PL194143B1

PL194143B1 - Sposób regeneracji cieplnej materiału wymiennika ciepła w regeneracyjnym urządzeniu dopalającym

Info

Publication number: PL194143B1
Application number: PL00352118A
Authority: PL
Inventors: Walter Pötzl
Original assignee: Eisenmann Kg Maschbau
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2007-04-30
Also published as: DE19926428C2; DE50010293D1; EP1190201A2; EP1190201B1; US6589315B1; ATE295508T1; CZ20014367A3; PL352118A1; DE19926428A1; WO2000077451A3; WO2000077451A2

Abstract

1. Sposób regeneracji cieplnej materialu wymiennika ciepla w regeneracyjnym urzadzeniu dopalajacym, którego obudowa zawiera od góry do dolu komore spalania, odci- nek, podzielony na kilka segmentów, wypelnionych mate- rialem wymiennika ciepla, oraz oddzielacz obrotowy, który odpowiednio do swego polozenia obrotowego wytwarza polaczenie miedzy przylaczem wlotowym dla przeznaczo- nego do oczyszczania gazu odlotowego z pierwszym seg- mentem materialu wymiennika ciepla, polaczenie miedzy drugim segmentem materialu wymiennika ciepla i przyla- czem wylotowym dla oczyszczonego gazu, oraz polaczenie miedzy trzecim segmentem materialu wymiennika ciepla, poprzedzajacym drugi segment w kierunku obrotów roz- dzielacza obrotowego, i przylaczem dla gazu pluczacego, w którym to sposobie swieze powietrze nagrzewa sie w komorze spalania i przepuszcza kolejno przez wszystkie segmenty materialu wymiennika ciepla, doprowadzajac material wymiennika ciepla do temperatury, w której odry- waja sie zanieczyszczenia zaadsorbowane na materiale wymiennika ciepla, znamienny tym, ze uzyte do regenera- cji cieplnej, nagrzane w komorze spalania (8) powietrze z komory spalania (8) doprowadza sie przez segment materialu wymiennika ciepla do dolu i przez rozdzielacz obrotowy (5) do przylacza wlotowego (4) lub przylacza wylotowego (10), a stamtad ponownie wprowadza sie je do komory spalania (8), przy czym powietrze prowadzi sie tak dlugo w obiegu przy nieruchomym rozdzielaczu obrotowym (5), az nastapi wystarczajace nagrzanie materialu wymien- nika ciepla w segmencie …………………………. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób regeneracji cieplnej materiału wymiennika ciepła w regeneracyjnym urządzeniu dopalającym.

Regeneracyjne urządzenia dopalające służą do oczyszczania zanieczyszczonych gazów odlotowych z procesów przemysłowych. Celem zaoszczędzenia energii przy dopalaniu termicznym czyszczone gazy odlotowe przepuszcza się przez materiał wymiennika ciepła. Ponieważ oczyszczane gazy odlotowe zawierają często zanieczyszczenia organiczne w postaci substancji podlegających kondensacji, na przykład produkty na bazie smoły, lub pyły organiczne, w trakcie pracy następuje zatykanie powierzchni materiałów wymiennika ciepła tymi zanieczyszczeniami. Celem regeneracji materiał wymiennika ciepła należy okresowo nagrzewać do temperatury, w której zaadsorbowane na powierzchni zanieczyszczenia odrywają się i można je usunąć. W znanych termicznych urządzeniach dopalających odbywa się to tak, że do komory spalania wprowadza się świeże powietrze, tam nagrzewa sięje do wysokiej temperatury, a następnie prowadzi się je od góry do dołu przez materiał wymiennika ciepła, przez rozdzielacz obrotowy doprowadza do wylotu, po czym usuwa się przez komin do otoczenia. Rozdzielacz obrotowy jest w tym procesie nieruchomy. Odczekuje się, aż przepłukiwany segment materiału wymiennika ciepła nagrzeje się do wymaganej temperatury, dzięki czemu wszystkie obszary materiału w tym segmencie będzie można oczyścić z zanieczyszczeń. Następnie rozdzielacz obrotowy przekręca się o jeden segment i proces zaczyna się od nowa.

