FI58440B - Doppevaporator - Google Patents

Description

ΓβΙ /«vKUULUTUSiULKAISU r Q A A Ci JSBTa lBJ utlAggningsskrift 50440 (S1) itv.nc.Va.3 B 01 D 1/14, F 23 D 11/24 SUOMI—FIN LAND (21) PwMci^iwii-Picinwieiinini 79109*+ (22) Hkk«ml«pUvt — Anteknlnpdtc 02.0U.79 (23) AlkupDvt—Glltl|h«t*dt| 02.0U.79 (41) Tullut (ulklMlal — Bllvlt offtntllg 03.10.80

Patentti· Ja rakistarlhallitin NiMMtoip™»kuuL|«ltotoun pvm.-

Patant· och regiatantyralaan Anastan utlagd eeh uti.*krift«« publicand 31.10.80 (32)(33)(31) Pyydetty atuolkaua—Begird prioHtet (71) Outokumpu Oy, Outokumpu, FIj Töölönkatu U, 00100 Helsinki 10,

Suomi-Finland(FI) (72) Launo Leo Lilja, Pori, Valto Johannes Makitalo, Pori,

Timo Tapio Koivunen, Ulvila, Suomi-Finland(Fl) (7U) Berggren Oy Ab (5U) Uppohaihdutin - Doppevaporator Tämä keksintö kohdistuu uppohaihduttimeen, jonka haihdutussäiliöön on yhdistetty putki käsiteltävän liuoksen syöttämiseksi haihdutussäiliöön, nostoputki väkevöidyn liuoksen ja mahdollisten kiteiden poistamiseksi haihdutussäiliöstä, putki savukaasujen ja höyryjen poistamiseksi haihdutussäiliöstä ja haihdutussäiliön sisään olennaisesti pystysuorasti ulottuva uppoputki kuumien savukaasujen johtamiseksi haihdutussäiliössä olevan liuoksen pinnan alle. Erityisesti tämä keksintö kohdistuu uppohaihduttimeen, jonka uppoputki on ylä-päästään kulmaliitoskappaleen avulla yhdistetty polttokammion pois-toaukkoon, niin että polttokammio ja uppoputki ovat kulma-asennossa, edullisesti 90°:n kulmassa toisiinsa nähden, jolloin polttokammion vastakkaisessa päässä on poltin nestemäistä tai kaasumaista polttoainetta varten. Keksinnön mukainen uppohaihdutin on erityisen käyttökelpoinen metallisulfaattiliuosten ja sentapaisten haihdutuksessa ja kiteytyksessä.

Uppohaihduttimella tarkoitetaan sellaista laitetta, jossa kuumia savukaasuja johdetaan haihdutettavan aineen pinnan alapuolelle.

Suorassa uppohaihdutuksessa annetaan uppoputkesta purkautuvien savukaasujen kuplia nesteen läpi. Tällä tavalla on mahdollista aikaansaada 2 58440 erittäin tehokas lämmön- ja aineensiirto savukaasuista käsiteltävään nesteeseen. Koska lämmönvaihtimia ei tarvita, eivät materiaaliky-symykset tuota vaikeuksia. Tämän johdosta suoria uppohaihduttimia käytetään varsinkin sellaisissa metallurgisissa ja kemiallisissa prosesseissa, joissa syöpyvät olosuhteet aiheuttavat materiaalivai-keuksia,kuten voimakkaasti happamien liuosten lämmityksessä ja haihdutuksessa.

Uppohaihduttimissa uppoputki on tavallisesti sovitettu pystyasentoon , koska tällöin mahdollisimman pieni materiaalimäärä on suorassa kosketuksessa käsiteltävään nesteeseen.

Ennestään tunnetaan lukuisia erilaisia uppohaihduttimia. Näissä on pyrkimyksenä yleensä ollut mahdollisimman pienikokoisten laitteiden aikaansaaminen investointikustannusten pienentämiseksi. Laitekoon pienentäminen aiheuttaa kuitenkin savukaasujen purkauskohdan edellä olevan tilavuuden pienenemisen ja tällöin vähäisetkin vaihtelut polttoaineen tai polttokaasun syötössä aiheuttavat suuria paineen-vaihteluja uppoputkessa. Tämän johdosta on joissakin tapauksissa päädytty melko monimutkaisiin uppoputkirakenteisiin kaikkine siitä johtuvine hankaluuksineen.

Pieneen kokoon pyrkiminen on epäedullista myös sen vuoksi, että palamistapahtuman lämpörasitus laitteiden pintayksikköä kohti kasvaa samalla kun materiaalin laatu ja kestävyys joutuvat kovalle koetukselle.

Yleensä polttokammio sovitetaan suoraan uppoputken yläpuolelle sen jatkeeksi ja tuetaan käsittelysäiliön rakenteisiin. Tällä sovituksella on eräitä varjopuolia. Suurilla kapasiteeteilla joudutaan ensinnäkin joko suhteellisesti pienentämään polttokammiota siitä johtuvine kuormittumisongelmineen tai tarpeettomasti suurentamaan haihdutussäiliötä, jotta polttokammio saadaan mahtumaan sen yläpuolelle. Toiseksi polttokammiossa ja uppoputkessa esiintyvät värähtelyt sekä siinä mahdollisesti roiskuvat nestepisarat (vertaa US-patenttijulkaisuun 3 276 443) rasittavat tulipesän vuorausta, niin että erityisesti vaakasuora polttokammion holvi helposti vaurioituu ja voi pudota alas. Uppoputken huollon vuoksi on koko polttokammio myös irrotettava.

