SK500912011U1 - Method and system for processing of flue gas heat source - Google Patents

Method and system for processing of flue gas heat source Download PDF

Info

Publication number
SK500912011U1
SK500912011U1 SK50091-2011U SK500912011U SK500912011U1 SK 500912011 U1 SK500912011 U1 SK 500912011U1 SK 500912011 U SK500912011 U SK 500912011U SK 500912011 U1 SK500912011 U1 SK 500912011U1
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
heat
flue gas
heat source
thermocapacitor
heating medium
Prior art date
Application number
SK50091-2011U
Other languages
English (en)
Other versions
SK6120Y1 (sk
Inventor
Julius Lukovics
Jozef Konczer
Ernest Szabo
Tomas Potasch
Original Assignee
Heloro S. R. O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heloro S. R. O. filed Critical Heloro S. R. O.
Priority to SK50091-2011U priority Critical patent/SK6120Y1/sk
Publication of SK500912011U1 publication Critical patent/SK500912011U1/sk
Publication of SK6120Y1 publication Critical patent/SK6120Y1/sk
Priority to CZ201226344U priority patent/CZ24883U1/cs
Priority to FI20124193U priority patent/FI9994U1/fi
Priority to HU20121200181U priority patent/HU4233U/hu
Priority to PL121347U priority patent/PL121347U1/pl
Priority to LU92073A priority patent/LU92073B1/en
Priority to DKBA201200135U priority patent/DK201200135U3/da
Priority to FR1258668A priority patent/FR2979974B3/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D12/00—Other central heating systems
    • F24D12/02—Other central heating systems having more than one heat source
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/50—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/70—Condensing contaminants with coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2900/00—Special arrangements for conducting or purifying combustion fumes; Treatment of fumes or ashes
    • F23J2900/15061—Deep cooling or freezing of flue gas rich of CO2 to deliver CO2-free emissions, or to deliver liquid CO2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/04—Gas or oil fired boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F24D2200/18—Flue gas recuperation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F24D2200/26—Internal combustion engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chimneys And Flues (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

Spôsob a systém spracovania spalín tepelného zdroja
Oblasť techniky
Úžitkový vzor sa týka spôsobu a systému spracovania spalín, ktoré vznikajú pri spaľovacom procese v teplárňach, kogeneračných jednotkách, elektrárňach a podobne, kde sa spaľuje plynné palivo, predovšetkým zemný plyn alebo metán, bioplyn, geotermálny plyn alebo iné plynné zmesi obsahujúce vodík. Úžitkový vzor opisuje efektívnejšie a netradičné využitie plynného paliva na vykurovanie, spaliny sa spracovávajú s cieľom získať z nich ďalšie využiteľné teplo a prípadne tiež s cieľom odstrániť z nich CO2.
Doterajší stav techniky
Sú známe plynové kotle, ktoré využívajú kondenzačné teplo. Pri spaľovaní zemného plynu CH4 alebo propánu C3H8 alebo iného plynného paliva horí vodík H2, ktorý je obsiahnutý v týchto plynoch. Horením vodíka H2 sa spolu s oxidom uhličitým CO2 vytvára aj vodná para. Ochladením spalín pod rosný bod dôjde ku kondenzácii vodnej pary H2O obsiahnutej v spalinách a k uvoľneniu kondenzačného tepla. Plyn s objemom lm3 obsahuje približne 0,17 kg vodíka H2, jeho spálením vznikne 1,54 kg vody H2O v podobe cca 2m3 vodnej pary. Pri výpamom teple vody 2 499 kJ/kg predstavuje skondenzovanie tejto pary 3 848,5 kJ latentného tepla. Známe riešenia kondenzačných kotlov pracujú tak, že vykurovacie médium vo vratnej vetve má teplotu dostatočne nižšiu ako je rosný bod, čo je pri bežných spaľovacích podmienkach menej ako 57 °C. Teplota vykurovacieho média vo vratnej vetve kondenzačného kotla by mala byť v rozmedzí 35 až 40 °C. Takéto riešenie je nepoužiteľné pri centrálnom vykurovaní, kde tepláreň pracuje s oveľa teplejším vykurovacím médiom vo vratnej vetve.
