SE521274C2 - Förfarande och anläggning för rökgaskondensering vid förbränning av vätehaltiga eller fuktiga bränslen - Google Patents

Description

5121 274 2 bränningsluften uppvärmes och uppfuktas samtidigt, vilket leder till att mer energi kan överföras från rökgaserna till förbränningsluften. Därmed åstadkommes en bränslebesparing, dvs en effektökning, samtidigt som skadliga fkflasutsläpp kas. Den regenerativa värmeväxlingen gör således kylsystemet effektivare både ur energi- och miljöbesparingssynpunkt.

I svenska utläggningsskriften 468 296 beskrivs ett förfarande för att åstadkomma ett ytterligare förbättrat energiutbyte vid regenerativ värmeväxling mellan förbränningsluft och rökgaser. Detta uppnås genom att ytorna på värme- växlarens värmeöverföringselement på rökgassidan beutes med vatten, vilket medför att förbränningsluftssidans hela förångningsförmåga kan utnyttjas.

Ammoniak finns naturligt i rökgaser på grund av att bränslets kvävein- nehåll i viss utsträckning omvandlas till ammoniak under förbränningen. För att reducera kväveoxidhalten tillsättes vidare ytterligare ammoniak i förbrånningsan- läggningen. Vid rökgaskondensering infångas huvuddelen av arnmoniaken i kon- densatet och i dessa anläggningar uppstår därmed ammoniakhalter i kondensatet som utan rening kan uppgå till ca 20- 150 mg / l. Dessa halter ligger i de flesta fall långt över de idag gällande miljökraven för att kondensatet skall kunna avledas direkt ut i avloppsnätet.

Uppfinningens grundläggande idé Till grund för uppfinningen ligger således uppgiften att i ett system för rökgaskondensering som innefattar den enligt ovan beskrivna fördelaktiga regene- rativa värmeväxlingen reducera ammoniakhalten i kondensatet så att gällande mil- jökrav uppfylles och så att kondensatet kan ledas direkt ut i avloppssystemet.

I enlighet med uppfinningen åstadkommes detta genom de känneteck- nande särdrag som anges i patentkraven.

Genom att tillföra kondensatet till den regenerativa värmeväxlarens luft- sida och spola kondensatet i form av en fin vattendimma, bildas en vatteníilm över den roterande värmeväxlarens kanalytor på luftsidan. Detta medför en maximerad yta från vilken ammoniak kan avdrivas till den passerande förbränningsluften som uppvärmts och befuktats av rökgaserna som passerar på värmeväxlarens gassida.

Det från rökgaskondensatorn varma, ammoniakinnehållande kondensatet spolas på värmeväxlarens luftsida på ett sådant sätt att det ammoniakreducerade eller -befri- ade restkondensatet, som återstår när ammoniaken övergått till gasfasen i förbrän- ningsluften, kan uppsamlas vid luftsidans inloppssida och /eller vid gassidans ut- loppssida. Det ammoniakreducerade restkondensatet genomgår därmed en tempe- raturminskning som innebär en energivinst och som även medför att det uppsam- lade ammoniakreducerade eller -befriade kondensatet på grund av den låga tem- peraturen kan släppas direkt till avloppet. 521 274 Kort beskrivning av bifogade ritning Uppfinningen beskrivs närmare nedan med hänvisning till bifogade rit- ning, dar Figur 1 visar ett principschema av ett system för rökgaskylning med regenerativ värmeväxling enligt känd teknik; Figur 2 visar schematiskt en anläggning enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av en fóredragen utfóringsform av uppfinningen I Figur 1 visas schematiskt en anläggning för rökgaskondensering med regenerativ värmeväxling enligt känd teknik. Anläggningen innefattar en värme- panna 1, varifrån rökgaserna 2, som exempelvis innehåller ca 30 % vattenånga och har en temperatur av ca l50°C, leds till en första rökgaskylare 3. I rökgaskylaren 3 kyles rökgaserna till en temperatur under eller nära deras vattendaggpunkt medan returvattnet 5 från íjärrvärmenätet uppvärms, exempelvis från 55°C till 65°C i utgå- ende ledning 4 från rökgaskylaren.

Från rökgaskylaren 3 leds rökgaserna 2, som nu innehåller en lägre halt vattenånga, exempelvis ca 15 %, till en regenerativ värmeväxlare 6, vilken innefattar en rotor med vertikalt löpande kanaler med en gassida 7, genom vilken rökgasen från rökgaskylaren 3 passerar, och en luftsida 8, genom vilken förbränningsluften till pannan passerar i motsatt riktning. Rökgaserna som passerar genom den rege- nerativa värmeväxlaren kyles därvid ytterligare så att vattenångan kondenseras på gassidan 7 och återförångas på luftsidan 8 av värmeväxlaren 6. Rökgasen som går vidare ut i skorstenen innehåller nu ingen eller en mindre andel vattenånga, vilket innebär en kraftigt minskad effektförlust i skorstenen. Den värme och vattenånga som överföres från rökgaserna till förbränningsluften, tillföres tillsammans med denna till värmepannan 1. Halten vattenånga har således höjts vid förbränningen i pannan med påföljd att rökgasen som lämnar pannan får en högre daggpunkt. När rökgasen 2 leds vidare in i rökgaskylaren 3 erhålles en ökad kondensering och där- med en ökad värmeleverans till íjärrvärmenätet.

