FI74738C - Foerfarande och anordning foer att minska stoftagglomerater vid behandling av gaser av smaeltningsugnen. - Google Patents

Description

1 74738 MENETELMÄ JA LAITE PÖLYKASVANNAISTEN VÄHENTÄMISEKSI SULATUSUUNIN KAASUNKÄSITTELYSSÄ Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitetta pölykasvannaisten vähentämiseksi sulatusuunin kaasukäsittelyssä, erityisesti kun on kysymyksessä rikkidioksidia sisältävien kaasujen käsittely.

Sulatusuunista, kuten suspensiosulatusuunista poistuvat rikkidioksidi— pitoiset kaasut johdetaan ensin suoralla kaasuvirtauksella toimivaan jätelämpökattilaan, joka on jaettu kahteen osaan, säteilyosaan ja kon-vektio-osaan. Säteilyosan tarkoituksena on jäähdyttää poistokaasut niin, että kaasussa olevat sulat partikkelit jähmettyvät ja lämpötila laskee partikkelien sintrausiämpötilan alapuolelle, ennen kuin kaasut johdetaan jätelämpökattilan konvektio-osaan. Konvektio-osassa pölypi-toisten kaasujen sisältämä loppulämpö otetaan talteen jäähdytysputkis-tol la.

Suspensiosulatukseen liitetyissä jätelämpökattiloissa esiintyy kuitenkin poistokaasujen korkean pöly pitoisuuden vuoksi pöly kasvannaisia, jotka vaikeuttavat itse jätelämpökattilatoimintaa kuin myös koko suspensio-sulatusprosessia. Vaikeuksista johtuvat mahdolliset suspensiosulatus-prosessin tuotantokatkojen aiheuttamat menetykset tuottajille ovat hyvin suuret. Pölykasvannaisista aiheutuvat vaikeudet ilmenevät lähinnä seu-raavilla tavoilla: konvektiojäähdytyspakettien tukkeutumisena jätelämpökattilan konvektio-osassa, jätelämpökattilan ja siihen liitetyn säh-kösuotimen välisen putken tukkeutumisena sekä sähkösuotimen emissio-elektrodeille muodostuvina kasvannaisina.

Pölykasvannaisten vähentämiseen on pyritty monella eri tavalla; on tehostettu kattilan puhtaanapitoa ravistinlaitteilla, tai jätelämpötilan säteilyosaan on konstruoitu kaasuvirtauksen suuntaisia jäähdytyspanee-leja. Myös jätelämpökattilan muotoilulla on pyritty pölykasvannaisten vähentämiseen, kuten Fl-patentissa 65632, jossa on pystysuora säteily-osa ja sitä vastaava pystysuora verho-osa yhdistetty vaakasuoraan konvektio-osaan. Fl-patentin 66488 mukaisesti jätelämpökattilan säteilyosan katto on muotoiltu asteittain laskevaksi niin, että se yhtyy olennaisesti alemmalla tasolla olevan konvektio-osan kattoon.

74738

Edelleen pölykasvannaisia on pyritty vähentämään muuttamalla poisto-kaasuissa olevan pölyn koostumusta, kuten Fl-patentissa 61572, jossa pölyn haurastuttamiseksi pölyyn lisätään esimerkiksi kalsiumoksidia, jolloin hauras pöly aikaansaa vähemmän kasvannaistaipumusta konvektio-putkistojen pintaan. Esitetyt laiteratkaisut ja menetelmät pölykasvan-naisten vähentämiseksi ovat kuitenkin olleet pääasiassa vain havaittujen oireiden poistajia, mutta varsinaisen syyn poistajia ei ole esitetty.

Esilläolevan keksinnön tarkoituksena onkin aikaansaada menetelmä ja laite, joka kohdistuu suspensiosulatuksen kaasukäsittelyssä syntyvien pölykasvannaisten vähentämiseksi myös kasvannaisten syntymiseen vaikuttavien syiden osalta. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Tarkastellaaan aluksi kuparin suspensiosulatuksesta saatavaa lentopölyä ja pölystä aiheutuvia kasvannaisia. Kasvannaisissa on havaittu yleisesti kuparisulfaattia CuSO^, joten pölyn sulfatoitumisella on siten yhteys kasvannaisten syntyyn. Kuparisulfaatin muodostumisreaktio on seuraava:

CuO + *02 + S02 -> CuSOjj (1) ja reaktion (1) tasapainoa eri lämpötiloissa on tarkasteltu kuviossa 2, jossa on esitetty stabiilit tasapainot kuparisulfaatti/kuparioksidi rikkidioksidin osapaineparametrinä jätelämpökattilan eri osien lämpötilan funktiona. Kuten kuviosta selviää, kuparisulfaattia alkaa esiintyä jo hyvinkin pienillä happipitoisuuksilla, kun lämpötila on alle 800°C. Edelleen kuviossa 2 on esitetty, kuinka sulfatoitumisen reaktioalue A muuttuu säteilyosaan päin happipaineen kasvaessa. Koska reaktio (1) on eksoterminen, reaktiossa vapautuva lämpö kohottaa tuotteen lämpötilaa ja kuparisulfaatin alhaisen sulamispisteen, 770°C, vuoksi kasvannaista alkaa syntyä helposti. Syntynyt kasvannainen taas toimii eräänlaisena kasvualustana uudelle pölylle.