Známe zapojenie termokondenzátorov do odvodu spalín kotlov centrálneho vykurovania má nevýhodu v tom, že spaliny nie je možné ochladiť pod teplotu vratnej vetvy. Čiastočná kondenzácia začína už pri teplote spalín pod 70 °C, avšak efektívne i
využitie merného skupenského tepla nastáva až pri teplote pod rosným bodom. Čím viac sa podarí vychladiť spaliny a čím intenzívnejšie prebieha kondenzácia vodnej pary zo spalín, tým viac zvyškového tepla môžeme využiť. Teraz používané termokondenzátory zapojené vo vedení spalín kotlov centrálneho kúrenia v podstate len zvyšujú teplovýmennú plochu kotlov. Podobne riešenia opísané vo zverejnených patentových prihláškach FR2921717A1, CN1865815A neriešia vytvorenie dostatočného teplotného gradientu na termokondenzátore.
Je žiadané také riešenie, ktoré pri rôznych, aj vyšších teplotách vratnej vetvy umožní schladzovať spaliny a využívať ich na vykurovanie, zároveň by vyšší stupeň ochladzovania spalín mohol napomáhať následnému odlučovaniu CO2v kvapalnej forme.
Podstata vynálezu
Nedostatky doterajšieho stavu techniky podstatným spôsobom odstraňuje spôsob spracovania spalín vznikajúcich spaľovaním plynného paliva v tepelnom zdroji, predovšetkým spalín z plynného paliva ako je zemný plyn, metán, bioplyn, geotermálny plyn alebo iný plyn obsahujúci vodík, kde tepelný zdroj odovzdáva teplo do vykurovacieho média na výstupnej vetve a vykurovacie médium sa vratnou vetvou vracia k tepelnému zdroju podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že spaliny po výstupe z tepelného zdroja sú v kondenzátore ochladené na teplotu, ktorá je nižšia ako rosný bod spalín a zároveň je nižšia ako teplota vratnej vetvy vykurovacieho média, ochladením dochádza ku kondenzácií vodnej pary a vysušeniu spalín. Termokondenzátor je špecifickým typom tepelného výmenníka, ktorý je prispôsobený na agresívne pôsobeniu kondenzátu vyzrážaného zo spalín.
Toto ochladenie spalín pod teplotu vratnej vetvy nie je možné vykonať tepelným výmenníkom pracujúcim s vykurovacím médiom vo vratnej vetve, naopak je potrebný dostatočný tepelný gradient, čo na prvý pohľad vyvoláva technické komplikácie. Centrálne tepelné zdroje pracujú s relatívne vysokou teplotou vratnej vetvy a pri takejto teplote nie je možné ani pri veľkých teplovýmenných plochách dosiahnuť kondenzáciu spalín s priamym využitím vratnej vetvy. V princípe aj pri zvýšení teploty výstupnej a následne aj teploty vratnej vetvy v klasických kondenzačných kotloch, napríklad pri zvýšených tepelných stratách vykurovaného objektu, dochádza k reálnemu zníženiu účinnosti kondenzačných kotlov, ktoré sú v určené hlavne pre nízkoteplotné vykurovanie.
V prípade centrálneho vykurovania podľa tohto technického riešenia budú spaliny z tepelného zdroja ochladzované v termokondenzátore, ktorého chladiaci okruh nebude priamo prepojený s vratnou vetvou vykurovacieho média. Opísané ochladenie má dve hlavné, vzájomne kombinovateľné výhody. Ochladením v termokondenzátore sa uvoľní teplo a zároveň sa môže z vysušených spalín ďalším schladením odstraňovať CO2, ktorý je považovaný za skleníkový plyn a ktorého uvoľňovanie do ovzdušia sa sankcionuje na rôznych úrovniach. Vykurovacie médium má zvyčajne podobu upravenej vody.
Uvoľnené teplo v termokondenzátore je vo vzťahu k vykurovaciemu médiu nízkoteplotné a nie je ho možné priamo presunúť do vratnej vetvy, preto vo výhodnom riešení bude termokondenzátor schladzujúci spaliny napojený na tepelné čerpadlo tak, že teplo z termokondenzátora je cez teplonosné médium privádzané na vstup tepelného čerpadla, ktorým je teplo prenášané do vratnej vetvy vykurovacieho média. Týmto spôsobom sa dosiahne predohrev vykurovacieho média pred vstupom do hlavného tepelného zdroja. Tepelné čerpadlo bude vo výhodnom usporiadaní pracovať tak, že nízkoteplotný okruh na vstupe tepelného čerpadla bude uzavretý v slučke s termokondenzátorom, ale zároveň bude v tomto okruhu zapojený regulovateľný trojcestný ventil a obehové čerpadlo, ktoré bude privádzať teplonosné médium aj z iného zdroja nízkopotencionálneho tepla.
