SE426982B - Sett och anordning for atervinning av verme fran rokgaser - Google Patents

Description

jeano21na-vi innehåller kan göras användbart._ Kondensation av vattenånga börjar nämligen först vid en kylning till temperaturer omkring. so°c. j Föreliggande uapfinning har till ändamål att åstadkomma ett sätt och en anoríning att återvinna värme från förbränninge- Azgaserna eller rökgaserna genom att dessa kyles till en betyd¥ ligt lägre temperatur än vad som hittills varit vanligt (ZOOOC) 'och att därvid göra den energi som utvinnes genom denna ytter- ligare kylning användbar för uppvärmningsändamål.

Sättet och anordningen enligt uppfinningen kännetecknas av att de komprimerade rökgaserna från brännkammaren kyles vid ett tryck som överstiger 0,5 atö till en temperatur under 8000, företrädesvis under SOOC, och bringas därefter att expandera i en expander, varvid den vid expansionen frigjorda energin tas till vara för komprimering av förbränningsluften, varjämte rök- gaserna bringas dessutom att expandera innan de kyles för att "tillräcklig rörelseenergi skall utvinnas för komprimering av förbränningsluften.

'Kompressionen till förhöjt tryck åstadkommes genom ut- nyttjande av energi från värmekällan. Det förhöjda trycket medför dels att kondensationen av rökgasernas vattenånga bör-^ jar vid en högre temperatur och därför lättare kan utnyttjas än vid kylning vid atmosfärstryck, dels att gaserna bringas att expandera i en expander eller turbin efter slutkylningen och att vid expansionen mekaniskt arbete erhålles som kan tas till vara samtidigt som gaserna vid.expansionen kyles till läg- re temperaturer. Rökgasernas temperatur efter slutexpansionen kan vara lika med atmosfärens temperatur eller vara lägre än denna.f I _ Uppfinningen beskrives i detalj i det följande under hän- visning till bifogade ritningsfigurer l, 2 och 3 som åskådlig- :ör tre olika utföringsformer av en anordning enligt uppfin- ningen tillämpad vid en förbränningsanläggning för uppvärm- 7ningsändamål.' Pig. 4 visar ett utföringsexempel på en anord- ning som kan användas för reglering av kylningen av rökgaserna.

Vid anordningen enligt lig. l tillföres förbränningsluf- ten vid l till en förkompressor 2 och ytterligare kompression av förbränningsluften sker i en kompressor 3; varefter förbrän- ningsluften förvärmes i en värmeväxlare 4. Den uppvärmda och 80021144-7 komprimerade förbränningsluften expanderas sedan i en expander 5 som driver mekaniskt kompressorn 3. Efter expandern eller turbinen 5 tillföres luften som fortfarande befinner sig under övertryck till en brännkammare 6 där bränsle tillsättes och förbränning äger rum. Efter förbränningen passerar rökgaserna en värmeväxlare 7 där rökgaserna förkyles med vatten till en temperatur som är avpassad till värmeväxlaren H. Resterande värme hos rökgaserna inklusive en del av vattenângans kondens- värme utvinnes i en kombinerad värmeväxlare/kondensor 8. Rök- gaserna eller förbränningsgaserna får slutligen expandera i en expander eller turbin 9 till låg temperatur samtidigt som rö~ I relseenergi utvecklas som driver den till turbinen 9 mekaniskt kopplade kompressorn 2.

Vid utföringsformen enligt fig. 2 suges förbränningsluft in vid 10 till en kompressor ll. Efter kompressionen värmes förbränningsluften i en värmeväxlare 12 till en temperatur över BOOOC. Luften får därefter expandera i en expander 13 till ett tryck som ligger över atmosfärstrycket. Luften kyles därefter i en värmeväxlare 14 och komprimeras sedan i en kompressor 15.

Den komprimerade förbränningsluften blandas sedan med olja som förbrännes iden brännkammare l6. Förbränningsgaserna eller rökgaserna från brännkammaren l6 förkyles i en värmeväxlare 17 och kyles ytterligare i värmeväxlaren 12. Éökgaserna kyles slutligen i en värmeväxlare 18 till låg temperatur (under 8000, företrädesvis under SOOC) och vid den sista expansionen i ex- pandern eller turbinen 19 når man en låg sluttemperatur på rök-I gaserna vilken kan vara lika med atmosfärens temperatur eller lägre än denna.

Vid utföringsformen enligt fig. 3 suges förbränningsluf- ten in vid 20 och komprimeras i kompressorerna 21 och 22.

Luften blandas därefter med olja och förbrännes i en brännkam- mare 23. Rökgaserna från förbränningen kyles i en värmeväxlare 2% till en temperatur som ligger över BOÛÉC och expanderas där- efter i en expander 25 till ett tryck som är högre än atmos- färstrycket (högre än 0,5 atö). Expandern eller turbinen 25 är mekaniskt kopplad till kompressorn 22 och driver denna vid rökgasernas expansion. I två kylare 26 och 27 kyles slutligen rökgaserna så långt det är praktiskt möjligt med tillgängligt vattensystem. Därvid kondenserar en del av rökgasernas vatten- fab921u4-7 ånga (rökgastemperatur_cirka SUOC). Slutligen expanderas rök- gaserna i en expander eller turbin 28 till ett tryck motsvaran- de atmosfärstrycket, varvid den av turbinen genererade rörelse- energin användes för att driva kompressorn 21 som är mekaniskt kopplad till turbinen 28.

