FI118132B - Förfarande i en sodapanna och sodapanna - Google Patents

Description

118132

Menetelmä soodakattilassa ja soodakattila

Keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 1 mukaiseen menetelmään soodakattilassa. Keksintö kohdistuu myös soodakattilaan, joka 5 on oheisen patenttivaatimuksen 5 johdanto-osassa esitettyä tyyppiä.

Soodakattiloita käytetään selluteollisuudessa kemikaalien talteenoton lisäksi myös energiatuotantoon. Soodakattiloiden yleisen toimintaperiaatteen ja rakenteen osalta viitataan mm. EP-patenttiin 737260 ja US-10 patenttiin 6,178,924.

Soodakattila käsittää tulipesän, syöttöveden syöttöjärjestelyn, tulipesän yläosassa tulistimen, mahdollisen kattilaputkiryhmän, ja näiden jälkeen savukaasujen virtaussuunnassa ns. ekonomaiserin savukaasujen 15 sisältämän lämpöenergian talteenottamiseksi. Soodakattilassa on myös palamisilman syöttöjärjestely tarvittavan palamisilman tuomiseksi tulipesään. Syöttöveden johtamisella kattilan eri osien kautta tuotetaan korkeapaineista, korkeassa lämpötilassa olevaa höyryä, jota voidaan käyttää sähköntuotantoon höyryturbiinilla.

20

Savukaasujen sisältämä lämpö pyritään käyttämään hyväksi ekonomaiserissa, jossa sillä lämmitetään syöttövettä ennen sen johta- . .·. mistä höyryn kehitykseen, kuten on kuvattu mm. US-patentissa !»·! 5,769,156.

*:!.* 25 • · *"*! Soodakattiloissa on myös tunnettua jäähdyttää savukaasut ns. savu kaasujen kiertovesijäähdyttimellä, jos syöttövesi on liian kuumaa savu-’*··* kaasujen saattamiseksi riittävän alhaiseen lämpötilaan, joka savu kaasujen kiertiovesijäähdytin on yhdistetty soodakattilan syöttövesi-30 virtauspiirin kanssa. Syöttövettä lämmitetään normaalisti syöttövesi-säiliössä höyryturbiinin väliottohöyryllä. Monesti joudutaan soodakatti- .·*.·. loissa syöttövesisäiliön lämpötilaa laskemaan kuristamalla siihen tule- • · · vaa höyryä, jotta syöttövesi saadaan riittävän kylmäksi savukaasujen *"** jäähdytystä varten. Nykyisissä soodakattiloiden lämmönvaihtojärjes- j.i'i 35 telmissä ei ole otettu huomioon hyötysuhdetta sähköntuotannon kan-*:··: naita. Höyryn kuristaminen ja lämmön tuonti syöttöveteen kylmässä lämpötilassa ei ole edullista sähkön saannolle höyryprosessista.

2 118132

Keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä soodakattilassa, jolla voidaan parantaa sähköntuotannon hyötysuhdetta. Keksinnön tarkoituksena on myös esittää parannettu soodakattila edellä mainittua tar-5 koitusta varten. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle soodakattilalle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.

10

Savukaasujen loppujäähdytys suoritetaan menetelmässä kiertovesi-jäähdyttimellä erillään syöttövesijärjestelmästä. Savukaasuja ei siis jäähdytetä kokonaan syöttövedellä. Kiertovesijäähdyttimellä viedään savukaasujen lämpö palamisilmaan syöttöveden sijasta. Syöttöveden 15 esilämmitys toteutetaan savukaasuilla niiden kulkusuunnassa katsoen ennen mainittua kiertovesijäähdytintä, eli savukaasut jäähdytetään syöttövedellä vain osittain, niiden ollessa alkuvaiheessa korkeammassa lämpötilassa.