Spaliny ochladené v termokondenzátore môžu byť na jeho výstupe čiastočne ohrievané v druhom tepelnom výmenníku, ktorý môže byť prepojený s prvým tepelným výmenníkom zaradeným pred termokondenzátorom. Aj v prípade, že by sa spaliny ohrievali na pôvodnú teplotu, akú mali pred vstupom do termokondenzátora, je tepelná bilancia pozitívna, keďže v suchých spalinách sa už v podstate nenachádza voda, nie je teda potrebné ju zohrievať naspäť. Výhodné bude spaliny zohrievať len čiastočne a to tesne nad teplotu rosného bodu, aby ani prípadné vodné zvyšky nemali snahu kondenzovať v komíne. Za druhým tepelným výmenníkom môže byť zaradený ešte spalinový ventilátor.
Podstatnou výhodou preloženého riešenia je možnosť odstraňovať z vysušených spalín CO2 , napríklad skvapalňovaním. Odlučovač CO2 môže byť zapojený za termokondenzátorom, prípadne za druhým tepelným výmenníkom.
Obzvlášť výhodne bude usporiadanie, kedy tepelný zdroj alebo aspoň časť tepelného zdroja je tvorená kogeneračnou jednotkou, ktorá vyrába elektrickú energiu a zároveň teplo. Vyrobená elektrická energia môže byť využitá na pohon tepelného čerpadla ako aj na napájanie ostatných regulačných prvkov a obehových čerpadiel.
Radenie jednotlivých stupňov predohrevu vartnej vetvy môže mať rôzne usporiadenie, napríklad tak, že najskôr sa bude vykurovacie médium zohrievať tepelným čerpadlom, potom odpadovým teplom z kogeneračnej jednotky a následne priamo spalinami v prvom tepelnom výmenníku typu plyn / tekutina. Takéto poradie je výhodne z hľadiska potrebných teplotných gradientov, v princípe je však možné aj iné poradenie alebo vynechanie niektorého typu predohrevu pri zachovaní podstaty predloženého technického riešenia.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Technické riešenie je bližšie vysvetlené na príkladoch podľa obrázkov 1 až 4.
Na obrázku 1 je schematický pohľad na zaradenie termokondenzátora vo výstupe spalín z kotla spolu s dvoma tepelnými výmenníkmi a spalinovým ventilátorom, kde termokondenzátor odovzdáva teplo tepelnému čerpadlu.
Na obrázku 2 je schematický pohľad na zaradenie odlučovača vo výstupe spalín z kotla spolu s dvoma tepelnými výmenníkmi a spalinovým ventilátorom.
Na obrázku 3 je znázornená celková schéma zapojenia klasického vykurovacieho kotla s kogeneračnou jednotkou a tepelným čerpadlom, ktoré je poháňané elektrickou energiou z kogeneračnej jednotky.
Na obr. 4 je znázornené zapojenie kogeneračnej jednotky s termokondenzátorom bez kotla.
Príklady uskutočnenia technického riešenia
Príklad 1
V tomto príklade podľa obrázkov 1 a 3 je opísané zapojenie v centrálnej teplárni, ktoré tvorí systém spracovania spalín tepelného zdroja 2. Tepelný zdroj 2 je pritom tvorený plynovým kotlom 7, prípadne kaskádovo zapojenými viacerými plynovými kotlami 7 na zemný plyn a kogeneračnou jednotkou 8, ktorá tiež spaľuje zemný plyn.
Spaliny z kogeneračnej jednotky 8 a z plynových kotlov 7 sú vedené do spoločného vedenia 5 spalín, v ktorom je zaradený prvý platňový tepelný výmenník 10 typu plyn/tekutina. V tomto prvom tepelnom výmenníku 10 dochádza k prenosu tepla do vykurovacieho média pri teplotách nad teplotou vratnej vetvy 4. Za ním sa nachádza termokondenzátor X, ktorý je schopný vychladiť spaliny pod teplotu vratnej vetvy 4 vykurovacieho média, keďže nie je napojený na relatívne teplú vratnú vetvu 4, ale je napojený na tepelné čerpadlo 9. Z termokondenzátora X sa odvádza teplo samostatným okruhom s teplonosným médiom 20 do tepelného čerpadla 9, kde sa toto nízkopotencionálne teplo prečerpáva na vyššiu teplotu, teraz už využiteľnú vo vykurovacom systéme. Vo výhodnom nastavení bude výstup tepelného čerpadla 9 zohrievať vratnú vetvu 4 vykurovacieho média, keďže týmto spôsobom sa dosiahne lepší teplotný gradient na príslušnom výmenníku 12 typu tekutina/tekutina. V tomto príklade je ako vykurovacie médium a ako teplonosné médium 20 použitá upravená voda.
