FI93771B - Menetelmä ja laite suljetuissa lämpölaitoksissa - Google Patents

Description

93771

Menetelmä ja laite suljetuissa lämpölaitoksissa Tämä keksintö kohdistuu menetelmään fossiilisten polttoaineiden suurten energia-arvojen tehokkaaksi 5 talteenottamiseksi suljetuissa kattilalaitteistoissa käsittelylaitteiston avulla, johon kuuluu ilmalämpö-puxnppu ja lämmönvaihdin, jossa ilmaa jäähdytetään kattilalaitteistossa syntyneiden palokaasujen jäähdyttämiseksi, jolloin mainittu lämmönvaihto tapahtuu 10 lämmönvaihtimen kautta kiertävän kahden ilmavirtauksen välillä. Keksintö kohdistuu myös järjestelmään menetelmän toteuttamiseksi.

Tällaiset järjestelmät on tunnettu ruotsalaisista 15 patenteista 7909528 ja 8306259-6, ja myös ruotsalaisesta patenttihakemuksesta 8300609-8.

Keksinnön päätarkoitus on parantaa tämänkaltaisten laitteistojen toimintaa, erityisesti sen varmistamista, 20 että palokaasut poistuvat aina kattilalaitteistosta, myös lämmönvaihtimen ollessa epäkunnossa tai muun samanlaisen vian yhteydessä.

Keksinnön lisätarkoituksena on parantaa kattilalait-25 teistoa niin, että polttoaineen sisältämät energia- * arvot voidaan ottaa talteen tehokkaasti.

Nämä ja muut keksinnön päämäärät saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella, joilla on 30 seuraavissa patenttivaatimuksissa esitetyt tunnuspiirteet.

*

Keksintöä kuvataan nyt tarkemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 35 kuva 1 on kaavamainen poikkileikkauskuva keksinnön mukaisesta kattilalaitteistosta, 2 93771 kuva 2 on poikkileikkauskuva mainittuun laitteis toon kuuluvasta lauhteenerottimesta tai-kerääjästä, ja 5 kuva 3 on kuvan 1 kaltainen poikkileikkauskuva laitteiston muunnetusta suoritusmuodosta.

Kuvassa 1 kuvattuun laitteistoon kuuluu öljy- tai kaasupoltin 1, joka on asennettu kattilaan 2. Kattila 10 2 on liitetty lauhteenerottimeen K kanavan 3 välityk sellä, mitä kuvataan jäljempänä tarkemmin, jolloin mainittu lauhteenerotin K on liitetty lämmönvaih-timesta 4 ylävirtaan. Kanavaan 3 on liitetty ohitus-kanava 11, joka kulkee poistoputkeen tai savupiippuun 15 9, jonka kautta poistoilma tai palokaasu/ilma-seos poistuu järjestelmästä. Laitteistoon kuuluu sulku-venttiili V1, V2, V3, jonka avulla palokaasut tai palokaasu/ilma-seos voidaan valinnaisesti ohjata kanavan 3 kautta lauhteenerottimeen K, tai kanavan 20 11 kautta poistoputkeen 9. Tätä jäljempää vaihtoehtoa käytetään esimerkiksi, kun käsittely laitteiston komponentteja, kuten lämpöpumppua tai lämmönvaihdinta huolletaan tai korjataan.

25 Lämmönvaihtimen 4 yläpuolelle on järjestetty imukammio » 6, joka on varustettu puhaltimella 7, joka on liitetty imuputkeen 9. Laitteistoon kuuluu myös ilmalämpöpumppu 5, joka on erillään lämmönvaihtimesta 4. Tähän välillä olevaan tilaan on järjestetty puhallin 10, johon on 30 liitetty tuoreen ilman syöttökanava 12. Lauhdelinja 13 kulkee lauhteenerottimesta K neutralointisäiliöön ; 14. Koko laitteisto on sisällytetty suljettuun kat tilahuoneeseen, josta ainoastaan ilman syöttö, ilman poisto ja poistoputki ovat normaalisti yhteydessä 35 ympäröivään ilmaan.

