FI128782B

FI128782B - Talteenottokattilan lämmöntalteenottopintojen järjestely

Info

Publication number: FI128782B
Application number: FI20165056A
Authority: FI
Inventors: Jukka Röppänen
Original assignee: Andritz Oy
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2020-12-15
Also published as: US10502410B2; CL2018001967A1; JP6956727B2; WO2017129861A1; PT3408588T; BR112018014353B1; RU2734370C2; BR112018014353A2; PL3408588T3; CN108474549A; US20190078773A1; CA3010710C; JP2019507306A; RU2018130821A3; FI20165056A; ES2928375T3; EP3408588A1; EP3408588B1; CA3010710A1; RU2018130821A

Abstract

Esillä oleva keksintö koskee järjestelyä talteenottokattilassa, jossa on tulipesä (1, 2, 3) jätelipeän polttamiseksi ja savukaasukanava, joka käsittää pystysuoria savukaasusolia (22), joista ainakin osaan on sijoitettu lämpöpintayksikköjä lämmön talteenottamiseksi savukaasuista. Tulipesän jälkeen ensimmäiseen savukaasusolaan on sijoitettu välitulistin (21) ja yksi seuraavista lämpöpintayksiköistä: ekonomaiseri (25, 52) tai keittopinta (40, 62). Välitulistin ja toinen lämpöpintayksikkö on sijoitettu savukaasun horisontaalisessa tulosuunnassa peräkkäin, niin että savukaasusolassa savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja kuumentaa välitulistinta (21) ja toista lämpöpintayksikköä (25, 40) samanaikaisesti. Toisen järjestelyn mukaan välitulistimen (50, 60) ja toisen lämpöpintayksikön lämpöpintaelementtejä (52, 62) on sijoitettu vierekkäin suunnassa, joka on poikittain savukaasun horisontaalisen tulosuunnan suhteen.

Description

TALTEENOTTOKATTILAN LÄMMÖNTALTEENOTTOPINTOJEN JÄRJESTELY Keksinnön kohde

Esillä oleva keksinnön kohteena on järjestely selluloosateollisuuden jäteliemen, kuten mustalipeän, poltosta syntyvien savukaasujen lämmön talteenottamiseksi sellutehtaan kemikaalien talteenottokattilassa. — Keksinnön tausta Sellunvalmistuksessa ligniini ja muu orgaaninen ei-sellupohjainen aines erotetaan keittokemikaaleilla sellun raaka-aineesta keittämällä.

Sellun keitossa käytetty keit- tolipeä eli jäteliemi otetaan talteen.

Jäteliemellä, joka erotetaan mekaanisesti sel- — lusta, on korkea polttoarvo sen sisältämien hiilipitoisten ja muiden orgaanisten, sellusta erotettujen, palavien aineiden ansiosta.

Jäteliemi sisältää lisäksi sellun keitossa reagoimattomia, epäorgaanisia kemikaaleja.

Jäteliemen lämmön ja kemi- kaalien talteenottamiseksi on kehitetty useita eri menetelmiä. — Sulfaattisellun valmistuksessa saatu mustalipeä poltetaan talteenottokattilassa.

Mustalipeän sisältämien orgaanisten ja hiilipitoisten aineiden palaessa jäteliemen epäorgaaniset komponentit muuttuvat kemikaaleiksi, joita voidaan kierrättää ja hy- väksikäyttää uudelleen keittoprosessissa. — Mustalipeän poltossa syntyy kuumia savukaasuja, jotka johdetaan kosketukseen o talteenottokattilan erilaisten lämmönsiirtolaitteiden kanssa.

Savukaasu luovuttaa O lämpöä lämmönsiirtimien sisällä virtaavaan veteen tai höyryyn tai veden ja höyryn co seokseen samalla itse jäähtyen.

Savukaasut sisältävät tavallisesti paljon tuhkaa. = Valtaosa tuhkasta on natriumsulfaattia ja seuraavaksi eniten yleensä natriumkar- > 30 — bonaattia.

Tuhkassa on lisäksi muita komponentteja.

Savukaasujen mukana kul- n. keutuva tuhka on tulipesässä suurelta osaltaan höyrystyneessä muodossa, ja al- D kaa muuttua hienoksi pölyksi tai sulapisaroiksi pääasiassa kattilan tulipesän jäl- 2 keisissä osissa.

Tuhkan sisältämät suolat sulavat tai ovat tahmeita hiukkasia jo > suhteellisen alhaisessa lämpötilassa.

Sulat ja tahmeat hiukkaset tarttuvat helposti —lämmönsiirtopintoihin ja jopa syövyttävät niitä.

Tahmean tuhkan muodostamat kerrostumat ovat aiheuttaneet savukanavien tukkeutumisvaaran ja lisäksi katti- lassa lämpöpintojen korroosiota ja kulumista. — Kemikaalien talteenottokattila muodostuu tavanomaiseen tapaan seuraavista pää- osista, jotka on esitetty kaavamaisesti kuvassa 1: Kuviossa 1 on kemikaalien talteenottokattilan rakenne, jossa on tulipesä, jota ra- joittavat vesiputkiseinät: etuseinä 11, sivuseinät 16 ja takaseinä 10, ja myös vesi- — putkista muodostettu pohja 15. Tulipesään syötetään polttoilmaa usealta eri ta- solta.

Jätelientä, kuten mustalipeää, johdetaan kattilaan suuttimista 12. Poltossa tulipesän pohjalle muodostuu jäteliemestä sulakeko. - Tulipesän alaosa 1, jossa jätelipeän polttaminen pääosin tapahtuu. — - Tulipesän keskiosa 2, jossa kaasumaisten polttokelpoisten aineiden loppuunpa- laminen pääosin tapahtuu. - Tulipesän yläosa 3 - Tulistinalue 4, jossa höyrylieriöstä 7 lähtevä kylläinen höyry muutetaan lämpöti- laltaan korkeammaksi (tulistetuksi) höyryksi.

