FI78808C - Saett att uppvaerma foer industriella aendamaol avsedd processluft. - Google Patents

Description

! 78808

Tapa lämmittää teollisuuskäyttöön tarkoitettua prosessori-ilmaa

Esillä olevan keksinnön kohteena on tapa lämmittää 5 teollisuustarkoituksiin tarkoitettua prosessi-ilmaa ennalta määrättävissä olevaan lämpötilaan sekoittamalla prosessi-ilmavirta kuumennetun kaasuvirran kanssa sellaisissa suhteissa, että tuloksena saadussa kaasussa saavutetaan ennalta määrätty lämpötila.

10 Prosessikaasun käyttö, erityisesti korotetussa läm pötilassa olevan ilmankäyttö, on suurta monissa teollisuusprosesseissa. Tällaisten suurten kaasumäärien tavanomainen lämpökäsittely esim. lämmönvaihtimien avulla vaatii liian suuria investointeja ja sen vuoksi on viime aikoina yhä 15 laajemmin siirrytty polttamaan tätä lämmitystä varten fossiilisia polttoaineita, kuten hiiltä, koksia, luonnonkaasua, öljyä jne. Sekä ympäristömielessä että prosessitekniseltä kannalta on sellainen poltto ongelmallista - ympäristön osalta lähinnä polton aiheuttamien rikkiepäpuhtauspäästöjen 20 takia, jotka johtavat ympäristön happamoitumiseen sekä savun ja noen aiheuttaman likaantumisen takia ja prosessi-teknisessä mielessä sen vuoksi, että rikkiä ei saa esiintyä tietyissä prosesseissa, esim. erilaisissa raudan ja teräksen valmistusprosesseissa. Tämän lisäksi tulee vielä 25 kustannusnäkökulma - koska fossiilisten polttoaineiden hinnat ovat viime aikoina kohonneet voimakkaasti.

Edellä selostetut ongelmat ovat luonnollisesti työllistäneet monia alan ammattimiehiä. Teräksen valmistuksen yhteydessä on myös jo esim. kehitetty menetelmä puhallus-30 kaasun lämpötilan kohottamiseksi masuunissa tarkoituksena lisätä tuotantoa ja samalla vähentää koksin kulutusta. Tässä tunnetussa menetelmässä johdetaan puhalluskaasu kokonaan tai osittain plasman läpi, jota tuotetaan sinänsä tunnetun tyyppisessä plasmakehittimessä sähköisen valokaaren avulla. 35 Plasmakehittimen etuna on sen korkea hyötysuhde, joka ulot- 2 78808 tuu lähelle 90 %, ja että voidaan saavuttaa hyvin korkea lämpötila, tavallisesti yli 3000°C.

Plasmakehittimen tuottamassa plasmakaasussa on osa sen sisältämistä atomeista ja molekyyleistä ionisoitunut 5 ja nämä ionisoidut partikkelit ovat hyvin reaktiivisia.

Kun ilmavirrasta valmistettu plasmakaasu siirtyy normaali-olosuhteita vastaavaan tilaan ja alempaan lämpötilaan, saadaan kuitenkin paitsi typpeä ja happea myös typpioksideja. Typpioksidit ovat tunnetusti hyvin myrkyllisiä ja 10 saavat aikaan typpihapon muodostumista, joka voi turmella prosessilaitteistoa. Ennestään tunnetussa masuuneille tarkoitetun puhallusilman lämmitysmenetelmässä ei ole kiinnitetty mitään huomiota typpioksidin muodostumiseen sen vuoksi, että tuotettu plasmakaasu puhalletaan suoraan masuuniin, 15 jossa saadaan aikaan typpioksidien automaattinen hajoaminen näiden kulkiessa masuunitäytöksen läpi.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa yllä mainitut haitat sekä saada aikaan tapa prosessi-ilman lämmittämiseksi ilman, että prosessi-ilmaan tulee epäpuh-20 tauksia ja ilman, että edellä mainittua typpioksidien muo--f dostumista tapahtuu ja joka lisäksi johtaa halvempaan läm mitykseen verrattuna tavanomaiseen fossiilisilla polttoaineilla suoritettuun lämmitykseen.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on I 25 tunnusomaista, että vesihöyryä saatetaan kulkemaan plasma- ; generaattorin läpi ja kuumennetaan tässä plasmakaasun muo dostamiseksi, joka sitten sekoitetaan mainitun prosessi-ilmavirran kanssa.

