FI108251B - Menetelmä ja sovitelma kattilalaitoksen kapasiteetin nostamiseksi - Google Patents

Description

108251

Menetelmä ja sovitelma kattilalaitoksen kapasiteetin nostamiseksi 5 Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä kattilalaitoksen tuottaman kapasiteetin nostamiseksi sekä energian tuotannossa ja polttoaineen käsittelykapasiteettina. Keksintö soveltuu muun muassa sähkötehon osuuden lisäämiseen erityisesti kerrosleijukatti-10 loita käyttävissä laitoksissa ja soodakattiloiden kapasiteetin nostamiseen.

Keksinnön kohteena on myös sovitelma menetelmän toteuttamiseksi.

15 Höyrykattilalaitoksissa sähkötehoa tuotetaan höyryturbiinissa polttoaineen lämpötehon avulla kuumennetulla höyryllä. Suurta osaa lämpöenergiasta ei kuitenkaan voida käyttää höyryturbiinin pyörittämiseen, vaan turbiinista 20 tuleva matalalämpötilainen höyry lauhdutetaan tai sen sisältämä lämpö johdetaan kaukolämpöverkkoon. Jos lämmön tarve on riittävän suuri, laitoksen kokonaishyötysuhde on hyvä, koska kaikki tuotettu energia voidaan käyttää hyväksi. Tavallisesti kuitenkin sähkön tarve on suurempi kuin 25 lämpöenergian ja koska lämpöä ei voida johtaa kovin kauas laitoksesta, lämpöenergiaa menee hukkaan. Niinpä olisi edullista kasvattaa sähköntuotannon osuutta, jotta laitosten tuottaman energian laatu vastaisi paremmin tarvetta. Lisäksi olisi edullista pystyä säätämään tuotetun sähkö-30 energian ja lämpöenergian suhdetta energian tarpeen mukaan.

1' Eräs järjestely polttamiseen on kerrosleijukattila. Kerros- leijukattilassa tyypillisesti kiinteä polttoaine poltetaan kattilan tulipesässä vaiheistettuna. Tulipesän alaosassa 35 sijaitsevassa leijukerroksessa, jossa polttoaine ja inertti petimateriaali leijuvat sekoittuneina kattilan alaosasta tulevien ilmasuihkujen varassa, on ali-ilmaiset olosuhteet, ♦ 108251 2 joten polttoaine ei pala leijukerroksessa loppuun, vaan haihtuvat komponentit kaasuuntuvat. Leijukerroksen yläpuolisessa osassa, jota kutsutaan freeboardiksi, kaasuuntunut polttoaine poltetaan loppuun leijukerroksen yläpuolelle 5 syötettävien sekundääri- ja tertiääri-ilmojen avulla. Lei-jukerroksen lämpötila on tyypillisesti 700 - 900 astetta ja polttoaine syötetään sinne pudottamalla tai tunkijaruuvin avulla. Leijukerros pidetään leijutilassa kerroksen alapuolelta syötettävällä primääri-ilmamäärällä, joka on tyypil-10 lisesti noin 40% kattilaan syötettävästä kokonaisilmamää-rästä. Loput 60 % ilmasta syötetään leijukerroksen yläpuoliseen freeboardiin tyypillisesti noin 4-8 metriä leijuker-roksen pinnan yläpuolelle. Leijukerroksessa polttoaine kaasuuntuu, jolloin haihtuvat ainekset nousevat freeboardiin, 15 jossa ne poltetaan vaiheistetun ilmansyötön avulla.

Palaminen voidaan jakaa leijukattiloissa neljään vyöhykkeeseen seuraavalla tavalla:

Leijukerros, jossa polttoaine kaasuuntuu ja 20 jäännöskoksi· palaa noin 750-900 asteen lämpötilas sa. Leijukerros pidetään leijutilassa puhaltamalla sen lävitse arinan avulla riittävä ilmamäärä .

Leijukerroksen yläpuolella oleva noin 3-5 met-25 riä korkea leijukerroksen roiskealue, johon ei yleensä syötetä lisää ilmaa. Tällä alueella ei kaasun koostumuksessa tapahdu voimakkaita muutoksia, primääri-ilman loppu vapaa happi kuitenkin reagoi polttoaineen kanssa kehittäen lämpöä.

. 30 - Roiskealueen yläpuolelle syötetään sekundääri- • ilmaa jolloin kaasut palavat ja lämpötila nousee.

Tyypillisesti lämpötila tällä alueella on 800 -1400 astetta.

- Ylimpänä, ennen ensimmäisiä savukaasuvirtaan 35 tunkeutuvia lämmönsiirtimiä, on loppuunpalamis- . vyöhyke, jossa palamisen ilmakerroin nostetaan yli 3 108251 yhden ja yli-ilman avulla annetaan kaasujen ja hiukkasten palaa loppuun.

