FI124315B - Polttokattilan arina ja polttokattila - Google Patents

Description

POLTTOKATTILAN ARINA JA POLTTOKATTILA Keksinnön kohde 5 Keksintö kohdistuu polttokattilan arinaan. Keksintö kohdistuu lisäksi polttokat-tilaan.

Keksinnön taustaa 10 Kerrosleijupetiä (Bubbling Fluidized Bed, BFB) ja kiertoleijupetiä (Circulating Fluidized Bed, CFB) hyödyntävissä kattiloissa on eräänä ongelmana polttoaineen mukana tulleiden epäpuhtauksien, kuten kivien, metallimateriaalin ja muiden palamattomien epäpuhtauksien, poisto arinalta tehokkaasti polttopro-sessin aikana. Nykyisin leijupolton yhteydessä karkean materiaalin poisto 15 arinalta perustuu yleensä materiaalin luonnolliseen valumiseen poistoaukko-jen suuntaan. Arinan pohjan muotoilun lisäksi on tavanomaista ohjata primääri-ilman avulla hiekka ja mainitut epäpuhtaudet erilaisiin kanaviin, joista hiekka ja epäpuhtaudet johdetaan poistoaukkoon tai poistoaukkoihin. Tällaista tekniikkaa on esitetty mm. julkaisussa WO 03/090919.

20

Tunnetun tekniikan mukaisilla ratkaisuilla on joitakin ongelmia. Esimerkiksi primääri-ilman avulla tapahtuva ohjaus ei aina ole riittävän tehokasta. Erityisesti raskaiden materiaalien siirtämisessä primääri-ilman kuljetusvaikutus on usein liian pieni. Raskas materiaali saattaa jäädä suuttimien väliin, ja sen 25 poistaminen arinalta saattaa vaatia kattilan alasajoa säännöllisesti. Tämän ? ratkaisun toisena ongelmana on primääri-ilmasuuttimien voimakas kulumi- ™ nen, koska ilmasuuttimien yli kulkeutuva petimateriaali kuluttaa suuttimia.

CO

o Vielä eräs ongelma tällaisessa materiaalin poistossa on poiston epätasai- ” suus. Petimateriaalin virtausprofiili on hankala saada tasaiseksi, ja poisto g 30 erityisesti joiltakin arinan reuna-alueilta voi muodostua ongelmaksi. Lisäksi

CL

materiaalin tehokas siirtäminen vaatii kohtuullisen suuren määrän primääri-§ ilmasuuttimia, esimerkiksi noin 50 kpl/m2, joten tällainen ratkaisu voi olla kal-

LO

lis toteuttaa, δ

CVJ

2

Keksinnön lyhyt yhteenveto

Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää ratkaisu petituhkan pois-5 ton tehostamiseksi polttokattilan, kuten leijukattilan, arinalta.

Keksinnön mukaiselle polttokattilan arinalle tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle polttokattilalle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 5.

10

Piirustusten kuvaus

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 15 kuva 1 esittää sivukuvantona leijukattilan alaosan ja tuhkanpoistolait-teiston, kuva 2 esittää toisena sivukuvantona, kuvan 1 tasoa ll-ll vastaavana 20 leikkauksena, leijukattilan alaosan ja tuhkanpoistolaitteiston, kuva 3 esittää pystykuvantona, kuvan 1 tasoa lll-lll vastaavana leikkauksena, leijukattilan arinan, 25 kuva 4 esittää suurennoksen kuvan 1 osasta IV, ° kuva 5 esittää suurennoksen kuvan 1 osasta V, i

CO

o oo kuva 6 esittää suurennoksen kuvan 2 kohdasta VI ja x 30

CC

kuvat 7a-7d esittävät eräitä suoritusmuotoja tuhkanpoistoelimelle sivu- ja päätykuvantoina (kuvat 7a ja 7c, sekä 7b ja 7d vastaavasti), m ° Kuvissa 1 - 7 on käytetty vastaavista osista vastaavia numeroita tai symbole- 35 ja.

3

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kuvassa 1 on esitetty poikkileikkaus erään polttokattilan alaosasta ja tuhkan-poistolaitteista. Polttokattila käsittää tulipesän 100, jota rajaavat sivuilta katti-5 lan seinät 101 ja alhaalta arina 102. Arina on muodoltaan tasomainen ja se voi olla oleellisesti vaakatason suuntainen. Edullisesti arinan kulma vaakatasoon nähden on alle 10 astetta, ja erityisen edullisesti alle 5 astetta. Kattilan alaosassa on tuhkanpudotuskanava 103, joka reuna on yhteydessä arinan reunaan. Arinalle kertyvä tuhka ohjataan tuhkanpudotuskanavaan, ja 10 tuhkanpudotuskanavaa pitkin tuhka kuljetetaan tai se pudotetaan tuhkanko-koojakuljettimelle 104. Tuhkanpudotuskanava voi käsittää kuvan tason suuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa useampia erillisiä suppiloita, joiden jokaisen alla voi olla oma erillinen tuhkansiirtokuljetin. Lisäksi polttokattila voi käsittää useampia tuhkanpudotuskanavia, joiden reunat ovat yhteydessä ari-15 nan reunaan. Tuhkanpudotuskanava ulottuu useiden arinassa olevien kanavien luokse. Tuhkalla tarkoitetaan polttoaineen palamisessa syntyvää jäännöstä sekä polttoaineen mukana tulleita palamattomia epäpuhtauksia, kuten kiviä, metallimateriaalia ja muuta palamatonta ainesta.

