FI120550B - Soodakattilan polttoilmansyöttöjärjestelmä - Google Patents

Description

SOODAKATTILAN POLTTOILMANSYÖTTÖJÄRJESTELMÄ

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen soodakattilan polttoilmansyöttömenetelmä. Keksintö kohdis-5 tuu myös soodakattilan polttoilmansyöttöjärjestelmään oheisen patenttivaatimuksen 3 johdanto-osan mukaisesti, sekä polttoilmansyöttö-järjestelmää käyttävään soodakattilaan oheisen patenttivaatimuksen 10 johdanto-osan mukaisesti.

10 Erityisesti paperiteollisuuden eräissä valmistusprosesseissa, kuten sellun keitossa, syntyy jätelientä, eli ns. mustalipeää. Mustalipeän prosessointia varten tehdyissä talteenottokattiloissa eli ns. soodakattiloissa mustalipeä poltetaan, jolloin siitä vapautuu energiaa, savukaasuja sekä kemikaaleja, joita on käytetty sellun keiton aikana. Polttoilman syöttä-15 misellä vaikutetaan erityisesti laitteiston käytettävyyteen ja päästöihin.

On tunnettua syöttää polttoilmaa soodakattilan eri ilmansyöttötasoille, eli ns. primääri-, sekundääri-, tertiääri- ja kvartiääritasoille, jolloin palamista voidaan hallita kattilan eri kohdissa ja siten saada aikaan mah-20 dollisimman täydellinen palaminen. Polttoilman syöttämisessä on osoittautunut ongelmalliseksi se, että polttoilma ei tyypillisesti jakaudu tasaisesti koko ilmansyöttötasolle, vaan kattilaan muodostuu erilaisia pyörteitä, jotka estävät mustalipeän hyvää palamista.

25 Ongelman poistamiseksi on kehitetty erilaisia polttoilmansyöttöjärjes-telmiä. Patenttijulkaisusta US 5,305,698 tunnetaan ratkaisu, jossa polttoilma tuodaan kattilan palotilaan vastakkaisilta reunoilta siten, että palothan vastakkaisista reunoista tulevat ilmasuihkut limittyvät toistensa väliin. Ongelma tällaisessa ratkaisussa on se, että ilmasuihkut joko 30 osuvat palothan vastakkaiseen seinämään tai sitten ilmasuihkut jäävät vajaiksi. Ilmasuihkun ja seinämän välisessä törmäyksessä muodostuu palamisprosessille haitallinen turbulenssialue. Ilmasuihkujen jäädessä vajaiksi ei polttoilma sekoitu poltettavaan aineeseen halutulla tavalla.

35 Patenttijulkaisusta US 5,305,698 tunnetaan myös ratkaisu, jossa poltto-ilma tuodaan kattilan palothan vastakkaisilta reunoilta siten, että palothan reunoista tuodaan vuorotellen lyhyitä ja pitkiä ilmasuihkuja ja palo- 2 tilan vastakkaisista reunoista tulevat ilmasuihkut kohtaavat toisensa siten, että lyhyt ilmasuihku kohtaa vastakkaiselta puolelta tulevan pitkän ilmasuihkun (eli tapahtuu ns. ilmasuihkujen osittainen limitys). Tyypillisesti tällaisessa ratkaisussa vastakkaiset ilmasuihkut törmäävät toisiin-5 sa ja törmäysalueelle muodostuu ns. pisarahissi, jossa mustalipeä-pisarat joutuvat voimakkaaseen ylöspäin suuntautuvaan savukaasu-virtaukseen, joka kuljettaa mainitut pisarat palotilan yläosaan. Tällöin kattilan paloprosessi vääristyy kun palaminen tapahtuu ’’väärässä paikassa”, jolloin mm. kattilan hyötysuhde muuttuu ja päästöt lisääntyvät.

10

Nyt käsillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on esittää polttoilmansyöttöjärjestely, jolla tavalla polttoilma voidaan syöttää palo-tilaan oleellisesti tasaisesti koko ilmansyöttötasolle.

15 Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle polttoilmansyöttöjärjestelmälle on pääsiassa 20 tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 3 tunnusmerkkiosassa. Polttoilmansyöttöjärjestelmää käyttävälle kattilalle on puolestaan pääsiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 10 tunnusmerkkiosassa.