Tego rodzaju sposoby można realizować za pomocą urządzeń, znanych na przykład z EP 0 548 630 lub EP 0 719 984. Znany sposób regeneracji cieplnej materiału wymiennika ciepła dotyczy regeneracyjnego urządzenia dopalającego, którego obudowa zawiera od góry do dołu komorę spalania, odcinek, podzielony na kilka segmentów, wypełnionych materiałem wymiennika ciepła, oraz oddzielacz obrotowy, który odpowiednio do swego położenia obrotowego wytwarza połączenie między przyłączem wlotowym dla przeznaczonego do oczyszczania gazu odlotowego z pierwszym segmentem materiału wymiennika ciepła, połączenie między drugim segmentem materiału wymiennika ciepła i przyłączem wylotowym dla oczyszczonego gazu, oraz połączenie między trzecim segmentem materiału wymiennika ciepła, poprzedzającym drugi segment w kierunku obrotów rozdzielacza obrotowego, i przyłączem dla gazu płuczącego. W sposobie znanym ze stanu techniki świeże powietrze nagrzewa się w komorze spalania i przepuszcza kolejno przez wszystkie segmenty materiału wymiennika ciepła, doprowadzając materiał wymiennika ciepła do temperatury, w której odrywają się zanieczyszczenia zaadsorbowane na materiale wymiennika ciepła.

Niekorzystną cechą znanego sposobu regeneracji materiału wymiennika ciepła jest po pierwsze stosunkowo długi czas, potrzebny do oczyszczenia wszystkich segmentów. Ponadto gaz, doprowadzany do komina, zawiera zanieczyszczenia, które oderwały się od materiału wymiennika ciepła, w związku z czym nie jest czysty.

Celem wynalazku jest takie udoskonalenie sposobu opisanego na wstępie rodzaju, aby do otoczenia nie przedostawały się żadne zanieczyszczenia.

Sposób regeneracji cieplnej materiału wymiennika ciepła w regeneracyjnym urządzeniu dopalającym, którego obudowa zawiera od góry do dołu komorę spalania, odcinek, podzielony na kilka segmentów, wypełnionych materiałem wymiennika ciepła, oraz oddzielacz obrotowy, który odpowiednio do swego położenia obrotowego wytwarza połączenie między przyłączem wlotowym dla przeznaczonego do oczyszczania gazu odlotowego z pierwszym segmentem materiału wymiennika ciepła, połączenie między drugim segmentem materiału wymiennika ciepła i przyłączem wylotowym dla oczyszczonego gazu, oraz połączenie między trzecim segmentem materiału wymiennika ciepła, poprzedzającym drugi segment w kierunku obrotów rozdzielacza obrotowego, i przyłączem dla gazu płuczącego, w którym to sposobie świeże powietrze nagrzewa się w komorze spalania i przepuszcza kolejno przez wszystkie segmenty materiału wymiennika ciepła, doprowadzając materiał wymiennika ciepła do temperatury, w której odrywają się zanieczyszczenia zaadsorbowane na materiale wymiennika ciepła, według wynalazku charakteryzuje się tym, że użyte do regeneracji cieplnej, nagrzane w komorze spalania powietrze z komory spalania doprowadza się przez segment materiału wymiennika ciepła do dołu i przez rozdzielacz obrotowy do przyłącza wlotowego lub przyłącza wylotowego, a stamtąd ponownie wprowadza się je do komory spalania, przy czym powietrze prowadzi się tak długo w obiegu przy nieruchomym rozdzielaczu obrotowym, aż nastąpi wystarczające nagrzanie materiału wymiennika ciepła w segmencie i oderwanie od niego wszystkich zanieczyszczeń, po czym operacje te przeprowadza się kolejno dla wszystkich pozostałych segmentów.

PL 194 143 B1

Korzystnie w regeneracyjnym urządzeniu dopalającym, w którym przyłącze wlotowe lub przyłącze wylotowe uchodzi do znajdującej się w dolnym obszarze obudowy, komory zbiorczej, która ze swej strony jest połączona z rozdzielaczem obrotowym, natomiast odpowiednio drugie przyłącze jest połączone przewodem bezpośrednio z rozdzielaczem obrotowym, użyte do regeneracji powietrze doprowadza się przez to przyłącze, które nie łączy się z komorą zbiorczą.

