FI122653B - Sovitelma soodakattilassa - Google Patents

Description

Sovitelma soodakattilassa

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on sovitelma soodakattilassa, johon syötetään poltettava jäteliemi ja polttoilma, johon sovitelmaan kuuluu soodakattilan ylä-5 osassa olevia tulistimia lämmön talteen ottamiseksi, jotka tulistimet ovat useiden rinnakkain sijaitsevien pystysuuntaisten putkien muodostamia elementtejä, joita on soodakattilan poikkisuunnassa useita rinnakkain.

Sellutehtaan soodakattilassa poltetaan sellun valmistuksessa muodostunut mustalipeä niin, että siitä saadaan toisaalta talteen lämpöenergia ja 10 toisaalta kemikaaleja, jotka voidaan palauttaa sellutehtaan prosessiin takaisin. Tulipesässä muodostuu palamisen yhteydessä lämpöä, joka otetaan talteen käyttämällä hyödyksi seiniä ja muita lämpöpintoja. Nämä lämpöpinnat on kytketty eri tavoin yhteyteen toisiinsa niin, että sekä soodakattilassa että sen jälkeen olevassa savukanavassa olevien erilaisten lämpöpintojen, kuten keitto-15 pintojen ja ekonomaiserien avulla kylmä vesi saadaan lämpenemään ja edelleen höyrystymään ja lopuksi kylläinen höyry saadaan kuumennetuksi tulisti-missa niin, että saadaan tulistettua korkeapaineista höyryä sellutehtaan tarpeisiin ja sähkön tuottamiseksi.

Nykyisissä soodakattiloissa tulistimet sijaitsevat ns. nokan yläpuolel-20 la soodakattilan ylimmäisessä osassa tilassa, jonka läpi savukaasut viilaavat soodakattilasta savukaasukanavaan. Tyypilliset tulistimet ovat pystysuuntaisia putkia käsittäviä yläpäästään ripustettuja elementtejä, joihin nähden savukaasut vihaavat pääosin poikkisuuntaisesti.

Teoreettiselta lähtökohdaltaan olisi edullisinta, että kuumimmat eli 25 höyryn virtaussuunnassa viimeiset tulistimet olisivat mahdollisimman kuumissa ^ savukaasuissa. Tämä ei aina ole täysin mahdollista mm. korroosiosyistä. Kui- ^ tenkin nykyisten soodakattiloiden lämmön talteenottokykyä pitäisi saada pä in 9 rannetuksi nykyisestään samalla, kun korroosio yms. tekijät pitää ottaa huomi- 0 cm oon.

CC

30 Keksinnön lyhyt selostus

CO

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen sovitel-m g ma soodakattilassa, missä soodakattilan lämmön talteenottokyky ja erityisesti ° tulistimien teho saadaan aikaisempaa paremmaksi, kuitenkin säilyttäen kor roosion kesto-ominaisuudet olennaisesti samanlaisena. Keksinnön mukaiselle 35 sovitelmalle on ominaista, että siinä on soodakattilan yläosassa olevien tulisti- 2 mien alapuolella olennaisesti vaakasuuntainen tulistin, joka on muodostettu pystysuunnassa päällekkäin olevien olennaisesti vaakasuuntaisten tulistinput-kien muodostamista ja soodakattilan poikkisuunnassa rinnakkaisista tulistin-elementeistä niin, että olennaisesti kaikki soodakattilan tulipesässä syntyneet 5 savukaasut virtaavat näiden olennaisesti vaakasuuntaisten tulistinelementtien muodostaman tulistimen läpi.

Keksinnön olennainen ajatus on, että aiemmin käytettyjen soodakattilan nokan kohdalla soodakattilan poikki kulkevien kylläistä vesi/höyry-seosta sisältävien verhoputkien sijaan asennetaan höyryä sisältävät tulistimet höyryn 10 kuumentamiseksi ja savukaasun jäähdyttämiseksi.

Keksinnön erään toteutusmuodon mukaan tämä tulistinelementtien muodostama tulistin toimii ns. primääritulistimena, jolloin säilytetään osa verho-putkien eduista, kuten mm. se, että putkissa olevan höyryn lämpötila on lähellä kylläisen höyryn lämpötilaa.

15 Keksinnön etuna on, että tällä tavalla saadaan lisää tulistinten läm- pöpintaa ilman että kattilan ylimmäistä osaa ns. tulistinaluetta pitää suurentaa. Keksinnön avulla korkeat höyryn lämpötila ja painearvot ovat helpommin saavutettavissa kuin nykyisillä tunnetuilla ratkaisuilla.

Kuvioiden lyhyt selostus 20 Keksinnön eräitä sovellutusmuotoja selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa

Fig. 1 esittää kaavamaisesti tunnettua tekniikkaa kuvaavaa soodakattilaa sivusta pystysuunnassa leikattuna ja

Fig. 2 esittää kaavamaisesti sivusta pystysuunnassa leikattuna soo-25 dakattilaa, jossa on keksinnön mukainen sovitelma.

