SE514866C2 - Anordning för kylning av gaser - Google Patents

Description

lO 15 20 25 5142866 strömningsriktriing. Det vatten som samlas upp i skrubbern leds till en tank och därefter vidare till en jonbytaranordning och en värmeväxlare, varefter vattnet pumpas tillbaka till skmbbem. Skrubbem är mindre lämplig för oljeeldning, eftersom det då blir problem med syrakorrosion. Avgastemperaturen efter sknibbern anges vara ca 50 G C.

I SE-B-500 737 beskrivs en anläggning som arbetar med rökgaskylning med en kylare, vilken består av inlopp för gasen och munstycken för tillförsel av kylvatten i finfördelad form, vidare en kylkarnmare, i vilken inloppskanalen myrmar, eventuellt en behållare för behandling av föroreningar, vidare ett filter för att ta avskilja vattenolösliga föroreningar och eventuellt ett bräddavlopp, försett med vattenlås. Den är anordnad så att en ledning förbinder kylkamrnaren med en värmeväxlare.

Munstyckena för tillförsel av kylvatten är riktade mot gasens strömningsnktning.

Kylkanunaren är på konventionellt sätt utformad som en låda, som är försedd med åtminstone en partiell mellanvägg, som är så anordnad att gasema tvingas att passera en sträcka motsvarande minst kylkarnrnarens dubbla längd. Lämpligen omfattar kammaren flera sådana mellanväggar, så att gasema leds genom en labyrintgång. I denna gång finns det ett flertal spraymunstycken.

SE-B-405 892 beskriver en anordning för rökgaskylning, som uppges vara tillämplig på bl a oljeeldade värmeparmor i villor, bostadsfastigheter och panncentraler och vars ändamål är att dels förbättra värmepannverkningsgraden och dels att reducera utsläpp av svavelhaltigt material till atmosfären. Anordningen består av ett konventionellt system med cirkulerande, uppvärmt vatten och av detta vatten uppvärmda radiatorer, varvid en värmepump är anordnad så att kondensom förvärmer det vatten, som återrnatas till pannan, medan förångaren kyler rökgasema efter att dessa värmt radiatorvattnet. Det därvid erhållna kondensvattnet får rinna genom ett filter och ner i ett utlopp. 10 15 20 25 30 514 866 3 Risken för korrosionsskador på iörbränningsanläggningar kan minskas genom att välja syrabestäridigt material till de utsatta delarna. Kända materialval utgörs av glas eller plast samt framförallt syrabeständigt stål, vilket är mycket dyrt. Värmeväxlarna, som rökgasema kyls i, måste med jänma mellanrum rengöras för att avlägsna sot, som fastnat i utfällt kondensat.

Dessutom har alla kända anläggningar stora inbyggnadsmått, vilka ofta utgör ett stort problem vid installation av utrustningen. Tidigare känd teknik visar sig också vara dyrbar, ofta beroende på stora volymer av dyrbara material och komplicerade konstruktioner hos kylanordningama.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en anordning, fortsättningsvis kallad kylanordning, som undanröjer ovan nämnda brister.

Detta uppnås genom en kylanordning innefattande minst en kylkarnrnare för kylning av en varm gas, t ex en rökgas, företrädesvis med en temperatur av åtminstone 100 °C, varvid gasen mättas och nedkyles, genom att den bringas i direkt kontakt med vatten, som fillföres i form av fmfördelat kylvatten, varvid i gasen ingående ånga kondenserar efter det att gasen mättats och för med sig ingående föroreningar, varefter gasen bortleds, det uppvärmda vattnet samlas upp, varefter eventuella vattenlösliga föroreningar avskiljs från vattnet och detta kyles genom värmeväxling med ett medium, som därefter kan användas t ex för uppvärrrmingsändamål. Det kylda vattnet återförs efter värmeväxlingen som finfördelat kylvatten. De varma gaserna kyls således av sitt eget kondensat i ett slutet recirkulerande system, vilket är huvudändarnålet med uppfinningen. Efter igångsätlning av processen behövs normalt ingen tillförsel av vatten till systemet om dessa inte är mycket torra. Från systemet avgår enbart en vattenmängd motsvarande den som tillföres med gasen.