20 Mitä korkeammassa keskimääräisessä lämpötilassa lämpö tuodaan soodakattilan savukaasuista syöttöveteen, sitä parempi on sähkön ·:· saanto. Tämän johdosta savukaasuja kannattaa jäähdyttää syöttöve- • * · · . dellä ennen niiden viimeistä jäähdytysvaihetta, joka suoritetaan kierto- .*!·, vesijäähdyttimellä. Syöttövesi, jolla savukaasuja jäähdytetään, on edul- • * · 25 lisesti esilämmitetty saman kattilan höyryntuotannosta peräisin olevalla korkeapainehöyryllä, kuten höyryturbiinin väliottohöyryllä ja/tai vasta- .*„* painehöyryllä. Viimeisessä savukaasujen jäähdytysvaiheessa kierto- • · **··* vesijäähdyttimen avulla talteenotetulla lämmöllä voidaan palamisilma lämmittää korkeaan lämpötilaan, ja sitä voidaan lisälämmittää korkea- ' · 30 painehöyryllä.

··· « * • · • » · .v. Keksinnön mukaisen soodakattilan ekonomaiserissa on viimeisessä φ · · vaiheessa savukaasujen kiertovesijäähdyttimeen liittyvä kiertovesi- **:*’ ekonomaiseri, jonka vesi kulkee palamisilman syöttökanavaan läm- • · - 35 mönsiirtoyhteydessä olevan lämmönvaihtimen kautta, ja mainittua *:·*: kiertovesiekonomaiseria edeltävässä syöttövesiekonomaiserivaiheessa 3 118132 on lämmönsiirtojärjestely savukaasujen lämmön siirtämiseksi syöttö-veteen.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin pii-5 rustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviona erästä keksinnön mukaista menetelmää lämmön siirtämiseksi savukaasuista palamisilmaan ja syöttö veteen, 10 kuva 2 esittää kuvan 1 menetelmän savukaasun, veden ja ilman lämpötehoja lämpötilan funktiona, kuva 3 esittää toista keksinnön mukaista menetelmää, 15 kuva 4 esittää kuvan 3 menetelmän savukaasun, veden ja ilman lämpötehoja lämpötilan funktiona, kuva 5 esittää vertailun vuoksi tunnettua menetelmää, ja 20 kuva 6 esittää kuvan 5 menetelmän savukaasun, veden ja ilman :..T lämpötehoja lämpötilan funktiona.

• · · ' , * · · - * * · ' :T: Kuvassa 1 on esitetty kaaviomaisesti soodakattila. Soodakattilassa on ;···. 25 palotila 1, jossa lämpöenergian tuotto ja kemikaalien talteenotto sellun- valmistuksen jäteliemestä tapahtuu tunnetulla tavalla, palotilan ylä- .···. puolella tulistin 2 höyryn tulistamiseksi, kattilaputkiryhmä 2a, sekä tämän jälkeen ns. ekonomaiser 3, jonka peräkkäisissä vaiheissa palo- , tilasta tulevat savukaasut jäähtyvät pystyputkityyppisessä rakenteessa *···· 30 kulkevan veden avulla, joka lämpiää.

t · ·♦· j :*: Ekonomaiserissa 3 on peräkkäisiä osia (vaiheita), joissa savukaasujen M· · :*··; keskimääräinen lämpötila laskee jäähdytyksen johdosta.

.*.* Ekonomaiserin viimeistä vaihetta eli viimeisiä ekonomaiseripaketteja • * ***·] 35 jäähdytetään kuvassa 1 kiertovesijäähdyttimellä 4. Ekonomaiserin kolme viimeistä pystyputkityyppistä osaa (pystyputkipakettia) muodostavat näin jäähdytettävän viimeisen vaiheen 3b, jossa lämmönsiirto 118132 4 tapahtuu vastavirtaperiaatteella. Savukaasujen kiertovesijäähdyttimeen 4 kuuluu kiertovesiekonomaiseri 3b sekä lämmönvaihdin 4a, jonka kautta ekonomaiserissa savukaasuja jäähdyttänyt ja samalla lämminnyt kiertovesi kulkee. Lämmönvaihtimen 4a kautta on viety tulipesään 1 5 palamisilmaa syöttävä palamisilmakanava 5, jossa kulkeva palamisilma lämpenee.

