SE517753C2 - Förfarande och arrangemang för värmeåtervinning ur en gasström - Google Patents

Description

25 30 -uo n. hos inloppsvattnet, kan gasströmmen avkylas endast till en viss temperatur A efter förångaren 6 och till en sluttemperatur B efter förvärmaren 4. Den åter- vinnbara energimängden beror således i första hand på ångans tryck och tem- peraturen hos det inkommande vattnet. Temperaturskillnaden mellan punkt A och förångningstemperaturen, som i figur 1b är märkt PP, kalls för en s.k. pinch point. Förångarens yta kan förstoras och således kan pinch point mins- kas och värmeåtervinningen effektiveras. l figur 1b visas gasströmmens diagram 1' och detta motsvarande diagram 4',6',7' för temperaturen hos i förvärmaren 4, förångaren 6 och överhettaren 7 strömmande vatten och/eller ånga. Ur figur 1b ses att från den till pannan strömmande gasenergin behövs en ytterst liten del för att åstadkomma över- hettning av ångan, såvida man överhuvudtaget önskar åstakomma överhett- ning. l förångarens 6 framparti överföres energi från högtempererad gas 1' till ångans ångbildningstemperatur 6', varmed exergiförlusten eller förlusten som föranleds av energiomvandlingen är stor i förångarens 6 framparti. Detta syns i figur 1b som ett inbördes avstånd mellan diagrammen 1' och 6'. En lösning för att minska exergiförlusterna är just nämnda på olika tryck baserade flerstegs- system såvida det finns användning för ånga av olika tryck.

Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett nytt förfarande för åter- vinning av värme ur en gasström, särskilt ur en avgasström från förbrännings- motorer, medelst vilket det är möjligt att minimera exergiförlusterna vid om- vandling av en viss gasströms värmeenergi till en viss typ av ånga och således att förbättra ångproduktionens verkningsgrad. Avsikten är också att förfaran- dets tillämpning i och för sig är möjligt medelst möjligast enkla arrangemang. Ändamålet med uppfinningen åstadkommes på det sätt som beskrivs i patent- krav 1 och andra patentkrav. Enligt uppfinningen återvinns värmeenergi ur gasströmmen både före dess ledning till förångaren och efter förångaren. Tem- peraturen hos värmeenergin som återvunnits efter förångaren höjes genom att » u... ~ v 10 15 20 25 30 n ones 517 755 utnyttja absorptionspumpmedel så att till dessa matas före förångaren åter- vunnen värmeenergi. Slutligen ledes återvunnen värmeenergi från absorp- tionspumpmedlen till ånggenereringsmedel för att effektivera ånggenereringen.

Enligt uppfinningen utnyttjas alltså en del av i gasströmmen före förångaren förekommande höggradig värmeenergi för att driva en absorptionsvärmepump, med vilken gasströmmen efter förångaren avkyles och sålunda återvunnen värmeenergi överföres till en högre temperatur, varvid den kan ledas tillsam- mans med värmeenergin som fungerar som absorptionsvärmepumpens drive- nergi genom en lämplig värmeväxlare till ånggenereringsmedlen. l uppfinningen utnyttjas den i förångaren förekommande stora exergiförlusten för att effekti- vera ångproduktionen, varvid gasströmmen genom att återvinna värme kan av- kylas mera än med förångaren i ett i figur 1a och 1b visat normalt fall.

Den uppfinningsenliga lösningen har åskådliggjorts med figur 2a som visar som principskiss ett arrangemang för att tillämpa den uppfinningsenliga lösningen.

Figur 2b visar på motsvarande sätt som figur 1b temperaturen T hos gasen, ångan och/eller vattnet i arrangemanget enligt figur 2a som en funktion av energimängden E.

Enligt figur 2a som exempel ledes en från en dieselmotor 9 kommande avgass- tröm 10 till en avgaspanna 11, i vilken finns en förångare 12 och värmeväxlare 13 och 14. Dessa delar motsvarar i fallet enligt figur 1a enbart förångaren 6.

Således vore det i figur 2a också möjligt att ytterligare uttnyttja i enlighet med figur 1a en förvärmare 4 och/eller överhettare 7, men för enkelhetens skull har de ändå inte visats i figur 2a. Förvärmaren 4 skulle i detta fall placera sig efter eller parallellt med värmeväxlaren 14 och överhettaren 7 i avgasströmmen före värmeväxlaren 13.

Förångaren 12 är i samverkan med ångsepareringskammaren 15, vilka är för- sedda med ett inloppsrör 15a för matarvatten och ett utloppsrör 15b för pro- 10 15 20 25 30 517 753 4 ducerad ånga. Dessutom tillhör arrangemanget en absorptionsvärmepump 16, som är separat kopplad till värmeväxlarna 13 och 14, samt med värmeväxlar- medel 17 för att överföra värmeenergi från absorptionsvärmepumpen 16 till ångsepareringskammaren 15. Grundprinciperna för absorptionsvärmepumpens 16 funktion är i och för sig kända, varmed de ej beskrivs mera exakt här. l arrangemanget enligt figur 2a tas medelst värmeväxlaren 13 ur gasströmmen 10 värmeenergi som behövs för absorptionsvärmepumpens 16 funktion, ge- nom vars utnyttjande absorptionspumpen 16 avkyler gasströmmen efter förångaren 12 via värmeväxlaren 14. Med hjälp av värmeväxlarna 13 och 14 överföres värmeenergin som erhålles ur gasströmmen sedan medelst värme- växlarmedlen 17 till ångsepareringskammaren 15. Temperaturnivån som be- stämms av värmeväxlarmedlen 17 är således den som kyler absorptionsvärme- pumpen 16.

