FI120364B - Lipeäruisku - Google Patents

Description

Lipeäruisku

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on lipeäruisku lipeän syöttämiseksi soodakattilaan, jossa lipeäruiskussa on soodakattilan seinän läpi tulipesään työnnettä-5 väksi tarkoitettu suutinosa.

Keksinnön tausta

Sellunvalmistuksessa syntynyttä jätelipeää eli ns. mustalipeää poltetaan soodakattiloissa toisaalta sen sisältämän energian talteen ottamiseksi lämpönä ja toisaalta sen sisältämien kemikaalien talteen ottamiseksi ja palaut-10 tamiseksi uudelleen kiertoon ja siten lisäkemikaalien tarpeen vähentämiseksi. Lipeä syötetään soodakattiloihin lipeäruiskuilla, joiden avulla yhtenäinen li-peävirtaus muutetaan pisarasuihkuksi, mikä sinkoaa tulipesään ja palaa siellä. Ongelmana tunnetuissa ratkaisuissa on se, että lipeäsuuttimet pyrkivät palamaan sekä suutinosastaan että liitoskohdaltaan. Tämä johtuu mm. siitä, että 15 lipeäruiskun päälle kertyy palamisen yhteydessä syntyneiden virtausten seurauksena lipeäsulaa tai palavaa hiiltä, joka aiheuttaa ajan oloon suuttimen palamisen. Asiaa tehostaa se, että suuttimen asennusaukosta virtaa soodakattilaan happipitoista ilmaa, mikä tehostaa suuttimen varressa olevan materiaali-kertymän palamista ja sillä tavalla nopeuttaa suuttimen varren tuhoutumista.

20 Varsin merkittävänä tekijänä palamisessa on huono ruiskuputken jäähdytys ja mainitut ulkopintaan sekä myös sisäpintaan muodostuvat kerrostumat. Kun lipeäruiskun suutin saattaa tuhoutua käyttökelvottomaksi pahemmassa tapauksessa jopa vuorokaudessa, on niiden korjaaminen tai uusiminen varsin suuri ja kallis huoltotyö, koska yhdessä soodakattilassa on useita li-25 peäruiskuja. Pahimmillaan lipeäruiskuja saattaa palaa pilalle jopa kymmeniä kuukaudessa. Tämä palaminen ja sen vuoksi tapahtuva lipeäruiskun puhkeaminen aiheuttaa merkittäviä ylimääräisiä kustannuksia, vaikeuttaa optimaalisen pisarakoon muodostumista ja joissakin tilanteissa jopa synnyttää vaaratekijöitä, kun pisaroimatonta lipeää pääsee virtaamaan suoraan soodakattilan pohjal-30 la olevaan kekoon.

Lipeäruiskuja on pyritty pitämään kunnossa ja niiden palamista estämään erilaisilla manuaalisilla puhdistusratkaisuilla, joissa ruiskujen varsiin kertynyttä materiaalia on poistettu erilaisilla rasseilla tai muilla puhdistuslaitteilla. Myös jonkinlaisia mekaanisia lipeäruiskun puhdistuslaitteita on kokeiltu, 35 mutta saadut tulokset eivät ole olleet tyydyttäviä. Edelleen on lipeäruiskuja ja 2 niiden asennusaukkoja pyritty puhdistamaan puhaltamalla asennusaukkoon höyryä tai ilmaa, mikä myöskään ei merkittävässä määrin ole pystynyt estämään ruiskujen palamista.

Keksinnön lyhyt selostus 5 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen li- peäruisku, minkä kestoikä on tunnettuja ratkaisuja parempi ja millä erityisesti palamisilmiötä voidaan vähentää.

Keksinnön mukaiselle lipeäruiskulle on ominaista, että lipeäruiskun sisällä on ainakin suutinosan kohdalla sen pituussuunnassa oleva lipeäruis-10 kuun kiinnitetty virtauksenohjauselementti, mikä pienentää kohdallaan lipeä-ruiskun sisällä olevaa lipeän virtauskanavan poikkipinta-alaa ja aikaansaa rengasmaisen virtauskanavan ulkovaipan ja virtauksenohjauselementin välille.

