FI120027B - Menetelmä ja laitteisto pölyävän materiaalin kostuttamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja laitteisto pölyävän materiaalin kostuttamiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä nesteen sekoittamiseksi virtaavaan kiinte-5 ään aineeseen. Menetelmän sovellusalueena ovat esimerkiksi voimalaitostuhkan kostuttaminen ja jäähdytys, betonin ainesosien kostutus, paperiteollisuuden kuivien aineiden kostu-tus ja vaikka kuivien aineiden esikostutus leipomoissa. Yleisesti ottaen menetelmä on tarkoitettu prosessiteollisuuden 10 kuivien aineiden kostuttamiseen.

Keksinnön kohteena on myös laitteisto menetelmän toteuttamiseksi.

15 Erilaisia pölyäviä aineita on tarpeen kostuttaa prosessiteollisuudessa monista syistä. Esimerkiksi kuuman tuhkan käsittelyssä kostutuksen tarkoituksen on laskea lämpötilaa sytyttä-misvaaran poistamiseksi ja käsiteltävyyden helpottamiseksi ja pölyämisen estämiseksi. Toisaalta kostuttamisen tarkoituksena 20 voi olla seosten muodostamien pölyävästä aineesta ja kostuttavasta aineesta. Tällaisia prosesseja on esimerkiksi leipomoteollisuudessa ja paperiteollisuudessa, jossa hienojakoisesta kiinteästä aineesta muodostetaan veden tai muun nesteen kanssa muualla valmistusprosessissa käytettäviä seoksia.

25 Pölyävät aineet ovat hienojakoisia ja kuivia juoksevia aineita jo luonteensa vuoksi. Niiden kostuttaminen tehokkaasti on varsin vaikeaa. Pölymäisten aineiden suoraan nesteen kanssa kosketukseen joutuva aine kostuu kyllä helposti, minkä jäl-30 keen siitä muodostuu helposti tarraantuvaa massaa, jonka läpäisee huonosti vettä. Niinpä hienojakoinen kuiva aine kerääntyy helposti paakuiksi, joiden keskusta on kuiva ja joiden pintakerros estää keskellä olevan materiaalin kostumisen. Pintakerroksen muodostava liete on usein varsin tarttuvaa, 35 joten kostutettava materiaali tarttuu helposti ja lujasti 2 kiinni kaikkiin pintoihin joita se koskettaa. Lietteen ja paakkujen sekä laitteiston seinämiin tarttuneen massan hajottaminen ja irrottaminen vaatii runsaasti työtä ja energiaa. Toisaalta tukkeentumisvaara on suuri ja kostutuslaitteet vaa-5 tivat paljon puhdistus- ja huoltotyötä toimiakseen luotettavasti .

Yksi voimalaitosprosesseissa tuhkan kostuttamiseen käytetty laite on kostutusruuvi, jossa tuhkan ja veden seosta siirre-10 tään ruuvikierteellä. Tämän laitteen ongelmana on sen tukkeentuminen helposti ja tukkeentumisen jälkeinen varsin työläs puhdistus. Niinpä tämän laitteen ei voida katsoa toimivan tyydyttävällä luotettavuudella teollisuusprosesseissa. Tukkeentumista on pyritty vähentämään pinnoittamalla laitteen 15 sisäosia kumilla, mutta tästä aiheutuu suuret kustannukset sekä valmistettaessa että pinnoitteita uusittaessa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan kostutuslait-teisto, jossa kostuttava neste ja kostutettava aine saadaan 20 parempaan kontaktiin keskenään ja kostutustulos on parempi.

Keksintö perustuu siihen, että kostutettava aine syötetään reaktiokammioon, jossa sen joukkoon puhalletaan paineistettua kaasua ja syötetään suihkuina pisaramaista nestettä. Neste 25 syötetään laitteistoon akselin pituussuuntaisesti sen keskelle muodostettua kanavaa pitkin ja poikittaisia, edullisesti säteittäisiä porauksia pitkin reaktiokammioon. Ilma syötetään vastaavasti akselin suuntaisten kanavien kautta ja edullisesti säteittäisistä, poikittaisista porauksista.

30

Erityisesti kostutettavan aineen joukkoon syötetään paineilmaa ja vettä.

Yhden keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan paineilma ja 35 vesi syötetään reaktiokammion keskiakselille sovitetun akse- 3

Iin kautta säteittäisesti kohti kammion reunoja ja akselia pyöritetään samanaikaisesti.