I figur 2b är gasströmmen märkt 10' och denna motsvarande i förångaren 12 och värmeväxlarna 13 och 14 strömmande vattnets och/eller ångans tempera- turnivådiagram är märkta 12',13' och 14'. l figur 2b motsvarar diagrammen 14',12' och 13' tillsammans diagrammet 6' i figur 1b. Såsom framgår ur figur 2b är avståndsskillnaden mellan de exergiförluståskådliggörande diagrammen 14',12' och 13' från diagrammet 10' mindre jämfört med situationen i figur 1a och dessutom kan pinch point PP' eller temperaturskillnaden i början av dia- grammet 10' jämfört med situationen i figur 1b vara negativ. Således har gass- trömmens temperatur medelst det uppfinningsenliga arrangemanget sänkts i avgaspannan 2 mera än i det kända fallet som figur 1b avser. Sålunda är den enligt uppfinningen återvunna värmeenergimängden på motsvarande sätt stör- fe.

Uppfinningen är ej begränsad till den visade utföringsformen, utan ett antal va- riationer är tänkbara inom ramen för bifogade patentkrav. Uppfinningen kan tillämpas för återvinning av värmeenergi ur avgasströmmarna från olika för- 10 o nous 517 755 o enn n bränningsmotorer och i princip vilken som helst rökgasström. Uppfinningen är lämpad för användning särksilt när förångningstemperaturen år på ett viss sätt bestämd och när värmekällor med en temperatur under förångningstemperatu- ren är i användning. l figur 2b är exempelvis med brutna streck ritat en annan, från avgasströmmen 10 oberoende värmekälla, ur vilken lågvärdig värmeenergi kan återvinnas med en värmeväxlare 14', som om så önskas kan kopplas till värmeväxlarens 14 mediumkrets.

Absorptionsvärmepumpen 16 dimensioneras enligt till värmeväxlarnas 13 och 14 temperaturnivåer anslutande mediumströmmar och vid behov kan användas flere funktionellt parallellt anordnade absorptionsvärmepumpar 16. Uppfinning- en kan vid behov tillämpas också genom att kombinera lösningarna enligt den- na med flertryckslösningar för att åstadkomma bästa möjliga verkningsgrad.

Claims (5)

n vv. 10 15 20 25 30 517 753 :en co PATENTKRAV

1. Förfarande för återvinning av värme ur en gasström i ett system, vari gass- trömmen ledes åtminstone genom en sådan värmeväxlare, som fungerar som förångare och till vilken är anslutna ånggenereringsmedel, känneteck- nat av att värmeenergi återvinns ur gasströmmen både före dess ledning till förångaren och efter förångaren, att temperaturen hos värmenergin som återvunnits efter förångaren höjes genom att utnyttja absorptionspumpme- del så att till dessa matas före förångaren återvunnen värmeenergi, och att återvunnen värmeenergi överförs från absorptionspumpmedlen till ånggene- reringsmedlen för att effektivera ånggenereringen.

2. . Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att som gasström används avgaser från en förbränningsmotor, exempelvis en stor dieselmotor.

3. . Arrangemang för tillämpning av förfarande enligt något av ovanstående pa- tentkrav, vid vilket en avgasström (10) från en förbränningsmotor eller mot- svarande är ledd till en eller flere avgaspannor (11) med åtminstone en så- dan värmeväxlare (12), som fungerar som förångare och som är ansluten till ånggenereringsmedel (15), kännetecknat att till detta tillhör en andra vär- meväxlare (13) för återvinning av värmeenergi ur avgasströmmen ( 10) före dess ledning till förångaren (12) samt en tredje värmeväxlare (14) för åter- vinning av värmeenergi ur avgasströmmen (10) efter förångaren (12), att i nämnda tredje värmeväxlare ( 14) är den återvunna värmeenergins tempera- tur anordnad att höjas genom att utnyttja absorptionspumpmedel (16) så att till dess matas i nämnda andra värmeväxlare (13) återvunnen värmee- nergi, och att i nämnda andra värmeväxlare (13) och i nämnda tredje vär- meväxlare (14) återvunnen värmeenergi är anordnad att överföras (17) från absorptionspumpmedlen (16) till ånggenereringsmedlen (15) för att effekti- vera ånggenereringen. 5177755

4. Arrangemang enligt patentkrav 3, kännetecknat av att nämnda förångare (12), andra värmeväxlare (13) och tredje värmeväxlare (14) är anordnade i samma avgaspanna (12).

5. Arrangemang enligt patentkrav 3 eller 4, kännetecknat av att till nämnda tredje värmeväxlare (14) anslutande mediumströmkrets är ansluten en eller flera värmeväxlare (14'), som är anordnade att återvinna värme ur av nämnda avgasström (10) oberoende mediumströmmar.