Keksinnön olennainen ajatus on, että ainakin lipeäruiskun suutinosan sisäpuolelle asennetaan pitkänomainen virtauksenohjauselementti, mi-15 kä toisaalta pienentää virtauskanavan poikkipinta-alaa ainakin suutinosan alueella, kun lipeän virtauskanava muodostuu rengasmaiseksi virtauksenohjauselementin ja suutinputken välissä olevaksi kanavaksi, jolloin lipeän virtausnopeus lipeäruiskussa ainakin suutinosan alueella kasvaa ja sen seurauksena jäähdytysteho paranee. Keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaan 20 virtauksenohjauselementissä on lipeän virtausta ohjaavia osia, jotka saavat lipeän pyörintäliikkeeseen lipeäruiskun sisällä. Nämä osat voivat olla joko erillisiä ohjaavia siipiä, virtauksenohjauselementin pinnalle sen ympärille asennettu erillinen spiraalimainen lanka tai vastaava tai virtauksenohjauselementti voi olla pituussuunnassaan ainakin osan pituuttaan spiraalimaisesti kiertyvä.

25 Keksinnön etuna on, että virtausnopeuden lisääntyessä putkimai sessa kanavassa lipeän viipymäaika lipeäsuuttimessa vähenee ja näin ollen, koska kattilan tulipesän lämpö ehtii vaikuttaa syötettävään lipeään lyhyemmän aikaa, se pysyy viileämpänä ja siten jäähdyttää lipeäruiskua tehokkaammin. Edelleen pyörintäliikkeen avulla saadaan lisävaikutus siinä, että koska li-30 peäruisku lämpenee eri puolilta eri lailla, lipeän pyörinnästä johtuen lipeä virtaa sekä kuumempien että viileämpien pinnanosien ohi. Tämän seurauksena puolestaan lämpötilaerot tasoittuvat ja kuumimpien osien lämpötila laskee nykyisiin ratkaisuihin verrattuna. Näiden seurauksena yksinkertaisella ja helpolla tavalla saadaan lipeäruiskujen käyttöikä pitenemään olennaisesti.

Kuvioiden lyhyt selostus 3

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa Fig. 1 esittää kaavamaisesti tavanomaisen soodakattilan poikkileikkausta, 5 Fig. 2a ja 2b esittävät kaavamaisesti keksinnön mukaisen lipeäruis- kun periaatteellista rakennetta sivusta osittain leikattuna, sekä sen poikkileikkausta,

Fig. 3a ja 3b esittävät kaavamaisesti erästä toista keksinnön mukaisen lipeäruiskun suutinosaa sivusta leikattuna, sekä sen poikkileikkausta, 10 Fig. 4a - e esittävät kaavamaisesti eräitä esimerkkejä keksinnön mukaisen lipeäruiskun virtauksenohjauselementtien poikkileikkauksista ja

Fig. 5 esittävät kaavamaisesti erästä keksinnön mukaisen lipeäruiskun virtauksenohjauselementtiä sivusta katsottuna.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus 15 Fig. 1 esittää sinänsä tunnettua soodakattilaa 1. Soodakattilassa 1 on tulipesä 2, jonka alaosassa on suolakeko 3. Suolakeko 3 muodostuu, kun lipeää ruiskutetaan lipeäruiskuista 4 soodakattilan tulipesään, jolloin se putoaa tulipesän 2 pohjalle pisaroina muodostuen suolakeoksi sinänsä tunnetulla tavalla. Edelleen kuviossa näkyvät primäärisuuttimet 5a ja 5b, sekundäärisuutti-20 met 6a ja 6b ja tertiäärisuuttimet 7a ja 7b, joiden kautta soodakattilaan syötetään lipeän palamiseen tarkoitettua polttoilmaa sinänsä tunnetulla tavalla. Kuten kuvioissa näkyy, voi primääri-, sekundääri- ja tertiäärisuuttimia olla esimerkiksi kaksi päällekkäistä sopivan etäisyyden päässä toisistaan olevaa syöttöta-soa. Niiden sijaan käytössä voi olla jokin muu sinänsä tunnettu ilmasuuttimissa 25 käytetty rakenneratkaisu ilman syöttämiseksi soodakattilaan. Koska tällaiset erilaiset ilmansyöttöratkaisut ovat sinänsä alalla yleisesti täysin tunnettuja alan ammattimiehelle, eivätkä ne sinänsä liity olennaisesti nyt kyseessä olevaan keksintöön, ei näitä erilaisia ilmansyöttövaihtoehtoja sinänsä ole millään tavalla tarpeellista selittää yksityiskohtaisemmin.

