PL220762B1 - Sposób wykorzystania energii cieplnej ze spalin wylotowych kotłów w blokach energetycznych oraz układ odzysku ciepła ze spalin - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykorzystania energii cieplnej ze spalin wylotowych kotłów w blokach energetycznych oraz układ odzysku ciepła ze spalin w blokach wyposażonych w instalację odsiarczania spalin. W obecnym stanie techniki układy odzysku ciepła ze spalin stosowane są w blokach elektrowni węglowych opalanych głównie węglem brunatnym. Technologia ta oparta jest na schładzaniu spalin (które zgodnie z kierunkiem przepływu są za obrotowym podgrzewaczem powietrza) do temperatury niższej niż temperatura rosy i wtórnym wykorzystaniu odebranego w ten sposób ciepła do podgrzewu wody zasilającej lub podgrzewu kondensatu w układzie para-woda. Proces ten pozwala na podwyższenie sprawności wytwarzania energii elektrycznej bloku energetycznego.

Istotą wynalazku jest sposób wykorzystania energii cieplnej ze spalin wylotowych kotłów w blokach energetycznych do podgrzewania kondensatu w rurociągach głównego obiegu para-woda i podgrzewania powietrza do spalania kierowanego do kotła. Oznacza to, że ciepło odzyskane z procesu chłodzenia spalin przekazywane jest jednocześnie do dwóch punktów układu cieplnego tj. strumienia w rurociągu kondensatu układu regeneracji niskoprężnej oraz strumienia powietrza kierowanego do spalania w kotle, na co pozwalają dwa sprzężone obiegi ze wspólną chłodnicą spalin (wymiennik ciepła spaliny-medium). Medium dopływające do chłodnicy spalin składa się z dwóch zmieszanych strumieni, czyli strumienia medium z rurociągu z głównego obiegu para-woda oraz medium cyrkulującego w rurociągach w obiegu podgrzewacza powietrza (wymiennik ciepła powietrze-medium) i chłodnicy spalin. Przepływy masowe tych strumieni w rurociągach regulowane są wydajnością pomp zabudowanych na obu rurociągach w zależności od zapotrzebowania ciepła do utrzymania stałej temperatury powietrza za podgrzewaczem powietrza. Z kolei ilość ciepła przekazywanego do zewnętrznego układu obiegu głównego para-woda (strumienia w rurociągu kondensatu w regeneracji niskoprężnej) jest wielkością wynikową.

Sposób wykorzystania energii cieplnej ze spalin wylotowych kotłów w blokach energetycznych charakteryzuje się tym, że stosuje się stałą wartość przepływu masowego strumienia medium przez chłodnicę spalin i zmienny - w zależności od temperatury powietrza atmosferycznego - podział przepływu masowego strumieni medium do obiegu głównego para-woda i do wewnętrznego obiegu podgrzewającego powietrze do spalania w kotle.

Układ odzysku ciepła ze spalin składa się z jednostek: chłodnica spalin, wymiennik ciepła medium-powietrze, wymiennik ciepła para grzewcza-medium, pompy medium, rurociągi. Układ charakteryzuje się tym, że pomocnicza pompa medium zabudowana jest na rurociągu, który podłączony jest bezpośrednio lub pośrednio do rurociągu kondensacji niskoprężnej obiegu głównego para-woda z jednej strony i do trójnika na rurociągach z drugiej strony. Z kolei rurociąg od trójnika na rurociągach podłączony jest do króćca wlotowego chłodnicy spalin C1, poza tym pompa obiegu wewnętrznego zabudowana jest na rurociągu i podłączona od strony króćca tłocznego do trójnika na rurociągach i od strony króćca ssawnego do wymiennika ciepła medium-powietrze. Kolejny rurociąg łączy króciec wlotowy wymiennika medium-powietrza i zabudowany trójnik na rurociągach. Dodatkowo na rurociągu zabudowany jest wymiennik ciepła para grzewcza-medium, a następny rurociąg podłączony jest do trójnika rurociągów z jednej strony oraz do króćca wylotowego chłodnicy spalin. Kolejny rurociąg podłączony jest z jednej strony do trójnika na rurociągach oraz bezpośrednio lub pośrednio do rurociągów regeneracji niskoprężnej w układzie głównym para-woda. Chłodnica spalin zabudowana jest na kanale spalin z kotła pomiędzy głównym wentylatorem spalin umieszczonym za elektrofiltrem i wlotem do absorbera instalacji odsiarczania spalin, z kolei wymiennik ciepła medium-powietrze zabudowany jest na kanale powietrza, gdzie połączony jest z obrotowym podgrzewaczem powietrza i z wentylatorem powietrza.