Edellä kuvatulla ratkaisulla ekonomaiserissa savukaasuista suhteellisen matalassa lämpötilassa otettu lämpö siirretään palamisilmaan.

10

Savukaasujen virtaussuunnassa ennen edellä kuvattua viimeistä vaihetta on ekonomaiserissa 3 syöttöveden lämmitys (vaihe 3a). Syöttö-vesilinja 6 kattilaan kulkee ekonomaiserin pystyputkipakettien kautta. Syöttövesilinjaa 6 pitkin kattilaan johdettava syöttövesi lämmitetään 15 ekonomaiserin 3 pystyputkityyppisessä rakenteessa, eli lämpö siirretään korkeammassa lämpötilassa savukaasuista syöttöveteen kuin palamisilmaa lämmittävään kiertoveteen. Syöttövesi on lisäksi esiläm-mitetty jo syöttövesisäiliössä sellutehtaan vastapainetta vastaavaan lämpötilaan, ja lämmitys ennen syöttöveden johtamista osaan 20 ekonomaiseria suoritetaan höyryturbiinin väliotto- ja/tai vastapaine-höyryllä. Syöttövesilinjassa 6 ennen ekonomaiseria olevia lämmön-vaihtimia tämän toteuttamiseksi on merkitty viitenumeroilla 6a ja 6b.

• · ·

· I

··♦ ·*:*· Tarkasteltaessa savukaasujen kulkua ekonomaiserissa 3 voidaan siis .···. 25 todeta, että savukaasut jäähdytetään ensin korkeammassa lämpötilas- sa syöttövedellä (vaihe 3a), joka on ensin esilämmitetty kattilan höy- • · ryntuotannosta peräisin olevalla höyryllä, ja tämän jälkeen savukaasut ***** jäähdytetään kiertovedellä, joka siirtää lämmön palamisilmaan (vaihe 3b). Jäähdytys molemmissa tapauksissa tapahtuu vastavirtaperiaat-30 teella pystyputkirakenteisissa ekonomaiserin osissa. Kuvassa 1 on esitetty savukaasujen kiertovesijäähdytin 4, jonka ekonomaiseriosa : .*. käsittää kolme kiertovesiekonomaiseripakettia (vaihe 3b) ja syöttövesi- M· · .·*·. osa yhden paketin (vaihe 3a). Jako voidaan tehdä toisinkin, esimerkiksi *·[ kiertovesiekonomaiseri käsittää vain yhden paketin ja syöttövesi- *··[ 35 ekonomaiseri kaksi pakettia.

*··«· 5 118132

Kuvassa 1 on esitetty esimerkkeinä savukaasujen sisäänmeno-lämpö-tila ekonomaiseriin 3 kattilaputkiryhmän 2a jälkeen, savukaasujen ulostulolämpötila ekonomaiserista 3, syöttöveden sisäänmenolämpötila syöttövesiekonomaiseriin, kiertovesijäähdyttimen 4 kiertoveden ulos-5 tulolämpötila kiertovesiekonomaiserista, ja palamisilman sisäänmenolämpötila lämmönvaihtimen jälkeen. Lämpötilat on esitetty lämpötila-välejä kuvaavin merkinnöin.

Jos palamisilman lämmönsitomiskyky ei riitä tai on muita syitä käyttää 10 kiertovedessä olevaa lämpöä muihin tarkoituksiin kuin ilman lämmittämiseen, voidaan kiertovesipiirin johonkin kohtaan liittää joko rinnan tai sarjaan palamisilmaa lämmittävän lämmönvaihtimen 4a kanssa lisä-lämmönvaihdin, jonka avuilla esimerkiksi vedellä jäähdytetään kierto-vettä lisää. Samalla tuotetaan lämmintä vettä. Kuvassa 1 on katko-15 viivalla kuvattu tällainen lisälämmönvaihdin 4b.

