FI123073B

FI123073B - Järjestely ja menetelmä polttoaineen kuivaamiseksi kattilasysteemissä

Info

Publication number: FI123073B
Application number: FI20115382A
Authority: FI
Inventors: Pertti Kinnunen; Juha Raesaenen; Juha Palonen; Timo Jaentti
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-10-31
Also published as: EP2699860A1; KR20130133877A; WO2012143609A1; US20140093828A1; EP2699860A4; FI20115382A0; RU2013151461A

Description

JÄRJESTELY JA MENETELMÄ POLTTOAINEEN KUIVAAMISEKSI KATTI-LAS YS TE E MIS SÄ

Tekniikan ala 5 [0001] Keksinnön kohteena on järjestely kattilasysteemissä kattilasystee- missä poltettavan polttoainemateriaalin kuivaamiseksi, joka järjestely käsittää polttokammion kattilasysteemissä, polttokammioon yhdistetyn tuhkanpoisto-kanavan tuhkan johtamiseksi pois polttokammiosta, polttokammioon yhdistetyn savukaasukanavan savukaasujen johtamiseksi pois polttokammiosta, savukaa-10 sukanavaan järjestetyn savukaasun lämmön talteenottosysteemin lämmön tal-teenottamiseksi savukaasuista, polttoaineen kuivauslaitteen, jossa on ensimmäinen lämmönsiirtoelin lämmön siirtämiseksi kuivattavaan polttoaineeseen, ensimmäisen lämmönsiirtopiirin, joka käsittää ensimmäisen lämmönsiirtoelimen, ensimmäisen kiertokanavan ja toisen lämmönsiirtoelimen, joka toinen lämmön-15 siirtoelin on järjestetty yhteyteen savukaasukanavan kanssa virtaussuunnassa savukaasun lämmön talteenottosysteemin jälkeen.

[0002] Keksinnön kohteena on myös menetelmä polttoainemateriaalin kuivaamiseksi kattilasysteemissä, joka käsittää seuraavat vaiheet: polttoainetta pol-20 tetaan polttokammion kattilasysteemissä, tuhkaa johdetaan pois polttokammios-ta polttokammioon yhdistetyn tuhkanpoistokanavan kautta, kuumia savukaasuja o johdetaan pois polttokammiosta polttokammioon yhdistetyn savukaasukanavan σ> kautta, poltettavaa polttoainetta johdetaan polttoaineen kuivauslaitteeseen ja i T- polttoainetta kuivataan siirtämällä lämpöä polttoaineeseen ensimmäisestä läm- x 25 mönsiirtoväliaineesta, joka virtaa ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä ensim-

CL

mäisen lämmönsiirtoelimen avulla, lämpöä siirretään toisen lämmönsiirtoelimen oo (28) avulla savukaasuista ensimmäiseen lämmönsiirtoväliaineeseen, joka virtaa ^ ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä.

CVJ

2

Tekniikan taso

[0003] Kiinteän polttoaineen vesisisältö vähentää nettolämpösisältöä kiin-5 teän polttoaineen palamisen yhteydessä. Siten on edullista poistaa vettä polttoaineesta ennen polttoa. On hyvin tunnettua kuivattaa polttoainetta ennen polttoa käyttäen hyödyksi matala-arvoista lämpöä, ts. poltosta saatua matalalämpötilais-ta lämpöä, laitoksen tehon parantamiseksi.

[0004] Polttoaineen kuivattaminen käyttämällä hyödyksi poistokaasujen 10 lämpöä, jota siirretään kuivattavaan polttoaineeseen vesipiirin avulla.

[0005] Esimerkiksi julkaisussa DE 38 35 427 on esitetty höyrygeneraattori, jossa leijupetiin perustuva polttoaineen kuivauslaite on järjestetty valinnainen suljettu vesikierto siirtämään lämpöä höyrygeneraattorin savukaasusta polttoaineen kuivauslaitteeseen.

15 [0006] WO 90/00219:ssa esitetään kombivoimalaitos, jossa märkää poltto ainetta kuivataan polttoaineen kuivauslaitteessa suljetulla vesipiirillä, joka siirtää lämpöä kaasuturbiinin poistokaasusta polttoaineen kuivauslaitteeseen.

[0007] WO 00/73703:ssa esitetään polttolaite, jossa märkää poltettavaa materiaalia kuivataan tulistetulla höyryllä, jota on tuotettu polttolaitteen savukaa-

C\J

5 20 sujen avulla.

C\J

i o [0008] WO 97/31222:ssa esitetään höyrygeneraattori, jossa ligniittiä kuiva- taan kuivauslaitteessa prosessihöyryllä, jota syntyy höyrygeneraattorin poisto-| kaasuilla.

CVJ

oo [0009] Toisaalta, toinen lämmön lähde polttoprosessin yhteydessä on polt- ^ 25 tolaitteesta poistettu tuhka.

CVJ

3

[0010] Esimerkiksi US 4,292,742:ssa esitetään menetelmä polttoaineen kuivaamiseksi ennen sen tuloa polttokammioon lämmöllä, joka on suljetun kaa-supiirin avulla otettu talteen polttokammiosta poistetusta kuumasta tuhkasta. Kaasu on kuitenkin matalan lämpökapasiteettinsa takia melko heikko väliaine 5 kuljettamaan lämpöä.