Leijutusilmamäärä kattiloiden tulipesissä vastaa hyvin pit-5 källe ilmamääriä, mitä käytetään tyypillisissä leijukerros-kaasuttimissa, ja siten kaasun koostumus leijukerroksen pinnan yläpuolella ja sekundääri-ilmojen alapuolella vastaa erityisissä kaasuttimissa tuotettavaa kaasua, jonka lämpö-arvo poltettaessa on vielä suhteellisen hyvä. Tämä on näh-10 tävissä voimakkaasta lämpötilan noususta sekundääri-ilmojen syöttämisen jälkeen.

Kiertoleijukattiloissa leijuväliaine kiertää kattilan yläosan kautta tulipesän sivulla olevaan sykloniin, jossa 15 savukaasut ja leijuväliaine erotetaan toisistaan. Leijuvä-liaine palautetaan takaisin kattilan alaosaan ja palau-tusyhteeseen syötetään käytettävä polttoaine. Kaasut johdetaan konvektio-osaan kun niistä on erotettu kiinteät partikkelit. Tulipesään palautuvaan partikkelivirtaan sekoit-20 tuu ainoastaan kaasulukon tarvitsema kaasumäärä. Niinpä polttoaineen, leijuväliaineen ja kiertävän kaasun seos on erittäin ali-ilmaista, joten ennen kuin polttoaine joutuu tulipesään, se kaasuuntuu voimakkaasti. Kiertoleijukattiloissa paloilma johdetaan leijupetikattiloiden tapaan tuli-25 pesään sen alaosasta ylöspäin puhaltamalla ja tulipesän alaosaan sijoitettujen yhteiden kautta. Palamisilman vaiheistus tapahtuu lähes pelkästään tulipesän huonon vaakasuuntaisen sekoittumisen vaikutuksesta. Kiertoleijukatti-lassa polttoaine sekoittuu ilmaan pääasiassa korkeussuun-. 30 nassa ja vaakasuunnassa sekoittuminen on hidasta, joten • polttoaineen syöttökohtien läheisyydessä on voimakkaasti ali-ilmaisia kohtia, jossa polttoaine kaasuuntuu ja polttoaineen loppuun palaminen tapahtuu sen siirtyessä tulipesäs-sä ylöspäin.

35 . , . Vaiheistamisen takia on mahdollista poistaa kaasua tulipe- 108251 4 sän kaasutusalueelta ja käyttää sitä kaasuturbiinin sisään-tulolämpötilaa polttamalla poistettua kaasua kaasuturbiinin polttokammiossa. Koska suurin leijukerroskattilan korkein lämpötila on 900°C, kaasuturbiinin hyötysuhde olisi muutoin 5 huono savukaasujen matalan lämpötilan takia ja poistetun kaasun polttaminen lisää hyötysuhdetta merkittävästi nostamalla sisääntulolämpötilaa. Tätä menetelmää kutsutaan "top-pingiksi" ja sitä käytetään pääasiassa kombivoimalaitoksis-sa. Tässä menetelmässä tulipesä on paineistettava jotta 10 palokaasuja ja poistettua kaasua voidaan käyttää kaasutur-biinissa. Topping ei lisää kattilan kokonaistehoa eikä poistetun kaasun määrää vastaavaa määrää lisäpolttoainetta voida syöttää kattilaan. Toppinprosesseja on kuvattu esimerkiksi julkaisuissa EP 340 351 ja WO 94/02711.

15 Ö1jypolttimissa ja hiilipölypolttimissa vaiheistus tapahtuu polttimen liekissä eri vaiheissa liekkiin johdettavien ilmavirtojen avulla. Seinäpolttopolttimissa, joita nykyisin pääasiassa käytetään, polttoaine syötetään tavallisesti 20 pyörähdyssymmetrisen polttimen keskeltä ja poltto- ainekanavan tai - suuttimen ympärillä tavallisesti kaksi ilmansyöttökanavaa. Lähellä polttoaineen syöttökohtaa liekki on hyvin ali-ilmainen ja pelkistävä ja tällä alueella tapahtuu voimakasta kaasuuntumista. Polttoaine poltetaan 25 loppuun liekkiin vaiheittain johdettavilla sekundääri- ja tertiääri-ilmoilla. Näiden lisäksi tulipesän yläosaan voidaan johtaa lisäilmaa tarvittaessa.

Soodakattilassa poltetaan mustalipeää ruiskuttamalla sitä . . 30 kattilaan sopivalta korkeudelta. Mustalipeäpisara kuivuu ja palaa osittain pudotessaan ja kattilan pohjalle muodostuu hehkuva keko. Myös soodakattilan ilmat tuodaan vaiheiste-tusti eri korkeuksilta ja palaminen on täydellistä vasta kaikkien ilmarekisterien jälkeen. Siten soodakattilan ala-35 osa toimii samalla vaiheistetulla periaatteella kuin ker-rosleijukattilakin.

