FI70633B - Foerfarande foer reglering av uppvaermningen av en aongpanna - Google Patents

Description

1 70633

Menetelmä höyrykattilan kuumennuksen säätämiseksi

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään höyrykattilan kuumennuksen säätämiseksi, jossa kattilassa on ilmansyöttö polttoainekerroksen alueella tämän alapuolelta sekä ilmansyöttö polttoainekerroksen yläpuolelta. Keksinnön periaatteet ovat suoraan sovellettavissa teollisuusjätteen talteen-ottokattiloihin kuten esimerkiksi sellaisiin kattiloihin, joita käytetään mustalipeän yhteydessä paperintuotannossa.

Stoukkerikattilat ovat kattilaluokka, jossa kiinteätä polttoainetta kuten esimerkiksi kivihiiltä tai kuorta poltetaan kerroksena. Tällaisiin kattiloihin päästetään ilmaa sekä palo-eli polttoainekerroksen alle (nimitetään arinan aliseksi ilmaksi) että polttoainekerroksen yläpuolelle. Yleensä arinan alinen ilma panee palamisen alkuun ja ajaa haihtuvat aineet ulos hiili- tai puukerroksesta ja yläpuolinen ilma synnyttää pyörteisen virtauksen ja polttaa hiilimonoksidin, joka on ajettu ulos palavasta kerroksesta. Talteenottokattilassa arinan alinen ilma aktiivisesti päästetään polttoainekerrok-seen ja sitä nimitetään primääri-ilmaksi ja yläpuolista ilmaa nimitetään sekundääri-ilmaksi.

Toisin kuin öljyä tai kaasua polttavissa kattiloissa on stoukkerikattilan tulipesässä palava kerros. Tästä kerroksesta täytyy huolehtia koko ajan. Palamisen oikeaa säätelyä varten on varmistettava se, että parhaalla mahdollisella tavalla käytetään hyväksi poltettavaa polttoainetta. Täten tulisi vähentää sen liikailman määrää, joka päästetään savuhormiin samalla kun olisi vähennettävä häviötä, joka johtuu siitä, että epätäydellisestä palaneet palamistuotteet CHx menevät savuhormiin. Vaikka nämä ovat primääriset päämäärät kaasua tai öljyä polttavien kattiloiden ohjauksessa, ei näin ole laita stoukkerikattiloissa eikä jätteentalteen- 2 70633 ottokattiloissakaan. Näissä kattiloissa on minimoitava palamatta jääneen polttoaineen määrä tuhkassa tai sulassa sekä palavien aineiden (ΓΗχ pääsy savuhormin lävitse.

On tunnettua, että stoukkerikattilan polttoainekerroksessa on useita erilaisia palamisvyöhykkeitä. Siinä on esimerkiksi hapettumisvyöhyke, jossa hiili muutetaan hiilidioksidiksi CO2 ja vyöhyke, missä hiilidioksidi voi tulla pelkistetyksi hiilimonoksidiksi CO. Sen lisäksi on muita vyöhykkeitä. Joka tapauksessa tapahtuu hyvin monimutkainen sarja kemiallisia reaktioita, jotka vaihtelevat kattilasta toiseen riippuen monista parametreista. Jätteen talteenottokattiloissa tapahtuu analogisia reaktioita.

Jotta saavutettaisiin optimaalinen palamistehokkuus, on käytetty savukaasuanalysaattoreita, jotka mittaavat hiilimonoksidin, hiilidioksidin ja myös palavien kaasujen CHx määrän. Ja tietysti on ympäristönsuojeluviranomaisia varten suoritettu mittauksia typpioksidulista tai typpioksidista, rikkidioksidista ja sameudesta (joka on mitta savukaasussa olevalle noelle tai tuhkalle). Lisäksi on joko ehdotettu tai todellisuudessa käytetty takaisinkytkentä-säätötekniik-koja, joissa jotakin edellä mainituista parametreista on käytetty säätämään palamisen tehokkuutta. Esimerkiksi teoksessa North American Combustion Handbook, 1978, toinen painos, julkaisija North American Manufacturing Company, sivuilla 67 ja 68 osoitetaan, että optimaalinen terminen hyötysuhde voidaan saavuttaa tuottamalla maksimaalinen suhteellinen määrä hiilidioksidia savukaasuun. Lisäksi on säädetty arinan alista ilmavirtaa funktiona hiilimonoksidin tai hapen määrästä poistokaasussa selektiivisen päämääräarvon saavuttamiseksi .