[0011] US 5,624,469:ssa esitetään menetelmä polttokammioon syötettävän polttoaineen lämmittämiseksi ja kostuttamiseksi kuumalla vedellä, jota on tuotettu siirtämällä polttokammiosta poistetusta tuhkasta.

[0012] Vaikka tekniikan tasossa esitetyt menetelmät voivat sinällään olla 10 toimivia, on noussut tarve kehittää edelleen menetelmää polttoaineen kuivaamiseksi laitoksen tehon parantamiseksi.

Keksinnön selostus

[0013] Keksinnön kohteena on saada aikaan järjestely ja menetelmä katti-lasysteemiin polttoaineen kuivaamiseksi, joiden avulla laitoksen tehoa voidaan 15 parantaa.

[0014] Keksinnön tavoitteet saavutetaan järjestelyllä kattilasysteemissä kat-tilasysteemissä poltettavan polttoainemateriaalin kuivaamiseksi, joka järjestely käsittää polttokammion kattilasysteemissä, polttokammioon yhdistetyn tuhkan-poistokanavan tuhkan johtamiseksi pois polttokammiosta, polttokammioon yh- 20 distetyn savukaasukanavan savukaasujen johtamiseksi pois polttokammiosta, ^ savukaasukanavaan järjestetyn savukaasun lämmön talteenottosysteemin läm- ^ mön talteenottamiseksi savukaasuista, polttoaineen kuivauslaitteen, jossa on O) ° ensimmäinen lämmönsiirtoelin lämmön siirtämiseksi kuivattavaan polttoainee- seen, ensimmäisen lämmönsiirtopiirin, joka käsittää ensimmäisen lämmönsiir- 25 toelimen, ensimmäisen kiertokanavan ja toisen lämmönsiirtoelimen, joka toinen ra lämmönsiirtoelin on järjestetty yhteyteen savukaasukanavan kanssa virtaus- ^ suunnassa savukaasun lämmön talteenottosysteemin jälkeen. Järjestelylle on o c\j tunnusomaista se että järjestely käsittää edelleen järjestely käsittää edelleen toi sen lämmönsiirtopiirin, joka käsittää toisen kiertokanavan, kolmannen lämmön- 4 siirtoelimen ja neljännen lämmönsiirtoelimen, ja että kolmas lämmönsiirtoelin on järjestetty yhteyteen tuhkanpoistokanavan kanssa ja neljäs lämmönsiirtoelin on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen polttoaineen kuivauslaitteen kanssa polttoaineen kuivauksessa hyödynnetyn lämmön siirtämiseksi.

5 [0015] Tällä saadaan suoraviivaisella tavalla aikaan poltosta aiheutuvan savukaasujen ja kuuman tuhkan sisältämän hyödyntämisen edullinen vaikutus polttoaineena kuivauksessa. Siten, keksinnön avulla polttoaineen kuivaus voidaan saada aikaan kasvaneella voimalaitosteholla.

[0016] Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti neljäs lämmönsiirtoelin 10 on järjestetty yhteyteen ensimmäisen lämmönsiirtopiirin kanssa, jonka kautta neljäs lämmönsiirtoelin on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen polttoaineen kuivauslaitteen kanssa.

[0017] Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti savukaasun lämmön talteenottosysteemi on järjestetty toimimaan toisen lämmönsiirtoelimen ylävirran 15 puolella vallitsevan savukaasun lämpötilan perusteella ylläpitämään savukaasun lämpötilaa ennalta määrätyllä tasolla toisen lämmönsiirron tuloyhteessä.

[0018] Erään toisen keksinnön mukaisen suoritusmuodon mukaisesti toinen lämmönsiirtoelin käsittää kaksi erillistä lämmönvaihdinta, virtaussuunnassa ensimmäisen lämmönvaihtimen ja virtaussuunnassa jälkimmäisen lämmönvaihti- 20 men.

^ [0019] Siten edullisesti virtaussuunnassa ensimmäinen lämmönvaihdin ja ^ virtaussuunnassa jälkimmäinen lämmönvaihdin on yhdistetty sarjaan ensimmäi- cn ° seen lämmönsiirtopiiriin niin, että lämmönvaihtimet toimivat vastavirtaperiaatteel- la savukaasuvirran suhteen ja että ensimmäinen kiertokanava käsittää ohitus- 25 kanavan.

CVJ

CO

En [0020] Vielä erään toisen keksinnön mukaisen suoritusmuodon mukaisesti o ohituskanavassa on säätösysteemi ohituskanavan läpi virtaavan ensimmäisen lämmönsiirtoväliainevirran säätämiseksi.

5

[0021] Edullisesti säätösysteemi käsittää venttiiliyksikön ja lämpötila-anturiyksikön, jotka on järjestetty säätämään virtaussuunnassa jälkimmäisen lämmönvaihtimen ohittavaa ensimmäisen lämmönsiirtoväliaineen osuutta ennen virtaussuunnassa jälkimmäistä lämmönvaihdinta mitatun savukaasun lämpötilan 5 perusteella.

[0022] Edelleen keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisesti savu-kaasukanava käsittää ohituskanavan toisen lämmönsiirtoelimen ohittamiseksi.