När de varma gasema möter kylvattnet sker följande: 10 15 20 25 30 514 866 4 I ett första ”steg” mättas den varma gasen av det ñnfördelade vattnet. Samtidigt som gasen mättas sjunker även temperaturen på gasen, vilket sker under konstant entalpi, dvs gasens energiinnehåll är konstant under det första steget.

I ett andra ”steg” kyles gasen ytterligare, varvid gasens mättnadstillstånd förskjuts, ingående ånga kondenserar och ger ett kondensat. Gasen kyls slutligen till en temperatur mycket nära det insprutade vattnets temperatur, varefter gasen lämnar kylanordningen i ett mättat tillstånd. I detta steg kyles gasen av undertempererat kylvatten ”mekaniskt”, dvs de många små vattendropparna bildar en oändligt stor kylyta.

Den värmeväxlande ytan som de många små vattendroppama bildar, utgörs av de många små vattendroppamas totala gemensamma omslutningsyta som i motström mot gasen, vid en hög relativ hastighet mellan dropparnas yta och gasen ger en optimal ”värmeväxlare” Dels är ytan stor, dels är värmeövergångstalet stort då den relativa hastigheten är hög. Massflödet vätska är väsentligt större än massflödet gas.

Då den fuktiga gasen kyls till en temperatur lika med eller under dess daggpunkt bildas kondensat. Kondensatet utgör det arbetsmedium, som i en sluten vätskekrets utnyttjas för kylning av gasen, genom att recirkuleras och sprutas mot gasen. Gasen kyls således av sitt eget kondensat. Det ”överblivna” kondensatet avgår ur vätskekretsen. Dvs. den mängd vätska som gasen innehade innan kylningen jämfört med den kylda mättade gasens vatteninnehåll. Någon ny vätska tillförs inte systemet, än då det första gången startar upp ett på vätska tomt system.

I en i kylanordningen anordnad kylkammare anordnas organ för tillförsel av kylvatten, vilka företrädesvis omfattar ett flertal spraymunstycken, riktade mot gasens strömningsriktning. Kylkammaren är enligt uppfinningen utformad som ett lutande U- fonnat rör bestående av två väsentligen parallella rörskänklar, som sammanbindes genom en krökt rördel. Genom karnmarens lutning kan vatten genom självfall rinna utefter skänklarna mot den krökta delen, avloppsböjen, där ett utlopp för vatten är lO 20 25 30 514 866 5 anordnat. Gastillförsel sker genom den ena rörskänkelns utlopp och den kylda gasen strömmar ut genom den andra skänkelns utlopp.

En kylanordníng består av minst en sådan kylkammare, företrädesvis flera, vilka kopplas ihop med varandra i serie eller parallellt. Till avloppsböjen i varje kylkammare är även ett kärl anslutet, där kylvatten samlas. Kylvatten från respektive kylkammare leds på ett sätt, som nedan kommer att beskrivas mera i detalj, så att ett slutet system erhålles, där bara överflödigt kylvatten normalt behöver tappas av. Eventuellt tillförs extra kallvatten, om det är torra gaser.

Anordningen enligt föreliggande uppfinning är syrmerligen volymefifektiv, dvs klarar av att kyla stora effekter effektivt och kräver därigenom minimala byggmått.

Konstruktionen är enkel och därigenom mycket billig att tillverka. Den har inga av de problem som andra konventionella kylare har såsom: kemisk korrosion, nedsmutsning och igensättrring, termiska materialbelastningar etc. Kylanordningen är dessutom mycket flexibel genom att ett enkelt modulsystem ger många kombinationsmöjligheter.

