FR2497922A1 - Gas fired boiler with energy recovery - has vacuum deaerator and flue gas heat exchanger to cool exhaust gases - Google Patents

Gas fired boiler with energy recovery - has vacuum deaerator and flue gas heat exchanger to cool exhaust gases Download PDF

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Abstract

The gas fired boiler supplies steam to a circuit with the boiler exhaust gases cooled by the boiler feed water in a heat exchanger, the feed water being initially degassed in a vacuum deaerator at 70-80 degrees C. Condensate from the network is recovered in a flash vessel and the flash steam is used in the deaerator and the condensate returned to a collecting tank from where it passes through the coil in the deaerator storage vessel prior to deaeration. Blowdown is collected in a flash vessel from where flash steam is again supplied to the deaerator.

Description

Procédé et dispositif économiseur d'énerqie et limiteur de pollution pour chaudières. Energy saving method and device and pollution limiter for boilers.

La présente invention concerne l'économie d'énergie et la limitation de la pollution. The present invention relates to saving energy and limiting pollution.

Elle vise plus particulièrement un procédé ainsi qu'un dispositif économiseur d'énergie et limiteur de pollution pour chaudières brayant du combustible non corrosif, du type gaz naturel ou gaz de récupération industriel. It relates more particularly to a process as well as an energy-saving and pollution-limiting device for boilers brewing non-corrosive fuel, of the natural gas or industrial recovery gas type.

Dans les chaudières classiques brillant des combustibles plus ou moins corrosifs, notamment du fuel, du combustible, ou des gaz à teneur notable en soufre, il est impératif d'éviter d'abaisser la température des fumées en dessous des points de rosée sulfurique qui se situent aux environs de 1250C.  In conventional boilers shining more or less corrosive fuels, in particular fuel oil, fuel, or gases with a notable sulfur content, it is imperative to avoid lowering the temperature of the fumes below the sulfuric dew points which are around 1250C.

Les combustibles non corrosifs tels que le gaz naturel donnent des produits de combustion dont le point de rosée est beaucoup plus bas, de 52 à 560c environ. Non-corrosive fuels such as natural gas produce combustion products with a much lower dew point, from 52 to 560c approximately.

Avec ces combustibles non corrosifs, il est donc possible d'augmenter l'échange dans les économiseurs ou autres échangeurs thermiques, en les alimentant avec de l'eau à plus basse température. Ainsi, les fumées sortiront moins chaudes, le rendement sera meilleur et la dépense de combustible sera réduite d'autant. With these non-corrosive fuels, it is therefore possible to increase the exchange in economizers or other heat exchangers, by supplying them with water at a lower temperature. Thus, the fumes will come out less hot, the yield will be better and the fuel expenditure will be reduced by the same amount.

L'invention a pour objet un procédé économiseur d'énergie et limiteur de pollution pour chaudière chauffée avec un combustible non corrosif, du type gaz naturel ou par des gaz de récupération industriels, caractérisé en ce qu'on dégaze l'eau d'alimentation de la chaudière sous la pression réduite de vapeur saturante à environ 70-800C et on la réchauffe avant admission dans la chaudière par échange thermique avec les gaz de combustion sortant de la chaudière réciproquement refroidis jusqu'à environ 50-1200C, avant évacuation dans l'atmosphère. The subject of the invention is an energy-saving and pollution-limiting process for a boiler heated with a non-corrosive fuel, of the natural gas type or with industrial recovery gases, characterized in that the supply water is degassed of the boiler under the reduced saturated steam pressure to around 70-800C and it is reheated before admission to the boiler by heat exchange with the combustion gases leaving the boiler reciprocally cooled to about 50-1200C, before evacuation into the 'atmosphere.

Suivant un mode de réalisation particulièremant avantageux, on réchauffe l'eau d'alimentation dégazée à 750C environ, en refroidissant les gaz de combustion à 1050C environ, le dégazage de l'eau d'alimentation étant effectué sous une pression absolue d'environ 0,3 à 0,4 bar. According to a particularly advantageous embodiment, the degassed feed water is heated to approximately 750C, while cooling the combustion gases to approximately 1050C, the degassing of the feed water being carried out under an absolute pressure of approximately 0 , 3 to 0.4 bar.