Keďže počiatočné teplotné pomery na výstupe z termokondenzátora X nebudú pre štartovanie tepelného čerpadla 9 zvyčajne vyhovujúce, je inak uzavretý okruh s teplonosným médiom 20 a s obehovým čerpadlom 13 doplnený o trojcestný ventil 14 aje napojený na iný zdroj 16 nízkopotencionálneho tepla, napríklad v podobe zásobníka, nádrže, studne, rieky a podobne. Po spustení systému sa trojcestným ventilom 14 a pripojením na zdroj upravenej vody reguluje vstupná teplota teplonosného média 20 tak, aby tepelné čerpadlo 9 pracovalo v efektívnej zóne svojej charakteristiky. Po konsolidácií teplotných pomerov tepelné čerpadlo 9 na vstupe pracuje výhradne s teplonosným médiom 20 v uzavretom okruhu s termokondenzátorom L·
V spalinovej vetve v tomto príklade je za termokondenzátorom j_ zaradený odlučovač 6 CO2 . Mohol by byť zaradený aj v inej časti odťahu vysušených spalín, v tomto bode sú však spaliny v podstate najstudenšie a preto odlučovač 6 pracujúci na princípe skvapalnenia CO2 tu bude pracovať najúčinnejšie. Použitie odlučovača 6 CO2 nie je pritom nevyhnutné, len zlepšuje celkové úžitkové vlastnosti zapojenia.
Za odlučovačom 6 CO2 je ešte druhý tepelný výmenník 11 typu plyn/tekutina. Úlohou druhého tepelného výmeníka je zohriať vysušené spaliny na teplotu nad rosný bod. Prvý tepelný výmenník 10 je zapojený do série s druhým tepelným výmenníkom 11 a výstupy z tohto zapojenia sú zaústené do vratnej vetvy 4 vykurovacieho média, výhodne až za pripojením tepelných výmenníkov 12 od tepelného čerpadla 9 a od kogeneračnej jednotky 8 . Spaliny teda najskôr odovzdajú časť svojho tepla v prvom tepelnom výmenníku 10 a toto teplo je využité na ohrev vratnej vetvy 4 resp. na neskoršie zohriatie spalín ochladených a vysušených v termokondenzátore L Nízkopotencionálne teplo, ktoré získame zo spalín v termokondenzátore i vrátane kondenzačného tepla vodnej pary, je zdrojom tepla na vstupe tepelného čerpadla 9.
Za druhým tepelným výmenníkom 11 vo vedení 5 spalín je umiestnený spalinový ventilátor 15, ktorý zlepšuje ťah v komíne. Ťah v komíne zlepšuje aj ohrievanie vysušených spalín v druhom tepelnom výmenníku 11.
V tomto príklade je kogeneračná jednotka 8 tvorená klasickým spaľovacím motorom upraveným na pohon plynným palivom 19, ktorým je zemný plyn, pričom spaliny sú zaústené do spoločného spalinového vedenia 5. Kogeneračná jednotka 8. vytvára teplo, ktoré je odvádzané do vratnej vetvy 4. Môže sa jednať o priame zapojenie alebo vo výhodnom usporiadaní podľa tohto príkladu o oddelený okruh, ktorý je cez tepelný výmenník 12 tekutina/tekutina pripojený k vratnej vetve 4 vykurovacieho média. Obeh v okruhu tepelný výmenník - kogeneračná jednotka 8 bude zabezpečený obehovým čerpadlom 13. Obehové čerpadlo 13 môže byť použité aj na strane pripojenia tepelného výmenníka 12 k vratnej vetve 4. S ohľadom na hydraulické pomery v potrubí a v tepelnom výmenníku 12 bude toto obehové čerpadlo zabezpečovať aj regulačnú funkciu bez potreby zapojenia klasických ventilov 17. Klasické ventily 17 môžu byť umiestnené ako bypass pri prvom tepelnom výmenníku 10, ako bypass pri výmenníku 12 tepelného čerpadla 9, na pripojení iného zdroja 16 nízkopotencionálneho tepla a na iných miestach.
Kogeneračná jednotka 8 je svojím elektrickým výstupom pripojená do verejného rozvodu 18 elektrickej energie, k čomu slúžia známe zapojenia regulačných, synchronizačných prvkov a prípadne transformátor. V rámci potrieb teplárne je elektrický výstup z kogeneračnej jednotky 8 použitý na elektrické napájanie všetkých systémov vrátane tepelného čerpadla 9, obehových Čerpadiel 13 a regulačných prvkov.