20 Kuvassa 1 esitetty polttokattila on tyypiltään leijukattila, esimerkiksi kerroslei-jukattila tai kiertoleijukattila, jossa arinan 102 läpi syötetään tulipesään primääri-ilmaa niin, että tulipesässä oleva kiintoaines leijuu tämän ilmavirran avulla. Leijukattilan tulipesässä oleva kiintoaines käsittää poltettavaa materiaalia, kuten biomassaa, inerttiä petimateriaalia, kuten hiekkaa, ja poltettavan 25 materiaalin mukana kulkeutuneita epäpuhtauksia. Primääri-ilma johdetaan ? arinan läpi ilmakanavien kautta. Leijukattilan arinan alapuolella sijaitsee ilma- ^ laatikko 105, jonka kautta primääri-ilma johdetaan kattilan tulipesään 100.

CO

o Polttokattilan tulipesä voi olla paineistettu palamisen tehostamiseksi. Arina $2 102, tuhkanpudotuskanava 103 ja kattilan seinä 101 voivat olla jäähdytettyjä, = 30 jolloin nämä rakenteet käsittävät jäähdytysputkia 106. Jäähdytysputkilla voi-

CL

daan jäähdyttää arinaa ja ottaa talteen polttokattilassa syntyvää lämpöä.

O) S Myös muissa polttokattiloissa kuin leijukattiloissa saattaa olla mahdollista

LO

kerätä arinalle kertyvä tuhka tuhkanpudotuskanavan kautta tuhkankokooja-S kuljettimelle.

35 4

Kuvassa 1 esitetty arina 102 on muodoltaan suorakulmio ja tuhkanpudotus-kanava 103 on järjestetty arinan toiseen reunaan, arinan ja seinän viereen, ja tuhkanpudotuskanava on kuvan 1 tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa oleellisesti samankokoinen kuin arina. Tuhkanpudotuskanava 103 voi sijaita 5 myös arinan keskilinjalla, esim. kahteen osaan jaetun arinan osien välissä, tai arina voi olla yhteydessä useaan tuhkanpudotuskanavaan. Tuhkanpudotus-kanavaa tai -kanavia ei käytetä primääri-ilman syöttämiseen, koska tasainen ilmansyöttö mahdollistaa tasaisen palamisen ja leijukattilassa pedin tasaisen leijutuksen.

10

Kuvassa 2 on esitetty poikkileikkaus leijukattilan alaosasta kuvan 1 linjaa ll-ll pitkin. Arina 102 käsittää leijutusilman suuttimia, tässä esimerkissä kaksisuuntaisia ilmasuuttimia 201 ja yksisuuntaisia ilmasuuttimia 202. Ilmasuut-timien eräs tehtävä on johtaa primääri-ilma arinan läpi tulipesään. Ilmasuut-15 timissa on esim. pystysuuntainen, arinan läpi johtava ilmakanava primääri-ilmaa varten. Tyypillisessä leijukattilassa ilmasuuttimet on asetettu riveihin, ja reunimmaisten rivien ilmasuuttimet 202 ovat yksisuuntaisia muiden ilmasuut-timien 201 ollessa kaksisuuntaisia. Kuvassa 2 esitetyt ilmasuuttimet ovat kohollaan arinan pohjasta, jolloin llmasuuttimien väliin jää kanavia 203. Kanavat 20 ovat ilmasuuttimien ilmasuihkujen alapuolella. Tyypillistä on, että ilmasuuttimet ainakin osittain sijoittuvat suojana toimivan massauksen sisään tai sen päälle, ja kanavat sijoittuvat alemmaksi kuin ilmasuuttimien näkyviin jäävä yläosa, jossa on ilmasuihkut. Ilmasuihkut ovat tässä esimerkissä olennaisen vaakasuuntaisia.

25 ? Arinan tasossa, eli kuvaa 2 vastaan kohtisuorassa suunnassa, kanavat 203

O

™ ovat edullisesti suoria, kuten kuvassa 3 on esitetty, ja niiden muoto jatkuu

CO

o samana koko arinan matkalla. Kanavat ovat päältä avoimia, uria tai uramai- “ siä rakenteita, jolloin ne voivat kerätä laskeutuvaa tuhkaa ja muuta materiaali 30 lia. Tuhkaa samalla siirretään kanavaa pitkin poistopaikkaan. Kanavan pohja on olennaisesti arinan tason suuntainen. Ilmasuuttimien ja siten myös kana-§ vien korkeus voi olla esimerkiksi 200 - 250 mm. Kanavien leveys voi olla

LO

^ samaa luokkaa kanavan korkeuden kanssa. Polttoprosessin aikana tuhka ja cv sen raskaat materiaalit kertyvät pääasiassa kanaviin 203, joista ne siirretään 35 tai ne siirtyvät tuhkanpudotuskanavaan 103. Kanavien 203 eräs tehtävä on siis koota tuhkaa ja sen sisältämää palamatonta materiaalia. Ilmasuuttimien 5 201 ja 202 ansioista arina toimii ilmaseulana, sillä suuttimista purkautuva ilmavirta leijuttaa pieniä hiukkasia, kuten petipartikkeleita, mutta ei jaksa leijuttaa suurempia partikkeleita. Näin suuret partikkelit vajoavat arinan pohjalle, erityisesti kanaviin 203.

