FI129594B - Voimalaitoskattilahiekka - Google Patents

Abstract

Voimalaitoskattilahiekka, joka käsittää hiekkarakeen (2) pinnassa savipohjaisen sideainekalvon (3). Lisäksi menetelmä ja laitteisto voimalaitoskattilahiekan valmistamiseksi.

Description

Voimalaitoskattilahiekka Keksinnön tausta Keksintö liittyy voimalaitoksissa polttoarinan muodostavaan voimalai- toskattilahiekkaan.

Voimalaitoskattilahiekkaa käytetään voimalaitoksissa polttoarinan muodostamiseksi. Hiekan tarkoituksena on muodostaa hiekkakerros eli peti, jos- sa kattilaan syötettävän polttoaineen palaminen tapahtuu. Tyypillisiä tällaisia voimalaitoskattiloita ovat kiertopeti- ja leijupetikattilat.

Tyypillisesti voimalaitoskattiloissa käytettävä voimalaitoskattilahiek- ka on luonnonhiekasta valmistettua petihiekkaa, jolloin luonnonhiekasta on ke- ratty raekooltaan petihiekaksi soveltuva jae. Erityisesti alkalipitoisuudeltaan kor- keita biopolttoaineita poltettaessa ongelmaksi muodostuu kuitenkin luonnon- hiekassa olevan kvartsin ja biopolttoaineen tuhkan sisältämien alkalien yhdistei- den välinen reaktio, mikä aiheuttaa hiekan sintraantumisen jo matalissa lämpöti- loissa. Kvartsin ja alkalien välinen reaktio muodostaa tällöin seoksen, mikä ai- heuttaa hiekkarakeiden liimautumisen yhteen, minkä seurauksena petimateriaa- lin leijunta heikkenee tai jopa loppuu kokonaan ja aiheuttaa tarpeen vaihtaa pe- timateriaali uuteen.

Eräänä ratkaisuna mainittuun ongelmaan on esitetty masuunikuonas- ta valmistetun petimateriaali käyttö. Masuunikuonasta valmistetulle petimateri- aalille on ominaista hyvin pieni kvartsipitoisuus, tyypillisesti pienempi kuin 10 %. Tämän seurauksena hiekkarakeiden pinnoilla tapahtuvat alkalireaktiot ovat vä- häisempiä kuin luonnonhiekkaa käytettäessä, jolloin masuunikuonasta valmiste- tun petimateriaalin sintraantuminen on vähäisempää kuin luonnonhiekkaa käy- N tettäessä. Täten masuunikuonasta valmistettua petimateriaalia ei tarvitse vaihtaa 5 uuteen niin usein kuin luonnonhiekkaa olevaa petimateriaalia.

<Q Erään ongelman masuunikuonan käyttöön petimateriaalina muodos- Q taa kuitenkin se, että nopeasti vedellä esijäähdytetty masuunikuona on amorfi- E 30 sessa muodossa ja sisältää kiteytymätöntä energiaa, joka vapautuu noin 860 2 C:ssa. Kiteytymislämpö nostaa pedin lämpötilaa hetkellisesti voimakkaasti eli yli © tuhanteen asteeseen, joka voi olla riski jos pedin lämpötila pysyy pitkään alle D edellä mainitun 860 °C:tta. Tällöin petiin voi uuden masuunikuonan lastauksen N yhteydessä tulla uutta kiteytymätöntä energiaa, joka ei vapaudu heti masuu- nikuonaa petiin lisättäessä vaan kerääntyy ja vapautuessaan nostaa pedin lämpö- tötilan niin korkealle, että koko peti voi sintraantua kerralla.

Julkaisuissa US 4709862 A, US 3429719 A CN 101780522 A, CN 103128228 A, US 3764078 A, US 4354641 A ja JP 4215921 B2 on esitetty ratkai- suja käytetyn valimohiekan regenerointiin tai käyttämättömän valimohiekan vaihtoehtoiseen käyttöön. Keksinnönlyhyt selostus Keksinnön mukaiselle ratkaisulle on tunnusomaista se, mitä on esitet- ty itsenäisessä vaatimuksessa. Keksintö perustuu siihen, että käytettävä voimalaitoskattilahiekka on käytöstä poistettua savipohjaista sideainetta käsittävää valimohiekkaa.