5 108251 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla vaiheistetusta toimivan kattilan tehoa voidaan nostaa ja erityisesti sen tuottaman sähkötehon osuutta 5 lisätä.

Keksintö perustuu siihen, että vaiheistetussa poltossa imetään tulipesän ali-ilmaiselta alueelta kaasua, joka poltetaan erikseen erillisessä kaasuturbiinissa tai erillisessä 10 kattilassa. Tulipesään tai polttimeen voidaan tällöin syöttää likimain imetyn kaasumäärän lämpömäärää vastaava määrä lisäpolttoainetta poistetun lämpömäärän kompensoimiseksi.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle 15 on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 13 tunnusmerk-20 kiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

** 25

Keksinnön avulla voidaan nostaa edullisesti olemassa olevan voimalaitoksen tuotantokapasiteettia ja sähköntuotanto-hyötysuhdetta kun polttoaineen palamisen alkuvaiheessa -muodostamaa palamiskelpoista kaasua imuroidaan tulipesän 30 ulkopuolelle tehoa tuottavaan hyötykäyttöön. Palamisessa • muodostuu aina ensin palamiskelpoista kaasua, joka palaa loppuun, jos happea on riittävästi ja lämpötila on riittävä. Imuroitavan kaasun maksimimäärä riippuu polttoaineesta, mutta vastaa suuruusluokaltaan polttoaineen haihtuvien 35 komponenttien muodostamaa kaasumäärää. Vanhaan prosessiin tehtävät muutokset ovat pieniä ja kohdistuvat pääasiassa 108251 6 automaatioon. Hyötyä voidaan myös saada halvemman kaukoläm-pötehon muodossa, mikäli laitoksella on kaasu- tai öljykat-tila, jossa tuotekaasu voidaan polttaa. Menetelmä sopii hyvin pienten energialaitosten kulutushuippujen tasaami-5 seen,koska sen avulla saadaan samasta kattilasta tarvittaessa edullisesti lisäenergiaa eikä kallista kaasumaista tai nestemäistä tarvitse käyttää. Keksintöä voidaan soveltaa monenlaisiin laitoksiin, kunhan vaan poltto tapahtuu joko kattilassa tai polttimessa riittävän vaiheistettuna.

10 Järjestelmän ja erityisesti kaasutusosuuden toimintaa tasapainottaa se, että kaasutusprosessi toimii suuren ja vakaan prosessin sivulinjana, eikä ole siksi yhtä herkkä häiriöille kuin pienet kaasuttimet, joissa kaasutusprosessin on 15 tuotettava myös kaasutuksessa tarvittava lämpö, jolloin tuotettavan kaasun laadusta voidaan joutua tinkimään. Keksinnön mukaisessa prosessissa kaasutuksessa tarvittavaa lämpöä saadaan palamisprosessin avulla, koska lämpöä säteilee loppuunpalamisvyöhykkeestä alas leijukerrokseen ja 20 pitää yllä polttoaineen kaasuuntumista.

Kaasun imurointi kattilasta ei pienennä kattilan tehoa vaan samassa kattilassa voidaan syöttää primääri-ilman syöttö-alueelle enemmän polttoainetta, eli polttoainetta voidaan 25 kaasuttaa entistä enemmän, mutta siinä poltetaan tulipesän yläosassa loppuun vain se kaasumäärä kuin aiemminkin. Kaasutuksella saatavaa lisätehoa rajoittaa pedin lämpötilan lasku ja se, ettei leijutusnopeutta tai soodakattilassa alimpien ilmojen (primääri-ilma ) määrää voi nostaa kuin 30 tietyissä rajoissa, jotta kattilan toiminta ei häiriintyi-. si. Suuresta kattilasta voidaan kuitenkin saada huomattava polttoainelisäteho, jolla voidaan korvata kaasuturbiinin tai kaasukattilan kallista polttoainetta. Polttoainetehon lisäys voi olla jopa 20 - 30%.

35

Paineistamattomasta kattilasta tulevan ilmanpaineisen kaa- 7 108251 sun puhdistaminen ja jäähdyttäminen puristusta varten on edullista, joten tarvittavien lisälaitteiden kustannukset jäävät kohtuullisiksi. Sellutehtaissa soodakattilan tuottama kaasu voidaan käyttää meesauunin, tulistuskattilan 5 kaasuturbiinin tai apukattilan polttoaineena.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisten piirustusten avulla.

10 Kuvio 1 esittää yhtä keksinnön suoritusmuotoa.

Kuvio 2 esittää toista keksinnön suoritusmuotoa.

Kuvio 3 esittää kolmatta keksinnön suoritusmuotoa.

15

Kuvio 4 esittää neljättä keksinnön suoritusmuotoa.

Kuvio 5 esittää viidettä keksinnön suoritusmuotoa.

