FI75360B - Saett att avvattna en kaka av biomassa. - Google Patents

Description

1 75360

Tapa veden poistamiseksi biomassakakusta Tekniikan ala

Keksintö kohdistuu biomassojen käsittelyyn polttoaineen 5 tuotantoa varten. Erityisesti keksintö kohdistuu yhdistettyyn järjestelmään turpeen nostoa, esikäsittelyä (käsittäen fraktioimisen), veden poistoa ja edelleen jalostusta varten (käsittäen lämpökuivauksen). Järjestelmän eri osat toimivat yhdessä keskenään synergistisellä tavalla optimaalisen 10 tuloksen saamiseksi, mitä tulee kokonaistalouteen, järjestelmän käytettävyyteen, turpeen ja turvemassojen erilaisiin tyyppeihin, lopputuotteen laatuun sekä ympäristönäkökohtiin. Kuitenkin järjestelmän osia voidaan katkaista, yhdistämiseksi tavallisten tai muiden järjestelmien kanssa ja myös-15 kin on mahdollista käyttää hyväksi järjestelmän tiettyjä osia muiden biomassojen kuin turpeen käsittelemiseksi. Viimeksi mainittu pätee ennen kaikkea kuivausosaan.

Tekniikan taso 20 Kun kysymyksessä on turpeen käsittely, tekniikan taso on esitetty seikkaperäisellä tavalla raportissa Resultat-rapport NE 1982:5, julk. Nämnden för Energiproduktionsforsk-ning sekä julkaisussa Vattenfalls Torvutredning 1982. Viimeksi mainitussa julkaisussa on havainnollistettu erilaisia 25 turpeen tuotantomenetelmiä kaaviossa sivulla 4:2. Tavallisesti turve nostetaan joko jyrsinturpeena tai palaturpeena. Molemmat nämä nostomenetelmät ovat säästä riippuvia, mikä on hyvin suuri epäkohta. Jos sen sijaan turve nostetaan kaivamalla tai nk. hydroturvemenetelmällä, nostokautta voi-30 daan jatkaa huomattavasti. Nämä menetelmät eivät salli kuitenkaan mitään täydellistä "ympärivuotista nostoa", koska ne eivät anna mitään taloudellisesti hyväksyttävää tekniikkaa talvella jäätyneen turpeen sulattamiseksi.

Esikäsittelymenetelmien joukossa todetaan mm. fraktioi-35 minen. Niinpä on tunnettua, että veden poistoa turpeesta puristamalla voidaan huomattavasti helpottaa, jos hieno-osuus, josta vesi on vaikeasti poistettavissa, erotetaan 2 75360 kuituisesta osasta, josta vesi on helpommin poistettavissa. Tällainen turpeen esikäsittely, fraktioiminen, voidaan suorittaa tunnetun tekniikan mukaan mekaanisesti monella erilaisella tavalla, esim. kaarisiivilöimällä, linkoamalla, 5 nk. Float-wash -tekniikalla ym. Näillä tunnetuilla menetelmillä on sinänsä mahdollista kohottaa pumpattavan suspension kuiva-ainepitoisuuteen suuruusluokkaa 10 %. Kuitenkin nämä tunnetut tekniikat edellyttävät, että sisään tuleva turve on vapaa jäästä, mikä rajoittaa laitosten hyödyk-10 sikäyttöaikaa. Myöskään taloudellisesti ei ole sopivaa täydentää laitoksia varusteilla raakaturpeen lämmittämiseksi jään sulattamista varten. Sen vuoksi vuodenajasta riippumaton jatkuva tuotanto ai ole mahdollista, mikä on huomattava järjestelmän rajoitus.

15 Jo kauan on ollut tungettua, että turve muodostaa kol loidisen järjestelmän, jolla on voimakas affiniteetti veteen ja että turpeeseen kolloidusti sitoutunut vesi voidaan poistaa mitä helpoimmin esikäsittelemällä erilaisilla elektrolyyttilisäyksillä. Erityisesti turpeen kolloidises-20 sa hienofraktiossa oleva vesi on sidottu tällä tavalla, minkä vuoksi arvostetaan tärkeäksi saada yksinkertaisempia menetelmiä tai lisäaineita, niin että myöskin fraktion tästä osasta vettä voidaan poistaa mekaanisesti. Kuitenkin polyelektrolyyttilisäaine merkitsee huomattavaa kustannus-25 tekijää. Erityisesti tämä pätee silloin, kun turve sisältää hienofraktion suuren osuuden, mikä on tapaus turvetyy-peissä, joilla on korkea maatuneisuusaste ja/tai jos järjestelmässä kierrätetään uudelleen hienofraktion osaa, niin että sisään tulevan raakaturpeen hienofraktion konsentraa-30 tio kohoaa.

Puristamalla kuiva-ainepitoisuus voidaan kohottaa tunnettujen menetelmien mukaan arvoon noin 30 %. Mainitun tu-losraportin NE 1981:5 mukaan on testattu monentyyppisiä puristimia, muun muassa nk. monihihnapuristinta yhdistelmänä 35 valssipuristimen kanssa. Tällä tunnetulla tekniikalla voidaan saavuttaa kuiva-ainepitoisuus noin 30 %. Taloudelliset laskelmat, jotka on tehty perustuen suoritettuihin ko- 3 75360 keisiin, osoittavat, ettei puristusta tarvitse käyttää kauemmin kuin tähän kuiva-ainepitoisuuteen saakka. Suuremman kuiva-ainepitoisuuden saavuttamiseksi tarvitaan pitkiä puristusaikoja, jolloin kapasiteetti laskee selvästi. Tä-5 män johdosta kustannukset tulevat kohtuuttoman korkeiksi. Sen tähden täytyi käyttää lisävedenpoistovaiheita, nimittäin kuivausta. Turpeen, jonka kosteuspitoisuus on jopa 70 %, kuivaus on kuitenkin kallista, minkä vuoksi on toivottavaa voida lisätä kuiva-ainepitoisuutta ennen kuivaus-10 ta, mikä ei ole taloudellista tunnetuilla tekniikoilla.