Kuvioiden lyhyt selostus Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh- teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti erästä menetelmää ja laitteistoa voima- —laitoskattilahiekan valmistamiseksi, ja kuvio 2 esittää kaavamaisesti hiekkaraetta ja sen päällä olevaa savi- pohjaista sideainekalvoa poikkileikattuna. Kuvioissa keksinnön eräitä suoritusmuotoja on esitetty selvyyden vuoksi yksinkertaistettuna. Samankaltaiset osat on merkitty kuvioissa samoilla — viitenumeroilla. Keksinnön yksityiskohtainen selostus Kuvio 1 esittää kaavamaisesti erään laitteiston 1 muodostamaa val- mistusprosessia voimalaitoskattilahiekan valmistamiseksi. Myöhemmin tässä se- S lityksessä voimalaitoskattilahiekasta voidaan käyttää myös pelkästään nimitystä N 25 kattilahiekka. Kuvion 1 mukaisessa suoritusmuodossa voimalaitoskattilahiekka x valmistetaan käytöstä poistetusta ja savipohjaista sideainetta käsittävästä vali- > mohiekasta, jolloin kuviossa 2 kaavamaisesti esitetysti valimohiekan hiekkara- I keen 2 pinnassa on savipohjainen sideainekalvo 3, jonka avulla hiekasta valmis- tettu muotti voidaan kovettaa. Mainittu sideainekalvo 3 on tyypillisesti bentoniit- S 30 tia mutta bentoniitin sijaan mainittu sideainekalvo 3 voi myös olla jotakin muuta S savipohjaista sideainetta, kuten esimerkiksi kaoliniittia. On havaittu, että hiekka- > rakeen 2 pinnassa oleva savipohjainen sideainekalvo 3 estää hiekkarakeessa ole- van kvartsin ja erityisesti biopolttoaineiden tuhkassa olevien alkalien yhdisteiden välisen reaktion tai ainakin pienentää sitä, ja siten estää hiekan sintraantumisen tai ainakin pienentää sitä, soveltuu käytöstä poistettu ja savipohjaista sideainetta käsittävä valimohiekka hyvin käytettäväksi kattilahiekkana.

Kuvion 1 mukainen laitteisto 1 käsittää syöttösuppilon 4 tai jonkin muun syöttövälineen, jonka välityksellä valimohiekka voidaan syöttää, joko jat- kuvatoimisesti tai jaksottaisesti, kaavamaisesti nuolen F4 osoittamalla tavalla kul- jettimelle 5. Kuljetin 5 voi olla esimerkiksi hihnakuljetin. Kuljetinta 5 käytetään syöttämään valimohiekka eteenpäin kattilahiekan valmistusprosessissa. Kuljetti- men 5 toimintaa, eli pysäytystä, käynnistystä ja nopeutta, voidaan ohjata esimer- kiksi kuljetinta 5 käyttävän, selvyyden vuoksi kuviossa 1 esittämättä jätetyllä moottorilla. Mainitun moottorin toimintaa voidaan puolestaan ohjata laitteistoon 1 kuuluvalla ainakin yhdellä ohjausyksiköllä 6 ohjaussignaalin CO5 välityksellä.

Laitteisto 1 voi myös käsittää kuljettimen 5 yhteyteen järjestetyn täris- timen 7, jonka välityksellä kuljettimen 5 hihnaa voidaan täristää kuljettimelle 5 syötetyssä valimohiekassa mahdollisesti olevien hiekkapaakkujen tai - kokkareiden rikkomiseksi. Täristimen 7 toimintaa voidaan ohjata esimerkiksi oh- jausyksiköllä 6 ohjaussignaalin CO7 välityksellä.