Korzystnie użyte do regeneracji cieplnej, świeże powietrze doprowadza się przez przyłącze dla gazu do płukania.

Dzięki temu, że w sposobie według wynalazku wychodzące z materiału wymiennika ciepła, gorące powietrze nie jest kierowane bezpośrednio do komina, lecz celem ponownego dopalania ponownie do komory spalania urządzenia dopalającego, również gorące gazy użyte do regeneracji opuszczają urządzenie dopalające w stanie całkowicie oczyszczonym; zanieczyszczenia nie przedostają się już przez komin do atmosfery.

Wiele znanych urządzeń dopalających jest tak zbudowanych, że albo wlot, albo wylot nie jest połączony bezpośrednio przewodem z rozdzielaczem obrotowym. Wlot lub wylot prowadzi w wielu przypadkach najpierw do komory zbiorczej w dolnym obszarze obudowy urządzenia dopalającego, która to komora jest z kolei połączona z jedną z odnóg rozdzielacza obrotowego. Odpowiednio drugie przyłącze jest połączone przewodem z rozdzielaczem obrotowym. Jeżeli sposób według wynalazku ma być wykorzystany do regeneracji cieplnej tego typu urządzeń dopalających, wówczas powietrze użyte do regeneracji prowadzi się korzystnie przez to przyłącze, które nie jest połączone z komorą zbiorczą, ponieważ rozwiązanie to pozwala dość znacznie ograniczyć liczbę elementów składowych urządzenia dopalającego, które mają styczność z gorącym powietrzem i muszą w związku z tym wytrzymywać wysokie temperatury. Poza tym możliwe jest wówczas czyszczenie przewodu łączącego pomiędzy przyłączem i rozdzielaczem obrotowym, co ma znaczenie zwłaszcza wówczas, gdy chodzi tu o przyłącze wlotowe.

Tlen niezbędny do utleniania doprowadza się w postaci świeżego powietrza.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat regeneracyjnego urządzenia dopalającego z najważniejszymi, niezbędnymi do jego pracy, urządzeniami peryferyjnymi, zaś fig. 2 - to samo regeneracyjne urządzenie dopalające, z nieco odmiennymi urządzeniami peryferyjnymi.

Na fig. 1 ukazane jest regeneracyjne urządzenie dopalające 1. Jego zasadnicza budowa i sposób działania - o ile poniżej nie jest powiedziane inaczej - są przedstawione w europejskich opisach patentowych nr EP 0548 630 A1lub EP 0719 984 A2, na które niniejszy opis wyraźnie się powołuje.

W dolny obszar obudowy 2 regeneracyjnego urządzenia dopalającego 1 wprowadzony jest przewód wlotowy 4 dla czyszczonego powietrza odlotowego. Jest on połączony z umieszczonym w dolnym obszarze obudowy 2, rozdzielaczem obrotowym 5, który zależnie od swego położenia obrotowego wytwarza połączenie między przewodem wlotowym 4 i jednym z dużej liczby segmentów, mających kształt kawałków tortu, w komorze rozdzielczej 6, usytuowanej nad rozdzielaczem obrotowym 5. Z kolei nad komorą rozdzielczą 6 w obudowie 2 znajduje się komora wymiany cieplnej 7, podzielona na odpowiednią liczbę segmentów, z których każdy jest połączony z odpowiednim segmentem leżącej poniżej komory rozdzielczej 6. Segmenty komory wymiany ciepła 7 są wypełnione materiałem wymiennika ciepła.

Nad komorą wymiany ciepła 7, w najwyższym obszarze obudowy 2, znajduje się komora spalania 8, do której uchodzi palnik 9.

Rozdzielacz obrotowy 5 jest w znany sposób tak ukształtowany, że łączy on następny segment komory rozdzielczej 6, leżący w ogólności naprzeciw pierwszego z wymienionych segmentów, a co za tym idzie, również następny segment komory wymiany ciepła 7, z wylotową komorą zbiorczą 3 w dolnym obszarze obudowy 2, do której uchodzi przewód wylotowy 10dla oczyszczonego gazu. Wreszcie rozdzielacz obrotowy 5 wytwarza połączenie między odpowiednim segmentem komory rozdzielczej 6, a zatem również komory wymiany ciepła 7, z przewodem 11 powietrza do płukania, który - patrząc w kierunku obrotów rozdzielacza obrotowego - jest usytuowany przed segmentem, połączonym z wylotową komorą zbiorczą 3.

