PL229912B1 - Sposób intensyfikacji wykorzystania ciepła odzyskanego w układach schładzania niskotemperaturowych spalin odprowadzanych do otoczenia - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób intensyfikacji wykorzystania ciepła odzyskanego w układach schładzania niskotemperaturowych spalin odprowadzanych do otoczenia.

W wyniku spalania paliw w komorach spalania kotłów powstają spalmy, które na drodze promieniowana i konwekcji przekazują przenoszone ciepło w procesie produkcji użytkowego strumienia cieplej wody albo pary, którego wynikiem jest obniżenie temperatury spalin poniżej wartości minimalnej wymaganej w w/w procesach. Temperatura spalin wilgotnych odprowadzanych do otoczenia z komór spalania jest zazwyczaj wyższa od temperatury punktu rosy, co jest źródłem zwiększonej straty wylotowej obniżające] sprawność kotła. Ponadto w strumieniu spalin z powszechnie wykorzystywanych paliw, do środowiska emitowane są zanieczyszczenia gazowe i mineralne (popiół). Znane są rozwiązania wysokosprawnych kotłów ciepłowniczych » energetycznych, w których zmniejszono stratę wylotową przez obniżenie temperatury spalin w przeponowych wymiennikach-ekonomizerach (np. spaliny/woda lub spaliny/gaz), przykładowo znany z patentu CA2696649 A1 przeponowy zespól nagrzewnicy powietrza i ekonomizera zintegrowany obiegiem wodnym. Jednak z uwagi na powszechnie stosowane materiały (np. stale konstrukcyjne), które mogą być zagrożone m.in. intensywną korozją wywołana kwaśnymi spalinami, spaliny schładza, się do temperatur bezpiecznie większych od temperatury punktu rosy. Dalsze powiększanie sprawności kotłów, na drodze obniżenia straty wylotowej, jest uwarunkowane obniżeniem temperatury spalin poniżej temperatury punktu rosy. W tych warunkach w środowisku mokrych spalin (skropliny wody), emitowane zanieczyszczenia (gazy kwaśne i popiół) są wysokosprawnie wymywane ze spalin. Powstające w tym procesie słabe kwasy powodują intensywną korozję chemiczną « zatykanie kanałów wymiennika w wyniku zestalenia popiołów („zacementowanie”). Schłodzenie spalin poniżej temperatury punktu rosy możliwe jest tylko z udziałem niskotemperaturowych czynników chłodzących spaliny, wymaga zastosowania materiałów odpornych chemicznie (np. stale wysokostopowe lub tworzywa sztuczne) do budowy instalacji oraz zastosowania aparatów zapobiegających zatorom przez zestalony popiół.

W małych kotłach gazowych (o wyższych temperaturach punktu rosy); znane są przeponowe schładzacze spalin z kondensacją pary wodnej. Znana jest również z patentu DE 19603014 A1 instalacja schładzania spalin HVACR (Heating, Ventilation, Air Conditioning Recovery), w której spaliny są wstępnie schładzane powrotną wodą grzewczą CO (Centralne Ogrzewanie) w wymienniku przeponowym a w skruberze z wypełnieniem są dochładzane wodą obiegową do temperatury poniżej 15°C, a z wody obiegowej odbiera się ciepło w zewnętrznym wymienniku chłodzonym np. woda użytkową CWU (Ciepła Woda Użytkowa). Rozwiązania te nie są jednak stosowane w dużych kotłach ciepłowniczy en energetycznych, zwłaszcza na paliwa stałe.

Znane są z patentu PL217784 „Sposób i instalacja odzysku ciepła i mokrego oczyszczania spalin odprowadzanych do otoczenia ...” sposób i instalacje, w których połączono odzysk ciepła z mokrym oczyszczaniem spalin w zespole przeponowego wymiennika ciepła oraz bezprzeponowego wymiennika ciepła i masy. instalacja ta implikuje jednoczesny wzrost sprawności cieplnej urządzenia i zmniejszenie emisji pyłów i gazów odprowadzanych ze spalinami do środowiska z komory spalania.