I Figur 2 visas schematiskt en anläggning för rökgaskondensering enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning. På samma sätt som i den kända an- läggningen enligt Figur 1 leds rökgaserna 12 från förbränningsanläggningen ll till en kondensor eller rökgaskylare 13 med utgående ledning 14 respektive returled- ning 15 till fiärrvärmenätet. I kondensorn 13 kyles rökgasen med åtföljande vatten- kondensering.

Ammoniak finns i rökgaserna på grund av att bränslets kväveinnehåll i viss utsträckning omvandlas till ammoniak under förbränningen och på grund av 521 274 4 att det specifikt tillsättes i förbränningsanläggningen för att reducera kväveoxidhal- ten. Ammoniaken i de således ammoniakhaltiga rökgaserna infångas genom kon- takt med vattenlösningar och faller ut som arnmonialchaltigt kondensat 10 i rökgas- kylaren 13. Kondensatet 10 får därigenom en ammoniakhalt som enligt idag gällan- de miljökrav kan vara för hög för att tillåtas släppas ut i avloppssystemet.

Från kondensorn 13 leds rökgaser 12 till den regenerativa värrneväxlaren 16, som på samma sätt som i Figur 1 innefattar en rotor med vertikalt löpande ka- naler med en gassida 22, genom vilken rökgasen 12 passerar, och en luftsida 21, genom vilken förbränningsluften 17 passerar i motsatt riktning. I den visade utfö- ringsformen leds rökgaserna 12 uppifrån och ner genom den ena rotorhalvan och förbränningsluft 17 tillförs den andra rotorhalvan, motströms rökgaserna. Rökga- serna innehåller en viss halt, exempelvis 10-20 %, vattenånga och har en tempe- ratur av exempelvis 45-55°C vid gassidans inloppssida medan förbränningsluften har en temperatur som uppgår till exempelvis 20-25°C vid luftsidans inloppssida.

Förbrånningsluften 17 uppfuktas och uppvärms således av rökgasen vid passagen genom värmeväxlaren.

Det arnmoniakhaltiga kondensatet 10 leds från kondensorn 13 till den regenerativa värrneväxlaren, eventuellt under tillsättning av en bas 19 för höjning av pH-värdet till minst 8, företrädesvis 10. Kondensatet 10 som har en förhöjd tem- peratur som uppgår till exempelvis 45-55°C leds till dysor 18 som företrädesvis är uppåtriktade och anordnade i värmeväxlarens nedre del och på dess luftsida, dvs vid förbränningsluftens 17 ingångssida. Understödd av tillförd tryckluft 20 spolas det ammoniakhaltiga kondensatet 10 genom dysorna 18 i riktning uppåt, varvid en fin vattendimma erhålles. Vattendimman uppfuktar rotorns omfångsrika och sarn- manlagt stora vårmeväxlarytor och belägger kanalytorna med en vattenfilm, varvid ammoniaken i kondensatet effektivt avdrives och överförs till den uppvärmda och uppfuktade förbränningsluften 17 som passerar genom rotorn på dess luftsida.

Genom att spolningen sker medströms förbränningsluften och en tunn vattenfilm bildas på rotorns stora värmeväxlaryta, blir avdrivningen mycket effektiv och upp- går till över 70 %. Detta innebär att idag gällande reningskrav mycket väl kan upp- fyllas.

Det ammoniakreducerade eller -befriade restkondensatet 10 uppsarnlas vid luftsidans 21 inloppssida och / eller vid gassidans 22 utloppssida. Rökgasflödet genom rotorns gassida påverkar och underlättar att restkondensatet frigörs från de trånga värmeväxlarkanalerna. Detta medför att också kondensatets temperatur re- duceras vid passagen genom den regenerativa värmeväxlaren så att ett utgående kondensat erhålles som har en reducerad temperatur som kan uppgå till ca 25- °C. Det utgående kondensatet kan därför släppas direkt till avloppssystemet, vilket inte tillåter höga temperaturer på avloppsvattnet. Den från rotorn 16 utgå- 521 274 ende rökgasen 12 har låg eller obefintlig halt av vattenånga och en temperatur av ca -30°C och kan ledas vidare direkt till skorstenen. Den arnmoniakhaltiga, upp- värmda och uppfuktade förbränningsgasen 17 leds vidare frå den regenerativa värmeväßclaren direkt till förbränningsanläggningen 11. Halten vattenånga har så- ledes höjts vid förbränningen i pannan med påföljd att rökgasen som lämnar pan- nan får en högre daggpunkt. När rökgasen leds vidare in i rökgaskylaren erhålles en ökad kondensering och därmed en ökad värmeleverans till fjärrvärmenätet.