Kuvassa 2 on esitetty kuvan 1 järjestelmän ainevirtausten (savukaasu, ^ vesi ja palamisilma) lämpötehot lämpötilan funktiona. Veden lämpiä-mistä kuvaava käyrä koostuu kahdesta ainevirtauksesta: kiertoveden 20 lämpiäminen savukaasujen jäähtymisen viimeisessä vaiheessa, ja syöttöveden lämpiäminen savukaasujen jäähtymisen edeltävässä vai-heessa ja myöhempi kiehuminen kattilassa.

* • * * * · ♦ *«· :T: Kuvassa 3 on esitetty toinen vaihtoehto. Tässä on samoja osia merkitty .·*·. 25 samoilla viitenumeroilla kuin kuvassa 1. Palamisilma lämmitetään sa- vukaasujen viimeisen jäähdytysvaiheen 3b kautta kulkevalla kierto-‘ vesijäähdyttimellä, kuten edellä (pystyputkirakenteinen osa, joka muo-dostaa viimeisen vaiheen 3b). Tätä edeltävässä ekonomaiserin 3 pystyputkirakenteisessa osassa lämmitetään esilämmitettyä syöttö-30 vettä, jonka lämpötilaa nostetaan tämän jälkeen höyryturbiinin väliotto-'··.*’ höyryllä ja/tai vastapainehöyryllä (syöttövesilinjassa 6 oleva lämmön- • ·*; vaihdin 6a), ja tämän jälkeen se johdetaan em. osaa edeltävään * * * · : .**·. ekonomaiserin 3 pystyputkirakenteiseen osaan. Nämä osat muodosta- vat ekonomaiserin ensimmäisen vaiheen 3a. Savukaasut jäähtyvät nyt *···;’ 35 kolmessa vaiheessa kiertovesijäähdyttimellä ja syöttövedellä: Niiden virtaussuunnassa katsoen ensimmäisessä vaiheessa syöttövedellä, jonka lämpötilaa on nostettu saman kattilan höyryntuotannon höyryllä, 6 118132 toisessa vaiheessa samalla syöttövedellä, joka on matalammassa lämpötilassa, ja viimeisessä vaiheessa kiertovesijäähdyttimellä 4. Kuvassa on esitetty vielä, kuinka myös palamisilmaa voidaan lämmönvaihtimen 4a jälkeen vielä lämmittää höyryturbiinin väliottohöyryllä ja/tai vasta-5 painehöyryllä (palamisilmakanavan 5 lämmönvaihdin 5a). Kuvassa 3 on esitetty ainevirtausten lämpötilat samalla periaatteella kuin kuvassa 1.

Kuvassa 4 on esitetty kuvan 3 järjestelmä vastaavalla periaatteella kuin 10 kuvassa 2. Yhteistä kuvan 1 mukaiselle järjestelmälle on se, että tässäkin savukaasut jäähdytetään viimeisessä vaiheessa kiertovedellä, josta lämpö siirretään palamisilmaan, ja erona on se, että syöttövesi viedään vastavirtaperiaatteella savukaasujen kahden peräkkäisen jäähdytysvaiheen kautta nostaen sen lämpötilaa korkeapaineisella höy-15 ryllä vaiheiden välissä.

Kuvissa 5 ja 6 on esitetty vertailun vuoksi suomalaisesta patentista Fl-101163 tunnettu menetelmä, jossa savukaasut jäähdytetään ekonomaiserissa 3 kaikissa vaiheissa syöttövedellä nostaen syöttö-20 veden lämpötilaa vaiheiden välillä höyryturbiinin vastapainehöyryn ja/tai väliottohöyryn avulla, ja palamisilma esi lämmitetään pelkästään :..T höyryllä (lämmönvaihtimet 5a, 5b ja 5c).

i * :T: Keksintö antaa mahdollisuuden parantaa soodakattilaprosessin säh- ;···. 25 köntuottoa (rakennusastetta). Soodakattilaan voidaan rakentaa riittä- vän suuri ekonomaiser, johon syöttövesi voidaan tuoda esilämmitetty-nä.