58440

Julkaisusta Gas Värme International,Bb 19, n:o 6 (kesäkuu 1970) sivu 229, tunnetaan kuitenkin uppohaihdutin, jossa polttokammio on vaakasuorassa asennossa ja yhdistetty pystysuoraan uppoputkeen suorakulmaisen liitoskappaleen avulla. Tässä rakenteessa poltto-kammion koko on riippumaton haihdutussäiliön koosta eivätkä uppoputkeen roiskuvat nestepisarat pääse rasittamaan polttokammion vuorausta.

Keksinnön mukaisessa uppohaihduttimessa on polttokammio varustettu polttimella nestemäistä tai kaasumaista polttoainetta varten, jossa polttimessa on sylinterimäinen happipitoisen polttokaasun pyörteistys-kammio, jonka toisessa päässä on olennaisesti tangentiaalinen poltto-kaasun tulokanava ja sama-akselisesti pyörteistyskammioon ulottuva polttoaineen hajotusputki, jolloin pyörteistyskammion vastakkainen pää on supistuva polttokaasun kulmanopeuden nostamiseksi ennen hajotusputkesta purkautuvan polttoaineen sekoittamista siihen.

Keksinnön mukaisessa uppohaihduttimessa käytetään sellaista poltinta, jonka avulla polttoaine ja happipitoinen polttokaasu ovat tehokkaasti sekoitettavissa keskenään joko polttimessa tai polttokammiossa. Tarkoituksena on aikaansaada sellainen uppohaihdutin, jossa poltti-men eteen muodostuu virtauskenttä, jossa polttoaine ja happipitoinen polttokaasu sekoittuvat toisiinsa nopeasti ja tasaisella nopeus-alueella, niin että palaminen etenee suihkun tiettyyn nopeuskenttään ja stabiloituu tähän nopeuskenttään. Nopeuskenttä voidaan saada sopivaksi myös sovittamalla suihkuun kiinteä esine, jonka taakse muodostuu sopivan hitaan virtauksen alue, jonne liekki stabiloituu, kuten saksalaisessa hakemusjulkaisussa 24 34 459 on esitetty.

US-patenttijulkaisusta 3 185 448 tunnetaan poltin,jossa polttoaine suihkutetaan polttoilmasta muodostettuun toroidimaiseen pyörteeseen, joka on aikaansaatu joko johtamalla polttoilma polttokammioon sen vastakkaisesta päästä tai polttokammioon ulottuvien ohjauselinten avulla.

Ennestään tunnetaan myös polttimia, joissa polttokaasu saatetaan pyörimään etenemisakselinsa ympäri, jolloin keskipakoisvoima levittää suihkua, niin että tämän etenemisnopeus vaimenee suhteellisen nopeasti sopivan nopeusalueen aikaansaamiseksi palamiselle. Tällaisessa suihkussa esiintyy runsaasti sekoittavia pyörteitä.

4 58440

Saksalaisen hakemusjulkaisun 21 33 126 mukaisessa polttimessa polt-tokaasun purkausaukko polttokanmioon on muotoiltu laajennetuksi kartioksi, jonka kuristuskohta on pyöreäkulmainen. Tällä pyritään ohjaamaan polttokaasusuihkua niin, että se leviäisi suhteellisen pehmeästi ja muodostaisi syttymiskentän purkausaukon kartiomaiseen levitykseen.

Polttimet vaativat yleensä varo- ja apulaitteita, kuten liekinvarti-joita ja sytytyslaitteita. Näiden apulaitteiden sovittaminen poltti-meen tuottaa usein suuria vaikeuksia. Usein apulaitteet joudutaan sijoittamaan sellaiseen kohtaan, jossa niiden käyttöikä kuumuuden johdosta jää lyhyeksi.

Useissa tunnetuissa polttimissa käytään lisäksi liekkiä ohjaavia elimiä, jotka ulottuvat palotilan sisään ja joutuvat näin liekille alttiiksi tai rakenteita, joissa on suuri aukko, josta polttokammion ja liekin säteily pääsee polttimen sisäosiin.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada uppo-haihdutin, joka on varustettu edellä mainittua tyyppiä olevalla polttimella, jolla on mahdollista aikaansaada erittäin tehokas se-koituskenttä käyttäen hyvin pientä purkausaukkoa, josta saadaan tasainen ja erittäin turbulenttinen suihku.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada uppohaih-dutin, jossa happipitoisen polttokaasun pyörteistys aikaansaadaan johtamalla polttokaasut tangentiaalisesti pyörteistyskammioon. Menetelmällä vältetään haitat, jotka syntyvät kun pyörteistystä aikaansaadaan tai voimistetaan ohjaus ja/tai apuelinten esim. siivekkeiden avulla. Ennestään tunnetuissa polttimissa pyörteistykseen käytetyt siivekkeet ovat estäneet palamisen tarkkailua ja tehokasta säätämistä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on eritysesti aikaansaada uppohaihdutin, jossa on mahdollista polttaa raskasta polttoöljyä, jonka poltto on todettu vaikeaksi. Polttimelle asetettavat vaatimukset kasvavat nimittäin sitä mukaa kun polttoaineen höyrystyvyys huononee eli suunnilleen polttoaineen leimahduspisteen mukaan. Riittävän höyrystymisen aikaansaamiseksi polttoaine on yleensä sumutettava hyvin hienoiksi alle 100 mikrometrin suuruisiksi pisaroiksi ja tämän aikaansaamiseksi polttoöljy on ollut pakko lämmittää vähintään 370°K:seen.

