HU219417B - Berendezés széntüzelésű kazán füstgázában lévő hő hasznosítására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya berendezés széntüzelésű kazán (1) füstgázában lévőhő hasznosítására, amelynek füstgázzal fűtött kazántápvízelőmelegítője és levegőt előmelegítő, célszerűen forgórendszerűhőátadó berendezése (3) van, továbbá amelynek a hőátadó berendezéssel(3) párhuzamosan kapcsolt, a füstgáz lehűtését szolgáló hőcserélő (6)és a friss levegőt előmelegítő hőcserélő (8) közé iktatott hőeltolóegysége (5) van. A találmány szerinti berendezés úgy van kialakítva,hogy egyrészt a kazán (1) és a hőátadó berendezés (3) közé iktatottfüstgázvezetékhez (2), másrészt a hőátadó berendezés (3) utánifüstgázvezetékhez (4) kapcsolt kerülővezetéke (13) van, és ekerülővezetékbe (13) iktatott, kazántápvizet (KSW) előmelegítőhőcserélője (14) és/vagy gőzfejlesztője van. ŕ

Description

A találmány tárgya berendezés széntüzelésű kazán füstgázában lévő hő hasznosítására. A találmány szerinti berendezés alkalmazása elsősorban erőművi kazánokkal kapcsolatban jön szóba. A füstgáz fizikai hőtartalmának hasznosítható részét a kazán tápvizének előmelegítésére és az égési levegő előmelegítésére fordítjuk. A találmány szerinti berendezés tartalmaz egy forgó hőátadó berendezést és ezzel párhuzamosan kapcsolva egy hőeltoló egységet. A hőátadó berendezésbe jut egyfelől a kazánt elhagyó füstgáz, másfelől az előmelegített levegő. A hőeltoló egységbejut egyrészt a friss levegő, másrészt a hőátadó berendezésből érkező lehűlt füstgáz.

Ilyen berendezés a GEA Luftkühler GmbH (Dorstener StraBe 18-29. 4690 Heme 2, NSZK) „Kraftwerk: Rauchgaswárme für die Vorheizung von Luft und Kondensat” („Erőmű: füstgázhő levegő és kondenzátum előmelegítésére”) című prospektus alapján ismertnek tekinthető. Az ismert berendezésnél a zárt körfolyamatban áramló hőhordozó közeget a környezeti hőmérsékletű friss levegővel táplált hőcserélőn át, továbbá egy második hőcserélőn át vezetik a hőeltoló egységbe. A második hőcserélőt egy további, ugyancsak zárt körfolyamatban áramló hőhordozó közeg táplálja, amit a hőátadó berendezésből távozó füstgáz temperál. Ez a további hőhordozó közeg átáramlik ezenkívül egy hőcserélőn, amelyben a másik közeg a kazán tápvize.

Bár a barnaszén-tüzelésű kazánból kilépő füstgáz hőmérséklete körülbelül 290 °C, mégis a forgó hőátadó berendezésben bekövetkező hőcsere révén a hőeltoló egységben már csak körülbelül 180 °C hőmérsékletű füstgáz áll rendelkezésre. Az egyrészt a hőeltoló egységben, másrészt a hőhordozó közegnek a hőeltoló egység és a kazántápvíz közötti keringése során bekövetkező hőveszteségei figyelembevételével ezt a füstgázt maximálisan körülbelül 160 °C-ra lehet temperálni. Ennek következtében a kazánban jelentős mennyiségű tüzelőanyagot kell elégetni a körülbelül 160 °C-ra temperált kazántápvíz további hevítése, majd elgőzölögtetése és a gőznek ezt követően villamos energia előállítása végett egy gőzturbinára való rávezetése céljából.

A találmány célja a korábban leírt, egy hőátadó berendezést és egy hőeltoló egységet magában foglaló olyan tökéletesített berendezés létrehozása, ami az erőmű hatásfokát jelentősen növeli.

Ezt a feladatot a találmány úgy oldja meg, hogy a hőátadó berendezéshez vezető füstgázvezetéket, valamint a hőátadó berendezés és a hőeltoló egység közötti füstgázvezetéket összekötő egy, a hőátadó berendezést áthidaló kerülővezetéke van, és a kerülővezetékbe be van iktatva egy hőcserélő, amin átfolyik a kazántápvíz és/vagy egy gőzfejlesztő vize.