Esillä olevan keksinnön yleisenä kohteena on saada aikaan parannettu järjestelmä ja menetelmä palamisen optimoimiseksi kattilassa.

3 70633 Tämän tavoitteen saavuttamiseksi on keksinnölle tunnusomaista se, että mitataan savukaasun hiilidioksidi- ja hiilimonoksidipitoisuutta, että kattilaan tuodun alapuolisen ilman määrää säädetään joko hiilidioksidipitoisuuden funktiona tai höyry/polttoainesuhteen funktiona, ja että kattilaan tuodun yläpuolisen ilman määrää säädetään hiilimonoksidipitoisuuden funktiona.

Menetelmässä on edullista, että hiilidioksidipitoisuus säädetään maksimaalisen suuruiseksi ja hiilimonoksidipitoisuus säädetään ohjearvon suuruiseksi.

Keksintöä ja sen muita piirteitä selostetaan seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin.

Kuvio 1 on kaaviokuva stoukkerikattilasta, jossa on käytetty esillä olevaa keksintöä.

Kuvio 2 on yksityiskohtainen leikkauskuva kuviossa 1 kaa-viollisesti kuvatusta kattilasta.

Kuvio 3 on piirikaavio säätöjärjestelmästä, jossa on käytetty esillä olevaa keksintöä.

Kuvio 4 kuvaa kuvion 3 mukaisen järjestelmän toimintaa.

Kuvio 5 on taulukko, joka kuvaa kuvion 3 mukaisen järjestelmän toimintaa.

Kuvio 6 on piirikaavio ja kaaviollinen kuva osasta kattilan ilmansyöttöä kuvaten keksinnön vaihtoehtoista suoritusmuotoa .

Kuvio 7 on kaaviokuva jätteen talteenottokattilasta, jossa on käytetty esillä olevaa keksintöä.

Kuviossa 1 on esitetty stoukkerityyppinen tehokattila 10, jossa polttoainetta kuten esimerkiksi kivihiiltä tai kuorta syötetään kohdassa 11 liikkuvalle arinalle 12. Palamista ylläpidetään yläpuolisella ilmalla 13 ja arinan alisella ilmalla 14. Pakkovetopuhallin (FD-puhallin) 16 tuottaa tämän syöttöilman.

Polttoainekerros 17 arinalla 12 kehittää höyryä kattilaput-kissa 18 ja höyryn lähtömäärää on merkitty viitenumerolla 19.

4 70633

Poistokaasu vedetään induktiopuhaltimella 21 hormiin 22. Tässä hormissa on poistokaasuanalysaattori 23, jossa on yksilölliset ja tunnetut tuntoyksiköt, jotka osoittavat hiilimonoksidin CO, hiilidioksidin COo ja palavien CH määrän poistokaasussa ja tämän kaasun sameuden OP. Näitä yksikköjä on merkitty viitenumeroilla 24 - 27. Lisäksi on polttoaineen sisäänmenon säätö kaaviollisesti osoitettu porttiyksiköllä 28; arvon suuruus on osoitettu sanan FUEL (polttoaine) sisältävällä ympyrällä 29.

Syötön kannalta katsottuna määritetään yläpuolisen ja arinan alisen ilman määrät tuntoelimillä, näiden määrien arvoja on osoitettu kohdissa 31 ja 32; säätösisäänmenot näiden ilmavirtojen säätämiseksi ventiileillä tai pelleillä on osoitettu kohdissa 33 ja 34.

