способ регенерации тепла дымовых газов

Формула изобретения

Способ регенерации тепла паросодержащих дымовых газов, заключающийся в том, что паросодержащие дымовые газы направляют в теплообменник, где охлаждают, а затем отводят через дымовую трубу в окружающую среду, отличающийся тем, что паросодержащие дымовые газы направляют в поверхностный теплообменник, где их охлаждают, далее при давлении 1-15 бар паросодержащие дымовые газы направляют в теплообменник смешения, где ведут процесс адиабатического охлаждения до температуры насыщения, после чего паросодержащие дымовые газы направляют в выпарную установку для выпаривания щелочесодержащих растворов и после выпарной установки паросодержащие дымовые газы снова направляют в поверхностный теплообменник, где их нагревают до температуры на 5-20°С выше температуры насыщения водяных паров, после чего через дымовую трубу отводят в окружающую среду.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области выпаривания черных щелоков и может быть использовано на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности и в других областях химической технологии.

Известен способ регенерации теплоты дымовых газов, т.н. способ «глубокого охлаждения» уходящих газов котельных агрегатов (см. Бельский А.П., Лакомкин В.Ю., Громова. Е.Н. «Глубокое охлаждение» уходящих газов в котельных агрегатах // Межвузовский сб. научных трудов. Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на предприятиях и ТЭС // СПб. ГТУРП, СПб, 2006. с.52-59). Суть способа заключается в том, что дымовые газы охлаждают в теплофикационном экономайзере, затем их отводят через дымовую трубу в окружающую среду. В теплофикационном экономайзере вода нагревается до температуры 50-60°С. В этом случае теплофикационный экономайзер и дымовая труба выполняются из специальных материалов, устойчивых к агрессивным средам. К недостаткам описываемого способа следует отнести:

1. Высокие требования к материалу экономайзера;

2. Необходимость отвода части высокотемпературных дымовых газов из котла, которые обеспечивают нагрев охлажденных дымовых газов в экономайзере с целью защиты дымовой трубы от коррозии;

3. Ограниченная потребность в низкопотенциальной теплоте воды (50-60°С) при получении целлюлозы сульфатным методом. В этом способе из вакуумных корпусов выпарки через конденсатор отводится большое количество воды в окружающую среду при температуре 50-60°С.

В качестве прототипа выбран способ регенерации тепла паросодержащих дымовых газов в теплообменнике (скруббере). Суть способа заключается в том, что паросодержащие дымовые газы с температурой 250-280°С направляют в скруббер, а затем с температурой 95-100°С их отводят через дымовую трубу в окружающую среду (см. Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы, т.2: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Лесная промышленность, 1990, стр.397, 415). К недостаткам этого способа следует отнести:

1. Разбавление щелока конденсатом пара дымовых газов, который необходимо в дальнейшем выпаривать на выпарной установке;

2. Высокая температура уходящих паросодержащих дымовых газов ограничивает возможность полного использования их теплоты;

3. Перед отводом паросодержащих дымовых газов в окружающую среду необходима организация их дополнительного нагрева теплотой от внешнего источника или от содорегенерационного котлоагрегата (СРК) для защиты дымовой трубы от коррозии.

Целью изобретения является повышение эффективности использования теплоты паросодержащих высокотемпературных дымовых газов различных технологических установок на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности и в других областях химической технологии.

Указанная цель достигается тем, что высокотемпературные паросодержащие дымовые газы с содержанием влаги 20-100% после СРК направляют в поверхностный теплообменник, где их охлаждают и при давлении 1-15 бар направляют в теплообменник смешения, где ведут процесс адиабатического охлаждения до температуры насыщения, после чего паросодержащие дымовые газы направляют в выпарную установку для выпаривания щелочесодержащих растворов. После выпарной установки дымовые газы снова направляют в поверхностный теплообменник, где для защиты дымовой трубы от коррозии их нагревают до температуры на 5-20°С выше температуры насыщения водяных паров и через дымовую трубу отводят в окружающую среду.