20 Kuvio 6 esittää kuudetta keksinnön suoritusmuotoa.

Keksintö perustuu kaasun imemiseen vaiheistetussa poltossa alueelta, jossa liekki on voimakkaasti ali-ilmainen ja jossa muodostuu kaasua, joka poltetaan edelleen syöttämällä 25 siihen ilmaa. Kerrosleijukattilassa kaasu imetään kattilan 1 tulipesästä 24 alueelta, jossa kaasun laatu on paras mahdollinen. Imuroitu kaasu puhdistetaan ja puristetaan korkeaan paineeseen, jolloin se voidaan käyttää esimerkiksi kaasuturbiinin polttoaineena. Siten muodostuu varsin yk-30 sinkertaisesti ilmanpaineinen kaasutin, ja voidaan tehok-I kaasti nostaa sähköntuotantohyötysuhdetta tai polttoainete hoa myös vanhoilla laitoksilla.

Keksintöä voidaan soveltaa esimerkiksi kerrosleijukat-35 tiloiden yhteydessä. Kerrosleijukattilassa 1 tulipesän 24 alaosassa on ilmasuuttimia 2, joista puhalletaan ylöspäin 108251 s ilmaa suuttimien yläpuolella olevaan leijukerrokseen 1. Leijuväliaineena on tavallisesti hiekka. Polttoaine syötetään yhteiden 4 kautta ja se muodostaa leijuväliaineen kanssa leijuvan pedin, jossa polttoaine ja ilma sekoittuvat 5 tehokkaasti. Leijutusilman nopeuden tulee olla riittävän pieni, jotta leijukerros pysyy riittävän matalana. Leiju-tusilma on samalla kattilan 1 primääri-ilmaa, jonka osuus on noin 40% kattilan kokonaisilmamäärästä, joten ilmamäärä ei riitä polttamaan polttoainetta loppuun. Tehokkaan sekoi-10 tuksen ansiosta polttoaine reagoi kuitenkin hyvin käytettävissä olevan ilmamäärän kanssa ja kaasuuntuu hyvin. Kaa-suuntumistehokkuutta parantaa kattilan yläosasta säteilevä lämpö.

15 Leijukerroksen 3 yläpuolella on roiskealue 9, johon kohoaa leijuväliaineen ja kaasuuntumattornien polttoainehiukkasten suihkuja. Tälle alueelle ei lisätä ilmaa, joten siinä ainoastaan polttoaine reagoi lopun vapaan hapen kanssa. Varsinainen kaasuuntuneen polttoaineen poltto tapahtuu ylempä-20 nä kattilassa. Roiskealueen 9 yläpuolella kattilaan syötetään sekundääri-ilmayhteiden 5 kautta lisäilmaa, jolloin kaasuuntunut polttoaine syttyy ja tässä kerroksessa lämpötila nousee alueelle 800 - 1400°C. Sekundääri-ilmaa syötetään niin paljon, että kokonaisilmakerroin nousee lähelle 25 yhtä, joten polttoaine palaa tässä kerroksessa lähes loppuun. Loppu ilma syötetään tertiääri-ilmayhteiden 6 kautta loppuunpalamisvyöhykkeeseen 11, jossa pyritään polttamaan kaikki jäljellä olevat kaasut ja hiukkaset.

: 30 Loppuunpalamisvyöhykkeeltä 24 savukaasut nousevat kattilan - 1 yläosaan, jossa on ensimmäiset lämmönvaihtimet, jotka ovat yleensä höyrypiirin tulistimia 7. Tulistimilta 7 savukaasut johdetaan konvektiokanavassa oleville lämmönvaihti-mille 8 ja edelleen puhdistukseen ja piippuun.

35 9 108251

Kaasuturbiinin tai erillisen kattilan polttoaineena käytettävää kaasua imuroidaan kattilasta 1 leijukerroksen yläpuolella sijoitettujen yhteiden 12 kautta. Yhteet voidaan sijoittaa monella tavalla, mutta kaasu on imuroitava katti-5 lasta tasaisesti, jotta tulipesän 24 virtaukset eivät häiriydy liikaa. Edullisesti imuyhteet sijoitetaan tasaisesti ympäri kattilan seinämiä samalla avoin kuin ilmansyöttöyh-teetkin. Jotta tulipesästä 24 saataisiin sitä kaasua mitä halutaankin eikä imuroida ylempää tulipesästä loppuunpa-10 lanutta kaasua, jonka polttaminen ei enää onnistu, kaasun imurointlyhteet 12 on sijoitettava sekundääri-ilmayhteiden 5 alapuolelle. Imuroidussa kaasussa on epäpuhtauksia ja leijuväliainetta, joita ei voida päästää esim. kaasutur-biiniin. Kaasun puhdistus tehdään sinänsä tunnetulla taval-15 la, ensimmäisenä puhdistusvaiheena ainakin leijukattilassa on edullisimmin sykloni 14, tai muu karkeita hiukkasia erottava laite. Syklonista 13 erotetut hiukkasmaiset epäpuhtaudet ja leijuntaväliaine johdetaan yhteen 14 kautta takaisin leijupetiin 3.