Yhdessä sovellutuksessa voidaan esillä olevaa keksintöä käyttää levitinstoukkerissa, kuten on esitetty kuviossa 2. Kattilassa on ilmatila 41, johon on arinan alinen ilman sisäänmeno 42 ja joka on peitetty liikkuvalla stoukkeriket-julla 43. Stoukkeriketjun päällä kuljetetaan polttoaineker-rosta 17, johon yläpuolinen ilma päästetään edestä, sivuilta ja takaa. Etupuolista yläpuolisen ilman tuloa on merkitty viitenumerolla 44 ja takaa tulevaa yläpuolista ilmaa viitenumeroilla 46 ja 47. Hiilen syöttösuppilo 48 ja syötin 49 tuovat polttoaineen tulipesään. Stoukkeriketjun 43 yläosa liikkuu kohti tuhkabunkkeria 51.

Levitinstoukkerikattilassa suunnataan polttoaine yleensä yli tulen tasaisesti levitettävällä toiminnalla. Tämä tekee mahdolliseksi hienojen polttoaineosasten suspensiopalamisen ja raskaammat kappaleet, joita kaasuvirtaus ei pysty kantamaan, putoavat liikkuvalle arinalle palaakseen ohuena, nopeasti palavana kerroksena, joka liikkuu kohti kattilan etupäätä. Tämä polttamismenetelmä aiheuttaa erittäin suuren herkkyyden kuorman heilahteluille, koska syttyminen on 5 70633 lähes silmänräpäyksellinen palamisnopeuden kasvaessa. Lisäksi voidaan polttoainekerros haluttaessa nopeasti polttaa loppuun.

Kuvio 3 kuvaa säätöjärjestelmää kuvion 1 mukaiselle teho-kattilalle ja kuvion oikeaan reunaan on merkitty eri sisään-menot ja ulostulot. Tämä tarkoittaa, että useat tuntoelimet tuntevat höyryn, polttoaineen, hiilidioksidin, sameuden, hiilimonoksidin ja palavat. Näiden tuntoelinten antoja käsitellään jäljempänä kuvatulla tavalla ja mittauksilla olemassaolevat arinan alinen U.G. ja yläpuolinen O.F. ilma 31, 32 muodostetaan kaksi säätösilmukkaa asianomaisten ilmavirtojen säätelemiseksi johdoissa 33, 34.

Mitä ensiksi tulee arinan alisen ilman säätösilmukkaan, ratkaisuna on maksimoida todettu hiilidioksidi. Täten hiilidioksidin toteaminen kohdassa 25 on kytketty ääriarvosäätö-yksikköön 52, joka nousevalla tai portaittaisella toiminnalla tuntee hiilidioksidin maksimimäärän ja muuttaa arinan alista ilmaa kohdassa 33 vastaavasti. Toisin sanoen ja yksinkertaisemmin ilmaistuna hiilidioksidin ulostulon vaihtelu arinan alinen ilma parametrina on käyrä, jolla on maksimi; ja arinan alisen ilman sisäänvientiä vaihdellaan, kunnes on mitattu maksimimäärä hiilidioksidia. Tätä ääriarvo-säätöä on kuvattu kuviossa 5, jossa on kuvattu arinan alisen ilman muutoksia (olettaen polttoaineen syöttö vakioksi). Huomioidaan se, onko viimeisen hiilidioksidimittauksen arvo kasvava vaiko pienenevä, kunnes ääriarvo eli maksimipiste on saavutettu. Ääriarvosäätö on sinänsä tunnettu alan ammattimiehille, sitä on käsitelty esimerkiksi artikkelissa Extremum Control Systems - an Area for Adaptive Control?,

Jan Sternsby, 1980 Joint Automatic Control Conference, 13-15 elokuuta 1980, San Francisco, California. Tässä nimenomaan käytettynä säätötekniikkana on samanlainen kuin mainitussa artikkelissa selitetty "portaittainen menetelmä". Tässä artikkelissa käsitellään myös muita menetelmiä, joita 6 70633 voidaan käyttää, kuten esimerkiksi gradienttitekniikkaa (kts. Mode Oriented Methods).