[0023] Keksinnön vielä erään toisen suoritusmuodon mukaisesti ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä on lisälämmönvaihdin säätämään ensimmäisen 10 lämmönsiirtoväliaineen lämpötilaa.

[0024] Keksinnön vielä erään toisen suoritusmuodon mukaisesti toisen lämmönsiirtopiirin lämmönsiirtoväliaineena on lämpö-öljyä.

[0025] Keksinnön tavoitteet saavutetaan myös menetelmällä polttoainema-teriaalin kuivaamiseksi kattilasysteemissä, joka käsittää seuraavat vaiheet: polt- 15 toainetta poltetaan polttokammion kattilasysteemissä, tuhkaa johdetaan pois polttokammiosta polttokammioon yhdistetyn tuhkanpoistokanavan kautta, kuumia savukaasuja johdetaan pois polttokammiosta polttokammioon yhdistetyn savukaasukanavan kautta, poltettavaa polttoainetta johdetaan polttoaineen kuvauslaitteeseen ja polttoainetta kuivataan siirtämällä lämpöä polttoaineeseen 20 ensimmäisestä lämmönsiirtoväliaineesta, joka virtaa ensimmäisessä lämmönsiir-topiirissä ensimmäisen lämmönsiirtoelimen avulla, lämpöä siirretään toisen o lämmönsiirtoelimen avulla savukaasuista ensimmäiseen lämmönsiirtoväliainee- g seen, joka virtaa ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä, joka menetelmä edelleen i ^ käsittää: lämmön talteenoton tuhkasta, joka on poistettu polttokammiosta ja g 25 lämmön siirtämisen polttoaineeseen, jota kuivataan polttoaineen kuivauslait-

CL

teessä.

CVJ

CO

m δ

CVJ

6

[0026] Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisesti tuhkasta talteenotettu lämpö siirretään polttoaineen kuivauslaitteeseen ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä virtaavan ensimmäisen lämmönsiirtoväliaineen kautta.

[0027] Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisesti lämmönsiirto 5 toisen lämmönsiirtoelimen avulla tapahtuu jäähdyttämään savukaasua 110- 60°C:n lämpötilaan.

[0028] Keksinnön erään vielä toisen suoritusmuodon mukaisesti toista lämmönsiirtoelintä käytetään niin, että myös savukaasujen latenttia lämpöä otetaan talteen.

10 [0029] Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisesti lämpöä siirre tään toiseen lämmönsiirtoelimeen kahdessa vaiheessa, virtaussuunnassa ensimmäisen lämmönvaihtimen ja virtaussuunnassa jälkimmäisen lämmönvaihtimen avulla.

[0030] Keksinnön erään vielä toisen suoritusmuodon mukaisesti lämmön-15 siirtoa virtaussuunnassa ensimmäisessä lämmönvaihtimessa säädetään jäähdyttämään savukaasua <130°C:n lämpötilaan.

[0031] Keksinnön erään vielä toisen suoritusmuodon mukaisesti lämmönsiirtoa virtaussuunnassa ensimmäisessä lämmönvaihtimessa säädetään järjestämällä osa ensimmäisestä lämmönsiirtoväliaineesta ohittamaan virtaussuun- 20 nassa jälkimmäinen lämmönvaihdin.

C\J

δ c\j i O) o

Piirustusten lyhyt kuvaus | [0032] Keksintöä kuvataan seuraavassa viittaamalla oheiseen kaaviomai- cv seen piirustukseen, jossa

CO

m ^ 25 · Kuvio 1 kuvaa keksinnön erään suoritusmuodon mukaista kattilasysteemiä,

C\J

• Kuvio 2 kuvaa keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaista kattilasysteemiä, 7 • Kuvio 3 kuvaa keksinnön erään vielä toisen suoritusmuodon mukaista katti-lasysteemiä, ja • Kuvio 4 kuvaa keksinnön erään vielä toisen suoritusmuodon mukaista katti-lasysteemiä.

5

Paras muoto keksinnön toteuttamiseksi

[0033] Kuvio 1 kuvaa kaaviomaisesti kattilasysteemiä 10, jossa kiinteää polttoainetta poltetaan lämmön ja/tai sähköenergian tuottamiseksi. Kattilasys-10 teemi 10 käsittää kattilan, jonka polttokammiossa 12 polttoainemateriaalia poltetaan sinänsä tunnetulla tavalla. Poltossa vapautunut lämpö otetaan talteen, esimerkiksi höyrynä tai tulistettuna höyrynä ja/tai lämmitettynä vetenä kattilasys-teemin lämmön talteenottosysteemissä 18, joka on järjestetty savukaasun vir-taustielle savukaasukanavan 16 yhteyteen. Savukaasukanava on järjestetty yh-15 teyteen polttokammion 12 kanssa ja johtaa kattilasysteemin savupiippuun 29. Lämmön talteenottosysteemi 18 käsittää edullisesti höyrystyslaitteita ja/tai höyryn tulistuslaitteita kuten myös polttokaasun ja syöttöveden esilämmittimiä. Lämmön talteenottosysteemin 18 jälkeen savukaasukanavaan 16 on järjestetty savukaasun puhdistussysteemi 17, kuten esimerkiksi sähkösuodatin, ESP 20 (electrostatic precipitator) . Savukaasukanava käsittää myös savukaasutuuletti-men 19 edistämään savukaasujen virtausta systeemin läpi.