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Keksinnön mukaisessa uppohaihduttimessa on polttokaasun tangentiaa-linen tulokanava polttimeen yhdistetty poltinta ja polttokammiota ainakin osittain ympäröivään vaippaan, jonka polttimeen nähden 5 58440 vastakkaisessa päässä on tulokanava polttokaasua varten sen esi-1ämmittämiseksi ennen sen johtamista polttimeen ja pyörteistyskam-mion supistuva pää jatkuu pyörteistyskairmion kanssa sama-akselisena lieriömäisenä tasoituskanavana polttokammioon. Polttoaineen hajotusputki on tällöin ainakin niin pitkä, että se ulottuu kaavan H + cosa d „ 1 D ' sin 2a ' 20 “ ~ 2 tan“ määrittelemällä etäisyydellä tasoituskanavan sisäpäästä, jossa kaavassa H on tasoituskanavan alkupään ja hajotusputken välinen etäisyys, a on pyörteistyskammion vastakkaisen pään supistumiskulma, d on hajotusputken ulkohalkaisija ja D on tasoituskanavan sisähalkaisija.

Keksinnön mukaisessa uppohaihduttimessa, jossa pystysuoran uppoputken yläpäähän on kulmaliitoskappaleellayhdistetty vaakasuora polttokam-mip, jonka kulmaliitoskappaleeseen nähden vastakkaisessa päässä on poltin, on uppoputken ja kulmaliitoskappaleen välissä edullisesti joustoelin, jolloin ainoastaan uppoputki on suoraan kiinnitetty haihdu tussäiliöön. Tällä tavoin uppoputken toiminnasta johtuvat värinät eivät rasita polttokammiota, joka voidaan tukea haihdutussäi-liöstä riippumattomasti.

Esilämmitettävän polttokaasun tulokanavaan On lisäksi edullisesti yhdistetty tangentiaalisesti polttokammiota ympäröivään vaippaan paremman lämmönsiirron aikaansaamiseksi.

Keksinnön mukaisessa uppohaihduttimessa käytetyn polttimen hajotus-putki voi ulottua tasoituskanavan läpi polttotilaan asti, mutta päättyy edullisesti vähintään sellaisella etäisyydellä tasoitus-kanavan ulkopäästä, joka on puolet tasoituskanavan sisähalkaisijasta. Pidemmälle polttotilaan hajotusputkea ei kannata ulottaa, sillä tällöin siitä purkautuvat pisarat eivät enää osu tasoituskanavasta purkautuvaan polttokaasuvirtaan. Hajotusputken on toisaalta ulotuttava vähintään yllä mainitun kaavan määrittelemälle etäisyydelle H tasoituskanavan sisäpäästä. Mikäli hajotusputki on lyhyempi, hajotusputkesta purkautuvat öljypisarat osuvat polttokaasuvirtaan kohdassa, jossa polttokaasuvirta ei vielä jaksa viedä polttoaine-pisaroita mukanaan vaan nämä jäävät pyörimään pyörteistyskammioon kuluttaen tämän seinämän vähitellen puhki.

6 58440

Kuten E. Giffen ja A. Muraszew kirjassaan "The Atomisation of Liquid Fuels", Chapman & Hall Ltd., (1953) esittävät, tiivistyy vir-taava aine keskipakovoiman vaikutuksesta kulmanopeutta nostettaessa ohueksi kerrokseksi virtauskanavan seinämälle. Esillä olevan keksinnön mukaisessa polttimessa tämä ohennettu virtauskerros johdetaan erityiseen tasoituskanavaan,joka on lieriömäinen pyörrekammion kanssa samansuuntainen ja sama-akselinen kanava.

Tasotuselimellä on useita tarkoituksia. Ensinnäkin se tutkimusten mukaan tasaa kaasumassassa mahdollisesti esiintyviä sykkeitä ja pyörteistyskammion yhdestä sisäänsyöttökohdasta johtuvan kaasun epätasaisen jakautumisen purkausaukon kehälle ja suuntaa pyörivän kaasumassan pyörteistyskammion akselin suuntaiseksi. Tätä tarkoitusta varten tasoituskanavan pituus on edullisesti 0,5-4 kertaa sen sisähalkaisija D. Kitkavaikutuksesta johtuen on tasoituskanavalla määrätty optimipituus, joka tutkimusten mukaan on suurin piirtein tasotuselimen läpimitan D suuruusluokkaa.