30 Lipeän palaessa soodakattilan sisällä syntyy savukaasuja, jotka vir- taavat soodakattilan yläosaan. Siellä ovat sinänsä tunnetut lämpöpinnat kuten tulistimet 8, joita kuumat savukaasut kuumentavat. Samalla ne kuumentavat lämpöpintojen sisällä olevaa höyryä, jonka jälkeen savukaasut poistuvat soodakattilasta savukanavaan 9. Savukanavassa 9 virratessaan ne lämmittävät 35 savukanavassa olevia lämpöpintoja eli ekonomaisereita 10 ja sitä kautta niiden 4 sisällä virtaavaa vettä. Näiden kaikkien osien rakenne ja toiminta on sinänsä alan ammattimiehelle täysin tunnettua ja, koska ne eivät olennaisesti liity varsinaiseen keksintöön, ei niitä tässä yhteydessä sen tarkemmin ole tarpeen selvittää.

5 Fig. 2a esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen lipeäruiskun pe riaatteellista rakennetta sivusta katsoen osittain leikattuna. Lipeäruiskussa 4 on suutinosa 11, joka ulottuu kaavamaisesti viivalla 12 esitetyn soodakattilan ulkoseinän läpi soodakattilan tulipesään. Lipeäruiskuun syötetään syöttökana-van 13 ja varren 14 kautta lipeää, joka virtaa edelleen suutinosan 11 läpi. Li-10 peäruiskun suutinosaan on tavallisesti kiinnitetty hajotuslevy 15, johon lipeä-suihku suutinosasta 11 osuu ja hajoaa sen seurauksena pisaramaisena suihkuna tulipesään pudoten alaspäin soodakattilan pohjalla olevan suolakeon pinnalle palaen pudotessaan. Keksinnön mukaisessa lipeäruiskussa on ainakin siinä suutinosassa, mikä sijaitsee soodakattilan tulipesän puolella, virtauk-15 senohjauselementti 16. Virtauksenohjauselementti 16 sijaitsee lipeäruiskun sisällä niin, että sen ja lipeäruiskun ulkovaipan väliin muodostuu poikkileikkaukseltaan rengasmainen kanava 17. Tämän seurauksena lipeäruiskun virtaus-poikkipinta-ala pienenee ja vastaavasti lipeän virtausnopeus virtauksenoh-jauselementin 16 pituudella kasvaa. Kasvaneesta virtausnopeudesta johtuu, 20 että soodakattilan tulipesän korkean lämpötilan aikaansaama lipeän kuumeneminen lipeäruiskussa pienenee ja lämpötilaerot tasoittuvat. Tästä edelleen seuraa, että lipeäruiskun lämpötila pysyy matalampana ja vastaavasti sen materiaalin palaminen vähenee. Käyttämällä muodoltaan sopivaa virtauksenoh-jauselementtiä 16 saadaan lipeä rengasmaisessa kanavassaan 17 lipeäruis-25 kun pituussuunnassa pyörivään liikkeeseen, jolloin se edelleen jäähdyttää lipeäruiskun 4 suutinosaa 11 tasaisemmin ja siten vielä vähentää lipeäruiskun palamista.