C\l g [0034] Poltettava polttoainemateriaali varastoidaan polttoainevarastoon 42, g josta se kuljetetaan polttokammioon polttoaineen kuljetus- ja käsittelylinjassa 44.

Polttoaineen käsittelylinja käsittää ainakin polttoaineen kuivauslaitteen 20 ja päi-g 25 vävaraston 46, josta kuivattua polttoainetta syötetään polttokammioon 12. Polt-

CL

^ toaineen kuivauslaite 20 on järjestetty virtaussuunnassa ennen päivävarastoa

CO

g niin, että polttoaine päivävarastossa on jo kuivattua polttoainetta. Polttoaineen 5 kuivauslaite käsittää ensimmäisen lämmönsiirtoelimen 22, joka on järjestetty siir-

CM

tämään polttoaineen kuivauslaitteen 20 kuivausprosessiin tarvittavaa lämpöä 30 polttoaineeseen. Polttoaineen kuivauslaitteen varsinainen rakenne ja kuivauspe- 8 riaate voidaan valita tapauskohtaisesti. Se voi olla esimerkiksi hihna-, levy- tai leijupetikuivauslaite, jotka ovat sinänsä tunnettuja.

[0035] Savukaasukanavan 16 kohdalle, jossa savukaasuja on jo jäähdytetty noin 130 -160°C:een, on järjestetty toinen lämmönsiirtoelin 28. Tämä kohta on 5 tyypillisesti juuri ennen tai virtaussuunnassa ennen kattilasysteemin savupiippua 29. Ensimmäinen lämmönsiirtoelin 22 ja toinen lämmönsiirtoelin 28 on yhdistetty ensimmäiseen lämmönsiirtopiiriin 24, jossa ensimmäinen kiertokanava 26 on järjestetty kierrättämään ensimmäistä lämmönsiirtoainetta lämmön siirtämiseksi toisesta lämmönsiirtoelimestä 28 ensimmäiseen lämmönsiirtoelimeen 22. Piiri 10 24 käsittää kiertopumpun 48 kierron aikaansaamiseksi. Näin savukaasuista siir rettyä lämpöä kuljetetaan polttoaineen kuivauslaitteeseen 20. Piirissä 24 on myös lisälämmönvaihdin 40, jonka avulla saadaan lisäjäähdytystä tai lisälämmi-tystä ensimmäiselle lämmönvaihdinaineelle erityistapauksissa säätämään ensimmäisen lämmönsiirtoväliaineen lämpötilaa.

15 [0036] Kiintoaineen poltto polttokammiossa johtaa tuhkan, erityisesti niin sanotun pohjatuhkan, muodostumiseen, joka pitää poistaa polttokammiosta 12, erityisesti sen pohjalta. Kattilasysteemi käsittää tuhkanpoistokanavan 14, joka on yhdistetty polttokammion 12 pohjaosaan tuhkan johtamiseksi pois poltto-kammiosta 12. Tuhkanpoistokanavassa on kolmas lämmönsiirtoelin 34, joka on 20 järjestetty jäähdyttämään poistettua tuhkaa ja lämmittämään lämmönsiirtovä-liainetta toisessa lämmönsiirtopiirissä 30. Toinen lämmönsiirtopiiri 30 käsittää toisen kiertokanavan 32, jossa on ainakin pumppu 33, kolmannen lämmönsiir-

C\J

5 toelimen 34 ja neljännen lämmönsiirtoelimen 36. Neljäs lämmönsiirtoelin 36 on

(M

en nyt järjestetty yhteyteen ensimmäisen lämmönsiirtopiirin 24 kanssa niin, että cp 25 polttokammiosta 12 poistetusta kuumasta tuhkasta saatu lämpöä käytetään nos-x tamaan ensimmäisen lämmönsiirtoväliaineen lämpötilaa ensimmäisessä läm-

CC

mönsiirtopiirissä 24 ennen sen saapumista polttoaineen kuivauslaitteeseen. Sievi “ ten neljäs lämmönsiirtoelin 36 on edullisesti järjestetty ensimmäiseen piiriin 24

LO

^ ensimmäisen lämmönsiirtoväliaineen virtaussuunnan suhteen toisen lämmönsiir- o ^ 30 toelimen 28 jälkeen. Näin ensimmäinen lämmönsiirtoväliaine on lämpötilaltaan korkeimmillaan sen saapuessa polttoaineen kuivauslaitteeseen 20. Lämmönsiir- 9 toväliaine toisessa lämmönsiirtopiirissä on edullisesti lämpö-öljyä. Näin toinen lämmönsiirtopiiri, vaikka se toimii korkeassa lämpötilassa, jää yksinkertaiseksi matalapainevaatimuksista johtuen.

[0037] Keksinnön mukainen polttoaineen kuivauskonsepti on erityisen so-5 piva paljon kosteutta sisältävien polttoaineiden, kuten hiilen, ligniitin ja biopolttoaineiden kuivatukseen nostaen näin voimalaitoksen kokonaistehoa. Polttoaineen kuivaus toteutetaan hyödyntämällä kattilasysteemin savukaasuista ja pohjatuh-kasta talteenotettua lämpöä. Savukaasuista ja pohjatuhkasta lämpöä siirretään polttoaineen kuivauslaitteeseen epäsuorasti suljetun lämmönsiirtoväliainepiirin 10 avulla.