Polttoaineen hajotusputken ulkohalkaisija d on edullisesti korkeintaan 0,75 kertaa tasoituskanavan sisähalkaisija D, jolloin tasotus-kanavan sisäseinämän ja hajotusputken välille muodostuu rengasmainen virtauskanava, jossa virtausnopeus on erittäin suuri. Tasoitus-kanavan mitoitusnopeus on edullisesti 20-60 m/sek.

Esillä olevan keksinnön mukaista uppohaihdutinta voidaan edullisesti käyttää metallisulfaattiliuosten ja sentapaisten haihduttamiseksi.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää virtauskaaviota haihdutuskiteytyslaitoksesta varustettuna keksinnön mukaisella uppohaihduttimella, kuva 2a esittää poikkileikattua sivukuvantoa keksinnön mukaisessa uppohaihduttimessa käytettävästä polttokammiosta polttimineen, kuva 2b esittää päätykuvantoa kuvan 2a polttimesta polttokammioineen ja kuva 3 esittää kaaviomaista poikkileikattua sivukuvantoa samasta polttimesta.

Kuvassa 1 on haihdutettavan liuoksen syöttösäiliö merkitty viitenumerolla 1 ja siitä käsiteltävä liuos syötetään varsinaiseen haihdutus-

1 S 8 4 4 O

kiteytinsäiliöön 2, jonka kannen läpi olennaisesti pystysuora uppo-putki 26 on sovitettu.

Uppoputki 26 on yläpäästään kulmaliitoskappaleen 27 avulla yhdistetty olennaisesti vaakasuoraan polttokanunioon 3, jonka vastakkaisessa päässä on poltin 29. Polttokanuniosta 3 tulevat kuumat savukaasut johdetaan uppoputken 26 avulla haihdutuskiteytinsäiliössä 2 olevan käsiteltävän nesteen pinnan alle, niin että kuumat savukaasut kuplivat käsiteltävän liuoksen läpi.

Haihdutuskiteytinsäiliön 2 kannen läpi on lisäksi sovitettu nosto-putki 4, jota myöten syntyvät kiteet yhdessä käsiteltävän liuoksen kanssa poistetaan haihdutuskiteytinsäiliöstä 2 ja johdetaan sakeutti-meen 5, jossa liuos ja kiteet erotetaan toisistaan. Suodin kiteiden suodattamiseksi on merkitty viitenumerolla 6 ja tyhjön alla oleva suodossäiliö viitenumerolla 7. Haihdutuskiteytinsäiliön 2 kanteen on lisäksi yhdistetty putki 25 savukaasujen ja höyryn poistamiseksi haihdutuskiteytinsäiliöstä 2 ja niiden johtamiseksi suora-toimiseen savukaasujäähdyttimeen 8 ja siitä edelleen pisaranerotti-meen 9, jossa rikkihapposumu erotetaan savukaasuista. Lämmönvaihdin prosessin hukkalämmön talteenottamiseksi on merkitty viitenumerolla 10.

Käsiteltävä liuos syötetään näin ollen syöttösäiliöstä 1 putkea 24 pitkin haihdutuskiteytinsäiliöön 2, jossa sitä kuumennetaan kuumilla savukaasuilla, jotka on saatu polttamalla öljyä tai kaasua poltto-kammiossa 3 polttimella 29 ja johtamalla kuumat savukaasut poltto-kammiosta 3 uppoputken 26 kanssa käsiteltävän nesteen pinnan alapuolelle, jolloin kuumat savukaasut luovuttavat lämpösisältönsä nesteeseen kupliessa sen läpi haihdutuskiteytinsäiliössä 2. Savukaasut jäähtyvät ja poistuvat nesteestä lähes samassa lämpötilassa kuin nestekin.

Kiteytettäessä metallisulfaatteja rikkihappoliuoksesta on rikki-happoväkevyys toimintapisteessä tavallisesti noin 70 % ja nesteen lämpötila noin 140-150°C. Tässä toimintapisteessä rikkihapon osa-paine on vielä alhainen ja eräillä metallisulfaateilla on tässä happoväkevyydessä liukoisuusminimi. Eräiden rakennemateriaalien kuten raudan ja lyijyn käyttöraja on myös tässä väkevyydessä.

8 58440 Tällaisesta haihdutuskiteytinsäiliöstä 2 poistuva savukaasu on toimintapisteen lämpötilassa ja sisältää palokaasuja, vesihöyryjä ja höyrystynyttä rikkihappoa. Mikäli poltto on ollut epätäydellistä, sisältää poistuva savukaasu myös kiintoainehiukkasia.

Poistuvat savukaasut jäähdytetään savukaasujäähdyttimellä 8 lämmön talteenottamiseksi ja happosumun erotuksen helpottamiseksi pisara-erottimessa 9, kun lämpötila on laskenut, minkä lisäksi savukaasu-jäähdyt time lie 8 ja pisaraerottimelle 9 asetettavia materiaa- livaatimuksia voidaan pienentää.

