RU139267U1

RU139267U1 - PLANT FOR OXYGEN ENRICHMENT OF BLOW AIR

Info

Publication number: RU139267U1
Application number: RU2013140820/03U
Authority: RU
Inventors: Валерий Андреевич Моисеев; Владимир Георгиевич Андриенко; Валерий Анатольевич Донченко; Андрей Владимирович Ченцов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Компомаш - ТЭК"
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-04-10

Abstract

Установка для обогащения кислородом дутьевого воздуха, содержащая компрессор, предназначенный для закачки атмосферного дутьевого воздуха, выход компрессора связан с теплообменником, предназначенным для нагрева дутьевого воздуха перед подачей его в котлоагрегат, дымовой выход которого связан с устройством для очистки дымовых газов, отличающаяся тем, что установка оснащена бойлером и градиентным сепаратором, вход которого связан с выходом теплообменника, первый выход градиентного сепаратора связан с котлоагрегатом, а второй - с бойлером, причем дымовой выход котлоагрегата дополнительно связан со вторым входом теплообменника, второй выход которого связан с устройством очистки дымовых газов.Installation for oxygen enrichment of blast air, containing a compressor designed to inject atmospheric blast air, the compressor output is connected to a heat exchanger designed to heat the blast air before it is supplied to the boiler, the smoke outlet of which is connected to a flue gas purification device, characterized in that the installation equipped with a boiler and a gradient separator, the input of which is connected to the output of the heat exchanger, the first output of the gradient separator is connected to the boiler, and the second to the boiler ohm, and the smoke output of the boiler is additionally connected to the second input of the heat exchanger, the second output of which is connected to the flue gas treatment device.

Description

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована на тепловых энергетических станциях для повышения эффективности сжигания топлива за счет подачи в котлоагрегаты обогащенного кислородом и содержащего минимальное количество негорючих компонентов воздуха.The utility model relates to energy and can be used at thermal power plants to increase the efficiency of fuel combustion by supplying oxygen-enriched boilers to the boiler and containing a minimum amount of non-combustible air components.

Известна теплоэнергетическая установка, работающая на биогазе и включающая газомоторную электростанцию, смесительную камеру выхлопных газов и свежего дутьевого воздуха, выходом связанную с дутьевым вентилятором высокого давления, коробчатый воздухонагреватель, топку кипящего слоя, осадительную камеру для улавливания золошлаков, камеру дожигания несгоревших твердых частиц и газов, установленный в ней водогрейный котел, гидрозолоуловитель для улавливания частиц золы, дымосос и дымовую трубу. Выхлопная труба газомоторной электростанции присоединена посредством газохода к смесительной камере. К смесительной камере также присоединен патрубок подачи свежего дутьевого воздуха. Выходной патрубок дутьевого вентилятора присоединен посредством газохода через коробчатый воздухонагреватель к сопловому днищу топки.Known biogas power plant including a gas engine power station, a mixing chamber for exhaust gases and fresh blast air, connected to a high-pressure blast fan, a box-type air heater, a fluidized bed furnace, a settling chamber for collecting ash and slag, an afterburning chamber for unburnt solid particles and gases, a water boiler installed in it, a water trap for collecting ash particles, a smoke exhauster and a chimney. The exhaust pipe of a gas engine power plant is connected via a gas duct to the mixing chamber. A nozzle for supplying fresh blast air is also connected to the mixing chamber. The outlet pipe of the blower fan is connected via a gas duct through a box-type air heater to the nozzle bottom of the furnace.

При работе газомоторной электростанции выхлопные газы с температурой 500°C направляют в смесительную камеру дутьевого вентилятора. В результате перемешивания в смесительной камере определенного количества свежего дутьевого воздуха с содержанием кислорода 21% и обедненных кислородом выхлопных газов образуется подогретая обогащенная кислородом дутьевая газовоздушная смесь, которая дутьевым вентилятором подается в топку.During the operation of a gas engine power plant, exhaust gases with a temperature of 500 ° C are sent to the mixing chamber of the blower fan. As a result of mixing in a mixing chamber a certain amount of fresh blast air with an oxygen content of 21% and oxygen-depleted exhaust gases, a heated oxygen-rich blast air-gas mixture is formed, which is fed into the furnace by a blower fan.

(см. патент РФ №2351847, кл. F23G 5/30, 2009 г.).(see RF patent No. 2351847, class F23G 5/30, 2009).

В результате анализа выполнения известной установки необходимо отметить, что она, как и заявленная, предусматривает подогрев и обогащение кислородом подаваемой в топку дутьевой газовоздушной смеси. Однако вместе с выхлопными газами в состав обогащенной кислородом газовоздушной смеси вводится большое количество продуктов, снижающих эффективность процесса горения.As a result of the analysis of the implementation of the known installation, it should be noted that, as stated, it provides for the heating and enrichment of the oxygen supplied to the furnace of the gas-air mixture. However, together with exhaust gases, a large number of products are introduced into the composition of the oxygen-enriched gas-air mixture, which reduce the efficiency of the combustion process.