Vaihtoehtona arinan alisen ilman säätämiselle mittaamalla hiilidioksidi voidaan käyttää höyry/polttoaine-suhdetta, kuten on osoitettu kohdassa 53. Tämä on erityisen käyttökelpoinen kattiloissa, joissa on tarkat polttoaineen ja höyryn mittaukset ja sillä voidaan myös todeta joitakin ei-toivottuja tiloja kuten polttoaineen kasaantuminen kattiloissa. Täten yleensä CC^in tai höyry/polttoainesuhteen käyttäminen joko erikseen tai yhdistelmänä määräytyy niiden luotettavuustasoista. Tietysti höyry/polttoainesuhde on lopullinen mitta kattilan tehokkuudelle, koska se vastaa ulostuloenergian suhdetta sisäänmenoenergiaan. Täten tosiasiassa käytetään poikittaisrajoittavaa kaaviota höyry/polt-toaine-suhteeseen nähden tämän suhteen vaihteluille, koska mahdollisesti heterogeeniset polttoainekerros-olosuhteet voivat johtaa siihen. Kuviossa 5 on myös esitetty tämä suhde S/F vaihtoehtona hiilidioksidille.

Vaihtoehtoiseen menetelmään ääriarvosäädölle sisältyy CC^in neliöllisen polynoomin käyttäminen funktiona menneistä arvoista ilma/polttoainesuhteessa ja polttoaineen virtauksessa. Toista neliöllistä polynoomifunktiota höyry/polt-toaine-suhteelle myös käytetään funktiona viimeisistä ilma/polttoainesuhteista ja polttoainevirtauksesta. Rekursiivista eksponentiaalisesti painotettua pienimmän neliön menetelmää, jollainen on esitetty teoksessa Dynamic System Identification, Section 7.3.1, tekijät G.C. Goodwin ja R.L. Payne, Academic Press, sivu 180, 1977, käytettiin poly-noomisten parametrikertoimien laskemiseen.

Sitten käytettiin kalkylointiteoriaa ilmaisun löytämiseksi ilma/polttoaine-suhteiden paikkojen estimoinnille, joissa esiintyy maksimaalinen CO2 arvo ja maksimaalinen höyry/polt-toaine-suhde.

70633

Oletettakoon esimerkiksi polynoominen höyry/polttoainesuhde seuraavaksi: S/F = Αχ A/F2 + A2 A/F + A3 F + A4 A/F · F + A5 (1)

Kun A^ <0 esiintyy maksimaalinen höyry/polttoainesuhde, kun d S^F = 0 = 2 A, A/F + A, + A. F (2) d A/F 1 ^ 4 -a2 a4f so. maksimaalisella S/F:llä on A/F = - - - (3) 2Αχ 2A1 missä S/F = höyry/polttoaine-suhde A/F = ilma/polttoaine-suhde A^ = indentifioidut parametrit i:n arvoilla 1, 2, 3, 4, 5

Ilmaisu ilma/polttoaine-suhteelle, joka vastaa maksimaalista C02:ta, eli A/F maksimaalisella C02:lla voidaan kirjoittaa samalla tavoin kuin yhtälö (3).

Ääriarvosäätöä käytetään sitten muuttamaan ilma/polttoaine-suhteen tavoitearvoa jollakin seuraavista kolmesta tavasta: a. A/F maksimaalisella S/F arvolla b. A/F maksimaalisella C02 arvolla c. kohtien a. ja b. algebrallinen yhdistelmä.

Avainominaisuutena tälle säädölle on, että nämä ilma/polt-toaine-suhteen arvot muuttuvat polttoaineen koostumuksen ja jakaantumisen vaihteluiden mukana sekä kattilan toiminta-olosuhteiden muutosten mukana. Identifikaatio käyttää todellisia mittauksia kahden neliöllisen polynoomisen parametrin päivittämiseen kun uudet mittaukset tulevat tunnetuiksi ja ennustaa ilma/polttoaine-suhteen arvot optimaaliselle höyry/polttoainesuhteelle ja optimaaliselle C02:lle koko ajan.

