тепловой агрегат

Формула изобретения

ТЕПЛОВОЙ АГРЕГАТ, содержащий систему подготовки и подачи топлива, камеру сгорания, теплоиспользующий узел, блоки утилизации топочного газа и дымовую трубку, отличающийся тем, что, с целью повышения экологичности путем снижения вредных выбросов в атмосферу, он дополнительно снабжен холодильной машиной с испарителем, блоком переработки окислов азота, серы и углерода, продувочной и ректификационной колоннами, газовой турбиной, компрессором, насосом и сборником кислого конденсата, при этом система подготовки и подачи топлива выполнена с блоком разделения воздуха, подсоединенного своими выходами посредством азото- и кислородопроводов соответственно к дымовой трубе и камере сгорания, а последняя выполнена заодно с теплоиспользующим узлом в виде парогенератора с топкой и фракционным конденсатором топочного газа на выходе, подсоединенным одним своим выходом посредством компрессора к испарителю холодильной машины, а вторым через сборник кислого конденсата - к ректификационной колонне, подключенной своими выходами посредством кислотопровода и водопровода соответственно к блоку переработки окислов азота, серы и углерода и топке парогенератора, а блок утилизации тепла выполнен в виде системы теплообменников кислого конденсата, объединенных замкнутым контуром и размещенных в нижней части фракционного конденсатора и ректификационной колонне, и теплообменника для подогрева углекислого газа, размещенного в тракте уходящего газа парогенератора и подсоединенного своим входом к второму выходу испарителя холодильной машины, а выходом через газовую турбину - к дымовой трубе, причем блок переработки окислов азота, серы и углерода дополнительно подключен к испарителю холодильной машины и продувочной колонне, а последняя через насос дополнительно подключена к испарителю.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для сжигания топлива при осуществлении различных технологических процессов.

Известна тепловая установка, содержащая вертикальную камеру сгорания кольцевой формы с помещенным в верхней части горелочным устройством для создания направленного вниз кольцевого пламенного потока, снабженным прямоточным выходным насадком, и установленную по оси камеры над горелочным устройством форсунку для подачи в пламя дополнительных топливосодержащих веществ.

Недостатком этой тепловой установки является значительный выброс вредных веществ в атмосферу.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является тепловой агрегат, содержащий камеру сгорания с системой подготовки и подачи топлива, камеру сгорания, теплоиспользующую установку, блок утилизации топочных газов и дымовую трубу. Его принимаем за прототип.

Недостатком указанного технического решения является значительное содержание вредных выбросов в газах, выходящих через дымовую трубу.

Целью изобретения является снижение вредных выбросов в атмосферу.

Указанная цель достигается тем, что в соответствии с прототипом тепловой агрегат содержит систему подготовки и подачи топлива, камеру сгорания, теплоиспользующий узел, блок утилизации топочного газа и дымовую трубу, а в соответствии с предлагаемым техническим решением агрегат дополнительно содержит блок подготовки окислителя (блок разделения воздуха), газопровод, водопровод и кислородопровод для подачи компонентов смеси в камеру сгорания, которая содержит парогенератор, соединенный на выходе с фракционным конденсатором топочного газа, состоящим из водяного конденсатора смешения, соединенного через компрессор с входом испарителя холодильной машины, который на выходе соединен через продувочную колонну и испаритель-конденсатор с блоком утилизации тепла, блок утилизации тепла, содержащий теплообменник для подогрева углекислого газа, соединенный через газовую турбину с дымовой трубой, и теплообменник кислого конденсата для подогрева куба ректификационной колонны, ректификационную колонну, которая параллельно с испарителем холодильной машины и испарителем-конденсатором соединена с блоком переработки окислов азота, серы и углерода.

На чертеже показан предлагаемый агрегат.

Воздушный компрессор 1 соединен с блоком 2 разделения воздуха, который на выходе имеет кислородопровод 3. Газопровод 4 соединен со смесителем 5 и водопроводом 6. Кислородопровод 3 и смеситель 5 соединены с топкой 7. Блок 2 через азотопровод 8 соединен с трубой 9. В топке 7 установлены система 10 получения пара и теплообменник 11 углекислого газа. На выходе топка 7 соединена с конденсатором 12 смешения. В конденсаторе 12 установлена часть теплообменника 13, другая часть которого установлена в ректификационной колонне 14. Конденсатор 12 трубопроводом 15 соединен со сборником 16 кислого конденсата, который соединен с насосом 17 и через трубопровод 18 с колонной 14. Насос 17 через эжектор 19 соединен с водопроводом 6 и ректификационной колонной 14. Конденсатор 12 через компрессор 20 соединен с испарителем 21 холодильной машины 22, который на выходе соединен через вентиль 23 с продувочной колонной 24, которая через трубопровод 25 соединена с холодильной машиной 22. Испаритель-конденсатор 21 через трубопровод 26 соединен с блоком 27 переработки окислов азота, серы, углерода, который также через трубопровод 28 соединен с колонной 24. Последняя соединена с компрессором 29 и всасывающей стороной насоса 30, который нагнетательной стороной соединен с испарителем 21. Испаритель 21 через теплообменник 11 соединен с турбиной 31, которая на выхлопе соединена с трубой 9. Колонна 14 трубопроводом 32 соединена с блоком 27.