Den kan utnyttjas för alla typer av gaser; allt från smutsig processgas från industrin till rökgaskylning från värme- och kraftproducerande anläggningar där olja, gas och biomassa utgör bränsle. Den är vidare oberoende av ingående gastemperatur och försmutsningsgrad, då den bl a har stora munstycken som inte sätts igen. Föroreningar som falls ut kan hanteras i vattensystemet med idag konventionell teknik. Genom sin ”skrubberverkan” urtvättas gasen effektivt, vilket är nriljövärrligt. Dessutom kan kylanordningen göras avsevärt mycket mindre p g a kylkammamas U-rörfonn än kylaren i t ex SE-B-500 73 7, varför denna kylanordning är klart överlägsen känd teknik. Den är också mycket enklare och blir därigenom billigare att tillverka än kylaren beskriven i SE-B-500 737. Kylytan är även mycket stor. Kylkamrarna kan delas i flera delar, som kan monteras på platsen. Man blir då oberoende av stora dörröppningar för att kunna föra in kylaren i den byggnad eller det rum där den ska användas. 10 15 20 25 30 514 866 6 Med ”rökgas” menas i denna ansökan gas från förbränning av fast eller flytande bränsle, medan ”avgas” avser gas som passerat kylanordningen. Begreppen ”vatten” och ”kylvatten” innefattar inte bara rent vatten utan även vattenlösningar med större eller mindre mängder upplösta och/eller dispergerade substanser, vidare vattenhaltiga vätskor som innehåller icke upplösta eller dispergerade partiklar, samt alla vattenhaltiga vätskor, som innehåller en väsentlig andel vatten. Med ”avskiljning av föroreningar” menas vidare såväl direkt avlägsnande av föroreningar som oskadliggörande av föroreningar genom att de reagerar med eller binds till någon substans, t ex genom att vätejoner neutraliseras med hjälp av hydroxidjoner.

Föroreningama kan även avskiljas genom att använda ett eller flera sandfilter för stoft/sot och andra fasta partiklar. Eventuellt pH-justeras vattnet.

”Passiv kylning” (P) sker utan någon mekaniskt arbetande maskin, t ex värmepump.

Här utgörs kylmediet oftast av ett högtempererat medium. T ex returvatten till panna, fjärrvärme etc. Köldmediet kan även utgöras av kallvatten för tappvarmvatten- generering.

Vid ”Aktiv kylning” (A), utförs i motsats till passiv kylning, kylningen aktivt med en maskin eller liknande, t ex värmepump.

Uppfinningen är även lämplig för rening av rökgaser från förbränning av bränslen, som innefattar i vatten svår- eller olösliga föroreningar, t ex rökgaser från förbränning av biobränslen. Den tillförda kylvattenmängden i direktkontakt med rökgasema är då stor.

Enligt en föredragen utföringsforrn kyls gasen i ett första steg, genom att den mättas med vatten, varefter gasen i ett andra steg avkyls, så att gasens temperatur med hjälp av finfördelat kylvatten sänks till 5-20 °C, varvid värme överföres till vattnet, under det att i gasen ingående ånga kondenserar och för med sig ingående föroreningar. Därefter bortleds avgasen och eventuella vattenolösliga föroreningar avskiljs från vattnet.

Eventuella vattenlösliga föroreningar avskiljs åtminstone delvis från vattnet, varefter 10 15 20 25 30 514 866 7 vattnet avkyls genom värmeväxling och därefter återförs till det första och/eller det andra steget. Rökgasen kyls alltså av sitt eget kondensat i ett slutet recirkulerande system. En viss tillförsel av vatten kan behövas för att kompensera för avdunstning mm.

I en alternativ utföringsfonn kyls gasen i tre steg, som förutom de ovan nämnda två stegen, även innefattar ett tredje steg, där en värmepump används. Denna utförings- form är vanligtvis inte föredragen, då den tenderar att bli alltför mycket dyrare, utan att kylningen förbättras i motsvarande grad.

I det följande åskådliggörs uppfinningen närmare genom några icke begränsande utföringsforrner, med hänvisning till de bifogade ritningarna, där: Fig. 1A är en allmän och schematisk sidovy av en kylkammare i genomskäming, som visar grundprincipen för uppfinningen, dvs en kylkammare med enbart passiv eller enbart aktiv kylning; Fig. 1B är en förenklad sidovy av den i Fig. 1A visade utföringsforrnen; Fig. IC är en förenklad schematisk perspektivvy, delvis av den i Fig. IA visade utföringsformen; Fig. 2A är en schematisk sidovy av en kylkammare; Fig. 2B är en schematisk sidovy av två seriekopplade kylkammare som visar en kombination av passiv (P) och aktiv (A) kylning. Den föredragna uttöringsformen av uppfinningen består av två seriekopplade kylkammare med enbart passiv kylning; Fig. 2C visar en schematisk sidovy av två parallellkopplade kylkammare där enbart passiv (P) eller aktiv (A) kylning används och; 10 15 20 25 30 514 866 8 Fig. 3 visar hur ett sandfilter kopplas in i systemet, för att ta bort föroreningar från kylvattnet. Enbart en kylkammare visas i genomskäming från sidan med tillhörande filter.