8 70633 Ääriarvosäädöllä 52 on myös sameussisäänmeno 27, jota käytetään lisäämään arinan alista ilmaa, jos yläpuolinen ilman sisäänmeno on maksimissa. Tämän tarkoituksena on täyttää ympäristöviranomaisten vaatimukset. Arinan alisen ilman indikaatio 31 asetetaan suhteeseen höyry-ulostulon 19 tai polttoaineen sisäänmenon 29 kanssa ja summataan kohdassa 54 säätäjän 52 asettelupisteen ulostulon kanssa. Täten saadaan arinan alinen ilma/höyry tai arinan alinen ilma/poltto-aine virhesignaali säätäjälle C5. Tämä muodostaa siten väli-säätösilmukan. Lopuksi muodostetaan sisin ohjaussilmukka (säätösilmukka) summauksella kohdassa 56, joka vastaanottaa arinan alisen ilman sisäänmenon 31 ja säätäjän C5 ulostulon, jotka käsiteltynä säätöyksiköllä 57 muodostavat tosiasiallisen arinan alisen ilman virhesignaalin, joka on arinan alisen ilman säätöjohto 33.

Kuvion 3 mukaisesti säädetään yläpuolista O.F. ilmaa kolmella rinnakkaisella säätimellä Cl, C2 ja C3, joista vain yksi on aktiivinen minä tahansa ajankohtana ja joilla on vastaavat sisäänmenot palavan asettelupiste S.P., hiili-monoksidi-asettelupiste ja sameusasettelupiste, kuten kuviosta nähdään. Nämä summataan kohdissa 61, 62 ja 63 näiden parametrien asianomaisten todellisten arvojen kanssa. Yhden näistä parametreistä valinta toimimaan tavoitteena yläpuoliselle ilmalle on osoitettu kytkimellä T. Tämä valinta suoritetaan kuitenkin sarjalla tilanmuutos-logiikka-yhtälöitä, jotka on esitetty taulukossa I jäljempänä. Tuloksena oleva tavoite johdolla 64 summataan kohdassa 66 sisäänmenon 67 kanssa, joka on joko yläpuolisen ilman suhde höyryyn tai yläpuolisen ilman suhde polttoaineeseen. Tuloksena oleva summaus 66 on yläpuolinen virhesignaali, jota käsitellään säätimellä C4. Tämä muodostaa täten välisää-tösilmukan. Lopullinen sisin säätösilmukka yläpuolisen ilman sisäänmenolie 32 ja ohjausulostulo 34 toteutetaan sum-mausyksiköllä 68, joka vastaanottaa yläpuolisen ilman sisäänmenon 32, säätäjän C4 ulostulon ja tuottaa yläpuolisen ilman virhesignaalin säätäjään 69, joka käyttää yläpuolisen ilman säätöjohtoa 34.

9 70633

Yleensä ei välisäätösilmukka, joka käyttää hyväksi yläpuolisen ilman ja höyryn tai polttoaineen suhdetta 67, ole ehdottomasti välttämätön tässä säätösuunnitelmassa.

Täten osittaisena yhteenvetona esillä olevasta keksinnöstä ja kuvioon 3 viitaten mainittakoon, että arinan alisen ilman säätö, joka ilma voi muodostaa jopa 80 prosenttia ko-konaispalamisilmasta monissa kattiloissa, toteutetaan yksinomaan hiilidioksidin mittauksella (ja/tai höyry/poltto-ainesuhteen mittauksella). Ekvivalenttinen olisi luonnollisesti happokonsentraation mittaus. Uskotaan, että ei ole olemassa mitään teoreettista perustetta hiilimonoksidin käyttämiselle tähän tarkoitukseen.

Toiselta puolen hiilimonoksidia käytetään (kuten jäljempänä tarkastellaan, vaihtoehtoisesti palavien tai sameuden kanssa) yläpuolisen ilman säätämiseen. Tämä johtuu siitä, että hiilimonoksidin läsnäolo poistokaasussa on yleensä osoitus yläpuolisen ilman ei-sopivasta sekoittumisesta hiilimonoksidiin taikka stökiömetristen palamisolosuhteiden lähenemi-sestä hapettumisvyöhykkeessä kerroksen yläpuolella. Se paljastaa hyvin rajoitetusti tietoa itse tulikerroksen tilasta. Toiselta puolen uskotaan, että hiilidioksidin mittaus (tai vaihtoehtoisesti höyry/polttoaine-suhteen mittaus) paljastaa enemmän tukikerroksen tilaa. Täten edellä esitetty edustaa osittaista yhteenvetoa kuviossa 3 esitetyn säätöjärjes-telmäsuunnitelman syystä.