Тепловой агрегат работает следующим образом.

Воздух всасывается компрессором 1, сжимается и поступает в блок 2 разделения воздуха, где разделяется на кислород и азот. Азот по азотопроводу 8 поступает в трубу 9 и выбрасывается в атмосферу. Кислород из блока 2 по кислородопроводу 3 поступает в топку 7 котла.

Природный газ (или мазут) по газопроводу 4 подают в смеситель 5, где смешивают в поступающим из трубопровода 6 (водопровода) кислым конденсатом. Водогазовая смесь (смесь кислого конденсата и природного газа) поступает в топку, ее смешивают с кислородом и сжигают. Тепло продуктов реакции используют для выработки пара в системе 10 получения пара и для подогрева углекислого газа в теплообменнике 11.

Из охлажденных продуктов сгорания в конденсаторе 12 конденсируют воду, которая при конденсации поглощает часть окислов азота, серы и кислорода, образуя кислый конденсат. Кислый конденсат собирается в нижней части конденсатора 12 и охлаждается за счет подогрева с помощью теплообменника 13 кубовой части колонны 14. Охлажденный кислый конденсат по трубопроводу 15 сливается в сборник 16, откуда насосом 17 подается на разбрызгивание в конденсатор 12 и в эжектор 19, создающий разрежение в ректификационной колонне 14, из которого через водопровод 6 поступает в смеситель 5. Часть кислого конденсата из сборника 16 по трубопроводу 18 поступает в колонну 14, где из кислого конденсата производят отгонку воды, поступающей на смешение с природным газом (мазутом). Оставшиеся в кубе колонны 14 концентрированные кислоты по трубопроводу 32 подают на переработку в блок 27. Не сконденсированные в конденсаторе 12 газы, которые на 90% состоят из углекислого газа, сжимают компрессором 20 до давления 20-30 атм и подают в испаритель 21 холодильной машины 22. В испарителе 21 углекислый газ сжижается, растворяя в себе часть окислов азота и серы, и поступает в дроссельный вентиль 23. Не сконденсированные газы выводятся в блок 27 по трубопроводу 26. В дроссельном вентиле 23 углекислый газ расширяется до давления около 5 атм и превращается в снегообразную массу, которая поступает в продувочную колонну 24, где из нее отдуваются растворенные окислы азота и серы. Сдувочный газ отводится на очистку в блок 27 по трубопроводу 28, часть испарившегося углекислого газа сжимается компрессором 29, охлаждается за счет кипения хладоагента, поступающего по трубопроводу 25 из холодильной машины 22, смешивается со снегообразной массой углекислого газа, повышая общее давление в системе до 10-20 атм. Это приводит к плавлению снегообразной массы, которая переходит в жидкость. Полученную в колонне 24 жидкость снижают насосом 30 до 300 атм, последовательно подогревают в испарителе-конденсаторе 21 и теплообменнике 11 и расширяют в турбине 31, используя работу расширения углекислого газа на привод компрессора 1. Отработанный углекислый газ через трубу 9 выбрасывают в атмосферу. Из блока 27 выводят продукционные кислоты.

При использовании изобретения выбросы вредных веществ через трубу могут быть сокращены до 900 раз.

Это подтверждается следующим расчетом. Расчет проводится без учета сокращения образования NO при сжигании топлива в среде водяного пара.

В существующих системах при сжигании топлива образуется от 400 до 200 мг NO/м³. Принимаем для расчета 200 мг NO/м³. По условиям конденсации возможно поглощение конденсатом до 4 мг NO/м³. На выходе из конденсатора объем топочного газа сокращается в 10 раз, что приводит к повышению концентрации NO до 6,5 об.%. Если концентрация азота в кислороде, поступающем из блока разделения, достигает 0,5 об.%, то концентрация азота на выходе из конденсатора может достигать 10%.

При использовании серосодержащих топлив концентрация SO₂ на выходе из топки составит 400 мг/м³ или 0,625 об.%. При температуре конденсации возможно поглощение до 8 мг/м³, тогда на выходе из конденсатора количество SO₂ составит 392 мг/м³ или 6,25 об.%. Растворение SO₂ в СО₂ может достигать 2,0 мг/м³. Таким образом возможно сокращение выхлопа NO в 100 раз, а SO₂ - в 200 раз на 1 м³ СО₂. При добавлении в СО₂ азота из блока разделения концентрация окислов может сократиться в 900 раз.

Предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами: снижение выброса вредных веществ в атмосферу и водоемы; получение практически чистого СО₂, азотной и серной кислот; полностью ликвидируется выброс сажи; способность сжигать любое топливо; улавливание реакционной воды; отсутствие высокой дымовой трубы.