Przewód wylotowy 10 dla oczyszczonego gazu prowadzi przez sterowany silnikiem zawór 12 oraz dmuchawę 13, następny sterowany silnikiem zawór 14 i tłumik 15 do komina 16. Pomiędzy dmuchawą 13 i sterowanym silnikiem zaworem 14 odchodzi przewód 11 powietrza do płukania, w którym umieszczony jest kolejny sterowany silnikiem zawór 19. Do przewodu 11 powietrza do płukania uchodzi poza tym, pomiędzy zaworem 19 i wlotem do regeneracyjnego urządzenia dopalającego 1, połą4

PL 194 143 B1 czony z atmosferą przewód 20 świeżego powietrza, zamykany następnym, sterowanym silnikiem, zaworem 21.

W miejscu pomiędzy sterowanym silnikiem zaworem 12i dmuchawą 13 komora spalania 8jest połączona z przewodem wylotowym 10 dla oczyszczonych gazów; połączenie to można otwierać lub zamykać przy użyciu sterowanego silnikiem zaworu 23. Pomiędzy sterowanym silnikiem zaworem 23 i ujściem do przewodu wylotowego 10 do przewodu 22 uchodzi przewód doprowadzający 24 świeże powietrze, również zamykany sterowanym silnikiem 25.

Wreszcie przewód wlotowy 4 jest poprzez przewód 30, w którym znajduje się sterowany silnikiem zawór 31 i dmuchawa 32, połączony ze szczeliną 33 w górnym obszarze obudowy 2, otaczającą palnik 9.

Normalna praca regeneracyjnego urządzenia dopalającego 1, w którym obrabia się zanieczyszczone gazy odlotowe, przebiega w następujący sposób:

Oczyszczane gazy odlotowe wprowadza się przewodem 4 do regeneracyjnego urządzenia dopalającego 1i kieruje do rozdzielacza obrotowego 5. Odpowiednio do danego, obrotowego położenia rozdzielacza obrotowego 5 gazy te wprowadza się dalej do określonego segmentu komory rozdzielczej 6. Powietrze odlotowe wznosi się z tego segmentu komory rozdzielczej 6 do leżącego nad nim segmentu komory wymiany ciepła 7, pochłaniając przy tym ciepło, zmagazynowane uprzednio w znajdującym się tam materiale wymiennika ciepła. Gazy odlotowe nagrzewają się przy przejściu przez materiał wymiennika ciepła do chwili, gdy przy wychodzeniu z górnej powierzchni komory wymiany ciepła 7 osiągnie on temperaturę zapłonu zawartych w nim zanieczyszczeń, albo zbliży się do tej temperatury. W tym ostatnim przypadku za pomocą palnika 9 prowadzi się spalanie zanieczyszczeń; w pierwszym zaś przypadku zachodzi spalanie bez dopływu energii zewnętrznej.

Nagrzane powietrze, zawierające już niegroźne zanieczyszczenia, wchodzi od góry do segmentu komory wymiany ciepła 7i przepływa przezeń na dół. Oddaje przy tym większą część swego ciepła znajdującemu się tam materiałowi wymiennika ciepła i wchodzi na spodzie komory wymiany ciepła 7, odpowiednio oziębione, do odpowiedniego segmentu komory rozdzielczej 6, po czym jest przez rozdzielacz obrotowy 5 kierowany do wylotowej komory zbiorczej 3 w dolnym obszarze obudowy 2i odprowadzany przez przewód wylotowy 10. W tym trybie pracy sterowane silnikiem zawory 12, 14 są otwarte, zaś sterowane silnikiem zawory 23, 25 i 31są zamknięte. Czyste powietrze jest za pomocą dmuchawy 13 odprowadzane przez komin 16 do atmosfery.