5

Tuhkanpudotuskanavan 103 läpi tuhka siirtyy tuhkankokoojakuljettimelle 104 (kuva 2). Tuhkankokoojakuljetin voi olla esimerkiksi yksi ruuvikuljetin, tai se voi koostua kahdesta eri suuntaan siirtävästä ruuvikuljettimesta 204 ja 205. Tuhkan siirtäminen tuhkanpudotuskanavaan polttoprosessin aikana voi olla 10 vaikeaa. Nykyisiä teknisiä ratkaisuja tähän ongelmaan on kuvattu keksinnön taustan yhteydessä.

Kuvassa 3 on esitetty eräs arinan suoritusmuoto päältä kuvattuna. Tässä suoritusmuodossa kuhunkin ilmasuuttimien 201, 202 väliseen kanavaan 203 15 on järjestetty tuhkanpoistoelin. Tuhkanpoistoelin voi olla järjestetty juuri kanavaan, koska kanavan eräs tehtävä on koota tuhkaa ja sen sisältämää palamatonta materiaalia. Tuhkanpoistoelimen eräille suoritusmuodoille on tyypillistä, että ne sijoittuvat ilmasuuttimien ilmasuihkujen alapuolelle, ja samalla myös ilmasuuttimia ja massauksen yläpintaa alemmaksi.

20

Kuvissa 3-6 esitetty tuhkanpoistoelin on tankopurkain 301. Tankopurkain käsittää ainakin yhden kolan 302 sekä tangon 303, johon ainakin yksi kola on kiinnitetty. Tankopurkain on järjestetty liikkumaan arinan tasossa kohti tuh-kanpudotuskanavaa 103 ja sen kola on muodoltaan sellainen, että se kola 25 työntää tankopurkaimen liikkuessa edellään tuhkaa kohti tuhkanpudotus-^ kanavaa 103. Erityisesti tankopurkain on järjestetty arinan kanavaan 203,

O

™ jolloin ainakin yksi kola on järjestetty työntämään tuhkaa arinan kanavassa

CO

o kohti tuhkanpudotuskanavaa. Kuvassa 3 ei ole esitetty petimateriaalia ” arinarakenteen havainnollistamiseksi.

Ϊ 30

CL

Tuhkanpoistoelin voi olla tuhkan siirtosuunnassa oleellisesti jäykkä, mutta voi S olla tätä vastaan kohtisuorassa suunnassa vähemmän jäykkä. Esimerkiksi m tankopurkain 301 on tangon 303 suunnassa oleellisesti jäykkä. Tankoa vas-° taan kohtisuorassa suunnassa tankopurkain ei kuitenkaan ole erityisen tuke- 35 va. Tankopurkaimen ensimmäinen pää, jolla tarkoitetaan kuvan 3 tapauksessa arinan oikeassa reunassa olevaa päätä, on johdettu kattilan tulipesän sei- 6 nän läpi tulipesän ulkopuolelle. Tällainen läpivienti tukee mekaanisesti tanko-purkaimen tankoa sitä vastaan kohtisuorissa suunnissa. Koska tanko ei ole sivuttaissuunnassa erityisen jäykkä, saattaisi tulipesässä liikkuva aines joissakin tapauksissa vääntää tankopurkainta sivuttaissuunnassa. Kuvissa esite-5 tyssä suoritusmuodossa kanavan 203 toinen tehtävä on tukea mekaanisesti tankopurkainta tankoa vastaan kohtisuorassa arinan tason suunnassa. Arinassa oleva kanava 203 toimii (kanavat toimivat) siten tukirakenteena, joka on järjestetty tukemaan tankopurkainta (tankopurkaimia) tankoa vastaan kohtisuorassa arinan tason suunnassa. Tällainen tukirakenne voisi olla myös 10 esimerkiksi tukilevy, jonka läpi tankopurkaimen tanko 303 voitaisiin johtaa. Saattaisi olla mahdollista järjestää tällainen tukilevy myös tulipesän seinään siten, että tankopurkaimen toinen pää tukeutuisi tällaiseen tukilevyyn.

Kuvassa 4 on esitetty tarkemmin eräs yksityiskohta kuvan 1 mukaisesta ari-15 nasta. Kyseistä yksityiskohtaa on merkitty kuvassa 1 numerolla IV. Kuvassa 4 on esitetty arinan 102 tuhkanpudotuskanavan 103 puoleinen reuna. Arina 102 ja tuhkanpudotuskanava 103 on jäähdytetty jäähdytysputkien 106 avulla. Jäähdytysputkissa kulkeva lämmönsiirtoväliaine voi olla esimerkiksi vettä ja lämmönsiirtoväliaine voi olla myös höyrystynyt tai kaasuuntunut. Ilmasuutti-20 mien 201 väliin jäävässä kanavassa 203 on tankopurkain, joka käsittää tangon 303, ja ainakin kuvassa esitetyt kaksi kolaa 302, jotka on kiinnitetty tankoon 303. Tankopurkain on järjestetty liikkuvaksi arinan tasossa kohti tuh-kanpudotuskanavaa 103 ja tätä vastakkaiseen suuntaan, mitä on havainnollistettu nuolella 404. Kun tankopurkain ja sen kola 302 liikkuvat kohti tuhkan-25 pudotuskanavaa, kola työntää edellään tuhkaa 402, joka näin kulkeutuu kohti ^ tuhkanpudotuskanavaa. Tässä tuhkalla tarkoitetaan poltettua polttoainetta

O

^ sekä palamatonta irtoainesta, jota polttoaineen mukana saattaa kulkeutua o kattilaan. Tällainen irtoaine voi käsittä esimerkiksi metallikappaleita tai kiviä.