Sen tähden ei voida sanoa, että tunnetut puristusmenetelmät toimivat yhdessä järjestelmän muiden laitteiden kanssa koko järjestelmää varten synergisellä tavalla.

Myöskin kuivausosaa varten on kehitetty useita menetel-15 miä ja laitteita. Eräs menetelmä on kuvattu esimerkiksi ruotsalaisessa patenttihakemuksessa 78 10558-2. Tämän menetelmän mukaan aines kuivataan höyrykuivauslaitteessa, jossa ylipaineessa oleva vesihöyry ympäröi ainesta. Höyry-kehitetään erillisessä höyrykattilassa, joka olennaisesti 20 kallistaa järjestelmää ja tekee sen epärealistiseksi ainakin pienehköissä tai keskisuurissa laitoksissa. Eräs tässä suhteessa edullisempi laite on kuvattu ruotsalaisessa patenttihakemuksessa 78 06720-^, joka kuitenkin edellyttää laitetta, joka toimii pelkästään suoralla kuivauksella il-25 makehän. paineessa, mikä ei anna korkeaa hyötysuhdetta.

Keksinnön selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada parannuksia yhteen tai useampaan seuraavista vaiheista, nimittäin 30 turpeen nosto, esikäsittely, veden poisto ja kuivaus, jotka vaiheet voivat kuulua yhdistettyyn järjestelmään, jossa eri osastot tai vaiheet voivat toimia yhdessä toistensa kanssa koko järjestelmää varten synergistisellä tavalla.

Keksinnön tarkoituksena on myöskin tarjota tunnettujen 35 menetelmien edellä mainittujen ongelmien ja epäkohtien uusia ratkaisuja, mitä tulee turpeen ja/tai muiden biomassojen nostoon, esikäsittelyyn, veden poistoon ja kuivaukseen, il 7 5 3 6 0 kun kysymyksessä on ainakin viimeinen osa.

Järjestelmän ensimmäisen näkökohdan mukaan ehdotetaan niinmuodoin turpeen noston uutta menettelytapaa. Keksinnön mukaan turve lietetään pumpattavaksi lietteeksi tai suspen-5 sioksi, joka johdetaan vedenpoistolaitteistoon. Tällöin keksintö tunnetaan siitä, että vedenpoistolaitteistosta palautetaan jätevesi, joka levitetään suolle alueen päälle sopivalla välimatkalla turpeenottopaikasta ainakin osittain suoveden syrjäyttämiseksi ja käyttämiseksi lietteen valmis-10 tamista varten, samalla kun suovesi johdetaan sopivimmin tyhjennettyyn turpeenottopaikkaan. Jätevesi sisältää tällöin myöskin vedenpoistolaitteistossa erotetun hienofrak-tion, joka levitetään suolle yhdessä lämpimän jäteveden kanssa, jolloin hienofraktio sekoittuu suon ylemmässä ker-15 roksessa olevan karkeamman aineksen kanssa. Vähitellen suolle levitetyn hienofraktion pääosa palaa turpeenottopai-kalle, sen jälkeen kun hienofraktion osaset ovat kulkeneet suon raakaturvekerrosten ja/tai vedenpoistolaitteiston läpi yhden tai useamman kerran. Levitetyn veden olennaisten 20 määrien turpeenottopaikkaan suoraan virtaamisen estämiseksi, kulkematta sen syvimpien osien kautta, nostettua turvetta oleva seinä voidaan valmistaa turpeenottopaikan reunan ja sen suoalueen väliin, johon vettä levitetään. Eräänä erityisenä etuna yhdistetyllä turpeen nostolla ja sen jälkei-25 sellä veden poistolla on myöskin se, että lämmintä jätevettä talvella voidaan käyttää jäätyneen turpeen sulattamiseen, niin että sitä voidaan nostaa ja liettää suspensioksi. Keksintö käsittää siten mahdollisuuden todelliseen ympärivuotiseen turpeennostoon. Sopivimmin lämmin jätevesi sisältää 30 myöskin turvetuhkaa, joka toisaalta aikaansaa turpeen kolloidisten sidosten katkeamisen ja toisaalta kohottaa sen veden pH-arvoa, joka johdetaan turpeenottopaikalle yhdessä hienofraktion kanssa. Tällä luodaan parannetut edellytykset nostetun turpeen jälleenkäyttämiseksi metsän- ja maan-35 viljelyksessä. Turvetuhkan täydennykseksi tai vaihtoehtona myöskin muita kemikaaleja voidaan lisätä nostetun turpeen kolloidisten sidosten katkaisemiseksi sinänsä tunnetulla

II

·:> 75360 tavalla.

Itse turpeen nostoon voidaan käyttää sekä tavallisia että äskettäin kehitettyjä varusteita. Tällöin voidaan käyttää hyväksi kaivu- tai hydroturveperiaatetta. Jos käy-5 tetään kaivinkonetta, sen täytyy olla kauko-ohjattu, mie-histötön eikä arka kannoille.

