PL223565B1 - Sposób i instalacja do zwiększenia odzyskiwanej mocy cieplnej w układach schładzania spalin odprowadzanych do otoczenia zwłaszcza z komór spalania kotłów i urządzeń przemysłowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i instalacja do zwiększenia odzysku ciepła w układach schładzania spalin odprowadzanych do otoczenia zwłaszcza z komór spalania kotłów i urządzeń przemysłowych.

Spaliny powstające w komorach spalania przekazują moc cieplną bezpośrednio na wał napędowy (w silnikach spalinowych), ogrzewanemu lub suszonemu materiałowi do osiągnięcia wymaganej dla procesu temperatury - także wilgotności (w piecach lub suszarniach), czy też użytkowemu strumieniowi wody lub pary (w kotłach wodnych i parowych). Wypływające z urządzenia schłodzone spaliny wilgotne, których temperatura zwykle przewyższa temperaturę punktu rosy, odprowadzane są do otoczenia, będąc źródłem straty wylotowej. Zmniejszenie straty wylotowej może być osiągnięte na drodze obniżenia temperatury spalin, co jest realizowane w przeponowych wymiennikachekonomizerach (np. spaliny/woda lub spaliny/gaz) zwykle powyżej temperatury punktu rosy z uwagi na stosowane materiały (np. stale konstrukcyjne). Dalsze zmniejszenie straty wylotowej warunkuje przekroczenie temperatury punktu rosy, co wymaga dostępności niskotemperaturowego czynnika chłodzącego i zastosowania materiałów odpornych chemicznie (np. stale wysokostopowe lub tworzywa sztuczne).

W małych kotłach gazowych znane są przeponowe schładzacze z kondensacją pary wodnej w spalinach, które nie są stosowane w dużych kotłach energetycznych, zwłaszcza na paliwa stałe. Wynika to m in. z faktu, że emitowane do środowiska spaliny ze spalania paliw stałych, ciekłych i gazowych zawierają zanieczyszczenia gazami kwaśnymi oraz stałe zanieczyszczenia mineralne (popiół), które w połączeniu z wykraplaną wodą prowadzą do intensywnej korozji połączonej z sukcesywnym zatykaniem kanałów wymiennika.

Znane są z polskiego zgłoszenia patentowego P390728 sposób i instalacja łącząca odzysk ciepła z mokrym oczyszczaniem spalin w zespole przeponowego wymiennika ciepła oraz bezprzeponowego wymiennika ciepła i masy, które implikują jednoczesny wzrost sprawności cieplnej urządzenia i zmniejszenie emisji pyłów i gazów odprowadzanych ze spalinami do środowiska z komory spalania. Znane są również z polskiego zgłoszenia patentowego P390729 sposób i instalacja wykorzystujące odzyskane ciepło do znacznego polepszenia sprawności wytwornicy ciepła (kocioł, silnik Diesla, turbina gazowa lub piec przemysłowy) lub jako źródło ciepła na cele grzewcze CO/CWU. Znacznym ograniczeniem stosowania jw. instalacji łączącej odzysk ciepła z mokrym oczyszczaniem spalin jest dostępność taniego, niskotemperaturowego czynnika obiegowego (chłodzącego i dla wymiany masy) dla zespołu wymiennika przeponowego oraz bezprzeponowego.

Stwierdzono nieoczekiwanie, że zastosowanie dodatkowego schłodzenia, w warunkach próżni, (podgrzanego) czynnika obiegowego wymiennika bezprzeponowego prowadzi do zwiększenia strumienia masy skroplin w wymienniku i tym samym odzyskiwanej mocy cieplnej.