A találmány többek között abból a műszakilag megalapozott tényállásból indul ki, hogy - különösen a barnaszén-tüzelésű kazánoknál - a barnaszén elégetéséhez szükséges égési levegőnek rendszerint csak mintegy 75%-át vezetik a hőátadó berendezésen át. Az égési levegő többi 25%-a más utakon, legnagyobbrészt réseken át jut a kazánba. Másrészt viszont mindeddig a kazánt elhagyó füstgáz teljes tömegáramát átvezették a hőátadó berendezésen.

A találmány nem korlátozódik barnaszén-tüzelésű berendezésekre. A kazán fűtésére más tüzelőanyagokat is lehet használni. A találmány értelmében a hőátadó berendezésen nem vezetjük át a teljes füstgázáramot, hanem csak azt a füstgázmennyiséget, ami a füstgáz hőmérsékletének körülbelül 290 °C-ról 180 °C-ra való csökkenésekor ahhoz szükséges, hogy az égési levegő a hőeltoló egységben körülbelül 110 °C-ról körülbelül 270 °C-ra melegedjen. Ez a teljes füstgázmennyiségnek mintegy kétharmada. A fennmaradó füstgázmenynyiséget, gyakorlatilag tehát a teljes füstgázáramnak mintegy egyharmadát a hőátadó berendezést kihagyó kerülővezetékben, valamint a kerülővezetékbe beiktatott hőcserélőn és/vagy a kerülővezetékben lévő gőzfejlesztőn vezetjük át, és ennek során ugyancsak körülbelül 180 °C-rahűlle.

A hőcserélőben áramló kazántápvíz ekkor körülbelül 160 °C-ról körülbelül 260 °C-ra hévül. Ennek megfelelően a kazánba igen magas hőmérsékletű kazántápvizet lehet bevezetni.

Ha a kerülővezetékbe a hőcserélő helyett vagy a hőcserélővel párhuzamosan egy gőzfejlesztőt iktatunk be, akkor a füstgáz hőtartalmát gőzfejlesztésre és ezáltal villamos áram előállítására lehet hasznosítani.

A találmány a kerülővezetéken át és az abba beiktatott hőcserélőn át járulékosan kinyert hőt optimálisan hasznosítja. A kazántápvíznek így átadott hő jobb hatásfokkal alakítható át villamos energiává, mint a kazántápvíz eddigi hőmérsékletei esetén.

Ha a hulladék hőt gőzfejlesztésre használjuk, és ezzel a gőzzel egy pótlólagos gőzturbinában villamos energiát fejlesztünk, akkor a villamos energia termelése jelentősen növeli a főturbinában előállított villamos energia mennyiségét.

Ily módon közvetlenül megtakarítjuk a hőmérséklet-növekedésnek, illetőleg a gőzfejlesztésnek megfelelő hőmennyiséget, illetőleg a megfelelő mennyiségű tüzelőanyagot. Ebből következőleg az erőmű hatásfoka jelentősen növelhető.

A találmány egyik előnyös kiviteli alakjánál a hőeltoló egységet elhagyó füstgázt egy füstgáz-kéntelenítő berendezésen át vezetjük a kéménybe. Emellett a hőeltoló egység össze van kötve egy hőcserélővel, ami a füstgáz-kéntelenítő berendezés és a kémény közötti füstgázvezetékbe van beiktatva. Ily módon a hőátadó berendezést elhagyó füstgázban még meglévő hőt járulékosan arra lehet hasznosítani, hogy a füstgáz-kéntelenítő berendezésből távozó füstgázt körülbelül 50 °C-ról körülbelül 85 °C hőmérsékletre melegítse. Ezáltal elérhetők a kéményben azok az emissziós hőmérsékletek, amiket elsősorban környezetvédelmi okok miatt be kell tartani.

A találmány szerinti berendezés tehát széntüzelésű kazán füstgázban lévő hő hasznosítására, amelynek füstgázzal fűtött kazántápvíz előmelegítóje és levegőt előmelegítő, célszerűen forgórendszerű hőátadó berendezése van, továbbá amelynek a hőátadó berendezéssel párhuzamosan kapcsolt, a füstgáz lehűtését szolgáló hőcserélő és a friss levegőt előmelegítő hőcserélő közé iktatott hőeltoló egysége van, amelynek lényege, hogy

HU 219 417 Β egyrészt a kazán és a hőátadó berendezés közé iktatott füstgázvezetékhez, másrészt a hőátadó berendezés utáni füstgázvezetékhez kapcsolt kerülővezetéke van, és e kerülővezetékbe iktatott, kazántápvizet előmelegítő hőcserélője és/vagy gőzfejlesztője van.