Tulistinalueella tai sen edessä on — usein ns. verhokeittopinta tai verhoputkisto, joka toimii yleensä veden kiehutti- mena. - tulipesän jälkeisessä savukaasukanavassa ovat tulistimien jälkeiset lämmönsiir- timet, keittopinta ja ekonomaiserit, joissa tulipesässä muodostuneen savukaasun lämpö otetaan talteen.

Keittopinta 5, eli veden höyrystin, sijaitsee talteenottokatti- — lan savukaasukanavan ensimmäisessä savukaasusolassa eli ns. 2-vedossa.

Keit- topinnassa kylläisessä lämpötilassa oleva vesi kiehutetaan osittain höyryksi.

N - Syöttöveden esilämmittimet eli ns. ekonomaiserit 6a, 6b, joissa savukaasujen N avulla esilämmitetään lämmönsiirtoelementeissä virtaava syöttövesi ennen veden S johtamista lieriöön 7 ja kattilan höyrystäviin osiin (keittopinta 5, tulipesän seinät ja - 30 — mahdollinen verhokeittopinta) ja tulistaviin osiin 4. E - Lieriö (tai höyrylieriö) 7, jonka alaosassa on vettä ja yläosassa kylläistä höyryä.

O Toisissa kattiloissa on kaksi lieriötä: höyrylieriö (ylälieriö) ja vesilieriö (alalieriö), 3 joiden välille on sijoitettu veden kiehuttamista varten tarkoitettu lämmönsiirrin, ns. 2 keittopintaputkisto.

- Kattilaan liittyvät muut osat ja laitteet, kuten esimerkiksi polttoilmajärjestelmä, savukaasujärjestelmä, lipeän syöttöjärjestelmä, sulan ja talteenottolipeän käsitte- lyjärjestelmä, syöttövesipumput, jne. Ns. nokkaa on merkitty viitenumerolla 13.

— Kattilan vesi/höyrykierto on järjestetty luonnonkierrolla, jolloin tulipesän seinien ja pohjan vesiputkissa muodostuva vesi/höyryseos nousee ylös keräilyputkien kautta höyrylieriöön 7, joka on kattilaan nähden poikittain eli etuseinän 11 suuntai- sesti. Höyrylieriöstä kuumaa vettä virtaa laskuputkien 14 kautta pohjan 15 jako- tukkiin, josta vesi jakaantuu pohjan vesiputkiin ja edelleen vesiputkiseiniin.

Esilämmitin eli ekonomaiseri tarkoittaa tyypillisesti lämmönsiirrintä, joka muodos- tuu lämmönsiirtoelementeistä, joiden sisällä virtaa lämmitettävä kattilan syöttö- vesi. Ekonomaiserissa lämmönsiirtoelementtien välissä on savukaasuvirtaukselle vapaata tilaa. Savukaasun virratessa lämmönsiirtoelementtien ohi lämpöä siirtyy — elementtien sisällä virtaavaan syöttöveteen. Kattilan keittopinta muodostuu myös lämmönsiirtoelementeistä, joiden sisällä virtaa kiehutettava vesi tai veden ja höy- ryn seos, johon lämpö siirtyy elementtien ohi virtaavasta savukaasusta. Lämmöntalteenottoa varten olevat lämmönsiirtimet, eli keittopinta ja ekonomaise- rit, on tavallisesti rakennettu siten, että niissä savukaasu ei virtaa alhaalta ylös- päin, vaan yleensä pelkästään ylhäältä alaspäin. Ekonomaisereissa on yleensä veden virtaussuunta savukaasujen virtaussuunnalle vastakkainen, jotta lämmön- talteenotto saataisiin edullisemmaksi. — Eräissä jätelipeän talteenottokattiloissa keittopinta on konstruoitu siten, että savu- kaasut virtaavat oleellisesti vaakasuoraan. Yksilieriökattiloissa, joissa on tällainen N vaakavirtauskeittopinta, keittopinnan lämmönsiirtoelementit on sijoitettu siten, että A kiehutettava vesi virtaa oleellisesti alhaalta ylöspäin. Keittopinnasta tässä käyte- <Q tään nimeä vaakavirtauskeittopinta sen takia, että savukaasut virtaavat oleellisesti - 30 — vaakasuoraan. Kaksilieriökattiloissa on tyypilliseen tapaan ylälieriö ja alalieriö, joi- E den väliin keittopintaputkisto on sijoitettu siten, että kiehutettava vesi virtaa put- O kissa oleellisesti alhaalta ylöspäin, ja savukaasut virtaavat oleellisesti vaakasuo- 3 raan. Näissä tapauksissa voidaan käyttää savukaasu- ja vesivirtauksille yhteisesti 2 myös termiä ristivirtaus tai keittopinnalle termiä ristivirtauskeittopinta.

Kuviossa 1 kaavamaisesti esitetyssä tavanomaisessa jätelipeän talteenottokatti- lassa, jossa on ns. pystyvirtauskeittopinta 5, savukaasut virtaavat pystysuoraan ylhäältä alaspäin. Keittopinnan vieressä on savukaasuja varten virtaussola 8, jossa keittopinnan 5 läpi kulkeneet savukaasut virtaavat alhaalta ylöspäin. So- lassa 8 ei tavanomaiseen tapaan ole lämmönsiirtolaitetta. Solan 8 vieressä on en- simmäinen ekonomaiseri (ns. kuumempi ekonomaiseri) 6a, jossa savukaasut vir- taavat ylhäältä alaspäin luovuttaen lämpöä ekonomaiserin lämmönsiirtoelemen- teissä virtaavaan syöttöveteen. Vastaavalla tavalla kuumemman ekonomaiserin vieressä on toinen savukaasusola 9, jossa ekonomaiserin 6a alapäästä tulevat — savukaasut virtaavat ylöspäin. Myös tämä savukaasun virtaussola on tavanomai- seen tapaan oleellisesti tyhjä sola, jossa ei ole lämmöntalteenottoa varten sijoitet- tuja lämmönsiirtoelementtejä tai vedenesilämmittimiä. Savukaasusolan 9 vieressä on toinen ekonomaiseri, ns. kylmempi ekonomaiseri 6b, jossa savukaasut virtaa- vat ylhäältä alaspäin lämmittäen lämmönsiirtoelementeissä virtaavaa syöttövettä.