Keksinnön eräänä tarkoituksena on myöskin tarjota sus-pendoidun turpeen esikäsittely, joka edullisella tavalla voidaan yhdistää sekä juuri esitetyn turpeen noston kanssa 10 että jatkuvan veden poiston kanssa puristamalla suureen konsentraatioon. Tällöin esikäsittelyn tarkoituksena on myöskin parantaa turpeen kuivatuskykyä sekä kohottaa kon-sentraatiota. Keksinnön tämän näkökohdan mukaan vettä poistetaan turve-vesisuspensiosta useissa sarjaankytketyissä 15 vedenpoistolaitteissa, samanaikaisesti kun turpeen hieno-fraktio-osuus poistetaan jäteveden mukana, jolloin veden-poistolaitteiden siiviläkankaita huuhdotaan puhtaaksi läm-pimämmällä huuhteluvedellä. Huuhteluvetenä käytetään sopi-vimmin seuraavasta laitteesta tulevaa lämpimämpää jätevettä. 20 Viimeisessä sarjaankytketyssä vedenpoistolaitteessa voidaan käyttää seuraavasta loppupuristuslaitteistosta tulevaa lämmintä jätevettä.

Käyttämällä lämmintä huuhteluvettä parannetaan turpeen kuivatuskykyä. Kuivatuskyvyn vielä parantamiseksi lisätään 25 sinänsä tunnetulla tavalla sopivia kemikaaleja, erityisesti elektrolyytteinä toimivia metalliyhdisteitä (positiivisia metalli-ioneja), kemiallisen, termisen ja mekaanisen käsittelyn yhdistelmällä turpeen kolloidisen järjestelmän osan lohkoamiseksi. Sopivimmin mainittuina kemikaaleina on yk-30 sinään tai osittain turvetuhka, joka voidaan saada järjestelmään kuuluvasta kuivausosasta. Mekaaninen käsittely käsittää toisaalta homogenoimisen turvekakun, josta on poistettu vettä ja joka saadaan jokaisesta laitteesta,sekä toisaalta seuraavasta laitteesta tulevan lämpimämmän jäteveden 35 välillä. Sopivimmin käytetään suljettua vedenpoistinta.

Suspension, joka syötetään ensimmäiseen sarjaankytkettyyn vedenpoistolaitteeseen, konsentraatio on korkeintaan 5 %, t. 75360 sopivimmin kuiva-ainepitoisuus on 2-3 ί ja lämpötila 10-30°C, samalla kun lietteen, joka jättää viimeisen veden-poistolaitteen, konsentraatio on 5-12 %t sopivimmin kuiva-ainepitoisuus on 6-10 %t ts. suunnilleen sama kuiva-ainepi-5 toisuus kuin käsittelemättömässä suon raakaturpeessa ja lämpötila on 40-80°C, sopivimmin 50-70°C. Kemikaalit, sopivimmin turvetuhka, lisätään puskurivarastoon ennen ensimmäistä vedenpoistolaitetta.

Keksinnön vielä eräänä tarkoituksena on aikaansaada pu-10 ristusmenetelmä, joka ei vaadi pitkiä puristusaikoja, mikä merkitsee sitä, että saavutetaan suuri kapasiteetti. Lyhyt puristusaika voidaan saavuttaa siten, että turve on vapautettu oleellisesta osasta hienofraktiota, että on katkaistu kolloidiset sidokset lisäämällä mainittuja kemikaaleja, so-15 pivimmin turvetuhkaa ja että puristus on suoritettu kohotetussa lämpötilassa. Tarkemmin määriteltynä lämpötila on korkeampi kuin ensimmäisissä vedenpoistolaitteissa, sopivimmin yli 90°C. Keksinnön eräs erityinen tunnusmerkki on se, että turvekakussa oleva vesi sopivimmin syrjäytetään 20 lämpimämmällä vedellä perättäisesti lisätyn paineen alaisena. Tavallisesti veden syrjäytys turvekakussa tapahtuu lämpimämmän veden välityksellä nestefaasissa, mutta voi olla myöskin mahdollista, että veden syrjäytys turvekakussa suoritetaan höyryllä, kuitenkin ilman veden höyrystystä 25 turvekakussa.

Puristuksen suorittamiseksi monet erilaiset laitteet ovat mahdollisia. Sopivimmin käytetään kuitenkin laitetta, jonka periaatteessa muodostaa suljettu pesupuristin, jossa turvekakku saatetaan veden poiston, lämpimämmällä vedellä 30 pesun tai syrjäytyksen alaiseksi ja siten lämmityksen ja valssipuristuksen alaiseksi. Ominaisen paineen valssipu-ristusvälissä täytyy nousta ainakin 300 baariin, sopivasti ainakin ^00 baariin ja sopivimmin yli 500 baaria. Voidaan käyttää useita tällaisia puristimia, jolloin kuitenkaan ta-35 vallisesti viimeisessä puristimessa ei syrjäytetä turvekakussa olevaa vettä lämpimämmällä vedellä. Ensimmäisestä puristimesta tulevaa jätevettä käytetään huuhteluvetenä

II

7 75360 viimeisessä alkuvedenpoistolaitteessa. Turvekakun lämmittämiseksi sekä veden syrjäyttämiseksi siinä puristimessa tai niissä puristimissa, jossa tai joissa tapahtuu pesu tai syrjäyttäminen, käytetään sopivimmin seuraavasta turpeen 5 kuivauksesta saatua kondensaattia.

Keksinnön vielä eräänä tarkoituksena on aikaansaada parannettu kuivausmenetelmä, jota voidaan käyttää myöskin muille biomassoille kuin turpeelle, esimerkiksi hienojakoiselle kuorelle, sahanpurulle, metsänjätteille jne. Keksin-10 nön tämän näkökohdan mukaan massa kuivataan ainakin kahdessa vaiheessa, jolloin ensimmäisessä vaiheessa massa kuivataan kuumien savukaasujen avulla lämmönvaihtimessa höyry-faasissa, käyttäen korkeampaa höyryn painetta kuin seuraa-vassa vaiheessa ja jolloin kehittynyt höyry massasta ero-15 tuksen jälkeen käytetään mainitussa seuraavassa vaiheessa.

