SE469369B

SE469369B - PROCEDURE AND DEVICE FOR COLLECTION OF AIR THEN LATENT ENERGY FROM SMOKE GAS EXCHANGED TO AIR

Info

Publication number: SE469369B
Application number: SE9200810A
Authority: SE
Inventors: Hardy Sundberg
Original assignee: Hardy Sundberg
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 1993-06-28
Also published as: SE9200810L; AU3772893A; SE9200810D0; WO1993018833A1

Description

469 569 rökgasernas kondensering på värmepumpens för- ångare. Det är tekniskt möjligt att kyla rökgaserna till temperaturer under 0°C. 469 569 the condensation of the flue gases on the heat pump steamer. It is technically possible to cool the flue gases temperatures below 0 ° C.

Det är i sig känt att uppånga förbränningsluften, dvs att höja dess daggpunkt genom utnyttjande av den energi som frigörs vid kondensering av rökgaser.It is known per se to trap the combustion air, ie to raise its dew point by exploiting it energy released during flue gas condensation.

Härvid blir det möjligt att överföra lägvärdig, latent energi i rökgaserna till latent energi i förbränn- ingsluften, vilken lågvärdíg energi kan återvinnas vid en högre temperaturnivå genom kondensering av rök- gaserna.This makes it possible to transfer inferior, latent energy in the flue gases to latent energy in the combustion which low-value energy can be recovered at a higher temperature level by condensing smoke the gases.

En effektiv förbränning åstadkommas idag oftast vid höga förbränningstemperaturer, vilket ger upphov till höga halter av termiska kväveoxider i rökgaserna.An efficient combustion is usually achieved today high combustion temperatures, giving rise to high levels of thermal nitrogen oxides in the flue gases.

Dessa kväveoxider är svåra att hantera och oskadlig- göra på ett effektivt sätt, varför de idag släpps ut och påverkar miljön negativt. Genom en effektiv uppång- ning av förbränningsluften kommer vattenångans partialtryck i förbränningsluften att sänka syrets partialtryck, dvs syrehalten i förbränningsluften kan sänkas till ca 15 - 17 %, vilket markant minskar för- bränningstemperaturen till nivåer där termiska kväveoxider reduceras.These nitrogen oxides are difficult to handle and harmless. do in an efficient way, why they are released today and adversely affects the environment. Through an effective uptake of the combustion air comes the water vapor partial pressure in the combustion air to lower the oxygen partial pressure, ie the oxygen content of the combustion air can reduced to about 15 - 17%, which significantly reduces firing temperature to levels where thermal nitrogen oxides are reduced.

Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en teknik som på ett synnerligen effektivt sätt medger en uppångning av luft, företrädesvis förbränningsluft, genom utnyttjande av den energi som frigörs vid kondensering av rökgaser, varvid en uppångning till ca 80'C skall bli möjlig, vilket då innebär att varje m3 förbränningsluft innehåller latent energi i form av 290 g vattenånga.The main object of the present invention is to provide a technology that is extremely efficient method allows an entrapment of air, preferably combustion air, by utilizing the energy provided released during the condensation of flue gases, whereby a evaporation to about 80 ° C should be possible, which then means that each m3 of combustion air contains latent energy in the form of 290 g of water vapor.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en teknik som är billig att tillverka, lätt och enkel att underhålla och ev. rengöra och som på ett enkelt sätt kan installeras vid befintliga förbränn- ingsanläggningar. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en teknik som medger energiväxling mellan rökgaser och förbränningsluft utan att förorsaka någon väsentlig strypning av gas- och luftflödena. 3 469 569 De ovan angivna ändamålen uppnås genom att förfarandet och anordningen erhållit de i patentkraven angivna kännetecknen.A further object of the present invention is to provide a technology that is cheap to manufacture, easy and simple to maintain and possibly. clean and as on can be easily installed at existing incinerators facilities. Yet another object of the invention is to provide come a technology that allows energy exchange between flue gases and combustion air without causing any significant restriction of gas and air flows. 3 469 569 The above objects are achieved by the method and device obtained in the claims specified characteristics.