Gemensamt för samtliga de tre ovan beskrivna anordningar- na enligt uppfinningen.är att rökgaserna kyles så långt att en del av dessas vattenånga kondenseras.' Det innebär att om vat- ten förångas i förbränningsluften eller rökgaserna före slut- kylningen kommer ändå förångningsvärmen att tas till vara i slutkylaren. En avsiktlig vattentillsats till förbränningsluf- ten eller rökgaserna kan ge väsentliga effektökningar dels ge- nom att förbränningen förbättras och dels genom att vattenångan ökar den totala gasmängden och därmed den effekt som utvecklas i expandrarna eller turbinerna. Om exempelvis vatten tillsät- tes till brännkammaren 23 i anordningen enligt fig. 3 ökar gasmängden i turbinen 25. Samtidigt skall kylningen i värme- växlaren 24 minskas så att gastemperaturen före turbinen 25 hålles-oförändrat hög. Ett speciellt kännetecken på de tre ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen är således möjligheten att tillsätta vatten till förbränningsluften eller rökgaserna och att sedan låta vattnet kondensera vid slutkyl- ningen före den sista expansionen.

*Små värmepannor regleras vanligen helt on/off, d.v.s. pannan går antingen med full effekt eller också är brännaren helt avstängd. Stora värmepannor önskar man däremot kunna reg- lera kontinuerligt från maximal effekt ner till lägre effekter.

En sådan reglering är möjlig att åstadkomma med hjälp av en anordning enligt uppfinningen. Regleringen tillgår på så sätt att mängden insprutad gas eller olja till förbränningskammaren minskas samtidigt som den kylning som äger rum mellan förbrän- ningskammaren och expandern minskas.~ Den minskning av förbrän- _ ningsgasernas temperatur som orsakas av den minskade bränsle- mängden kompenseras genom minskningen av kylningen så att den gas som lämnar kylaren (som är variabel) har i stort sett oförändrad temperatur och mängd per tidsenhet. Fördelen med en dylik reglering ligger i att kompressorlexpanderenheten, vilkens verkningsgrad varierar starkt med temperatur och ifråga om turbokomponenter även med gashastighet, hela tiden arbetar 8002144-7 med jämn belastning. För att åstadkomma denna reglering av kylningen kräves en speciell anordning, exempelvis av den typ som är visad i fig. H. I en värmeisolerad rökgaskanal 29 är inbyggd en rörlig, vattenkyld metallkropp, vars nedre läge är betecknad med 30'. I dess nedre läge ligger den vattenkylda kroppen omsluten av en ringformig värmeväxlare 31 och är då av- skuren av denna från direkt kontakt med de varma rökgaserna.

Med hjälp av en motor 32 kan kyl- eller metallkroppen 30 skju- tas ut ur värmeväxlaren 31 i riktning mot de heta rökgaserna så att den intar det med streckade linjer visade läget 30', varvid kylkroppen förkyler rökgaserna innan dessa kommer in i *den ringformiga värmeväxlaren 3l¿ Ett automatiskt reglerings- system kan anordnas som skjuter ut kylkroppen om rökgastempera- *turen i värmeväxlaren ökar så att gasen förkyles tills gastem- 'peraturen i värmeväxlaren åter har sänkts till ett förutbestämt värde.

Claims (4)

É ksoo2144-vy Patentkrav

1. Sätt att återvinna värme från rökgaser vid förbrän- ningsanläggningar, varvid förbränningsluften komprimeras innan den tillföres till anläggningens brännkammare, k ä n n e - ut e c k n a t av att de komprimerade rökgaserna från brännkam- maren kyles vid ett tryck som överstiger 0,5 atö till en tempe- ratur under 80°C, företrädesvis under SOOC, och bringas däref- ter att expandera i en expander, varvid den vid expansionen frigjorda energin tas till vara för komprimering av förbrän- ~ ningsluften, varjämte rökgaserna bringas dessutom att expandera innan de kyles för att tillräcklig rörelseenergi skall utvinnas för komprimering av förbränningsluften.

2. Anordning för utförande av sättet enligt krav 1, in- nefattande åtminstone en kompressor (21,22) som är inkopplad före förbränningsanläggningens brännkammare (23) ñch som är anordnad att komprimera förbränningsluften och åtminstone en efter brännkammaren (23) inkopplad expander (28) för expansion 'av de komprimerade rökgaserna, varvid expandern (28) är meka- niskt kopplad till kompressorn (21,22) så att den av expandern vid rökgasernas expansion utvecklade rörelseenergin tillföres till kompressorn (2i,22) för komprimering av förbränningsluften, k ä n n»e t e c k n a d av åtminstone en mellan brännkammaren (23) och expandern (28) inkopplad rökgaskylare (26,27), vilken arbetar med ett rökgastryck som överstiger 0,5-atö och i vil- pken rökgaserna kyles till en_temperatur som är lägre än 8Û°C,. företrädesvis lägre än 50°C, varjämte åtminstone en ytterligare expander(25)smmärínkoppladmellanbrännkammaren(23)ochkylaren (26 ,27) är anordnad att ge ytterligare rörels eenergi för kompression i kompressorn (21,22ï för komprimering av förbränningsluften.

3.- Anordning enligt krav 2, att nämnda ytterligare expander (25) är mekaniskt kopplad till k-ä n n e t e c k n a d av kompressorn (21,22) för komprimering av förbränningsluften. U; Anordning enligt krav 2 eller 3,, k ä n n e - t e c k n a d av att rökgaskylaren utgöres av en kylare (fig.

4. ) med reglerbar kyleffekt, som varieras så att rökgastempera- turen efter kylaren är i huvudsak konstant oberoende av bränsle/ luftförhållandet i brännkammaren.