Priebehy teplôt, teplotných gradientov v jednotlivých častiach zapojenia môžeme v tomto príklade opísať nasledovne. Centrálna tepláreň napája svojím teplom sídliska v meste, pričom vo vratnej vetve 4 na vstupe do teplárne má vykurovacie médium teplotu 50 °C. V bežnom zapojení by kotol 7 na plynné palivo 19 musel vykurovacie médium teplé 50 °C zohriať na 75 °C požadovaných vo výstupnej vetve 3 len v rámci priameho vykurovania v kotli. Prvé odbočenie vo vratnej vetve 4 predstavuje napojenie tepelného výmenníka 12 vo vetve tepelného čerpadla 9. Regulovaný obtok tohto napojenia je zabezpečený ventilom 17. V tepelnom výmenníku 12 sa vykurovacie médium zohreje na 52 °C a to vďaka teplotnému spádu 55 °C / 50 °C na strane tepelného čerpadla 9. Tepelné čerpadlo 9 je teda schopné predohriať vratnú vetvu o 2 °C. V okruhu medzi tepelným čerpadlom 9 a tepelným výmenníkom 12 je zaradené obehové čerpadlo 13.
Ďalej je vo vratnej vetve 4 cez obehové čerpalo 13 pripojený výmenník 12 zo strany kogeneračnej jednotky 8. Z kogeneračnej jednotky 8 vystupujú spaliny teplé 60 °C. Z kogeneračnej jednotky 8 vystupuje tiež teplonosné médium teplé 78 °C, ktoré po odovzdaní tepla vychádza z tepelného výmenníka 12 s teplotou 56 °C. Tento teplotný spád zabezpečí zohriatie vykurovacieho média z 52 °C na 55 °C. Následne je k vratnej vetve 4 pripojený vstup a výstup prvého a druhého tepelného výmenníka 10, 11, ktoré sú vzájomne sériovo zapojené. Vykurovacie médium s teplotou 55 °C najskôr za pomoci obehového čerpadla 13 vstupuje do druhého tepelného výmenníka 11, kde zohrieva spaliny, výstup z druhého tepelného výmenníka H. je spojený so vstupom do prvého tepelného výmenníka 10, kde sa vykurovacia voda zohrieva ešte horúci spalinami pred ich vstúpením do termokondenzátora L Tu sa vykurovacie médium zohrieva na 57 °C a vracia sa naspäť do vratnej vetvy 4 s teplotou 56 °C (rozdiel medzi 56 °C a 57 °C je tvorený tepelnými stratami).
Do kotla 7 vstupuje vykurovacie médium predohriate na 56 °C, čo predstavuje významnú tepelnú úsporu systému, kedy kotol 7 vyhrieva vykurovacie médium vo výstupnej vetve s podstatne menším priamo uvoľneným teplom. Zjednodušene sa dá uviesť, že v tomto príklade sme ušetrili energiu, ktorá zodpovedá zohriatiu vykurovacieho média z 50 °C na 56 °C. V samostatnom okruhu tepelného čerpadla 9 obieha teplonosné médium, pričom priamo na vstupe má teplotný spád 10 °C / 18 °C. Na výstupe z termokondenzátora ije pritom teplotný gradient 10 °C / 31 °C. Vhodnú reguláciu teploty pritom zabezpečuje trojcestný ventil 14. Na príklade týchto teplôt vidíme výhodnosť navrhnutého usporiadania, kedy chladiaca vetva termokondenzátora i je napájaná teplonosným médiom o teplote len 10 °C, čo zaručuje dostatočný teplotný gradient, ktorý nie je možné dosiahnuť pomocou vykurovacieho média teplého najmenej 50 °C.
Všetky teploty uvádzané v tomto príklade je potrebné považovať za príklad, ktorý sa môže odlišovať od iných príkladov aj viac ako v rozsahu +- 10°C, pričom je dôležitá skôr vzájomná úroveň teplotných hladín ako konkrétna hodnota. Preto je nutné uvedené hodnoty teplôt brať ako príklad, ktorý nezužuje rozsah ochrany len na uvedené hodnoty.