25 Muissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

Keksinnön tarkoituksena on syöttää polttoilma kattilan paloillaan oleellisesti tasaisesti koko ilmansyöttötasolle. Polttoilma syötetään paloillaan 30 palotilan vastakkaisista reunoista siten, että palotilan molemmista reunoista syötetään sekä pitkiä ilmasuihkuja että lyhyitä ilmasuihkuja. Pitkät ilmasuihkut ylettyvät lähelle palotilan vastakkaista reunaa ja lyhyet ilmasuihkut ylettyvät edullisesti alle puolivälin palotilan vastakkaisten reunojen välisestä etäisyydestä. Keksinnön mukaisesti pitkä ilmasuihku 35 asettuu lähelle vastakkaista reunaa mainitusta vastakkaisesta reunasta tulevien kahden lyhyen ilmasuihkun väliin.

3

Kattilan palotilan vastakkaisiin seinämiin sijoitetaan polttoilman syöttämistä varten suuttimet. Suuttimia on kahta eri päätyyppiä - pääsuutti-met, joilla aikaansaadaan pitkälle palotilaan tunkeutuva ilmasuihku ja apusuuttimet, joiden ilmasuihkut vaikuttavat oleellisesti lyhyelle etäisyy-5 delle. Suuttimet sijoitetaan kattilan seinämään siten, että pääsuuttimen molemmille puolille sijoitetaan apusuuttimet ja kahden pääsuuttimen väliin sijoittuu kaksi apusuutinta. Pääsuutin sekä apusuutin voidaan muodostaa useammastakin suuttimesta, joiden aikaansaama suihku on kuitenkin oleellisesti vastaava kuin yhdestä suuttimesta tuleva suih-10 ku.

Kattilan palotilan samaan seinämään sijoitettavat pääsuuttimet ja apusuuttimet voivat sijaita pystysuunnassa samalla tai eri korkeudella. On kuitenkin ilmasuihkujen kannalta edullista sijoittaa suuttimet oleellisesti 15 samalle korkeudelle siten, että apusuuttimet ovat hieman pääsuutinten yläpuolella.

Vastakkaisiin seinämiin sijoitettavat suuttimet voivat sijaita pystysuunnassa joko samalla korkeudella tai eri korkeudella siten, että suuttimet 20 kohdistetaan oleellisesti kohti palotilan vastakkaisen seinämän suuttimia. Sijoittamalla vastakkaisten seinämien suuttimet hieman eri korkeudelle saadaan ilmansyöttötasosta vino, jolla on eräissä käyttökohteissa edullinen vaikutus palotilan ilma-ja kaasuvirtauksiin.

25 Keksinnön mukaisella polttoilman syötöllä aikaansaadaan tasainen oleellisesti koko ilmansyöttötason peittävä ’’virtausmatto”, jossa edullisesti ilmasuihkut kääntyvät ylöspäin, jolla on puolestaan edullinen vaikutus palokaasun ja ilman keskinäiseen sekoittumiseen.

30 Keksinnön mukaista polttoilman syöttöä voidaan käyttää kattilassa eri polttoilman syöttötasoilla, kuten esimerkiksi primääri-, sekundääri-, tertiääri- ja kvartiääritasoilla.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin pe-35 riaatteellisiin kuviin, joissa kuva 1 esittää soodakattilan pystysuuntaista poikkileikkausta, 4 kuva 2 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen poltto-ilmansyöttöjärjestelmän vaakasuuntaista poikkileikkausta, 5 kuva 3 esittää keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisen polttoilmansyöttöjärjestelmän vaakasuuntaista poikkileikkausta, kuva 4 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen poltto-10 ilmansyöttöjärjestelmän pystysuuntaista poikkileikkausta, ja kuva 5 esittää keksinnön erään kolmannen suoritusmuodon mukaisen polttoilmansyöttöjärjestelmän vaakasuuntaista poikkileikkausta.

15

Tyypillinen soodakattilan rakenne on esitetty kuvassa 1. Soodakattila on tornimainen rakennelma, jonka palotilan 7 vaakasuuntainen poikkileikkaus on tyypillisesti suorakaide tai neliö. Kattila käsittää polttoaineen syöttämistä varten sopivat elimet TP, kuten mustalipeälle sopivat 20 suuttimet, joiden avulla poltettava aine syötetään palotilaan 7. Palamisessa tarvittava polttoilma syötetään palotilaan 7 eri toiminnallisille il-mansyöttötasoilla, kuten kuvassa esitetyillä primääri- T1, sekundääri-T2, tertiääri- T3 ja kvartiääritasoilla T4. Toiminnallinen ilmansyöttötaso T1-T4 käsittää tyypillisesti 1-3 alitasoa.

