FI114114B - Kerrosleijukattilan ilmajärjestelmä - Google Patents

Description

114114 KERROSLEIJUKATTILAN ILMAJÄRJESTELMÄ

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä yläilman syöttämiseksi yläilmansyöttötasoilta ker-5 rosleijukattilaan. Lisäksi keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 4 johdanto-osan mukainen ilmajärjestelmä ja oheisen patenttivaatimuksen 7 johdanto-osan mukainen kerrosleijukattila.

Kerrosleijukattilan tulipesän alaosaan syötetään ilmaa arinan läpi ari-10 nan päällä olevaan leijukerrosmateriaalin muodostamaan leijukerrok-seen, jolloin aikaansaadaan leijukerrosmateriaalin leijuminen. Leijuker-roksen päälle syötetään polttoainekanavasta polttoainetta, kuten esimerkiksi turvetta tai kuorta. Polttoaineen palamiseen tarvitsemasta ilmasta noin 40-70 % syötetään arinan läpi ns. primääri-ilmana. Jotta 15 palamisesta tulee mahdollisimman täydellistä ja vähäpäästöistä syötetään kattilan tulipesään yläilmaa tyypillisesti kahdelta yläilmatasolta. Tyypillisessä kerrosleijukattilassa on polttoainekanavan yläpuolella se-kundääri-ilmatason ilmasuuttimet, joiden yläpuolella ovat tertiääri-ilmatason ilmasuuttimet. Lisäksi kattilassa ovat tyypillisesti erilaisia 20 polttimia, jotka toimivat startti- ja tukipolttimina.

» « • · · t ·· Kerrosleijukattiloissa tuodaan tyypillisesti kattilan tulipesän yläosaan • yläilmaa sekundääri- ja tertiääri-ilmatasoilia siten, että sekundääri- .* ilmatasolta tuodaan 50-70 % yläilmasta ja tertiääri-ilmatasolta loput, eli :vt 25 30-50%. Sijoittamalla kyseiset sekundääri- ja tertiääri-ilmatasot keske- • » nään mahdollisimman etäälle, vaikutetaan edullisesti kattilasta tulevien ’ savukaasujen NOx-pitoisuuksiin. Tämän takia tertiääri-ilmataso pyri tään sijoittamaan mahdollisimman ylös.

• # » 30 Tunnetuissa kerrosleijukattiloiden yläilmajärjestelmissä ilma tuodaan *;· tertiääri-ilmatasolla kattilan vastakkaisilta sivuilta tai yhdeltä sivulta.

.··. Käytännössä on todettu, että paras tapa tuoda yläilma on sijoittaa il masuuttimet sekä etu- että takaseinälle. Tällöin savukaasujen virtaus * ‘ saadaan helposti halutunlaiseksi, jolloin lämpötilat ja virtausnopeudet 35 kattilan tulipesässä ovat optimaaliset. Silloin kun kattilan tai voimalaitoksen rakenne on sellainen, ettei kattilan nokan puoleiselle seinälle eli 2 114114 takaseinälle ole mahdollista järjestää ilmasuuttimia ja -kanavia, tuodaan ilma tyypillisesti tulipesän molemmilta sivuseiniltä ja joissain tapauksissa vain etuseinältä.

5 Tuotaessa yläilma pelkästään kattilan sivuseinissä kohdakkain tai limittäin olevista ilmasuuttimista on tyypillistä tulipesässä ylöspäin vihaavien savukaasujen "kaatuminen” jompaankumpaan sivuseinään päin. Tämä tarkoittaa sitä, että savukaasujen happipitoisuus vaihtelee kattilan sivusuunnassa ja palamisprosessista tulee huono.