L'invention a également pour objet un dispositif économiseur d'énergie et limiteur de pollution pour chaudières chauffées avec du combustible non corrosif, ou des gaz de récupération industriels, caractérisé en ce qu'il comprend un désaérateur constitué par une enceinte close alimentée en eau douce à un niveau prédéterminé, et reliée à sa partie supérieure à une source d'aspiration maintenant une dépression prédéterminée au-dessus de ce niveau, avec une évacuation de l'eau désaérée vers l'alimentation en eau de la chaudière à travers un échangeur thermique parcouru à contre courant par les gaz de combustion sortant de la chaudière. The invention also relates to an energy saving device and pollution limiter for boilers heated with non-corrosive fuel, or industrial recovery gases, characterized in that it comprises a deaerator constituted by a closed enclosure supplied with water soft at a predetermined level, and connected at its upper part to a suction source maintaining a predetermined depression above this level, with an evacuation of deaerated water towards the water supply to the boiler through an exchanger thermal traversed against the current by the combustion gases leaving the boiler.

Comme source d'aspiration, on utilisera avantageusement une pompe à vide à anneau liquide
On obtient des résultats particulièrement intéressants avec un désaérateur renfermant des moyens de réchauffage de l'eau en cours de désaération. Ces moyens de réchauffage peuvent comprendre un injecteur de vapeur débouchant à la base d'un dispositif de ruissellement de l'eau à l'intérieur du désaérateur. Ils peuvent comprendre également un serpentin immergé dans le désaérateur et parcouru par des condensats à désaérer avant leur introduction dans le désaérateur.As a suction source, a liquid ring vacuum pump will advantageously be used.
Particularly interesting results are obtained with a deaerator containing means for heating the water during deaeration. These reheating means may include a steam injector opening at the base of a device for trickling the water inside the deaerator. They may also include a coil immersed in the deaerator and traversed by condensates to be deaerated before their introduction into the deaerator.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen du dessin annexé qui représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention. The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and on examining the appended drawing which represent by way of nonlimiting example an embodiment of the invention.

La figure unique est un schéma d'une installation de désaération sous vide de l'eau d'alimentation d'une chaudière suivant l'invention. The single figure is a diagram of a vacuum deaeration installation of the feed water of a boiler according to the invention.

Sur ce dessin, la chaudière 1, produisant de la vapeur sous pression en 2, est alimentée à force en air extérieur par une turbine à gaz 3. Les fumées 4,et autres gaz de combustion émis par la chaudière 1, traversent, avant d'etre rejetées à l'extérieur, un économiseur 5 dont le circuit intérieur 6 est parcouru par l'eau désaérée avant introduction en 7 dans la chaudière. In this drawing, the boiler 1, producing pressurized steam at 2, is force-fed with outside air by a gas turbine 3. The fumes 4, and other combustion gases emitted by the boiler 1, pass through before d 'be rejected to the outside, an economizer 5 whose interior circuit 6 is traversed by deaerated water before introduction at 7 into the boiler.

L'eau désaérée entrant dans l'économiseur 5 provient d'un désaérateur 8 constitué par une enceinte close surmontée d'un dôme 9 comportant, à l'intérieur, des chicanes de ruissellement 10 sur lesquelles tombe de l'eau alimentaire, pulvérisée par une rampe 11 au sommet du dôme 9. A la base du dôme 9, débouche une canalisation d'injection de vapeur 12, tandis qu'au sommet du dôme débouche une canalisation 13 d'aspiration reliée à une pompe à vide 14 à anneau liquide , alimentée en eau douce par une canalisation 22 et refoulant dans un séparateur 15 d'où l'air s'échappe en 16, tandis que l'eau séparée retourne en 17 dans un réservoir intermédiaire 18 raccordé à un réservoir général d'eau douce 19 qui alimente, par une canalisation 20, 21, la rampe de pulvérisation 11 du désaérateur. The deaerated water entering the economizer 5 comes from a deaerator 8 constituted by a closed enclosure surmounted by a dome 9 comprising, inside, runoff baffles 10 onto which food water, sprayed by a ramp 11 at the top of the dome 9. At the base of the dome 9, opens a steam injection pipe 12, while at the top of the dome opens a suction pipe 13 connected to a vacuum pump 14 with liquid ring , supplied with fresh water by a pipe 22 and discharging into a separator 15 from which the air escapes at 16, while the separated water returns at 17 in an intermediate tank 18 connected to a general fresh water tank 19 which feeds, via a pipe 20, 21, the spray boom 11 of the deaerator.

Une autre conduite 23 alimente en eau douce, à partir du réservoir 19, un refroidisseur 24 d'eau de purge ainsi que d'autres appareils, tels que des compresseurs dont les calories sont ainsi récupérées au lieu d'être dissipées dans l'atmosphère. Another pipe 23 supplies fresh water from the reservoir 19 to a purge water cooler 24 as well as other devices, such as compressors, the calories of which are thus recovered instead of being dissipated in the atmosphere. .