Sopivimmin muodostuu plasmakehittimessä kuumennetta-30 va kaasuvirta vesihöyrystä. On nimittäin ammattimiehelle aivan yllättävästi osoittautunut, että typpioksidin muodostusta ei esiinny edes sekoitusvyöhykkeessä, kun kuuma vesihöyrystä kehitetty plasmakaasu sekoitetaan ilman kanssa.

Il 3 78808

Erään keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaan kehitetään vesihöyry, joka kuumennetaan plasma-kehittimessä, kokonaan tai osittain plasmakehittimen jääh-dytysvesihäviöiden avulla.

5 Keksintöä kuvataan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, jotka esimerkin omaisesti osoittavat keksinnön joitakin sovellutuksia.

Kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvaa keksinnön mukaisesta laitteesta.

10 Kuvio 2 esittää kaaviomaista kuvaa kuulasintraus- laitoksesta, jossa on ketjuarina ja joka on varustettu keksinnön mukaisella lämmitysilmatuotolla.

Kuvio 3 esittää leikkausta pitkin linjaa III-III kuvion 2 mukaisesta laitteesta.

15 Kuvio 1 esittää siis kaaviomaisesti plasmakehitintä, jta on merkitty numeroii 1. Plasmakehittimeen 1 kuuluu tulijohto 2 kuumennettavaksi tarkoitetulle kaasuvirralle, joka sopivimmin muodostuu vesihöyrystä. Ohittaessaan plas-makehittimessä tuotetun sähköisen valokaaren saa kaasu 20 plasmatilan ja muodostuu ns, plasmakaasua. Välittömästi plasmakehittimen jälkeen virtaussuunnassa katsottuna on järjestetty vesijäähdytetty kammio 3 siihen kuuluvine put-kineen 4 mahdollisen lisämateriaalin johtamista varten. Välittömästi kammion jälkeen tuodaan lämmitettäväksi tar-25 koitettu ilmavirta hyvin korkean lämpötilan omaavaan plasmakaasuun, mikä tapahtuu tulokanavan 7 kautta, joka avautuu sekoitus- eli reaktiovyöhykkeeseen 8.

Plasmakehittimen metalliset osat ovat vesijäähdytteisiä ja n. 15 % plasmakehittimeen tuodusta tehosta pois-30 tuu häviöinä jäähdytysvedessä. Konstruoimalla plasmakehitin siten, että painetta ja lämpötilaa voidaan kohottaa, voidaan vettä hyödyntää höyryntuotantoon lämmönvaihtimessa.

Plasmakehittimeen syötettävän höyryn paine tulee sopivimmin olla 3-4 bar, mikä johtaa ainakin 120°C lämpö-35 tilaan ja plasmakehittimen jäähdytyskanavat tulee näin ollen mitoittaa ainakin näitä olosuhteita varten, mikä ei 4 78808 kuitenkaan ole ongelmallista.

Kuvio 2 esittää keksinnön sovellutusta ketjuarinal-la varustettuun sintrauslaitokseen. Tässä esitetyssä kuu-lasintrauslaitoksessa toimii päättymätön ketju 11, joka 5 koostuu suuresta joukosta toisiinsa liitettyjä kiskoilla kulkevia vaunuja 12, jotka on tarkoitettu rautamalmi-murskeen, ns. pellettien, kuljettamiseen uuniin 13 läpi. Pellettien tuonti vaunuihin 12 tapahtuu jatkuvasti kiek-kos^ulan 14 kautta. Vaunut kulkevat mainituesa järjestyk-10 sessä kahden kuivatusvyöhykkeen 15, 16, esilämmitysvyö-hykkeen 17, sintrausvyöhykkeen 18, johon kuuluu kaksi jälkisintrausvyöhykettä 18a, 18b, sekä kahden jäähdytys-vyöhykkeen 19,20 läpi. Näiden vaunujen 12 pohjapinnat on tehty ilmaa läpäiseviksi ja voivat olla esim. ristikko-15 maisia tai verkkomaisia.