Sopivimmin massa kuivataan ensimmäisessä vaiheessa putki-lämmönvaihtimessa, jossa se putki tai ne putket, jossa tai joissa biomassa kuljetetaan, kuumennetaan kuumilla savukaasuilla. Sopivimmin ensimmäisestä vaiheesta saatu osittain 20 kuivattu biomassa sekoitetaan sen jälkeen mainitusta ensimmäisestä lämmönvaihtimesta poistuvien savukaasujen kanssa, niin että vesi muuttuu höyryksi, samanaikaisesti kun massa jäähdyttää savukaasuja, minkä jälkeen massa erotetaan savukaasuista. Sitten kuivattu biomassa voidaan johtaa putkien, 25 kanavien tai sen tapaisten kautta toiseen lämmönvaihtimeen, sopivimmin putkilämmönvaihtimeen, joka on muodostettu kolonniksi, jonka läpi virtaa höyry, joka on saatu kuivaamalla biomassaa ensimmäisessä vaiheessa savukaasujen lämmöllä, jolla höyryllä on korkeampi lämpötila kuin massalla ja höy-30 ryllä mainituissa putkissa tai kanavissa, niin että massa kuivuu edelleen epäsuoran lämmityksen vaikutuksesta sinänsä tunnetulla tavalla höyryn energian luovutuksen johdosta, jolla höyryllä on korkeampi lämpötila höyryyn nähden, jolla on alempi lämpötila niissä putkissa tai kanavissa, jotka 35 kuljettavat biomassaa mainitussa toisessa lämmönvaihtimessa.

Lopuksi biomassa voidaan kuivata loppuun pyörivässä, kaksoisvaippaisessa rummussa, jossa ulkovaipan ja sisävai- 8 75360 pan välisen tilan läpi virtaa höyryä, jonka lämpötila on rummun sisälämpötilaa korkeampi. Rummun sisältä tulevaa höyryn ja ilman seosta voidaan käyttää palamisilmana tuli-pesässä, jossa mainitut savukaasut muodostuvat.

5 Järjestelmän muut tarkoitukset ja tunnusmerkit sekä järjestelmään kuuluvat eri osat käyvät selville yhdistetyn järjestelmän erään sovellutusmuodon seuraavasta selostuksesta ja jälempänä esitetyistä patenttivaatimuksista.

10 Piirustusten lyhyt selostus

Yhdistetyn järjestelmän erään edullisen sovellutusmuodon seuraavassa selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviollisesti päältä nähtynä turve-15 suota, laitteistoineen turpeen nostamiseksi, veden poista miseksi turpeesta ja sen kuivaamiseksi, kuvio 2 esittää virtauskaaviota esikäsittely- ja pu-ristuslaitteistosta, kuvio 3 havainnollistaa kaaviollisesti vedenpoisto-20 laitteen toimintaa, joka laite on tarkoitettu käytettäväksi turpeen alkuvedenpoiston ja fraktioinnin esikäsittelyssä, kuvio ^ esittää laitetta, joka on tarkoitettu käytettäväksi turpeen puristuksessa ja kuvio 5 esittää kuivauslaitteiston kaaviota.

25

Erään edullisen sovellutusmuodon selitys

Laitteisto, jota seuraavassa tullaan kuvaamaan, viitaten piirustusten kuvioihin, on suunniteltu laitteisto. On huomattava, että lämpötilojen, konsentraatioiden ja painei-30 den arvot, jotka on ilmoitettu piirustuksissa tai jotka mainitaan tekstissä, ovat yleensä arvioituja arvoja ja että käytännössä saadut arvot tulevat poikkeamaan arvioiduista arvoista seikkojen johdosta, jotka ovat vaikeat ennakoida suunnitteluvaiheessa. Sen tähden ilmoitetut numeroarvot 35 eivät rajoita keksinnön periaatteita, vaan niitä on pidettävä ainoastaan keksinnöllistä ajatusta havainnollistavina. Viitaten ensin kuvioon 1 viitenumerolla 1 on merkitty 9 75360 turvesuota ja viitenumerolla 2 erotettua turpeenottopaikkaa. Tämän turpeenottopaikan 2 reuna on merkitty viitenumerolla 3· Laitoksen pääosat ovat turpeen kaivuri tehdas 5 turpeenottopaikan lähellä veden poistoa ja kuivausta varten 5 sekä johdot 6 ja 7 turvelietteen kuljettamiseksi tehtaaseen 5, vastaavasti jäteveden kuljettamiseksi nostopaikan alueelle. Turve nostetaan täyteen syvyyteen turpeen kaivurilla joka sopivimmin on kauko-ohjattu ja miehittämätön, jauhen-netaan, seulotaan nostopaikalla ja kuljetetaan sitten noin 10 2,5 K:n pitoisuudessa tehtaan 5 puskurivarastoon 8. Tur peen kaivuri ** on sopivimmin telaketjukulkuinen, jolloin järjestelyasema 9 on sovitettu turpeen kaivurin 4 ja tehtaan 5 välille ylimääräletkun vastaanottamiseksi, samalla kun järjestelyaseman 9 ja tehtaan 5 väliset letkunosat so-15 pivimmin on laskettu jäätymättömään syvyyteen suossa 1.