[0038] Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti toinen läm-mönsiirtoelin käsittää kaksi erillistä lämmönvaihdinta, virtaussuunnassa ensimmäisen (upstream) lämmönvaihtimen 28.1 ja virtaussuunnassa jälkimmäisen (downstream) lämmönvaihtimen 28.2. Tällä on edullinen vaikutus toiminnan 15 suhteen siitä johtuen, että lämmönsiirto voidaan selvästi jakaa kuivaan (ei-tiivistyvään) ja märkään (tiivistyvään) lämmönsiirtoon. Siten savukaasuenergiaa otetaan talteen kahdessa vaiheessa.

[0039] Virtaussuunnassa ensimmäinen lämmönvaihdin 28.1 on edullisesti austeniittinen tai vastaava korroosiota vastustava putkimainen savukaasuläm- 20 mönvaihdinja virtaussuunnassa jälkimmäinen (downstream) lämmönvaihdin 28.2 on edullisesti muoviputkimainen savukaasulämmönvaihdin..

CM

o [0040] Virtaussuunnassa ensimmäinen (upstream) lämmönvaihdin 28.1 ja g virtaussuunnassa jälkimmäinen (downstream) lämmönvaihdin 28.2 on yhdistetty ^ ensimmäiseen lämmönsiirtopiiriin 24 sarjaan niin, että lämmönvaihtimet toimivat x 25 vastavirtaperiaatteella savukaasukanavan 16 savukaasuvirran suhteen. Lisäksi ensimmäinen kiertokanava 26 käsittää ohituskanavan 26’, joka johtaa virtaus- 00 g suunnassa jälkimmäisen lämmönvaihtimen (28.2) tulopuolelta sen poistopuolelle g ja virtaussuunnassa ensimmäisen (upstream) lämmönvaihtimen 28.1 tulopuolel ta le. Ohituskanavaan 26’ on järjestetty säätösysteemi 38, joka käsittää venttiilin 10 38.1 virtaussuunnassa jälkimmäisen lämmönvaihtimen 28.2 läpi virtaavan ensimmäisen lämmönsiirtoväliaineen virtauksen säätämiseksi.

[0041] Säätösysteemi 38 käsittää edelleen lämpötila-anturiyksikön 38.2, joka on järjestetty savukaasukanavaan ennen virtaussuunnassa jälkimmäistä 5 lämmönvaihdinta 28.2. Näin osaa ensimmäisestä lämmönsiirtoväliaineesta, joka ohittaa virtaussuunnassa jälkimmäisen lämmönvaihtimen 28.2 säädetään mitatun savukaasun lämpötilan perusteella. Virtaussuunnassa jälkimmäiseen lämmönvaihtimeen 28.2 tulevien savukaasujen lämpötilaa 38.2 pidetään ennalta määrätyllä tasolla säätämällä virtaussuunnassa ensimmäisenä olevan lämmön-10 vaihtimen 28.1 savukaasuista siirrettyä lämpöä. Mitä suurempi lämmönsiirtoväliaineen toisen lämmönvaihtimen 28.2 ohittava osa on, sitä viileämpää on ensimmäinen lämmönsiirtoväliaine, joka tulee ensimmäiseen lämmönvaihtimeen 28.1, ja sitä tehokkaampaa on lämmönsiirto ensimmäisessä lämmönvaihtimes-sa.

15 [0042] Ennalta määrätty lämpötila, jota pidetään säätämällä savukaasuista siirrettyä lämpöä virtaussuunnassa ensimmäisessä lämmönvaihtimessa 28.1 on <130 °C, ts. lämmönsiirtoa virtaussuunnassa ensimmäisessä lämmönvaihtimessa 28.1 säädetään jäähdyttämään savukaasua <130 °C:n lämpötilaan.

[0043] Savukaasukanavaan 16 on järjestetty säädettävä ohituskanava 16’, 20 jonka avulla toinen lämmönsiirtoelin voidaan ohittaa täysin, mikäli polttoaineen kuivausta ei käytetä.

C\J

o [0044] Kun kattilasysteemi on käytössä, ts. polttoainetta poltetaan poltto- g kammiossa 12 kattilasysteemissä, joka tuottaa lämpöä. Kuumia savukaasuja i ^ johdetaan pois polttokammiosta polttokammioon 12 yhdistetyn savukaasukana- x 25 van 16 kautta. Polttoaineen poltosta saatava tuhka poistetaan polttokammiosta polttokammion 12 pohjaosaan yhdistetyn tuhkanpoistokanavan 14 kautta. Pol- 00 g tettava polttoaine johdetaan polttoaineen kuivauslaitteeseen 20 ja sitä kuivataan g siirtämällä lämpöä ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä 24 virtaavasta ensim-

C\J

mäisestä lämmönsiirtoväliaineesta polttoaineen kuivauslaitteeseen järjestetyn 30 ensimmäisen lämmönsiirtoelimen 22 avulla. Savukaasuista lämpöä siirretään 11 toisen lämmönsiirtoelimen 28 avulla savukaasuista ensimmäiseen lämmönsiirto-väliaineeseen, joka virtaa ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä 24, jota lämpöä käytetään hyödyksi polttoaineen kuivauslaitteessa 20.

