FI107460B

FI107460B - Menetelmä mustalipeän polttamiseksi soodakattiloissa ja soodakattila mustalipeän polttamiseksi

Info

Publication number: FI107460B
Application number: FI933947A
Authority: FI
Inventors: Lars Olausson
Original assignee: Kvaerner Pulping Tech
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 2001-08-15
Also published as: EP0705363A1; NO300556B1; RU2095505C1; DE69219487T2; EP0705363B1; WO1992016688A1; AU1351692A; JPH06506024A; DE69219487D1; SE468171B; ATE152493T1; ES2103932T3; SE9100814D0; CA2106310A1; US5454908A; AU657313B2; SE9100814L; FI933947A; CA2106310C; NO933182L

Description

107460

Menetelmä mustalipeän polttamiseksi soodakattiloissa ja soodakattila mustalipeän polttamiseksi

Tekninen kenttä 5 Tämä keksintö koskee menetelmää mustalipeän poltta miseksi soodakattiloissa. Keksintö käsittää myös soodakattilan keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi.

Keksinnön tausta

Soodakattilat sellun keitossa saadun mustalipeän 10 polttamiseksi ovat olleet tunnettuja monia vuosikymmeniä. Niiden tarkoituksena on sekä synnyttää energiaa polttamalla että ottaa talteen sellun keiton aikana käytettyjä kemikaaleja, jotka vapautuvat sulassa tilassa polton aikana ja poistetaan soodakattilan alaosasta. Soodakattilat ovat 15 suuria laitoksia ja suuren energiamäärän ja talteen otettujen kemiallisten aineiden ohella ne tuottavat myös suuria määriä savukaasuja. Nämä savukaasut sisältävät mm. lipeän poltossa syntyviä typen oksideja. Näitä oksideja tulee sekä lipeässä olevista typpipitoisista materiaaleista 20 että palamisilman typestä. Soodakattiloissa tehtävä poltto tapahtuu suhteellisen matalassa lämpötilassa, noin 1 200 °C:ssa, ja otaksutaan, että pääosa typen oksideista on peräisin mustalipeästä.

: *' Viime vuosina on esitetty jatkuvasti tiukkenevia 25 vaatimuksia, jotka koskevat typen oksidien päästämistä ·.· : ilmakehään. On yleisesti tunnettua, että nämä oksidit j edistävät luonnon happamoitumista ja muita siihen kohdis- :*·*: tuvia haittavaikutuksia. Metsäteollisuuden soodakattilois- • · ;*i”: ta tulevien typen oksidien määrät ovat kuitenkin pieniä 30 verrattuna autoista jne. tuleviin typen oksideihin. Nor- .···. maalisti nämä määrät ovat 40 - 70 mg N02:a/MJ, mutta näitä • · arvoja joudutaan tulevaisuudessa alentamaan huomattavasti.

*

Typen oksidien muodostumiseen vaikuttavat tekijät « · « V : ovat typen määrä polttoaineessa, typen sitoutumistapa, : 35 kuumennusnopeus, käsittelyaika, lämpötila ja happipitoi- • · · • # • · * 107460 2 suus. Tärkein parametri näyttää kuitenkin olevan syötettävän hapen määrä. Vähentämällä ilmaylimäärää ja siten happipitoisuutta polttoalueella on mahdollista vähentää typen oksidien muodostumista. Happipitoisuuden laskiessa 5 tasolle, joka on ehkä alle 2-3 tilavuus-%, hiilimonoksidipitoisuus kuitenkin kohoaa hyvin korkeaksi hiilen epätäydellisen palamisen vuoksi. Siksi aiemmin on ehdotettu alhaisen happipitoisuuden ylläpitämistä soodakattilan alemmassa osassa, jotta typen oksideja muodostuu pieni 10 määrä, ja tämän alhaisen happipitoisuuden yhdistämistä jäljellä olevan hiilimonoksidin lopulliseen polttoon ilma-ylimäärässä soodakattilan ylemmällä tasolla. On tärkeää, että hiilimonoksidi hapetetaan hiilidioksidiksi, jotta saadaan aikaan tyydyttävä energiantuotanto, mutta tässä 15 viimeksi mainitussa poltossa typen oksidien määrä kasvaa myös.

On myös ehdotettu pelkistävän kaasun, kuten ammoniakin tai kaupunkikaasun, lisäämistä lipeänsyöttöalueen yläpuolelle siten muodostuneiden typen oksidien pelkistä-20 miseksi. Sen jälkeen on lisätty ilmaa kaasuissa olevien palavien komponenttien polttamiseksi lopullisesti lisä-energian tuottamiseksi sitä kautta.

