Установка для обогащения кислородом дутьевого воздуха

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована на тепловых энергетических станциях для повышения эффективности сжигания топлива за счет подачи в котлоагрегаты обогащенного кислородом и содержащего минимальное количество негорючих компонентов воздуха. Установка для обогащения кислородом дутьевого воздуха содержит компрессор, предназначенный для закачки атмосферного дутьевого воздуха, выход компрессора связан с теплообменником, предназначенным для нагрева дутьевого воздуха перед подачей его в котлоагрегат, дымовой выход которого связан с устройством для очистки дымовых газов. Установка оснащена бойлером и градиентным сепаратором, вход которого связан с выходом теплообменника, первый выход сепаратора связан с котлоагрегатом, а второй - с бойлером, причем дымовой выход котлоагрегата дополнительно связан со вторым входом теплообменника, второй выход которого связан с устройством очистки дымовых газов. Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка установки для обогащения кислородом дутьевого воздуха, обеспечивающей получение очищенного дутьевого воздуха с оптимальным содержанием в нем кислорода и примесей и с минимальными энергетическими затратами. 1 п ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована на тепловых энергетических станциях для повышения эффективности сжигания топлива за счет подачи в котлоагрегаты обогащенного кислородом и содержащего минимальное количество негорючих компонентов воздуха.

Известна теплоэнергетическая установка, работающая на биогазе и включающая газомоторную электростанцию, смесительную камеру выхлопных газов и свежего дутьевого воздуха, выходом связанную с дутьевым вентилятором высокого давления, коробчатый воздухонагреватель, топку кипящего слоя, осадительную камеру для улавливания золошлаков, камеру дожигания несгоревших твердых частиц и газов, установленный в ней водогрейный котел, гидрозолоуловитель для улавливания частиц золы, дымосос и дымовую трубу. Выхлопная труба газомоторной электростанции присоединена посредством газохода к смесительной камере. К смесительной камере также присоединен патрубок подачи свежего дутьевого воздуха. Выходной патрубок дутьевого вентилятора присоединен посредством газохода через коробчатый воздухонагреватель к сопловому днищу топки.

При работе газомоторной электростанции выхлопные газы с температурой 500°C направляют в смесительную камеру дутьевого вентилятора. В результате перемешивания в смесительной камере определенного количества свежего дутьевого воздуха с содержанием кислорода 21% и обедненных кислородом выхлопных газов образуется подогретая обогащенная кислородом дутьевая газовоздушная смесь, которая дутьевым вентилятором подается в топку.

(см. патент РФ 2351847, кл. F23G 5/30, 2009 г.).

В результате анализа выполнения известной установки необходимо отметить, что она, как и заявленная, предусматривает подогрев и обогащение кислородом подаваемой в топку дутьевой газовоздушной смеси. Однако вместе с выхлопными газами в состав обогащенной кислородом газовоздушной смеси вводится большое количество продуктов, снижающих эффективность процесса горения.

Известна установка для комплексной обработки дутьевого воздуха и дымовых газов, содержащая связанную с выходом дымовых газов теплообменно-регенерационную секцию, включающую блок регенерации, состоящий из вертикальных перфорированных контейнеров, заполненных крошкой активированного угля и установленных с образованием между ними воздушных каналов, вертикальный пластинчатый теплообменник-воздухоподогреватель, абсорбционно-теплообменную секцию с патрубками выхода очищенных дымовых газов и входа холодного дутьевого воздуха, поддон со штуцером слива конденсата, а также блок очистки конденсата, состоящий из горизонтальных перфорированных кассет с отверстиями, выполненных из шероховатого материала, покрытого слоем гашеной извести, уложенных друг на друга с зазором между собой. Установка также содержит связанную с блоком газовой очистки трубу подачи холодного дутьевого воздуха, к которой подведен озонатор.

В процессе работы установки дымовые газы поступают в теплообменно-регенерационную секцию где распределяются по газовым каналам пластинчатого воздухоподогревателя, двигаются сверху вниз, охлаждаясь до температуры, близкой к температуре конденсации находящихся в них водяных паров за счет теплообмена через стенку с нагреваемым дутьевым воздухом, двигающимся по воздушным каналам снизу вверх и нагревая его, попадают далее в камеру абсорбционно-теплообменной секции, после чего дымовые газы поступают в верхний блок очистки, где, попадая на поверхность крошки активированного угля, очищаются от CO и несгоревших остатков топлива и далее проходят через сепарационную решетку, где освобождаются от уносимых капель конденсата и через патрубок окончательно очищенные выводятся в атмосферу.

Параллельно нагретый дутьевой воздух, а который ведено необходимое количество озона, поступает в блок регенерации, контейнеры которого заполнены крошкой активированного угля, насыщенного вредными примесями и остатками несгоревшего топлива, проходит по воздушным каналам между ними, попадая внутрь контейнеров, нагревая при этом насыщенную крошку и десорбируя из нее СО, несгоревшее топливо, смешивается с ними, обогащаясь этими компонентами, в результате чего повышается энергетическая ценность дутьевого воздуха, и подается в топку котельного агрегата.

(см. патент РФ 2331462, кл. B01D 53/14, 2008 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известной установки необходимо отметить, что она обеспечивает обогащение дутьевого воздуха озоном, горючими компонентами, а также CO, однако, не обеспечивает ее обогащение за счет увеличения в дутьевом воздухе кислорода, что снижает эффективность сгорания топлива в котлоагрегате.

Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка установки для обогащения кислородом дутьевого воздуха, обеспечивающей получение очищенного дутьевого воздуха с оптимальным содержанием в нем кислорода и примесей и с минимальными энергетическими затратами.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке для обогащения кислородом дутьевого воздуха, содержащей компрессор, предназначенный для закачки атмосферного дутьевого воздуха, выход компрессора связан с теплообменником, предназначенным для нагрева дутьевого воздуха перед подачей его в котлоагрегат, дымовой выход которого связан с устройством для очистки дымовых газов, новым является то, что установка оснащена бойлером и градиентным сепаратором, вход которого связан с выходом теплообменника, первый выход сепаратора связан с котлоагрегатом, а второй - с бойлером, причем дымовой выход котлоагрегата дополнительно связан со вторым входом теплообменника, второй выход которого связан с устройством очистки дымовых газов.

Сущность полезной модели поясняется графическими и табличными материалами, на которых:

- на фиг представлена схема установки для обогащения кислородом дутьевого воздуха;

- в таблице представлены сведения об энергетических затратах при осуществлении обогащения атмосферного воздуха кислородом различными способами.

Установка для обогащения кислородом дутьевого воздуха содержит компрессор 1, выход которого связан с первым входом теплообменника 2, первый выход теплообменника связан с входом градиентного сепаратора 3, первый выход которого связан с входом котлоагрегата 4, дымовой выход котлагрегата связан с входом устройства 5 очистки дымовых газов, удаляемых после очистки в атмосферу через дымовую трубу (не показана). Второй выход градиентного сепаратора 3 связан с входом бойлера 6. Градиентный сепаратор обеспечивает закрутку подогретого в теплообменнике дутьевого воздуха, для чего содержит корпус с образованным в нем каналом переменного сечения, лопастные завихрители, установленные в канале корпуса под углом по направлению движения воздуха и обеспечивающие закручивание потока дутьевого воздуха. Наиболее целесообразно, чтобы в канале корпуса сепаратора были образованы конфузор и диффузор, обеспечивающие повышение скорости движения закрученного потока.

Дымовой выход котлоагрегата связан также со вторым входом теплообменника 2, второй выход которого связан с входом устройства 5 очистки дымовых газов.

Конструкция узлов и агрегатов, используемых а данной установке, является известной и не составляет предмета патентной охраны.

Установка для обогащения кислородом дутьевого воздуха работает следующим образом.

При работе установки, используемый для дутья воздух, из атмосферы закачивается компрессором 1 и пропускается через теплообменник 2, где нагревается до температуры 350°C. В качестве теплоносителя в теплообменнике используется часть отходящих от котлоагрегата 4 по дымовому выходу дымовых газов, пропускаемых через вторые вход и выход теплообменника. После выхода из теплообменника дымовые газы подаются в устройство 5 очистки. Из теплообменника нагретый дутьевой воздух подается в градиентный сепаратор 3. Градиентный сепаратор при работе реализует вихревой эффект Ранка, который известен специалистам и не требует дополнительных пояснений. За счет неподвижных завихрителей с рассчитанной по известным методикам геометрией канала, осуществляется интенсивная закрутка нагретого дутьевого воздуха с доведением скорости вращения до 6000 об/мин, что способствует разделению компонентов дутьевого воздуха по массам на два потока, периферийный и центральный. Центральный поток воздуха, насыщенный до 50% и более кислородом (обогащенный дутьевой воздух), подается из градиентного сепаратора 3 на вход в котлоагрегат 4 для обеспечения эффективного горения топлива. Периферийный поток содержащий, в основном, азот, а также негорючие твердые примеси, подается через второй выход градиентного сепаратора 3 в бойлер 6 для нагрева воды и/или производства пара и выдачи их потребителям и далее выводится в атмосферу.

Подача в котлоагрегат обогащенного кислородом дутьевого воздуха позволяет интенсифицировать горение топлива, сократить образование большей части NO_X, обеспечить полное сгорание топлива с минимальными выбросами CO, снизить потребление топлива до 20%, при сохранении теплоэнергетических характеристик вырабатываемого пара и/или горячей воды. Установка обладает значительными функциональными возможностями, так как позволяет дополнительно получать горячую воду и/или пар, а также использовать дымовые газы для подогрева дутьевого воздуха. Используемый для обогащения дутьевого воздуха градиентный сепаратор обеспечивает очистку воздуха от примесей, обогащая его, с минимальными энергетическими затратами, что подтверждается приведенными в таблице данными.

Установка для обогащения кислородом дутьевого воздуха, содержащая компрессор, предназначенный для закачки атмосферного дутьевого воздуха, выход компрессора связан с теплообменником, предназначенным для нагрева дутьевого воздуха перед подачей его в котлоагрегат, дымовой выход которого связан с устройством для очистки дымовых газов, отличающаяся тем, что установка оснащена бойлером и градиентным сепаратором, вход которого связан с выходом теплообменника, первый выход градиентного сепаратора связан с котлоагрегатом, а второй - с бойлером, причем дымовой выход котлоагрегата дополнительно связан со вторым входом теплообменника, второй выход которого связан с устройством очистки дымовых газов.