Kuumasintrauslaitoksen prosessi-ilmana voidaan käyttää prosessin jostakin muusta osasta saatavaa jäähdyts-ilmaa. Ilma syötetään jäähdytyspuhaltimellä 21, jolloin ilma ensin puhalletaan jäähdytysvyöhykkeisiin 19,20.

20 Pienempi osa ilmasta virtaa viimeisen jäähdytysvyöhyk- een 20 läpi ja syötetään virratakseen vaunuissa olevan pel-lettikerroksen läpi ylös ja imupuhaltimen 23 kautta savu-: piippuun 24.

Suurempi osa imetystä ilmasta johdetaan ylös 25 putkeen eli kupuun 25, minkä jälkeen se virtaa alas kanavien 25a, 25b kautta esilämmitysvyöhykkeeseen 17 ja sintrausvyöhykkeeseen sijoitettuun polttimeen 26 ja 27. Sopiva jako voi olla neljä paria polttimia esilämmitys-vyöhykkeessä ja seitsemän paria polttimai sintrausvyöhyk-30 keessä.

Pieni osa jäähdytysilmasta saatetaan virtaamaan : alas vaunujen läpi toiseen jälkisintrausvyöhykkeeseen 18b siten, että sintrausprosessi tapahtuu täydellisesti myös vaunujen alimmissa pellettikerroksissa.

35 Sintrausvyöhykkeiden 18a, 18b alle on sijoitettu rekuperaatiopuhallin 28, josta ilma syötetään johtoa 29

II

5 78808 pitkin toiseen kuivatusvyöhykkeeseen 16 tullakseen pelleteillä täytetyt vaunut läpäistyään yhdessä sintra-usvyöhykkeestä peräisin olevan ilman kanssa puhalletuksi pakokaasupuhaltimella ulos savupiipun kautta.

5 Sovellettaessa keksinnön mukaista tekniikaa täl laisessa kuulasintrauslaitoksessa korvataan sopivasti kuusi poltinparia sintrausvyöhykkeessä kuvion 1 mukaisilla plasmakehittimillä,jolloin välttämätön ilman lämmitys saadaan ilman typpioksidien muodostumista.

10 Ö1jypolttimissa normaalisti käytettävän atomi- sointi-ilman määrä on riittävä keksinnön mukaisissa plasmakehittimissä käytettäväksi.

Mitään muuta prosessiteknistä muutosta, kuten lisäpuhaltimien ja -kompressorien asentamista ei sen 15 vuoksi tarvita, mikäli kuulasintrauslaitoksen prosessi-ilman lämmitys tapahtuu keksinnön mukaisella tavalla.

Ainoa mitä näin ollen tarvitaan, on keksinnön mukaisten plasmapolttimien asennus niihin kuuluvine sähkövarusteineen ja lisälaitteineen sekä liitäntä vesihöyryn tai muun kaa-20 sun lähteeseen.

Kuviossa 3 esitetään poikkileikkaus kuvion 2 mukaisesta laitteesta linjaa III-III pitkin, joka kulkee sintrausvyöhykkeen läpi. Tästä käy ilmi, että vaunut 12 kulkevat pyörillä 31 pitkin kiskoja 32. 900°C lämpöti-25 laan lämmitetty ilma virtaa kuvusta 25 alas kanavien 25a ja 25b kautta polttimien alueelle, missä se lämpiää tullakseen sitten uunialueelle 33 ja alas pelleteillä täytettyjen vaunujen läpi.Kuvio 3 esittää järjestelyä, jossa on keksinnön mukaiset kuviossa 1 esitetyt plasmake-30 hittimet. Laitoksen toiminta käy paremmin selville myöhemmin esitettävän suoritusesimerkin yhteydessä.

Tulee huomata, että kuvattu keksinnön sovellutus on vain yksi monista ajateltavissa olevista teknisistä sovellutuksista, joita voidaan toteuttaa sen ansi-35 osta, että typpioksidien muodostumisongelma on nyt ratkaistu tyydyttävällä tavalla.

6 . 78808

Keksintöä valotetaan nyt vielä suoritusesimerkillä, joka liittyy kuvioissa 2 ja 3 kaavioinaisesti esitettyyn kuulasintrauslaitteistoon.