10 70633

Taulukko I

T = 0 tai 1 tai 2

Aloitus: T = 1 so. CO säätö

Tilan siirtymäloqiikka:

{T -> 0 jos CHX > CHXX ja OPX < ΟΡχ ja CO < C0X

Aktivoi CHX säätö jos CHX > CHxsp + CHdz ja OP < OPsp ja CO < COsp f T -> 1 jos CO > COx ja OP < ΟΡχ ^ \ Aktivoi (CO säätö jos CO >COSp + CODZ ja CHX < CHxsp ja OP < OPsp ^ T -> 2 jos OP > ΟΡχ 1 * Aktivoi sameus- jos OP > OP + 0PDZ ja CHX < CU Λ v^sääto ^ r

Prioriteetti xOP = sameus

Taulukko I ja kuvio 4 kuvaavat siirtymälogiikkayhtälöitä yhden kolmesta rinnakkaisesta säätösisäänmenosta valitsemiseksi yläpuoliselle ilmalle, kuten on kuvattu kuviossa 3; nämä kolme ovat palavien määrä, hiilimonoksidin määrä tai sameus. Taulukon I muutoslogiikkayhtälöiden termit ovat ek-vivalenttiset kuvion 4 merkintöjen kanssa. Säätöprioriteetti on osoitetulla tavalla sameus ensin, hiilimonoksidi toiseksi ja CHX kolmanneksi. Yleensä sameussäätö ohittaa hiilimo-noksidisäädön, jos sameus ylittää ennaltamäärätyn rajan. Hiilimonoksidisäätö ohittaa CH säädön, jos hiilimonoksidin Λ tunnistettu määrä ylittää ennaltamäärätyn rajan.

Tätä kaikkea on kuvattu kuviossa 4, jossa kun tarkastellaan esimerkiksi kaavion hiilimonoksidiosaa, hiilimonoksidin u 70633 asettelupisteeseen CO S.P. sisältyy hiilimonoksidin kuollut vyöhyke (CODZ). Tällainen kuollut vyöhyke estää heilunnan. Kuolleet vyöhykkeet ovat myös muissa säätökanavissa. Maksimaalinen hiilimonoksiditaso on COx, jossa tapahtuu hälytystila. Sama pätee palavien maksimille CH . Mitä

XX

tulee sameuteen, on ympäristösäännösten loukkaustasoa merkitty ΟΡχ. Tyypillisiä arvoja, joihin eri asettelupisteet on asetettu, ovat asettelualue 0,1-1 prosenttia CHx:lle, 200-1500 ppm hiilimonoksidille ja 10-20 prosenttia sameudelle. Luonnollisesti riippuvat nämä arvot kattilatyypistä ja kunakin aikana käytetyn polttoaineen tyypistä. Arvot riippuvat myös ympäristöä koskevista säännöksistä. Esimerkiksi hyviä stökiömetrisiä olosuhteita varten voi olla, että yhdessä kattilassa tai tietyn tyyppisellä kuoripoltto-aineella hiilimonoksidin asettelupiste olisi kriittisemmin säädeltävä suhteellisesti alhaisempaan arvoon kuin muut asettelupisteet. Joka tapauksessa on tästä muutoslogiikan tilasta selvää, että vain yksi säädin kerrallaan on aktiivinen kysymyksen ollessa yläpuolisesta ilmasta. Taulukko II esittää todellisia toiminta-arvoja esillä olevaa keksintöä käytettäessä yhdelle kuorta ja kahdelle kivihiiltä polttavalle stoukkerikattilalle.