Suspensio tai liete pumpataan johtoa 6 pitkin tehtaaseen ja jätevesi johdetaan takaisin paluujohtoa 7 pitkin, jonka jäteveden lämpötila on noin 30°C. Lämmin jätevesi sisältää turpeen hienofraktion, joka on erotettu tehtaassa 5 sekä 20 turvetuhkan, joka on lisätty tehtaassa 5 turve-vesisuspension kolloidisten sidosten katkaisemiseksi. Tämä jätevesi levitetään turvesuolle turpeen kaivurin taakse sopivan välimatkan päähän reunasta 3· Mitään tuoretta vettä ei lisätä järjestelmään. Jätevesi, joka tällä tavoin levitetään 25 suolle, tunkeutuu suon raakaturvekerroksen läpi ja syrjäyttää olennaisessa määrässä olemassaolevan kylmemmän suoveden, joka suodattuu turpeenottopaikkaan 2. Jäteveden levitys-kohta on merkitty viitenumerolla 10, jolloin kohdan 10 ja reunan 3 välinen välimatka valitaan siten, että levitetty 30 vesi ei virtaa olennaisessa määrässä reunan 3 yli» vaan sen sijaan tunkeutuu suohon 1. Näin kasteltu alue on merkitty viitenumerolla 11 kuviossa 1. Edelleen sen varmistamiseksi, ettei tämä vesi olennaisessa määrässä virtaa reunan 3 yli, asetetaan sopiva seinä 12 nostetusta turpeesta reunan 3 ja 35 kastellun alueen 11 väliin. Sen ansiosta, että kylmempi suovesi näin erotetaan, jätevesi tulee hyvällä teholla lämmittämään turvetta. Jäteveden pääosa, joka levitetään tur- 10 7 5 3 6 0 vesuolle, käytetään uudelleen suspension valmistamiseen, mikä merkitsee sitä, että myöskin olennainen osa tehtaassa 5 erotetusta ja johdon 7 kautta palautetusta hienofraktios-ta tulee kiertämään takaisin lietteen kanssa johdossa 6.

5 Tavallisesti turvesuon syvemmät kerrokset ovat enemmän maatuneet kuin ylemmät kerrokset, jotka sisältävät karkeampaa ainesta. Levittämällä hienofraktiopitöinen jätevesi suolle karkeampaan ainekseen saadaan siten tietty homogenoituminen karkeamman ja hienomman fraktion välillä. Järjestelmä kä-10 sittää myöskin sen, että kun suspensio johdossa 6 on saavuttanut tasapainotilan, se tulee sisältämään suuremman osuuden hienofraktiota kuin suon 1 käsittelemätön raakatur-ve, mutta johtamalla turvetuhka jäteveden mukana turvesuolle turpeen kemiallinen käsittely alkaa jo nostopaikalla.

15 Tämä merkitsee sitä, että kolloidisten sidosten lohkominen alkaa jo suossa ja lietejohdossa 6, mikä olennaisesti kompensoi suuremman hienofraktio-osuuden. Turvetuhka, joka sisältää suuren CaO-osuuden, kohottaa myöskin turveveden pH:ta, mikä on edullista, kun nostettua turvetta käytetään 20 metsän tai maan viljelyyn.

Suuren CaO-osuuden lisäksi, esimerkiksi 40 % CaO, turvetuhka sisältää myöskin muita oksidisia metalliyhdistyksiä, kuten natrium-, kalium-, rauta-, magnesium- ja piioksideja. Näistä kaksi- tai kolmearvoisilla positiivisilla ioneilla 25 on merkitystä kolloidien dekoaguloitumiselle, ts. kolloidi-sidosten katkaisemiseksi. Eräänä esimerkkinä metallin esiintymisestä turvetuhkassa, mikä johtaa tehokkaisiin elektrolyytteihin, on kalsium (Ca 2+), rauta (Pe 3+) ja aluminium (AI 3+) jne. Turvetuhka lisätään puskurivaras-30 toon 8. Sopivimmin sitä lisätään ylimäärin, niin että se tehokkaasti voi avustaa kolloidisidosten katkaisua järjestelmän kaikissa osissa, mukaanluettuna käsittely suossa 1. Myöskin voidaan ajatella, että turvetuhkaa lisätään paluu-johtoon 7· Tehdas 5 käsittää puskurivaraston 8 lisäksi 35 esikäsittely- ja puristusosaston 13, kuivauslaitteiston 14 sekä turvesiilon 15· Tehtaaseen liittyvä tie on merkitty viitenumerolla 16 ja turpeenottopaikalta 2 poisjohtava vie- il n 75360 märioja viitenumerolla 17.

Kuviossa 2 esitetään kaaviollisesti kuviossa 1 esitetyn esikäsittely- ja puristusosaston 13 rakenne. Se koostuu puolestaan esikäsittelyosastosta 18 ja puristusosastosta 19· 5 Esikäsittelyosasto 18 käsittää neljä sarjaankytkettyä ve-denpoistolaitetta 20, 21, 22 ja 23. Puskurivarastosta 8, johon lisätään turvetuhkaa ja jaetaan turpeenottopaikalta 4 tulevaan lietteeseen, liete syötetään ensimmäiseen veden-poistolaitteeseen 20 pitoisuudessa 2,5 % ja lämpötilassa 10 noin 30°C. Ensimmäisessä vedenpoistolaitteessa 20 kuiva-ainepitoisuus lisätään arvoon 3,8 % ja lämpötila arvoon 35°C ja seuraavissa laitteissa 21, 22 ja 23 vastaavasti arvoihin 4,9 % ja 42°C, 6,2 % ja 50°C sekä 8 % ja 60°C. Si ten viimeisestä laitteesta 23 saadaan kuiva-ainepitoisuus, 15 joka on suunnilleen yhtäpitävä suossa 1 olevan raakaturpeen kuiva-ainepitoisuuden kanssa. Ensimmäisessä vedenpoistolaitteessa 20 erotettu hienofraktio vastaa noin 0,6 o/oo:n kuiva-ainepitoisuutta ja sen jälkeen seuraavissa vedenpois-tolaitteissa 21-23 hienofraktio vastaa 0,4 o/oo:n kuiva-ai-20 nepitoisuutta jätevedessä. Jätevesi, joka palautetaan johtoon 7, sisältää siten kuiva-ainepitoisuuden noin 0,5 o/oo hienofraktion muodossa.