[0045] Lisäksi lämpö otetaan talteen tuhkasta, joka poistetaan polttokam-5 miosta. Kuumasta tuhkasta siten saatua lämpöä siirretään ensimmäiseen läm- mönsiirtoväliaineeseen, joka virtaa ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä 24.

[0046] Toisen lämmönsiirtoelimen 28 avulla savukaasuista siirrettyä lämpöä käytetään edullisesti siten, että myös savukaasujen latenttia lämpöä otetaan talteen. Siten lämpöä siirretään toisen lämmönsiirtoelimen 28 avulla jäähdyttä- 10 mään savukaasua 110-60 °C:n lämpötilaan.

[0047] Ensimmäistä lämmönsiirtoväliainetta lämmitetään 70 - 110 °C:n lämpötilaan ensimmäiseen lämmönsiirtopiiriin 24 sarjaan kytketyissä virtaus-suunnassa ensimmäisessä lämmönvaihtimessa 28.1 ja toisessa lämmönvaihti-messa 28.2. Toisen lämmönsiirtopiirin neljännessä lämmönsiirtoelimessä 36 en- 15 simmäistä lämmönsiirtoväliainetta lämmitetään edelleen 120-130 °C:n lämpötilaan ennen sen syöttämistä polttoaineen kuivauslaitteeseen 20. Toisen lämmönsiirtopiirin lämmönsiirtoväliaine, ts. lämpö-öljy lämmitetään edullisesti noin 200 °C:n lämpötilaan kolmannessa lämmönsiirtoelimessä 34.

[0048] Kuviossa 2 on esitetty keksinnön toinen suoritusmuoto, jossa perus-20 komponentit ja toiminta vastaavat kuvion 1 vastaavia. Siten myös vastaavaa numerointia käytetään. Pääero on layoutissa. Kuviossa 2 virtaussuunnassa en-o simmäinen lämmönvaihdin 28.1 on sijoitettu virtaussuunnassa ennen savukaa- g sun puhdistussysteemiä 17 (ESP) ja savukaasupuhallinta 19. Myös tässä suorija tusmuodossa savukaasukanavaan 16 on järjestetty säädettävä ohituskanava 25 16’, tässä tapauksessa erilliset ohituskanavat jokaiselle lämmönvaihtimelle, joi-

CL

den avulla kumpikin toisen lämmönsiirtoelimen erillisistä lämmönvaihtimista voi- 00 g daan ohittaa mikäli polttoaineen kuivausta ei käytetä. Kattilasysteemin ja polttoja aineen kuivauslaitteen toiminta kuviossa 2 vastaa kuvion 1 toimintaa.

CVJ

12

[0049] Kuviossa 3 on esitetty vielä eräs keksinnön suoritusmuoto. Kuviossa 3 on käytetty kuvion 1 numerointia vastaavaa numerointia. Kuvion 3 suoritusmuodossa toinen lämmönsiirtoelin 28 käsittää vain yhden lämmönvaihtimen, joka vastaa virtaussuunnassa jälkimmäistä lämmönvaihdinta 28.2, vaikka se on 5 mitoitettu jonkin verran tehokkaammaksi. Tässä suoritusmuodossa kattilasys-teemin lämmöntalteenottosysteemi käsittää osan 18’, jonka avulla lämmönvaihtimeen 28.2 tulevien savukaasujen lämpötilaa 38.2 ylläpidetään ennalta määritellyllä tasolla säätämällä 38’ lämpöä, joka on siirretty lämmöntalteenotto-osassa 18’ savukaasuista.

10

[0050] Tässä suoritusmuodossa lämmönvaihdin 28.2 on edullisesti muovi-putkityyppinen savukaasunlämmönvaihdin.

[0051] Siten lämmöntalteenottosysteemi 18 ja/tai lämmöntalteenottosys-teemin 18 osa on järjestetty toimimaan virtaussuunnassa ennen lämmönvaih- 15 dinelintä 28 vallitsevan savukaasun lämpötilan perusteella. Näin ennalta määriteltyä lämpötilaa ylläpidetään säätämällä lämpöä, jota on siirretty savukaasuista lämmöntalteenotto-osassa 18’ on <130 °C, ts. lämmönsiirtoa säädetään jäähdyttämään savukaasua <130 °C:n lämpötilaan.

[0052] Lämmön talteenottosysteemin 18 osa 18’ voi olla kiinteä osa läm-20 mön talteenottosysteemiä tai se voi olla erillinen osa. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoilman esilämmitintä käytetään lämmön talteenot- ^ tosysteemin 18 osana 18’, jonka toimintaa säädetään ylläpitämään ennalta mää- ^ ritettyä lämpötilaa halutulla tasolla.

i O) o ^ [0053] Myös tässä suoritusmuodossa savukaasukanavaan on järjestetty 25 säädettävä ohituskanava 16’, jonka avulla toinen lämmönsiirtoelin voidaan ohit-

CC

taa, jos polttoaineen kuivaus ei ole toiminnassa. Kuvion 3 kattilasysteemin ja

CVJ

oo polttoaineen kuivauslaitteen toiminta on vastaava kuin kuviossa 1.

m o [0054] Kuviossa 4 on esitetty vielä eräs keksinnön suoritusmuoto. Myös kuviossa 4 on käytetty kuvion 1 vastaavaa viitenumerointia, missä se on soveli- 13 asta. Kuvion 4 suoritusmuodossa polttoaineen kuivauslaitteessa on kaksi erillistä lämmönsiirtoelintä ensimmäiselle lämmönsiirtopiirille 24 ja toiselle lämmönsiir-topiirille 30. Tämä voidaan toteuttaa käytännössä esimerkiksi niin, että kuivaus-prosessissa käytetyn ilman lämmitys hoidetaan ensin ensimmäisellä lämmönsiir-5 toelimellä ja toiseksi neljännellä lämmönsiirtoelimellä 36.