00 ^ 30 Kolan muoto on edullisesti epäsymmetrinen siten, että vastakkaiseen suun taan, eli arinan tasossa tuhkanpudotuskanavasta poispäin, liikkuessaan kola O) g edullisesti ei työnnä tuhkaa vastakkaiseen suuntaan, tai työntää tuhkaa vä- ^ hemmän kuin kohti tuhkanpudotuskanavaa liikkuessaan. Kola voi esimerkiksi ° kulkeutua tuhkan alitse. Tällainen epäsymmetrinen muoto voi olla esimerkiksi 35 poikkileikkaukseltaan kolmio, kuten kuvassa on esitetty. Tällaisen epäsymmetrisen kolmion yksi sivu on liikkeen tason, eli arinan tason suuntainen, joka 7 kuvan tapauksessa on vaakasuunta. Lisäksi epäsymmetrisen kolmion tuh-kanpoistokanavan puoleisen sivun kulma liiketasoon nähden on suurempi, kuin tuhkanpoistokanavaa vastakkaisen sivun kulma liiketasoon nähden. Kuvassa 4 tuhkanpoistokanavan puoleisen sivun kulma liiketasoon nähden on 5 suora. Kolmion lisäksi myös muut poikkileikkausmuodot ovat mahdollisia. Esimerkiksi kolan tuhkanpoistokanavan puoleinen sivu voi olla kovera ja vastakkainen sivu kupera. Eräs esimerkki tällaisesta muodosta on päältä katsottaessa (kuva 3) V-kirjaimen muotoinen kola, jonka muoto aukeaa kohti tuh-kanpudotuskanavaa. Edullisesti kolan muoto on epäsymmetrinen siten, että 10 se kohti tuhkanpudotuskanavaa liikkuessaan syöttää materiaalia edellään ja vastakkaiseen suuntaan liikkuessaan vetäytyy materiaalin alta kiilamaisen muotonsa vuoksi. Tankopurkainta, joka käsittää päässään yhden kolan, kutsutaan yleisesti myös raapaksi tai raappapurkaimeksi. Tällainen raappapur-kain voi myös toimia tuhkanpoistoelimenä, joskin raappapurkaimella voidaan 15 joutua käyttämään suurempaa liikerataa kuin tankopurkaimella.

Tankopurkain 301 on siis järjestetty liikkumaan arinan 102 tasossa kohti tuhkanpudotuskanavaa 103 ja tämän vastakkaiseen suuntaan. Tankopurkain käsittää ainakin yhden kolan 302 ja tangon 303, johon ainakin yksi kola on 20 kiinnitetty. Tankopurkaimen liikkuessa sekä sen tanko 303, että sen kolat liikkuvat. Edullisesti kolat ovat muodoltaan epäsymmetriset, jolloin ne liikkuessaan kohti lähintä tuhkanpudotuskanavaa työntävät edellään tuhkaa 402 tuhkanpudotuskanavaan 103, mutta eivät työnnä yhtä paljon tuhkaa edellään liikkuessaan vastakkaiseen suuntaan. Näin tankopurkain on järjestetty me-25 kaanisesti siirtämään tuhkaa arinalla ja poistamaan tuhkaa polttokattilasta. ? Koska tällainen edestakainen liike saattaa kuluttaa arinaa, voi arinaan olla

O

™ järjestetty kolan ja muun arinan väliin lisäksi suojaava rakenne 401. Suojaa-

CO

o va rakenne voi olla esimerkiksi kulutuslevy ja voi olla vaihdettavissa polttokat- “ tilan huoltotoimenpiteiden aikana, g 30 Q_

Kuvassa 5 on esitetty eräs ratkaisu tankopurkaimen liikuttamiseksi. Tässä S ratkaisussa tankopurkaimen tanko 303 tai muu osa, tai toimilaitteen jokin m osa, tuodaan kattilan seinän 101 tai arinan 102 lävitse tulipesän 100 ulkopuoli lelle esimerkiksi läpiviennin 501 kautta. Vaihtoehtoisesti, tankopurkaimen 35 jokin osa, tai toimilaitteen jokin osa, tuodaan kattilan ulkopuolelle seinän läpiviennin 501 avulla. Läpivienti voi olla toteutettu esimerkiksi läpivientiholkin 8 avulla. Tanko on kytketty toimilaitteeseen 502, joka on järjestetty kohdistamaan tankopurkaimen tankoon 303 ja tangon välityksellä koko tankopur-kaimeen 301 edellä kuvatun edestakaisen liikkeen. Toimilaite 502 voi toimia esimerkiksi paineilmalla, hydraulisesti tai mekaanisesti ja se voi olla esimer-5 kiksi paineilma- tai hydraulisylinteri. Toimilaite voi olla järjestetty tulipesään. Edullisemmin toimilaite on järjestetty tulipesän ulkopuolelle. Toimilaitteen 502 tankoon 303 kohdistama voima voi olla sovitettu tuhkan siirtoa ajatellen riittäväksi. Sekä kanavan 203 leveys ja syvyys, että kolan tai kolien muoto ja määrä sekä sijainti voivat vaikuttaa tarvittavaan voimaan. Syvässä ja leveäs-10 sä kanavassa tarvitaan suurempaa voimaa kuin matalassa ja kapeassa kanavassa ja vastaavasti korkea kola voi vaatia suurempaa voimaa kuin matala kola. Hydraulitoiminen toimilaite 502 voi kyetä tuottamaan suurempia voimia kuin paineilmatoiminen toimilaite.