i2 7 O 6 3 3

Taulukko II

Polttoainetyyppi Kuori Kivihiili Kivihiili _ _ n:o 1 n:o 2

Happi % 4,2 10,1 9,5 CO PPM 580 171 233 C02 % 14,8 12,1 12,1

Sameus % ?x 31,2

Palavat5”4 % 0,1 0,1 0,1

Polttoainevirtaus MPPH 92 48 53 HÖyryvirtaus MPPH 254 158 154

Arinan alisen ilman virtaus MPPH 319 127 155 Höyry/polttoaine tuotos 2,76 3,29 2,91

Ilma/polttoaine % (ilma/höyry) 139,5 (79) (100)

Yläpuolinen ilma Paine Virtaus Virtaus

5,6 cm ve- 55 MPPH 29 MPPH

sipatsasta χ Käyttää märkää kaasunpesulaitetta, sameus ei ole tärkeä ympäristösuojelun kannalta

XX

Mittauksia ei tunneta; esitetyt arvot ovat arvioita.

Levitinstoukkerissa siirtyy syttymistaso (palamistaso) ylöspäin läpi kerroksen samaan suuntaan kuin arinan alinen eli primääri-ilma, joka syöttää palamiseen tarvittavan hapen. Haihtuvat eroavat suoraan polttoainekerroksen yläpuoliseen vyöhykkeeseen hapettamista varten. Johtuen hienojen polttoaineosasten ja haihtuvien suspensiopalamisesta, tarvitsevat levitinstoukkerit oikean sekundääri-ilman (yläpuolisen ilman) jakaantumisen kaikissa kuormitusolosuhteissa. Sopimattomasta ilman jakaantumisesta on seurauksena kattilan tehokkuuden aleneminen noen muodostumisen johdosta (mihin liittyy sameusongelmia) ja siitä syystä, että lento-tuhkaa ja palavia hiilivetyjä menee ylös hormista. Heikko palaminen kerroksen ympärillä myös aiheuttaa lisääntymisen hiilen suhteellisessa osuudessa tuhkassa, johtuen sen säteily lämmön vähenemisestä, joka polttoainekerrokseen suuntautuu ylhäältä.

ia 70633

Levitinsoukkerissa ei syttyrnisvyöhyke (palamisvyöhyke) ole selvästi määritetty. Pikemminkin sen voidaan sanoa sijaitsevan kahdessa kohdassa: 1) liekin juuressa kerroksen yläpuolella, jossa tapahtuu suspensiopalaminen ja 2) karkeasti yhdensuuntaisena polttoainekerroksen pinnan kanssa. Haihtuvat pääsevät suoraan sekundääriseen hapettamisvyöhyk-keeseen kerroksen yläpuolella, kun tuore pudotettu hiili vajoaa syttymistasoon (polttotasoon). Koska haihtuvien annetaan saavuttaa levitinstoukkerin sekundäärinen hapettamis-vyöhyke ilman että niiden täytyy poikittaa syttymistaso (polttotaso), niin näiden haihtuvien ja hiilimonoksidin, jotka nousevat polttoainekerroksesta, täydellinen hapettaminen vaatii yläpuolisen ilman oikeata syöttämistä ja jakaantumista .

Kuvio 6 kuvaa kaaviota tämän yläpuolisen ilman jakaantumisen säätämiseksi. Tässä on yläpuolista pääilmavirtaustaindikoitu tuntoelimellä 32' ja tätä säädetään venttiilillä tai pellillä 83. Tätä venttiiliä säädetään normaalisti kuviossa 3 esitetyllä säätöulostulolla 34. Tämä sekundääri-ilman sisääntulo on kuitenkin jaettu sivu-, taka- ja etukanaviin. Ainakin etu- ja takakanavat nähdään kuviossa 2 viitemer-keillä 44 ja 46, 47 osoitettuina. Kuviossa 6 esitetyissä sivu- ja takakanavissa on säädettävät venttiilit 81 ja 82. Käytettäessä tätä yläpuolisen ilman putkistoa ja venttii-leitä tai peltejä määrittämään ilman jakaantuminen kattilan etusivun, takasivun ja sivujen kesken, voidaan tällaisella uudelleenjakamisella suuresti parantaa kattilan tehokkuutta. Tämän jakamisen apuna voidaan käyttää palavien aineiden kanavaa 26. Tämä on kytketty säätimeen 84, joka suorittaa kaksidimensionaalisen haun yläpuolisten ilmavirtausten sallitusta alueesta CHX arvon minimoimiseksi. Täten säädin 84 säätää säätösilmukoita 86 ja 87, jotka liittyvät peltien 81 ja 82 säätöön. Takaisinkytkentäosoitus näiden peltien tilasta on toteutettu yksiköillä 88 ja 89. Täten kuviossa 6 esitettyä tekniikkaa käyttämällä voidaan palavien aineiden 14 70633 määrä minimoida säätämällä sekundääri-ilman jakaantumista. Lisäksi voidaan CO ja sameus samalla tavoin minimoida yläpuolisen ilman jakaantumista säätämällä.