Схема установки для реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1. Установка состоит: 1 - СРК, 2 - поверхностный теплообменник, 3 - теплообменник смешения, 4 - выпарная установка, 5 - дымовая труба, 6 - нагнетатель высокого давления.

Описание предлагаемого способа

Паросодержащие дымовые газы из СРК (1) направляют на первую стадию охлаждения в поверхностный теплообменник (2). После адиабатического охлаждения водой на второй стадии в теплообменнике смешения (3) паросодержащие дымовые газы поступают в выпарную установку (4) на третью стадию охлаждения. После выхода из выпарной установки дымовые газы поступают на нагрев в поверхностный теплообменник первой стадии охлаждения (2), и после этого их отводят через дымовую трубу (5) в окружающую среду.

При необходимости с целью повышения эффективности использования теплоты паросодержащих дымовых газов после первой стадии охлаждения в поверхностном теплообменнике (2) и перед направлением их на вторую стадию охлаждения в теплообменник смешения (3) паросодержащие дымовые газы подвергают сжатию в нагнетателе высокого давления (6).

Пример 1

Изменение параметров паросодержащих дымовых газов в указанных выше процессах предлагаемого способа представлено на фиг.2.

1-2 - процесс охлаждения паросодержащих дымовых газов из СРК в поверхностном теплообменнике: паросодержащие дымовые газы с температурой t₁=173°C, энтальпией I₁=503 кДж/кг и влагосодержанием d₁=116 г/кг направляют в поверхностный теплообменник, где охлаждают до температуры t₂=150°С, энтальпия паросодержащих дымовых газов уменьшается до I₂=480 кДж/кг, влагосодержание паросодержащих дымовых газов не изменяется d₂=116 г/кг;

2-3 - процесс адиабатического охлаждения паросодержащих дымовых газов в теплообменнике смешения: после охлаждения паросодержащих дымовых газов в поверхностном теплообменнике их направляют в теплообменник смешения, где охлаждают до температуры; t₃=62°С, энтальпия паросодержащих дымовых газов в адиабатическом процессе остается постоянной I₃=480 кДж/кг, а их влагосодержание увеличивается и становится d ₃=170 г/кг;

3-4 - процесс охлаждения паросодержащих дымовых газов в выпарной установке: после процесса адиабатического охлаждения паросодержащих дымовых газов в теплообменнике смешения их направляют на выпаривание щелочесодержащих растворов в выпарную установку, где охлаждают до температуры t₄=50°C, энтальпия дымовых газов становится I₄=276 кДж/кг, а влагосодержание уменьшается до d₄=93 г/кг;

4-5 - процесс нагрева дымовых газов в поверхностном теплообменнике: после выпаривания щелочесодержащих растворов в выпарной установке дымовые газы снова направляют в поверхностный теплообменник, где для защиты дымовой трубы от коррозии их нагревают до температуры t₅=70°С, при этом энтальпия дымовых газов увеличивается до I₅=316 кДж/кг, а их влагосодержание не изменяется и остается d₅=93 г/кг.

При заданных параметрах дымовых газов, принимая, что щелок, поступающий в агрегат, содержит 1250 кг сухого остатка на 1 т целлюлозы, а удельный расход греющего пара на действующих выпарных батареях составляет 0,22 кг/кг выпаренной воды (см. Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы, т.2: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Лесная промышленность, 1990, стр.431, 354, 358), количество выпаренной воды составит 298 кг/т целлюлозы (расчеты ведут на 1 кг готовой продукции). Тогда достигаемое снижение расхода пара на выпарку при использовании предлагаемого технического решения за счет замещающей теплоты дымовых газов составит: 298*0,22=65,6 кг/т целлюлозы.

Пример 2

С целью эффективности использования теплоты паросодержащих дымовых газов после первой стадии охлаждения в поверхностном теплообменнике (2) и перед направлением их на вторую стадию охлаждения в теплообменник смешения (3) паросодержащие дымовые газы подвергают сжатию в нагнетателе высокого давления (6) на 1,0-15,0 бар. Изменение параметров паросодержащих дымовых газов в принятых условиях представлено на фиг.3.

