PL234424B1 - Instalacja odzysku ciepła i mokrego oczyszczania niskotemperaturowych spalin zwłaszcza w wodnorurowych kotłach energetycznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest instalacja odzysku ciepła i mokrego oczyszczania niskotemperaturowych spalin zwłaszcza w wodnorurowych kotłach energetycznych.

W komorach spalania kotłów powstają spaliny, które na drodze wymiany ciepła przekazują moc do użytkowego strumienia ciepłej wody albo pary, co prowadzi do obniżenia temperatury spalin wilgotnych odprowadzanych do otoczenia zwykle do wartości powyżej 130°C, co obniża sprawność kotła. W strumieniu spalin z powszechnie stosowanych paliw węglowych, emitowane są do środowiska m.in. dwutlenek węgla, zanieczyszczenia gazowe i popiół. W kotłach ciepłowniczych i energetycznych o podwyższonej sprawności wprowadza się ekonomizery (wymienniki spaliny /woda lub powietrze), które obniżają temperaturę spalin do wartości bezpiecznie większych od temperatury kwasowego punktu rosy spalin, z uwagi na zagrożenie wystąpienia w środowisku wodnym korozji chemicznej stosowanych materiałów konstrukcyjnych (np. kotłowe stale węglowe).

Dalsze powiększanie sprawności kotłów na drodze obniżenia straty wylotowej, jest uwarunkowane schłodzeniem temperatury spalin wilgotnych w pobliże lub poniżej temperatury punktu rosy, z udziałem niskotemperaturowych czynników chłodzących spaliny i wymogiem zagospodarowania odzyskanej mocy cieplnej oraz zastosowania aparatów i maszyn przepływowych z materiałów odpornych na kwasy i popiół (np. stale wysokostopowe lub tworzywa sztuczne), które są wysokosprawnie wymywane ze spalin.

W małych kotłach gazowych i olejowych (o wyższych temperaturach kwasowego punku rosy) sporadycznie stosowane są przeponowe, kondensacyjne schładzacze spalin. W dużych kotłach ciepłowniczych energetycznych, zwłaszcza na paliwa stałe, nie są one jednak stosowane.

Znane są z patentu PL217784 „Sposób i instalacja odzysku ciepła i mokrego oczyszczania spalin odprowadzanych do otoczenia ... sposób i instalacje, w których połączono odzysk ciepła z mokrym oczyszczaniem spalin w zespole przeponowego wymiennika ciepła oraz bezprzeponowego wymiennika ciepła i masy. Instalacja ta implikuje jednoczesny wzrost sprawności cieplnej urządzenia i zmniejszenie emisji pyłów i gazów odprowadzanych ze spalinami do środowiska z komory spalania.

Znany jest również patent PL216645 „Sposób i instalacja wykorzystania ciepła odpadowego odzyskiwanego w układach schładzania niskotemperaturowych spalin odprowadzanych do otoczenia ...” w którym wskazano możliwości wykorzystania odzyskanego ciepła do znacznego polepszenia sprawności wytwarzania mocy cieplnej (kocioł, silnik Diesla, turbina gazowa lub piec przemysłowy) lub jako źródła ciepła na cele grzewcze CO/CWU.

Znany jest ponadto z polskiego zgłoszenia patentowego P.419635 „Sposób zobojętniania odcieku z instalacji do odzysku ciepła i mokrego oczyszczania niskotemperaturowych spalin...”.

Znacznym ograniczeniem stosowania ww. instalacji łączącej odzysk ciepła z mokrym oczyszczaniem spalin jest dostępność taniego, niskotemperaturowego czynnika obiegowego (chłodzącego i dla wymiany masy) dla zespołu wymiennika przeponowego oraz bezprzeponowego.

Znane jest z polskiego zgłoszenia patentowego P.404641 „Sposób i instalacja do zwiększenia odzyskiwanej mocy cieplnej w układach schładzania spalin odprowadzanych do otoczenia” obniżanie temperatury wody obiegowej wymiennika bezprzeponowego na drodze odparowania próżniowego połączone z wykorzystaniem odebranych oparów wody do nawilżania spalin prowadzącego do podwyższenia temperatury punku rosy spalin i w konsekwencji zapewniające wyższą temperaturę użyteczną wody obiegowej.