Известна установка для комплексной обработки дутьевого воздуха и дымовых газов, содержащая связанную с выходом дымовых газов теплообменно-регенерационную секцию, включающую блок регенерации, состоящий из вертикальных перфорированных контейнеров, заполненных крошкой активированного угля и установленных с образованием между ними воздушных каналов, вертикальный пластинчатый теплообменник-воздухоподогреватель, абсорбционно-теплообменную секцию с патрубками выхода очищенных дымовых газов и входа холодного дутьевого воздуха, поддон со штуцером слива конденсата, а также блок очистки конденсата, состоящий из горизонтальных перфорированных кассет с отверстиями, выполненных из шероховатого материала, покрытого слоем гашеной извести, уложенных друг на друга с зазором между собой. Установка также содержит связанную с блоком газовой очистки трубу подачи холодного дутьевого воздуха, к которой подведен озонатор.A known installation for the integrated treatment of blast air and flue gases, containing associated with the exit of the flue gas heat exchange and regeneration section, including a regeneration unit, consisting of vertical perforated containers filled with crushed activated carbon and installed with the formation of air channels between them, a vertical plate heat exchanger-air heater , absorption and heat exchange section with nozzles for the exit of purified flue gases and the inlet of cold blast air, tray fitting of the condensate, and the condensate purification unit, consisting of horizontal perforated tape with holes, made of rough material coated with a layer of hydrated lime, stacked with a gap between them. The installation also contains a pipe for supplying cold blast air connected to the gas cleaning unit, to which an ozonizer is connected.

В процессе работы установки дымовые газы поступают в теплообменно-регенерационную секцию где распределяются по газовым каналам пластинчатого воздухоподогревателя, двигаются сверху вниз, охлаждаясь до температуры, близкой к температуре конденсации находящихся в них водяных паров за счет теплообмена через стенку с нагреваемым дутьевым воздухом, двигающимся по воздушным каналам снизу вверх и нагревая его, попадают далее в камеру абсорбционно-теплообменной секции, после чего дымовые газы поступают в верхний блок очистки, где, попадая на поверхность крошки активированного угля, очищаются от CO и несгоревших остатков топлива и далее проходят через сепарационную решетку, где освобождаются от уносимых капель конденсата и через патрубок окончательно очищенные выводятся в атмосферу.During the operation of the installation, flue gases enter the heat-exchange and regeneration section where they are distributed along the gas channels of the plate air heater, move from top to bottom, cooling to a temperature close to the condensation temperature of the water vapor contained in them due to heat exchange through a wall with heated blast air moving through the air the channels from the bottom up and heating it, they then enter the chamber of the absorption-heat exchange section, after which the flue gases enter the upper cleaning unit, where, getting onto the surface of the activated carbon crumbs are cleaned of CO and unburned fuel residues and then pass through a separation grate, where they are freed from entrained condensate droplets and finally cleaned out through the nozzle to the atmosphere.

Параллельно нагретый дутьевой воздух, а который ведено необходимое количество озона, поступает в блок регенерации, контейнеры которого заполнены крошкой активированного угля, насыщенного вредными примесями и остатками несгоревшего топлива, проходит по воздушным каналам между ними, попадая внутрь контейнеров, нагревая при этом насыщенную крошку и десорбируя из нее СО, несгоревшее топливо, смешивается с ними, обогащаясь этими компонентами, в результате чего повышается энергетическая ценность дутьевого воздуха, и подается в топку котельного агрегата.At the same time, heated blast air, which is supplied with the required amount of ozone, enters the regeneration unit, the containers of which are filled with a crumb of activated carbon saturated with harmful impurities and unburned fuel residues, passes through the air channels between them, entering the containers, heating the saturated crumb and desorbing from it CO, unburned fuel is mixed with them, enriched with these components, as a result of which the energy value of blast air is increased, and the boiler is fed into the furnace unit.

(см. патент РФ №2331462, кл. B01D 53/14, 2008 г.) - наиболее близкий аналог.(see RF patent No. 2331462, class B01D 53/14, 2008) is the closest analogue.

В результате анализа известной установки необходимо отметить, что она обеспечивает обогащение дутьевого воздуха озоном, горючими компонентами, а также CO, однако, не обеспечивает ее обогащение за счет увеличения в дутьевом воздухе кислорода, что снижает эффективность сгорания топлива в котлоагрегате.As a result of the analysis of the known installation, it should be noted that it provides the enrichment of blast air with ozone, combustible components, and CO, however, does not provide its enrichment due to an increase in oxygen in the blast air, which reduces the efficiency of fuel combustion in the boiler.

Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка установки для обогащения кислородом дутьевого воздуха, обеспечивающей получение очищенного дутьевого воздуха с оптимальным содержанием в нем кислорода и примесей и с минимальными энергетическими затратами.The technical result of this utility model is the development of a plant for oxygen enrichment of blast air, which provides purified blast air with an optimal content of oxygen and impurities in it and with minimal energy costs.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке для обогащения кислородом дутьевого воздуха, содержащей компрессор, предназначенный для закачки атмосферного дутьевого воздуха, выход компрессора связан с теплообменником, предназначенным для нагрева дутьевого воздуха перед подачей его в котлоагрегат, дымовой выход которого связан с устройством для очистки дымовых газов, новым является то, что установка оснащена бойлером и градиентным сепаратором, вход которого связан с выходом теплообменника, первый выход сепаратора связан с котлоагрегатом, а второй - с бойлером, причем дымовой выход котлоагрегата дополнительно связан со вторым входом теплообменника, второй выход которого связан с устройством очистки дымовых газов.The specified technical result is ensured by the fact that in the installation for oxygen enrichment of blast air containing a compressor designed to inject atmospheric blast air, the compressor outlet is connected to a heat exchanger designed to heat the blast air before it is supplied to the boiler, the smoke outlet of which is connected to the cleaning device flue gas, new is that the installation is equipped with a boiler and a gradient separator, the input of which is connected to the output of the heat exchanger, the first output is separate RA is connected to the boiler, and the second to the boiler, and the smoke output of the boiler is additionally connected to the second inlet of the heat exchanger, the second outlet of which is connected to the flue gas cleaning device.

Сущность полезной модели поясняется графическими и табличными материалами, на которых:The essence of the utility model is illustrated by graphic and tabular materials, on which:

- на фиг представлена схема установки для обогащения кислородом дутьевого воздуха;- Fig. shows a diagram of a plant for oxygen enrichment of blast air;

- в таблице представлены сведения об энергетических затратах при осуществлении обогащения атмосферного воздуха кислородом различными способами.- the table provides information on energy costs when enriching atmospheric air with oxygen in various ways.

Установка для обогащения кислородом дутьевого воздуха содержит компрессор 1, выход которого связан с первым входом теплообменника 2, первый выход теплообменника связан с входом градиентного сепаратора 3, первый выход которого связан с входом котлоагрегата 4, дымовой выход котлагрегата связан с входом устройства 5 очистки дымовых газов, удаляемых после очистки в атмосферу через дымовую трубу (не показана). Второй выход градиентного сепаратора 3 связан с входом бойлера 6. Градиентный сепаратор обеспечивает закрутку подогретого в теплообменнике дутьевого воздуха, для чего содержит корпус с образованным в нем каналом переменного сечения, лопастные завихрители, установленные в канале корпуса под углом по направлению движения воздуха и обеспечивающие закручивание потока дутьевого воздуха. Наиболее целесообразно, чтобы в канале корпуса сепаратора были образованы конфузор и диффузор, обеспечивающие повышение скорости движения закрученного потока.Installation for oxygen enrichment of blast air contains a compressor 1, the output of which is connected to the first input of the heat exchanger 2, the first output of the heat exchanger is connected to the input of the gradient separator 3, the first output of which is connected to the input of the boiler 4, the smoke output of the boiler is connected to the input of the flue gas cleaning device 5, removed after cleaning into the atmosphere through a chimney (not shown). The second exit of the gradient separator 3 is connected to the inlet of the boiler 6. The gradient separator ensures the swirling of blown air heated in the heat exchanger, for which it contains a housing with a channel of variable cross section formed therein, blade swirlers installed in the channel of the housing at an angle in the direction of air movement and ensuring swirling of the flow blast air. It is most advisable that a confuser and a diffuser are formed in the channel of the separator body, providing an increase in the speed of movement of the swirling flow.

Дымовой выход котлоагрегата связан также со вторым входом теплообменника 2, второй выход которого связан с входом устройства 5 очистки дымовых газов.The smoke output of the boiler is also connected to the second input of the heat exchanger 2, the second output of which is connected to the input of the flue gas cleaning device 5.

Конструкция узлов и агрегатов, используемых а данной установке, является известной и не составляет предмета патентной охраны.The design of the units and assemblies used in this installation is known and does not constitute the subject of patent protection.

Установка для обогащения кислородом дутьевого воздуха работает следующим образом.Installation for oxygen enrichment of blast air works as follows.