10

Tuotaessa polttoaine kattilan etuseinältä painottuu palaminen etuseinän puolelle. Tällöin kattilan etuseinän lähellä kasvaa häkäkaasujen osuus kun taas takaseinän läheisyydessä happipitoisuus on korkeampi. Riittävän ilmamäärän tuomiseksi etuseinältä tulipesän takaosaan on 15 käytettävä erittäin voimakkaita ilmasuihkuja, josta seuraa epäedullisia pyörteitä tulipesän alueella. Tällaiset kattilan nokan alapuoliset pyörteet pienentävät kattilan hyötysuhdetta.

Nyt esillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on esittää il-20 majärjestelmä, joka aikaansaa tasaisen lämpötilajakauman sellaisessa ·.: kerrosleijukattilassa, jonka takaseinään ei ole mahdollista sijoittaa il- j· masuuttimia.

Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmäl-. ‘25 le on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle ilmajärjes-telylle on puolestaan pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle kerrosleijukattilalle on puolestaan pääasiassa tunnusomaista 30 se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 7 tunnusmerk-kiosassa.

* ·

Muissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksin-':": nön edullisia suoritusmuotoja.

’:,,i 35 3 114114

Keksinnön perusajatuksena on syöttää kerrosleijukattilaan ilmaa yhdeltä tai usealta primääri-ilmatason yläpuoliselta yläilmatasolta kolmesta suunnasta. Keksinnön mukaisesti pääilmavirtaukset järjestetään kattilan nokan vastakkaiseen seinään, eli etuseinään sijoitetuista pääil-5 masuuttimista. Apuilmavirtaukset järjestetään sivuseiniltä siten, että vastakkaisten seinien apuilmasuuttimista syötettävät ilmavirtaukset ovat kohdakkain. Pääilmavirtaukset ja apuilmavirtaukset syötetään oleellisesti samalta tasolta siten, että mainitut pää- ja apuilmavirtaukset ovat joko samalla tasolla tai hieman eri tasoilla.

10

Keksinnön mukaisella ilmajärjestelmällä saadaan ilmaa syötettyä tasaisesti koko ilmansyöttötasolle, jolloin etuseinän lähellä olevien kaasujen hapettuminen tehostuu. Lisäksi ilmavirtaus siirtää palamisprosessia myös nokan alapuoliselle takaseinän läheiselle alueelle, jolloin kattilan 15 tilavuuden hyödyntäminen paranee.

Lisäksi keksinnön mukaisella ilmajärjestelmällä varustetussa kattilassa on mahdollista käyttää pienempää yläilmakerrointa kuin perinteisissä kattiloissa, joissa yläilma on syötetty pelkästään sivuseiniltä tai etusei-20 näitä.

• ♦ :· Keksinnön mukainen ilmajärjestelmä vähentää kattilan sisällä viilaavi en kaasujen pyörteitä verrattuna kattilaan, jossa yläilma syötetään pelkästään etuseinältä, koska keksinnön mukaisessa järjestelmässä voi-25 daan käyttää pienempiä pääilmasuihkujen voimakkuuksia. Edullisessa suoritusmuodossa etuseinästä syötetään pääilmasuihkuilla 40-80 % tason kokonaisilmamäärästä ja sivuseinistä apuilmasuihkuilla yhteensä 20-60 % tason kokonaisilmamäärästä.

30 Sijoittamalla kattilan etuseinän ilmasuuttimien lisäksi sivuseinien il- masuuttimet kohdakkain estetään ylösnousevien savukaasujen ”kaa- !·, tuminen” jompaankumpaan sivuun päin. Perinteisissä ratkaisuissa, • » '·' joissa ilma tuodaan pelkästään kattilan sivuseinissä kohdakkain tai li- : mittäin olevista ilmasuuttimista on tyypillistä savukaasujen ’’kaatumi- 35 nen” toiseen sivuseinään päin, jolloin savukaasujen happipitoisuus vaihtelee kattilan sivusuunnassa ja palamisprosessista tulee huono.

