Die Branche der Thermoprozesstechnik benötigt in der Produktion sehr viel Energie, um u.a. die hohen Temperaturen bereitzustellen. Die Öfen verbrennen mehrere Millionen Kubikmeter Gas pro Jahr. Daher haben Unternehmen die besondere Verantwortung die Energie möglichst effizient einzusetzen.

Herstellung von Sanitärkeramik

Sanitärkeramik besteht im Wesentlichen aus den natürlichen Rohstoffen Ton, Kaolin, Quarz, Feldspat. Sie werden aufbereitet, gemischt und anschließend mit Wasser vermischt. Danach wird der sog. Schlicker in Formen gegossen. Den geformten Teilen wird das Wasser entzogen, anschließend werden sie glasiert. Die glasierten Teile werden getrocknet und bei ca. 1260 °C gebrannt. Als Brennaggregate kommen Rollenöfen, Tunnelöfen und Herdwagenöfen zum Einsatz. Je nach Ofen- und Produkttyp liegt die Verweildauer der Teile im Ofen zwischen 10 und 24 h.

Bei dem Brennprozess entstehen große Mengen an Nieder-temperaturabwärme. Diese Abwärme wird bislang ungenutzt in die Umgebung abgegeben. Die Abwärme kann in die Nutzenergien Wärme, Kälte und elektrischer Strom umgeformt werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Abwärme aufzuwerten, d.h. die Temperatur der Abwärme zu erhöhen. Die Umwandlung der Abwärme in die Nutzenergien Kälte, Wärme sowie auf die Aufwertung der Abwärme wird nicht untersucht. Thema des Forschungsprojektes ist folglich die Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie. Der wesentliche Vorteil von elektrischer Energie gegenüber den Nutzenergien Wärme und Kälte liegt in dem einfacheren Transport, der einfacheren Speicherung sowie in dem ganzjährlichen Bedarf.

Abwärmenutzung Organic Rankine Cycle

Der Organic Rankine Cycle (ORC) funktioniert nach dem selben Prinzip wie ein herkömmliches Dampfkraftwerke. In einem Verdampfer wird dem flüssigen Arbeitsmittel die Wärme zugeführt. Der entstandene Frischdampf expandiert in der Entspannungs-maschine (Turbine, Dampfschraubenmotor, Dampfkolbenmotor) auf den Kondensationsdruck und verrichtet dabei Arbeit. Die Entspannungsmaschine ist mit einem Generator verbunden, der die mechanische Energie in elektrische Energie umformt. Der Abdampf strömt in den Verflüssiger, in dem er durch Wärmeentzug kondensiert wird. Die Speisepumpe fördert das Kondensat zurück in den Verdampfer.

Bei den Kraftwerken mit Leistungen von mehreren hundert MWel dient Wasser als Arbeitsmittel. Wegen des hohen Siedepunktes des Wassers ist es für die Umwandlung von Wärmequellen mit niedrigeren Temperaturen ungeeignet. Für diesen Temperaturbereich werden organische Reinstoffe oder Gemische bevorzugt. Die eingesetzten Arbeitsmittel verfügen bei niedrigeren Temperaturen und bei niedrigeren Drücken über günstigere Verdampfungseigenschaften als Wasser. Eingesetzt werden halogenierte Kohlenwasserstoffe (z.B. R134a) oder Normal-Paraffine (z.B. Propan, Butan, Pentan). Deshalb wird dieser Dampfkraftprozess in der Literatur als Organic-Rankine-Cycle (ORC) bezeichnet.