Kuvassa 1 kuvattu laitteisto toimii seuraavalla tavalla: 93771 3

Kuten katkoviivoilla on esitetty, laitteistoon kuuluu ensimmäinen kiertoväylä C.,, jonka kautta kattilahuoneen ilma kiertää, jolloin mainittu ilma virtaa lämpöpump-5 puun 5 puhaltimen 10 avulla, joka painaa ilman lämmönvaihtimeen, mahdollisesti sekoittamalla mukaan tuoretta ilmaa, mitä on kuvattu putken 12 kaksoispistekat-koviivalla, kun poltin 1 toimii, kuten jäljempänä tullaan selostamaan. Tuoreen ilman mukaan sekoit-10 tamisella on täten kaksi tarkoitusta; koska poltto-prosessissa syntyy vetykaasua, lauhteen määrää voidaan lisätä kolminkertaiseksi johtamalla tuoretta ilmaa ja jäähdyttämällä palokaasuja matalaan lämpötilaan; koska lauhteen määrä lisääntyy, rikkikontaminanttien 15 erottuminen palokaasuista paranee, ts. lauhde on vähemmän korrodoivaa ja aiheuttaa tämän johdosta vähemmän korroosiovaurioita varusteille. Ilma kulkee lämmönvaihtimesta 4 takaisin kattilahuoneeseen. Kun kattila 1 toimii, kattilahuoneessa syntyy alipaine, 20 joka aiheuttaa tuoreen ilman kulkeutumisen kattilahuoneeseen ja hapen syötön polttimelle. Kun poltin ei toimi, ensimmäinen ilmakierto C, toimii ilman tuoreen ilman mukaanottoa. Ilma kiertää lisäksi toisessa kiertoväylässä C2 poistopuhaltimen 7 avulla ilman 25 tullessa lämmönvaihtimeen 4 pääasiassa polttimen 1 ja kanavan 3 ja lauhteenerottimen K kautta, ja toissijaisesti sekoitusilmana, koska tämä polttimen ohittava ilman osa on hyvin pieni. Tämä sekoitusilma tulee sisään lauhteenerottimen alapuolelta tähän 30 kohtaan järjestettyjen reikien 15 kautta. Imulla kierron C2 kautta ulos vedetty ilma tulee sisään lämpöpumpun 5 ja lämmönvaihtimen 4 välillä sijaitsevan puhaltimen 10 kautta. Kun puhallin 7 käynnistetään, kattilahuoneeseen syntyy alipaine, joka aiheuttaa 35 tuoreen ilman sisäänvirtauksen putken tai johdon 12 kautta. Tällä tavoin palokaasut saatetaan viimeiseen jäähdytysvaiheeseen lämmönvaihtimessa 4 ennen niiden puhaltamista ympäröivään ilmaan puhaltimella 7.

4 93771

Koska ristivirtauslämmönvaihdin 4 on sijoitettu kattilahuoneen ilmaa kierrättävästä puhaltimesta 10 alavirtaan, kattilahuoneen ilman kierto C1 aiheuttaa 5 ylipaineen lämmönvaihtimen jäähdytyspuolelle, kun taas alipaine syntyy poistoilman puhaltimen 7 johdosta mainitun lämmönvaihtimen toiselle puolelle tämän puhaltimen imiessä poistoilmaa tai palokaasu/ilma-seosta lämmönvaihtimen toisen puolen läpi. Tämä 10 tarkoittaa sitä, että öljypoltin voidaan järjestää niin, että se ei käynnisty ennen kuin määrätty alipaine on syntynyt lämmönvaihtimeen. Koska puhallin 10 pitää yllä ylipainetta lämmönvaihtimen jäähdytyspuolella, keksinnön mukaisesti on varmistettu, että palokaasut 15 poistuvat aina vapaaseen ympäröivään ilmaan, esimerkiksi siinä tapauksessa, että lämmönvaihtimessa on vika.

Kun käsittelylaitteistoa huolletaan, esimerkiksi lämmönvaihdinta 4 pestessä tai lämpöpumppua huollet-20 taessa, sulkuventtiilit V,, V2 ja V3 kytketään niin, että palokaasut kulkevat suoraan ympäröivään ilmaan poistoputkesta 9 johdon 11 kautta. Järjestelmä toimii tällöin tavallisen kattilalaitteiston tavoin käsittely laitteiston poissaollessa ja toimittaa energiaa 25 rakennukseen.