A találmány egy célszerű kiviteli alakjánál a füstgáz lehűtését szolgáló hőcserélő után füstgáz-kéntelenítő berendezés van kapcsolva, ennek kéményhez csatlakozó füstgázvezetékébe hőcserélő van iktatva, valamint e hőcserélő és a hőeltoló egység vagy a füstgáz lehűtését szolgáló hőcserélő közé hűtőközeget zárt rendszerben keringtető, körfolyamatú vezeték van kapcsolva.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben, ábráink segítségével, ahol az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy példakénti kiviteli alakjának vázlata, amely berendezés széntüzelésű kazán füstgázában lévő hőnek a kazántápvíz előmelegítésére és a friss levegő előmelegítésére való hasznosítására szolgál, a

2. ábra egy másik berendezés vázlata, amely berendezés széntüzelésű kazán füstgázában lévő hőnek a kazántápvíz előmelegítésére és a friss levegő előmelegítésére való hasznosítására szolgál, a

3. ábra egy berendezés vázlata, amely berendezés gőz fejlesztésére szolgál a füstgázban lévő hőből.

Az 1. ábrán szemléltetett példakénti berendezésnél az 1 kazán barnaszén-tüzelésű. A példa feltételezi, hogy az 1 kazán egy villamos energiát fejlesztő hőerőműhöz tartozik.

Az 1 kazánhoz kapcsolt 2 füstgázvezetékbe van iktatva a 3 hőátadó berendezés. Ez a 3 hőátadó berendezés a tüzeléshez szükséges levegő előmelegítésére szolgál, és példaként úgynevezett Ljungström-féle forgó hőcserélő lehet. (Az égési levegőt előmelegítő hőcserélőket LUVO névvel szokták röviden jelölni.)

A 3 hőátadó berendezéshez van csatlakoztatva a 4 füstgázvezeték egyik vége, míg a 4 füstgázvezeték másik végével a 6 hőcserélőhöz van kapcsolva. A 6 hőcserélőt a hozzá kapcsolt 7 vezetéken át tudja elhagyni a füstgáz.

A 2 füstgázvezetéket a 4 füstgázvezetékkel a 13 kerülővezeték köti össze. A 13 kerülővezetékbe a 14 hőcserélő van iktatva, amely a tápvíz előmelegítésére szolgál. A 13 kerülővezetékbe szabályozószerv, például 12 szelep van iktatva.

A friss levegő előmelegítésére a 8 hőcserélő szolgál. A 6 hőcserélő és a 8 hőcserélő közötti kapcsolatot az 5 hőeltoló egység képezi. Az 5 hőeltoló egységben zárt körfolyamatban áramlik egy hőhordozó közeg. E hőhordozó közeg áramlását a 10 szivattyú biztosítja.

A 8 hőcserélőt elhagyó előmelegített levegőt a 9 vezeték révén lehet a 3 hőátadó berendezésbe juttatni. A 3 hőátadó berendezés és az 1 kazán közé van iktatva all vezeték.

Az 1 kazánban van a 15 csőkígyórendszer, amely a gőzfejlesztést szolgálja. Ebbe a 15 csőkígyóba jut a hőcserélőben előmelegített KSW kazántápvíz, majd elhagyja a 15 csőkígyót a D gőz.

A 2. ábrán szemléltetett példakénti berendezésnél lényegében az 1. ábra kapcsán ismertetett berendezés mint részlet szerepel, de emellett 21 füstgáz-kéntelenítő berendezéssel is el van látva. Itt is az 1 kazán és a hőátadó berendezés közé a 2 füstgázvezeték van iktatva. A 3 hőátadó berendezés és a 6 hőcserélő közé a füstgázvezeték van kapcsolva. Itt is megvan a 13 kerülővezeték, amely a 2 füstgázvezeték és a 4 füstgázvezeték összekötésére szolgál. Ebbe a 13 kerülővezetékbe van iktatva a kazántápvíz előmelegítését biztosító 14 hőcserélő. A 4 füstgázvezeték a 6 hőcserélőhöz van kötve, ez pedig az 5 hőeltoló egység révén áll összeköttetésben a friss levegőt előmelegítő 8 hőcserélővel. A 3 hőátadó berendezés és az 1 kazán közé van iktatva a 11 vezeték, amelyen át az égési levegő az 1 kazánba jut. Az 1 kazánban lévő 15 csőkígyórendszerhez van kapcsolva a 14 hőcserélőt elhagyó KSW kazántápvíz vezetéke. A 15 csőkígyórendszert a D gőz hagyja el.