Kuvio 3 havainnollistaa kaaviollisesti neljän sarjaan-kytketyn vedenpoistolaitteen 20-23 toimintaa. Turvesuspen-25 sio johdetaan tuloputken 24 kautta ulkovaipan 26 ja pyörivän siivilärummun 27 väliseen tilaan 25, joka siivilärumpu sinänsä tunnetulla tavalla on siiviläkankaan peittämä. Siivilärummun 27 sisällä vallitseva paine P_ on alempi kuin

O

sisäänvirtauspaine P^ rummun ulkopuolella. Siten vesi ja 30 hienofraktio imetään siiviläkankaan, jonka tiiviys on 130 mesh ja siivilärummun 27 läpi sekä johdetaan pois sopivim-min aksiaalisesti. Vähitellen massa tulee tilassa 25 yhä sakeammaksi. Tilan 25 lopussa on tunnettuun tapaan poisto-levy 28 ja kaavin 29 poistojohdon 30 alueessa. Pyörivän 35 siivilärummun 27 sisäsivulta suunnataan huuhteluneste siivilärummun sisäsivua vasten poistolevyn 28 ja kaapimen välisessä tilassa. Huuhteluveden sisääntulo on merkitty vii- 12 75360 tenumerolla 31. Huuhteluvesi, joka tällä tavalla painetaan siivilärummun 27 läpi, saadaan seuraavista siivilälaitteis-ta, kuten kaaviollisesti esitetään kuviossa 2. Saatu tur-vekakku irrotetaan kaapimella 29 lämpimämmän huuhteluveden 5 31 vaikutuksen alaisena, minkä jälkeen lämpimämpi huuhtelu- vesi ja turvekakku homogenoidaan pyörijän avulla. Tämä myötävaikuttaa mekaanisesti kolloidien lohkomiseen, niin että jatkuva veden poisto ja fraktiointi edelleen helpottuu seu-raavissa laitteissa, mikä on eräs niistä vaikutuksista, 10 jotka saavutetaan useiden laitteiden sarjakytkennällä verrattuna yhteen ainoaan suureen laitteeseen. Myöskin vähitellen yhä korkeampi lämpötila tehostaa kolloidien hajoamista samoin kuin puskurivarastoon 8 lisätyn turvetuhkan vaikutus.

15 Korkeamman lämpötilan merkityksen kuivatusnopeuteen ja siten vedenpoistokykyyn määrittää Darcyn yhtälö: d V A · Δ p - ~ -— , jossa d t y · L · cv 20 V = suodoksen tilavuus A = puristusala

Ap = paine-ero μ = nesteen viskositeetti 25 L = turvekakun paksuus cv = kuivatusvastustekijä

Korkeamman lämpötilan vaikutuksesta y-arvo laskee, ts. viskositeetti, minkä johdosta kuivatusnopeus kasvaa.

30 Toistamalla sakeutus kaikisa neljässä sarjaankytketyssä vedenpoistolaitteessa 20-23 fraktiointiaste kasvaa, ts. hienoimman turvefraktion erotus. Tulevan ja poistuvan kon-sentraation välistä suhdetta säädetään rummun 27 nopeudella sekä suspension (P.) tulon ja suodoksen (P„) poiston väli-35 sellä erotuspaineella. Paluuhuuhteluvirtaus, ts. lämpimämmän jäteveden virtausta, joka tuodaan johdon 31 kautta, johdetaan riittävässä määrässä halutun konsentraation saa-

II

7 5 3 6 0 13 miseksi johdossa 30» ts. tulojohdossa seuraavaan vedenpois-tovaiheeseen. Tuomalla lämmintä palautusvettä huuhtelunesteeksi, prosessissa korvataan vähitellen kylmempi tuleva suspensioneste lämpimämmällä nesteellä, mikä antaa suunnan 5 optimoida jatkettua vedenpoistoprosessia.

Laitteena puristustoimintoja varten osastossa 19 käytetään kahta sarjaankytkettyä puristinta, joina voi olla modifioidut pesupuristimet, jotka on merkitty viitenumeroilla 33 ja 3*4 kuviossa 2. Tarkemmin määritettynä käytetään so-10 pivimmin sen tyyppisiä puristimia, joilla vesi voidaan poistaa biomassasta lämpötilassa 90-130°C ja myöskin yliat-mosfäärisessä paineessa. Ensimmäinen puristin 33 näistä kahdesta puristimesta suorittaa samanaikaisesti kolme toimintaa: veden poiston, pesun tai syrjäytyksen ja valssipu-15 ristuksen. Tätä varten sopiva puristin esitetään kaaviol-lisesti kuviossa Puristin, joka voi olla tehty samoin kuin selluloosamassan pesupuristin, koostuu vaipasta 35, siivilärummusta 36, joka pyörii nuolen *47 suuntaan, puris-tusvalssista 38 ja turvekakun *40 irroitinkaapimesta 39· 20 Veden poisto puristimessa perustuu samaan perusperiaat teeseen kuin edellä selostetut suljetut vedenpoistolaitteet 20-23· Turvemassa tai vastaava biomassa syötetään johdon *41 kautta vaipan 35 ja siivilärummun 37 väliseen suppenevaan tilaan, jonka siivilärummun samoin kuin aikaisemmissa 25 vedenpoistolaitteissa, peittää siivilälevy tunnettuun tapaan. Massaliete seuraa rummun 37 nopeutta suppenevassa tilassa *42, jolloin vesi puristuu ulos rummun 37 rei'itetyn pinnan läpi. Suodos poistetaan rummun sisältä. Suppenevan tilan *42 lopussa on useita läppiä *43, *4*4 ja *45· Näiden 30 läppien ja seularummun 37 väliseen tilaan *46 puristuu vettä, jolla on korkea lämpötila, 90-130°C, sopivimmin yli 100°C ja puristetaan massakerroksen läpi rumpua 37 vasten. Tällöin syrjäytetään se suspensiovesi, joka on jäljellä massassa, jolloin mainittu neste puristuu rummun 37 sisään rei’itys-35 ten kautta ja korvataan puhtaammalla ja lämpimämmällä nesteellä, joka aikaansaa veden poiston suurempaan kuiva-ainepitoisuuteen seuraavissa valssipuristustoiminnoissa.