Genom det i anläggningen enligt Figur 2 genomförda förfarandet uppnås att kväveoxidavskiljning kan genomföras med obegränsat ammoniaktillskott, vari- genom eftersträvad kväveoxidreduktion kan uppnås. Dessutom uppnås att i pro- cessen bildad ammoniak och eventuellt tillfört överskott som inte omsatts av kväve- oxiderna kan återföras till förbränningsanläggningen. Anläggningens förbrukning av ammoniak reduceras således.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till ovan beskrivna utförings- exempel utan flera tänkbara modifikationer av uppfinningen är möjliga inom ramen för patentkraven. Exempelvis kan rökgasen tillföras den regenerativa värmeväxlaren i riktning nerifrån och upp under det att förbränningsluften således tillförs värme- växlaren i motsatt riktning, dvs uppifrån och ner.

Claims (12)

521 274 Patentkrav

1. Förfaraiide för rökgaskondensering vid iörbränning av 'uåtehaltiga eller fuktiga bränslen, företrädesvis i fjårrvårmeanlåggningar, och speciellt för att redu- cera ammoniakhalten i kondensatet som bildas vid kondenseringen, varvid rökga- serna (12) genomgår en första kylning i en rökgaskondensor (13), i vilken ett kon- densat (10) bildas, samt en efterföljande kylning i en roterande regenerativ värme- våxlare (16), med en luftsida (21) genom vilken förbrånningsluft (17) till förbrän- ningsanläggningen (11) passerar i en riktning och en gassida (22) genom vilken rökgasen (12) från förbränningsanlåggningen (11) passerar i en motsatt riktning, kännetecknat av att kondensatet (10) från kondensorn (13) tillförs den regenera- tiva värmeväxlaren (16) och spolas på luftsidan (21) i form av en vattendimma och uppsamlas och leds till avloppssystemet från luftsidans (21) inloppsdel och/ eller gassidans (22) utloppsdel på värmeväxlaren (16), varvid arnmoniakhalten i kon- densatet (10) reduceras mellan kondensatets inflöde respektive utflöde i den rege- nerativa värrneväxlaren ( 16) .

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att kondensatets (10) temperatur reduceras mellan kondensatets inflöde respektive utflöde i den regene- rativa värmeväxlaren (16).

3. Förfarande enligt något av patentkraven 1-2, kännetecknat av att för- bränningsluften (17) passerar den regenerativa vårmeväxlarens luftsida (21) i rikt- ning nerifrån och upp.

4. Förfarande enligt något av patentkraven l-3 , kännetecknat av att kon- densatet (10) spolas på luftsidan genom dysor (18) med hjälp av tillförd tryckluft (20).

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4, kännetecknat av att kon- densatet (10) tillföres vårmeväxlarens luftsida (21) medströms förbränningsluften (17).

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att kondensatet bildar en vattenfilm på kanalvàggarna på luftsidan (21) i den regene- rativa vårmeväxlaren ( 16) från vilken ammoniak avdrivs och överförs till förbrän- ningsluften (17). U” "c m I\J \') -ß 7

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att kondensatets (10) pH-värde ökas till minst 8, företrädesvis 10, innan det tillförs den regenerativa vetrmenfaxlaren (16).

8. Anläggning för rökgaskondensering vid förbränning av vätehaltiga och fuktiga bränslen, företrädesvis i fjärrvärmeanläggningar, och speciellt för reducering av ammoniakhalten i kondensatet som bildas vid kondenseringen, van/id anlägg- ningen innefattar en rökgaskondensor (13), i vilken rökgaserna (12) från förbrän- níngsanläggningen (11) genomgår en första kondensering varvid ett kondensat (10) bildas, samt en roterande regenerativ värmeväxlare (16) med en gassida (22), genom vilken rökgasen (12) från rökgaskondensorn (13) passerar i en första riktning, och en luftsida (2 1), genom vilken förbränningsluft (17) till förbränningsanläggningen (11) passerar i en motsatt riktning, kännetecknad av att kondensatet (10) från rök- gaskondensorn (13) tillförs den regenerativa värmeväxlarens luftsida (2 1) genom dysor ( 18) som är väsentligen uppåtriktade och anordnade i den regenerativa vär- meväxlarens (16) underdel.

9. Anläggning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att rökgasen (12) från rökgaskondensorn (13) är anordnad att passera rotorns gassida (22) i riktning upp- ifrån och ner medan förbränningsluften (17) till brännaren är anordnad att passera rotorns luftsida (21) i riktning nerifrån och upp.

10. Anläggning enligt något av patentkraven 8-9, kännetecknad av att kon- densatet (10) med hjälp av tillförd tryckluft genom dysorna (18) är anordnat att bil- da en vattendimma på värmeväxlarens luftsida (2 1).

11. Anläggning enligt patentkrav 10, kännetecknad av att ammoniak- och temperaturreducerat kondensat (10) uppsamlas och leds till avloppssystemet från luftsidans (21) inloppsdel och/ eller gassidans (22) utloppsdel i värmeväxlarens nederdel.

12. Anläggning enligt patentkrav 1 1, kännetecknad av att kvarvarande rest- kondensat i rotorns kanaler på gassidan (22) är anordnat att frigöras från rotorn med hjälp av rökgasflödet och att uppsamlas vid gassidans (22) utloppsdel.