Sposób według wynalazku polega na tym, że strumień podgrzanej wody obiegowej z wymiennika bezprzeponowego, po wstępnym schłodzeniu w wymienniku odzysku ciepła, jest dodatkowo dochładzany na drodze odparowania w próżniowym zbiorniku zamkniętym, a para wodna jest odprowadzana i mieszana w komorze nasycania bezpośrednio przed wymiennikiem bezprzeponowym ze schłodzonymi w wymienniku przeponowym spalinami, gdzie skrapla się pod ciśnieniem spalin zbliżonym do ciśnienia otoczenia, zależnym od lokalizacji wentylatora spalin w instalacji, a spaliny w pełni nasycone wilgocią odpływają do części gazowo-parowej wymiennika bezprzeponowego a nadmiar skroplin z komory nasycania przepływa do wymiennika odzysku ciepła.

Instalacja złożona z wymienników, przeponowego i bezprzeponowego ze zraszaczem, do schładzania spalin oraz wymiennika odzysku ciepła według wynalazku charakteryzuje się tym, że w ciągu przepływu spalin, pomiędzy wymiennikiem przeponowym spaliny-woda a wymiennikiem bezprzeponowym spaliny-woda jest zabudowana komora nasycania wodą (wilgocią) spalin wyposażona w kolektor dysz wtryskowych skraplającej się pary, który połączony jest rurociągiem parowo-wodnym z pompą próżniową oraz rurociągiem skroplin z wymiennikiem odzysku ciepła, przy czym korzystnie jest jeśli zabudowany w wymienniku bezprzeponowym zraszacz spalin połączony jest rurociągiem, wyposażonym w pompę wody obiegowej, z częścią wodną zamkniętego zbiornika próżniowego oraz korzystnym jest również jeśli pompa próżniowa jest połączona z częścią parową zamkniętego zbiorn ika próżniowego, a dodatkowo korzystnym jest jeśli pompa próżniowa jest strumienicową pompą próżniową z pędnikiem wodnym, połączoną rurociągiem wyposażonym w pompę pędnika z częścią wodną zamkniętego zbiornika próżniowego.

PL 223 565 B1

Wynalazek pozwala na wzrost sprawności cieplnej instalacji z komorą spalania np. w kotłów parowych i wodnych, pieców przemysłowych, suszarni oraz instalacji z silnikami spalinowymi i turbinami gazowymi oraz na przekazanie odzyskanego ciepła do obiegów grzewczych CO i CWU.

Wynalazek objaśniono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat instalacji do zwiększenia odzyskiwanej mocy cieplnej w układach schładzania spalin odprowadzanych do otoczenia z komór spalania.

Przeponowy wymiennik ciepła 3 jest zasilany strumieniem spalin dopływających z komory spalania 1, po ich wstępnym odpyleniu w odpylaczu cyklonowym 2. Przeponowy wymiennik ciepła jest wymiennikiem suchym, schładzającym spaliny do temperatury powyżej kwasowego punktu rosy a ciepło schłodzenia przekazywane jest do wody grzewczej w obiegu CO (lub CWU). Schłodzone spaliny są, nasycane parą wodną w komorze nasycania 5 strumieniem parowo-wodnym dopływającym z pompy próżniowej 6 rurociągiem 4 z kolektorem dysz wtryskowych 18, a nadmiar pary skrapla się w temperaturze nasycenia (określonej przez ciśnienie panujące w rurociągu spaliny) i jest odprowadzany jako czynnik ogrzewający do wymiennika odzysku ciepła 7 podgrzewającego wstępnie wodę grzejną CO. Spaliny w pełni nasycone parą wodną przepływają do wymiennika bezprzeponowego 8, gdzie przekazują ciepło i masę (zanieczyszczenia gazowe i popiół) do strumienia schłodzonej wody obiegowej dopływającej przez zraszacz 9 strumieniem przetłaczanym pompą 11 z zamkniętego zbiornika próżniowego 10. Woda obiegowa wraz ze skroplinami spływa do zbiornika wody obiegowej 17 usytuowanego w części dolnej wymiennika bezprzeponowego 8, gdzie zachodzi sedymentacja zanieczyszczeń stałych (popiołu), które są wygarniane przenośnikiem 15 do odżużlacza kotła. Podgrzana woda obiegowa przelewem 16 odpływa do wymiennika odzysku ciepła 7 (łącznie ze skroplinami z komory nasycania parą wodną 5) skąd schłodzona do temperatury powrotnej obiegu grzewczego CO jest przetaczana pompą 13 do zamkniętego zbiornika próżniowego 10, a jej entalpia zapewnia odparowanie wody w warunkach próżni w zbiorniku 10. Próżnia w zamkniętym zbiorniku 10 jest wytwarzana strumienicową pompą próżniową 6 odpompowująca parę wodną znad lustra wody w zamkniętym zbiorniku 10, a strumień pary jest wyznaczony przez wartość próżni w zamkniętym zbiorniku 10 i nadwyżkę entalpii doprowadzonej z wodą obiegową. Pędnikiem dla strumienicowej pompy próżniowej 6 jest schłodzona woda z zamkniętego zbiornika próżniowego 10 przetłaczana pompą pędnika 12 do dyszy roboczej 14 próżniowej pompy strumienicowej 6.