Systemet medger således en rad kombinationsmöjligheter. Önskas endast passiv (P) eller aktiv (A) kylning sker det enligt grundutförandet i Fig. 2A. Dess utformning tillåts variera beroende på kapacitet och/eller fysiska förutsättningar enligt Fig. 2C.

Den föredragna utföringsformen visas i Fig. 2B.

Vid en altemativ utföringsform används både passiv och aktiv kylning.

Detalierad beskrivning av föredragna utföringfonner I Fig. 1A, som visar en U-rörformad kylkammare 4, tillverkad i ett stycke av ett rör med samma tvärsnitt utmed hela längden leds inkommande, vann, förorenad gas genom en inloppskanal l in i rörets första skänkel 5, vidare till en avloppsböj 8 och till den andra skänkeln 6. I skänklarna finns ett organ 2 anordnat, genom vilket kylvatten tillföres. Organet innefattar ett flertal spraymunstycken 3, varigenom det tillförda kylvattnet finfördelas och en mycket stor kontaktyta mellan gasen och vattnet åstadkommes. Den varma gasen nedkyls under väsentligen konstant entalpi under det att den först mattas med vatten. Gasen kyles vidare och den leds ut via en utloppskanal 7 genom en fläld 13. Vid nedkylningen kondenserar i princip hela gasens vatteninnehåll ut och rinner, tillsammans med det tillförda kylvattnet, utefter skänklamas väggar till rörböjen 8 eftersom kylkammaren lutar nedåt med en vinkel ot, vilket framgår av Fig. 1B . Det kondenserade vattnet för med sig föroreningar, vilka följt med den inkommande gasen, och rinner ned i ett uppsamlingskärl 9, försett med ett vattenlås 10. Föroreningama kan sedan avlägsnas, t ex genom användning av ett sandfilter, vilket framgår av Fig. 3. Det i kärlet 9 uppsamlade uppvärmda kylvattnet, förs vidare via en ledning 12 till en värmevâxlare 14, där det värmeväxlas med vatten kommande från en ledning 11. Det nedkylda vattnet återföres genom ledningar 2 till 10 15 20 25 30 514 866 9 spraymunstyckena i kylkamrnaren. Inget extra vatten behöver således tillföras under kylningen. Eventuellt måste en del vatten tappas av genom ett bräddavlopp 19 i (F ig. 3). Denna mängd motsvarar vattemnängden som tillföres med gasen. Eventuellt är det nödvändigt med pH-justering etc., vilket också visas på F ig. 4. För att avlägsna föroreningama, används t ex ett sandfilter 17, så att en del av vattnet får passera sandfiltret, efter uppsamlingskärlet 9, varefter stoft i koncennerad fonn förs bort via en ledning 18 för sedimentering etc.

Spraymunstyckena 3 kan eventuellt vara rörliga så att kylvattnet kan sprutas i med-, mot- eller korsström med gasströmmen; detta framförallt i det fall risk föreligger att rökgasema är så bemängda med partiklar att Spraymunstyckena 3 riskerar att sättas igen, i vilket fall munstyckena 3 vändes så att de sprutar i medström. Självfallet kan anordningen 4 enligt uppfinningen vara försedd med fasta munstycken 3, som sprutar antingen väsentligen med-, mot- eller korsströms med rökgasströmmen, eller i någon önskad kombination av dessa riktningar.

Fig. lB och 1C visar hur den rörfonnade kylkamrnaren 4 lutar för att vattnet ska rinna ned i avloppsböjen 8.

Fig. 2A-C visar schematiskt olika kopplingar passiv/aktiv som är möjliga inom uppfinningen. P betecknar passiv och A aktiv.

Fig. 3 visar hur ett sandfilter kan kopplas in till en kylkammare 4. En del av kylvattnet från kärlet 9 pumpas till kylorganen 2, medan en andra del får passera ett sandfilter 15.