20

Turbiinikäyttöä varten puhdistustulos viimeistellään pesurilla 16, jonne kaasu johdetaan linjalla 15 tai kuumankes-tävin suodattimin. Pesurin 16 etuna on se, että siinä kaasua voidaan samalla jäähdyttää. Pesurin 16 jälkeen kaasu 25 johdetaan linjalla 17 kompressoriin, jolla kaasu puristetaan käyttöpaineeseen ja tuotekaasu johdetaan linjalla 20 poltettavaksi tai käytetään muuten hyödyksi. Jos kaasu poltetaan lisäpolttokattilassa, puhdistukseksi saattaa riittää pelkkä syklonierotus ja komprimointia ei välttämättä tarvi-l 30 ta. Kompressoria 18 pyöritetään erillisellä moottorilla 19 -v - tai komperessori voi olla kaasuturbiinin kompressori, jos tuotekaasu johdetaan suoraan turbiinin imuilmaan.

Kuviossa 2 esitetyssä ratkaisussa sykloni 21 on sijoitettu 35 tulipesän 24 sisälle leijupetiin 3. Kaasu imetään sykloniin ... 21 putken 22 .kautta ja leijumateriaali sekä kiinteät hiuk- * 10 1 O 8 2 51 .

kaset poistuvat takaisin petiin putken 23 kautta. Muilta osin laitteisto vastaa edellä kuvattua.

Kuviossa 3 on kuvattu kiertopetileijukattila 25. Kiertope-5 tikattilassa paloilmaa puhalletaan kattilan 25 pohjalta ylöspäin pohjalle sijoitetuilla yhteillä 27 ja tulipesän 24 alaosaan sijoitetuilla sekundääri-ilmayhteillä 26. Ilman virtaus tulipesässä pidetään niin nopeana, että leijuväli-aine nousee tulipesän yläosaan, jossa se siirretään yhdessä 10 savukaasujen kanssa sykloniin 32. Syklonissa 32 leijuväli-aine erotetaan savukaasuista, jotka johdetaan konvektio-osaan 35, jossa on tavalliseen tapaan lämmönvaihtimet 8.

Leijuväliaine putoaa syklonin 32 alaosaan, josta se syötetään takaisin tulipesän 24 alaosaan ilmayhteiden 26 alueel-15 le. Kattilaan syötetään polttoainetta erillisen polttoaineen syöttöyhteen 29 kautta suoraan ilmayhteiden 26 alueelle tai leijuväliaineen palautuskanavaan 34.

Koska syklonista leijuväliaineen mukana tulevat kaasut ovat 20 loppuun palaneita savukaasuja ja kaasutuksen ilmastukseen tarvittavaa ilmaa, jonka määrä on niin pieni, että leiju- väliaineen mukana tulleet pienet polttoainepartikkelit kuluttavat suuren osan siitä tulleesta hapesta, palautus- kanavaan 34 syötettävään polttoaineeseen sekoittuu ennen 25 sen johtamista tulipesään 24 varsin vähän happea. Niinpä polttoaineen, leijuväliaineen ja kiertävän kaasun seos on erittäin ali-ilmaista, joten ennen kuin polttoaine joutuu tulipesään 24, se kaasuuntuu voimakkaasti leijuväliaineen lämmön ja kuumien savukaasujen vaikutuksesta. Suoraan tuli- ; 30 pesään 24 syötettävän polttoaineen vaiheistus tapahtuu lä- .·- . hellä polttoaineen syöttökohtaa. Kiertoleijukattilassa polttoaine sekoittuu ilmaan pääasiassa korkeussuunnassa ja vaakasuunnassa sekoittuminen on heikkoa, joten polttoaineen syöttökohtien läheisyydessä on voimakkaasti ali-ilmaisia 35 kohtia, jossa tapahtuu kaasuuntumista ja vaiheistus ja . . polttoaineen loppuun palaminen tapahtuu sen siirtyessä * 108251 11 tulipesässä ylöspäin. Niinpä polttoaineen syöttöyhteiden 29 välittämästä läheisyydestä voidaan imeä kaasuuntunutta polttoainetta vastaavalla tavalla kuin leijuväliaineen palautuskanavasta 34.

5

Hiilipölyä tai öljyä polttoaineena käyttävässä kattilassa vaiheistus tapahtuu polttimessa eikä kattilan alueella, nykyisissä kattiloissa käytetään yleensä ns. seinäpoltto-tekniikkaa, jossa polttimet 36 on sijoitettu kattilan sei- 10 niin ja niiden liekit on suunnattu kohti kattilan keskiosaa. Paloilma syötetään pääosin polttimien kautta vaiheistettuna. Kuviossa 4 esitetyssä tyypillisessä hiili-polttimessa polttoaine syötetään polttimen keskeltä ja sen ympärille on sijoitettu kaksiosainen ilmakanava 38, 39.