δ ^ Keksinnön eräiden sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus m 9 Kuvioissa 1 ja 2 on kaavamaisesti esitetty soodakattila sivusta pys- ° tysuunnassa leikattuna. Molemmissa kuvioissa käytetään vastaavista kom- | 30 ponenteista samaa numerointia eikä niitä myöhemmin erikseen selvitetä ellei se kyseisen ratkaisun ymmärtämiseksi ole tarpeen.

2 Soodakattilassa on seinät 1, jotka on muodostettu sinänsä tunnetul in o la tavalla hitsaamalla putkista. Seinien sisään jää tulipesä 2, jonka yläosassa o ^ on nokka 3 savukaasujen virtauksien ohjaamiseksi sopivalla tavalla. Soodakat- 35 tilan yläosassa nokan 3 yläpuolella on putkista muodostettu tulistimet 4a - 4d. Tulistimet 4a - 4d ovat useiden rinnakkain sijaitsevien pystysuuntaisten putkien 3 muodostamia elementtejä, joita on soodakattilan poikkisuunnassa useita rinnakkain. Tulistimissa 4a - 4d virtaa höyryä, joka kuumenee kuumien savukaasujen kuumentaessa putkia ulkopuolelta. Tulistimien 4a - 4d alapuolella nokan 3 kohdalla on nykyään tyypillisesti verhoputket 5. Verhoputkistossa 5 on verho-5 putkia suhteellisen harvassa ja niissä kiertää kylläistä vettä, joka osittain höyrystyy verhoputkien ohi virtaavien savukaasujen vaikutuksesta. Vastaavasti tämä aiheuttaa sen, että savukaasujen lämpötila ennen niiden pääsemistä tu-listimille laskee. Lisäksi verhoputket suojaavat tulistimia 4a - 4d suoralta tulipe-sän säteilyltä.

10 Soodakattilan vesi- ja höyryjärjestelmään kuuluu ns. lieriö 6, missä on sekä vettä että höyryä. Lieriöstä 6 vesi ja vastaavasti höyry johdetaan eri putkistoja pitkin kattilan seinät muodostaviin putkiin sekä erilaisille lämpöpin-noille toisaalta veden lämmittämiseksi ja toisaalta höyryn tulistamiseksi.

Kylläinen höyry virtaa lieriöstä 6 kylläisen höyryputkiston 7 läpi en-15 simmäiseen tulistinvaiheeseen eli ns. primääritulistimeen. Joissakin tapauksissa lieriöitä 6 voi olla myös useampia. Lieriöstä 6 pois johtavat laskuputket 8 soodakattilan alaosaan alakiertoputkille 9. Nämä soodakattilan seinät 1, tulis-timet 4a - 4d ja verhoputket 5 ovat ns. lämpöpintoja. Näissä lämpöpinnoissa on joko toisistaan erillään olevia putkia tai niistä on muodostettu hitsaamalla um-20 pinaiset seinät kuten kattilan seinät 1. Näiden lämpöpintojen sisällä virtaa vettä tai höyryä, joka lämpiää niiden ulkopuolella tapahtuvan palamisen tai kuumien kaasujen vaikutuksesta.

Soodakattilan tulistinalueen jälkeen on savukaasukanava 10, jossa on tyypillisesti yläpäästään ripustettujen rinnakkaisista putkista muodostettujen 25 elementtien muodostamia lämpöpintoja, jotka tyypillisesti ovat ns. keittopintaa tai ekonomaisereita 11a - 11c. Soodakattilan yläosasta ulos tuleva savukaasu o virtaa keittopinnalla 11a ylhäältä alaspäin, sen alapäästä edelleen seuraavaan

CM

^ kanavaosaan 10b, jonka kautta se virtaa ylöspäin kanavaosaan 10c ja siinä ° olevaan ekonomaiseriin 11 b, ja siitä alas. Kanavanosan 10d kautta savukaasu o ^ 30 nousee jälleen ylös seuraavaan kanavaosaan 10e ja siinä olevaan ekonomai- | seriin 11c, jonka läpi kaasu virtaa alaspäin. Keittopintojen ja ekonomaiserei- co den lukumäärä ja sijoitus voi vaihdella soodakattilan toteutusmuodosta ja val on ^ mistuksesta riippuen. Ekonomaisereilla soodakattilaan syötettävää vettä esi- o lämmitetään jo varsin jäähtyneillä savukaasuilla, mikä parantaa soodakattilan ^ 35 lämmöntalteenottokykyä kokonaisuudessaan. Soodakattilasta höyrynä poistu neen veden tilalle tarvittava vesi syötetään tyypillisesti savukaasuvirtauksessa 4 viimeisimmän ekonomaiserin alapäähän kanavaa 12 pitkin ja se virtaa ekono-maiseria pitkin ylöspäin vasten savukaasuvirtausta. Ekonomaiserit 11b ja 11c puolestaan on kytketty sarjaan niin, että ekonomaiserin 11c yläpäästä jonkin verran lämmennyt vesi virtaa ekonomaiserin 11b alapäähän ja jälleen 5 ekonomaiserin 11b sisällä ylöspäin. Ekonomaiserin 11b yläpäästä lämminnyt vesi johdetaan lieriöön 6 kanavaa 13 pitkin.