1-2 - процесс охлаждения паросодержащих дымовых газов из СРК в поверхностном теплообменнике: паросодержащие дымовые газы с температурой t₁=173°C, энтальпией I₁=503 кДж/кг и влагосодержанием d₁=116 г/кг направляют в поверхностный теплообменник, где охлаждают до температуры t₂=150°C, энтальпия паросодержащих дымовых газов уменьшается до I₂=480 кДж/кг, влагосодержание паросодержащих дымовых газов не изменяется и остается d₂ =116 г/кг;

2-3 - процесс сжатия паросодержащих дымовых газов в нагнетателе высокого давления: после охлаждения паросодержащих дымовых газов в поверхностном теплообменнике их подвергают сжатию в нагнетателе высокого давления до 1,46 бар, при этом температура паросодержащих дымовых газов увеличивается до t₃=203°С, соответственно энтальпия становится равной I₃=524 кДж/кг, влагосодержание паросодержащих дымовых газов не изменяется и остается d₃=116 г/кг;

3-4 - процесс адиабатического охлаждения паросодержащих дымовых газов в теплообменнике смешения: после процесса сжатия дымовых газов в нагнетателе высокого давления их направляют в теплообменник смешения, где охлаждают до температуры t₄ =73°C, энтальпия паросодержащих дымовых газов в адиабатическом процессе остается постоянной I₄=524 кДж/кг, а их влагосодержание увеличивается и становится d₄=180 г/кг;

4-5 - процесс охлаждения дымовых газов в трехступенчатой выпарной установке: после процесса адиабатического охлаждения паросодержащих дымовых газов в теплообменнике смешения их направляют на выпаривание щелочесодержащих растворов в трехступенчатую выпарную установку, где охлаждают до температуры t₅=61°C, энтальпия дымовых газов становится I₅=286 кДж/кг, а влагосодержание уменьшается до d₅=90 г/кг;

5-6 - процесс нагрева дымовых газов в поверхностном теплообменнике: после выпаривания щелочесодержащих растворов в трехступенчатой выпарной установке дымовые газы снова направляют в поверхностный теплообменник, где для защиты дымовой трубы от коррозии их нагревают до температуры t₆=70°С, энтальпия дымовых газов увеличивается до I₆=297 кДж/кг, а их влагосодержание не изменяется и остается d₆=90 г/кг.

При заданных параметрах дымовых газов, принимая, что щелок, поступающий в агрегат, содержит 1250 кг сухого остатка на 1 т целлюлозы, а удельный расход греющего пара на действующих выпарных батареях составляет 0,22 кг/кг выпаренной воды (см. Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы, т.2: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Лесная промышленность, 1990, стр.431, 354, 358), количество выпаренной воды составит 1682 кг/т целлюлозы (расчеты ведут на 1 кг готовой продукции). Тогда достигаемое снижение расхода пара на выпарку при использовании предлагаемого технического решения за счет замещающей теплоты дымовых газов составит: 1682*0,22=369 кг/т целлюлозы.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом:

1. В предлагаемом способе проводят охлаждение паросодержащих дымовых газов, что обеспечивает более эффективное использование теплоты уходящих дымовых газов;

2. В предлагаемом способе нагрев паросодержащих дымовых газов перед отводом в окружающую среду осуществляется за счет внутренней регенерации теплоты дымовых газов;

3. В предлагаемом способе не происходит разбавление щелока конденсатом пара дымовых газов, т.к. скруббер является теплообменником смешения, а выпарной аппарат - рекуперативным теплообменником.

Т.о., использование предлагаемого технического решения по предлагаемому способу позволяет получить снижение расхода пара предлагаемым техническим решением за счет замещающей теплоты паросодержащих дымовых газов от 65 до 369 кг/т целлюлозы по сравнению с прототипом.

Предлагаемый способ планируется к реализации на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности и в других областях химической технологии.