Rikkihappopisarat esiintyvät poistokaasuissa submikronisina ja ovat siten erittäin vaikeasti poistettavissa. Teknisesti erotus voidaan suorittaa joko sähkösuotimilla tai kuituerottimilla (vertaa esimerkiksi Perry: Chem. Engrs Handb.;5th Edition, s. 18-82, kuviot 18-33). Sähkösuotimilla olisi mahdollista aikaansaada hyvä erotuskyky, mutta korkea hinta estää niiden käyttämisen, joten käytännössä ainoaksi vaihtoehdoksi ovat jääneet kuituerottimet, kun tiukat ilmansuojelunormit on täytettävä.

Kuitusuotimet soveltuvat hyvän kemiallisen kestävyytensä ja pienen tehontarpeensa vuoksi erinomaisesti uppohaihdutuslaitosten savukaasujen ja rikkihapposumun erotukseen. Ainoa heikkous on niiden alhainen kyky sietää kiintoaineita.

Käytettäessä polttoaineena maakaasua on vaadittavaan kiintoainepi-toisuuteen pääseminen melko helppoa, mutta varsinkin raskasta polttoöljyä poltettaessa on esiintynyt suuria vaikeuksia suodinten tukkeentumisen vuoksi, öljyn käyttö polttoaineena on usein välttämätöntä puuttuvan maakaasun saannin tai kustannusseikkojen vuoksi.

Mikäli palamatonta öljyä tai siitä huonossa palamisessa eronnutta nokea tai tuhkaa joutuu haihdutettavaan liuokseen, on tästä seurauksena laitoksen toiminnan häiriintyminen ja tuotteen laadun laskeminen, sillä kiteiden hienojakoisuus vaatii kiteiden poistosuodatuk-sessa tiheän suodatinkankaan, joka helposti tukkeutuu. Lisäksi kankaan puhdistus vedellä vaikeutuu. On selvää, että tuotekiteiden joukkoon joutunut vieras aine laskee tuotteen laatua, mutta myös syntyvän hapon puhtaus on tärkeää, sillä se käytetään tavallisesti uudestaan, esimerkiksi elektrolyysin liuoshappona ja hapon mukana 9 58440 mahdollisesti seuraavat kiintoainehiukkaset saastuttavat korkean laatuluokan katodit ja haittaavat lisäksi anodiliejun laskeutumista.

Uppohaihduttimessa käytetyn polttimen tulee voida toimia suurella ilmakertoimella koska ilmakertoimen nostaminen alentaa liuoksen kiehumispistettä. Myös uppoputken 26 rakennemateriaali asettaa usein vaatimuksia käytetylle ilmakertoimelle. Toisaalta savukaasu-linjojen ja kaasun käsittelylaitteiden koko kasvaa ilmakertoimen suurentuessa, joten optimin etsiminen vaatii polttojärjestelmältä säädettävyyttä. Hyvä säädettävyys sallii myös kapasiteettivaih-telut, jotka aiheutuvat esimerkiksi haihdutettavan liuoksen määrän vaihteluista.

Kuten kuvasta 1 ja 2a nähdään, on polttokammio 3 keksinnön mukaisessa uppohaihduttimessa sovitettu noin 90°:n kulmaan uppoputkeen 26 nähden ja polttokammio . 3 sekä uppoputki 26 on liitetty toisiinsa kulmaliitoskappaleella 27, jossa on joustoelin 19, kuten kuvasta 2a nähdään.

Keksinnön mukaisessa uppohaihduttimessa voidaan polttokammio 3 tukea haihdutuskiteytinsäiliöstä 2 riippumattomasti, joten haihdutinlait-teiston uppoputken 26 toimintatavasta johtuva värinä ei rasita polt-tokammiota 3. Lisäksi haihdutuskiteytinsäiliön 2 yläosaan jää enemmän vapaata tilaa muille laitteistoille tai huoltotoimenpiteille ja polttokammiota 3 ei tarvitse huollon yhteydessä siirtää. Uppoputki 26 voidaan huoltaa tai vaihtaa polttokammiota siirtämättä, ainoastaan kevyt kulmaliitoskappale 27 joudutaan irrottamaan. Lisäksi polttokammion 3 vuoraus ja etenkin sen päädyn muuraus kestää paremmin, koska se ei ole rakenteeltaan riippuva ja nesteroiskeet eivät pääse tunkeutumaan polttokammioon 3 vaan pysähtyvät kulmalii-toskappaleen 27 yläosaan. Sytytyksessä mahdollisesti palamatta jäänyt tai poltinvauriossa polttokammioon 3 valunut polttoaine ei pääse tahraamaan tuotetta haihdutuskiteytyssäiliössä 2 eikä polttoaineen tuhka pääse putoamaan haihdutuskiteytinsäiliöön 2. Haihdutuski tey ty s säiliön 2 koko ei myöskään rajoita polttokammion 3 kokoa, joten sitä voidaan suurentaa. Sytytys tai muu epätasainen polttoaineen syöttö aiheuttaa tällöin pienemmän paineenvaihtelun polttokam-miossa 3, jonka vuorauksen kestävyys paranee ja uppoputken 26 toimita tulee tasaisemmaksi, pienempi lämpökuorma pintayksikölle sallii halvemman materiaalin käytön tai lisää vuorauksen käyttöikää ja 10 58440 lisäksi pystytään polttamaan huonompilaatuista polttoainetta.