Genom att hålla luft och rökgaser åtskilda under passage över värmeväxlarens ytor och genom att spraya in vatten och ev. även alkohol till luften i finfördelad form (som en dimma) så blir det möjligt att effektivt överföra den latenta energin från rökgaserna till luften under förångningen av det i luften in- sprayade vattnet.By keeping air and flue gases separate below passage over the surfaces of the heat exchanger and by spray in water and possibly also alcohol to the air in finely divided form (like a fog) so it becomes possible to efficiently transfer the latent energy from the flue gases to the air during the evaporation of the sprayed the water.

Genom att luften ledes genom flera från varandra skilda och intill varandra belägna strömningspassager mella ett par plattor i en plattvärmeväxlare, är den sträcka över vilken uppångningen kan ske förhållande- vis lång. Insprayningen av vatten sker vid åtminstone ett, men företrädesvis vid flera ställen utmed luftens strömningsväg i värmeväxlaren för att minska risken för vattenöverskott i form av en förtjockad vattenfilm på värmeväxlarens ytor. Det är således av stor vikt att man underlättar överföring av en tillräcklig värme- mängd från rökgaskondenseringen för att förånga insprutad dimma. Slutet av luftens uppångning kan med fördel ske med hjälp av alkohol, dvs använd- ningen av alkohol skapar en möjlighet att effektivt ta ner temperaturen hos rökgaserna till en nivå väsentligen under omgivningens nivå. När luften används som förbränningsluft i en panna återvinnes även förbränningsenergin i den förångade alkoholen.By directing the air through several from each other separate and adjacent flow passages between a pair of plates in a plate heat exchanger, it is over which the entrapment can take place wise long. The spraying of water takes place at least one, but preferably at several places along the air flow path in the heat exchanger to reduce the risk for excess water in the form of a thickened water film on the surfaces of the heat exchanger. It is thus of great importance that to facilitate the transfer of sufficient heat amount from the flue gas condensation to evaporate injected mist. The end of the air entrapment can advantageously with the help of alcohol, ie use the consumption of alcohol creates an opportunity to effectively take lower the temperature of the flue gases to a level significantly below ambient levels. When the air used as combustion air in a boiler is recovered also the combustion energy of the evaporated alcohol.

Genom att åtminstone luften ledes genom första gruppen strömningskanaler som är så anordnade att luften får passera ut i ett utrymme utanför plattorna för att där vända och passera tillbaka genom den andra gruppen strömningskanaler som befinner sig intill och parallellt med de första strömningskanalerna mellan samma par värmeväxlarplattor, blir det möjligt att på flera ställen utmed luftens strömningsväg tillföra finfördelat vatten (alkohol) i dimform till luften. Om värmeväxlarens tvärsnitt är rektangulärt, där ena sidan är väsentligt längre än den andra sidan blir det möjligt att enbart leda luften utanför värmeväxlarens begräns- ningskanter, dvs rökgaserna passerar utmed värme- växlarens långsida, medan luften passerar tvärs värme- växlarens långsida. Det blir här möjligt att få ett 469 369 gynnsamt högt och konstant t-förhållande över värmeväxlarens ytor för optimering av energi- överföringen mellan rökgas och luft.By at least the air being passed through first the group of flow channels so arranged that the air is allowed to pass out into a space outside the plates to turn there and pass back through the other the group of adjacent flow channels and parallel to the first flow channels between same pair of heat exchanger plates, it will be possible to on several places along the air flow path atomized water (alcohol) in mist form to the air. If the cross section of the heat exchanger is rectangular, where one side is significantly longer than the other side it becomes possible to direct the air only outside the limit of the heat exchanger edges, ie the flue gases pass along the heating the long side of the exchanger, while the air passes across the heating long side of the exchanger. It will be possible to get one here 469 369 favorable high and constant t-ratio over the surfaces of the heat exchanger for optimizing the energy the transmission between flue gas and air.

Genom att skapa en turbulens genom värmeväxlaren ökas värmeväxlarens effekt. Det är härvid möjligt att låta olika grader av turbulens uppstå på rökgassidan och på luftsidan.By creating a turbulence through the heat exchanger increases the power of the heat exchanger. It is hereby possible that allow different degrees of turbulence to occur on the flue gas side and on the air side.