Kuvassa 2 kuvattuun lauhteenerottimeen K kuuluu kotelo 18, johon on järjestetty reikiä 15 ilman sekoittamiseksi palokaasuihin lämmönvaihtimen ylävirran puolella 30 siten kuin edellä on selostettu, ja myös rei'itetty levy 17, jonka kautta ilma ja palokaasut kulkevat ·* ylöspäin erottimeen K. Levyn 17 yläpuolelle on järjes tetty kerääjät 18, jotka ottavat kiinni tai keräävät ylhäältäpäin tulevan lauhteen ja ohjaavat tämän 35 lauhteen poistojohtoon 13. Jotta lauhdepisaroiden putoaminen kotelon 16 alaosaan estettäisiin, vierekkäisten kerääjien 18 välien yläpuolelle on järjestetty estimet 19 välien päähän toisistaan välien ollessa 5 93771 mainittujen kerääjien yläpuolella, jolloin ilma ja palokaasut lämmönvaihtimen ylävirran puolella voivat kulkea kerääjien ja mainittujen estimien välistä ylöspäin lauhteenerottimeen K, kuten nuolilla on 5 esitetty. Lauhteenerottimen K alapuolelle on asennettu putkiyhde 20, joka ohjaa palokaasut kanavasta 3 erottimeen K, josta ne kulkevat lämmönvaihtimeen 4. Reikien 15 kautta kulkevaa ilmaseosta voidaan säätää vaimennusventtiilin 23 avulla, jota voidaan siirtää 10 ylös ja alas nuolten suunnissa suuremman tai pienemmän reikien 15 alueen paljastamiseksi.

Yksinkertaisuuden vuoksi laitteistoa kuvataan nyt sitä tapausta varten, jolloin poltin 1 on toiminnassa, 15 ts. kun kattilassa 2 syntyneet palokaasut kulkevat lauhteenerottimeen K, jossa kattilahuoneen ilma sekoitetaan turbulaattoreiden 17 (rei'itetyt levyt) avulla ja lauhde valuu kuvassa 2 esitetyistä ylemmistä estimistä 19. Palokaasut jäähtyvät lämmönvaihtimessa 20 4, jonka kautta kattilahuoneen ilma kulkee lämpöpumpus ta 5 yhdessä ympäristöstä otetun tuoreen ilman kanssa. Polttokaasun lämpötila alenee mainitussa laitteistossa 170°C:sta n. 5-10°C:een.

25 Kuvassa 3 kuvatun laitteiston tapauksessa palokaasut jäähdytetään ilman sitä kattilahuoneen ilman mukaan-sekoitusta reikien 15 kautta, jota on kuvattu kuvissa 1 ja 2, siten, että kaasut johdetaan jäähdytyslaitteeseen 21, esitetyssä tapauksessa laipoilla varustet-30 tuun putkimaiseen jäähdytyslaitteeseen, jossa palokaasut jäähtyvät lämmönvaihtimesta 4 kiertävän ja jäähdytyslaitteen 21 laippojen kautta kulkevan ilman avulla. On selvää, että jäähdytys voidaan saada aikaan myös vedellä, mikä myös lisää sitä määrää, jolla rikkikon-35 taminantit erottuvat ja vähentää täten edelleen kor-roosiovaaraa.

93771 6

Kesäkuukausina kattilahuonetta tuuletetaan kattilahuoneen seinämään asennetun puhaltimen 22 avulla, jotta lämmin ulkoilma voi virrata kattilahuoneeseen. Lämpö-pumppu voidaan mitoittaa niin, että mainittu pumppu 5 voi yksin lämmittää kesäkuukausina vaadittavan lämpimän veden. Tällöin poltinta 1 käytetään vain erityisten lämpöä vaativien kuormitushuippujen aikana.

Keksintöä toteutettaessa pinnat likaantuvat huomat-10 tavasti vähemmän palokaasujen johdosta kuin käytettäessä perinteistä tekniikkaa. Toisin sanoen, 1) koska saavutetaan 50-70% vähennys öljynkulutuksessa osuuden riippuessa kyseessä olevasta rakennuksesta, saadaan vastaava 50-70% vähennys rikkikontaminanttien 15 ja typpikontaminanttien päästöissä ympäröivään ilmaan, ja 2) lauhduttamalla palokaasuja otetaan talteen öljyn jäljellä olevaa energiamäärää, ja 60-80% palo-kaasujen r ikkipäästöistä tiivistyy ja johdetaan neutraloint isäiliöön 14 tiivistyneessä muodossa. 20 Ennen neutralointia tiivistyneen aineen pH on n. 2,5-3,5 ja neutraloinnin jälkeen n. 6-8. Poltettaessa l 1 öljyä saadaan suunnilleen 1 1 hapanta tiivistynyttä ainetta, jonka pH on 2,5-3,5.