Kuviossa 2a on sylinterimäinen polttokammio merkitty viitenumerolla 3 ja sen ympärillä oleva vaippa viitenumerolla 30. Vaipan 30 toisessa päässä on tulokanava 11 happipitoisen polttökaasun johtamiseksi vaipan 30 ja polttokammion 3 väliseen tilaan polttokaasun esi-lämmittämiseksi ja vaipan 30 vastakkaisessa päässä on kanava 12 esilämmitetyn polttokaasun johtamiseksi polttimeen 29. Poltto-kaasun tulokanava 12 liittyy tangentiaalisesti polttimen 29 lieriömäiseen pyörteistyskammioon 13 sen toisessa päässä. Pyörteistys-kammion 13 vastakkainen pää on kartiomaisesti supistuva ja yhtyy pyörteistyskammion kanssa sama-akseliseen lieriömäiseen tasoituska-navaan 14, joka avautuu polttokammioon 3. Pyörteistyskammion 13 ensiksi mainitussa päässä on irrotettava etulevy 15, johon hajotus-poltin 16, sytytyspoltin 17 ja liekin tarkkailulaitteet 18 on kiinnitetty, niin että hajotuspoltin 16 ulottuu sama-akselisesti pyörteistyskammion 13 läpi tasoituskanavaan 14.

Polttokaasun tulokanavan 12 tangentiaalinen sovitus pyörteistyskammioon 13 on rakenteellisesti ja huollon kannalta yksinkertaisin ratkaisu ja sallii poltto tapahtuman esteettömän tarkkailun pyörteistyskammion 13 etupäätyyn irrotettavasti kiinnitettyjen etulevyyn 15 sovitettujen liekintarkkailulaitteiden 18 kautta.

Polttoaineen hajotusputki 16 voi olla mitä tahansa sinänsä tunnettua tyyppiä ja sopivia hajotusputkia on esitetty kirjassa "Large Boiler Furnaces", R. Doleial, Elsevier Publishing Company (1967) sivut 156-159. Hajotuspolttimen 16 pituus polttimessa 29 on edullisesti säädettävissä esimerkiksi työntämällä hajotusputkea 16 enemmän tai vähemmän polttimen 29 sisään. Hajotusputken 16 tulee kuitenkin ulottua niin pitkälle polttimeen 29, että hajotusputken 16 pää on pyörteistyskammion 13 kartiomaisesti supistuvassa päässä 23 yllä mainitun kaavan määrittelemällä etäisyydellä H tasoitus-kanavan 14 alkupäästä. Hajotusputki 16 voi kuitenkin ulottua syvemmälle polttimeen 29, esimerkiksi tasoituskanavaan 14, kuten kuvassa 1 on esitetty, tai polttotilaan asti, kuten kuvassa 3 on esitetty. Viimeksi mainitussa tapauksessa kuitenkin korkeintaan sellaiselle etäisyydelle tasoitus kanavan 14 poistoaukosta, joka on puolet tasoituskanavan 14 sisähalkaisijasta D.

11 5 8440

Tasoituskanavan 14 tarkoituksena on tasata kaasumassassa mahdollisesti esiintyviä sykkeitä ja pyörteistyskammion 13 ainoasta poltto-kaasun tulokanavasta 12 johtuvan kaasun epätasaista jakautumista pur-kausaukon kehälle sekä suunnata pyörivä kaasumassa pyörteistyskammion 13 akselin suuntaiseksi, kuten kuvassa 3 on esitetty nuolien avulla. Tasoituskanavan 14 pituus on tällöin edullisesti 0,5-4 kertaa sen sisähalkaisija D.

Polttokaasusuihku 21 purkautuu tasoituskanavasta 14 polttokammioon 3 tai muuhun polttotilaan muodostaen onton kartion, jonka avautumis-kulma riippuu mm. pyörteistyskammion 13 tangentiaalisen sisään-virtauksen nopeudesta, pyörteistyskammion 13 ja tasoituskanavan 14 mittojen suhteista ja tasoituskanavan 14 pituudesta.

Pyörteistyskammion 13 sisähalkaisija on edullisesti 2-6 kertaa tasoituskanavan 14 sisähalkaisija D. Pyörteistyskammion 13 kar-tiomaisesti supistuvan pään 23 kartiokulma a on edullisesti noin 60-120°. Pyörteistyskammion 13 pituus on lisäksi edullisesti ainakin kaksi kertaa polttokaasun tulokanavan 12 läpimitta ja polttoaineen hajotusputken 16 ulkohalkaisija d on edullisesti korkeintaan 0,75 kertaa tasoituskanavan 14 sisähalkaisija D.

Tasoituskanavan 14 sisähalkaisija D on näin ollen suhteellisen pieni ja estää siten tehokkaasti liekistä ja polttokammion 3 tai poltto-tilan seinämistä säteilevän lämmön pääsyn polttimeen 29. Lisäksi polttokammion 3 ja polttimen 29 ympärille sovitetussa vuorauksessa 30 virtaava polttokaasu jäähdyttää tehokkaasti polttokammiota 3 sekä poltinta 29 apulaitteineen.