Från sandfiltret 15 förs det renade kylvattnet tillbaka till kärlet 9. F öroreningarna i filtret kan intennittent spolas ut genom avlägsnas via en avtappningsledning 18. I Fig. 4 visas även bräddavlopp 19 för avtappning av överskottskondensat. Till kärlet 9 kan också eventuella pH-justerare tillsättas. Om olja har förbränts är vattnet surt och då tillsätts basiska pH-justerare för att neutralisera kylvattnet. För biomassa blir det motsatsen. 514 866 10 Omfånget av uppfinningen skall inte anses vara begränsat av något annat än de bifogade patentlcraven. De angivna utföringsformerna, exemplen, ritningarna och liknande tjänar endast som illustration. Inom ramen för uppfinnjngen innefattas naturligtvis också en mångfald andra utföringsfonner, som fackmannen inom området kan utföra och tillämpa mot bakgrund av rådande betingelser.

Claims (1)

10 15 20 25 30 514 866 11 Patentkrav

1. Anordning för kylning av varma gaser från förbränning av fasta, flytande eller gasformiga bränslen, som eventuellt innehåller vattenlösliga och/eller -olösliga föroreningar, varvid gasen kyles genom att mättas med finfördelat vatten i minst ett steg, varefter gasen kyles ytterligare, under det att i gasen ingående ånga kondenserar och för med sig eventuella föroreningar, vilka avskiljs från vattnet, varefter vattnet återförs som kylvatten till anordningen, vilken anordning innefattar: -minst en kylkammare (4), i vilken ett gasinlopp (1) myrmar; -minst ett i kylkammaren (4) anordnat gasutlopp (7) -minst ett i kylkammaren (4) anordnat kylorgan (2), innefattande t ex munstycken (3) for tillförsel av kylvatten i finfördelad form; -ett utlopp för vätska från kylkamrnaren (4) och ett därtill anslutet kärl (9) för uppsamling av kylvatten från kylkammaren (4); -minst en värmeväxlare (14) ansluten till uppsamlingskärlet; -eventuell utrustning fór kondensatbehandling, pH-justering och stoftuppsamling; kännetecknad av att kylkammaren (4) är utformad som ett U-rör omfattande en första (5) och en andra (6) rörskänkel, vilka är väsentligen parallella och en skänklarna sammanbindande rörböj (8) och att kylkammaren (4) är anordnad lutande med en vinkel ot mot ett horisontalplan, så att uppvärmt kylvatten rinner ned i rörböjen (8) och vidare till uppsarnlingskärlet (9) och vidare till värmeväxlaren (14), där det uppvärmda kylvattnet som väsentligen utgörs av gasens eget kondensat kyles innan det återföres till kylorganet (2) varigenom anordningen bildar ett slutet recirkulerande system. _ Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att i kylkammaren (4) utgörs den första rörskärrkeln (5) av ett högkvalitativt värmebeständigt material, t ex rostfritt, Syrafast 10 15 20 25 30 514 see 12 stål, och den andra rörskänkeln (6) av ett mindre ädelt och billigare material, t ex ett polymennaterial. . Anordningen enligt något av kraven 1-2, innefattande minst två kylkammare (4a, 4b), kännetecknad av att de ingående kylkarnrama (4) är kopplade i serie eller parallellt med varandra. _ Anordning enligt krav 3, kännetecknad av att den forsta kylkammaren (4a) kyls passivt och den andra kylkammaren (4b) i serie med den första kylkammaren (4a) kyls passivt, . Anordning enligt krav 3, kännetecknad av att värmeväxlaren ( 14) är en förångare i ett värmepumpsystem. . Förfarande för utvinning av energi ur en vann gas, vilken gas eventuellt innehåller vattenlösliga och/eller -olösliga föroreningar, varvid -gasen i ett första steg kyles genom att mättas med vatten, som tillföres i forrn av finfördelat kylvatten; -gasen i ett andra steg tillföres finfördelat kylvatten, så att gasen avkyles ytterligare genom att värme överföres till kylvattnet, varvid i gasen ingående ånga kondenserar, -den kylda gasen bortledes; - det uppvärmda kylvattnet uppsarnlas och avkyles genom värmeväxling med ett medium, som därefter användes för uppvärmningsändarnål; kännetecknat av att 51-4 866 13 -allt vatten efter kylningen i det första steget återföres till det första steget, efter avlägsning av föroreningar, -allt vatten efter det andra steget âterföres till det första eller det andra steget såsom kylvatten, förutom en vattemnängd som tillförts med den varma gasen, vilken vattenmängd tappas av, och föroreningama avlägsnas före återföringen, varigenom ett slutet recirkulerande system för kylvattnet erhålles.