Korzystne skutki wynalazku:

a. Wzrost sprawności kotła energetycznego o 1:2 punktu procentowego.

b. Wzrost sprawności obiegu cieplnego bloku o 0,3:0,7 punktu procentowego w odniesieniu do nowych obiegów wysokosprawnych lub wyższy w odniesieniu do istniejących obiegów, które uległy procesom degradacji wysokie temperatury spalin za kotłem i obrotowym podgrzewaczem powietrza na poziomie 140: 160°C.

c. Poprawa trwałości blaszanych pakietów wymiany ciepła w obrotowych podgrzewaczach powietrza, z uwagi na ograniczenie zjawisk korozyjnych zarówno po stronie spalin jak i powietrza.

PL 220 762 B1

d. Pełne wykorzystanie energii cieplnej spalin - niezależnie od sezonu - gdyż przez chłodnicę spalin będzie przepływać stały strumień medium - w wyniku zastosowania dwóch sprzężonych obiegów cieplnych.

e. Całoroczne wykorzystanie układu odzysku ciepła ze spalin wylotowych z maksymalną sprawnością w odniesieniu do całego obiegu cieplnego elektrowni.

f. Całkowite wyeliminowanie konieczności poboru pary grzewczej do podgrzewu powietrza pierwotnego czynnego kotła (oczywiście poza okresem rozruchu) - w tym w szczególności wyeliminowanie poboru pary grzewczej do podgrzewu powietrza w okresie zimowym.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schemat zabudowy układu odzysku ciepła ze spalin w obiegu cieplnym bloku energetycznego.

Schemat przedstawia sposób połączeń jednostek z jakich składa się układ, czyli rurociągów mediów 1, 2, 3, 5, 6, kanałów spalin 7, 8, kanałów powietrza 9, 10 pomocniczej pompy medium P1, pompy wewnętrznego obiegu medium P2, chłodnicy spalin C1, wodnego podgrzewu powietrza C2 oraz pozostałych jednostek czyli regeneracja niskoprężna głównego obiegu para-woda 15, obrotowy podgrzewacz powietrza 11, elektrofiltr 12, główny wentylator spalin 13, instalacja odsiarczania spalin 14, wentylator powietrza 16.

Praca układu odzysku ciepła ze spalin polega na tym, że dzięki pracy pomocniczej pompy medium P1 część strumienia medium w rurociągu 1 z obiegu głównego medium kierowana jest do rurociągu wlotowego chłodnicy spalin C1, gdzie miesza się ze strumieniem medium z rurociągu 6. Za chłodnicą spalin C1 strumień medium w rurociągu 3 rozdziela się na część zawracaną do głównego obiegu parowo-wodnego w rurociągu 4 i część krążąca w obiegu wewnętrznym w rurociągu 5 między chłodnicą spalin C1 i wodnym podgrzewaczem powietrza C2. Przepływ medium w rurociągach 5 i 6 utrzymywany jest dzięki pracy pompy obiegu wewnętrznego P2. Obie pompy P1 i P2 są wyposażone w silniki o regulowanych obrotach, co pozwoli na zmianę strumieni mediów w rurociągach obu obiegów w zależności od zmian temperatury powietrza atmosferycznego Tp1 i utrzymywanie stałej temperatury powietrza Tp₂ przed obrotowym podgrzewaczem powietrza.

Układ można zrealizować przy kotłach opalanych różnymi paliwami, w tym w szczególności do kotłów opalanych węglem kamiennym, węglem brunatnym, biomasą, gazem, paliwem płynnym lub kombinacją powyższych paliw, w których wylot spalin kierowany jest do instalacji odsiarczania spalin, a następnie do chłodni kominowej lub mokrego komina.