Polton kannalta on edullista, että polttoaine kaasutetaan tehokkaasti ja sekoitetaan sitten polttokaasuun. Kaasuttamiseen tarvittava energia tuodaan polttoaineeseen joko säteilylämpönä ja/tai kuumien savukaasujen kosketuksen kautta.

Polttokammioon 3 purkautuvalla kaasusuihkulla 21 on tasoituskanavan 14 purkausaukon läheisyydessä erittäin suuri nopeus. Täten kaasu-suihku 21 imee tehokkaasti polttokammion 3 kaasuja 22 itseensä. Tällöin kaasusuihku 21 lämpiää nopeasti synnyttäen polttokammioon 3 sekoittavia pyörteitä. Koska purkautuva suihku 21 on pyörivä ja onton kartion muotoinen, synnyttää se keskiakselilleen tehokkaan 12 58440 palautusvirtauksen 22, joka ulottuu aivan tasoituskanavan 14 purkaus-aukon välittömään läheisyyteen asti. Tämä palautusvirtaus 22 höyrys-tää tehokkaasti hajotusputkesta 16 purkautuvia polttoainepisaroita ja pakottaa ne poltto kaasun tasoituskanavasta 14 purkautuvaan nopeaan polttokaasuvirtaan 21, johon polttoaine tehokkaasti sekoittuu. Suuren nopeuden ansiosta tapahtuu syttyminen täydellisen sekoittumisen jälkeen, jolloin saavutetaan mm. seuraavat edut: pala minen ei tapahdu polttokammion 3 etupäädyn vuorauksen välittömässä läheisyydessä ja polttoaine ehtii kaasuuntua ja sekoittua täydellisesti, jolloin myös palaminen on täydellistä suurella ilmakerroin-ja säätöalueella. Keksinnön mukaisella polttimella on raskasta polttoöljyä pystytty polttamaan sinisellä liekillä.

Polttoaineena voidaan tietenkin käyttää kaasua. Koska kaasu ei tarvitse höyrystymislämpöä, voidaan se sekoittaa happipitoiseen polt-tokaasuun jo tasoituskanavassa 14. Tasoituskanavassa 14 virtaavan ohuen kaasukerroksen suuri nopeus estää palamista tapahtumasta ennen kaasuvirtauksen purkautumista polttokammioon 3. Keksinnön mukaisella polttimella aikaansaadaan näin ollen polton kannalta erittäin edullinen virtauskenttä ja yksinkertainen rakenne, jossa polttoaineen syöttö- ja liekinvalvontalaitteet voidaan sovittaa huollon ja käytön kannalta parhaimmalla mahdollisella tavalla.

Esimerkki

Raskasta polttoöljyä, joka sisälsi 0,05 % palamatonta ainetta poltettiin kuvassa 1 esitetyn uppohaihdutinlaitteiston polttimella 29. Hajotusputki 16 oli pneumaattisella apuhajotuksella toimiva pyörre-kammiohajotin. Polttokammion 3 sisähalkaiisja oli 1,29 m ja pituus 2,3 m. Pyörteistyskammion 13 sisähalkaisija oli 500 mm, sen lieriö-osan pituus 300 mm, pyörteistyskammion 13 kartiomaisen päädyn 23 kartiokulma a oli 90° ja tasoituskanavan 14 sisähalkaisija D 170 mm ja pituus 220 mm.

Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa.

13 5 8440

Taulukko öljy Sekund.-ilma Savukaasut kg/h °C m3/h λ °C N ^u C02~% °2_% 228 102 3000 1,5 1492 0...1 21 10,7 6,3 227 96 3000 1,5 1410 0...1 15 10,2 7,2 223 89 2700 1,3 1554 0...1 48 12,0 4,4 179 99 2700 1,9 1229 0...1 10 8,1 10,2 151 96 3000 2,4 1129 0...1 10 2,4 6,5 133 62 2400 2,1 - 0...1 11 9,9 7,6 90 96 1900 2,4 - 0...1 8 6,6 12,6 λ on ilmakerroin (määritelty savukaasuanalyysistä) N on nokikuva Bacharach 3 on pölypitoisuus mg/m polttokammion jälkeen (101,3 kPa, 273°K)

Yllä olevasta taulukosta nähdään, että palaminen on ollut erittäin tehokasta ja savukaasujen pölypitoisuus on ollut pienempi kuin polttoaineen laatu edellyttää. Palaminen on ollut täydellistä pienelläkin öljynsyöttölämpötilalla. Polttokapasiteettia voitiin säätää hyvin laajalla alueella.

Kapasiteetissa päästiin jopa arvoon 250 kg öljyä/h, joka vastasi liuossyöttöä 3,75 m /h. Kapasiteetin rajoituksena ei tällöinkään ollut polttokammio tai poltto, vaan syntyneiden kiteiden edelleen-käsittely. Alaspäin hallittu säädettävyys ulottui ainakin 25 kg öljyä/h asti.