Kuten kuviosta 2 voidaan todeta, sulfatoitumiselle ja kasvannaisten muodostumiselle edulliset olosuhteet ovat lähellä konvektio-osan alkua 3 74738 tai säteilyosan loppua. Näin kaasukäsittelylinjan tukkeutumisen alettua seurauksena on jätelämpökattilan jälkeisessä sähkösuotimessa ja jäte-lämpökattilan konvektio-osassa syntyvä suurempi alipaine, jotta kaasujen poisto suspensiosulatusuunista olisi mahdollista. Tästä on taas seurauksena jätelämpökattilan vuotoilmojen lisääntymisestä johtuva hap-pipaineen nousu ja kasvannaisten aiheuttaman tukkeutumisen kiihtyminen ja siirtyminen enemmän konvektio-osaan ja sitä seuraavaan kaasukanavaan ja sähkösuotimeen.

Tavallisesti suspensiosulatusmenetelmässä on käytetty lievää yli-ilmaa suspensiosulatusuunin alauunin polttimille, jolloin sulfaattireaktion happi syötetään jo uunista. Tällä menetelmällä on kuitenkin haittoja: kaasumäärä kasvaa, koska käytetään ylimäärin ilmaa, joka lämmitetään lisäöljyllä. Seurauksena voi olla myös säteilyosan riittämättömyys jos poistokaasujen ja pölyn lämpötila on yli 800°C säteilyosan jälkeenkin, jolloin sulfatoituminen eli kasvannaisten synty tapahtuu vasta konvektio-osassa. Edelleen pölykasvannaisten syntymisen hallinnassa on käytetty kaasukierrätystä, jolloin poistokaasuja kierrätetään takaisin jätelämpökattilaan. Tällöin kuitenkin aikaansaadaan suuri kaasuvirta lämmintä kaasua, samalla kun tämä kiertokaasu ei tuo riittävästi happea jätelämpökattilan säteilyosaan.

Keksinnön mukaisella menetelmällä sulfatoitumista eli kasvannaisten syntyä säädetään käyttämällä hyväksi lämpötilaa ja happea. Keksinnön mukaisesti jätelämpökattilan säteilyosaan puhalletaan suuttimien kautta olennaisen suurella nopeudella 20 - 90 m/s, edullisesti 90 - 70 m/s, happipitoista kaasua 10 - 90 til-%, edullisesti 15 - 25 tiI-% poisto-kaasujen määrästä, minkä seurauksena happipitoisuus poistokaasuissa kasvaa ja sulfatoituminen eli kasvannaisten synty siirtyy säteilyosaan päin. Kun lisäksi jätelämpökattilan säteilyosaan puhallettu happipitoinen kaasu kuten ilma, happlrikastettu ilma tai happi edullisesti alentaa säteilyosassa olevan kaasun lämpötilaa, reaktioalue siirtyy säteilyosaan, josta mahdolliset pölykasvannaiset on helposti poistettavissa ilman jätelämpökattilaan vaikuttavia, haitallisia painevaihteluita.

Keksinnön mukainen laite koostuu edullisesti ainakin yhdestä happipi-toisen kaasun puhallukseen tarkoitetusta suuttimesta, joka sijoitetaan « 74738 edullisesti jätelämpökattilan katolle niin, että suutinputki on vinossa asennossa kaasun virtaussuunnan kanssa.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen erästä edullista sovellu-tusmuota osittain leikattuna sivukuvantona, kuvio 2 esittää kuparisulfaatti/kuparioksidi-tasapainoa lämpötilan funktiona eri rikkidioksidin ja hapen osapaineilla tekniikan tason mukaisesti, kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaista tasapainoa esimerkin 1 mukaisessa tapauksessa, kuvio 4 esittää kuvion 2 mukaista tasapainoa, kun keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta on sovellettu esimerkin 2 mukaisesti.