Jak już wspomniano, segment komory wymiany ciepła 7, wyprzedzający w kierunku obrotów rozdzielacza obrotowego 5 segment, przez który przepływa czyste powietrze, jest płukany powietrzem do płukania. Płukanie to odbywa się w przedstawionym przykładzie wykonania nieco inaczej niż we wspomnianych wyżej publikacjach: czyste powietrze doprowadza się tu mianowicie przewodem 11, przy otwartym sterowanym silnikiem zaworze 19 i zamkniętym sterowanym silnikiem zaworze 21, przez rozdzielacz obrotowy 5, do odpowiedniego segmentu komory wymiany ciepła 7. Ta różnica w rodzaju płukania nie ma jednak w żadnym wypadku znaczenia dla zasadniczego trybu pracy cieplnego urządzenia dopalającego 1.

Po dłuższym czasie pracy materiał, znajdujący się w komorze wymiany ciepła 7, wymaga regeneracji, ponieważ jego powierzchnie zatykają się substancjami, na przykład produktami na bazie smoły lub pyłami organicznymi, zabieranymi przez oczyszczany gaz odlotowy. Ta regeneracja termiczna w opisanym powyżej, regeneracyjnym urządzeniu dopalającym 1, odbywa się następująco:

Odcina się doprowadzanie oczyszczanego powietrza odlotowego przez przewód wlotowy 4. Sterowane silnikiem zawory 12 i 19 zostają zamknięte, zaś sterowane silnikiem zawory 14, 21, 23 i 25 otwarte.

W tym położeniu różnych zaworów do regeneracyjnego urządzenia dopalającego 1, przez przewód doprowadzający 20 i przewód 11 powietrza do płukania wprowadzane jest świeże powietrze, które przez odpowiedni segment komory wymiany ciepła 7 kieruje się do komory spalania 8. Tam powietrze to nagrzewa się przy użyciu palnika 9. Nagrzane powietrze przedostaje się teraz do tego segmentu komory wymiany ciepła 7, który poprzez rozdzielacz obrotowy 5jest połączony z przewodem wlotowym 4. Przy otwartym, sterowanym silnikiem zaworze 31 w przewodzie 30 za pomocą dmuchawy 32 zasysa się to gorące powietrze przez odpowiedni segment komory wymiany ciepła 7, komorę rozdzielczą 6 i rozdzielacz obrotowy 5, po czym przez szczelinę 33w pobliżu palnika 9 wprowadza się je ponownie do komory spalania 8. Zanieczyszczenia, wchłonięte przez powietrze do płukania na drodze przez materiał wymiennika ciepła, są dopalane w komorze spalania 8.

PL 194 143 B1

Gorące powietrze podlega na opisanej drodze cyrkulacji, natomiast rozdzielacz obrotowy 5 jest nieruchomy. Nadmiar powietrza w obiegu jest odprowadzany poprzez odpowiednie otwarcie sterowanego silnikiem zaworu 14 do komina 16. Temperaturę odprowadzanych w ten sposób, gorących gazów można obniżyć, otwierając odpowiednio sterowany silnikiem zawór 25 i dodając w wymagany sposób świeże powietrze przez przewód 24.

Opisaną cyrkulację powietrza prowadzi się tak długo, aż materiał wymiennika ciepła również w najniższych obszarach osiągnie temperaturę, w której osady są zdejmowane z materiału wymiennika ciepła. Po zakończeniu procesu rozdzielacz obrotowy 5 zostaje przekręcony o jeden segment. Gdy wszystkie segmenty są oczyszczone, różne sterowane silnikiem zawory cofa się ponownie w położenie wyjściowe i kontynuuje doprowadzanie oczyszczanego powietrza przez przewód wlotowy 4.

Nieznacznie odmienny wariant opisanego powyżej sposobu regeneracji jest przedstawiony na fig. 2. Zawiera ona te same elementy składowe, co przykład wykonania z fig. 1; odpowiednie elementy są opatrzone tymi samymi odnośnikami powiększonymi o 100i nie będą ponownie opisywane.