25

Keksinnön mukainen polttoilmansyöttöjärjestelmä 1 voidaan sijoittaa mille tahansa toiminnalliselle ilmansyöttötasolle T1-T4 tai toiminnallisen ilmansyöttötason alitasolle. Jatkossa keksintöä selostettaessa käsitellään yhtä ilmasyöttötasoa tai alitasoa ja siihen sijoitettua ilmasyöttöjär-30 jestelmää 1. Keksinnön mukaisen polttoilmansyöttöjärjestelmän 1 eräs yksinkertaisin suoritusmuoto on esitetty kuvassa 2. Eräs toinen keksinnön mukaisen syöttöjärjestelmän 1 suoritusmuoto on esitetty kuvassa 3 ylhäältä nähtynä ja sama suoritusmuoto on esitetty kuvassa 4 sivusuunnasta.

35

Palotilan 7 vastakkaisiin seinämiin 2 on sijoitettu polttoilman syöttämistä varten suuttimet 3,4. Suuttimia on kahta eri päätyyppiä - pääsuutti- 5 met 3, joilla aikaansaadaan pitkälle paloillaan 7 tunkeutuva ilmasuihku 5 ja apusuuttimet 4, joiden ilmasuihkut 6 vaikuttavat lyhyelle etäisyydelle. Suuttimet 3,4 on sijoitettu seinämään 2 kuvan 3 mukaisesti, jolloin pääsuuttimen 3 molemmilla puolilla on apusuuttimet 4 ja kahden pää-5 suuttimen välissä on kaksi apusuutinta. On myös mahdollista muodostaa pääsuutin 3 ja apusuutin 4 useammasta erillisestä suuttimesta, joiden aikaansaama suihku 5,6 on kuitenkin oleellisesti vastaava kuin yhdestä suuttimesta tuleva suihku. Jatkossa keksintöä esiteltäessä pää-3 ja apusuuttimista 4 puhutaan kuin ne olisivat yksittäisiä suuttimia, 10 mutta keksinnön hengen mukaisesti mainitut suuttimet voivat muodostua myös useammasta suuttimesta.

On edullista sijoittaa palotilan 7 vastakkaisiin seinämiin 2 suuttimia siten, että pääsuutinten 3 lukumäärä poikkeaa yhdellä seinämien kes-15 ken. Esimerkiksi kun ensimmäisessä seinämässä 2 on kaksi pää-suutinta 3 on vastakkaisessa seinämässä edullista käyttää yhtä tai kolmea pääsuutinta. Kyseisellä järjestelyllä on todettu olevan edullinen vaikutus palotilassa 7 tapahtuvaan ilman ja palokaasun keskinäiseen sekoittumiseen. On luonnollisesti selvää, että pääsuutinten 3 ja niillä 20 aikaansaatavien pääilmasuihkujen 5 lukumäärä voi vaihdella vapaasti keksinnön perusajatus säilyen ja on luonnollisesti mahdollista toteuttaa ilmansyöttö siten, ettei toisessa seinämässä ole yhtään pääsuutinta.

Vastakkaisiin seinämiin 2 sijoitetut suuttimet 3,4 on sijoitettu vaaka-25 suunnassa siten, että pääsuuttimen 3 suihku 5 sijoittuu oleellisesti vastakkaisen seinämän kahden vierekkäisen apusuuttimen 4 suihkun 6 väliin, kuvan 3 mukaisesti. Vastakkaisten seinämien 2 apusuuttimet 4 voivat sijaita kuvan 3 mukaisesti siten, että apusuutinten suihkut 6 ovat samalla linjalla. On myös mahdollista sijoittaa apusuuttimet 4 kuvan 5 30 mukaisesti, jolloin apusuutinten suihkut 6 ovat eri linjoilla. Kuvan 5 mukainen järjestely on edullinen silloin, kun käytetään suhteellisen vähäistä pääsuutinten 3 määrää.

Samaan seinämään 2 sijoitetut pääsuuttimet 3 ja apusuuttimet 4 voivat 35 sijaita pystysuunnassa samassa tai eri tasossa, on kuitenkin edullista sijoittaa suuttimet kuvan 4 mukaisesti oleellisesti samaan tasoon siten, että apusuuttimet ovat hieman pääsuutinten yläpuolella.

6

Vastakkaisiin seinämiin 2 sijoitetut suuttimet 3,4 voivat sijaita pystysuunnassa joko samalla tasolla tai eri tasolla siten, että suuttimet on kohdistettu oleellisesti kohti vastakkaisen seinämän suuttimia. Sijoitta-5 maila vastakkaisten seinämien 2 suuttimet 3,4 hieman eri tasoille saadaan puhallustasosta vino, jolla on edullinen vaikutus eräissä käyttökohteissa.