[0055] Kuvion 4 kattilasysteemin ja kuivauslaitteen toiminta vastaa muissa suhteissa kuvion 1 toimintaa.

[0056] On huomattava, että edellä on esitetty vain muutamia keksinnön edullisimpia suoritusmuotoja. Siten on selvää, että keksintö ei ole rajoitettu edel- 10 lä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan soveltaa monin tavoin oheisten vaatimusten määrittämissä puitteissa. Siten on selvää, että höyryn lähde voi olla käytännössä mikä tahansa saatavilla oleva matalapainehöyryn lähde, esimerkiksi höyryturbiinin höyryn väliotto. Eri suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä piirteitä voidaan keksinnön perusajatuksen puitteissa niin ikään käyttää mui-15 den suoritusmuotojen yhteydessä ja/tai yhdistellä esitetyistä piirteistä erilaisia kokonaisuuksia, mikäli niin halutaan ja tekniset mahdollisuudet tähän ovat olemassa.

C\J

δ

CvJ

σ> cp

X

Q.

CvJ

CO

LO

δ

CvJ

Claims

14

1. Järjestely kattilasysteemissä (10) kattilasysteemissä poltettavan polttoai-nemateriaalin kuivaamiseksi, joka järjestely käsittää: - polttokammion (12) kattilasysteemissä, 5. polttokammioon yhdistetyn tuhkanpoistokanavan (14) tuhkan johtamiseksi pois polttokammiosta, - polttokammioon (12) yhdistetyn savukaasukanavan (16) savukaasujen johtamiseksi pois polttokammiosta, - savukaasukanavaan järjestetyn savukaasun lämmön talteenottosysteemin (18) 10 lämmön talteenottamiseksi savukaasuista, - polttoaineen kuivauslaitteen (20), jossa on ensimmäinen lämmönsiirtoelin (22) lämmön siirtämiseksi kuivattavaan polttoaineeseen, - ensimmäisen lämmönsiirtopiirin (24), joka käsittää ensimmäisen lämmönsiir-toelimen (22), ensimmäisen kiertokanavan (26) ja toisen lämmönsiirtoelimen 15 (28), joka toinen lämmönsiirtoelin on järjestetty yhteyteen savukaasukanavan (16) kanssa virtaussuunnassa savukaasun lämmön talteenottosysteemin (18) jälkeen, joka järjestely on tunnettu siitä, että - järjestely käsittää edelleen toisen lämmönsiirtopiirin (30), joka käsittää toisen kiertokanavan (32), kolmannen lämmönsiirtoelimen (34) ja neljännen lämmön- 20 siirtoelimen (36); - kolmas lämmönsiirtoelin (34) on järjestetty yhteyteen tuhkanpoistokanavan (14) kanssa ja neljäs lämmönsiirtoelin (36) on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen cm polttoaineen kuivauslaitteen (20) kanssa, δ CM i o 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely kattilasysteemissä polttoaine- ^ materiaalin kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että toinen lämmönsiirtoelin (28) käsit- | tää kaksi erillistä lämmönvaihdinta (28.1, 28.2), virtaussuunnassa ensimmäisen cm (upstream) lämmönvaihtimen (28.1) ja virtaussuunnassa jälkimmäisen (downst- lo ream) lämmönvaihtimen (28.2). § 30 15

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely kattilasysteemissä polttoaine-materiaalin kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että neljäs lämmönsiirtoelin (36) on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen polttoaineen kuivauslaitteen kanssa ensimmäisen lämmönsiirtopiirin (24) kautta. 5

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestely kattilasysteemissä polttoaine-materiaalin kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että virtaussuunnassa ensimmäinen lämmönvaihdin (28.1) ja virtaussuunnassa jälkimmäinen lämmönvaihdin (28.2) on yhdistetty sarjaan ensimmäiseen lämmönsiirtopiiriin (24) niin, että lämmön- 10 vaihtimet toimivat vastavirtaperiaatteella savukaasuvirran suhteen ja että ensimmäinen kiertokanava (26) käsittää ohituskanavan (26’) virtaussuunnassa jälkimmäisen lämmönvaihtimen (28.2) ohittamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely kattilasysteemissä polttoaine-15 materiaalin kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että ohituskanavassa (26’) on sää- tösysteemi (38) ensimmäisen, ohituskanavan läpi virtaavan ensimmäisen läm-mönsiirtoväliainevirran säätämiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestely kattilasysteemissä polttoaine-20 materiaalin kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että säätösysteemi (38) käsittää vent- tiiliyksikön (38.1) ja lämpötila-anturiyksikön (38.2), jotka on järjestetty säätämään virtaussuunnassa jälkimmäisen lämmönvaihtimen (28.2) ohittavaa ensimmäisen lämmönsiirtoväliaineen osuutta ennen virtaussuunnassa jälkimmäistä lämmön-vaihdinta (28.2) mitatun savukaasun lämpötilan perusteella. δ 25 c\j

