstroom 5, 6 te regelen in functie van de gemeten waarden, bijvoorbeeld met behulp van de hierboven gegeven regelmethodes voor de eerste en tweede stroom 5, 6.

Claims (6)

1. Werkwijze om warmte van een afvalstroom toe te voegen aan een vloeistofstroom waarbij de vloeistofstroom eerst thermisch wordt voorbehandeld door een eerste deel van de warmte van de afvalstroom aan de vloeistofstroom toe te voegen door middel van een warmtewisselaar en vervolgens warmte wordt toegevoegd aan de voorbehandelde vloeistofstroom met behulp van een warmtepomp, waarbij de warmte die aan de voorbehandelde vloeistofstroom wordt afgegeven met behulp van de warmtepomp hoofdzakelijk afkomstig is van een tweede deel van de warmte van de afvalstroom, met het kenmerk dat de warmtepomp een gesloten vloeistofcircuit omvat dat warmte van de afvalstroom overdraagt aan een verdamper in de warmtepomp.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het gesloten vloeistofsysteem warmte van de afvalstroom overdraagt aan de verdamper in de warmtepomp door middel van een indirecte warmtewisselaar zodat de afvalstroom niet in direct contact komt met de verdamper van de warmtepomp.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat het eerste deel van de warmte van de afvalstroom afkomstig is uit een eerste deelstroom van de afvalstroom en het tweede deel van de warmte van de afvalstroom afkomstig is uit een tweede deelstroom van de afvalstroom verschillend van de eerste deelstroom.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 met het kenmerk dat de afvalstroom een begintemperatuur Ta heeft en de vloeistofstroom een begintemperatuur Tv en dat het debiet van de eerste deelstroom zo gekozen wordt dat de temperatuur van de voorbehandelde vloeistofstroom in het interval [ Tv + 0,60 x (Ta-Tv) , Tv + 0,98 x (Ta-Tv) ] ligt, met meer voorkeur in het interval [ Tv + 0,75 x (Ta-Tv), Tv + 0,98 x (Ta-Tv) ].

5. Werkwijze volgens één van de conclusies 1-4 met het kenmerk dat een opslagvolume aanwezig is om een volume (voor)behandelde vloeistofstroom op te slaan.

6. Installatie voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één van de conclusies 1-5.