15 Öljypolttimien rakenne on samankaltainen kuin kuvan 4 polt-timen. Hiilipölyn mukana syötettävä ilma sekoittuu tehokkaasti polttoaineeseen ja polttoainetta kaasuuntuu pelkistävissä oloissa liekin tyven lähellä sijaitsevalla kaasu-tusalueella 41. Tähän kaasuuntuneeseen polttoaineeseen tuo- 20 daan lisäilmaa yhteellä, jolloin kaasuuntunut polttoaine syttyy ja palaa osittain kaasutusalueetta 41 ympäröivällä alueella 42. Loppu ilmasta tuodaan liekin ympärille yhteellä 38 ja polttoaine palaa loppuun alueella 43.

25 Liekin pelkistävältä alueelta 41 voidaan imeä polttoaineesta muodostunutta kaasua vastaavalla tavalla kuin leiju-kattiloistakin. Imuputki 40 sijoitetaan lähelle polttimen kärkeä siten että se ulottuu kaasutusalueelle 41. Koska nykyaikaisissa vaihepolttimissa ilman ja polttoaineen vir-. 30 taukset on tarkasti suunniteltu, Imuputken 40 sijoittelu ja .·. . koko on määrättävä tarkasti jokaiselle poltinmallille jotta polttimen toiminta ei häiriinny. Imuputkia voidaan sijoittaa kattilan jokaiseen polttimeen tai vaan osaa niistä.

35 Kuviossa 5 on esitetty soodakattila. Kattilan yläosa läm-mönvaihtimineen vastaa rakenteeltaan likimain kerrosleiju- 108251 12 kattilan tai hiilipölykattilan yläosaa tulistimineen 7 ja konvektio-osineen 35. Soodakattilan polttoaineena käytettävä mustalipeä ruiskutetaan tulipesään 24 ympäri tulipesää sijoitettujen yhteiden 45 kautta. Polttoainepisarat kuivu-5 vat ja palavat pudotessaan ja palamaton aines kerääntyy kattilan pohjalle keoksi 48. Keon 48 reunoilta poistetaan viherlipeää yhteiden 49 kautta ja palautetaan se takaisin sellunkeittoprosessiin. Ilmaa syötetään tulipesään kolmessa vaiheessa yhteillä 44, 46 ja 47. Ensimmäisten ilmayhteiden 10 47 kohdalla mustalipeän ja ilman seos on erittäin ali-il- maista, joten tällä alueella mustalipeä ainoastaan kaasuuntuu. Niinpä tulipesästä voidaan imeä palamiskelpoista kaasua alimmaisten ilmayhteiden 47 alapuolelta tai likimain niiden kohdalta. Kaasua imetään putkella 50 ja se puhdiste-15 taan käyttöä varten puhdistimella 51. Keksinnön avulla voidaan lisätä kalliin kattilainvestoinnin lipeänkäsittely-kapasiteettia varsin edullisesti. Koska soodakattilat ovat erittäin kalliita, ne mitoitetaan kapasiteetiltaan mahdollisimman pieniksi ja lisäkapasiteetille on selvä tarve.

20

Edellä kuvatulla menetelmällä saadun kaasun lämpöarvo on suhteellisen pieni, koska se sisältää runsaasti inerttejä komponentteja kuten typpeä ja vettä. Kaasun lämpöarvoa voidaan lisätä vähentämällä typen ja/tai veden määrää kaa-25 sussa. Kuvion 6 menetelmässä kaasua rikastetaan alentamalla sen typpipitoisuutta. Tämä saadaan aikaan jakamalla tulipe-sä osittain seinämällä 52 kahteen osaan syöttämällä lisä-polttoaine toiseen tiloista. Tila, johon lisäpoiltto-ainesyötetään, on pienempi kuin muu tulipesän osa, joten . 30 tähän tilaan tulee vähemmän ilmaa pedistä. Koska ilmamäärän suhde polttoainemäärään on pienempi sillä alueella, jonne lisäpolttoaine syötetään, kaasun lämpöarvo on tässä tilassa suurempi kuin viereisessä tilassa olevan kaasun. Pedistä erillisiin tiloihin tulevan ilman määrä voidaan määrittää 35 tilojen pedin yllä olevien pinta-alojen (x, y) perustella.

108251 13

Kaasuuntunut ylimääräinen kaasu poistetaan tulipesästä niin ylhäältä kuin mahdollista, koska yläpuolella olevan pää-polttoalueen liekit säteilevät energiaa alaspäin samoin kuin jotkin petimateriaalipaakut kulkevat korkealle tuli-5 pesässä. Pääpolttoalueen energia lisää pienemmän kaasutus-alueen yläosan energiaa ja helpottaa polttoaineen tervojen hajoamista.