Príklad 2
V tomto príklade podľa obrázkov 2 a 4 je opísané zapojenie s kogeneračnou jednotkou 8, ktorá je poháňaná plynným palivom, v tomto príklade bioplynom a tvorí tiež tepelný zdroj 2. Oproti predchádzajúcemu príkladu nie je v tomto zapojení tepelné čerpadlo 9, ale spaliny po prechode cez prvý tepelný výmenník 10 sú vedené do odlučovača 6 CO2, kde sú schladené pod úroveň teploty vratnej vetvy 4 vykurovacieho média a to na úroveň skvapalnenia CO2. Následne sú vysušené spaliny zohriate v druhom výmenníku 11 a cez spalinový ventilátor 15 sú vypustené do ovzdušia. V princípe je takéto usporiadanie možné skombinovať aj so zapojením kotla na plynné palivo, konkrétne zapojenie bude ovplyvnené pomerom požadovaného elektrického a tepelného výkonu.
Priemyselná využiteľnosť
Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto technického riešenia je možné priemyselne a opakovane využívať teplo zo spalín tepelného zdroja a výhodne aj odlučovať zo spalín CO2. Zapojenie s tým súvisiaci spôsob zvyšuje tepelnú účinnosť systému a zvyšuje technickú využiteľnosť plynného paliva.

Claims (22)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    1. Spôsob spracovania spalín vznikajúcich spaľovaním plynného paliva (19) v tepelnom zdroji (2), predovšetkým spalín z plynného paliva (19) obsahujúceho vodík, kde tepelný zdroj (2) odovzdáva teplo do vykurovacieho média na výstupnej vetve (3) a vykurovacie médium sa vratnou vetvou (4) vracia k tepelnému zdroju (2) vyznačujúci sa tým, že spaliny po výstupe z tepelného zdroja (2) sú v termokondenzátore (1) ochladené na teplotu, ktorá je nižšia ako rosný bod spalín a zároveň je nižšia ako teplota vratnej vetvy (4) vykurovacieho média, pri ochladení dochádza aspoň ku čiastočnej kondenzácií vodnej pary, k uvoľneniu tepla zo spalín a k aspoň čiastočnému vysušeniu spalín.
  2. 2. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že spaliny sa ochladzujú na teplotu v rozsahu 10 °C až 50 °C, výhodne 25 °C až 40 °C.
  3. 3. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že spaliny sa ochladzujú až na alebo pod teplotu skvapalnenia CO2 a zo spalín vypúšťaných do ovzdušia sa odlúči CO2.
  4. 4. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3 vyznačujúci sa tým, že teplo zo spalín, výhodne prostredníctvom termokondenzátora (1), sa odvedie do tepelného Čerpadla (9), ktoré svojím výstupom zohrieva vykurovacie médium, výhodne vo vratnej vetve (4) vykurovacieho média.
  5. 5. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 4 vyznačujúci sa tým, že spaliny sa ešte pred termokondenzátorom (1) vedú cez prvý tepelný výmenník (10), ktorý zohrieva vykurovacie médium vo vratnej vetve (4).
    n
  6. 6. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5 vyznačujúci sa tým, že aspoň časť tepelného zdroja (2) je tvorená kogeneračnou jednotkou (8), ktorá vyrába elektrickú energiu.
  7. 7. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 6 vyznačujúci sa tým, že aspoň časť vyrobenej elektrickej energie je použitá na pohon tepelného čerpadla (9) a/alebo regulačných prvkov a/alebo obehových čerpadiel (13).
  8. 8. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7 vyznačujúci sa tým, že kogeneračná jednotka (8) vykuruje svojím odpadovým teplom vykurovacie médium, výhodne vo vratnej vetve (4) a výhodne cez tepelný výmenník (12) s obehovým čerpadlom (13).
  9. 9. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8 vyznačujúci sa tým, že spaliny po výstupe z termokondenzátora (1) sú ohrievané v druhom tepelnom výmenníku (11), výhodne nad teplotu rosného bodu spalín alebo k teplote rosného bodu spalín.
  10. 10. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 9 vyznačujúci sa tým, že teplo použité na zohrievanie spalín po výstupe z termokondenzátora (1) je získavané z prvého tepelného výmenníka (10), ktorý je zaradený pred termokondenzátorom (1) alebo z vykurovacieho média vo vratnej vetve (4).
  11. 11. Spôsob spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 4 až 10 vyznačujúci sa tým, že teplonosné médium medzi termokondenzátorom (1) a tepelným čerpadlom (9) sa premiešava vzájomne cez trojcestný ventil (14) alebo sa premiešava s teplonosným médiom z iného zdroja (16) nízkopotencionálneho tepla.