Keittopinnan 5 ja kahden ekonomaiserin 6a, 6b ja niiden välissä olevien solien 8, 9 lisäksi kattilassa saattaa olla lisäksi useampia vastaavanlaisia savukaasusolia ja ekonomaisereita.

— Savukaasut on tunnetusti keittopinnalla ja ekonomaiserissa saatettu virtaamaan ylhäältä alaspäin. Savukaasujen joukossa kulkeutuva tuhka likaa lämmönsiirtopin- toja. Tuhkapartikkelien tarttuessa lämmönsiirtopintoihin tuhkakerroksen paksuus kasvaa vähitellen, mikä heikentää lämmönsiirtoa. Jos tuhkaa kertyy pinnoille pal- jon, saattaa savukaasun virtausvastus kasvaa häiritsevän suureksi. Lämmönsiir- — topintoja pidetään puhtaana höyrynuohoimilla, joiden kautta aika ajoin puhalletaan höyryä lämmönsiirtopinnoille, jolloin pinnoille kerääntynyt tuhka saadaan irtomaan N ja kulkeutumaan savukaasujen mukana lämmönsiirtopinnan alaosassa oleviin A tuhkankeräyssuppiloihin.

<Q

N — 30 — Kaikissa talteenottokattiloissa ei ole keittopintaa. FI-patenttihakemuksessa E 20002055 on esitetty ratkaisu, jossa talteenottokattilaa seuraavassa ensimmäi- O sessä savukaasukanavan osassa, ns. 2-vedossa, on ainakin yksi tulistin, erityi- 3 sesti primääritulistin. Tällöin ongelmana voi olla savukaasukanavan osan pintojen = lämpötilan nousu liian korkeaksi. FI-patenttihakemuksessa 20125968 esitetään N 35 — että ko. savukaasukanavan osa on järjestetty jäähdytettäväksi verhoputkistosta tulevalla jäähdytysväliaineella.

Fl-patentissa 122652 esitetään järjestely, jossa talteenottokattilan jälkeiseen sa- vukaasukanavan osaan, ns. 2-vetoon, on sijoitettu savukaasun tulosuunnassa pe- räkkäin sekä keittopinta että ekonomaiseri, mutta tulistinpinnat sijaitsevat tunne- 5 tun tekniikan mukaisesti kattilan tulipesän yläosassa. Kun 2-vedossa on keitto- pinta ja ekonomaiseri, niin se rajoittaa muun lämpöpinnan, kuten tulistinpinnan, si- joittelua savukaasuvirtauksessa.

On myös ratkaisuja, joissa sellutehtaan sähkötuotantoa ehdotetaan parannetta- van talteenottokattilaan sijoitetun välitulistimen avulla. Välitulistin ja tulistin ovat periaatteessa ja käytännössä samanlaisia lämpöpintoja. Erona on se, että ”varsi- naisissa” tulistimissa (mitä tässä patenttihakemuksessa kutsutaan tulistimeksi) kattilan lieriöstä lähtenyttä kylläistä höyryä tulistetaan vaihe vaiheelta kuumem- maksi (esimerkiksi lämpötilaan n. 515 *C), kunnes viimeisen vaiheen jälkeen sitä — kutsutaan tuorehöyryksi. Tuorehöyry johdetaan sitten höyryturbiiniin sähkötehon tuottamiseksi. Välitulistimessa taas kuumennetaan turbiinista otettua höyryä ja pa- lautetaan sen jälkeen takaisin turbiiniin. Turbiinista otetaan väliottoja ennalta suunnitelluissa painetasoissa ja niitä käytetään esim. syöttöveden tai polttoilmojen lämmittämiseen. Välitulistinta käytettäessä turbiinista johdetaan jäljellä oleva — höyry optimoidussa paineessa takaisin kattilaan, välitulistimeen, jossa höyry kuu- mennetaan ja kuumennettu höyry viedään takaisin turbiiniin sähköntuotannon pa- rantamiseksi. Tunnetuissa ratkaisuissa, kuten US-patenteissa US7640750 ja US8443606, välitulistimia on sijoitettu konventionaaliselle tulistinvyöhykkeelle tuli- pesän yläosassa. Tällainen järjestely kuitenkin vähentää tulistimille olevaa tilaa tai — kattilan ja sitä kautta koko kattilarakennuksen korkeutta täytyy lisätä. US-paten- tissa 7640750 on esitetty kaksivaiheinen välitulistin, jonka jälkimmäinen vaihe on N sijoitettu talteenottokattilassa olevaan kammioon. Kammiossa poltetaan polttoai- A netta savukaasujen tuottamiseksi. <Q - 30 Aiempia ratkaisuja tunnetaan mm. julkaisuista JP H09229301, EP 0884526; CZ E 304994, CN 103206699, JP 2003042406, JPH0882405 ja US 5299534. 3 O Keksinnön lyhyt selostus & — Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tarjota aikaisempaa joustavampi rat- kaisu talteenottokattilan erilaisten lämpöpintojen koon ja sijoittelun muuntelemiseksi prosessin tarpeen mukaan silloin, kun kattilassa on tulistimien lisäksi välitulistin.

Keksinnön mukaiselle järjestelylle on tunnusomaista se mitä itsenäisten vaatimus- ten tunnusmerkkiosissa on esitetty.

Keksinnön muille sovellutusmuodoille on tun- nusomaista se, mitä muissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksintö koskee järjestelyä talteenottokattilassa, jossa on tulipesä jätelipeän polt- tamiseksi ja savukaasukanava, joka käsittää pystysuoria savukaasusolia, joista — ainakin osaan on sijoitettu lämpöpintayksikköjä lämmön talteenottamiseksi savu- kaasuista.

Lämpöpintayksiköt ovat olennaisesti savukaasukanavan levyisiä.

Jär- jestelyssä on olennaista että välitulistin on sijoitettu tulipesän jälkeen ensimmäi- seen savukaasusolaan, ns. 2-vetoon, ja että välitulistimen lisäksi on sinne sijoi- tettu yksi seuraavista lämpöpintayksiköistä: ekonomaiseri tai keittopinta.