Huolimatta kaikista näistä yrityksistä tehdä poltto : " sillä tavalla, että syntyy pieniä typen oksidien määriä, ..li 25 ei vielä ole saatu aikaan tyydyttävää polttomentelmää.

V : Typen oksidien määrät ovat edelleen liian suuria.

·« ♦ j Keksinnön yhteenveto :1·1: Tämän keksinnön avulla tarjotaan käyttöön menetelmä • · .1·1; vähän typen oksideja sisältävien savukaasujen aikaansaami- 30 seksi mustalipeän soodakattiloissa tapahtuvan polton aika- φ···# na, jolle menetelmälle on tunnusmerkillistä, että osa pa- • ♦ YY. lamisilmasta syötetään viimeisenä annoksena hyvin korkeal- la sijaitsevalla tasolla, niin että mustalipeän lisäys- : alueelta viimeiseen ilmalisäykseen asti vallitsee ainakin « « « « « ♦ · · 107460 3 3-5 sekunnin ajan pelkistävä atmosfääri ilman ylimääräisten pelkistyskaasujen lisäämistä.

Viimeinen palamisilma-annos voidaan keksinnön mukaisesti lisätä kahdessa vaiheessa kahdella hyvin korkeal-5 la sijaitsevalla tasolla.

Palamisilmamäärä, joka lisätään keksinnön mukaisesti tällä hyvin korkealla sijaitsevalla tasolla, on noin 5 - 50 %, edullisesti 5 - 10 %, palamisilman kokonaismäärästä.

10 Tämän keksinnön mukainen menetelmä tarjoaa myös käyttöön savukaasujen sisältämien typen oksidien määrän säätelemisen ohjausjärjestelmällä, joka säätää automaattisesti ilman lisäystä eri tasoilla.

Keksintö käsittää myös soodakattilan mustalipeän 15 polttamiseksi kuvatulla menetelmällä. Sille on tunnusmer killistä, että se sisältää tavanomaisten primaarisen, sekundaarisen ja tertiaarisen palamisilman lisäysvälineiden ohella myös välineet kvaternaarisen ilman lisäämiseksi huomattavan korkealla sijaitsevalla tasolla.

20 Keksinnön mukaisessa soodakattilassa voi olla väli neet kvaternaarisen ilman lisäämiseksi, jotka sijaitsevat yhdellä tai useammalla tasolla noin 10 - 20 m mustalipeän syöttötason yläpuolella.

: “ Keksinnön mukainen soodakattila voidaan varustaa 25 kahdella rivillä syöttöaukkoja kvaternaarisen ilman syöt- V · tämiseksi, ja toinen taso voi olla noin 13 m ja toinen • · · j noin 19 m mustalipeän syöttötason yläpuolella.

·***: Keksinnön mukaisesti ylimmät ilmansyöttöaukot so- « · veltuvat sijoitettaviksi alueelle, jolla kattila on ka- t 30 peimmillaan, ts. alueelle, jolle muodostetaan niin kutsut- ···. tu "sisänokka" .

• 1 « · \Y.m Lopuksi keksinnön mukaiselle soodakattilalle on *“ tunnusmerkillistä, että se sisältää ohjausjärjestelmän eri • 1 t V · palamisilmasyötevirtojen säätämiseksi automaattisesti.

• · 4 I · » 4 · « · 1 » 107460 4

Piirustusten lyhyt kuvaus

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viitaten liitteenä olevaan piirustukseen, joka esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen soodakattilan poikki-5 leikkausta.

Edullisen suoritusmuodon yksityiskohtainen kuvaus

Kuvion 1 mukainen soodakattila, joka on tavanomaista lajia, sisältää mustalipeän suihkutussuuttimet 1, jotka sijaitsevat soodakattilan alemmassa osassa. Näiden musta-10 lipeän suihkutussuuttimien 1 alapuolelle on sijoitettu aukot 2 sekundaarisen ilman syöttämiseksi. Myös sytytys-poltin on sijoitettu tälle tasolle. Primaariselle ilmalle tarkoitetut aukot 3 on sijoitettu sekundaariselle ilmalle tarkoitettujen aukkojen alapuolelle. Aukot 4 tertiaarisen 15 ilman syöttämiseksi on sijoitettu mustalipeän suihkutussuuttimien 1 yläpuolelle. Kattila sisältää myös tavanomai sia välineitä, kuten kattilan ylemmässä osassa sijaitsevan kapean osan 5, jota kutsutaan "nokaksi" ja tavanomaisen lämmönvaihtimen 6. Kattilan alapuolella on vielä keräysas-20 tia 7 sulaa ja talteen otettuja kemiallisia aineita varten, jotka virtaavat alaspäin pitkin vastaanottoastian seinämiä ja koostuvat olennaisilta osiltaan tunnetuista natriumsuoloista.