Znany jest również patent PL216645 „Sposób i instalacja wykorzystania ciepła odpadowego odzyskiwanego w układach schładzania niskotemperaturowych spalin odprowadzanych do otoczenia w którym wskazano możliwości wykorzystania odzyskanego ciepła do znacznego polepszenia sprawności wytwornicy ciepła (kocioł, silnik Diesla, turbina gazowa lub piec przemysłowy) lub jako źródła ciepła na cele grzewcze CO/CWU.

Znacznym ograniczeniem stosowania jw. instalacji łączącej odzysk, ciepła z mokrym oczyszczaniem spalin jest dostępność taniego, niskotemperaturowego czynnika obiegowego dla zespołu wymiennika przeponowego oraz skrubera (chłodzenie i wymiana masy).

Również znane jest z polskiego zgłoszenia patentowego P 404641 „Sposób i instalacja, do zwiększenia odzyskiwanej mocy cieplnej w układach schładzania spalin odprowadzanych do otoczenia” obniżanie temperatury wody obiegowej wymiennika bezprzeponowego na drodze odparowania próżniowego połączone z wykorzystaniem odebranych oparów wody do nawilżania spalin prowadzącego do podwyższenia temperatury punku rosy spalin i w konsekwencji zapewniające wyższą temperaturę użyteczną wody obiegowej.

Stwierdzono nieoczekiwanie, że w kotłach wodnych możliwe Jest również połączenie sprzęgłem cieplnym procesu obniżania temperatury wody obiegowej skrubera z procesem podgrzewania wody

PL 229 912 B1 grzewczej powrotnej w obiegu CO (uzupełnionej wodą zdemineralizowaną ze Stacji Uzdatniania Wody SUW).

Sposób intensyfikacji wykorzystania ciepła odzyskanego w układach schładzania niskotemperaturowych spalin odprowadzanych do otoczenia według wynalazku polega na tym, że strumień wody powrotnej z zewnętrznego obiegu grzewczego CO do kotła wodnego, w części wykorzystywanej jako strumień podmieszania zimnego, jest czynnikiem grzewczym w nagrzewnicach powietrza do spalania, a po uzupełnieniu strumieniem wody zdemineralizowanej, strumień łączny czynnika grzewczego jest podgrzewany bezprzeponowo w pompie cieplnej złożonej z pompy próżniowej i pompy strumienicowej z pędnikiem wodnym lub zamiennie złożoną z pompy próżniowej i termosprężarki strumienicowej z pędnikiem parowym, a korzystnie Jest jeśli pompa cieplna ewakuuje opary wody z próżniowego zamkniętego zbiornika, zasilanego strumieniem wody obiegowej skrubera, rozprężonym na zaworze redukcyjnym, a także korzystnie jest jeśli końcowe podgrzewanie czynnika grzewczego ma miejsce w wymienniku przeponowym. Zamiennie korzystnie jest również, jeśli strumień wody powrotnej z zewnętrznego obiegu qrzewczego CO do kotła wodnego po schłodzeniu w nagrzewnicach powietrza do spalania jest podgrzewany przeponowe w pompie ciepła z roboczym czynnikiem chłodniczym której dolnym źródłem ciepła jest strumień wody obiegowej schładzanej przed skruberem a końcowe podgrzewanie czynnika grzewczego CO ma miejsce w wymienniku przeponowym.

Wynalazek pozwala na wzrost sprawności cieplnej kotłów wodnych uzyskanej na drodze schładzania spalin odprowadzanych do otoczenia i przekazanie odzyskanego ciepła do obiegów grzewczych CO i CWU.

Wynalazek objaśniono w przykładach wykonania na rysunkach, które przedstawiają schematy instalacji intensyfikującej wykorzystanie ciepła odzyskanego w układach schładzania niskotemperaturowych spalin odprowadzanych do otoczenia.