Kuviossa 1 esitettyyn laitteistoon kuuluu edelleen seulaosasto 8 vali- mohiekassa olevan hienoaineksen, kuten esimerkiksi pölyn, ja valimohiekassa mahdollisesti edelleen olevien hiekkapaakkujen tai -kokkareiden rikkomiseksi ja/tai poistamiseksi. Kuviossa 1 esitetyn mukainen seulaosasto 8 käsittää ensim- mäisen verkon 8a ja toisen verkon 8b, jotka on varustettu täristimillä 9a, 9b, joi- den välityksellä verkkoja 8a, 8b voidaan täristää. Verkot 8a, 8b on sovitettu vali- mohiekan kulkusuunnassa eli kuviossa 1 katsottuna vasemmalta oikealle olennai- sesti horisontaalisessa suunnassa peräkkäin ja toisiinsa nähden porrastetusti alaspäin siten, että toinen verkko 8b voi vertikaalisessa suunnassa ainakin jossa- N kin määrin sijoittua ensimmäisen verkon 8a alapuolelle. Verkot 8a, 8b voidaan N kallistaa esimerkiksi 0 - 15 asteen kulmaan valimohiekan kulkusuuntaan nähden 5 alaspäin siten, että verkkojen 8a, 8b alkupää eli valimohiekan syötön suuntaa = kohti suunnattu pää on ylempänä kuin verkkojen 8a, 8b loppupää eli valimo- N 30 hiekan kulkusuuntaa kohti suunnattu pää. Tällöin verkkoja 8a, 8b täristettäessä E verkon 8a, 8b läpi suodattamaton hiekka kulkeutuu painovoiman avulla eteen- o päin vasemmalta oikealle. Edullisesti mainittu kulma voi olla 5 astetta. Verkkojen & 8a, 8b kallistusta ja täristimien 9a, 9b toimintaa voidaan ohjata esimerkiksi oh- 2 jausyksiköllä 6 ohjaussignaalien CO8a, CO8b välityksellä. Seulaosasto 8 voidaan N 35 osastoida erilleen muusta valmistusprosessin muista laitteista seinä- ja/tai katto-

rakenteiden avulla tai kukin verkko 8a, 8b voidaan koteloida erikseen. Mainittuja seinä- ja kattorakenteita tai kotelointeja ei selvyyden vuoksi ole esitetty kuviossa.

Valimohiekka syötetään nuolen F kaavamaisesti osoittamalla tavalla kuljettimelta 5 ensimmäisen verkon 8a päälle. Täristimien 9a täristäessä ensim- mäistä verkkoa 8a valimohiekka kulkee eteenpäin ensimmäisellä verkolla 8a. Sa- malla ensimmäisen verkon 8a silmäkoon määräämän mukaisesti ainakin jokin osuus valimohiekasta erottautuu valimohiekasta ja suodattuu ensimmäisen ver- kon 8a läpi nuolen P8a kaavamaisesti osoittamalla tavalla. Ensimmäisen verkon 8a silmäkoko valitaan siten, että määrättyä raekokoa pienemmät hiekkarakeet erottuvat valimohiekasta ensimmäisellä verkolla 8a. Kyseinen erottuva osuus kä- sittää ainakin pölyä ja voi käsittää myös muuta valimohiekkaan sekoittunutta hienoainesta. Ensimmäisen verkon 8a alapuolelle on järjestetty ainakin yksi en- simmäinen imuri 10 ensimmäisen verkon 8a läpäisseen aineksen imemiseksi pois prosessista. Lisäksi ainakin osa valimohiekasta täristyksen aikana irtoavasta pö- lystä tai muusta hienoaineksesta voidaan imeä pois prosessista nuolen S8a kaa- vamaisesti esittämällä tavalla myös verkkojen 8a, 8b yläpuolelle järjestetyllä ai- nakin yhdellä toisella imurilla 11. Mainittujen ainakin yhden ensimmäinen imurin 10 ja ainakin yhden toisen imurin 11 toimintaa, kuten päälle- ja poiskytkentää ja imutehoa, voidaan ohjata esimerkiksi ohjausyksiköllä 6 vastaavien ohjaussignaa- lien CO10, CO11 välityksellä.

Se osuus ensimmäiselle verkolle 8a syötetystä valimohiekasta, joka ei ole läpäissyt ensimmäistä verkkoa 8a eikä ole myöskään päätynyt mainittuun ai- nakin yhteen toiseen imuriin 11, siirtyy ensimmäiseltä verkolta 8a toiselle verkol- le 8b nuolen F8b kaavamaisesti osoittamalla tavalla. Toisen verkon 8b silmäkoko valitaan sellaiseksi, että se läpäisee eli erottelee valimohiekasta kaikki kyseistä N silmäkokoa pienemmät hiekkarakeet omaksi jakeekseen nuolen P8b kaavamai- N sesti osoittamalla tavalla. Nuolen P8b mukaisesti ensimmäiseen keruukaukaloon 3 12 päätynyt osuus valimohiekasta muodostaa niin sanotun loppukäyttöön sovel- 5 tuvan eli kattilahiekaksi hyväksytyn jakeen. Toisella verkolla 8b valimohiekasta N 30 —täristyksen aikana vielä mahdollisesti irtoava pöly tai muu hienoaines voidaan E imeä pois prosessista nuolen S8b kaavamaisesti esittämällä tavalla verkkojen 8a, o 8b yläpuolelle järjestetyllä ainakin yhdellä toisella imurilla 11. & Se osuus toiselle verkolle 8b syötetystä valimohiekasta, joka ei ole lä- 2 päissyt myöskään toista verkkoa 8b, päätyy nuolen F13 kaavamaisesti osoittamal- N 35 la tavalla toiseen keruukaukaloon 13. Tämä osuus valimohiekasta käsittää sellai- set hiekkakokkareet tai -paakut, jotka eivät ole hajonneet kuljettimella 5 tai ver-