Välitulis- — tin ja toinen lämpöpintayksikkö on sijoitettu rinnakkain niin että savukaasusolassa savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja kuumentaa välitulistinta ja toista lämpöpintayksikköä samanaikaisesti.

Savukaasun horisontaalisen virtaus- suunnan suhteen välitulistin ja toinen lämpöpintayksikkö ovat peräkkäin.

Välitulis- tin ja toinen lämpöpintayksikkö, siis ekonomaiseri tai keittopinta, ovat tyypillisesti — savukaasukanavan levyisiä (so. tulipesän etu- ja taka-seinän pituisia). Kukin läm- pöpintayksikkö, so. välitulistin, ekonomaiseri ja keittopinta, muodostuvat joukosta lämpöpintaelementtejä.

Välitulistin, keittopinta ja ekonomaiseri tarkoittavat lämpöpintayksiköitä, jotka —muodostuvat lämmönsiirtoelementeistä, tyypillisesti putkista, joiden sisällä virtaa lämmitettävä vesi, höyry tai niiden seos.

Lämmönsiirtoelementtien välissä on sa- N vukaasuvirtaukselle vapaata tilaa.

Savukaasun virratessa lämmönsiirtoelement- A tien ohi lämpöä siirtyy elementtien sisällä virtaavaan veteen ja/tai höyryyn.

Välitu- <Q listin on kytketty höyryturbiiniin, minkä väliottohöyryä valitulistin kuumentaa.

Höyry - 30 — palautetaan höyryturbiiniin korkeammassa lämpötilassa, jolloin saadaan sähkön- E tuotantoa nostettua, koska höyry voidaan paisuttaa turbiinissa alhaisempaan pai- O neeseen.

Kattilan välitulistin voi olla myös kaksivaiheinen.

Tällöin ensimmäisen 3 vaiheen välitulistin on sijoitettu ensimmäiseen savukaasusolaan (ns. 2-vetoon) yh- = dessä ekonomaiserin tai keittopinnan kanssa.

Toisen vaiheen välitulistin sijaitsee N 35 — kattilan yläosassa ennen kakkosvetoa tulistinvyöhykkeellä.

Ensimmäisen vaiheen välitulistimesta höyry virtaa toisen vaiheen välitulistimeen ja edelleen turbiiniin.

Kun välitulistin on osana talteenottokattilaa, voidaan maksimoida sellutehtaan sähköntuotantoa sekä sen hyötysuhdetta. Keksintö koskee myös järjestelyä talteenottokattilassa, jossa on tulipesä jäteli- pean polttamiseksi ja savukaasukanava, joka käsittää pystysuoria savukaa- susolia, joista ainakin osaan on sijoitettu lämpöpintayksikköjä lämmön talteenotta- miseksi savukaasuista. Lämpöpintayksiköt koostuvat lämpöpintaelementeistä, jol- loin tulipesän jälkeen ensimmäiseen savukaasusolaan on sijoitettu välitulistin. Vä- litulistimen lisäksi ensimmäiseen savukaasusolaan on sijoitettu yksi seuraavista —(lämpöpintayksiköistä: ekonomaiseri tai keittopinta, ja välitulistimen ja toisen läm- pöpintayksikön lämpöpintaelementtejä on sijoitettu vierekkäin suunnassa, joka on poikittain savukaasun horisontaalisen tulosuunnan suhteen, niin että savukaasu- solassa savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja kuumentaa välitu- listinta ja toista lämpöpintayksikköä samanaikaisesti. Toisin sanoen välitulistinele- — menttejä ja toisen lämpöpintayksikön elementtejä on sijoitettu lomittain riviin, joka on poikittain savukaasun horisontaalisen tulosuunnan suhteen. Esimerkiksi joka toinen lämpöpintaelementti voi olla välitulistinelementti ja joka toinen ekonomai- seri- tai keittopintaelementti. Välitulistinelementtejä ja toisen lämpöpintayksikön elementtejä ei kuitenkaan tarvitse olla aina yhtä suurta määrää, vaan niiden — suhde määräytyy tarpeen mukaan.

Savukaasulla on kakkosvedossa tietty maksiminopeus, joka määrää käytännössä siellä olevan lämpöpinnan suuruuden, kuten lämpöpinnan muodostavien putkien määrän, ja savukaasusolan syvyyden. Kun erilaiset lämpöpinnat sijoitetaan kak- — kosvetoon rinnakkain pystysuuntaisen savukaasuvirtauksen suhteen, voidaan nii- den suuruus, kuten putkimäärä, valita vapaammin, koska savukaasut virtaavat nii- N den kaikkein kohdalta. Tästä on etua investointikuluissa ja sähköntuotannossa tal- A teenottokattiloissa, joissa haetaan parasta mahdollista suorituskykyä muuttamalla <Q eri lämpöpintojen keskinäisiä kokoja suhteessa toisiinsa ja yritetään pitää kattila- - 30 — rakennus mahdollisimman pienenä.

j O Lisäksi kakkosvedon nuohoimet nuohoavat kaikkia siellä rinnakkain olevia lämpö- 3 pintoja, jolloin säästetään nuohointen kokonaismäärässä ja nuohoushöyryn kulu- = tuksessa verrattuna kattilaan, jossa nämä ovat eri savukaasusolissa olevia erillisiä N 35 — peräkkäisiä pintoja.