4 114114

Lisäksi eräs keksinnön edullisen suoritusmuodon aikaansaama etu on tulistimien korroosion ja likaantumisen pieneneminen, koska tulistinalu-eelle tulevien savukaasujen lämpötilat laskevat.

5

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin periaatteellisiin piirustuksin, joissa kuva 1 esittää erästä keksinnön mukaisen ilmajärjestelmän 10 suoritusmuotoa sivukuvantona, kuva 2 esittää erästä keksinnön mukaisen ilmajärjestelmän suoritusmuotoa ylhäältäpäin, 15 kuva 3 esittää erästä keksinnön mukaisen ilmajärjestelmän toista suoritusmuotoa ylhäältäpäin, kuva 4 esittää keksinnön mukaisella ilmasyöttöjärjestelmällä varustetun kattilan lämpötilajakaumaa, ja 20 • | kuva 5 esittää perinteisellä ilmasyöttöjärjestelmällä varustetun : * kattilan lämpötilajakaumaa.

* » : ·. 25 Piirustuksissa on esitetty selvyyden vuoksi vain keksinnön ymmärtämi- * · sen kannalta tarpeelliset yksityiskohdat. Keksinnön ymmärtämisen kannalta tarpeettomat, mutta ammattimiehelle selvät rakenteet ja yksi-. tyiskohdat on jätetty kuvista pois keksinnön ominaispiirteiden korosta- miseksi.

30 •i* Kuvassa 1 on esitetty kaavamaisesti kerrosleijukattila 1 ja sen tulipesä 2. Kerrosleijukattilan 1 alaosassa olevasta ilmalaatikosta 9 syötetään primääri-ilmaa arinan läpi arinan päällä olevaan leijukerrosmateriaalin ’ ‘ muodostamaan leijukerrokseen 4. Tällöin aikaansaadaan leijukerros- 35 materiaalin leijuminen. Leijukerroksen 4 päälle syötetään polttoaine polttoainekanavasta 5. Polttoainekanavan 5 yläpuolella on sekundääri- 5 114114 ilmataso 10, jonka yksittäisiä ilmasuuttimia ei ole kuvassa esitetty. Se-kundääri-ilmatason 10 yläpuolella on tertiääri-ilmataso 11, jonka yksittäisiä ilmasuuttimia ei myöskään ole kuvassa 1 esitetty. Lisäksi kerros-leijukattilassa 1 on tyypillisesti erilaisia polttimia, jotka toimivat startti- ja 5 tukipolttimina. Kyseisiä polttimia ei ole kuvattu kuvassa.

Kerrosleijukattilan 1 tulipesän 2 yläosassa on nokka 6, joka on tulipe-sän takaseinästä 13 etuseinään 12 päin ulkoneva rakenne. Nokka 6 ohjaa savukaasujen virtausta tulistimiin 7 ja edelleen savukaasukana-10 vaan 8. Lisäksi nokka 6 toimii edullisesti tulistimien 7 suojana, erottaen tulistimet suorasta yhteydestä liekkiin.

Kuvasta 1 nähdään, että mikäli esimerkiksi savukaasukanava 8 on järjestetty kulkemaan kerrosleijukattilan 1 takaseinän 13 lähellä ja mah-15 dollisimman alas, ei kattilan takaseinään 13 ole mahdollista sijoittaa yläilmatason 10,11 rakenteita palamisprosessin kannalta edulliselle korkeudelle. Tämän takia on edullista sijoittaa yläilmatasojen 10,11 il-majärjestelmät keksinnön mukaisesti, jolloin ilmasuuttimet 16,17 ja -kanavat sijoittuvat tulipesän kolmelle seinälle 12,14,15 ja takaseinä 13 20 jää koskemattomaksi kuvan 2 mukaisesti.