25 Kuvatulla ja selostetulla laitteistolla on n. 50% kokonaisenergiansäästö. Jos laitteiston maksimiteho on esim. 100 kW ja lämpöpumppua käytetään n. 5 ± 2 kW teholla, lämpöpumpun toimittama energia on n. 9-21 kW. Lämpöpumpun koko vuoden energiansäästökerroin on 30 3. Vuotuinen keskimääräistehokkuus on 130% ja 140% välillä riippuen siitä, mille maantieteelliselle leveydelle laitteisto on asennettu, laskettuna alemmasta energia-arvosta. Vuotuinen keskimääräinen tehokkuus voidaan myös ilmaista laitteiston energiansäästöker-35 toimella, kun kaikki öljy ja sähkö lasketaan laitteistoon tuoduksi tehoksi. Tämä energiansäästökerroin on 7 93771 täten 1,3-1,4 yhden vuoden aikana riippuen siitä, mille maantieteelliselle leveydelle laitteisto on asennettu.

5 Lämpöpumppu toimii jatkuvasti oleellisesti koko vuoden ajan, kun taas poltin 1 toimii jaksottain. Lämpöpumppua 5 voi esim. käyttää dieselmoottori (ei esitetty) tai koko laitteiston tehon tarve voidaan tyydyttää erillisen dieselgeneraattorin synnyttämän sähkön avulla, 10 jolloin dieselgeneraattorin poistokaasut jäähdytetään ja lauhdutetaan yhdessä polttimen palokaasujen kanssa. Kun laitteisto on itsetoimiva ja sitä käytetään dieselgeneraattorilla, ei ole tarpeen tuoda energiaa, kuten sähköenergiaa, ulkoisesta lähteestä järjes-15 telmään.

On selvää, että edellä selostettu ja kuvattu keksinnön suoritusmuoto esittää pelkästään esimerkin siitä, miten keksintö voidaan toteuttaa, ja että selostettua 20 suoritusmuotoa voidaan muunnella seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

4 » t

Claims (18)