  12. 12. Systém spracovania spalín vznikajúcich spaľovaním plynného paliva (19) v tepelnom zdroji (2), predovšetkým spalín z plynného paliva (19) obsahujúceho vodík, kde tepelný zdroj (2) je pripojený k výstupnej a vratnej vetve (3, 4) vykurovacieho média v y z n a č u j ú c i sa t ý m , že vo vedení (5) spalín je zapojený tepelný prvok s teplovýmennou plochou ochladenou na teplotu nižšiu ako je teplota vratnej vetvy (4) vykurovacieho média, výhodne je tento tepelný prvok súčasťou termokondenzátora (1).
  13. 13. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 12 vyznačujúci sa tým, že vo vedení (5) spalín, výhodne v časti odťahu už aspoň čiastočne vysušených spalín, je zaradený odlučovač (6) CO2 pracujúci na princípe schladzovania.
  14. 14. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 12 alebo 13 vyznačujúci sa tým, že termokondenzátor (1) je pripojený k vstupu tepelného čerpadla (9) a výstup tepelného čerpadla (9) je pripojený na zohrievanie vratnej vetvy (4) vykurovacieho média.
  15. 15. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 14 vyznačujúci sa tým, že výstup tepelného čerpadla (9) je pripojený k vratnej vetve (4) vykurovacieho média prostredníctvom tepelného výmenníka (12).
  16. 16. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 12ažl5vyznačujúci sa tým, že tepelný zdroj (2) je tvorený kotlom (7) na plynné palivo a/alebo kogeneračnou jednotkou (8), ktorej výstupný elektrický rozvod (18) je pripojený k tepelnému čerpadlu (9) ako zdroj elektrickej energie.
  17. 17. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 17 vyznačujúci sa tým, že chladenie kogeneračnej jednotky je pripojené na zohrievanie vykurovacieho média, výhodne vo vratnej vetve (4) cez tepelný výmenník (12).
  18. 18. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 14 až 17 vyznačujúci sa tým, že na okruh s teplonosným médiom (20) medzi tepelným čerpadlom (9) a termokondenzátorom (1) je pripojený cudzí zdroj (16) nízkopotencionálneho tepla.
  19. 19. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa nároku 18 vyznačujúci sa tým, že v okruhu s teplonosným médiom (20) je zaradený trojcestný ventil (14).
  20. 20. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov
    5 12 až 19 vyznačujúci sa tým, že vo vedení (5) spalín je zaradený prvý tepelný výmenník (10) a to pred termokondenzátorom (1) a/alebo pred odlučovačom (6) CO2, za termokondenzátorom (1) a/alebo za odlučovačom (6) CO2 je zaradený druhý tepelný výmenník (11), oba tepelné výmenníky (10, 11) sú pripojené na vratnú vetvu (4) vykurovacieho média, výhodne sú vzájomne
    10 sériovo zapojené.
  21. 21. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 12 až 20 vyznačujúci sa tým, že vo vedení (5) spalín je zaradený spalinový ventilátor (15).
  22. 22. Systém spracovania spalín tepelného zdroja (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov
    15 12 až 21 v y z n a č u j ú c i sa tým, že má aspoň jedno obehové čerpadlo (13) a aspoň jeden ventil (17).
SK50091-2011U 2011-09-14 2011-09-14 Method and system for processing of flue gas heat source SK6120Y1 (sk)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50091-2011U SK6120Y1 (sk) 2011-09-14 2011-09-14 Method and system for processing of flue gas heat source
CZ201226344U CZ24883U1 (cs) 2011-09-14 2012-07-02 Systém zpracování spalin tepelného zdroje
FI20124193U FI9994U1 (fi) 2011-09-14 2012-09-13 Järjestelmä polttokaasujen käsittelemiseksi
HU20121200181U HU4233U (en) 2011-09-14 2012-09-13 Solid-waste recycling system
PL121347U PL121347U1 (pl) 2011-09-14 2012-09-14 System przetwarzania spalin zródla ciepla
LU92073A LU92073B1 (en) 2011-09-14 2012-09-14 Method and system of heat source combustion gases processing
DKBA201200135U DK201200135U3 (da) 2011-09-14 2012-09-14 Varmekildesystem til behandling af forbrændingsgasser