Kuvion 1 mukaisesti jätelämpökattilan säteilyosan katolle 10, edullisesti sen loppupäähän, on kiinnitetty keksinnön mukaisesti suutin 11, joka aukon 12 kautta on yhteydessä säteilyosaan 13 suuttimeen 11 liitetyn puhallusputken 14 välityksellä. Putki 14 on asennettu olennaisesti vinoon asentoon sulatusuunista 16 säteilyosaan 13 tulevaan kaasuvirtaan 15 nähden. Putki 14 muodostaa kaasuvirtauksen 15 normaalin kanssa 5 - 30°, edullisesti 10 - 20° kulman. Kuviossa 1 on esitetty myös jätelämpökattilan konvektio-osa 17 ja siinä olevia konvektioputkipa-ketteja 18.

Suuttimen 11 kautta voidaan jätelämpökattilan säteiluosaan 13 puhaltaa happipitoista kaasua, kuten ilma, happirikastettu ilma tai happi keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Suuttimia 11 voidaan sijoittaa säteilyosan katolle 10 myös useita, mikäli tarvittava kaasumäärä on edullista puhaltaa säteilyosan eri kohtiin. Edullista on kuitenkin sijoittaa suuttimet niin, että ne ovat olennaisesti samalla kohtaa säteilyosan kattoa pituussuuntaan nähden.

Seuraavassa on esitetty esimerkit sekä tekniikan tason mukaisesta menetelmästä että keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen soveltamisesta tehdasmittakaavaiseen systeemiin.

5

Esimerkki 1 74 7 3 8 3

Sulatusuunista virtasi 30 000 Nm /h poistokaasuja jätelämpökattilan säteilyosaan. Poistokaasujen rikkidioksidipitoisuus oli 26,7 til-% ja happipitoisuus 1,0 til-%. Tekniikan tason mukaisesti toimittaessa pois-tokaasujan lämpötila säteilyosan jälkeen on 750 - 800°C. Kuviossa 3 on esitetty esimerkin mukaiset olosuhteet kuparisulfaatti/kuparioksidi-tasapainosysteemissä. Kuten reaktioalueen A sijainnista havaitaan, sul-fatoituminen eli kasvannaisten synty on voimakkain konvektio-osan toisessa ja osittain ensimmäisessä paketissa. Seurauksena on vähittäinen tukkeutuminen ja sen seurauksena kaasulinjan loppupäässä imujen suureneminen ja sulfatoitumisen ja tukkeutumisen kiihtyminen.

Esimerkki 2

Esimerkin 1 mukaisen poistokaasujen virtaan puhallettiin keksinnön mukaisesti säteilyosan katolle sijoitettujen suuttimien kautta säteilyosan 3 loppupäähän ilmaa 6 000 Nm /h eli 20 til-% koko kaasumäärästä. Näin sateilyosasta poistuvan kaasun määrä oli yhteensä 36 000 Nm /h. Rikkidioksidipitoisuus tässä kaasussa oli 22,2 til-% ja happipitoisuus 4,3 til-% sekä kaasujen lämpötila 680 - 700°C. Kuviossa 4 on esitetty esimerkin mukaiset olosuhteet. Kuten kuviosta 4 havaitaan, reaktioalue A on siirtynyt selvästi säteilyosan puolelle, jolloin sulfatoituminen eli kasvannaisten synty tapahtuu olennaisilta osin säteilyosassa eikä systeemissä tapahdu olennaista kasvannaisten muodostumista konvektio-osas-sa.

Claims (8)

74738

1. Menetelmä pölykasvannaisten vähentämiseksi rikkidioksidipitoisten sulatusuunin poistokaasujen käsittelyssä poistokaasujen kokoomusta muuttaen, tunnettu siitä, että poistokaasuihin puhalletaan jätelämpökattilan säteilyosan (13) loppupäähän kaasuvirtaussuuntaan nähden happipitoista kaasua.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happipitoista kaasua puhalletaan 10 - 40 til-%, edullisesti 15 - 25 til-% poistokaasujen määrästä.

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun puhallusnopeus on välillä 20 - 90 m/s, edullisesti 40 - 70 m/s.

4. Patenttivaatimusten 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että happipitoinen kaasu on ilmaa.

5. Patenttivaatimusten 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että happipitoinen kaasu on happirikastettua ilmaa.

6. Patenttivaatimusten 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että happipitoinen kaasu on happea.

7. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmä toteuttamiseksi, tunnettu siitä, että jätelämpökattilan säteilyosan katolla (10) on ainakin yksi kaasuvirtaussuunnan (15) normaaliin nähden vinoon asentoon sijoitettu suutin (11) happipitoisen kaasun johtamiseksi jätelämpökattilan säteilyosan (13) loppupäähän.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaasuvirtaussuunnan (15) normaalin ja suuttimen (11) välinen kuin? on 5-30, edullisesti 10-20 astetta.