CZ281310B6 - Uspořádání k využití tepla obsaženého ve spalinách kotle spalujícího uhlí - Google Patents

Abstract

Uspořádání obsahuje rotační tepelnou výměníkovou stanici (3), v níž se ochlazují spaliny (AG) kotle (1), vytápěného hnědým uhlím, přičemž teplo získané ze spalin (AG) slouží k temperování spalovacího vzduchu (VL), přiváděného do kotle (1). Paralelně k rotační tepelné výměníkové stanici (3) je uspořádána tepelná výměníková jednotka (5), pomocí níž se primární vzduch (PL) předehřívá teplem, získaným z předchlazených spalin (AG1), vystupujících z rotační tepelné výměníkové stanice (3). Rotační tepelná výměníková stanice (3) je přemostěna odbočným kouřovodem (13), na němž je uspořádán vodní tepelný výměník (14), zahřívaný spalinami (AG). Vodním tepelným výměníkem (14) proudí napájecí voda (KSW). Ta je ohřívána spalinami (AG). Na tepelnou výměníkovou jednotku (5) může být napojen výstupní tepelný výměník (18), umožňující ohřát chladné očištěné spaliny (AG4) na dostatečnou teplotu pro odvod komínem (22).ŕ

Description

Uspořádáni pro využití tepla obsaženého ve spalinách kotle na spalování uhlí

Oblast techniky

Vynález se týká uspořádání pro využití tepla obsaženého ve spalinách kotle na spalování uhlí, tvořícího součást elektrárny, které má rotující teplosménné zařízení, které je napojeno jak na spaliny z kotle, tak i na předehřátý spalovací vzduch, a tepelný převaděč, který je napojen jak na první ochlazené spaliny vedené z tepelného výměníkového zařízení, tak i na primární vzduch, přičemž tepelné výměníkové zařízení je zapojeno do obtoku, který překlenuje teplosménné zařízení a spojuje hlavní spalinové vedení vedoucí od kotle k teplosménnému zařízení a plynové spojení mezi teplosměnným zařízením a tepelným převaděčem.

Dosavadní stav techniky

Z DE 97 61 67 je známo uspořádání pro využití tepla obsaženého ve spalinách kotle na spalování uhlí, tvořícího součást elektrárny, které má rotující teplosménné zařízení, které je napojeno jak na spaliny z kotle, tak i na předehřátý spalovací vzduch, a tepelný převaděč, který je napojen jak na první ochlazené spaliny vedené z teplosménného zařízeni a třetí ochlazené spaliny vedené z tepelného výměníkového zařízení, tak i na primární vzduch, přičemž tepelné výměníkové zařízení je zapojeno do obtoku, který překlenuje teplosménné zařízení a spojuje hlavní spalinové vedení vedoucí od kotle k teplosménnému zařízení a plynové spojení mezi teplosměnným zařízením a tepelným převaděčem.

Oba předehřívaci vzduchové stupně LI, L2 podle tohoto řešení jsou vytvořeny jako tepelné měniče a konstrukčně jsou spolu spojeny. Otáčejí se následkem toho kolem společné osy.

V provozu kotlů na spalování však vznikají více méně časté výkyvy v teplotě spalin opouštějících kotel, čemuž je potom třeba věnovat náležitou pozornost. Takovéto výkyvy, které jsou částečně dosti významné, mohou být prostřednictvím uspořádáni podle shora uvedeného spisu zohledněny pouze nedostatečně. Toto uspořádání musí být vždy provozováno s dostatečným tepelným přebytkem, aby se zajistilo, že na žádném místě zařízení nebude překročen rosný bod. Přizpůsobivost známého uspořádání je tím značné omezena.

Podobné zařízení je známo z prospektu firmy GEA Luftkůhler GmbH Herna o názvu: Elektrárna: Kouřové teplo pro předehřívání vzduchu a kondenzátu. U tohoto uspořádání je teplonosné médium tepelné výměníkové jednotky vedeno v uzavřeném okruhu přes tepelný výměník pro temperování primárního vzduchu a přes další tepelný výměník, na který působí další teplonosné médium, proudící také v uzavřeném okruhu a temperované spalinami, vystupujícími z tepelné výměníkové stanice. Toto další teplonosné médium proudí také přes tepelný výměník pro ohřev napájecí vody.