Esimerkki 5 Kuulasintrauslaitoksen tuotannoksi oletetaan 420 tonnia pellettejä tunnissa. Aikaisemmin prosessissa käytetty ilma, jonka lämpötila on n. 900°C hyödynnetään tuloilmana. Itse sintrausprosessia varten tarvitaan tunnetusti n. 1300°C lämpötila. Sisään tulevia pellettejä 10 ei kuitenkaan saa asettaa alttiiksi hyppäyksen omaiselle lämpötilannousulle 1300°C:een. Sen vuoksi laitteisto on muodostettu sellaiseksi, mikä myös käy ilmi edellä olevasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta, että ensimmäisessä kuivatusvyöhykkeessä käytetään n. 250°C lämpötilan 15 omaavaa kuivatusilmaa, minkä jälkeen lämpötilaa vähitellen kohotetaan esilämmitysvyöhykkeissä. Sintrausvyöhykkeiden jälkeen on järjestetty jälkilämmitysvyöhykkeitä, jotka ovat tarpeen, jotta alimmatkin pelletit ehtivät sintraantua.

Siten ensi sijassa itse sintrausvyöhykkeessä on syytä 20 korvata aikaisemmin käytetyt öljypolttimet keksinn'm mukaisilla plasmakehittimillä.

Mainitulla tuotantokapasiteetilla tarvitaan lisätehoa 39 MW, mikä vastaa 34 tonnia öljyä tunnissa arvioita 70000 Nm^/h olevan ilmavirran lämmittämiseen.

25 Suoritusesimerkin ketju-uunilaitoksessa on yksi toista poltinparia, joista seitsemän sintrausvyöhykkeessä. Tässä keksinnön sovellutuksessa vaihdetaan sopivimmin kuusi viimeistä poltinparia kuuteen parittain kytkettyyn plasmakehittimeen. Plasmakaasun muodostamiseksi plasmake-30 hittimet läpäisevä tilavuusvirta on yleensä ainoastaan n. 10 % lopullisesta tuotetusta prosessi-ilmavirrasta, joka käytetään sintraukseen. Tämän kaasuvirran sisäänmeno-lämpötila ei sen vuoksi ole kriitillinen.

Onnistuneen proeessikehittelyn edellytyksenä 35 niin suuria investointeja vaativan laitoksen kuin kuula-sintrauslaitos on tietysti, että mahdolliset parannukset 7 78808 voidaan saada aikaan mahdollisimman vähäisellä puuttumisella olemassa olevaan laitokseen. Nämä vaatimukset täyttyvät esillä olevassa tapauksessa, jossa öljypoltinaggre-gaatit tarvitsee vain korvata plasmakehittimillä yhdessä 5 niiden sähköistämistä varten tarvittavien varusteiden ja tiettyjen muiden lisälaitteiden kanssa.

Energiantarve käytettäessä plasmapolttimia ja öl-jypolttimia on kutakuinkin sama. Plasmapolttimien hyötysuhde on kuitenkin korkeampi kuin öljypolttimien. Olen-10 naista tässä yhteydessä on kuitenkin, että fossiiliset polttoaineet, joiden hinta on noussut nopeasti, voidaan keksinnön avulla korvata olennaisesti halvemmalla sähköenergialla .

Claims (3)

8 78808

1. Tapa lämmittää teollisuustarkoituksiin tarkoitettua prosessi-ilmaa ennalta määrättävissä olevaan lämpöti- 5 laan sekoittamalla prosessi-ilmavirta kuummennetun kaasu-virran kanssa sellaisissa suhteissa, että tuloksena saadussa kaasussa saavutetaan ennalta määrätty lämpötila, tunnettu siitä, että vesihöyryä saatetaan kulkemaan plasmageneraattorin läpi ja kuumennetaan tässä plasmakaa-10 sun muodostamiseksi, joka sitten sekoitetaan mainitun pro sessi-ilmavirran kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että plasmageneraattorissa kehitetty plas-makaasu sekoitetaan prosessi-ilmavirtaan välittömästi plas- 15 mageneraattorin jälkeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että plasmageneraattorissa kuumennettu kaasuvirta muodostaa noin 10 % prosessi-ilmavirrasta. Il