Również znane jest z polskiego zgłoszenia patentowego P.414095 „Sposób intensyfikacji wykorzystania ciepła odzyskanego w układach schładzania niskotemperaturowych spalin odprowadzanych do otoczenia zwłaszcza z komór spalania ciepłowniczych kotłów wodnych” zastosowanie w obiegach (ciepłowniczych i ciepłej wody użytkowej) utrzymujących powyżej 70°C minimalną temperaturę powrotnej wody grzewczej, instalacji wstępnego schładzania powietrznego i wtórnego dogrzewania strumienia wody powrotnej z zewnętrznego obiegu grzewczego CO mocą cieplną odzyskaną ze schłodzenia spalin, z wykorzystaniem pomp ciepła.

Stwierdzono nieoczekiwanie, że w systemach ciepłowniczych działających przy temperaturze obiegowej wody powrotnej obniżonej do ok. 45°C możliwe jest również zagospodarowanie odzyskanej mocy cieplnej do podgrzewania wody powrotnej, uzupełnionej wodą uzdatnioną w przeponowym wymienniku schładzającym spaliny poniżej temperatury kondensacji.

Instalacja odzysku ciepła i mokrego oczyszczania niskotemperaturowych spalin polega na tym, że w ciągu kanału spalinowego umieszczony jest ekonomizer - niekondensacyjny zespół wymienników

PL 234 424 B1 przeponowych spaliny/woda, szeregowo połączony kanałem spalinowym z trójczynnikowym, kondensacyjnym wymiennikiem przeponowym ze zraszaczem i kolejno ze skruberem - bezprzeponowym wymiennikiem ze zraszaczem oraz z kominem, przy czym zraszacze połączone są rurociągiem z pompą wody cyrkulacyjnej ze zbiornikiem ociekowym wody zraszającej umieszczonym pod wymiennikiem trójczynnikowym, a zbiornik ociekowy łączy się rurociągiem z pompą nadmiarowej wody cyrkulacyjnej z neutralizatorem.

Korzystnie jest, że w kanale spalinowym zabudowany jest parowy nawilżacz spalin i także korzystnie jest, że w kominie zainstalowany jest wspomagający wentylator spalin oraz dodatkowo korzystnie jest, że w kanałach spalin zabudowany jest zespół przeciwbieżnych klap odcinających.

Korzystnie jest również, że instalacja ma przyłączony rurociąg obejściowy do rurociągu powrotnej wody z obiegu grzewczego CO, który łączy kolejno po stronie wodnej zespół równoległych, przeponowych wymienników schładzających: nagrzewnicę powietrza spalania, chłodnicę konwekcyjną i dolne źródło pompy ciepła, rurociąg wody uzupełnienia i dalej szeregowo odzyskowe wymienniki przeponowe: trójczynnikowy i ekonomizer.

Wynalazek zapewnia obniżenie emisji popiołu, SO2, NO2, CO (objętych raportami z pomiarów LZO Lotnych Związków Organicznych) a także CO2, przy towarzyszącym wzroście sprawności cieplnej kotłowni wyposażonych w wodnorurowe kotły, na drodze oczyszczania i schładzania spalin odprowadzanych do otoczenia i przejęcie odzyskanego ciepła w rozprowadzającym obiegu ciepłowniczym.

Wynalazek objaśniono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia dwa warianty schematu instalacji odzysku ciepła i mokrego oczyszczania niskotemperaturowych spalin odpływających z paleniska wodnorurowego kotła ciepłowniczego.