15 Tuhkanpoistoelin voidaan kytkeä toimilaitteeseen esim. paineistetussa tilassa tulipesän ulkopuolella. Esimerkiksi kuvassa 5 tanko 303 on kytketty toimilaitteeseen 502 tankotilassa 504, joka toimii paineistettavana tilana. Tankotilaan sijoittuu tuhkanpoistoelimen jokin osa ja/tai toimilaitteen jokin osa. Jos tulipesän 100 paine olisi suurempi kuin tankotilan 504 paine, saattaisi läpiviennin 20 kautta kulkeutua tulipesästä hiekkaa ja/tai tuhkaa tankotilaan, mikä saattaisi haitata toimilaitteen 502 toimintaa. Paine-ero kattilan tulipesän 100 ja tanko-tilan 504 välillä voidaan tasata tuomalla paineilmaa tankotilaan esimerkiksi putken 505 kautta. Paine tankotilassa 504 voi myös olla suurempi kuin paine tulipesässä, jolloin paineilma purkautuu läpiviennistä 501 tulipesään 100 pol-25 ton primääri-ilmaksi.

δ ™ Paineistettu tila on läpiviennin 501 yhteydessä. Tankopurkaimen tanko 303

CO

9 tai muu osa, tai toimilaitteen jokin osa, tai ne molemmat, sijoittuvat tankoti- ” laan 504. Toimilaitteelle 502 on lisäksi tarvittaessa omat läpiviennit, esimer- g 30 kiksi sylinterin männänvartta varten. Sylinteri voi olla kiinnitettynä tankotilaan.

□_ O) § Kuvissa 1 - 5 esitetyssä arinassa tuhkanpudotuskanava 103 on järjestetty

LO

arinan ensimmäiseen reunaan, ja toimilaite 502 vastakkaiseen toiseen reu- ° naan. On kuitenkin mahdollista, että tuhkanpudotuskanava on järjestetty ari- 35 nan keskelle. Suuriin arinoihin voidaan tällöin järjestää kuvatunkaltaiset tan-kopurkaimet arinan kahteen vastakkaiseen reunaan tuhkanpudotuskanavan 9 molemmin puolin. Pienissä arinoissa, joissa tuhkanpudotuskanava on arinan keskellä, saatetaan voida käyttää yhtä pitkää tankopurkainta kussakin kanavassa 203 siten, että kukin tankopurkain jatkuu tuhkanpudotuskanavan yli. Tällöin kaikki arinaratkaisun toimilaitteet voivat sijaita arinan samalla reunalla.

5 Tällaisessa ratkaisussa tuhkanpudotuskanavan eri puolilla olevat kolat liikkuvat tuhkanpudotuskanavaan nähden eri suuntiin: kanavan ensimmäisellä puolella kohti kanavaa ja kanavan toisella puolella poispäin kanavasta. Vastaavasti epäsymmetriset kolat voi olla järjestetty kanavan eri puolilla eri suuntiin, eli työntämään tuhkaa aina kohti tuhkanpoistokanavaa. Lisäksi on mah-10 dollista, että arina käsittää tuhkanpudotuskanavan molemmilla reunoillaan, ja tankopurkaimen kukin kola on järjestetty siirtämään tuhkaa arinalta kohti kolan läheisintä tuhkanpudotuskanavaa. Esimerkiksi arinan ensimmäisellä puolella kohti ensimmäisen puolen tuhkanpudotuskanavaa ja arinan toisella puolella kohti toisen puolen tuhkanpudotuskanavaa. On selvää, että tuhkanpudo-15 tuskanava tai useat tuhkanpudotuskanavat voivat sijaita myös muualla kuin arinan keskilinjalla tai reunoissa ja kukin kola voi olla järjestetty siirtämään tuhkaa kohti tätä kolaa läheisintä tuhkanpudotuskanavaa. Lisäksi, vaikka arina käsittäisi vain yhden tuhkanpudotuskanavan, toimilaite 502 voisi olla järjestetty tuhkanpudotuskanavan kanssa samalle puolelle arinaa, jolloin tanko-20 purkaimen tanko kulkisi tuhkanpudotuskanavan yli. Ratkaisu, jossa on toimilaitteita arinan molemmilla puolilla voi olla kalliimpi toteuttaa kuin ratkaisu, jossa toimilaitteita on vain arinan toisella puolella. On lisäksi mahdollista, että yksi toimilaite on järjestetty liikuttamaan useita tuhkanpoistoelimiä.

25 Kuvissa esitetyssä suoritusmuodossa arinan yksi reuna on tuhkanpudotus-^ kanavan 103 reunassa. Tällöin tankopurkaimen ainakin yksi kola on järjestet- ™ ty työntämään tuhkaa kohti arinan reunaa. Jos tuhkanpudotuskanava sijait-

CO

o see arinan keskilinjalla, arina on kaksiosainen, ja kummallakin osalla on yh- “ teinen reuna tuhkanpudotuskanavan 103 reunan kanssa. Näin ollen myös g 30 tapauksessa, jossa tuhkanpudotuskanava on arinan keskellä, tankopurkai-

CL

men ainakin yksi kola on järjestetty työntämään tuhkaa kohti arinan osien <j) § reunaa, eli arinan reunaa. Myös useampien tuhkanpudotuskanavien tapauk-

LO

sessa tankopurkaimen ainakin yksi kola on järjestetty työntämään tuhkaa ° kohti jotakin arinan reunaa.