* » ·· Kuvassa 2 on esitetty keksinnön mukainen ilmajärjestelmä ylhäältä päin nähtynä. Kyseinen ilmajärjestelmä soveltuu käytettäväksi kuvassa *. 1 esitetyn kerrosleijukattilan 1 sekundääri- ja tertiääri-ilmatasona 10,11, 25 mutta vastaavaa ilmansyöttöratkaisua on mahdollisuus käyttää myös muilla tasoilla, kuten esimerkiksi kvartiääri-ilmatasolla, tämän keksinnön perusajatus säilyttäen.

: Kuvasta 2 nähdään, että etuseinään 12 sijoitetuista pääilmasuuttimista ,·* 30 16 syötettävät pääilmavirtaukset 18 ovat niin voimakkaat, että niiden ··. virtaus ylettyy edullisesti takaseinään 13 asti. Tällöin pääilmavirtaukset .··. 18 kuljettavat osan savukaasujen palavista partikkeleista tai palavista kaasuista tulipesän 2 takaosaan, josta seuraa tulipesän tilavuuden tehokas hyödyntäminen. Edullisesti pääilmavirtauksen 18 nopeus on 40-35 90 m/s ja sopivimmin se on 50-60 m/s sellaisessa kerrosleijukattilassa 6 114114 1, jonka tulipesän 2 pohjan yhden sivun pituus on noin 10 metriä ja pääsuuttimia on 3-5 kpl.

Sivuseiniin 14,15 sijoitetuista apuilmasuuttimista 17 eli sivuilmasuutti-5 mistä ohjataan apuilmavirtaukset 19 eli sivuilmavirtaukset, jotka ovat voimakkuudeltaan huomattavasti pääilmavirtauksia 18 pienemmät. Vastakkaisista sivuseinistä 14,15 ohjataan apuilmavirtauksia 19 siten, että apuilmavirtaukset sijoittuvat vastakkain. Sivuseinästä 14,15 syötettävän apuilmavirtauksen 19 voimakkuus on yhtä suuri kuin vastakkai-10 sesta seinästä sen kanssa vastakkaiseen suuntaan syötettävän apuilmavirtauksen. Eli keksinnön mukaisesti vastakkaisten sivuseinien 14,15 apuilmasuuttimet 17 ovat toistensa peilikuvat. Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa, joka on esitetty kuvassa 3, syötetään apuilmavirtauksia 19 siten, että niiden voimakkuus vaihtelee kerroslei-15 jukattilan 1 etuseinältä 12 takaseinälle 13 mentäessä.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa tuodaan kerrosleijukattilan 1 normaalissa ajotilanteessa ilmatason 11 etuseinästä 12 40-80 % tasolta tuotavasta kokonaisilmamäärästä, jolloin yhdeltä sivuseinältä 14,15 20 tuotavaksi järjestetään 10-30 % tasolta tuotavasta kokonaisilmamää-•j rästä. On käytön kannalta edullista järjestää pääilmavirtaukset 18 ja ;:· apuilmavirtaukset 19 erikseen säädettäviksi. Tällöin voidaan tarvittaes- sa esimerkiksi ensin vähentää apuilmavirtausten 18 ilmamäärää ja sen jälkeen pääilmavirtausten 19 määrää.

'*.* 25 % i. Pääilmavirtaukset 18 ja apuilmavirtaukset 19 sijaitsevat kattilan 1 kor keussuunnassa oleellisesti samalla tasolla. Joissain tapauksissa voi olla edullista sijoittaa ilmasuuttimet 16,17 siten, että pääilmavirtaukset ; 18 ja apuilmavirtaukset 19 asettuvat hieman eri korkeuksille, jolloin il- 30 mavirtaukset eivät törmää toisiinsa. Eräässä toisessa keksinnön suori- ·;· tusmuodossa järjestetään pää- ja/tai apuilmavirtaukset 18,19 etene- * · · · ;···. mään tulipesässä 2 hieman vinossa suunnassa. Tällöin saavutetaan joissain suoritusmuodoissa ilmavirtauksille 18,19 parempi tunkeutumis- • · · · · * [ kyky savukaasukin, kuin kohtisuoraan syötettävillä ilmavirtauksilla.