Edellä esitetyn lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin suo-10 ritusmuotoja.

Kaasuturbiinin lisäksi imetty tuotekaasu voidaan polttaa lisäkattilassa, meesauunissa tai muussa kattilassa, jossa, tarvitaan kaasun poltosta saatavaa lisäenergiaa. Eräs hyö-15 dyntämistapa kaasulle voisi olla konepaja- ja terästeollisuuden hiiletyskarkaisu. Menetelmässä teräs altistetaan korkeassa lämpötilassa pelkistävälle, runsaasti hiilimonoksidia sisältävälle kaasulle, jolloin teräksen pintaan dif-fundoituu hiiltä, joka teräksen nopean jäähdytyksen yh-20 teydessä martensiittireaktion avulla lisää huomattavasti teräksen kovuutta. Tässä tapauksessa hiiletysuuni sijaitsisi linjassa heti syklonin jälkeen, jota voi seurata normaali poltto tai puhdistus ja puristus korkeaan paineeseen ennen sitä. Menetelmän avulla voitaisiin laskea konepajate-25 ollisuuden polttoainekustannuksia.

Keksinnön mukainen menetelmä sopii erityisesti vanhoihin kattiloihin, mutta sitä voidaan käyttää edullisesti myös uusissa kattiloissa, jolloin tietyn kokoisesta kattilasta . 30 saadaan tavanomaista suurempi teho. Kaasun käytön ja kiin- . teän aineen polton osuudet voidaan uusissa kattiloissa tie tenkin valita vapaammin kuin jo olemassa olevissa kattiloissa, koska laitteisto voidaan alun perin suunnitella toimimaan tietyllä tavalla. Menetelmää voidaan soveltaa 35 lisä- tai käynnistyspolttimien yhteydessä ja kosteille polttoaineille, jos polttoaine kuivataan ennen polttoa 108251 14 kaasun laadun parantamiseksi.

•

Claims (23)

108251 15

1. Menetelmä kattilalaitoksen kapasiteetin nostamiseksi, jossa menetelmässä 5 - tulipesään (24) syötetään ilmaa ja polttoainetta, - polttoaineeseen syötetään ilmaa ensimmäisessä 10 vaiheessa vähemmän kuin syötettävän polttoainemää- rän täydelliseksi polttamiseksi tarvitaan, jolloin polttoaine kaasuuntuu, - polttoaineeseen syötetään ilmaa ainakin yhdessä 15 seuraavassa vaiheessa kaasuuntuneen polttoaineen sytyttämiseksi ja polttamiseksi, ja - pidetään tulipesän (24) paine oleellisesti ympäristön paineessa 20 tunnettu siitä, että - polttoaineen ja ilman seoksesta poistetaan imemällä ali-ilmaiselta, pelkistävältä alueelta - 25 polttoaineen muodostamaa kaasua ennen lisäilman sekoittamista seokseen, ja - käytetään tulipesästä (24) poistettua kaasua erillisessä laitteessa joka on erotettu 30 kattilaprosessista. <

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syötetään tulipesään (24) tai polttimeen likimain imemällä poistetun kaasumäärän lämpöarvoa vastaava 35 lisäpolttoainemäärä poistetun lämpömäärän kompensoimiseksi. 108251 16

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että imemällä poistettu kaasu puhdistetaan ja käytetään kaasuturbiinin polttoaineena.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että imemällä poistettu kaasu poltetaan erillisessä kattilassa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että imemällä poistettu kaasu poltetaan meesauunissa.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa kattila on kerrosleijukattila ja 15 - tulipesän (24) alaosaan syötetään ilmaa ja polttoainetta, - tulipesään (24) syötetään ilmaa ensimmäisessä 20 vaiheessa vähemmän kuin syötettävän polttoainemäärän täydelliseksi polttamiseksi tarvitaan, jolloin polttoaine kaasuuntuu, ja - tulipesään (24) syötetään ilmaa ainakin yhdessä 25 seuraavassa vaiheessa polttoaineen syöttökohdan (4) ja ensimmäisen ilmansyöttökohdan (2) yläpuolella, tunnettu siitä, että 30 . - tulipesästä (24) imetään polttoaineen muodostamaa kaasua toisen ilmansyöttökohdan (5, 6) alapuolelta ja leijukerroksen (3) alueelta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kattila on soodakattila, tunnettu siitä, että kaasua imetään toisen 108251 17 ilmansyöttökohdan (46) ja viherlipeän poistokohdan (49) väliseltä alueelta.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kattila 5 on kiertoleijukattila, tunnettu siitä, että kaasua imetään tulipesästä (24) polttoaineen syöttökohdan (29) läheisyydestä pelkistävältä alueelta.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kattila 10 on kiertoleijukattila, jossa kiertävä petimateriaali palautetaan paluulinjaa (34) pitkin tulipesään (24), tunnettu siitä, että paluulinjaan (34) syötetään polttoainetta ja kaasua imetään polttoaineen syöttökohdan (30) ja tulipesän (24) väliseltä alueelta. 15