35 10

Kuvassa 6 on esitetty yksityiskohtaisemmin eräitä arinan 102 kanavia 203 ja kanavissa olevia kolia 302. Kuva 6 on suurennos kuvan 2 osasta VI. Kanavat jäävät ilmasuuttimien 201, 202 väliin. Ilmasuuttimien leveys on ilma-aukkojen 201a, 202a kohdalla tyypillisesti suurempi kuin ilmasuuttimien ala-5 osassa. Tällaisten ilmasuuttimien väliin jäävä kanava olisi luonnostaan levenevä kohti pohjaansa. Kanava, jonka muoto olisi arinan pohjaa kohti levenevä, saattaisi käytön aikana tukkeutua polttoaineen mukana tulleiden palamattomien epäpuhtauksien, kuten metalliesineiden, vuoksi. Tämän ongelman ratkaisemiseksi kuvassa 6 kanavan leveys on järjestetty oleellisesti vakioksi 10 koko korkeudeltaan ilmasuuttimien massauksen 601 avulla. Massauksen avulla on mahdollista myös tehdä kanavista keskenään yhtä leveitä, kuten kuvassa on esitetty. Erityisesti arinan reunimmainen kanava 203a on kavennettu massauksen avulla yhtä leveäksi kuin muut kanavat 203. Tämä voi olla valmistusteknisesti edullista, sillä tällöin kaikissa kanavissa voidaan käyttää 15 keskenään samanlaisia tuhkansiirtoelimiä. Massauksen avulla voi olla mahdollista tehdä kanavasta 203 pohjaansa kohti kapeneva, jolloin myös edellä kuvattu tukkeutumisongelma poistuu. Kuvaa 6 vastaan kohtisuorassa suunnassa kanavat 203 ovat edullisesti suoria ja niiden muoto jatkuu samana koko kanavan, esimerkiksi koko arinan, matkalla. Kuvassa 6 on esitetty erään 20 tankopurkaimen tangon 303 poikkileikkaus. Tanko 303 on edullisesti järjestetty poikkisuunnassa kanavan 203 keskelle ja tanko voi olla poikkileikkaukseltaan ympyrä. Myös muut poikkileikkausmuodot ovat mahdollisia, mutta on edullista sovittaa läpiviennin 501 tai läpivientiholkin (kuva 5) muoto tangon poikkileikkauksen muotoon.

25 ? Kuvissa 7a-7d on havainnollistettu eräitä muita suoritusmuotoja tuhkanpois- o ^ toelimelle tuhkan siirtämiseksi ja poistamiseksi mekaanisesti polttokattilasta.

CO

o Kuvassa 7a on esitetty sivukuvanto eräästä tuhkanpoistoelimestä, ruuvipur- $2 kaimesta 701. Ruuvipurkain voi käsittää akselin 703 ja siihen kiinnitetyn kierii 30 reosan 702. Eräät ruuvipurkaimet käsittävät ainoastaan kierreosan 702.

CL

Myös ruuvipurkaimelle voi olla järjestetty tukirakenne tukemaan ruuvipurkain-S ta pituussuuntaan nähden kohtisuorassa. Kanava 203 voi toimia tällaisena

LO

tukirakenteena. Ruuvipurkaimen kierreosan 702 pyöriessä akselinsa ympäri S kierreosa työntää ruuvipurkaimessa olevaa tuhkaa kohti tuhkanpudotuskana- 35 vaa 103. Voi olla, että ruuvipurkaimen nousukulma ei ole koko toimintamat-kalta tasainen. Voi esimerkiksi olla, että ruuvipurkaimen nousukulma on lä- 11 hellä tuhkanpudotuskanavaa jyrkempi kuin kaukana siitä. Tällöin ruuvipurkain voi purkaa tuhkaa tasaisemmin kuin ruuvipurkain, jolla olisi tasainen nousu-kulma. Kuvassa 7b on esitetty kaksi ruuvipurkainta päätykuvantona katsottuna tuhkanpudotuskanavasta. Ruuvipurkaimien kierreosien pyörimissuunta on 5 havainnollistettu nuolella 709. Jos ruuvipurkain käsittää lisäksi akselin, voidaan kierreosat järjestää pyörimään akselin mukana. Kierreosien ja arinan väliin, esimerkiksi kierreosien 702 ja massauksen 708 väliin voi olla järjestetty arinaa suojaava rakenne, kuten kulutuslevy. Ruuvipurkaimen akseli voi olla järjestetty kiinnitettäväksi toimilaitteeseen, joka toimilaite voi pyörittää ruuvi-10 purkaimen akselia tai kierreosia. Toimilaite voi sijaita tulipesässä tai edullisemmin tulipesän ulkopuolella. Jos toimilaite on järjestetty tulipesän ulkopuolelle, polttokattila käsittää läpiviennin tuhkanpoistoelimen osan, esimerkiksi akselin, tuomiseksi toimilaitteen yhteyteen. Erityisesti läpivienti voi käsittää akselitiivisteen, jolla ruuvipurkaimen akselin läpivienti järjestetään tiiviiksi val-15 litsevia paine-eroja ajatellen.