1/. 75360

Veden poiston kulun viimeisessä osassa puristimessa 33 massakerros saatetaan korkean paineen alaiseksi ja veden poiston alaiseksi puristusvalssin 38 ja siivilärummun 37 välisessä laajennetussa puristusvälissä. Siirtyminen pu-5 ristusvalssin kohdalle tapahtuu painetta alentamatta, mikä estää massakakun murtumisen valssinpuristusvälissä ja takaisin virtauksen. Valssinpuristusvälissä ominainen paine voidaan kohottaa 600 baariin. Puristimessa 33 siten massa-konsentraatio voidaan nopeasti kohottaa tuloputkessa 41 10 olevasta noin 8 ϊ:η kuiva-ainepitoisuudesta arvoon noin 20 % poistuvassa puristuskakussa 40 korkean puristuspaineen ja hyvän kuivatuskyvyn yhdistelmällä, niiden mahdollisuuksien tehokkaan hyväksikäytön perusteella, jotka sisältyvät Darcyn yhtälöön (ks. edellä). Tässä yhteydessä huomatta-15 koon myöskin, että joustovastus alentaa mm. korkeaa lämpötilaa, niin että kakku voidaan puristaa kokoon tehokkaammin, millä myöskin voi olla edullinen vaikutus kuivatustehoon.

Suodos johdetaan puristimesta 33 säiliöön 48, käytettäväksi sen jälkeen esikäsittelyosastossa 18, kuten edellä 20 on selitetty. Massakakku 40, jolla voi olla lämpötila 110°C ja kuiva-ainepitoisuus noin 20 ί, johdetaan retentio-astiaan 49, jossa massan lämpötila edelleen kohotetaan höyryllä arvoon noin 130°C. Retentioastiasta 49 massa johdetaan lisäpuristimeen 34 mainitussa korkeassa lämpötilassa 25 noin 130°C, poistetaan vettä kuiva-ainepitoisuuteen, joka voi olla jopa 40 %. Puristin 34 voi olla samanlainen kuin puristin 33, mutta mitään pesua tai syrjäytystä ei suoriteta tässä korkeassa lämpötilassa. Suodos johdetaan säiliöön 50, käytettäväksi toisaalta retentioastiasta 49 tulevan 30 massan laimentamiseksi ja toisaalta syrjäytysnesteenä puristimessa 33· Syrjäytysnesteenä puristimessa 33 käytetään lisäksi jälkeenpäin seuraavasta kuivauslaitteistosta 14 tulevaa kondensaattia.

Kuivauslaitteistoa 14 selitetään nyt lähemmin, viitaten 35 kuvioon 5. Lämpö kuivausprosessia varten kehitetään polttamalla tietty määrä lopullisesti kuivattua turvetta tai biomassaa uunissa 51. Tähän tarvitaan noin 10 % kuivatusta

II

i5 7 5 3 6 0 turpeesta. Kuivausta varten sisään tuleva massa panostetaan suppiloon 52, se ohittaa sulun 55 ja sekoitetaan höyryn kanssa johdossa 54. Hienojakoinen massa (tämän jälkeen massaa nimitetään turpeeksi, vaikka myöskin muut biomassat 5 ovat mahdollisia) puhalletaan ylöspäin useiden putkien kautta (symbolisesti merkitty viitenumerolla 55) ensimmäiseen putkilämmönvaihdinkolonniin 56. Savukaasut johdetaan uunista 51 myöskin ylös kolonnin 56 kautta, jolloin kuumat savukaasut ympäröivät kolonnin putkia 55» niin että tur-10 peessa oleva kosteus toisaalta höyrystyy epäsuoran kuumennuksen vaikutuksesta savukaasuilla tilassa 57, joka ympäröi mainittuja putkia. Tällöin savukaasut jäähtyvät lämpötilasta noin 1300°C lämpötilaan noin 300-500°C. Täsä ensimmäisestä kuivausvaiheesta turve johdetaan sykloniin 58, 15 jossa se erotetaan höyrystä, joka johdetaan pois johtoa 59 pitkin. Höyryn osa johdetaan pois johdon 5*J kautta, sekoittamiseksi edellä mainitun mukaan sisään tulevan turpeen kanssa, samalla kun turve johdetaan alas syklonista 58 sulun 60 ja johdon 61 kautta, sekoittamiseksi syöksyputkessa 20 62 savukaasujen kanssa, jotka poistetaan kolonnista 56 joh don 63 kautta. Kun savukaasut näin kohtaavat turpeen johdossa 62, niiden lämpötila on 300-500°C. Näin höyrystyy edelleen osa turpeessa jäljellä olevasta kosteudesta, samanaikaisesti kuin turve jäähdyttää savukaasut lämpötilaan 25 noin 100°C, ennen kuin turve-savukaasuseos saavuttaa toisen syklonin 64. Tässä syklonissa 64 erotetaan savukaasut turpeesta. Savukaasut johdetaan pesutorniin 65, jossa ne pestään, ennen kuin ne päästetään ulkoilmaan. Yhdessä savukaasujen kanssa poistuu tietty määrä vettä höyryn muodossa, 30 joka vesi on ainoa veden menetys yhdistetyssä järjestelmässä.