Seuraavaksi kuvataan edellä esitetyn polttoilmansyöttöjärjestelmän 1 10 toimintaperiaate.

Pääsuuttimesta 3 syötettävä pääsuihku 5 on oleellisesti voimakkaampi kuin apusuuttimista 4 syötettävät apusuihkut 6. Pääsuihku 5 tunkeutuu kattilan palotilassa 7 pystysuunnassa viilaavan palokaasun läpi kohti 15 vastakkaista seinämää 2. Pääsuihku 5 sijoittuu lähellä vastakkaista seinämää 2 kahden mainitusta vastakkaisesta seinämästä syötettävän apusuihkun 6 väliin. Pääsuihkun 5 voimakkuus on edullisesti sellainen, että suihku ei yllä vastakkaiseen seinämään 2 asti, jolloin vältetään suihkun ja seinämän törmäyksessä syntyvät turbulenssit. Edullisesti 20 pääsuihkun 5 pituus on noin 3A vastakkaisten seinämien 2 välisestä matkasta. Apusuihkut 6, jotka kohtaavat vastakkaissuuntaisen pääsuihkun 5 sivut, ovat voimakkuudeltaan puolestaan edullisesti sellaiset, etteivät ne yllä vastakkaisten apusuihkujen vaikutusalueelle, jolloin paloillaan 7 ei muodostu ns. pisarahissiä. Edullisesti apusuihkujen 6 pi-25 tuus on alle puolet vastakkaisten seinämien 2 välisestä matkasta.

Pääsuihkun 5 ja sen kanssa vastakkaissuuntaisen apusuihkun 6 sivujen kohdatessa toisensa, muodostuu kyseiselle alueelle pyörrealue. Kyseinen ilmiö tehostaa ilman ja palokaasun sekoittumista sekä vai-30 mentaa ilmasuihkut 5,6 toivotulla tavalla, estäen aikaisemmin mainitut ei toivotut törmäykset toisiin suihkuihin ja/tai seinämiin 2. Pääsuihku 5 ja sen sivuille asettuvat apusuihkut 6 muodostavat oleellisesti yhtenäisen palotilan 7 lävistävän virtausalueen. Rinnakkaisista samansuuntaisista ja erisuuntaisista pääsuihkuista 5 ja apusuihkuista 6 muodostuu 35 puolestaan täten oleellisesti yhtenäinen palotilan 7 vaakasuunnassa kattava ’’virtausmatto”. Mainitun virtausmaton alueella suihkujen 5,6 virtaukset kääntyvät edullisesti ylöspäin sekoittuessaan palokaasujen 7 kanssa, jolloin ilman ja palokaasun sekoittuminen tehostuu ja mainittu sekoittuminen tapahtuu tasaisesti koko ilmasyöttötason alueella.

Keksinnön mukaista polttoilman syöttöä voidaan käyttää kattilassa eri 5 ilmansyöttötasoilla, kuten esimerkiksi primääri- T1, sekundääri- T2, tertiääri- T3 ja kvartiääritasoilla T4 sekä muilla mahdollisilla ilmansyöttötasoilla ja niiden alitasoilla. Polttoilman syöttö voidaan järjestää jokaiselle eri ilmansyöttötasolla muiden tasojen kanssa yhdenmuotoisena tai sitten polttoilman syöttö voidaan toteuttaa yhdellä tai useammalla 10 ilmansyöttötasolla peilikuvana tai poikittaissuuntaisena muiden ilman-syöttötasojen syöttöihin nähden.

On luonnollisesti selvää, että keksintö ei ole rajoittunut vain edellisessä esimerkissä esitettyyn suoritusmuotoon, vaan kattilan polttoilmansyöt-15 tömenetelmää voidaan käyttää myös muun tyyppisissä kattiloissa, kuin esimerkissä esitetyssä soodakattilassa, kuten esimerkiksi voimakatti-loissa, varsinkin leijupetikattiloissa kyseinen ilmasyöttömenetelmä saattaa olla edullinen ratkaisu.

20 Keksinnön edellä esitettyjen eri suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä toimintatapoja ja rakenteita eri tavoin yhdistelemällä voidaan aikaansaada erilaisia keksinnön suoritusmuotoja, jotka ovat keksinnön hengen mukaisia. Tämän vuoksi edellä esitettyjä esimerkkejä ei tule tulkita keksintöä rajoittavasti, vaan keksinnön suoritusmuodot voivat vapaasti 25 vaihdella jäljempänä patenttivaatimuksissa esitettyjen keksinnöllisten piirteiden puitteissa.