FR1258668A FR2979974B3 (fr) 2011-09-14 2012-09-14 Procede et systeme de traitement de gaz de combustion d'une source de chaleur

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50091-2011U SK6120Y1 (sk) 2011-09-14 2011-09-14 Method and system for processing of flue gas heat source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK500912011U1 true SK500912011U1 (sk) 2011-12-05
SK6120Y1 SK6120Y1 (sk) 2012-05-03

Family

ID=45035351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50091-2011U SK6120Y1 (sk) 2011-09-14 2011-09-14 Method and system for processing of flue gas heat source

Country Status (8)

Country Link
CZ (1) CZ24883U1 (sk)
DK (1) DK201200135U3 (sk)
FI (1) FI9994U1 (sk)
FR (1) FR2979974B3 (sk)
HU (1) HU4233U (sk)
LU (1) LU92073B1 (sk)
PL (1) PL121347U1 (sk)
SK (1) SK6120Y1 (sk)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014207540A1 (de) * 2014-04-22 2015-10-22 Vaillant Gmbh Heizgerät mit Wärmepumpe
FR3039637A1 (fr) * 2015-07-31 2017-02-03 Viki Mittoo Dispositif permettant de chauffer un habitat tout en produisant de l'electricite et alimenter des appareils fonctionnant a l'eau chaude
SE542257C2 (en) * 2016-09-26 2020-03-24 Clean Bio Heat Sverige Ab Flue gas treatment system and method
CN108592645A (zh) * 2018-06-01 2018-09-28 广州焙欧机械设备有限公司 一种余热再利用装置
BE1026742B1 (fr) 2018-10-29 2020-06-04 Cogengreen Sa Procédé de transfert d'énergie de condensation de la vapeur d'eau de fumées de cogénération
FI129538B (en) * 2020-11-16 2022-04-14 Valmet Technologies Oy METHOD AND SYSTEM

Also Published As

Publication number Publication date
FI9994U1 (fi) 2013-03-06
DK201200135U3 (da) 2013-01-11
FR2979974A3 (fr) 2013-03-15
LU92073B1 (en) 2013-08-16
PL121347U1 (pl) 2013-03-18
CZ24883U1 (cs) 2013-02-04
SK6120Y1 (sk) 2012-05-03
FR2979974B3 (fr) 2013-11-29
HU4233U (en) 2013-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SK500912011U1 (sk) Method and system for processing of flue gas heat source
KR20170102793A (ko) 가스-증기 복합 사이클 집중형 열 공급 장치 및 열 공급 방법
CN101726110B (zh) 热泵型燃气锅炉余热回收机组
RU2004133070A (ru) Способ и устройство для производства электроэнергии на основе тепла, выделяемого в активной зоне, по меньшей мере, одного высокотемпературного ядерного реактора
EP2937528B1 (en) Combined cycle power plant with improved efficiency
CN103380329B (zh) 锅炉设备
KR102061275B1 (ko) 하이브리드형 발전 시스템
KR950019379A (ko) 화석 연료를 사용하는 발전소의 효율을 증대시키는 장치
CZ26344U1 (cs) Zařízení pro výrobu elektřiny z pevných paliv, využívající plynovou turbínu
CN102966495A (zh) 一种塔式太阳能-蒸汽燃气联合循环发电系统
JP5511429B2 (ja) 熱利用システム
KR20130091805A (ko) 하수처리장 및 소각장을 이용한 지역냉난방 공급시스템
RU2530971C1 (ru) Тригенерационная установка с использованием парогазового цикла для производства электроэнергии и парокомпрессорного теплонасосного цикла для производства тепла и холода
JP2013538311A (ja) 改良されたエクセルギー回収装置を備えたガスタービン装置
RU180217U1 (ru) Газоводяной теплообменник с защитой от низкотемпературной коррозии с газовой стороны, предназначенный для подогрева рабочего тела цикла и сетевой воды теплофикационной сети
CN211011298U (zh) 燃煤发电机组及其热能利用系统
RU2605878C1 (ru) Турбодетандерная система утилизации теплоты циркуляционной воды на конденсационных блоках паровых турбин тепловой электрической станции
US20170175589A1 (en) Condensing heat recovery steam generator
RU2641880C1 (ru) Система теплоснабжения
RU2163703C1 (ru) Система централизованного теплоснабжения
RU184672U1 (ru) Всережимный газоводяной подогреватель с защитой от низкотемпературной коррозии с газовой стороны, предназначенный для подогрева рабочего тела цикла и сетевой воды теплофикационной сети
RU2266481C2 (ru) Газоводяной теплообменник с защитой от низкотемпературной коррозии с газовой стороны
RU67241U1 (ru) Система утилизации пара
CZ2013295A3 (cs) Energetický zdroj s paroplynovou turbínou a parogenerátorem
CN203907727U (zh) 火力发电系统及其供热系统