A most tárgyalt berendezésnél a 6 hőcserélő füstgázoldala a 7 vezeték révén a 21 füstgáz-kéntelenítő berendezéshez van kapcsolva. Ennek kimenetéhez csatlakozik a 18 hőcserélő. A 18 hőcserélő utáni 20 füstgázvezeték a 22 kéményhez van kapcsolva. A 18 hőcserélő 17 körfolyamatban keringő hőhordozó közeg révén a 6 hőcserélővel, illetve az 5 hőeltoló egységgel áll kapcsolatban. A 17 körfolyamatba a 19 szivattyú van iktatva.

A 3. ábrán szereplő berendezésrészlet olyan megoldást szemléltet, amelynél a 13 kerülővezetékbe 23 gőzfejlesztő van iktatva és ennek 24 gőzvezetéke 25 gőzturbinához van kapcsolva, amely hajtókapcsolatban áll egy 26 generátorral. A 25 gőzturbina fáradt gőzét vezető 27 gőzvezeték a 28 kondenzátorhoz van csatlakoztatva. A 29 kondenzátumvezeték a 23 gőzfejlesztőhöz van kötve. A 29 kondenzátumvezetékbe a 30 szivattyú van iktatva.

A találmány szerinti berendezés olyan kivitele is szóba jöhet, amelynél egy tápvíz-előmelegítő 14 hőcserélő mellett egy 23 gőzfejlesztő is be van építve a 13 kerülővezetékbe.

A találmány szerinti berendezés működése a következőképpen történik.

Az 1. ábrán szemléltetett berendezés esetében a széntüzelésű 1 kazánt elhagyó AG füstgáz hőmérséklete körülbelül 290 °C. Ez az AG füstgáz a 2 füstgázvezetékben áramolva jut a 3 hőátadó berendezésbe, ahol hőtartalmának egy részét átadja az előmelegítendő levegőnek, miközben lehűl. A 4 füstgázvezetékbe került AG1 füstgáz hőmérséklete körülbelül 180 °C. Az AG1 füstgáz ezután a 6 hőcserélőben az 5 hőeltoló egység hőhordozó közegét melegíti, és közben lehűl körülbelül 110 °C-ra. A 6 hőcserélőt elhagyó AG2 füstgáz - ami tehát körülbelül 110 °C-ra lehűlt - a 7 vezetékben továbbkerül például egy füstgáz-kéntelenítő berendezésbe. (Ezt a további részt a 2. ábra szemlélteti.)

Az 5 hőeltoló egység hőhordozó közege a 10 szivattyú révén zárt körfolyamot alkot, és a 6 hőcserélőben felvett hőmennyiséget mintegy átviszi a 8 hőcserélőbe. Ebbe a 8 hőcserélőbejut a környezetből a PL friss

HU 219 417 Β levegő, amelynek hőmérséklete körülbelül 20 °C. A PL friss levegő a 8 hőcserélőben körülbelül 110 °C-ra melegszik fel. Ez a WL előmelegített levegő a 9 vezetéken átjut a 3 hőátadó berendezésbe. A 3 hőátadó berendezésben a WL előmelegített levegő tovább hévül az AG füstgáz hőtartalmának rovására, és mintegy 270 °C hőmérsékletre hévül. Ez a körülbelül 270 °C-os VL égési levegő all vezetéken átjut az 1 kazánba.

A 2 füstgázvezetékből kiágazó 13 kerülő vezetékbe az AG füstgáznak mintegy harmadát engedjük, így a hőátadó berendezéshez az AG füstgáz eredeti mennyiségének körülbelül kétharmada áramlik. Az említett mennyiségi arányt a 13 kerülővezetékben lévő 12 szeleppel lehet beállítani. A 13 kerülővezeték a 14 hőcserélőhöz van kapcsolva, így ideszállítja a körülbelül 290 °C-os AG füstgázt. A 14 hőcserélőben a KSW kazántápvíz körülbelül 150 °C-ról körülbelül 260 °C-ra melegszik fel.