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kattila on hiilipölykattila tai öljykattila, jossa käytetään vaiheistettua poltinta, tunnettu siitä, että kaasua imetään polttimen liekin pelkistävältä alueelta. 20

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kattilassa käytetään ainakin yhtä käynnistys- tai lisäpoltinta, tunnettu siitä, että kaasua imetään käynnistys- tai lisä-polttimen liekin pelkistävältä alueelta. 25

12. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kattilassa käytetään kosteaa polttoainetta, jota kuivataan ennen polttoa imettävän kaasun laadun parantamiseksi. 30 . 13. Sovitelma kattilalaitoksen kapasiteetin nostamiseksi, joka sovitelma käsittää: - kattilan (1), jossa on tulipesä (24), 35 - elimet (4) polttoaineen syöttämiseksi tulipesään 108251 18 ja sen polttamiseksi, - elimet (2) ilman sekoittamiseksi ensimmäisessä vaiheessa tulipesään (24) syötettävään polttoai- 5 neeseen polttoaineen kaasuttamiseksi, ja - ainakin yhdet toiset elimet (5, 6) ilman syöttämiseksi ilma/polttoaineseokseen ainakin yhdessä seuraavassa vaiheessa polttoaineen sytyttämiseksi 10 ja polttamiseksi, tunnettu - ainakin yhdestä yhteestä kaasun imemiseksi 15 polttoaineen syöttökohdan jälkeiseltä pel kistävältä alueelta ennen ilman sekoittamista polttoaineeseen toisessa vaiheessa, ja - ainakin yhdestä laitteesta, jossa voidaan 20 käyttää imettyä polttoainetta ja joka on erotettu kattilaprosessista.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitelma, joka käsittää : 25 - kerrosleijukattilan (1), jossa on tulipesä (24), - elimet (4) polttoaineen syöttämiseksi tuli-pesään, 30 . - elimet (2) ilman syöttämiseksi ensimmäisessä vaiheessa tulipesään (24), ja - ainakin yhdet ensimmäisten ilmansyöttöelinten 35 (2) yläpuolelle sijoitetut elimet (5, 6) ilman syöttämiseksi tulipesään (24) ainakin yhdessä seu- 108251 19 raavassa vaiheessa, tunnettu 5. ainakin yhdestä toisten ilmansyöttöelinten (5) alapuolelle sijoitetusta yhteestä kaasun imemiseksi tulipesästä (24).

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen sovitelma, tunnettu 10 siitä, että kaasun imuyhteet (12) on sijoitettu leijuker- rokseen (3).

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen sovitelma, tunnettu tulipesän (24) sisään sijoitetusta syklonista (21), joka on 15 liitetty kaasun imuyhteisiin (22).

17. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitelma, tunnettu tulipesän (24) ulkopuolelle sijoitetusta syklonista (13) ja pesurista (16) tulipesästä (24) imetyn kaasun puhdistamis- 20 eksi.

18. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitelma, jossa kattila on soodakattila, tunnettu ainakin yhdestä yhteestä (50) kaasun imemiseksi toisen ilmansyöttökohdan (46) ja 25 viherlipeän poistokohdan (49) väliseltä alueelta.

19. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitelma, jossa kattila on kiertoleijukattila, tunnettu ainakin yhdestä yhteestä kaasun imemiseksi tulipesästä (24) polttoaineen syöttökoh- 30 dan (29) läheisyydestä pelkistävältä alueelta. « •

20. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitelma, jossa kattila on kiertoleijukattila, joka käsittää paluulinjan (34) kiertävän petimateriaalin palauttamiseksi tulipesään (24), 35 tunnettu elimistä (30) polttoaineen syöttämiseksi paluulin-jaan (34) ja kaasun imemiseksi polttoaineen syöttökohdan 108251 20 (30) ja tulipesän (24) väliseltä alueelta.

21. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitelma, jossa kattila on hiilipölykattila tai öljykattila, jossa käytetään 5 vaiheistettua poltinta (36), tunnettu elimistä (40) kaasun imemiseksi polttimen (36) liekin pelkistävältä alueelta.

22. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitelma, jossa kattila käsittää ainakin yhden käynnistys- tai lisäpolttimen, 10 tunnettu elimistä kaasun imemiseksi lisä- tai käynnistys-polttimen liekin pelkistävältä alueelta.

23. Jonkin patenttivaatimuksista 13 - 22 mukainen sovitelma, tunnettu seinästä (52) joka jakaa tulipesän 15 osittain kahteen tilaan joilla on eri tilavuus, ja elimistä lisäpolttoaineen syöttämiseksi toiseen tiloista. * • . . 108251 21