Hajotusputkea 16 ei sen edullisen sijoituksen ja helpon tarkkailta-vuuden vuoksi tarvinnut puhdistaa kuin tarvittaessa ja käytännössä puhdistaminen suoritettiin 1-4 viikon välein. Tällöinkin puhdistaminen voitiin suorittaa polttokaasun syöttöä sulkematta, joten mitään muita laitteita ei tarvinnut säätää hajotusputken huollon takia.

Keksinnön mukaista uppohaihdutinta käytetään edullisesti metallisul-faattiliuosten ja sentapaisten haihdutuksessa ja erityisesti metal-lisulfaattien kiteytyslaitosten uppopolttimien polttokammioissa. Tällöin polttokammio 3 polttimineen 20 on edullisesti sovitettu suoraan kulmaan olennaisesti pystysuoraan uppoputkeen 26 nähden.

Claims (11)

14 58440

1. Uppohaihdutin, jonka haihdutussäiliöön (2) on yhdistetty putki (24) käsiteltävän liuoksen syöttämiseksi haihdutussäiliöön (2), nostoputki (4) väkevöidyn liuoksen ja mahdollisten kiteiden poistamiseksi haihdutussäiliöstä (2), putki (25) savukaasujen ja höyryjen poistamiseksi haihdutussäiliöstä (2) ja haihdutussäiliön sisään olennaisesti pystysuorasti ulottuva uppoputki (26) kuumien savukaasujen johtamiseksi haihdutussäiliössä (2) olevan liuoksen pinnan alle, joka uppoputki (26) on yläpäästään kulmaliitoskappaleen (27) avulla yhdistetty polttokammion (3) poistoaukkoon (28), niin että polttokammio (3) ja uppoputki (26) ovat kuima-asennossa edullisesti 90°:n kulmassa toisiinsa nähden, jolloin polttokammion (3) vastakkaisessa päässä on poltin (29) nestemäistä tai kaasumaista polttoainetta varten, jossa polttimessa (29) on sylinterimäinen happipitoisen polttokaasun pyörteistyskammio (13), jonka toisessa päässä (15) on olennaisesti tangentiaalinen polttokaasun tulokanava (12) ja sama-akselisesti pyörteistyskammioon (13) ulottuva polttoaineen hajotus-putki (16), jolloin pyörteistyskammion vastakkainen pää (23) on supistuva polttokaasun kulmanopeuden nostamiseksi ennen hajotusputkes-ta (16) purkautuvan polttoaineen sekoittamista siihen, tunnet- t u siitä, että polttokaasun tangentiaalinen tulokanava (12) on yhdistetty poltinta (29) ja polttokammiota (3) ainakin osittain ympäröivään vaippaan (30), jonka vastakkaisessa päässä on tulokanava (11) polttokaasua varten sen esilämmittämiseksi, ja pyörteistyskammion (13) supistuva pää (23) jatkuu pyörteistyskammion kanssa sama-akselisena lieriömäisenä tasoituskanavana (14) polttokammioon (3) ja polttoaineen hajotusputki (16) on ainakin niin pitkä, että se ulottuu kaavan H . /Φ' + C°8a _d_ . JL_ D 9 2D na 2 tana sin 2a määrittelemälle etäisyydelle tasoituskanavan (14) sisäpäästä, jossa kaavassa H on tasoituskanavan (14) alkupään ja hajotusputken (16) välinen etäisyys, a on pyörteistyskammion vastakkaisen pään (23) supistumiskulma, d on hajotusputken (16) ulkohalkaisija ja D on tasoituskanavan (14) sisähalkaisija.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että tasoituskanavan (14) pituus on 0,5-4 kertaa sen sisähalkaisi ja D. 15 584 4 0

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että polttoaineen syöttöputken (16) ulkohalkai-sija d on korkeintaan 0,75 kertaa tasoituskanavan (14) sisähal-kaisija D.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että polttoaineen syöttöputki (16) ulottuu tasoituskanavan (14) läpi ja korkeintaan sisähalkaisijän D puolikkaan verran tasoituskanavan (14) ulkopuolelle polttokammioon (3).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että pyörteistyskammion (13) sisähalkaisija on 2-6 kertaa tasoituskanavan (14) sisähalkaisija D.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että pyörteistyskammion (13) supistuva pää (23) on kartiomainen ja että sen kartiokulma on noin 60-120°.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että pyörteistyskammion (13) pituus on ainakin kaksi kertaa polttokaasun tulokanavan (12) läpimitta.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että tasoituskanava (14) päättyy polttokam-mion (3) sisäseinämään.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että pyörteistyskammion (13) toinen pää (15) on peitetty irrotettavalla levyllä, johon polttoaineen syöttö-putki (16), sytytyspoltin (17) ja liekintarkkailulaitteet (18) on kiinnitetty.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että uppoputken (26) ja kulmaliitoskappa-leen (27) välissä on joustoelin (19), jolloin ainoastaan uppoputki (26) on suoraan kiinnitetty haihdutussäiliöön (2).

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen uppohaihdutin, tunnettu siitä, että polttokaasun tulokanava (11) on tangen-tiaalisesti yhdistetty vaippaan (30). 58440 16