Claims (3)

1. Sposób wykorzystania energii cieplnej ze spalin wylotowych kotłów w blokach energetycznych do podgrzewania kondensatu i podgrzewania powietrza kierowanego do kotła, znamienny tym, że ciepło odzyskane z procesu chłodzenia spalin przekazywane jest jednocześnie do dwóch punktów układu cieplnego, czyli strumienia kondensatu regeneracji niskoprężnej zewnętrznego obiegu głównego para-woda w rurociągu 15 oraz do strumienia powietrza kierowanego do spalania w kotle, na co pozwalają dwa sprzężone obiegi ze wspólnym wymiennikiem ciepła spaliny-medium, inaczej określanego również jako chłodnica spalin C1, przy czym medium dopływające do chłodnicy spalin C1 składa się z dwóch zmieszanych strumieni, czyli strumienia medium zimnego w rurociągu 1 z regeneracji niskoprężnej głównego obiegu para-woda w rurociągu 15 oraz medium cyrkulującego w rurociągach 5, 6 w obiegu wymiennika ciepła powietrze-medium, inaczej określanego również jako podgrzewacza powietrza C2, dodatkowo przepływy masowe strumieni w rurociągach 1, 6 regulowane są wydajnością odpowiednio pomp P1, P2 zabudowanych na rurociągach 1, 6, w zależności od zapotrzebowania ciepła do utrzymania stałej temperatury powietrza za podgrzewaczem C2, z kolei ilość ciepła przekazywanego do zewnętrznego obiegu głównego (strumienia kondensatu regeneracji niskoprężnej) jest wielkością wynikową.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się stałą wartość przepływu masowego strumienia medium w rurociągach 2, 3 przez chłodnicę spalin C1 i zmienny w czasie podział przepływu masowego strumieni mediów do obiegu głównego para-woda w rurociągu 4 i do wewnętrznego obiegu podgrzewającego powietrze do spalania w kotle rurociągiem 5.

PL 220 762 B1

3. Układ odzysku ciepła ze spalin składający się z jednostek: chłodnica spalin C1, wymiennik ciepła medium-powietrze C2, wymiennik ciepła para grzewcza-medium C3, pompy medium P1, P2, rurociągi 1, 2, 3, 4, 5, 6, znamienny tym, że pomocnicza pompa medium P1 zabudowana jest na rurociągu 1, który podłączony jest bezpośrednio lub pośrednio do kondensacji niskoprężnej obiegu głównego para-woda rurociągu 15 z jednej strony i do trójnika na rurociągach) 1, 2, 6 z drugiej strony, z kolei rurociąg 2 od trójnika na rurociągach 1, 2, 6 podłączony jest do króćca wlotowego chłodnicy spalin C1, poza tym pompa obiegu wewnętrznego P2 zabudowana jest na rurociągu 6 i podłączona od strony króćca tłocznego do trójnika na rurociągach 1, 2, 6 i od strony króćca ssawnego do wymiennika ciepła medium-powietrze C2, kolejny rurociąg 5 łączy króciec wlotowy wymiennika medium-powietrze C2 i zabudowany trójnik na rurociągach 3, 4, 5, dodatkowo na rurociągu 5 zabudowany jest wymiennik ciepła para grzewcza-medium C3, następny rurociąg 3 podłączony jest do trójnika rurociągów 3, 4, 5 z jednej strony oraz do króćca wylotowego chłodnicy spalin C1, kolejny rurociąg 4 podłączony jest z jednej strony do trójnika na rurociągach 3, 4, 5 oraz bezpośrednio lub pośrednio do rurociągów regeneracji niskoprężnej 15 w układzie głównym para-woda, oprócz tego chłodnica spalin C3 zabudowana jest na kanale spalin z kotła pomiędzy głównym wentylatorem spalin 13 umieszczonym za elektrofiltrem 12 i wlotem do absorbera instalacji odsiarczania spalin 14, z kolei wymiennik ciepła medium-powietrze C2 zabudowany jest na kanale powietrza, gdzie połączony jest z obrotowym podgrzewaczem powietrza 11 kanałem 10 i z wentylatorem powietrza 16 kanałem 9.