Tällaisten keittopintojen ja ekonomaisereiden 11a - 11c rakenne ja niiden käyttö sekä sijoitus savukaasukanavassa 10 sekä niihin liittyvät putkistot ovat sinänsä yleisesti täysin tunnettuja ja alan ammattimiehelle itsestään selviä 10 eikä niitä sinänsä ole tarpeen sen vuoksi tässä yksityiskohtaisemmin selvittää. Verhoputket 5 ovat tyypillisesti osa ensimmäisessä kanavaosassa olevaa keit-topintaa 11a, jolloin osa keittopinnan 11a putkista on taivutettu ja johdettu kulkemaan soodakattilan tulipesän 2 läpi nokan 3 kohdalta. Lieriöstä 6 johdetaan lämmin vesi edelleen putkistoja 14 ja 15 pitkin toisaalta verhoputkistolle 5 ja 15 toisaalta keittopinnan 11a alapäähän. Putket 14 eivät tietenkään kulje tulipesän läpi vaan soodakattilan ulkopuolella. Keittopinnan 11a yläpäästä kylläisen höyryn/veden seos virtaa lieriöön 6 putkistoa 16 pitkin.

Kylläinen höyry siis virtaa lieriöstä 6 putkistoa 7 pitkin ensimmäiselle tulistimelle 4a eli primääritulistimelle. Siitä se virtaa edelleen toiselle tulistimelle 20 4b, siitä edelleen ensimmäisenä savukaasun virtaussuunnassa sijaitsevalle kolmannelle tulistimelle 4c ja siitä jälleen toisen ja kolmannen tulistimen välissä sijaitsevalle viimeiselle tulistimelle 4d, mistä se virtaa höyrykanavaa 17 pitkin ulos käytettäväksi sopivassa paikassa prosessia.

Soodakattilan seinissä 1 on suuttimet 18, joiden avulla sellutehtaan 25 prosessissa muodostunut jäteliemi, tyypillisesti mustalipeä syötetään soodakattilaan sen polttamiseksi. Edelleen soodakattilan seinissä on ilmasuuttimia o 19 palamiseen tarvittavan ilman syöttämistä varten. Ilmansyöttö voi tapahtua

CM

^ useilla sinänsä tunnetuilla tavoilla eri kohdista soodakattilaa. Kaikki erilaiset ° putkikytkennät, veden ja höyryn kierrot putkistoissa ja lämmönsiirtopinnoissa ^ 30 sekä jäteliemisyöttö ja ilmansyöttö ovat sinänsä yleisesti tunnettuja ja alan | ammattimiehelle itsestään selviä ratkaisuja, joita ei ole tämän keksinnön puit- co teissä yleisemmin tarpeen yksityiskohtaisesti selvittää.

05 S Fig. 2 esittää sivusta katsottuna pystysuunnassa leikattuna sooda- o kattilaa, jossa on käytetty keksinnön mukaista ratkaisua. Fig. 1 esittämästä ^ 35 toteutusmuodosta poiketen ensimmäisessä kanavaosassa 10a sijaitsevan keit topinnan 11a putkia ei enää taivuteta soodakattilan tulipesän sisään, vaan ne 5 jatkuvat sellaisena suoraan alas niin, että ensimmäisessä kanavaosassa sijaitseva keittopinta 11a on edullisemmin muodoltaan ja poikkileikkaukseltaan yhtenäinen koko pituudeltaan. Verhoputkien tilalla on olennaisesti pystysuunnassa päällekkäisistä vaakasuuntaisista putkista muodostettujen soodakattilan 5 poikkisuunnassa rinnakkaisten tulistinelementtien muodostama tulistin 20.