Fig. 2b esittää kaavamaisesti Fig. 2a esittämän lipeäruiskun poikkileikkausta linjan A - A kohdalta. Kuten Fig. 2b esittää, on lipeäruiskun suu-30 tinosan kohdalla virtauksenohjauselementti 16, jonka ympärille muodostuu rengasmainen virtauskanava 17. Virtauksenohjauselementin 16 poikkileikkaus ja halkaisija ja siten vastaavasti rengasmaisen kanavan 17 poikkileikkaus voivat vaihdella eri tavoin, kuten esimerkiksi myöhemmissä kuvioissa on esitetty.

Fig. 3a ja 3b esittävät kaavamaisesti erästä toista keksinnön mukai-35 sen lipeäruiskun toteutusmuotoa sen suutinosasta sivusta leikattuna sekä sen poikkileikkausta.

5

Fig. 3a esittää lipeäruiskun suutinosaa 11, jonka sisällä on tanko-mainen virtauksenohjauselementti 16, joka tässä toteutusmuodossa ulottuu varsin pitkälle soodakattilan tulipesän seinän ulkopuolelle. Rengasmainen kanava muodostuu virtauksenohjauselementin 16 ja lipeäruiskun ulkovaipan 14 5 väliin. Virtauksenohjauselementin 16 ympärille on kiinnitetty spiraalimaisesti esimerkinomaisesti lankamainen ohjain 18. Tämä saa aikaan sen, että lipeä-ruiskuun syötettävä lipeä alkaa pyöriä lipeäruiskun pituusakselin ympäri nuolen B osoittamalla tavalla spiraalimaisen langan 18 vaikutuksesta. Koska lipeäruiskun suuttimen yläpinta on suuntautunut kattilan yläpesään päin ja johon hel-10 posti kerääntyy kerrostuma palavaa materiaalia ja alapinta on jossain määrin ’’varjossa” suoralta lämpösäteilyltä, seuraa lipeän spiraalimaisesta virtauksesta se, että alapuolen ja yläpuolen lämpötilaerot tasoittuvat, mikä hidastaa lipeä-ruiskun ulkovaipan palamista soodakattilan tulipesässä. Fig. 3b esittää kaavamaisesti Fig. 3a mukaisen toteutusmuodon poikkileikkausta linjan A - A koh-15 dalla. Siinä näkyy spiraalimainen lanka 18 osittain esitettynä. Edelleen Fig. 3b osoittaa, että tässä toteutusmuodossa virtauksenohjauselementti 16 on esimerkiksi umpinaista materiaalia. Fig. 3a ja 3b esittävät lisäksi esimerkinomaisesti siipimäiset kiinnityselimet 19, joilla virtauksenohjauselementti 16 on kiinnitetty lipeäruiskun ulkovaippaan edullisesti sen sisäpintaan niin. että se pysyy 20 paikallaan. Kiinnityselimiä 19 voi olla erilainen määrä ja niiden muoto voi vaihdella tarpeen mukaan. Myös kiinnityselimet 19 voivat olla sillä tavalla siipimäi-sesti kaarevasti muotoillut, että ne ohjaavat lipeän virtausta pyörimään.