Ačkoliv spaliny vystupující z kotle na hnědé uhlí mají teplotu asi 290 ’C, zůstávají po průchodu tepelnou výměníkovou stanicí předchlazené na teplotu kolem 180 °C. Tepelné ztráty v tepelně výměníkové stanici a v okruhu teplonosného média způso

-1CZ 281310 B6 bují, že napájecí vodu je možno přihřát na teplotu nejvíce kolem 160 °C se dále ohřála, přeměnila v páru a nakonec se přivedla k turbíně pro výrobu elektrické energie.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu je vytvořit zařízení shora uvedeného typu, které by podstatně zvětšilo účinnost elektrárny.

Toho je dosaženo uspořádáním pro využití tepla obsaženého ve spalinách kotle na spalování uhlí, tvořícího součást elektrárny, které má rotující teplosménné zařízení, které je napojeno jak na spaliny z kotle, tak i na předehřátý spalovací vzduch, a tepelný převaděč, který je napojen jak na první ochlazené spaliny vedené z teplosměnného zařízení a třetí ochlazené spaliny vedené z tepelného výměníkového zařízeni, tak i na primární vzduch, přičemž tepelné výměníkové zařízení je zapojeno do obtoku, který překlenuje teplosménné zařízení a spojuje hlavní spalinové vedení vedoucí od kotle k teplosměnnému zařízení a plynové spojení mezi teplosměnným zařízením a tepelným převaděčem. Podstata vynálezu spočívá v tom, že tepelný převaděč je vytvořen jako paralelně k teplosměnnému zařízení zapojená tepelná indukční jednotka se dvěma tepelnými výměníky, které jsou spojeny prostřednictvím uzavřeného okruhu s tepelným nosným médiem a v něm integrovaným čerpadlem, přičemž tepelné výměníkové zařízení v obtoku je vytvořeno jako tepelný výměník napojený na napájecí vodou a/nebo jako parní vyvíječ.

Výhodné provedení vynálezu spočívá v tom, že tepelná indukční jednotka je spojena se čtvrtým tepelným výměníkem zapojeným v pátém spalinovém vedení mezi spalinovým odsiřovacím zařízením a komínem.

Vynález vychází ze skutečnosti, že zejména u kotle na hnědé uhlí přichází do kotle přes tepelnou výměníkovou stanici jen asi 75 % vzduchu potřebného ke spalování. Zbývajících 25 % vzduch přichází do kotle jinými cestami, zejména potom netěsnostmi kotle. Naproti tomu jdou přes teplosménné zařízení veškeré spaliny.

Vynález však není omezen-jen na kotle na hnědé uhlí, je jej možno využít i při spalování jiných paliv.

Podle vynálezu se přes teplosménné zařízení nevedou veškeré spaliny, ale pouze takovéto množství, které při ochlazení z asi 290 ’C na přibližně 180 ’C ohřeje vzduch procházející teplosměnným zařízením z asi 110 °C na přibližně 290 ’C. Jsou to asi dvě třetiny celkového množství. Zbývající množství spalin, prakticky jedna třetina, se vede odbočným spalinovým vedením okolo teplosměnného zařízení přes výměník a/nebo parní vyvíječ, které jsou zapojeny v obtoku, přičemž se také ochladí na teplotu kolem 180 °C.

Napájecí voda, která protéká tepelným výměníkem, se přitom ohřeje z teploty asi 160 C na přibližné 260 “C takže kotel má k dispozici napájecí vodu podstatně teplejší.

-2CZ 281310 B6

Pokud se místo tepelného výměníku nebo paralelně k němu umístí do obtoku parní vyvíječ, muže teplo ze spalin vyvíjet páru a být využito k výrobě elektrické energie.

Tím vynález dosahuje optimálního využití tepla přídavně uvolněného v odbočném kouřovodu a v něm instalovaném vodním tepelném výměníku. Teplo takto předané do napájecí vody kotle se nechá přeměnit s mnohem větší účinností na elektrickou energii.

Využije-li se odpadní teplo pro výrobu páry, kterou se vyrábí elektrická energie pomocí přídavné parní turbíny, je možno výrobu výrazné zvýšit nad množství vyráběné v hlavní turbíně.

Tímto způsobem se uspoří teplo a proto i palivo nutné ke zvýšení teploty, popřípadě k výrobě páry. Tak se zjevně zvýší tepelná účinnost celé elektrárny.