Etuna on myös että kaikki tarvittavat tulistinpinnat mahtuvat kattilan tulipesän puo- lelle ilman, että kattilan kokoa tarvitsee kasvattaa. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan ensimmäiseen savukaasusolaan on si- joitettu välitulistin ja ekonomaiseri, ja ne on tyypillisesti sijoitettu savukaasun tulo- — suunnassa peräkkäin siten että välitulistin on ensimmäisenä. Tällöin etuna on se, että voidaan sijoittaa enemmän ekonomaiseripintaa kattilan sisälle suurentamatta rakennusta, jolloin voidaan nostaa syöttöveden lämpötila korkeammaksi pienem- millä kustannuksilla. Näin voidaan tehokkaasti hyödyntää kakkosvedon tilaa katti- loissa, joissa ei ole tarvetta keittopinnalle.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan ensimmäiseen savukaasusolaan on si- joitettu välitulistin ja keittopinta. Ne on tyypillisesti sijoitettu savukaasun tulosuun- nassa eli horisontaalisessa virtaussuunnassa peräkkäin siten että välitulistin on ensimmäisenä. Savukaasulla on keittopinnassa tietty maksiminopeus, joka mää- — rää käytännössä keittopinnan lämpöputkimäärän ja savukaasusolan syvyyden. Kun keittopinta sijoitetaan välitulistimen rinnalle, voidaan keittopinnan putkimäärä valita vapaammin, koska savukaasut virtaavat myös välitulistimen kohdalta. Tästä on etua investointikuluissa ja sähköntuotannossa niissä talteenottokattiloissa, joissa keittopinnan tarve on pienempi. Nykyisissä talteenottokattiloissa poltettavan — mustalipeän kuiva-aine on korkea (esim. 85%), ja myös tuorehöyryn paine esim. 110 bar ja lämpötila 510-520 *C ovat korkeita, jolloin tarvittavan keittopinnan suhde höyryn tulistinpintoihin on pienempi. Kakkosvedon seinien jäähdytys voidaan edullisesti järjestää niin että sen seinä- putket on kytketty omalla putkikierrolla kattilan lieriöön. Tämä järjestely tehdään edullisimmin silloin, kun kakkosvedossa ei ole keittopintaa. Jos taas kakkosve- N dossa on keittopinta, sen seinät jäähdytetään edullisimmin kytkemällä seinäputket A keittopinnan kanssa rinnan eli ne saavat jäähdytysveden keittopinnan laskuput- <Q kien kautta. Kummassakin edellä mainitussa tapauksessa kakkosvedon seinissä = 30 — virtaa höyry/vesiseosta. On myös mahdollista että seinien jäähdytys toteutetaan E höyryllä, jolloin seinäputket on kytketty ensimmäiseen tulistimeen. Höyryjäähdy- O tyksessä putkien lämpölaajenemisen hallinta voi olla vaativaa. g D Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan ensimmäiseen savukaasusolaan on si- N 35 — joitettu välitulistinelementtejä ja ekonomaiserielementtejä lomittain. Ne on siis si- joitettu vierekkäin riviin, joka on poikittain savukaasun horisontaalisen tulosuunnan suhteen.

Lämpöpintaelementit voidaan sijoittaa esimerkiksi siten että joka toinen elementti on välitulistinelementti ja joka toinen on ekonomaise- rielementti.

Sijoittelun ei tarvitse olla symmetristä.

On myös mahdollista että väli- tulistinelementtejä on enemmän kuin ekonomaiserielementtejä tai päinvastoin.

Elementtien määrä ja koko riippuvat tarvittavasta lämpöpinnasta kunkin kattilan rakenteen ja prosessiolo-suhteiden mukaan.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan ensimmäiseen savukaasusolaan on si- joitettu välitulistinelementtejä ja keittopintaelementtejä.

Ne on siis sijoitettu vierek- — käinriviin, joka on poikittain savukaasun horisontaalisen tulosuunnan suhteen.

Lämpöpintaelementit voidaan sijoittaa esimerkiksi siten että joka toinen elementti on välitulistinelementti ja joka toinen on keittopintaelementti.

Sijoittelun ei tarvitse olla symmetristä.

On myös mahdollista että välitulistinelementtejä on enemmän kuin keittopintaelementtejä tai päinvastoin.

Elementtien määrä ja koko riippuu tar- — vittavasta lämpöpinnasta kunkin kattilan rakenteen ja prosessiolosuhteiden mu- kaan.

Keittopinta saattaa tulla tarpeettomaksi korkeilla tuorehöyryn painetasoilla ja kor- keilla polttolipeän kuiva-ainetasoilla.

Tällöin voidaan myös kallis lieriö tehdä pie- —nemmäksi, kun siinä tarvitaan vähemmän faasien erotuskapasiteettia.

Kuvioiden lyhyt selostus kuvio 1 esittää kaavamaisesti tavanomaista talteenottokattilaa; — kuvio 2 esittää erästä esillä olevan keksinnön edullista suoritusmuotoa, jossa tal- o teenottokattilan savukaasukanavan ns. 2-vetoon on sijoitettu välitulistimen lisäksi O toinen lämpöpintayksikkö; 3 kuvio 3 esittää toista esillä olevan keksinnön edullista suoritusmuotoa, jossa tal- : teenottokattilan savukaasukanavan ns. 2-vetoon on sijoitettu välitulistimen lisäksi z 30 — toinen lämpöpintayksikkö; D kuvio 4 esittää kolmatta esillä olevan keksinnön edullista suoritusmuotoa, jossa © talteenottokattilan savukaasukanavan ns. 2-vetoon on sijoitettu välitulistimen li- N säksi toinen lämpöpintayksikkö, ja kuvio 5 esittää neljättä esillä olevan keksinnön edullista suoritusmuotoa, jossa tal- teenottokattilan savukaasukanavan ns. 2-vetoon on sijoitettu välitulistimen lisäksi toinen lämpöpintayksikkö.

Kuvioissa 2-5 on soveltuvin osin käytetty samoja viitenumeroita kuin kuviossa 1. Kuviossa2 esitetyssä suoritusmuodossa talteenottokattilan tulistimet (T) 20 sijait- sevat tulipesän yläosassa, joista tulistettu höyry johdetaan linjan 33 kautta käytet- täväksi sopivassa kohteessa, kuten turbiinissa.

Lisäksi tulistinalueella on välitulis- tin 30. Toinen välitulistin 21 sijaitsee ns. 2-vedossa 22. Savukaasu virtaa tulisti- mien 20 ohi pääasiassa vaakasuuntaisesti, kun taas savukaasukanavassa savu- — kaasu virtaa pystysuorien savukaasusolien läpi vuorotellen ylhäältä alas ja al- haalta ylös, kuten nuolilla 23 osoitetaan.

Savukaasukanavan alaosassa on tuh- kasuppiloita 24. Toisessa vedossa olevaan välitulistimeen 21 höyry tulee höyryturbiinilta (ei esi- tetty), jonka väliottohöyryä välitulistin kuumentaa.