Tulistin 20 on muodostettu tulistinelementeistä ja tuettu molemmista päistään soodakattilan rakenteisiin eli esimerkiksi etuseinään ja vastaavasti nokkaan 3 jollakin sinänsä tunnetulla tavalla. Tulistin 20 voi olla jonkin verran vinossa vaakasuuntaan nähden, mutta on olennaisesti vaakasuuntainen. Tulis-10 tin 20 voi sopivasti toimia höyryn virtaussuunnassa ensimmäisenä tulistimena ns. primääritulistimena, jossa lieriöön johdettavaa kylläistä höyryä ensimmäisessä vaiheessa tulistetaan eli kuumennetaan. Tätä varten esimerkinomaisesti on kylläistä höyryä johtava putki 7 kytketty tulistimen 20 toiseen päähän ja höyry virtaa tulistettuna tulistimen 20 vastakkaisesta päästä ulos putkiston 21 kaut-15 ta tulistimelle 4a, mistä se virtaa aiemmin Fig.1 yhteydessä kuvatulla tavalla eteenpäin ja poistuu tulistimista putkiston 17 kautta.

Höyryn matala lämpötila saa aikaan sen, että se on pääsääntöisesti kylläisessä tilassa tai ainakin lähellä sitä. Edelleen matalan lämpötilan seurauksena tulistinputkien korroosiota esiintyy kohtuullisen vähän. Lisäksi matala 20 lämpötila aiheuttaa sen, että savukaasut jäähtyvät sopivasti ennen kuin ne saapuvat soodakattilan yläosassa oleville tulistimille 4a - 4d vähentäen siten niidenkin korroosioriskiä. Lisäksi tulistin 20 suojaa tulistimia 4a - 4d tulipesän suoralta säteilyltä.

Tulistimen 20 sisältämien elementtien lukumäärä voi vaihdella tapa-25 uksesta riippuen eri tavoin, mutta niiden lukumäärän on oltava sellainen, että niillä saadaan aikaan toisaalta riittävä höyryn kuumeneminen ja toisaalta savu-o kaasujen jäähtyminen yläosan tulistimia 4a - 4d varten. Koska höyry saadaan

CM

^ tulistetuksi aikaisempaa useammassa vaiheessa ja aikaisempaa suuremmalla ^ tulistinten lämpöpinta-alalla, kyetään helpommin saamaan aikaan lämpötilal- ^ 30 taan haluttua höyryä ja lisäämään soodakattilan kokonaishyötysuhdetta.

| Tulistimen 20 muodostavat tulistinelementit voivat olla myös etusei- co nän ja nokan välissä etuseinän suuntaisesti, jolloin ne täytyy vastaavasti tukea 05 tai kiinnittää päistään sivuseinien puolelle. Tulistimen kytkeminen putkilla muu-o hun vesi- ja höyryjärjestelmään on sinänsä triviaali ja itsestään selvä ratkaisu ^ 35 alan ammattimiehelle eikä sen vuoksi ole tarpeen selittää sitä yksityiskohtai semmin.

6

Keksintöä on edellä selityksessä ja piirustuksissa esitetty vain esimerkinomaisesti eikä sitä ole millään tavalla rajoitettu siihen. Olennaista on, että tulipesässä on normaalien tulistinten alapuolella olennaisesti vaakasuuntaisten putkien muodostama olennaisesti vaakasuuntainen ja molemmista 5 päistään soodakattilaan tuettujen elementtien muodostama tulistin höyryn tulistamista varten.

10 δ

(M

tn o i o

(M

X

en

CL

CO

σ> δ m o o

(M

Claims (4)

1. Sovitelma soodakattilassa, johon syötetään poltettava jäteliemi ja polttoilma, johon sovitelmaan kuuluu soodakattilan yläosassa olevia, tulistimia (4a - 4d) lämmön talteen ottamiseksi, jotka tulistimet (4a - 4d) ovat useiden 5 rinnakkain sijaitsevien pystysuuntaisten putkien muodostamia elementtejä, joita on soodakattilan poikkisuunnassa useita rinnakkain, tunnettu siitä, että siinä on soodakattilan yläosassa olevien tulistimien (4a - 4d) alapuolella olennaisesti vaakasuuntainen tulistin (20), joka on muodostettu pystysuunnassa päällekkäin olevien olennaisesti vaakasuuntaisten tulistinputkien muodos-10 tamista ja soodakattilan poikkisuunnassa rinnakkaisista tulistinelementeistä niin, että olennaisesti kaikki soodakattilan tulipesässä syntyneet savukaasut virtaavat näiden olennaisesti vaakasuuntaisten tulistinelementtien muodostaman tulistimen (20) läpi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, 15 että mainittu vaakasuuntainen tulistin (20) on sovitettu toimimaan soodakattilan primääritulistimena.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että tulistimen (20) tulistinelementit on asennettu tulipesän nokan (3) ja etuseinän välille poikittain etuseinän suhteen ja tuettu päistään nokan (3) ja vas- 20 taavasti etuseinän puolelle.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että tulistimen (20) tulistinelementit on asennettu tulipesän nokan (3) ja etuseinän välille etuseinän suuntaisesti ja tuettu päistään sivuseinien puolelle. δ (M i m o i o (M X en CL CO O) δ LO o o CM