W kotle wodnym 1 w którym na ruszcie 2 spalane jest paliwo stałe w powietrzu 3, wytworzone ciepło ogrzewa wodę CO/CWU zasilająco zewnętrzna instalacje grzewczą 5. Odprowadzany z kotła wodnego 1 strumień schłodzonych spalin, po ich wstępnym odpyleniu w odpylaczu cyklonowym 6, dopływa do wymiennika przeponowego 7 zbocznikowanego kanałem obejściowym 8 z systemem przepustnic przekierowujących 13. Woda powrotna z instalacji grzewczej CO 5 o temperaturze <70°C wykorzystywana w procesie zimnego podmieszania jest schładzana w nagrzewnicach 4 powietrza spalania 3 i po uzupełnieniu wodą zdemineralizowaną 9 ze stacji SUW jest podgrzewana w pompie ciepła 10 złożonej z pompy próżniowej 19 i pompy strumieniowej 20 z pędnikiem wodnym 21, której dolnym źródłem jest odzyskane w skruberze 11 ciepło wody obiegowej 12 ewakuowane ze zbiornika próżniowego 22 w postaci oparów ze zdławionej na zaworze redukcyjnym 23 wody biegowej 12. Odpływające z wymiennika przeponowego 7 schłodzone spaliny są przekierowane zespołem przepustnic 14 do komina 24 przez skuber 11, w którym spaliny zraszane są strumieniem wody obiegowej 12 przetłaczanym przez pompę obiegową 15. W skruberze 11 ma miejsce mokre oczyszczanie spalin z gazowych zanieczyszczeń (reszty kwasowe) i popiołu, które usuwane są ze zbiornika 16 pod skruberem 11 przez pompę zanieczyszczeń 17. Procesowi usuwania zanieczyszczeń ze spalin w skruberze 11 nierozłącznie towarzyszy bezprzeponowe podgrzewanie wody obiegowej 12 przejmującej ciepło w procesie schładzania spalin i skraplania pary wodnej, a ciepło z wody obiegowej 12 przejmującej ciepło w procesie schładzania spalin i skraplania pary wodnej, a ciepło z wody obiegowej 12 jest odprowadzane pompą ciepła 10 lub w pozostałych instalacjach odbioru ciepła odzyskanego 18 wyposażonych w pompę obiegową 25.

PL 229 912 B1

Wykaz oznaczeń:

1. Kocioł wodny

2. Ruszt

3. Powietrze do spalania

4. Nagrzewnice

5. Zewnętrzny obieg grzewczy CO

6. Odpylacz cyklonowy

7. Wymiennik przeponowy

8. Kanał obejściowy

9. Woda zdemineralizowana

10. Pompa ciepła H.Skruber

11. Woda obiegowa

12. System przepustnic przekierowujących

13. Przepustnice

14. Pompa obiegowa PO1

15. Zbiornik

16. Pompa zanieczyszczeń

17. Pozostałe instalacje odbioru ciepła odzyskanego

18. Pompa próżniowa

19. Pompa strumienicowa

20. Pędnik wodny

21. Zbiornik próżniowy

22. Zawór redukcyjny

23. Komin

24. Pompa obiegowa PO2

PL 229 912 B1

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób intensyfikacji wykorzystania ciepła odzyskanego w układach schładzania niskotemperaturowych spalin odprowadzanych do otoczenia według wynalazku, znamienny tym, że strumień wody powrotnej z zewnętrznego obiegu grzewczego CO (5) do kotła wodnego (1), w części wykorzystywanej jako strumień podmieszania zimnego, jest czynnikiem grzewczym w nagrzewnicach (4) powietrza do spalania (3), a po uzupełnieniu strumieniem wody zdemineralizowanej (9), strumień łączny czynnika grzewczego jest podgrzewany bezprzeponowo w pompie cieplnej (10) złożonej z pompy próżniowej (19) i pompy strumienicowej (20) z pędnikiem wodnym (21) lub zamiennie złożonej z pompy próżniowej (19) i termosprężarki strumienicowej z pędnikiem parowym.

2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że pompa cieplna ewakuuje opary wody z próżniowego zamkniętego zbiornika (22), zasilanego strumieniem wody obiegowej (12) skrubera (11), rozprężonym na zaworze redukcyjnym (23).

3. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że końcowe podgrzewanie czynnika grzewczego ma miejsce w wymienniku przeponowym (7).

4. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że strumień wody powrotnej z zewnętrznego obiegu grzewczego CO (5) do kotła wodnego (1) po schłodzeniu w nagrzewnicach (4) powietrza do spalania (3) jest podgrzewany przeponowe w pompie ciepła (10) z roboczym czynnikiem chłodniczym, której dolnym źródłem depta jest strumień wody obiegowej (12) schładzanej przed skruberem (11) a końcowe podgrzewanie czynnika grzewczego CO ma miejsce w wymienniku przeponowym (7).