t : " Kattilan ylemmälle tasolle, lähelle aluetta, jolla

I I I

·.<: 25 "nokka" 5 on, sijoitetaan keksinnön mukaisesti lisäaukot 8

i « I

·.· · ilman syöttämiseksi. Niitä voi olla muutamia sopivan mää- • · · • *„· rän ollessa kahdeksan, vaikka tarkka lukumäärä ei ole rat- :*·*: kaiseva. Näiden ilmansyöttöaukkojen kautta lisätään osa tertiaarisesta ilmasta, joka olisi normaalisti syötetty » 30 kattilaan alempana, kohdassa 4. Kohdassa 4 normaalisti .···. syötettävää määrää pienennetään, ja tämä määrä syötetään .···. korkeimmalla sijaitsevien ilmansyöttövälineiden 8 kautta.

Tässä ylemmässä kohdassa syötettävä sopiva ilmamäärä on V : 5 - 10 % syötettävästä kokonaisilmamäärästä. Tämä merkit- 35 see, että kohtien 4 ja 8 väliselle alueelle saadaan ai- t · t • · 107460 5 kaan pelkistävä kaasukehä, joka sisältää pelkistiminä pääasiassa hiilimonoksidia ja pienempiä määriä vetyä ja vety-sulfidia. Hiilimonoksidi on vähemmän tehokas pelkistin typpioksidin pelkistämiseksi kuin esimerkiksi kaupunkikaa-5 su ja vastaavat, mutta tämä heikompi pelkistyskyky kompensoidaan antamalla hiilimonoksidin vaikuttaa pidempään, nimittäin vähintään 3-5 sekunnin ajan, joka on kaasujen kulkuaika kohdasta 4 kohtaan 8. Kohdassa 8 ja heti sen jälkeen pelkistävät kaasut poltetaan hiilidioksidiksi, 10 vedeksi jne., ja ne luovuttavat viimeisen mahdollisen energiamääränsä. Tämä palaminen tahtuu lämpötilassa, joka on suunnilleen suuruusluokkaa 900 - 1 200 °C ja jossa lämpötilassa muodostuu hyvin vähän typen oksideja. Näillä keinoilla saadaan aikaan typen oksidien määrän olennainen 15 lasku. Tämä esitetään liitteenä olevassa diagrammissa, joka esittää typen oksidien (N0X) pitoisuutta savukaasuissa miljoonasosina ja niiden prosentuaalista vähenemistä etäisyyden (m) funktiona mustalipeän suihkutussuuttimista. Tämä diagrammi ei kaipaa selityksiä, ja on nähtävissä, 20 että testien aikana saavutettiin typen oksidien väheneminen jopa 40 %:lla. Suotuisissa olosuhteissa voidaan saada aikaan jopa voimakkaampi väheneminen. Kokeiden aikana li-. sättiin kohdassa 8 kvaternaarista ilmaa, jonka määrä oli 5, 8, 6 ja 2,5 % palamisilman kokonaismäärästä.

...ί 25 Kuviossa näkyy lisärivi ilmantuloaukkoja ylempää » * · V * palamisilmaa varten kohdassa 9. Nämä tuloaukot voidaan «· · • V jättää pois, mutta ne voivat myös olla kohdassa 8 olevien ilmantuloaukkojen täydentäjinä. Ilmantuloaukkojen lukumää-·*:*: rä kohdassa 9 voi olla sama kuin kohdassa 8; sopiva määrä 30 on kahdeksan.

.*··. Järjestämällä ylempi palamisilman syöttö näin kor- • * .·*"», kealle tasolle kattilassa ja syöttämällä osa palamisilmas- ta, joka muuten olisi syötetty tertiaarisen ilman sisään- t t t V * tulotasolla, tällä tasolla typen oksidien pienemmän pitoi-

f J I

35 suuden aikaansaamiseksi on nyt mahdollista säädellä typen 4 » * · • * · o ? i t * r « • · · « · 6 107460 oksidien pitoisuutta savukaasuissa muuttamalla virtausta ilmantuloaukkojen läpi. Tämä voidaan keksinnön mukaisesti tehdä automaattisesti mittaamalla typen oksidien pitoisuutta savukaasuissa ja antamalla näiden mitattujen arvo-5 jen ohjata tietokoneen kautta venttiilejä, joita käytetään ilman syötössä primaarisen, sekundaarisen, tertiaarisen ja kvaternaarisen ilman tuloaukoille. Tällä tavalla voidaan kompensoida vaihtelut polttoaineen laadussa jne. ja saada joka hetki aikaan hyvin pieni typen oksidien määrä savu-10 kaasuissa.