Při uspořádání, u kterého jsou ochlazené spaliny vystupující z teplosménného zařízení vedeny do komínu přes odsiřovací zařízeni, je podle vynálezu teplosměnné zařízení spojeno s výstupním tepelným výměníkem, uspořádaným ve výstupním spalinovém vedení mezi odsiřovacím zařízením a komínem. Tím je možno využít odpadni teplo spalin, vystupujich z tepelné výměníkové stanice k dodatečnému ohřátí spalin, vystupujících z odsiřovacího zařízení o teplotě asi 50 °C, a to na teplotu asi 85 ’C. Tak je možno teplotu spalin v komíně přivést na hodnotu potřebnou z hlediska požadavků na ochranu životního prostředí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen za pomoci konkrétních příkladů provedení znázorněných na připojených výkresech, kde na obr. 1 je schematické znázornění uspořádání podle vynálezu u kotelní jednotky bez odsiřovacího zařízeni, na obr. 2 je obdobné uspořádání z obr. 1, ale u kotelní jednotky s odsiřovacím zařízením a na obr. 3 je uspořádání s parním vyvíječem.

Příklady provedení vynálezu

Kotel 1 znázorněný na obr. 1 je součástí tepelné elektrárny, která není z důvodu přehlednosti na stejném obr. znázorněna.

Primární spaliny AG, vzniklé spálením hnědého uhlí, jsou vedeny hlavním spalinovým vedením 2 do rotačního teplosménného zařízení 3_. Primární spaliny AG, vystupující z kotle 1, mají teplotu asi 290 ’C.

V teplosménném zařízení 2 se z primárních spalin AG odvádí teplo tak, že ochlazené první spaliny AG1 opouštějící teplosměnné zařízeni 3. přes plynové spojeni 4 mají teplotu přibližně 180 ’C.

První spaliny AG1 se vedou přes první tepelný výměník 6., ve kterém se jim odebere další teplo. Ochlazené druhé spaliny AG2 opouštějící první tepelný výměník 6. třetím spalinovým vedením 7 mají teplotu kolem 110 °C. Při této teplotě je možno druhé spaliny AG2 zavést například do odsiřovacího zařízení 21, jak je to znázorněno na obr. 2.

-3CZ 281310 B6

Teplo odvedené z prvních spalin AG1 v prvním tepelném výměníku 6, který je součástí tepelné indukční jednotky 5, je převedeno teplonosným médiem, obíhajícím v uzavřeném okruhu, do druhého tepelného výměníku 8, uspořádáného v prvním vzduchovém vedení 9, kterým proudí primární vzduch PL. Primární vzduch PL vstupuje do vzduchového druhého tepelného výměníku 8 s teplotou okolí, tzn. s teplotou kolem 20 ’C. Teplonosné médium v tepelné indukční jednotce 5 je udržováno v oběhu prvním čerpadlem 10.

Teplo získané z prvních spalin AG1 předehřeje primární vzduch PL na teplotu kolem 110 ’C. Takto vzniklý první spalovací vzduch WL je veden přes teplosménné zařízení 3, které je předehřátém chráněno před korozí. V teplosměnném zařízení 3. se první spalovací vzduch WL dále ohřeje pomocí tepla získaného z primárních spalin AG.

Do kotle se druhým vzduchovým vedením 11 přivádí druhý spalovací vzduch VL, který je ohřátý na přibližně 270 ”C.

Hlavni spalinové vedeni 2, které vede k teplosménnému zařízení 3, a vložené plynové spojení 4, uspořádané mezi teplosménným zařízením 3. a tepelnou indukční jednotkou 5, jsou navzájem propojeny obtokem 13 regulovatelným klapkou 12. V obtoku 13 je uspořádán vodní třetí tepelný výměník 14, kterým protéká napájecí voda KSW.

Z celkového množství primárních spalin AG vystupujících z kotle 1 prochází asi dvě třetiny teplosménným zařízením 3. a jedna třetina přes obtok 13,. Teplo primárních spalin AG, předané ve třetím tepelném výměníku 14 obtoku 13 napájecí vodě KSW, zvýší její teplotu z asi 160 C na přibližné 260 ’C.