1. 93771 8 Patenttivaatimukset;
2. 1. Menetelmä fossiilisten polttoaineiden suurten 5 energia-arvojen talteenottamiseksi suljetuissa kattila- laitteistoissa käsittelylaitteiston avulla, johon kuuluu lämpöpumppu (5) ja lämmönvaihdin (4) , jossa lämmönvaihto tapahtuu lämmönvaihtimen kautta kiertävän kahden ilmavirtauksen välillä, jolloin synnytetään 10 kattilahuoneen ilman ensimmäinen kierto lämpöpumpun ja lämmönvaihtimen kautta ja synnytetään toinen kierto lämmönvaihtimen kautta imemällä poistoilmaa tai palokaasuja tai niiden seosta, jolloin mainittu toinen kierto synnyttää alipaineen kattilahuoneessa ulkopuo-15 lisen tuoreen ilman sisäänvirtauksen aiheuttamiseksi lämmönvaihtimen (4) kautta, tunnettu siitä, että poistoilma tai palokaasut tai niiden seos kulkee tai johdetaan jäähdytyslaitteen (21) kautta ja täten esi jäähdytetään ennen niiden kulkemista lämmönvaihtimen 20 (4) kautta mainitussa toisessa kierrossa.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasut esi jäähdytetään kierrätetyn kattila-huoneen ilman avulla. 25 ·’ 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasut esijäähdytetään veden avulla. 1 Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että ainakin osa mainitun ensim mäisen kierron ilmasta imetään lämpöpumpun (5) kautta ennen sen painamista lämmönvaihtimen (4) kautta. 9 93771
4. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kattilalaitteiston poltin (1) järjestetään toimimaan vasta kun alipaine on syntynyt 5 toisessa kierrossa lämmönvaihtimen (4) kautta.
5. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuoretta ilmaa sekoitetaan ensimmäisen kierron kanssa ennen kulkua lämmönvaihtimen 10 (4) kautta.
6. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen kierto saadaan aikaan ylipaineen avulla lämmönvaihtimen (4) sillä puolella, jossa 15 jäähdyttävä kattilahuoneen ilma kiertää.
7. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palokaasut johdetaan jäähdytyslaitteeseen (21) ilman, että ne sekoittuvat kat- 20 tilahuoneen ilmaan.
8. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palokaasut jäähdytetään lämmönvaihtimesta (4) kiertävän ja jäähdytyslaitteen 25 (21) laippojen kautta kulkevan ilman avulla. 1 Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi tarkoitettu laite fossiilisten polttoaineiden korkeiden energia-arvojen talteenot- 30 tamiseksi suljetussa kattilalaitteistossa, jolloin laitteisto käsittää käsittely laitteiston, johon kuuluu lämpöpumppu (5) ja lämmönvaihdin (4) ja puhallinelimet (10) , jotka on järjestetty painamaan kattilahuoneen ilmaa lämmönvaihtimen (4) toisen puolen kautta edul-35 lisesti ylipaineessa ja imukammio (6) , joka toimii poistoilman tai palokaasujen tai niiden seoksen imemiseksi lämmönvaihtimen (4) toisen puolen kautta, 93771 10 tunnettu jäähdytyslaitteesta (21), joka on asennettu mainitun kattilalaitteiston kattilan (2) ja lämmönvaihtimen (4) väliin, jolloin mainittu jäähdytyslaite on tarkoitettu esi jäähdyttämään poistoilmaa tai 5 palokaasuja tai niiden seosta ennen saapumista lämmönvaihtimeen (4) .
9. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että jäähdytyslaitteen (21) jäähdytys toteu- 10 tetaan vedellä.
10. 12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että puhallinelimet (10) on tarkoitettu imemään kattilahuoneen ilmaa lämpöpumpun 15 (5) kautta ja painamaan mainittua ilmaa lämmönvaih- t imen (4) kautta.
11. 13. Jonkin patenttivaatimuksen 10-12 mukainen laite, tunnettu laitteista (12) tuoreen ilman sekoit- 20 tamiseksi kattilahuoneen ilman kanssa ennen mainitun ilman painamista lämmönvaihtimeen (4) puhallinelimillä (10) .
12. 14. Jonkin patenttivaatimuksen 10-13 mukainen laite, 25 tunnettu siitä, että kattilalaitteiston kattilan (2) ja lämmönvaihtimen (4) mainitun toisen puolen välille on järjestetty lauhteenerotin (K), jonka kautta poistoilma tai palokaasut tai niiden seos kulkevat lämmönvaihtimeen (4). 30
13. 15. Jonkin patenttivaatimuksen 10-14 mukainen laite, • tunnettu siitä, että kattilalaitteistoon toimite taan sähköä, jota tuottaa erillinen tai muista riippumaton polttomoottorikäyttöinen generaattori, jolloin 35 moottorin pakokaasut jäähdytetään ja lauhdutetaan erikseen tai yhdessä kattilan palokaasujen kanssa. 93771 11
14. 16. Jonkin patenttivaatimuksen 10-15 mukainen laite, tunnettu siitä, että puhallin (22) on asennettu kattilahuoneen seinään kattilahuoneen tuulettamiseksi 5 ulkopuolisella ilmalla.
15. 17. Jonkin patenttivaatimuksen 10-16 mukainen laite, tunnettu siitä, että laipat (10) on järjestetty työntämään kattilahuoneen ilma ylipaineen avulla 10 lämmönvaihtimen (4) mainitun toisen puolen kautta.
16. 18. Jonkin patenttivaatimuksen 10-17 nfukainen laite, tunnettu siitä, että jäähdytyslaite (21) on järjestetty vastaanottamaan ja jäähdyttämään palokaasut 15 ilman, että ne sekoittuvat kattilahuoneen ilmaan.
17. 19. Jonkin patenttivaatimuksen 10-18 mukainen laite, tunnettu siitä, että jäähdytyslaite (21) on laipoilla varustettu putkimainen jäähdytyslaite. 20
18. 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että jäähdytyslaite (21) on järjestetty siten, että palokaasut jäähdytetään lämmönvaihtimesta (4) kiertävän ja jäähdytyslaitten (21) laippojen kautta 25 kulkevan ilman avulla. 93771 12