koilla 8a, 8b sekä toisen verkon 8b silmäkokoa suuremmat rakeet.

Toiseen ke- ruukaukaloon 13 päätynyt osuus valimohiekasta toimitetaan edelleen jatkokäsi- teltäväksi.

Verkkojen 8a, 8b silmäkoko valitaan sen mukaisesti, mikä on ensim- 5 mäiseen keruukaukaloon 12 eroteltavan hyväksytyn jakeen eli voimalaitoskatti- lahiekaksi tarkoitetun jakeen käyttökohde.

Voimalaitoskattilahiekan tyypillisiä käyttökohteita ovat kiertopetikattilat ja leijupetikattilat, jotka kattilahiekan suh- teen eroavat toisistaan kattilahiekan raekoon suhteen.

Kiertopetikattiloissa käytettävän kattilahiekan raekoko on tyypillisesti noin 0,05 - 1 mm, edullisesti noin 0,1 — 0,5 mm.

Valmistettaessa edellä kuvatulla tavalla valimohiekasta kiertopetikattilassa käytettäväksi soveltuvaa kattilahiek- kaa voidaan ensimmäisen verkon 8a silmäkooksi valita esimerkiksi noin 0,05 mm, edullisesti esimerkiksi noin 0,1 mm.

Tällöin kaikki raekokoa enintään noin 0,05 mm tai enintään noin 0,1 mm oleva aines, kuten esimerkiksi pöly, erotetaan en- simmäisellä verkolla 8a pois verkolle 8a päätyneestä valimohiekasta ja imetään ainakin yhdellä imurilla 10, 11, pois valmistusprosessista.

Toisen verkon 8b sil- mäkooksi voidaan puolestaan valita noin 1 mm, edullisesti noin 0,5 mm.

Tällöin kaikki toiselle verkolle 8b päätynyt ja raekokoa enintään noin 1, 0 mm tai edulli- sesti enintään noin 0,5 mm oleva jae erotetaan toisella verkolla 8b pois toiselle verkolle 8b päätyneestä valimohiekasta.

Toisella verkolla 8b eroteltu jae päätyy ensimmäiseen keruukaukaloon 12 ja muodostaa akseptijakeen, joka soveltuu käy- tettäväksi kattilahiekkana kiertopetikattiloissa.

Se osuus valimohiekasta, joka ei ole läpäissyt verkkoja 8a, 8b tai päätynyt verkkojen 8a, 8b yläpuolelle järjestet- tyyn ainakin yhteen toiseen imuriin 11, päätyy toiseen keruukaukaloon 13 ja toi- mitetaan edelleen jatkokäsiteltäväksi.

N Leijupetikattiloissa käytettävän kattilahiekan raekoko on tyypillisesti AN noin 0,5 - 2 mm.

Valmistettaessa edellä kuvatulla tavalla valimohiekasta leijupe- 5 tikattilassa käytettäväksi soveltuvaa kattilahiekkaa voidaan ensimmäisen verkon = 8a silmäkooksi valita esimerkiksi noin 0,5 mm.

Tällöin kaikki raekokoa enintään N 30 noin 0,5 mm oleva aines erotetaan ensimmäisellä verkolla 8a pois verkolle 8a E päätyneestä valimohiekasta ja imetään ainakin yhdellä imurilla 10, 11 pois val- o mistusprosessista.

Toisen verkon 8b silmäkooksi voidaan puolestaan valita enin- & tään noin 2 mm.

Tällöin kaikki toiselle verkolle 8b päätynyt ja raekokoa enintään 2 noin 2 mm oleva jae erotetaan toisella verkolla 8b pois toiselle verkolle 8b pääty- N 35 neestä valimohiekasta.