Väliottohöyry johdetaan välitu- — listimeen 21 linjan 31 kautta.

Välitulistimesta 21 höyry johdetaan tulistinvyöhyk- keellä olevaan välitulistimeen 30, jonka jälkeen kuumennettu palautetaan höy- ryturbiiniin linjan 32 kautta.

Välitulistimen lisäksi savukaasusolaan, ns. 2-vetoon 22, on sijoitettu ekonomaiseri (E) 25. Savukaasusolassa savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja — kuumentaa välitulistinta 21 ja ekonomaiseria 25 samanaikaisesti.

Savukaasun ho- risontaalisen virtaussuunnan suhteen välitulistin 21 ja ekonomaiseri 25 ovat pe- räkkäin.

Välitulistin 21 ja ekonomaiseri 25 ulottuvat tyypillisesti koko savukaasu- kanavan leveydelle.

Savukaasu virtaa edelleen peräkkäisten savukaasusolien läpi, ja poistuu poistoaukon 26 kautta.

Ekonomaiserin 25 lisäksi savukaasukana- N 25 — vassa on ekonomaiserit 27 ja 28. Kattilavesi syötetään ekonomaisereihin linjan 29 A kautta, ja virrattuaan savukaasuun nähden vastavirtaan se johdetaan ns. 2-vedon = ekonomaiserista 25 kattilan lieriöön 7 linjan 34 kautta. z Kun välitulistin ja ekonomaiseri sijoitetaan kakkosvetoon alaspäin virtaavan savu- c kaasun suhteen rinnakkain, voidaan niiden putkimäärä valita vapaammin, koska 2 30 — savukaasut virtaavat kaikkein putkien ohitse.

Tästä on etua, kun on tarve muuttaa © eri lämpöpintojen keskinäisiä kokoja suhteessa toisiinsa ja pitää kattilan koko a mahdollisimman pienenä.

Kuviossa 3 esitetty suoritusmuoto koskee talteenottokattilaa, jossa tarvitaan keit- topintaa. Talteenottokattilan tulistimet (T) 20 sijaitsevat tulipesän yläosassa, joista tulistettu höyry johdetaan linjan 33 kautta käytettäväksi sopivassa kohteessa, ku- ten turbiinissa. Lisäksi tulistinalueella on välitulistin 30. Toinen välitulistin 21 sijait- seens. 2-vedossa 22. Savukaasu virtaa tulistimien 20 ohi pääasiassa vaakasuun- taisesti, kun taas savukaasukanavassa savukaasu virtaa pystysuorien savukaa- susolien läpi vuorotellen ylhäältä alas ja alhaalta ylös, kuten nuolilla 23 osoite- taan. Savukaasukanavan alaosassa on tuhkasuppiloita 24.

Toisessa vedossa olevaan välitulistimeen 21 höyry tulee höyryturbiinilta (ei esi- — tetty), jonka väliottohöyryä välitulistin kuumentaa. Väliottohöyry johdetaan välitu- listimeen 21 linjan 31 kautta. Välitulistimesta 21 höyry johdetaan tulistinvyöhyk- keellä olevaan välitulistimeen 30, jonka jälkeen kuumennettu palautetaan höy- ryturbiiniin linjan 32 kautta.

Välitulistimen lisäksi savukaasusolaan, ns. 2-vetoon 22, on sijoitettu keittopinta 40 Savukaasusolassa 22 savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja kuumentaa välitulistinta 21 ja keittopintaa 40 samanaikaisesti. Savukaasun hori- sontaalisen virtaussuunnan suhteen välitulistin 21 ja keittopinta 40 ovat peräkkäin. Välitulistin 21 ja keittopinta 40 ulottuvat tyypillisesti koko savukaasukanavan le- veydelle. Keittopinnassa 40 kattilan lieriöstä 7 linjan 41 kautta tuleva, kylläisessä — lämpötilassa oleva vesi kiehutetaan osittain höyryksi 42, joka johdetaan lieriöön 7. Savukaasu virtaa 2-vedon 22 jälkeen edelleen peräkkäisten savukaasusolien läpi ja poistuu poistoaukon 26 kautta. Savukaasukanavassa on lisäksi ekonomaiserit 43 ja 44. Kattilavesi syötetään ekonomaisereihin linjan 29 kautta, ja virrattuaan savukaasuun nähden vastavirtaan se johdetaan ns. 2-vedon jälkeisestä o 25 —ekonomaiserista 43 linjan 45 kautta kattilan lieriöön 7.

O A Kun välitulistin ja keittopinta sijoitetaan kakkosvetoon alaspäin virtaavan savukaa- = sun suhteen rinnakkain, tuo se etuja. Savukaasulla on keittopinnassa tietty maksi- T minopeus, joka määrää käytännössä keittopinnan putkimäärän ja savukaasusolan E syvyyden. Kun keittopinta sijoitetaan välitulistimen rinnalle, voidaan keittopinnan O 30 — putkimäärä valita vapaammin, koska savukaasut virtaavat myös välitulistimen 3 kohdalta. Tästä on etua investointikuluissa ja sähköntuotannossa niissä talteenot- > tokattiloissa, joissa keittopinnan tarve on pienempi. Keittopinnan tarve vähenee korkeilla tuorehöyryn painetasoilla ja korkeilla polttolipeän kuiva-ainetasoilla. Höy- rystykseen tarvittava lämpöteho pienenee höyryn paineen kasvaessa,