Syklonista 64 turve johdetaan höyryn kiertävässä virrassa johdon 66 kautta toiseen putkilämmönvaihdinkolonniin 67· Turve puhalletaan rinnankytkettyjen putkien kautta ko-35 lonniin 67, jolloin mainittuja putkia ympäröi alasvirtaava höyry ympäröivässä tilassa 69. Sillä höyryllä, joka kuljettaa ylös turvetta putkissa 68, on alempi lämpötila ja l6 75360 paine (100°C, 1 baari) kuin alasvirtaavalla höyryllä ympäröivässä tilassa 69 (150°C, 4-5 baaria), niin että ympäröivä höyry välittömällä kuumennuksella höyrystää vielä osan turpeessa olevasta kosteudesta. Kondensaatti johdetaan ym-5 päröivästä tilasta 69 johdon 70 kautta kolonnin 67 alaosaan käytettäväksi syrjäytysnesteenä puristimessa 33» kuvio 4.

Kolonnissa 67 edelleen kuivattu turve johdetaan johdon 71 kautta 1 baarin paineessa ja lämpötilassa noin 100°C johtoa 71 pitkin kolmanteen sykloniin 72. Tässä komannessa 10 syklonissa 72 turve erotetaan höyrystä ja johdetaan sulun 73 kautta syöttöruuvilla 74 kaksoisvaippaiseen, pyörivään kuivausrumpuun 75. Höyry johdetaan syklonista 72 toisaalta johdon 76 kautta menemään esitetyn mukaan kiertävään höyry-järjestelmään, samalla kun osa johdetaan kuivausrummun 75 15 poistopäähän, tässä johtamiseksi pyörivän rummun uiko- ja sisävaipan väliseen tilaan 77.

Rummussa 75 lämpöä siirretään ulommasta tilasta 77 rummun sisään 78, niin että siitä turpeesta, joka vähitellen syötetään rumpuun 75, poistetaan edelleen kosteutta. Pois-20 topäässä rumpua 75 ympäröi suojuskansi 79· Rummun 75 sisä-ja ulkovaippa tässä alueessa on varustettu aukoilla loppuun kuivatun turpeen poistamiseksi suojuskanteen 79, josta turve lopuksi johdetaan pelletoimislaitteeseen 8l, josta valmiit pelletit johdetaan turvesiiloon 15 johdon 80 kautta.

25 Pelletoimislaitetta 8l ympäröi kaappi 82, jossa raitisilmaa puhalletaan sisään johdon 83 kautta. Tämä raitisilma sekä pöly, joka on saatu pelletoimisessa, johdetaan ilmansekoit-timeen 84, jota lämmitetään höyryllä ja kondensaatilla johdon 85 kautta. Ilmansekoittimesta 84 lämminilma johdetaan 30 syöttimeen 74 sekoittamiseksi turpeen kanssa. Ilman ja höyryn seos johdetaan kuvusta 79 johdon 85 kautta lämmönvaihtimeen 86, jossa ilman ja höyryn seos kuumennetaan uuniti-lasta 51 tulevilla savukaasuilla, minkä jälkeen lämmitetty kaasu johdetaan uunitilaan 51 käytettäväksi palamisilmana.

11

Claims (8)

17 75360

1. Tapa puristamalla poistaa vettä biomassaa olevasta kakusta, sopivimmin turvekakusta, tunnettu siitä, että kakussa oleva vesi syrjäytetään lämpimämmällä vedellä 5 perättäisesti lisätyn paineen alaisena suljetussa pesupuris-timessa, jossa kakku saatetaan veden poiston, pesun tai lämpimämmällä vedellä syrjäytyksen alaiseksi lämpötilassa yli 90 °C, jolloin kakku lämpenee, sekä valssipuristetaan lämmitettyä kakkua.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kakussa olevan veden syrjäytys suoritetaan lämpimämmällä vedellä nestefaasissa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kakussa olevan veden syrjäytys suoritetaan höy- 15 ryllä ilman mainitun veden höyrystämistä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että ominainen paine valssinpuristusvälissä kohoaa ainakin 300 baariin, sopivasti pääasiallisesti ainakin 400 baariin ja sopivimmin yli 500 baarin.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen tapa, tun nettu siitä, että hienofraktio poistetaan biomassasta ennenkuin tämä johdetaan puristimeen ja lisätään kemijcaale-ja, sopivimmin turvetuhkaa, massan kolloidisen järjestelmän osan katkaisemiseksi ja siten yhdistelmänä korkean lämpöti- 25 lan kanssa massan kuivatuskyvyn parantamiseksi.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen tapa, tunnettu siitä, että veden poisto suoritetaan ainakin kahdessa sarjaankytketyssä puristimessa, jolloin ainakin ensimmäisessä puristimessa biomassakakussa oleva vesi syr- 30 jäytetään seuraavan puristimen lämpimämmällä jätevedellä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen tapa, tunnettu siitä, että ensimmäisen puristimen jätevettä käytetään huuhteluvetenä esivedenpoisto- ja fraktiointilaitteistossa.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen tapa, t u n - 35. e t t u siitä, että biomassakakun lämmittämiseksi ja siinä olevan veden syrjäyttämiseksi käytetään seuraavan kuivauksen kondensaattia. 75360