Keksinnön pääpiirre on, kuten edellä mainittiin, että viimeinen osa ilmasta lisätään hyvin korkealla tasolla soodakattilaan ja ilmamäärää vähennetään alemmilla tasoilla siinä määrin, että saadaan aikaan hyvin pitkän ai-15 kaa, noin 3-5 sekuntia, kestävä pelkistävä ympäristö ta vanomaisessa soodakattilassa. Tätä aikaa on verrattava aikaan, joka oli aiemmin käytettävissä, kun viimeinen osa ilmasta lisättiin tertiaarisessa kohdassa 4 noin 3 m mus-talipeän suihkutussuuttimien yläpuolella. Tämä aika oli 20 noin 0,5 sekuntia, ja se on nyt pidennetty noin 5 sekunniksi .

Keksintöä on kuvattu normaalipituisen, noin 70 m pitkän, soodakattilan yhteydessä, jolloin ylin ilmansyöttö soveltuu sijoitettavaksi noin 19 m mustalipeän suihkutus-25 suuttimien yläpuolelle. Suuremmissa kattiloissa pituus ja *.· · etäisyys mustalipeän suihkutussuuttimista voivat olla sa- • · · • massa suhteessa. Lyhyempien kattiloiden ollessa kyseessä :*·*: voi jokin muu suhde kuitenkin olla sopiva, sillä mainitun- • · :*·*; laisissa kattiloissa voi viipymisaika olla kaikissa olo- 30 suhteissa liian lyhyt typen oksidien vähentämiseksi.

.···. Keksintö ei rajoitu esitettyyn ja kuvattuun suori- • · V.'.' tusmuotoon, vaan sitä voidaan muunnella eri tavoin patent- tivaatimusten suoja-alan piirissä.

* · «

Claims

107460

1. Menetelmä mustalipeän polttamiseksi soodakattiloissa vähän typen oksideja (N0X) sisältävien savukaasujen 5 aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että osa pala-misilmasta syötetään viimeisenä annoksena hyvin korkealla sijaitsevalla tasolla, niin että mustalipeän lisäysalueel-ta viimeiseen ilmalisäykseen asti vallitsee ainakin 3-5 sekunnin ajan pelkistävä atmosfääri ilman ylimääräisten 10 pelkistyskaasujen lisäämistä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viimeinen palamisilma-annos lisätään kahdessa vaiheessa korkealla sijaitsevilla tasoilla.

3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että korkealla sijaitsevalla tasolla lisättävä palamisilmamäärä on 5 - 50 %, edullisesti 5 - 10 %, palamisilman kokonaismäärästä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että typen oksidien osuutta savu kaasuissa säädellään ohjausjärjestelmällä, joka säätää automaattisesti ilman lisäystä eri tasoilla.

5. Soodakattila mustalipeän polttamiseksi minkä ’· ’* tahansa patenttivaatimuksista 1-4 mukaisesti, t u n - 25. e t t u siitä, että se käsittää tavanomaisten primaari- · sen (3), sekundaarisen (2) ja tertiaarisen (4) palamisil- : man syöttövälineiden ohella välineet (8, 9) kvaternaarisen ·*·*: palamisilman syöttämiseksi huomattavan korkealla tasolla.

• · ."*· 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen soodakattila, » 30 tunnettu siitä, että välineet (8, 9) kvaternaari- . .···. sen ilman syöttämiseksi sijaitsevat yhdellä tai useammalla • · tasolla noin 10 - 20 m mustalipeän suihkutussuuttimien (1) " tason yläpuolella. v

· 7. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 5-6 mukai- : * : 35 nen soodakattila, tunnettu siitä, että välineet 8 107460 kvaternaarisen ilman syöttämiseksi koostuvat kahdesta rivistä syöttöaukkoja (8, 9), jotka ovat noin 13 ja noin 19 metrin korkeudella mustalipeän suihkutussuuttimien (1) yläpuolella.

8. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 5-7 mukai nen soodakattila, tunnettu siitä, että ylin rivi ilmansyöttöaukkoja (8) sijaitsee alueella, jolla kattila on kapeimmillaan, toisin sanoen "sisänokan" (5) lähellä.

9. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 5-8 mukai-10 nen soodakattila, tunnettu siitä, että se sisältää ohjausjärjestelmän eri palamisilmasyötevirtojen säätämiseksi automaattisesti. » » 1 • · · • · · • · · • · • · • · i • · · • 1 • · • · · • · · « · · • · · • · • · « · · · · • · I I » • · • » · · 9 107460