savukaasumäärä pienenee kuivemmalla polttolipeällä. Toisaalta syöttövettä pitää lämmittää kuumemmaksi, koska korkeampi paine nostaa samalla kylläistä lämpö- tilaa, jolloin ekonomaiseria pitää kasvattaa. Kuviossa 4 esitetyssä suoritusmuodossa talteenottokattilan tulistimet (T) 20 sijait- — sevattulipesän yläosassa, joista tulistettu höyry johdetaan linjan 33 kautta käytet- täväksi sopivassa kohteessa, kuten turbiinissa. Lisäksi tulistinalueella on välitulis- tin (V) 30. Toinen välitulistin 50 sijaitsee ns. 2-vedossa 22. Savukaasu virtaa tulis- timien 20 ohi pääasiassa vaakasuuntaisesti, kun taas savukaasukanavassa savu- kaasu virtaa pystysuorien savukaasusolien läpi vuorotellen ylhäältä alas ja al- — haalta ylös, kuten nuolilla 23 osoitetaan. Savukaasukanavan alaosassa on tuh- kasuppiloita 24. Toisessa vedossa olevaan välitulistimeen 50 höyry tulee höyryturbiinilta (ei esi- tetty), jonka väliottohöyryä välitulistin kuumentaa. Väliottohöyry johdetaan välitu- listimeen 50 linjan 51 kautta. Välitulistimesta 50 höyry johdetaan tulistinvyöhyk- — keellä olevaan välitulistimeen 30, jonka jälkeen kuumennettu palautetaan höy- ryturbiiniin linjan 32 kautta. Välitulistimen lisäksi savukaasusolaan, ns. 2-vetoon 22, on sijoitettu ekonomaiseri 52 siten että ensimmäiseen savukaasusolaan on sijoitettu välitulistinelementtejä 50 ja ekonomaiserielementtejä 52 lomittain. Ne on siis sijoitettu vierekkäin riviin, joka on poikittain savukaasun horisontaalisen tulosuunnan suhteen. Voidaan myös sanoa että elementit on sijoitettu riviin kattilan etuseinän/ takaseinän suun- taisesti. Kuviossa 5 lämpöpintaelementit 50 ja 52 on järjestetty siten että joka toi- nen elementti on välitulistinelementti 50 ja joka toinen on ekonomaiserielementti

52. Sijoittelun ei tarvitse olla symmetristä. On myös mahdollista että välitulistinele- o 25 —menttejä on enemmän kuin ekonomaiserielementtejä tai päinvastoin. Elementtien S määrä ja koko riippuu tarvittavasta lämpöpinnasta kunkin kattilan rakenteen ja 3 prosessiolosuhteiden mukaan.

N T Savukaasusolassa savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja kuu- E mentaa välitulistinelementtejä 50 ja ekonomaiserielementtejä 52 samanaikaisesti. O 30 — Savukaasu virtaa edelleen peräkkäisten savukaasusolien läpi, ja poistuu poisto- 3 aukon 26 kautta. Ekonomaiserin 52 lisäksi savukaasukanavassa on ekonomaise- > rit 53 ja 54. Kattilavesi syötetään ekonomaisereihin linjan 29 kautta, ja virrattuaan savukaasuun nähden vastavirtaan se johdetaan ns. 2-vedon ekonomaiseriele- menteistä 52 linjan 55 kautta kattilan lieriöön 7.

Kun välitulistin ja ekonomaiseri sijoitetaan kakkosvetoon alaspäin virtaavan savu- kaasun suhteen rinnakkain, voidaan niiden putkimäärä valita vapaammin, koska savukaasut virtaavat kaikkien putkien ohitse. Tästä on etua, kun on tarve muuttaa eri lämpöpintojen keskinäisiä kokoja suhteessa toisiinsa ja pitää kattilan koko — mahdollisimman pienenä. Kuviossa 5 esitetty suoritusmuoto koskee talteenottokattilaa, jossa tarvitaan keit- topintaa. Talteenottokattilan tulistimet (T) 20 sijaitsevat tulipesän yläosassa, joista tulistettu höyry johdetaan linjan 33 kautta käytettäväksi sopivassa kohteessa, ku- ten turbiinissa. Lisäksi tulistinalueella on välitulistin 30. Toinen välitulistin 60 sijait- see ns. 2-vedossa 22. Savukaasu virtaa tulistimien 20 ohi pääasiassa vaakasuun- taisesti, kun taas savukaasukanavassa savukaasu virtaa pystysuorien savukaa- susolien läpi vuorotellen ylhäältä alas ja alhaalta ylös, kuten nuolilla 23 osoite- taan. Savukaasukanavan alaosassa on tuhkasuppiloita 24. Toisessa vedossa olevaan välitulistimeen 60 höyry tulee höyryturbiinilta (ei esi- — tetty), jonka väliottohöyryä välitulistin kuumentaa. Väliottohöyry johdetaan välitu- listimeen 60 linjan 61 kautta. Välitulistimesta 60 höyry johdetaan tulistinvyöhyk- keellä olevaan välitulistimeen 30, jonka jälkeen kuumennettu palautetaan höy- ryturbiiniin linjan 32 kautta. Tulistimet (T) 20 sijaitsevat tulipesän yläosassa sekä välitulistin 60 ns. 2-vedossa

22. Savukaasu virtaa tulistimien 20 ohi pääasiassa vaakasuuntaisesti, kun taas savukaasukanavassa savukaasu virtaa pystysuorien solien läpi vuorotellen yl- häältä alas ja alhaalta ylös, kuten nuolilla 23 osoitetaan. Savukaasukanavan ala- osassa on tuhkasuppiloita 24. Välitulistimen lisäksi savukaasusolaan, ns. 2-vetoon 22, on sijoitettu keittopinta 62 N 25 — siten että ensimmäiseen savukaasusolaan on sijoitettu välitulistinelementtejä 60 A ja keittopintaelementtejä 62 lomittain. Välitulistinelementit ja keittopintaelementit = on siis sijoitettu vierekkäin riviin, joka on poikittain savukaasun horisontaalisen tu- T losuunnan suhteen. Voidaan myös sanoa että elementit on sijoitettu riviin kattilan E etu-seinän/ takaseinän suuntaisesti. Kuviossa 5 lämpöpintaelementit 60 ja 62 on O 30 — järjestetty siten että joka toinen elementti on välitulistinelementti 60 ja joka toinen 3 on keittopintaelementti 62. Sijoittelun ei tarvitse olla symmetristä. On myös mah- > dollista että välitulistinelementtejä on enemmän kuin keittopintaelementtejä tai päinvastoin. Elementtien määrä ja koko riippuu tarvittavasta lämpöpinnasta kun- kin kattilan rakenteen ja prosessiolosuhteiden mukaan.