Edelleen erään keksinnön suoritusmuodon mukaan akselille on 5 sijoitettu tankomaisia hajotuskappaleita, jotka on sovitettu pyörimään akselin mukana.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tun-10 nusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 4 tunnusmerk-kiosassa.

15

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Tärkein keksinnön etu on luotettavan kostutuksen takaaminen ja tukkeentumisen välttäminen. Huollon tarve on vähäisempi ja 20 luotettavan toiminnan takia kostuttimen toimintakatkokset eivät häiritse siitä riippuvia prosesseja. Menetelmä soveltuu moniin eri prosesseihin, joissa tarvitaan partikkelimaisen materiaalin kostutusta. Varsinaisesti laite on tarkoitettu hienojakoisten pölymäisten aineiden käsittelyyn, mutta sillä 25 voidaan käsitellä vastaavalla tavalla myös silppuja, haketta tai muuta kohtuullisen keveistä ja pienistä kappaleista koostuvia materiaaleja tai materiaalisekoituksia. Oleellista on se, että materiaalin kiinteät osat saadaan liikkeelle reak-tiokammioon puhallettavan ilman vaikutuksesta. Tarkoituksena 30 on siis käsitellä virtaavaa kiinteää ainetta.

Laitteen rakenne on yksinkertainen ja se on helppo avata ja huoltaa. Kuluvia osia on vähän ja ne ovat yksinkertaisia ja siten edullisesti vaihdettavissa tarpeen mukaan.

35 4

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisten piirustusten avulla.

Kuvio 1 esittää yhtä keksinnön suoritusmuotoa sivulta osit-5 tain halkileikattuna.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 laitetta päädyn suunnasta.

Laitteen rungon muodostaa putkimainen reaktiokammio 1 ja sen 10 yläpuolelle muodostettu syöttöyhde 2 ja alapuolella oleva poistoyhde 3. Syöttöyhde 2 on kapeampi kuin reaktiokammion 1 halkaisija tehokkaan sekoittumisen mahdollistamiseksi ja poistoyhde 3 on puolestaan vähintään reaktiokammion 1 halkaisijan suuruinen kostutetun aineen jouhevan poistumisen ta-15 kaamiseksi. Laitteen runko on jaettu reaktiokammion 1 kes- kiakselin 4 kohdalla jakolinjaa 5 pitkin vaakatasossa. Laite on avattavissa jakolinjan 5 kohdalta puhdistusta ja huoltoa varten.

20 Varsinaisen sekoitusosan muodostaa reaktiokammion 1 keskiak-selille 4 sovitetusta sekoitusakselista 6. Sekoitusakseli 6 kulkee reaktiokammion päätyseinien 7 läpi ja akselin 6 läpiviennit on tiivistetty tiivistimillä 8 ja se on sovitettu pyöritettäväksi reaktiokammiossa (1). Sekoitusakselin 6 kes-25 kellä kulkee nesteensyöttökanava 9, josta lähtee vastakkain sovitettuja sekoitusakselin ulkopinnalle päättyviä säteittäi-siä porauksia 10. Poraukset on sovitettu 180° jaolla vastakkain. Nesteensyöttökanavan 9 ja sekoitusakselin 6 ensimmäisessä päässä on nesteen syöttöyhde 13. Nesteensyöttökanavan 6 30 vastakkainen pää on suljettu. Paineistetun kaasun syöttämistä varten sekoitusakselilla on kaksi kaasunsyöttökanavaa 11, joista lähtevät poikittaiset kaasunsyöttöporaukset 12 sekoitusakselin ulkopinnalle. Paineistettu kaasu syötetään akselille kaasunsyöttöyhteitä 15 pitkin. Edelleen sekoitusakselin 5 ulkopintaan on sovitettu tankomaisia hajoituskappaleita 14. Nämä hajoituskappaleet 14 kiertävät sekoitusakselia 6 spiraalina ja ainakin osa niistä ulottuu lähelle reaktiokammion sisäseinää .

5

Keksinnön mukainen menetelmä ja laite toimivat seuraavalla tavalla.