A 14 hőcserélőt elhagyó KSW kazántápvíz hőmérsékletét esetleg tovább növeljük az itt nem tárgyalt, önmagában ismert módon, majd az 1 kazán 15 csőkígyórendszerébe vezetjük. Itt a KSW kazántápvíz elgőzölög, és az így keletkezett D gőzt önmagában ismert módon gőzturbinába vezetjük, amely villamos generátort hajt.

A 14 hőcserélőt elhagyó, aló vezetékszakaszban a füstgázvezeték felé áramló AG3 füstgáz hőmérséklete körülbelül 180 °C. A 3 hőátadó berendezést elhagyó AG1 füstgáz és a 16 vezetékszakaszban áramló AG3 füstgáz a 4 füstgázvezetékben keveredik.

A 2. ábrán lehet követni a 7 vezetéken távozó AG2 füstgáz további útját. Mint az 1. ábra szerinti berendezés működésének ismertetéséből kitűnik, az AG2 füstgáz hőmérséklete körülbelül 110 °C. Ez az AG2 füstgázjut az önmagában ismert 21 füstgáz-kéntelenítő berendezésbe. Itt a füstgáz megtisztul, és körülbelül 50 °C-ra lehűl. Ez az AG4 füstgáz a 18 hőcserélőbejut.

A 18 hőcserélő és a 6 hőcserélő, illetve 5 hőeltoló egység között egy 17 körfolyamatú vezeték létesít hő technikai kapcsolatot, ugyanis a 17 körfolyamatú vezeték hőhordozó közege mintegy fűti a 18 hőcserélőt. A 17 körfolyamatú vezeték hőhordozó közegét a 19 szivattyú keringteti. A 18 hőcserélőben visszamelegszik a füstgáz, így a 20 füstgázvezetékben a 22 kémény felé áramló AG5 füstgáz hőmérséklete körülbelül 85 °C. Az ilyen hőmérsékletű füstgáz megfelel az emisszió értékeire vonatkozó előírásoknak.

A 3. ábrán szemléltetett berendezésnél a 13 kerülővezetékbe 23 gőzfejlesztő van iktatva. Ebben az AG füstgáz szerepel hőt leadó közegként. A 24 gőzvezetéken a gőzt a 25 gőzturbinába vezetjük. A 25 gőzturbina a hozzá kapcsolt 26 generátort hajtja, amely pótlólagos villamos energiát állít elő. A 25 gőzturbinába beexpandált gőzt a 27 gőzvezetéken át a 28 kondenzátorba juttatjuk. A kondenzátumot a 30 szivattyú révén a 29 kondenzátumvezetéken át a 23 gőzfejlesztőbe vezetjük.

A találmány szerinti berendezés a hulladék hő kihasználását fokozza, ezáltal az erőművek hőtechnikai hatásfokát jelentősen növeli.

Claims (2)

1. Berendezés széntüzelésű kazán (1) füstgázában lévő hő hasznosítására, amelynek füstgázzal fűtött kazántápvíz-előmelegítője és levegőt előmelegítő, célszerűen forgórendszerú hőátadó berendezése (3) van, továbbá amelynek a hőátadó berendezéssel (3) párhuzamosan kapcsolt, a füstgáz lehűtését szolgáló hőcserélő (6) és a friss levegőt előmelegítő hőcserélő (8) közé iktatott hőeltoló egysége (5) van, azzal jellemezve, hogy egyrészt a kazán (1) és a hőátadó berendezés (3) közé iktatott füstgázvezetékhez (2), másrészt a hőátadó berendezés (3) utáni füstgázvezetékhez (4) kapcsolt kerülővezetéke (13) van, és e kerülővezetékbe (13) iktatott, kazántápvizet (KSW) előmelegítő hőcserélője (14) és/vagy gőzfejlesztője (23) van.

(Elsőbbsége: 1992.03.06.)

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a füstgáz lehűtését szolgáló hőcserélő (6) után füstgáz-kéntelenítő berendezés (21) van kapcsolva, ennek kéményhez (22) csatlakozó füstgázvezetékébe (20) hőcserélő (18) van iktatva, valamint e hőcserélő (18) és a hőeltoló egység (5) vagy a füst lehűtését szolgáló hőcserélő (6) közé, hűtőközeget zárt rendszerben keringtető, körfolyamatú vezeték (17) van kapcsolva. (Elsőbbsége: 1992. 04.13.)