• · •»· . Keksintöä voidaan soveltaa sekä uusissa soodakattiloissa että van- *·*·· ‘ / 30 hoissa soodakattiloissa muutostöiden jälkeen. Ekonomaiserin kokoa voidaan tällöin lisätä ja kytkeä syöttöveden lämmitys väliottohöyryllä : ·*; ekonomaiserin osien väliin. Ekonomaiserin viimeinen osa voidaan kyt- ♦·**. keä kiertovedellä toimivaksi ja kytkeä tämä kiertovesi palamisilman esilämmitykseen.

Keksintö ei ole rajoittunut edellä esitettyihin suoritusesimerkkeihin, vaan sitä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa.

: 35 7 118132

Edellä keksintöä on kuvattu soodakattiloiden yhteydessä, joihin myös patenttivaatimukset kohdistuvat. Keksinnön mukaista järjestelyä voidaan käyttää myös muissa kattiloissa, joissa savukaasujen likaavat 5 ominaisuudet ovat ongelmana.

♦ ♦ ·· • · ····.'.· • ♦ · • · · . -·#· • ♦ · ···.·' • * * · , ····· * · • · • · ··· ···»· • ♦ «·· • · ·· • · ··♦ -··· • · · * ··· • · • · • · · * • » * • · • ♦ ··· ♦ ···*«

Claims (8)

118132

1. Menetelmä soodakattilassa, jossa savukaasuja johdetaan ns. ekonomaiserin (3) kautta lämmön talteenottamiseksi savukaasuista, 5 tunnettu siitä, että savukaasut jäähdytetään ekonomaiserin (3) viimeisessä vaiheessa (3b) savukaasujen kiertovesijäähdyttimellä (4) erillään kattilan syöttövesijärjestelmästä ja tällä savukaasujen kiertovesijäähdyttimellä (4) esilämmitetään palamisilmaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasuja jäähdytetään viimeistä vaihetta edeltävässä ekonomaiserin (3) vaiheessa (3a) syöttövedellä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 syöttöveden lämpötilaa nostetaan välillä sen kulkiessa syöttövesi' ekonomaiserin kautta tai ennen sen johtamista syöttövesiekonomai-seriin.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 syöttöveden lämpötilaa nostetaan kattilan höyryntuotannosta peräisin olevalla höyryllä. • · · • · · • · ·

5. Soodakattila, joka käsittää palotilan (1) sekä ekonomaiserin (3), *;[.* joka on järjestetty savukaasujen virtaukseen palotiiasta (1) tulevien sa- • · ···[ 25 vukaasujen lämmön talteenottamiseksi, tunnettu siitä, että ekonomai- serin (3) viimeisessä vaiheessa (3b) on savukaasujen jäähdyttämiseksi • * · kattilan syöttövesijärjestelmästä erillinen savukaasujen kiertovesi- jäähdytin (4), joka on kytketty lämmönvaihtimen (4a) kautta lämmön- \ siirtoyhteyteen palamisilmakanavan (5) kanssa. *“: 30 • · ·

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen soodakattila, tunnettu siitä, että • · savukaasujen kiertovesijäähdyttimen (4) kiertovesijärjestelmässä on *···: lisälämmönvaihdin (4b) veden lämmittämiseksi. ♦ * · :*·*: 35 7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen soodakattila, tunnettu siitä, • · että syöttövesi linja (6) on johdettu ekonomaiserin (3) viimeistä vaihetta (3b) edeltävään vaiheeseen (3a) syöttöveden lämmittämiseksi. 118132

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen soodakattila, tunnettu siitä, että syöttövesilinjassa (6) on ekonomaiserin peräkkäisten osien, kuten pystyputkirakenteisten osien välillä tai ennen niitä yksi tai useampi 5 lämmönvaihdin (6a, 6b), joka on kytketty höyrylähteeseen. *·* • ·* *» · • * · * · ·»· • · « • ♦ ··♦'·· * * · • · · * · · · · • · ♦ · • · • ♦ • ♦ · . ··· • · ··♦ • , »·· « ·· . · • · • · · 1 ··« • · ... • · • · · • · • * · • · • · i 118132