При работе установки, используемый для дутья воздух, из атмосферы закачивается компрессором 1 и пропускается через теплообменник 2, где нагревается до температуры 350°C. В качестве теплоносителя в теплообменнике используется часть отходящих от котлоагрегата 4 по дымовому выходу дымовых газов, пропускаемых через вторые вход и выход теплообменника. После выхода из теплообменника дымовые газы подаются в устройство 5 очистки. Из теплообменника нагретый дутьевой воздух подается в градиентный сепаратор 3. Градиентный сепаратор при работе реализует вихревой эффект Ранка, который известен специалистам и не требует дополнительных пояснений. За счет неподвижных завихрителей с рассчитанной по известным методикам геометрией канала, осуществляется интенсивная закрутка нагретого дутьевого воздуха с доведением скорости вращения до 6000 об/мин, что способствует разделению компонентов дутьевого воздуха по массам на два потока, периферийный и центральный. Центральный поток воздуха, насыщенный до 50% и более кислородом (обогащенный дутьевой воздух), подается из градиентного сепаратора 3 на вход в котлоагрегат 4 для обеспечения эффективного горения топлива. Периферийный поток содержащий, в основном, азот, а также негорючие твердые примеси, подается через второй выход градиентного сепаратора 3 в бойлер 6 для нагрева воды и/или производства пара и выдачи их потребителям и далее выводится в атмосферу.During operation, the air used for blasting is pumped from the atmosphere by compressor 1 and passed through heat exchanger 2, where it is heated to a temperature of 350 ° C. As the heat carrier in the heat exchanger, a part of the flue gases leaving the boiler unit 4 along the smoke outlet is passed through the second inlet and outlet of the heat exchanger. After exiting the heat exchanger, flue gases are supplied to the purification device 5. Heated blast air is supplied from the heat exchanger to the gradient separator 3. The gradient separator during operation implements the Rank vortex effect, which is known to specialists and does not require additional explanation. Due to the motionless swirls with the channel geometry calculated according to well-known techniques, an intense swirl of heated blast air is carried out with a rotation speed of 6,000 rpm, which contributes to the separation of the blast air components by mass into two streams, peripheral and central. A central air stream saturated with oxygen up to 50% or more (enriched blast air) is supplied from the gradient separator 3 to the inlet to the boiler unit 4 to ensure efficient combustion of fuel. The peripheral stream containing mainly nitrogen, as well as non-combustible solid impurities, is fed through the second outlet of the gradient separator 3 to the boiler 6 for heating water and / or producing steam and dispensing them to consumers and then is released into the atmosphere.

Подача в котлоагрегат обогащенного кислородом дутьевого воздуха позволяет интенсифицировать горение топлива, сократить образование большей части NO_X, обеспечить полное сгорание топлива с минимальными выбросами CO, снизить потребление топлива до 20%, при сохранении теплоэнергетических характеристик вырабатываемого пара и/или горячей воды. Установка обладает значительными функциональными возможностями, так как позволяет дополнительно получать горячую воду и/или пар, а также использовать дымовые газы для подогрева дутьевого воздуха. Используемый для обогащения дутьевого воздуха градиентный сепаратор обеспечивает очистку воздуха от примесей, обогащая его, с минимальными энергетическими затратами, что подтверждается приведенными в таблице данными.The supply of oxygen-rich blast air to the boiler allows to intensify fuel combustion, reduce the formation of most NO _X , ensure complete combustion of fuel with minimal CO emissions, reduce fuel consumption by up to 20%, while maintaining the heat and power characteristics of the generated steam and / or hot water. The installation has significant functional capabilities, as it allows you to additionally receive hot water and / or steam, as well as use flue gases to heat the blast air. The gradient separator used to enrich the blast air ensures the purification of air from impurities, enriching it with minimal energy costs, which is confirmed by the data given in the table.

ТаблицаTable Способ разделенияSeparation method Содержание кислорода в дутьевом воздухе, %The oxygen content in the blast air,% Энергетические затраты на получение 1 тонны эквивалентно чистого кислорода, МДжEnergy costs for obtaining 1 ton is equivalent to pure oxygen, MJ КриогенныйCryogenic 50fifty 14401440 Криогенный с конденсациейCryogenic with condensation 9090 39403940 АдсорбционныйAdsorption 9090 19801980 МембранныйMembrane 37,537.5 750750 Вихревой с использованием градиентных сепараторовSwirl using gradient separators 50 и более50 and more до 45up to 45

Claims

Installation for oxygen enrichment of blast air containing a compressor designed to inject atmospheric blast air, the compressor output is connected to a heat exchanger designed to heat the blast air before it is fed to the boiler, the smoke outlet of which is connected to a flue gas purification device, characterized in that the installation equipped with a boiler and a gradient separator, the input of which is connected to the output of the heat exchanger, the first output of the gradient separator is connected to the boiler, and the second to the boiler ohm, and the smoke output of the boiler is additionally connected to the second input of the heat exchanger, the second output of which is connected to the flue gas treatment device.