35 7 114114

Kuvasta 4 nähdään kuvassa 1 esitetyn kerrosleijukattilan 1 lämpötilaja-kauma silloin, kun kattilan tertiääri-ilmansyöttötaso 11 on toteutettu keksinnön mukaisesti. Kuvassa 5 on puolestaan esitetty lämpötilaja-kauma perinteisen ratkaisun mukaiselle kattilalle, jossa tertiääri-5 ilmansyöttötasolla tuodaan ilma vain sivuseinissä olevista ilmasuutti-mista. Verrattaessa näitä tuloksia keskenään, voidaan todeta, että keksinnön mukaisella ilmansyöttöjärjestelmällä saadaan koko kattilan 1 tulipesä 2 paremmin hyödynnettyä. Lisäksi nähdään, että tulistimen 7 alapuolisen tulipesän 2 lämpötila on alhaisempi keksinnön mukaisella 10 ratkaisulla kuin perinteisellä ratkaisulla. Kuvissa 4 ja 5 ei ole selvyyden vuoksi esitetty kerrosleijukattilan 1 rakenteita, jotka selviävät kuvasta 1.

Keksinnön edellä esitettyjen eri suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä toimintatapoja ja rakenteita eri tavoin yhdistelemällä voidaan aikaan-15 saada erilaisia keksinnön suoritusmuotoja, jotka ovat keksinnön hengen mukaisia. Tämän vuoksi edellä esitettyjä esimerkkejä ei tule tulkita keksintöä rajoittavasti, vaan keksinnön suoritusmuodot voivat vapaasti vaihdella jäljempänä patenttivaatimuksissa esitettyjen keksinnöllisten piirteiden puitteissa.

20 a · » , » « 1 ·

• I

♦ · ·

Claims (10)

114114

1. Menetelmä yläilman syöttämiseksi yläilmansyöttötasolta (10,11) ker-rosleijukattilaan (1), joka käsittää ainakin 5 - tulipesän (2), jota rajoittaa etuseinä (12), sivuseinät (14,15) sekä takaseinä (13), tulipesän (2) takaseinään (13) järjestetyn nokan (6), tulipesässä (2) olevan leijukerroksen (4), alailmansyöttötason (9), joka on järjestetty leijukerroksen 10 (4) alapuolelle, polttoaineen syöttöelimen (5), joka on järjestetty leijukerroksen (4) yläpuolelle, yhden tai useamman yläilmansyöttötason (10,11), joka on sijoitettu polttoaineen syöttöelimen (5) yläpuolelle ja nokan 15 (6) alapuolelle, ja ainakin yksi ilmansyöttötaso (10, 11) käsittää ainakin tulipesän (2) sivuseiniin (14,15) sijoitettuja sivuilmasuuttimia (17), tunnettu siitä, että yhdellä tai useammalla ilmansyöttötasolla (10, 11), joka käsittää lisäksi ainakin tulipesän (2) etuseinään (12) sijoitetun yh-20 den tai useamman pääilmasuuttimen (16), syötetään pääilmasuutti-: ·; mesta tulipesään ilmavirtaus (18), joka on voimakkaampi kuin sivusuut- l· timesta (17) tulipesään syötettävä ilmavirtaus (19).

\ 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tu- 25 lipesän (2) etuseinään (12) sijoitetusta yhdestä tai useammasta pääil-masuuttimesta (16) syötetään 40-80 % yläilmansyöttötasolta (10, 11) syötettävästä ilmamäärästä.