Fig. 4 esittää eräitä muita keksinnönmukaisen lipeäruiskun virtauk-senohjauselementiksi sopivien elementtien poikkileikkauksia a - e. Paitsi pyö-25 reitä voivat virtauksenohjauselementit olla poikkileikkaukseltaan myös pyö-reästä poikkeavia eli kulmikkaita, tähtimäisiä, lattamaisia, soikeita jne. Samoin virtauksenohjauselementtiin voidaan kiinnittää erillisiä ohjaimia, kuten Fig. 4 toteutusmuodossa e) on esitetty. Tässä tapauksessa on poikkileikkauksena esitetty pyöreä virtauksenohjauselementti 16, mihin on kiinnitetty matalahko latta-30 mainen virtauksenohjain 18'. Tämä virtauksenohjain voidaan Fig. 3a ja Fig. 3b mukaisesti kiinnittää virtauksenohjauselementtiin 16 niin, että se kiertää vir-tauksenohjauselementtiä 16 spiraalimaisesti saaden aikaan lipeälle pyörivän liikkeen. Samoin, kuten Fig. 4e osoittaa, voi virtauksenohjaimen poikkisuuntai-nen korkeus vaihdella. Samoin voidaan Fig. 4 toteutusmuodoissa a - d pyörit-35 tää pituusakselinsa ympäri muodostamaan spiraalimaisen tai ruuvimaisen rakenteen ainakin osalta pituuttaan. Fig. 5 esittää kaavamaisesti erästä toteu- 6 tusmuotoa, missä Fig. 4 toteutusmuodon c mukainen lattamainen virtauksen-ohjauselementti on kierretty pituusakselinsa ympäri muodostamaan lievä spiraalimainen tai ruuvimainen virtauksenohjauselementti. Vaikka Fig. 5 esittääkin virtauksenohjauselementin 16 suorana, voidaan se tietenkin muotoilla suutin-5 osan 11 mukaisesti kaarevaksi Fig. 2a ja 3a osoittamalla tavalla.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä virtauksenohjauselementit voivat olla joko putkimaisia tai umpinaisesta materiaalista valmistettuja. Samoin virtauksenoh-10 jauselementtiä voi kiertää yksi tai useampia erillisiä virtauksenohjaimia, joiden avulla lipeä saadaan lipeäruiskun pituusakselin ympäri pyörivään liikkeeseen. Virtauksenohjauselementin poikkileikkaus verrattuna lipeäruiskun poikkipinta-alaan voi vaihdella eri tavoin ja halutun virtausnopeuden mukaan valittuna. Valmistusteknisesti edullisin on kuitenkin olennaisesti poikkileikkauksestaan 15 vakio virtauksenohjauselementti, jossa ainakin se pää, mistä suunnasta lipeä-virtaus tulee, on muotoiltu suppenevaksi virtauksen etenemisen helpottamiseksi.

Claims (8)

1. Lipeäruisku lipeän syöttämiseksi soodakattilaan, jossa lipeäruis-kussa on soodakattilan seinän läpi tulipesään työnnettäväksi tarkoitettu suu-5 tinosa, tunnettu siitä, että lipeäruiskun sisällä on ainakin suutinosan kohdalla sen pituussuunnassa oleva lipeäruiskuun kiinnitetty virtauksenohjaus-elementti, mikä pienentää kohdallaan lipeäruiskun sisällä olevaa lipeän virtaus-kanavan poikkipinta-alaa ja aikaansaa rengasmaisen virtauskanavan ulkovaipan ja virtauksenohjauselementin välille.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lipeäruisku, tunnettu siitä, että virtauksenohjauselementti on poikkileikkaukseltaan olennaisesti vakio.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lipeäruisku, tunnettu siitä, että virtauksenohjauselementti on pyöreästä poikkeava ja pituussuunnassaan pituusakselinsa ympäri kierretty niin, että lipeä joutuu sen kohdalla li- 15 peäruiskun ulkovaipan suhteen pyörivään liikkeeseen.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen lipeäruisku, tunnettu siitä, että virtauksenohjauselementin ympärille ainakin osaksi sen pituutta on asennettu erillinen virtauksenohjain niin, että lipeä joutuu sen kohdalla lipeäruiskun ulkovaipan suhteen pyörivään liikkeeseen.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen lipeäruisku, tunnettu siitä, että virtauksenohjauselementti ulottuu lipeäruiskun ollessa paikalleen asennettuna soodakattilan seinän ulkopuolelle

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen lipeäruisku, tunnettu siitä, että virtauksenohjauselementti ulottuu olennaisesti lipeä- 25 ruiskun suutinosan päähän asti.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen lipeäruisku, tunnettu siitä, että virtauksenohjauselementti on kiinnitetty lipeäruiskun ulkovaipan sisäpintaan siipimäisillä kiinnityselimillä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lipeäruisku, tunnettu siitä, 30 että siipimäiset kiinnityselimet on muodostettu lipeäruiskun pituussuunnassa vinoon niin, että lipeä joutuu niiden kohdalla lipeäruiskun ulkovaipan suhteen pyörivään liikkeeseen.