Det vatten som sprayas in i förbränningsluft i dimform är med fördel filtrerat och renat kondensat från rökgaserna. Beroende på typ av bränsle och dess fuktinnehåll, så är det enligt uppfinningen i vissa fall möjligt att helt återcirkulera kondensatet till förbränn- ingsluften.The water that is sprayed into the combustion air in mist form is advantageously filtered and purified condensate from the flue gases. Depending on the type of fuel and its moisture content, it is according to the invention in some cases possible to completely recycle the condensate to the incinerator the air.

Uppfinningen skall nu beskrivas i anslutning till på bifogade ritningsblad visade utföringsexempel, där Fig. 1 är en perspektivvy av en typ av korsströms- värmeväxlare som med fördel kan användas vid föreliggande uppfinning, varvid de olika ﬂödena visats med pilar, Fig. 2 visar en värmeväxlare enligt fig. 1 i en sche- matisk sidovy vid ett första utförande av uppfinningen, Fig. 3 visar en värmeväxlare enligt fig. 1 i en schematisk sidovy vid ett andra utförande av uppfinn- ingen, och där Fig. 4 visar en korsströmsvärmeväxlare med rek- tangulärt tvärsnitt vid ett tredje utförande av uppfinn- ingen.The invention will now be described in connection with on attached drawing sheets showed exemplary embodiments, where Fig. 1 is a perspective view of a type of cross-flow heat exchangers that can be used to advantage present invention, showing the various fates with arrows, Fig. 2 shows a heat exchanger according to Fig. 1 in a schematic mathematical side view in a first embodiment of the invention, Fig. 3 shows a heat exchanger according to Fig. 1 in a schematic side view in a second embodiment of the invention none, and there Fig. 4 shows a cross-flow heat exchanger with rec tangular cross-section in a third embodiment of the invention No.

I ﬁg. 1 visas en i sig förut känd värmeväxlare 1 av korsströrnstyp. Pilen 2 representerar luft som upp- ångas, medan pilen 3 representerar rök som avger energi till värmeväxlaren under kondensering. Värme- växlaren består av flera ihoplagda profilerade plattor a och b, mellan vilka de parallellt gående strömnings- kanalerna bildas. Profileringarna är lagda så att ström- ningskanalerna på vardera sidan om en platta a, b kommer att löpa i mot varandra vinkelräta riktningar.I ﬁ g. 1 shows a heat exchanger 1 previously known per se of cross-stern type. Arrow 2 represents air rising steam, while arrow 3 represents smoke emitting energy to the heat exchanger during condensation. Heat- the exchanger consists of several folded profiled plates a and b, between which the parallel flow the channels are formed. The profiles are laid so that the current the channels on each side of a plate a, b will run in mutually perpendicular directions.

Genom profileringen bildar samtidigt plattorna distans- organ. ., _] 469 369 I fig. 2 visas värmeväxlaren 1 med luftinsläpp 6 och luftutlopp 7, med rökinsläpp 4 och rökutlopp 5. Mellan luftinloppet 6 och luftutsläppet 7 finns en första avskiljande skärm 8 anordnad, medan en andra avskiljande skärm 9 finns anordnad mellan rökin- släppet 6 och rökutloppet 5. Värmeväxlarenhet och skärmar är inrymda i ett isolerat hölje 10. Vatten- spraydon ll visas dels vid luftinsläppet 6 (llb) och dels (lla) vid luftvändande skärmdon (icke visade).Through the profiling, at the same time the plates form spacers. organ. ., _] 469 369 Fig. 2 shows the heat exchanger 1 with air inlet 6 and air outlet 7, with smoke inlet 4 and smoke outlet 5. Between the air inlet 6 and the air outlet 7 are a first separating screen 8 arranged, while a second separating screen 9 is arranged between the smoke the outlet 6 and the smoke outlet 5. Heat exchanger unit and screens are housed in an insulated housing 10. sprayer 11 is shown partly at the air inlet 6 (11b) and partly (lla) for air-facing display devices (not shown).