Kuvio 7 esittää jätteen talteenottokattilaa, jossa on käytetty esillä olevan keksinnön periaatetta. Yleensä käytetään luonnollisesti talteenottokattilaa käsittelemään paperinvalmistusprosessissa muodostunutta mustalipeää. Suihkutus-suuttimet 71 ja 72, jotka sijaitsevat uunin molemmilla sivuilla, purkavat mustalipeän hienojakoisina suihkuina uuniin. Palamisilma tuodaan pakkovetopuhaltimilla 74 ja 74a ja ilmavirta on kuvatulla tavalla jaettu primääri-ilmatielle 75, sekundääri-ilmatielle 76 ja joissakin talteenottokatti-latyypeissä tertiääri-ilmatielle 77. Sopivia ilmansäätövent-tiilejä 75a, 76a ja 77a käytetään ilmamäärien määräämiseen.

Primääri-ilma 75 päästetään sisään venttiileistä 78 palavan kerroksen tasolla. Sitä voidaan kuitenkin käsitellä samalla tavalla kuin arinan alista ilmaa ja keksinnön periaatteen mukaisesti sitä voidaan nimittää arinan aliseksi ilmaksi. Samalla tavoin sekundääri-ilma 76 päästetään sisään venttiileistä 79 ja sitä voidaan käsitellä yläpuolisena ilmana. Tertiääri-ilmaa 77 ei ole kaikissa talteenottokattiloissa ja sitä voidaan käsitellä osana sekundääri-ilmaa. Täten säädön kannalta katsottuna ja viitaten kuvioon 3 primääri-ilma 75 ja sekundääri-ilma 76, 77 säädetään samalla tavoin kuin arinan alinen ilma ja yläpuolinen ilma.

Yhteenvetona tulkoon mainituksi, että esillä olevalle keksinnöllä saadaan aikaan parannettu kattilan säätöjärjestelmä.

Claims (4)

1. Menetelmä höyrykattilan kuumennuksen säätämiseksi, jossa kattilassa on ilmansyöttö polttoainekerroksen alueella tämän alapuolelta sekä ilmansyöttö polttoainekerroksen yläpuolelta, tunnettu siitä, että mitataan savukaasun hiilidioksidi- ja hiilimonoksidipitoisuutta, että kattilaan tuodun alapuolisen ilman määrää säädetään joko hiilidioksidipitoisuuden funktiona tai höyry/polttoainesuhteen funktiona, ja että kattilaan tuodun yläpuolisen ilman määrää säädetään hiilimonoksidipitoisuuden funktiona.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu -siitä, että hiilidioksidipitoisuus säädetään maksimaalisen suuruiseksi ja hiilimonoksidipitoisuus säädetään ohjearvon suuruiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilimonoksidi- ja hiilidioksidipitoisuuden ohella mitataan savukaasussa myöskin palavien osien (CHX) pitoisuutta sekä savukaasun valoläpäisemättömyyttä, että yläpuolista ilmansyöttöä säädetään funktiona valonläpäisemättömyysasteesta, palavien osien (CHX) pitoisuudesta sekä hiilimonoksidipitoisuudesta, puhtaan hiilimonoksidisäädön asemesta, silloin kun todettu valonläpäisemättömyysaste ylittää määrätyn rajan.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säätötarkoituksella suoritetut korjaukset toteutetaan kulloinkin vasta edellisen korjauksen päätyttyä ja järjestelmän tasaannuttua.