Toisella verkolla 8b eroteltu jae päätyy ensimmäiseen ke- ruukaukaloon 12 ja muodostaa akseptijakeen, joka soveltuu käytettäväksi kattila-

hiekkana leijupetikattiloissa. Se osuus valimohiekasta, joka ei ole läpäissyt verk- koja 8a, 8b tai päätynyt verkkojen 8a, 8b yläpuolelle järjestettyyn ainakin yhteen toiseen imuriin 11, päätyy toiseen keruukaukaloon 13 ja toimitetaan edelleen jat- kokäsiteltäväksi.

Käyttämällä kattilahiekan valmistukseen valimokäytöstä poistettavaa valimohiekkaa, jonka hiekkarakeiden pinnassa on savipohjainen sideaine, voi- daan kattilahiekka valmistaa materiaalista, joka muuten olisi luokiteltava jätteek- si. Koska hiekkarakeen 2 pinnassa oleva savipohjainen sideainekalvo 3 estää hiekkarakeessa olevan kvartsin ja erityisesti biopolttoaineiden tuhkassa olevien —alkalien yhdisteiden välisen reaktion, tai ainakin heikentää sitä, ja siten estää hie- kan sintraantumisen tai ainakin pienentää sitä, saadaan esitetyn mukaisella rat- kaisulla aikaan voimalaitoskattiloissa käytettäväksi soveltuvaa kattilahiekkaa, jo- ta ei tarvitse vaihtaa uuteen niin usein kuin luonnonhiekkaa olevaa petimateriaa- lia. Esitetyn mukaisella ratkaisulla ainakin jokin jae valimohiekasta voidaan siten — vielä uusiokäyttää kattilahiekkana ennen kuin kyseinen hiekkajae on toimitettava puhdistettavaksi. Lisäksi käytöstä poistettu valimohiekka on ilmajäähdytettyä ja siten jo valmiiksi kiteytyneessä muodossa, jolloin kiteytymislämpöä ei enää va- paudu, täten edelleen pienentäen voimalaitoskattilan petimateriaalin sintraantu- misen riskiä.

Käytöstä poistetulla valimohiekalla tarkoitetaan valumuotissa osana olleen hiekan lisäksi myös sellaista valimohiekkakäyttöön tarkoitettua savipoh- jaista sideainemateriaalia käsittävää hiekkaa, josta poistetaan tai on poistettu hienoaines mutta joka hiekkaosuus ei ole missään vaiheessa päätynyt osaksi va- lumuottia vaan on esimerkiksi valumuotin valmistuksesta ylitse jäänyttä hiekkaa.

Erään suoritusmuodon mukaan seulaosasto 8 voi käsittää valimo- N hiekan kulkusuunnassa kolme horisontaalisessa suunnassa peräkkäin ja toisiinsa AN nähden porrastetusti alaspäin olevaa verkkoa, jolloin valimohiekan kulkusuun- 5 nassa kaksi viimeisintä verkkoa voi ainakin jossakin määrin sijoittua edeltävän = verkon alapuolelle. Tällöin valimohiekan kulkusuunnassa ensimmäistä verkkoa N 30 voidaan käyttää hienoaineksen erottamiseksi valimohiekkavirrasta, toista verk- E koa voidaan käyttää kiertopetikattilaan soveltuvan jakeen erottamiseksi valimo- o hiekkavirrasta ja kolmatta verkkoa voidaan käyttää leijupetikattilaan soveltuvan & jakeen erottamiseksi valimohiekkavirrasta. 2 Erään toisen suoritusmuodon mukaan keksinnön mukaista voimalai- N 35 toskattilahiekkaa voidaan valmistaa seulomalla luonnonhiekasta raekooltaan tiet- tyyn kattilatyyppiin tarkoituksen mukainen jae ja pinnoittamalla kyseiseen ja-

keen hiekkarakeet savipohjaisella sideaineella, kuten esimerkiksi bentoniitilla. Mainittu hiekkarakenteiden pinnoittaminen voidaan toteuttaa esimerkiksi sekoit- tamalla hiekkaa ja savipohjaista sideainetta toisiinsa tai pakottamalla savipohjais- ta sideainetta hiekkarakeen pintaan esimerkiksi kaulimalla.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patent- tivaatimusten puitteissa.

N N O

N <

I O N

I a a

O

N ™

LO O O N

Claims (1)

Patenttivaatimus

1. Käytöstä poistetun savipohjaista sideainetta käsittävän valimo- hiekan käyttö voimalaitoskattilahiekkana. o

N

O

N 0

I

O

O

I a a

O

N ™

LO

O

O

N