I fig. 3 visas en variant på utförandet enligt fig. 2, varvid ytterligare skärmdon 12 och 13 anordnats för åstadkommande av flera tillfällen att tillföra finfördelat vatten till luften. I övrigt överensstämmer detta utför- ande med det utförande som visas i fig. 2. Således är skärmdonen 8' och 9' här uppdelade i två delar, medan ytterligare skärmdon 12 och 13 finns för bildande av strömningskanalerna för luft och rökgas. Spraydonen 11' är vid detta utförande tre till antalet. Det är natur- ligtvis även möjligt att anordna ett spraydon i direkt anslutning till luftinsläppet, liksom är fallet vid utförandet visat i fig. 2.Fig. 3 shows a variant of the embodiment according to Fig. 2, wherein additional screen devices 12 and 13 are provided for providing several opportunities to add finely divided water to the air. In other respects, this with the embodiment shown in Fig. 2. Thus, the screen devices 8 'and 9' here divided into two parts, while additional shields 12 and 13 are provided for forming the flow channels for air and flue gas. Spraydonen 11 'is in this embodiment three in number. It is natural of course it is also possible to arrange a spray device directly connection to the air intake, as is the case with the embodiment shown in Fig. 2.

Fig. 4 slutligen visar ett utförande med ett rektangulärt tvärsnitt över korsströmsvärmeväxlaren 1', varvid rökgaserna 3' passerar rakt genom värme- växlaren, medan luftﬂödet 2' passerar flera gånger i riktning från rökgasutsläppet (den högra änden i figuren) mot rökgasinloppet (den vänstra änden i figuren). Det blir härvid möjligt att anordna flera spraydon 11" för vatteninsprutning i luften när den passerar utanför själva värmeväxlaren 1'.Fig. 4 finally shows an embodiment with a rectangular cross-section over the cross-flow heat exchanger 1 ', the flue gases 3' passing straight through the heating the exchanger, while the air 2 fate 2 'passes several times in direction from the flue gas emission (the right end in figure) towards the flue gas inlet (the left end in the figure). It will be possible to arrange several sprayer 11 "for water injection into the air when passes outside the heat exchanger 1 'itself.

Uppfinningen är inte begränsad till de ovan angivna utföringsexemplen, utan modifikationer kan göras inom ramen för de följande angivna patentkraven.The invention is not limited to the above embodiments, without modifications can be made within within the scope of the following claims.

Claims

469 369 PATENT CLAIMS

A process for trapping air in which latent energy from flue gases is converted to air, characterized in that the air and flue gases pass through a heat exchanger without mixing, preferably a cross-flow or cross-flow heat exchanger, wherein atomized water and / or alcohol is sprayed into the air in mist form and evaporates' by the heat released during the condensation of the water vapor in the flue gases.

A method according to claim 1, characterized in that at least the air is passed through several separate and adjacent first groups of flow passages in a plate heat exchanger, wherein the spraying of water into the air in mist form takes place at at least one place along the air flow path in the heat exchanger.

Method according to claim 2, characterized in that at least the air is passed through the first group of flow channels which are arranged such that the air is allowed to pass out into a space outside the plates to turn there and pass back through other flow channels in the first group and which are located adjacent and parallel to the first flow channels between the same pair of heat exchanger plates.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at the end of the evaporation of the air, alcohol is sprayed into the air in a mist form, wherein the condensation of the water vapor in the flue gases can take place down to temperatures which are substantially below ambient temperature.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the air is combustion air, characterized in that the water sprayed into the combustion air is filtered and purified condensate from the flue gases.

Device for trapping air where latent energy from flue gases is converted to air, and for carrying out the method according to claim 1, characterized by a heat exchanger, preferably a cross-flow heat exchanger, which has adjacent and hermetically separated flow channels for both air and flue gases, the sprayers for injecting liquid in mist form being arranged in or in connection with the flow channels for the air.

Device according to claim 6, characterized in that the length of the total flow channel in the heat exchanger for at least the air exceeds the width of the heat exchanger plates.

Device according to claim 7, characterized in that air and possibly gas-facing display devices are arranged outside the sides of the heat exchanger.

Device according to claim 8, characterized in that the spray devices are arranged in connection with the air-facing screen devices, ie outside the sides of the heat exchanger.

10. Device according to claim 8 or 9, characterized in that the heat exchanger and the air resp. gas-facing screens are housed in a chamber of square or rectangular cross-section, the gas and air flow portions of the chamber being substantially hermetically separated and where inlet and outlet openings are provided for both gas and air.