Kostutettava materiaali, esimerkiksi voimalaitoksen vielä 10 kuuma pölyävä tuhka, syötetään ylhäältäpäin syöttöyhteen 2 kautta reaktiokammioon 1. Kammiossa tuhkaa kastellaan sen lopullisesti sammuttamiseksi ja jäähdyttämiseksi ja pölyämisen estämiseksi seuraavissa käsittelyvaiheissa. Sekoitusakselia pyöritetään noin 500 - 600 1/min ja kaasureikien 12 kautta 15 syötetään paineilmaa normaalista paineilmaverkosta saatavalla paineella 3-8 bar. Nesteporauksista 10 syötetään puolestaan normaalilla tehtaan raakaveden paineella 2-4 bar vettä. Ve-densyöttöporaukset 12 on mitoitettu siten, että syötettävä vesi pisaroituu porauksista 10 lähtiessään. Pisaramainen vesi 20 jakaantuu tasaisesti kostutettavaan aineeseen, joten kostu- tuksen tulos on tasaisempi eikä paakkuuntumista pääse helposti tapahtumaan. Toinen kostutuksen tasaisuuteen oleellisesti vaikuttava seikka on paineilman syöttöporauksien kautta suurella tilavuudella syötettävän paineilman vaikutus. Paineil-25 man volyymi kuohkeuttaa kostutettavan materiaalin ja pyörivän akselin kautta syötettynä saa aikaan voimakkaasti pyörteile-vän virtauksen, mikä estää pölyävää ainetta pysymästä koossa ja muodostamasta veden vaikutuksesta paakkuja. Siten paineilma homogenisoi ainevirtauksen ja kuohkeuttaa syötettävää ai-30 netta nesteen sekoittamisen helpottamiseksi. Paineilman määrän on oltava kohtuullisen suuri kuohkeutuksen varmistamiseksi .

Hajoituskappaleet 14 kiertävät suurella nopeudella reak-35 tiokammiossa ja sekoittavat edelleen virtauksia kammiossa ja 6 hajottavat paakkuuntumia. Niiden tärkein tehtävä on kuitenkin pitää reaktiokammion seinät puhtaana estämällä kostutetun aineen tarttuminen reaktiokammion seinille.

5 Vettä syötetään reaktiokammioon säädettävä määrä. Määrän säätö voidaan tehdä yksinkertaisella asetteluventtiilillä. Veden paineen on oltava riittävä sen saattamiseksi pisaroiksi ve-densyöttöporauksissa. Määräsäätö esimerkiksi tuhkan kostutta-misessa säädetään siten, että pölyäminen saadaan lopetettua, 10 mutta kostuttimesta ei saa tulla ulos nestemäistä vettä tai tuhka ei saa liejuuntua. Jos laitteesta tulee pölyä, vesimäärää luonnollisesti lisätään ja tuhkan liejuuntuessa esimäärää vähennetään. Mikäli on tarpeen säätää sekoitettavan nesteen ja pölymäisen käsiteltävän aineen suhdetta tarkemmin, voidaan 15 siihen käyttää mittausta ja automaattisäätöä.

Keksinnön mukainen laite voidaan valmistaa tavanomaisista ra-kenneaineista, kuten hiiliteräksestä, ruostumattomasta tai haponkestävästä teräksestä, komposiittimateriaaleista tai po-20 lyeteenistä. Tarvittaessa sen osia voidaan päällystää kumilla kulumisen keston lisäämiseksi. Valittavat rakennemateriaalit riippuvat tietenkin siitä, minkälaisille materiaaleille ja mihin käyttöolosuhteisiin laite on tarkoitettu.

25 Edellä esitettyjen lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin suoritusmuoto j a.

Sekoitusakselin sijasta voidaan paineilma ja vesi syöttää kammion sisäseiniltä erityisesti ylöspäin suunnatuilta suut-30 timilta vasten pölyävän aineen tulosuuntaa. Tällöin laitteesta tulee kuitenkin todennäköisesti varsin hankalasti toimintaolosuhteisiin säädettävä ja sekoitustuloksen saaminen yhtä varmaksi kuin edellä kuvatulla laitteella voi olla vaikeaa. Vaikka laite onkin ensisijaisesti kostutin, sitä voidaan 35 käyttää sekoittimena erityisesti yhden tai useamman pölymäi- 7 sen aineen ja jonkin nesteen sekoittamiseksi. Ilman sijasta voidaan käyttää vaikka inerttiä kaasua sekoituskaasuna käsiteltävien aineiden niin vaatiessa. Vedensyöttökanavat ja ilmakanavat akselissa voidaan järjestää muutoinkin ja erityi-5 sesti vedensyöttökanavien ympärille sijoitettuja ilmakanavia voi olla useampiakin. Kumpiakin on kuitenkin vähintään yksi, kuten nesteen ja ilman syöttöporauksiakin. Poraukset 10, 12 voidaan järjestää suoraan säteittäisesti tai vinoittain tai osa vinoittain ja osa suoraan säteittäisesti, jolloin saadaan 10 ristikkäin kulkevat virtaukset. Hajoituskappaleet 14 ovat edullisesti tappimaisia, vaikkapa pyöreitä, mutta siipi-mäisiäkin kappaleita voitaisiin ajatella kohteissa, joissa ei ole niin suurta kostutetun aineen tarttumavaaraa.