Ainsi, le mélange d'eau et de vapeur provenant des diverses purges est amené par une canalisation 25 dans un séparateur 26, avant de traverser le refroidisseur 24 et de parvenir à l'égoflt 27. Thus, the mixture of water and steam coming from the various purges is brought through a pipe 25 into a separator 26, before passing through the cooler 24 and reaching the ego 27.

L'eau douce ainsi réchauffée à travers le refroidisseur 24 est réintroduite par une canalisation 28 dans le réservoir d'eau douce 19. De l'eau adoucie alimente à niveau constant le réservoir d'eau douce par une canalisation 29. The fresh water thus heated through the cooler 24 is reintroduced by a pipe 28 into the fresh water tank 19. Soft water supplies the fresh water tank at constant level through a pipe 29.

De même, les condensats sont amenés par une canalisation 30 dans un séparateur 31. La vapeur récupérée dans les séparateurs 26, 31, est acheminée par des canalisations 32, 33 vers l'injecteur 12. Les condensats séparés dans le séparateur 31 sont acheminés par une canalisation 34 dans un réservoir de condensats 35 recueillant également les autres condensats de l'usine. Tous ces condensats dont la température est d'environ 900C sont réintroduits par une canalisation 36, 37 dans un serpentin 38 immergé dans le désaérateur et communiquant par une canalisation 39 avec la rampe pulvérisatrice 11. Un tube de dépression 40 débouchant dans le réservoir d'eau 41 à l'air libre permet de contr#ler le vide a l'intérieur du désaérateur 8. Likewise, the condensates are conveyed by a pipe 30 in a separator 31. The vapor recovered in the separators 26, 31, is conveyed by pipes 32, 33 to the injector 12. The condensates separated in the separator 31 are conveyed by a pipe 34 in a condensate tank 35 also collecting the other condensates from the plant. All these condensates, the temperature of which is around 900C, are reintroduced through a line 36, 37 into a coil 38 immersed in the deaerator and communicating via a line 39 with the sprayer boom 11. A vacuum tube 40 opening into the tank water 41 in the open air makes it possible to control the vacuum inside the deaerator 8.

L'installation est complétée par l'équipement classique de pompes de circulation, telles que 42, 43, 44, 45, 46, 47, de vannes asservies ou non, et de dispositifs contrôleurs de niveaux dans les divers réservoirs et dans le désaérateur. The installation is completed by the conventional equipment of circulation pumps, such as 42, 43, 44, 45, 46, 47, of slaved or non-controlled valves, and of level control devices in the various tanks and in the deaerator.

Dans une réalisation pratique , une chaudière classique à dégazage thermique fonctionnant pour un débit de 18,5 tXh de vapeur, la température d'entrée des fumées sur I 'économi- seur est de 24l0C, et s'abaisse à 120C à la sortie, cependant que la température d'entrée de l'eau est à 1060C, alors quille sort à 1400C de l'économiseur. In a practical embodiment, a conventional boiler with thermal degassing operating for a flow rate of 18.5 tXh of steam, the inlet temperature of the flue gases at the economizer is 24 ° C., and drops to 120 ° C. at the outlet, however the inlet water temperature is 1060C, while the keel comes out at 1400C from the economizer.

La puissance récupérée est ainsi de 629 th/h, avec ut tam = 700C, un coefficient d'échange de 43,5 kcaî/m20C pour une surface de 206 m2. The recovered power is thus 629 th / h, with ut tam = 700C, an exchange coefficient of 43.5 kcai / m20C for an area of 206 m2.

Avec la même chaudière équipée avec un dégazage sous vide suivant 1'invention, la température d'entrée des fumées sur l'économiseur est toujours de 2410C, mais elle s'abaisse à 132qu à la sortie. With the same boiler equipped with vacuum degassing according to the invention, the inlet temperature of the fumes on the economizer is always 2410C, but it drops to 132qu at the outlet.

La température de l'eau à l'entrée de l'économiseur est de 759C et s'élève à l16,50C à la sortie. The water temperature at the inlet of the economizer is 759C and rises to l16.50C at the outlet.

Ainsi, la puissance récupérée est de 367 thAn avec un a tm de 86,390C, toujours pour la même surface de 206 m2, le coefficient d'échange étant de 43,14 kcal/h.m2.0C.  Thus, the power recovered is 367 thAn with an a tm of 86.390C, always for the same surface of 206 m2, the exchange coefficient being 43.14 kcal / h.m2.0C.