Savukaasusolassa 22 savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja kuu- mentaa välitulistinelementtejä 60 ja keittopintaelementtejä 62 samanaikaisesti. Keittopintaelementeissä 62 kattilan lieriöstä 7 linjan 63 kautta tuleva kylläisessä lämpötilassa oleva vesi kiehutetaan osittain höyryksi, joka johdetaan lieriöön 7 lin- jan 64 kautta. Savukaasu virtaa 2-vedon 22 jälkeen edelleen peräkkäisten savukaasusolien läpi ja poistuu poistoaukon 26 kautta. Savukaasukanavassa on lisäksi ekonomaiserit 65 ja 66. Kattilavesi syötetään ekonomaisereihin linjan 29 kautta, ja virrattuaan savukaasuun nähden vastavirtaan se johdetaan ns. 2-vedon jälkeisestä — ekonomaiserista 65 kattilan lieriöön 7 linjan 67 kautta. Kun välitulistinelementit ja keittopintaelementit sijoitetaan kakkosvetoon alaspäin virtaavan savukaasun suhteen rinnakkain, tuo se etuja. Savukaasulla on keittopin- nassa tietty maksiminopeus, joka määrää käytännössä keittopinnan putkimäärän ja savukaasusolan syvyyden. Kun keittopinta sijoitetaan välitulistimen rinnalle, voi- — daan keittopinnan putkimäärä valita vapaammin, koska savukaasut virtaavat myös välitulistimen kohdalta. Tästä on etua investointikuluissa ja sähköntuotan- nossa niissä talteenottokattiloissa, joissa keittopinnan tarve on pienempi. Keitto- pinnan tarve vähenee korkeilla tuorehöyryn painetasoilla ja korkeilla polttolipeän kuiva-ainetasoilla. Höyrystykseen tarvittava lämpöteho pienenee höyryn paineen — kasvaessa ja savukaasumäärä pienenee kuivemmalla polttolipeällä. Toisaalta syöttövettä pitää lämmittää kuumemmaksi, koska korkeampi paine nostaa sa- malla kylläistä lämpötilaa, jolloin ekonomaiseria pitää kasvattaa. Vaikka edellä onkin kuvattu tämänhetkisten tietojen valossa keksinnön edullisim- pia suoritusmuotoja, on alan ammattimiehelle selvää, että keksintöä voidaan mo- o 25 — nin eri tavoin muunnella sen laajimman mahdollisen suojapiirin rajoissa, joita ohei- S set patenttivaatimukset yksin rajaavat. © <Q

N

I a a ©

LO O

LO ©

O N

Claims

Patenttivaatimukset:

1. Järjestely talteenottokattilassa, jossa on tulipesä (1, 2, 3) jätelipeän polttamiseksi ja savukaasukanava, joka käsittää pystysuoria savukaasusolia (22), joista ainakin osaan on sijoitettu lämpöpintayksikköjä lämmön talteenottamiseksi — savukaasuista, jotka lämpöpintayksiköt ovat olennaisesti savukaasukanavan le- vyisiä, tunnettu siitä että tulipesän jälkeen ensimmäiseen savukaasusolaan (22) on sijoitettu välitulistin (21) ja yksi seuraavista lämpöpintayksiköistä: ekonomaiseri (25) tai keittopinta (40), ja että välitulistin ja toinen lämpöpintayksikkö on sijoitettu savukaasun horisontaalisessa tulosuunnassa peräkkäin, niin että savukaa- — susolassa savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja kuumentaa vali- tulistinta ja toista lämpöpintayksikköä samanaikaisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä että en- simmäiseen savukaasusolaan (22) on sijoitettu välitulistin (21) ja ekonomaiseri (25), ja ne on sijoitettu savukaasun tulosuunnassa peräkkäin siten että välitulistin on ensimmäisenä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä että en- simmäiseen savukaasusolaan (22) on sijoitettu välitulistin (21) ja keittopinta (40), ja ne on sijoitettu savukaasun tulosuunnassa peräkkäin siten että välitulistin on ensimmäisenä.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tun- nettu siitä että savukaasusolan (22) jäähdytys on järjestetty niin että sen seinä- putket on kytketty omalla putkikierrolla kattilan lieriöön (7) höy- ry/vesiseosvirtauksen aikaansaamiseksi putkiin.

N

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tun- N 25 — nettu siitä että savukaasusolan (22) jäähdytys on järjestetty niin että sen seinä- S putket on kytketty tulistimeen höyryvirtauksen aikaansaamiseksi putkiin.

N

6. Järjestely talteenottokattilassa, jossa on tulipesä (1, 2, 3) jätelipeän = polttamiseksi ja savukaasukanava, joka käsittää pystysuoria savukaasusolia (22), O joista ainakin osaan on sijoitettu lämpöpintayksikköjä lämmön talteenottamiseksi 3 30 — savukaasuista, jotka lämpöpintayksiköt koostuvat lämpöpintaelementeistä, tunnet- > tu siitä että tulipesän jälkeen ensimmäiseen savukaasusolaan (22) on sijoitettu välitulistin (50, 60) ja yksi seuraavista lämpöpintayksiköistä: ekonomaiseri (52) tai keittopinta (62), ja että välitulistimen ja toisen lämpöpintayksikön lämpöpintaele-

menttejä on sijoitettu vierekkäin suunnassa, joka on poikittain savukaasun ho- risontaalisen tulosuunnan suhteen niin, että savukaasusolassa savukaasu virtaa pystysuunnassa ylhäältä alaspäin ja kuumentaa välitulistinta (50, 60) ja toista lämpöpintayksikköä (52, 62) samanaikaisesti.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, tunnettu siitä että savu- kaasusolan jäähdytys on järjestetty niin että sen seinäputket on kytketty omalla putkikierrolla kattilan lieriöön höyry /vesiseosvirtauksen aikaansaamiseksi putkiin.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 6-7 mukainen järjestely, tunnettu siitä että savukaasusolan jäähdytys on järjestetty niin että sen seinäput- ket on kytketty tulistimeen höyryvirtauksen aikaansaamiseksi putkiin. Nn

O

N

N <Q

NN

N

I a a

O

LO

O

LO

O

N