Wykaz oznaczeń:

1. Strumień spalin

2. Odpylacz

3. Wymiennik przeponowy

4. Rurociąg parowo-wodny

5. Komora nasycania

6. Pompa próżniowa

7. Wymiennik odzysku ciepła

8. Wymiennik bezprzeponowy

9. Zraszacz

10. Zamknięty zbiornik próżniowy

11. Pompa wody obiegowej

12. Pompa pędnika

13. Pompa

14. Dysza próżniowej pompy strumienicowej

15. Przenośnik

16. Przelew

17. Zbiornik wody obiegowej

18. Kolektor dysz wtryskowych

19. Wentylator spalin

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zwiększenia odzyskiwanej mocy cieplnej w układach schładzania spalin odprowadzanych do otoczenia zwłaszcza z komór spalania kotłów i urządzeń przemysłowych według wynalazku, znamienny tym, że strumień podgrzanej wody obiegowej z wymiennika bezprzeponowego (8), po

PL 223 565 B1 wstępnym schłodzeniu w wymienniku odzysku ciepła (7), jest dodatkowo dochładzany na drodze odparowania w próżniowym zbiorniku zamkniętym (10), a para wodna jest odprowadzana i mieszana w komorze nasycania (5) bezpośrednio przed wymiennikiem bezprzeponowym (8) ze schłodzonymi w wymienniku przeponowym (3) spalinami, gdzie skrapla się pod ciśnieniem spalin zbliżonym do ciśnienia otoczenia, zależnym od lokalizacji wentylatora spalin (19) w instalacji, a spaliny w pełni nasycone wilgocią odpływają do części gazowo-parowej wymiennika bezprzeponowego (8) a nadmiar skroplin z komory nasycania (5) przepływa do wymiennika odzysku ciepła (7).

2. Instalacja złożona z wymienników, przeponowego i bezprzeponowego ze zraszaczem, do schładzania spalin oraz wymiennika odzysku ciepła, znamienna tym, że w ciągu przepływu spalin, pomiędzy wymiennikiem przeponowym (3) spaliny-woda a wymiennikiem bezprzeponowym (8) spaliny-woda jest zabudowana komora nasycania (5) wodą (wilgocią) spalin wyposażona w kolektor dysz wtryskowych (18) skraplającej się pary, który połączony jest rurociągiem (4) parowo-wodnym z pompą próżniową (6) oraz rurociągiem skroplin z wymiennikiem odzysku ciepła (7).

3. Instalacja według zastrz. 2, znamienna tym, że zabudowany w wymienniku bezprzeponowym (8) zraszacz (9) spalin połączony jest rurociągiem, wyposażonym w pompę wody obiegowej (11), z częścią wodną zamkniętego zbiornika próżniowego (10).

4. Instalacja według zastrz. 2, znamienna tym, że pompa próżniowa (6) jest połączona z częścią parową zamkniętego zbiornika próżniowego (10).

5. Instalacja według zastrz. 2, znamienna tym, że pompa próżniowa (6) jest strumienicową pompą próżniową z pędnikiem wodnym, połączoną rurociągiem wyposażonym w pompę pędnika (12) z częścią wodną zamkniętego zbiornika próżniowego (10).