Eräs kolmas vaihtoehto tuhkanpoistoelimeksi on hihnapurkain. Hihnapurkai-men 751 sivukuvanto on esitetty kuvassa 7c. Hihnapurkain 751 käsittää hihnan 753, joka on järjestetty liikkumaan hihnapyörän 754 avulla. Hihnapyörän 20 754 pyörimissuunta on esitetty pyörään piirretyllä nuolella. Hihnapurkain voi käsittää lisäksi kolan 752, jolla hihnan tuhkansiirtokykyä voidaan parantaa. Lisäksi hihnapurkain voi käsittää tukitason 755. Hihnapurkaimen hihna voi olla valmistettu esimerkiksi metallista, kuten teräksestä. Hihnapurkaimen ongelmana voi olla hihnan siirtyminen sivuttaissuunnassa. Tätä ongelmaa voi-25 daan ehkäistä hihnapyörään 754 järjestetyillä tuilla. Lisäksi kanava 203 voi ? toimia hihnapurkaimen sivuttaissuuntaisena tukirakenteena. Kanavan pohjal- ^ le, hihnapurkaimen ja arinan väliin voi olla järjestetty arinaa suojaava raken-

CO

o ne, kuten kulutuslevy. Kuvassa 7d on esitetty kaksi hihnapurkainta päätyku- ” vantona katsottuna tuhkanpudotuskanavasta. Myös hihnapurkaimen toisessa g 30 päässä (ei esitetty) voi olla toinen hihnapyörä. Toimilaite voi olla järjestetty

CL

pyörittämään toista hihnapyörää, jolloin hihnapurkaimen hihna liikkuu ja siir-S tää tuhkaa kohti tuhkanpudotuskanavaa 103. Toimilaite voi olla järjestetty

LO

tulipesän ulkopuolelle. Jos toimilaite on järjestetty tulipesän ulkopuolelle, polt-° tokattila käsittää läpiviennin tuhkanpoistoelimen osan tuomiseksi toimilaitteen 35 yhteyteen.

12

Kuvien la-16 mukaisissa suoritusmuodoissa toimilaite voi olla moottori, joka pyörittää ruuvipurkainta tai hihnapyörää. Tällainen moottori voi toimia esimerkiksi sähköllä, hydraulisesti tai paineilmalla. Osa tuhkanpoistoelimestä on voitu tuoda tulipesän ulkopuolelle läpiviennin kautta. Kuvaa 5 vastaavasti 5 tuhkanpoistoelimen osa voidaan tuoda läpiviennin kautta paineistettuun tilaan. Tällöin osa tuhkanpoistoelimestä on järjestetty tulipesän ulkopuolelle paineistettuun tilaan. Paine paineistetussa tilassa voi olla vähintään yhtä suuri kuin paine tulipesässä. Tällöin paineistetussa tilassa oleva paine ehkäisee polttokattilassa olevan aineksen siirtymisen tulipesän ulkopuolelle. Lisäksi 10 tuhkanpoistoelin voidaan kytkeä toimilaitteeseen.

Kuvien 6 ja 7 mukaisissa suoritusmuodoissa ilmasuuttimien 201, 202 ilma-aukot 201a, 202a sijaitsevat kanavan 203 yläosassa. Tällöin palaminen tapahtuu oleellisesti ilmasuuttimien yläpuolella eikä itse kanavassa 203. Tällai-15 sessa ratkaisussa lämpötila kanavassa on huomattavasti matalampi kuin muualla tulipesässä. Tällöin kanavaan liikkuvaksi järjestetty tuhkanpoistoelin, kuten tankopurkain 301, ruuvipurkain 701 tai hihnapurkain 751 ei joudu alttiiksi erityisen kuumille ja vaativille olosuhteille. Tällainen ratkaisu saattaa parantaa tuhkanpoistoelimen luotettavuutta ja lisätä odotettavissa olevaa 20 käyttöikää. Lisäksi tällaisella ratkaisulla varmistetaan raskaan aineksen erottelu hienosta aineksesta ilmavirtaukseen perustuvalla seulonnalla, jolloin kanaviin 203 keräytyy erityisesti suurikokoisia partikkeleita, kuten tuhkaa, pienempien partikkeleiden leijuessa leijutusilman avulla. Seulonnan varmistamiseksi tällaisessa arinarakenteessa primääri-ilmaa ei tuoda tulipesään kanavi-25 en 203 pohjalta, toisin sanoen primääri-ilmaa ei syötetä tuhkanpoistoelimen ^ läpi, vaan primääri-ilma tuodaan polttokattilaan arinan kanavien 203 välisistä

O

™ kohdista, esimerkiksi ilmasuuttimilla 201,202.

CO

o i ” Edellä esitettyjen esimerkkien mukaisesti tuhkanpoistoelin on mekanisoitu g 30 elin, joka oman liikkeensä avulla siirtää kanavaan saapunutta tuhkaa ja muu-

CL

ta materiaalia. Tuhkanpoistoelin toimii kuljettimena, joka on sijoittuneena kat- S tilan sisään, ja sijoittuu arinana toimivan ja jäähdytysputkista muodostetun m seinämän päälle. Tuhkaa siirretään arinaa pitkin kanavan avulla, esimerkiksi ° em. seinämää pitkin. Esitetty tuhkanpoistoelin soveltuu kanaviin, joiden kal- 35 tevuus on niin pieni, että tuhka ja materiaali ei itsestään ja painovoiman vaikutuksesta valu pois arinan päältä. Siirto tapahtuu tavallisimmin olennaisen 13 vaakasuuntaisessa suunnassa tai sivulle päin, riippuen esim. arinan kaltevuudesta. Sopivimmin on niin, että kanavan syvyys pysyy lähes vakiona sen koko pituudelta. Edellä esitetyissä esimerkeissä tuhkanpoistoelin mm. puskee tai työntää tuhkaa, tai kantaa sitä mukanaan, ja purkaa sen haluttuun 5 paikkaan.