Le gain sur l'économiseur apparait donc de 138 thaï., soit, pour un fonctionnement normal de 1.500 heures par an, de 207.000 thermies. The gain on the economizer therefore appears to be 138 Thai, or, for normal operation of 1,500 hours per year, 207,000 therms.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention.  Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and shown, it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art, depending on the applications envisaged and without departing from the scope of the invention. 'invention.

C'est ainsi que l'invention s'applique également aux chaudières de récupération, c'est-à-dire aux chaudières produisant de la vapeur ou de l'eau chaude par chauffage à l'aide de jets de gaz chauds, notamment ceux provenant de forme de traitement thermique, de verrerie et analogues.  Thus, the invention also applies to recovery boilers, that is to say boilers producing steam or hot water by heating using jets of hot gases, in particular those from form of heat treatment, glassware and the like.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Procédé économiseur d'énergie et limiteur de pollution pour chaudière chauffée avec un combustible non corrosif du type gaz naturel ou par des gaz de récupération industriels, caractérisé en ce qu'on dégaze l'eau d'alimentation de ladite chaudière sous la pression réduite de vapeur saturante, à environ 70-80 C, et on la réchauffe avant admission dans ladite chaudière, par échange thermique avec les gaz de combustion sortant de ladite chaudière, réciproquement refroidis jusqu 'à environ'70-l200C avant évacuation dans l'atmosphère. 1. Energy saving method and pollution limiter for a boiler heated with a non-corrosive fuel of the natural gas type or with industrial recovery gases, characterized in that the supply water of said boiler is degassed under pressure reduced in saturated steam, to around 70-80 C, and it is reheated before admission to said boiler, by heat exchange with the combustion gases leaving said boiler, reciprocally cooled to about 70- 1200 C before being discharged into the atmosphere. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réchauffe l'eau d'alimentation dégazée à 750C environ, en refroidissant les gaz de combustion à 1050C.  2. Method according to claim 1, characterized in that the degassed feed water is heated to approximately 750C, by cooling the combustion gases to 1050C. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue le dégazage de l'eau d'alimentation sous une pression absolue d'environ 0,3 à 0,4 bar. 3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the degassing of the feed water is carried out under an absolute pressure of about 0.3 to 0.4 bar. 4. Dispositif économiseur d'énergie et limiteur de pollution suivant l'une des revendications 1 à 3 pour chaudière chauffée avec du combustible non corrosif, ou des gaz de récupération industriels, caractérisé en ce qu'il comprend un désaérateur 8 constitué par une enceinte close alimentée en eau douce à un niveau prédéterminé, et reliée à sa partie supérieure à une source d'aspiration 14 maintenant une dépression prédéterminée au-dessus dudit niveau, avec une évacuation de l'eau désaérée vers l'alimentation er eau de ladite chaudière 1, à travers un échangeur thermique 5 parcouru à contrecourant par les gaz de combustion 4 sortant de ladite chaudière 4. Energy saving device and pollution limiter according to one of claims 1 to 3 for a boiler heated with non-corrosive fuel, or industrial recovery gases, characterized in that it comprises a deaerator 8 constituted by an enclosure close supplied with fresh water at a predetermined level, and connected at its upper part to a suction source 14 maintaining a predetermined depression above said level, with an evacuation of deaerated water towards the supply and water of said boiler 1, through a heat exchanger 5 traversed countercurrently by the combustion gases 4 leaving said boiler 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la source d'aspiration est constituée par une pompe à vide à anneau liquide. 5. Device according to claim 4, characterized in that the suction source is constituted by a liquid ring vacuum pump. 6. Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le désaérateur renferme des moyens de réchauffage de l'eau en cours de désaération. 6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the deaerator contains means for heating the water during deaeration. 7. Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé en ce que les moyens de réchauffage comprennent un injecteur de vapeur 12 débouchant à la base d'un dispositif de ruissellement 10 de l'eau à l'intérieur du désaérateur.  7. Device according to claim 6 characterized in that the reheating means comprise a steam injector 12 opening at the base of a device for trickling the water inside the deaerator. 8. Dispositif suivant l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens de réchauffage comprennent un serpentin 38 immergé dans le désaérateur et parcouru par des condensats à désaérer avant leur introduction dans le désaérateur  8. Device according to one of claims 6 and 7, characterized in that the heating means comprise a coil 38 immersed in the deaerator and traversed by condensates to be deaerated before their introduction into the deaerator
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