Claims (12)

1. Soodakattilan polttoilmansyöttömenetelmä, jossa ilma syötetään kattilan palotilaan (7) pääilmasuihkuina (5) ja apuilmasuihkuina (6), jotka 5 ovat oleellisesti pääilmasuihkuja lyhyempiä, tunnettu siitä, että ainakin yksi pääilmasuihku (5) sijoittuu kahden vastakkaissuuntaisen apuilma-suihkun (6) väliin siten, että pääilmasuihku sivuaa mainittuja apuil-masuihkuja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoilmansyöttömenetelmä (1), tunnettu siitä, että palotilan (7) ensimmäisestä seinämästä (2) järjestetään yksi pääilmasuihku (5) enemmän kuin toisesta seinämästä.

3. Soodakattilan polttoilmansyöttöjärjestelmä (1), ilman syöttämiseksi 15 pystysuuntaisten seinämien (2) rajaamaan palotilaan (7), joka polttoilmansyöttöjärjestelmä käsittää ainakin yhden pääsuuttimen (3) pääilmasuihkun (5) aikaansaamiseksi, ja ainakin kaksi apusuutinta (4) pääilmasuihkua pienempien 20 apuilmasuihkujen (6) aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että ainakin yksi pääsuutin (3) ja kaksi apusuutinta (4) on järjestetty siten, että pääilmasuihku (5) on sijoittunut kahden apu-ilmasuihkun (6) väliin, jotka apuilmasuihkut ovat oleellisesti vastakkaissuuntaiset pääilmasuihkun kanssa ja pääilmasuihku sivuaa mainittuja 25 apuilmasuihkuja.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen polttoilmansyöttöjärjestelmä (1), tunnettu siitä, että kahden vierekkäisen vastakkaissuuntaisen pääilmasuihkun (5) aikaansaavan pääsuuttimen (3) väliin on järjestetty ai- 30 nakin kaksi apusuutinta (4), ja ainakin kahden mainitun apusuuttimen apuilmasuihkut (6) ovat keskenään oleellisesti vastakkaissuuntaiset.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen polttoilmansyöttöjärjestelmä (1), tunnettu siitä, että polttoilmansyöttöjärjestelmä (1) käsittää useita suu- 35 tinryhmiä, missä yhden suutinryhmän muodostaa yksi pääsuutin (3) ja kaksi apusuutinta (4), jotka on sijoitettu patenttivaatimuksen 3 mukaisesti, ja suutinryhmät on sijoitettu vastakkaisiin seinämiin (2) siten, että vierekkäisten suutinryhmien pääsuuttimet sijaitsevat vastakkaisilla seinämillä.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen polttoilmansyöttöjärjestelmä (1), 5 tunnettu siitä, että kahden vierekkäisen pääilmasuihkun (5) aikaansaavan pääsuuttimen (3) väliin on sijoitettu ainakin kaksi apusuutinta (4).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 3-6 mukainen polttoilmansyöttöjärjestel-10 mä (1), tunnettu siitä, että pääsuuttimet (3) ja apusuuttimet (4) on sijoitettu oleellisesti samalle vaakasuuntaiselle tasolle.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 3-6 mukainen polttoilmansyöttöjärjestelmä (1), tunnettu siitä, että apusuuttimet (3) on sijoitettu pääsuuttimien 15 (4) yläpuolelle.

9. Patenttivaatimuksen 3-8 mukainen polttoilmansyöttöjärjestelmä (1), tunnettu siitä, että pääsuutin (3) ja/tai apusuutin (4) käsittää yhden tai useamman suuttimen. 20

10. Soodakattila, tunnettu siitä, että soodakattila käsittää patenttivaatimuksen 3 tai 5 mukaisen polttoilmansyöttöjärjestelmän (1), josta on muodostettu ilmansyöttötaso tai ilmansyöttötason alitaso ilman syöttämiseksi kattilaan. 25

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen soodakattila, tunnettu siitä, että polttoilmansyöttöjärjestelmä (1) on sijoitettu ainakin jollekin seuraavista ilmasyöttötasoista tai niiden alitasoista: primääritaso (T1), sekundääri-taso (T2), tertiääritaso (T3), kvartiääritaso (T4). 30

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen soodakattila, tunnettu siitä, että polttoilmansyöttöjärjestelmä (1) on sijoitettu kahdelle tai useammalle seuraavista ilmasyöttötasoista tai niiden alitasoista: primääritaso (T1), sekundääritaso (T2), tertiääritaso (T3), kvartiääritaso (T4). 35