Keksintöä on kuvattu leijukattilan ja sen arinan yhteydessä, mutta kuvatun kaltaisia tuhkanpoistoelimiä voidaan käyttää myös muissa polttokattiloissa.

10 Keksintöä ei ole rajattu vain edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan sitä voidaan soveltaa oheisten patenttivaatimuksien määrittelemissä puitteissa.

't δ c\j

CO

o

CO

X

cc

CL

CD

O

LO

δ C\l

Claims (12)

1. Polttokattilan arina (102), joka käsittää: ilmasuuttimia (201, 202) primääri-ilman syöttämiseksi polttokattilan 5 tulipesään (100) ja ainakin yhden kanavan (203) sijoittuneena mainittujen ilmasuutti-mien (201, 202) väliin, joka kanava (203) on päältä avoin, jolloin kanava on sovitettu keräämään tulipesän tuhkaa ja materiaalia, joka 10. kanava (203) on sijoittuneena alemmaksi kuin mainitut ilmasuutti- met (201, 202) tai niiden primääri-ilman ilmasuihku, jolloin palaminen tapahtuu oleellisesti ilmasuuttimien (201, 202) yläpuolella ja lämpötila kanavassa (203) on matalampi kuin muualla tulipesässä, tunnettu siitä, että arina (102) käsittää 15. ainakin yhden tuhkanpoistoelimen (301, 701, 751), joka on sijoitet tu mainittuun kanavaan (203) ja sovitettu siirtämään tuhkaa ja materiaalia mekaanisesti kanavaa (203) pitkin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen arina, tunnettu siitä, että arina (102) kä-20 sittää useita mainittuja kanavia (203), jotka muodostavat uria tai uramaisia rakenteita, joihin on sijoittuneena tuhkanpoistoelin (301, 701, 751) ja jotka ovat yhdensuuntaisia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen arina, tunnettu siitä, että arinan 25 (102) ja/tai kanavien (203) pohjana on jäähdytysputkista (106) muodostettu ^ seinämä, joka on tarkoitettu arinan (102) lämmön siirtoon. O C\J CO

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen arina, tunnettu siitä, että tuh- ” kanpoistoelin on tyypiltään tankopurkain (301), ruuvipurkain (701) tai hihna- 30 purkain (751). CL CT)

5. Polttokattila, joka käsittää m - tuhkanpudotuskanavan (103), joka on sovitettu poistamaan tuhkaa ° ja materiaalia tulipesästä, 35 tunnettu siitä, että polttokattila käsittää lisäksi: jonkin patenttivaatimuksen 1- 4 mukaisen arinan (102), jonka tuh-kanpoistoelin (301, 701, 751) on sovitettu siirtämään tuhkaa ja materiaalia mekaanisesti kanavaa (203) pitkin kohti tuhkanpudo-tuskanavaa (103). 5

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen polttokattila, tunnettu siitä, että mainittu polttokattila on kerrosleijukattila tai kiertoleijukattila, jossa mainittu primääri-ilma on sovitettu toimimaan samalla tulipesän leijutusilmana.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen polttokattila, tunnettu siitä, että polt tokattila käsittää lisäksi ilmalaatikon (105), joka on sovitettuna arinan alle ja josta primääri-ilma on syötettävissä arinan läpi tulipesään.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen polttokattila, tunnettu siitä, 15 että tuhkanpoistoelin on tyypiltään tankopurkain (301), ruuvipurkain (701) tai hihnapurkain (751).

9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen polttokattila, tunnettu siitä, että tuhkanpoistoelin on tyypiltään tankopurkain, joka käsittää: 20. tangon (303), joka on järjestetty liikkumaan edestakaisin toimilait teen (502) ohjaamana; useita tankoon kytkettyjä kolia (302), jotka ovat muodoltaan järjestetyt työntämään tuhkaa ja materiaalia kanavaa pitkin kohti tuh-kanpudotuskanavaa. 25

^ 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen polttokattila, tunnettu siitä, että: o ^ - toimilaite (502) on sijoitettu tulipesän ulkopuolelle; ja CO o - polttokattila käsittää läpiviennin (501), jonka kautta tuhkanpois- ” toelimen (301, 701, 751) jokin osa tai toimilaitteen (502) jokin osa g 30 on vietävissä polttokattilan seinän tai arinan läpi. CL G)

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen polttokattila, tunnettu siitä, että poltto- m kattila käsittää lisäksi: ° - paineistettavan tilan (504), joka on sijoittuneena tulipesän ulkopuo- 35 lelle ja johon mainittu läpivienti (501) on yhteydessä, jolloin tuh- kanpoistoelimen (301, 701, 751) jokin osa ja/tai toimilaitteen (502) jokin osa on sijoittuneena mainittuun paineistettavaan tilaan (504).

12. Jonkin patenttivaatimuksen 5-11 mukainen polttokattila, tunnettu siitä, 5 että: arina (102) käsittää useita mainittuja kanavia (203) , jotka muodostavat uria tai uramaisia rakenteita, joihin on sijoittuneena tuhkan-poistoelin (301, 701, 751) ja jotka ovat yhdensuuntaisia; ja tuhkanpudotuskanava (103) ulottuu useiden kanavien (203) luokse 10 niin, että se on sijoittuneena arinan (102) viereen tai osiin jaetun arinan kahden osan väliin. 't δ c\j CO o CO X cc CL CD O LO δ C\l