15 Reaktiokammio 1 ja syöttö- sekä poistoyhteet ovat edullisesti poikkileikkaukseltaan pyörähdyssymmetrisiä. Tällöin sekoitus toimii hyvin reaktiokammiossa ja yhteet on helppo valmista ja liittää reaktiokammioon. Jos nämä ovat muun muotoisia syöt-töyhteen olisi oltava syöttöpoikkileikkaukseltaan pienempi 20 kuin reaktiokammio ja poistoyhde.

Claims (8)

1. Menetelmä nesteen sekoittamiseksi virtaavaan kiinteään aineeseen, jossa menetelmässä: 5. virtaava kiinteä aine syötetään reaktiokammioon (1), - reaktiokammiossa (1) virtaavan aineen joukkoon puhalletaan paineistettua kaasua, ja - syötetään suihkuina pisaramaista nestettä, tunnettu siitä, että 10. neste syötetään laitteeseen sekoitusakselia (6) pitkin akselin (6) pituussuuntaisesti sen keskelle muodostettua kanavaa (9) pitkin ja ainakin osittain poikittaisia, edullisesti säteittäisiä porauksia (10) pitkin reaktiokammioon (1), ja 15. kaasu syötetään vastaavasti sekoitusakselin (6) pi tuussuuntaisten kanavien (11) kautta ja edullisesti sä-teittäisistä, ainakin osittain poikittaisista porauksista (12) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paineistettu kaasu on ilmaa ja neste vettä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste ja kaasu syötetään reaktiokammi- 25 on (1) keskiakselille (4) sovitetun sekoitusakselin (6) kautta sekoitusakselin (6) ulkopinnalta kohti kammion (1) reunoja ja akselia (6) pyöritetään samanaikaisesti.

4. Laitteisto nesteen sekoittamiseksi virtaavaan kiinteään 30 aineeseen, joka käsittää - reaktiokammion (1), - yhteen (2) virtaavan kiinteän aineen syöttämiseksi re-aktiokammioon (1), 35. yhteen (3) sekoitetun aineen poistamiseksi reaktiokam- miosta (1), - sekoitusakselin (6), - yhteen (13) nesteen syöttämiseksi reaktiokammioon (1), - elimet (10) nesteen syöttämiseksi reaktiokammioon (1) 5 pisaroina, ja - elimet (11, 12, 15) paineistetun kaasun syöttämiseksi reaktiokammioon (1), tunnettu 10 - yhteestä (13) nesteen syöttämiseksi laitteeseen sekoi-tusakselia (6) pitkin akselin (6) pituussuuntaisesti sen keskelle muodostettua kanavaa (9) pitkin ja ainakin osittain poikittaisia, edullisesti säteittäisiä porauk- 15 siä (10) pitkin reaktiokammioon (1), ja - elimistä (11, 12, 15) kaasun syöttämiseksi vastaavasti sekoitusakselin (6) pituussuuntaisten kanavien (11) kautta ja edullisesti säteittäisistä, ainakin osittain poikittaisista porauksista (12). 20

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu reaktiokammion (1) keskiakselille (4) sovitetusta sekoitusakselista (6), joka käsittää elimet (9 - 12) nesteen ja kaasun syöttämiseksi akselin (6) ulkopinnalta re- 25 aktiokammioon (1).

6. Jonkin patenttivaatimuksista 4-5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että virtaavan kiinteän aineen syöt-töyhde (2) on syöttöpoikkileikkaukseltaan pienempi kuin reak- 30 tiokammio (1) ja poistoyhde (3). 1 35 Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sekoitusakselille (6) on sovitettu säteittäisiä hajoituselimiä (14).

8. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että reaktiokammio (1) on pyörähdys-symmetrinen ja sen on järjestetty jaettavaksi sen keskiakse-lin (4) kautta kulkevaa vaakasuuntaista jakolinjaa (5) pit-5 kin.