7. Patenttivaatimukseni mukainen järjestely kattilasysteemissä polttoaine- i ^ materiaalin kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että ensimmäisessä lämmönsiirtopii- g rissä (24) on lisälämmönvaihdin (40) säätämään ensimmäisen lämmönsiirtoväli- ‘ aineen lämpötilaa. CO S 30

8. Patenttivaatimukseni mukainen järjestely kattilasysteemissä polttoaine- δ 00 materiaalin kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että toisen lämmönsiirtopiirin (30) lämmönsiirtoväliaineena on lämpö-öljyä. 16

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely kattilasysteemissä polttoaine-materiaalin kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että savukaasun lämmön talteenot-tosysteemi (18) on järjestetty toimimaan toisen lämmönsiirtoelimen (28) ylävirran 5 puolella vallitsevan savukaasun lämpötilan perusteella (18’).

10. Menetelmä polttoainemateriaalin kuivaamiseksi kattilasysteemissä (10), joka käsittää seuraavat vaiheet: - polttoainetta poltetaan polttokammion (12) kattilasysteemissä, 10. tuhkaa johdetaan pois polttokammiosta polttokammioon (12) yhdistetyn tuh- kanpoistokanavan (14) kautta, - kuumia savukaasuja johdetaan pois polttokammiosta polttokammioon (12) yhdistetyn savukaasukanavan (16) kautta, - poltettavaa polttoainetta johdetaan polttoaineen kuivauslaitteeseen (20) ja polt-15 toainetta kuivataan siirtämällä lämpöä polttoaineeseen ensimmäisestä lämmön- siirtoväliaineesta, joka virtaa ensimmäisessä lämmönsiirtopiirissä (24) ensimmäisen lämmönsiirtoelimen (22) avulla; - lämpöä siirretään toisen lämmönsiirtoelimen (28) avulla savukaasuista ensimmäiseen lämmönsiirtoväliaineeseen, joka virtaa ensimmäisessä lämmönsiirtopii- 20 rissä (24), joka menetelmä edelleen käsittää: - lämmön talteenoton tuhkasta, joka on poistettu polttokammiosta ja lämpöä siirretään (36) polttoaineeseen, jota kuivataan polttoaineen kuivauslaitteessa (20). cv

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä polttoainemateriaalin kui- 0 ™ 25 vaamiseksi kattilasysteemissä (10), tunnettu siitä, että tuhkasta talteenotettu i O) 9 lämpö siirretään (36) polttoaineen kuivauslaitteeseen (20) ensimmäisessä läm- mönsiirtopiirissä (24) virtaavan ensimmäisen lämmönsiirtoväliaineen kautta. CC CL cv

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä polttoainemateriaalin kui- co ^ 30 vaamiseksi kattilasysteemissä (10), tunnettu siitä, että lämmönsiirto toisen ° lämmönsiirtoelimen (28) avulla tapahtuu jäähdyttämään savukaasu 110-60°C:n lämpötilaan. 17

13. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä polttoainemateriaalin kuivaamiseksi kattilasysteemissä (10), tunnettu siitä, että toista lämmönsiirtoelintä (28) käytetään niin, että myös savukaasujen latenttia lämpöä otetaan talteen. 5

14. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä polttoainemateriaalin kuivaamiseksi kattilasysteemissä (10), tunnettu siitä, että lämpöä siirretään toiseen lämmönsiirtoelimeen kahdessa vaiheessa (28.1, 28.2), virtaussuunnassa ensimmäisen lämmönvaihtimen (28.1) ja virtaussuunnassa jälkimmäisen läm- 10 mönvaihtimen (28.2) avulla.

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä polttoainemateriaalin kuivaamiseksi kattilasysteemissä (10), tunnettu siitä, että lämmönsiirtoa virtaus-suunnassa ensimmäisessä lämmönvaihtimessa (28.1) säädetään jäähdyttä- 15 mään savukaasua <130°C:n lämpötilaan.

16. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä polttoainemateriaalin kuivaamiseksi kattilasysteemissä (10), tunnettu siitä, että lämmönsiirtoa virtaus-suunnassa ensimmäisessä lämmönvaihtimessa (28.1) säädetään järjestämällä 20 osa ensimmäisestä lämmönsiirtoväliaineesta ohittamaan virtaussuunnassa jälkimmäinen lämmönvaihdin (28.2).

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä polttoainemateriaalin kui- δ ^ vaamiseksi kattilasysteemissä (10), tunnettu siitä, että virtaussuunnassa jäl- σ> 9 25 kimmäisen lämmönvaihtimen (28.2) ohittavaa osaa säädetään virtaussuunnassa jälkimmäiseen lämmönvaihtimeen (28.2) tulevan savukaasun lämpötilan perus-£ teella. C\1 CO CO LO δ C\1 18