Napájecí voda KSW je po opuštění třetího tepelného výměníku 14 dále tlakována a přivedena do trubního systému 15 v kotli 1. Pára D se potom za účelem výroby elektrické energie přivádí do na obr. neznázorněné turbíny.

Ještě chladnější třetí spaliny AG3, opouštějící třetí tepelný výměník 14, mají teplotu asi 180 °C. Proudí čtvrtým spalinovým vedením 16 do plynového spojení 4, uspořádaného mezi teplosménným zařízením 3. a tepelnou indukční jednotkou 5, kde se směšují s prvními spalinami AG1 vystupujícími z teplosménného zařízení 3.

V přikladu provedení podle obr. 2 je uspořádání kotle 1, teplosménného zařízení 3., obtoku 13 se třetím tepelným výměníkem 14, jakož i tepelné indukční jednotky 5 stejné, jako u předchozího provedení.

Jak je zřejmé z obr. 2, je však tepelná indukční jednotka 5 napojena na čtvrtý tepelný výměník 18 pomocí cirkulační soustavy 12· Cirkulační soustavou 17 protéká teplonosné médium poháněné druhým čerpadlem 19.

Výstupní čtvrtý tepelný výměník 18 je umístěn ve výstupním pátém spalinovém vedení 20., které je uspořádáno mezi blíže nepopsaným odsiřovacím zařízením 21 a komínem 22.

-4CZ 281310 B6

Druhé spaliny AG2, které vystupují z tepelné indukční jednotky 5, jsou třetím spalinovým vedením 7 přivedeny do odsiřovacího zařízení 21, ve kterém jsou očištěny a ochlazeny na teplotu kolem 50 ’C. Očištěné a ochlazené čtvrté spaliny AG4, vystupující z odsiřovacího zařízení 21, se ve výstupním čtvrtém tepelném výměníku 18 znovu ohřejí na teplotu kolem 85 ’C, se kterou páté spaliny AG5 proudí do komína 22, a to za lepších podmínek pro životní prostředí.

U uspořádání podle obr. 3 je teplo, obsažené v primárních spalinách AG využito tak, že místo vodního třetího tepelného výměníku 14., který je znázorněn na obr. 1 a 2, je na obtok 13 napojen parní vyvíječ 23. Ten je parovodem 24 spojen s parní turbínou 25. Ta je spřažena s generátorem 26 na výrobu elektrické energie.

Z parní turbíny proudí pára D nízkotlakým parním potrubím 27 do kondenzátoru 28, který je chlazen vzduchem nebo vodou. V kondenzátoru 28 nízkotlaká pára D zkondenzuje a kondenzátorovým potrubím 29 se vrací do parního vyvíječe 23.

Mezi kondenzátorem 28 a parním vyvíječem 23 je v kondenzátorovém potrubí 29 uspořádáno tlakové čerpadlo 30.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (2)

1. Uspořádání pro využití tepla obsaženého ve spalinách kotle na spalováni uhlí, tvořícího součást elektrárny, které má rotující teplosménné zařízení, které je napojeno jak na spaliny z kotle, tak i na předehřátý spalovací vzduch, a tepelný převaděč, který je napojen jak na první ochlazené spaliny vedené z teplosměnného zařízení a třetí ochlazené spaliny vedené z tepelného výměníkového zařízení, tak i na primární vzduch, přičemž tepelné výměníkové zařízení je zapojeno do obtoku, který překlenuje teplosménné zařízení a spojuje hlavní spalinové vedení vedoucí od kotle k teplosménnému zařízení a plynové spojení mezi teplosménným zařízením a tepelným převaděčem, vyznačující se tím, že tepelný převaděč je vytvořen jako paralelně k teplosménnému zařízení (3) zapojená tepelná indukční jednotka (5) se dvěma tepelnými výměníky (6, 8), které jsou spojeny prostřednictvím uzavřeného okruhu s teplonosným médiem a v něm integrovaným čerpadlem (10), přičemž tepelné výměníkové zařízení v obtoku (13) je vytvořeno jako tepelný výměník (14) napojený na napájecí vodu (KSW) a/nebo jako parní vyvíječ (23).

2. Uspořádání podle nároku 1, vyznačující se tím, že tepelná indukční jednotka (5) je spojena se čtvrtým tepelným výměníkem (18) zapojeným v pátém spalinovém vedení (20) mezi spalinovým odsiřovacím zařízením (21) a komínem (22).