Istotna różnica przykładu wykonania z fig. 1 w stosunku do przykładu z fig. 2 jest następująca:

Podczas gdy na fig. 1 przewód wlotowy 4 był za pomocą przewodu 30 połączony ze szczeliną 33 w pobliżu palnika 9 regeneracyjnego urządzenia dopalającego 1, w przykładzie 15 wykonania z fig. 2 przewód 130, w którym leży dmuchawa 132, prowadzi od szczeliny 133 w pobliżu palnika 109 do przewodu wylotowego 110 dla oczyszczonego gazu. Przy prowadzeniu regeneracji materiału wymiennika ciepła daje to następującą różnicę w działaniu:

Podczas gdy w przykładzie wykonania, opisanym powyżej w odniesieniu do fig. 1, nagrzane gazy spalinowe z komory spalania 8 wchodzą do tego segmentu komory wymiany ciepła 7, który poprzez rozdzielacz obrotowy 5 jest połączony z przewodem wlotowym 4, w przykładzie wykonania z fig. 2 nagrzane gazy wchodzą w ten segment komory wymiany ciepła 7, który poprzez rozdzielacz obrotowy 5 jest połączony z wylotową komorą zbiorczą 103. Droga cyrkulacji nagrzanych gazów regeneracyjnych nie prowadzi zatem przez przewód wlotowy 104, lecz przez wylotową komorę zbiorczą 103 i przewód wylotowy 110. Ta różnica sprawia jednak, że przewodem wlotowym 104 dla oczyszczanych gazów odlotowych nie płynie już gorące powietrze regeneracyjne, w związku z czym nie jest ono już oczyszczane z zanieczyszczeń. Poza tym w przykładzie wykonania z fig. 2 nagrzewa się cały dolny obszar regeneracyjnego urządzenia dopalającego 101, ponieważ gorące gazy regeneracyjne, które wychodzą z rozdzielacza obrotowego 105, wypełniają całą wylotową komorę zbiorczą 103. Z reguły zatem za bardziej korzystny uważa się przykład wykonania z fig. 1.

Claims

1. Sposób regeneracji cieplnej materiału wymiennika ciepła w regeneracyjnym urządzeniu dopalającym, którego obudowa zawiera od góry do dołu komorę spalania, odcinek, podzielony na kilka segmentów, wypełnionych materiałem wymiennika ciepła, oraz oddzielacz obrotowy, który odpowiednio do swego położenia obrotowego wytwarza połączenie między przyłączem wlotowym dla przeznaczonego do oczyszczania gazu odlotowego z pierwszym segmentem materiału wymiennika ciepła, połączenie między drugim segmentem materiału wymiennika ciepła i przyłączem wylotowym dla oczyszczonego gazu, oraz połączenie między trzecim segmentem materiału wymiennika ciepła, poprzedzającym drugi segment w kierunku obrotów rozdzielacza obrotowego, i przyłączem dla gazu płuczącego, w którym to sposobie świeże powietrze nagrzewa się w komorze spalania i przepuszcza kolejno przez wszystkie segmenty materiału wymiennika ciepła, doprowadzając materiał wymiennika ciepła do temperatury, w której odrywają się zanieczyszczenia zaadsorbowane na materiale wymiennika ciepła, znamienny tym, że użyte do regeneracji cieplnej, nagrzane w komorze spalania (8) powietrze z komory spalania (8) doprowadza się przez segment materiału wymiennika ciepła do dołu i przez rozdzielacz obrotowy (5) do przyłącza wlotowego (4) lub przyłącza wylotowego (10), a stamtąd ponownie wprowadza się je do komory spalania (8), przy czym powietrze prowadzi się tak długo w obiegu przy nieruchomym rozdzielaczu obrotowym (5), aż nastąpi wystarczające nagrzanie materiału wymiennika ciepła w segmencie i oderwanie od niego wszystkich zanieczyszczeń, po czym operacje te przeprowadza się kolejno dla wszystkich pozostałych segmentów.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w regeneracyjnym urządzeniu dopalającym, w którym przyłącze wlotowe lub przyłącze wylotowe uchodzi do znajdującej się w dolnym obszarze obudowy, komory zbiorczej, którą ze swej strony jest połączona z rozdzielaczem obrotowym, nato6

PL 194 143 B1 miast odpowiednio drugie przyłącze jest połączone przewodem bezpośrednio z rozdzielaczem obrotowym, użyte do regeneracji powietrze doprowadza się przez to przyłącze, które nie łączy się z komorą zbiorczą (3).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że użyte do regeneracji cieplnej, świeże powietrze doprowadza się przez przyłącze (11) dla gazu do płukania.