: ·' 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että vastakkaisista sivuseinistä (14,15) syötetään kohdakkain olevat • j· vastakkaissuuntaiset ilmavirtaukset (19) ja vastakkaisista sivuseinistä ; . syötetään yhtä paljon ilmaa. 1 · 114114

4. Ilmajärjestely yläilman syöttämiseksi yläilmansyöttötasolta (10, 11) kerrosleijukattilaan (1), joka käsittää ainakin tulipesän (2), jota rajoittaa etuseinä (12), sivuseinät (14,15) sekä takaseinä (13), 5. tulipesän (2) takaseinään (13) järjestetyn nokan (6), tulipesässä (2) olevan leijukerroksen (4), alailmansyöttötason (9), joka on järjestetty leijukerroksen (4) alapuolelle, polttoaineen syöttöelimen (5), joka on järjestetty leijukerrok-10 sen (4) yläpuolelle, yhden tai useamman yläilmansyöttötason (10,11), joka on sijoitettu polttoaineen syöttöelimen (5) yläpuolelle ja nokan (6) alapuolelle, ja ainakin yksi ilmansyöttötaso (10, 11) käsittää ainakin tulipe-15 sän (2) sivuseiniin (14,15) sijoitettuja sivuilmasuuttimia (17), tunnettu siitä, että ilmajärjestely käsittää lisäksi ainakin tulipesän (2) etuseinään (12) sijoitetun yhden tai useamman pääilmasuuttimen (16).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen ilmajärjestely, tunnettu siitä, että 20 ensimmäiseen sivuseinään (14,15) sijoitettua sivuilmasuutinta (17) vas- '·· tapäätä on toiseen sivuseinään (14,15) sijoitettu sivuilmasuutin, ja mai- ;:· nitut sivuilmansuuttimet sijaitsevat samalla korkeudella ja samalla etäi syydellä etuseinästä (12). • ·. 25

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen ilmajärjestely, tunnettu siitä, * » että pääilmasuuttimilla (16) on oma ilmavirtauksen (18) säätöjärjestelmä ja sivuilmasuuttimilla (17) on oma ilmavirtauksen (19) säätöjärjestelmä. * *

7. Kerrosleijukattila (1),), joka käsittää ainakin ··· - tulipesän (2), jota rajoittaa etuseinä (12), sivuseinät (14,15) .···. sekä takaseinä (13), tulipesän (2) takaseinään (13) järjestetyn nokan (6), ' ‘ - tulipesässä (2) olevan leijukerroksen (4), 35. alailmansyöttötason (9), joka on järjestetty leijukerroksen (4) alapuolelle, 114114 polttoaineen syöttöelimen (5), joka on järjestetty leijukerrok-sen (4) yläpuolelle, yhden tai useamman yläilmansyöttötason (10,11), joka on sijoitettu polttoaineen syöttöelimen (5) yläpuolelle ja nokan 5 (6) alapuolelle, ja ainakin yksi ilmansyöttötaso (10, 11) käsittää ainakin tulipe-sän (2) sivuseiniin (14,15) sijoitettuja sivuilmasuuttimia (17), tunnettu siitä, että yläilmansyöttötason (10, 11) ilmajärjestely käsittää lisäksi ainakin tulipesän (2) etuseinään (12) sijoitetun yhden tai use-10 ämmän pääilmasuuttimen (16), jonka pääilmasuuttimen muodostama ilmavirtaus (18) on voimakkaampi kuin sivusuuttimen (17) muodostama ilmavirtaus (19).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kerrosleijukattila, tunnettu siitä, 15 että mainittu yläilmansyöttötason (10, 11) ilmajärjestely on sijoitettu se- kundääri-ilmasyöttötasolle tai terttiääri-ilmansyöttötasolle.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen kerrosleijukattila, tunnettu siitä, että pääilmansuuttimet (16) on sijoitettu samalla seinälle (12) poltto- 20 aineen syöttöelimen (5) kanssa.

>· » · > · · ;· 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-9 mukainen kerrosleijukatti- la, tunnettu siitä, että mainitun yläilmansyöttötason (10, 11) kohdalla takaseinän (13) takana on savukanava (8). * » * · Mil • * * • t • · • » • » 114114