W wodnorurowym kotle 24 ciepłowniczym, w którym na ruszcie 25 spalane jest paliwo stałe 31 w powietrzu tłoczonymi wentylatorami 26, wytworzona moc cieplna ogrzewa wodę CO /CWU zasilająca zewnętrzny obieg ciepłowniczy 27 z podmieszaniem 30. Odpływający z wodnorurowego kotła 24 strumień schłodzonych spalin, po ich wstępnym odpyleniu w odpylaczu cyklonowym 28 jest wentylatorem 29 przetłaczany kanałem spalin 1 z zespołem przeciwbieżnych klap odcinających 16 i 17 do komina 18 lub instalacji odzysku ciepła i mokrego oczyszczania niskotemperaturowych spalin, która ma w ciągu kanału spalinowego 1 umieszczony ekonomizer 2 - niekondensacyjny zespół wymienników przeponowych spaliny/woda, szeregowo połączony kanałem spalinowym 6 z trójczynnikowym wymiennikiem przeponowym 4 ze zraszaczem 5 i kolejno ze skruberem 11 - wymiennikiem bezprzeponowym ze zraszaczem 12 oraz z kominem 14 ze wspomagającym wentylatorem spalin 13. Zraszacze 5 i 12 połączone są rurociągiem 10-1 z pompą 10-2 wody cyrkulacyjnej ze zbiornikiem ociekowym 9 wody zraszającej umieszczonym pod wymiennikiem trójczynnikowym 4 natomiast zbiornik ociekowy 9 łączy się rurociągiem 7-1 z pompą 7-2 nadmiarowej wody cyrkulacyjnej z neutralizatorem 15, który ma odpływ rurociągiem 7-3 do kanalizacji. Woda powrotna z obiegu ciepłowniczego CO 27 o temperaturze 40...50°C, jest dochładzana w nagrzewnicach powietrza spalania 21 (i/lub chłodnicy konwekcyjnej 22 i/lub w dolnym źródle pompy ciepła 23), dopływa do rurociągu obejściowego 19, a po uzupełnieniu wodą zdemineralizowaną 20 ze stacji SUW jest podgrzewana w zraszanym trójczynnikowym wymienniku 4 oraz ekonomizerze 2 i powraca do obiegu ciepłowniczego 27. Strumień wody cyrkulacyjnej 10 (rurociąg 10-1 z pompą cyrkulacyjną 10-2) przez zraszacze 5 i 12 przemywa skruber 11 i trójczynnikowy wymiennik 4 i spływa do zbiornika ociekowego 9. W wymiennikach 4 i 11 równolegle do schładzania spalin przebiega mokre oczyszczanie spalin z gazowych zanieczyszczeń i popiołu 32 połączone z kondensacją pary ze spalin; zanieczyszczenia przetłaczane są ze zbiornika ociekowego 9 przez pompę zanieczyszczeń 7-2 do neutralizatora 15 ze złożem żużlowym 33 lub usuwane przez zasuwę 8.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Instalacja odzysku ciepła i mokrego oczyszczania niskotemperaturowych spalin, znamienna tym, że w ciągu kanału spalinowego (1) umieszczony jest ekonomizer (2) - niekondensacyjny zespół wymienników przeponowych spaliny/woda, szeregowo połączony kanałem spalinowym (6) z trójczynnikowym, kondensacyjnym wymiennikiem przeponowym (4) ze zraszaczem (5) i kolejno ze skruberem (11) - bezprzeponowym wymiennikiem ze zraszaczem (12) oraz z kominem (14), przy czym zraszacze (5, 12) połączone są rurociągiem (10-1) z pompą (10-2) wody cyrkulacyjnej ze zbiornikiem ociekowym (9) wody zraszającej umieszczonym pod wymiennikiem trójczynnikowym

   PL 234 424 Β1 (4), a zbiornik ociekowy (9) łączy się rurociągiem (7-1) z pompą (7-2) nadmiarowej wody cyrkulacyjnej z neutralizatorem (15).
2. 2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że w kanale spalinowym (6) zabudowany jest parowy nawilżacz spalin (3).
3. 3. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że w kominie (14) zainstalowany jest wspomagający wentylator spalin (13).
4. 4. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że w kanałach spalin (1) i (6) zabudowany jest zespół przeciwbieżnych klap odcinających (16,17).
5. 5. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że ma przyłączony rurociąg obejściowy (19) do rurociągu powrotnej wody z obiegu grzewczego CO, który łączy kolejno po stronie wodnej zespół równoległych, przeponowych wymienników schładzających: nagrzewnicę powietrza spalania (21), chłodnicę konwekcyjną (22) i dolne źródło pompy ciepła (23), rurociąg wody uzupełnienia (20) i dalej szeregowo odzyskowe wymienniki przeponowe: trójczynnikowy (4) i ekonomizer (2).