FI80781C - Saett foer aotervinning av vaerme ur heta processgaser. - Google Patents

Description

5 1 80781 10 MENETELMÄ LÄMMÖN TALTEENOTTAMISEKSI KUUMISTA PROSESSI-KAASUISTA.

SÄTT FÖR ÄTERVINNING AV VÄRME UR HETA PROCESSGASER 15

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään lämmöntalteenot-toprosessin parantamiseksi jätelämpökattilassa, jossa kor-kealämpötila prosesseissa syntyvää, höyrystyneitä komponentteja ja/tai sulia ja/tai kiinteitä partikkeleita sisältävää, 20 kuumaa prosessikaasuvirtaa jäähdytetään kattilan säteily-osassa.

Erilaiset korkealämpötilaprosessit, kuten esim. metallirikas-teiden ja metallien sulatusprosessit, metallien pelkistys-25 prosessit, metallurgisten kuonien pelkistys- ja fuming-proses-sit, kemianteollisuuden korkealämpötilaprossesit jne., tuottavat korkealämpötilaisia kaasuja. Näissä kaasuissa olevan lämmön talteenottoa tai kaasun jäähdytystä vaikeuttavat olennaisesti niissä olevat komponentit, joilla on pyrkimys 30 tarttua lämpöpinnoille. Tarttuvia yhdisteitä saattaa syntyä myös jäähdytyksen seurauksena.

Esimerkkinä tällaisista lämmönsiirtopintoja likaavista yhdisteistä mainittakkoon mm.: 35 - sulapisarat, jotka jähmettyvät jäähdytyksesssä, - prosessiolosuhteissa höyrystyvät ja jäähdytyksessä lauhtuvat tai härmistyvät yhdisteet, 2 80781 - pölyt, jotka pyrkivät sintrautuinaan, - ns. fume ell huuru eli aerosoli, jolle on ominaista erittäin pieni partikkelikoko, yleensä alle 1 pm, sekä taipumus tarttua toisiin huurupartikkeleihln ja kohtaamilleen pinnoille, 5 - kemiallisten tai muiden reaktioiden tuloksena ja jäähdytyk sen aikana syntyvät sulat tai kiinteät yhdisteet.

Tapauskohtaisesti saattaa samassa prosessikaasussa esiintyä yksi tai useampia edellä mainituista komponenteista. Niiden 10 yhteisenä piirteenä on pyrkimys tarttua lämmönsiirtimen tai kattilan lämmönsiirtopinnoille kaasun kulkiessa lämmönsiirtimen lävitse. Tämän seurauksena lämmönsiirrin tukkeutuu asteettain ja teho heikkenee, mikä yleensä johtaa prosessin pysäyttämiseen. Prosesslkaasut ja varsinkin niiden sisältämät 15 pölyt on siis jäähdytettävä alueelle, Jossa pöly on kiinteä, ennen kaasujen johtamista konvektio-osaan.

Esimerkiksi sulfidirikasteiden suspensiosulatuksessa, kuten Outokumpu OY:n kehittämässä liekkisulatusprosessissa (LSU) 20 syntyy pölypitoisla kaasuja, joiden lämpötila on yleensä 1200-1400°C. Näiden kaasujen lämpö otetaan tavallisesti talteen A.AHLSTRÖM OSAKEYHTIÖN kehittämällä kaksiosaisella jätelämpökattllalla, jossa on sätellyosa ja konvektlo-osa. LSU-pölyt aiheuttavat suuria likaantumisongelmia sekä itse 25 uunin nousukuilun puolella että itse kattilan puolella. Sekä mekaanisin keinoin että erillisillä öljynpolttimllla on pyritty pääsemään pölykasvannaisista irti. Hankalaa LSU-prosessissa on erikoisesti nousukuilussa olevan kaasujen poistoaukon eli jätelämpökattilan tuloaukon voimakas likaantu-30 minen ja tukkeutumispyrkimys. Tämän seurauksena käytännön olosuhteissa kaasun nopeus poistoaukolla nousee merkittävästi korkeammaksi, kuin mitä se olisi aukon ollessa puhdas ja alkuperäisissä mitoissaan.

35 Korkealämpötilainen, pölypitoinen viskoosi kaasu muodostaa purkautuessaan tuloaukon kautta nousukuilusta jätelämpökattilan sätellypesään pitkälle säteilypesään tunkeutuvan kuuman

II

3 80781 "kielekkeen", jossa kaasut jäähtyvät hitaammin kuin ympärillä oleva kaasu. "Kielekkeen" olemassaolo on voitu todeta mm. säteilypesässä tehdyillä lämpötilan mittauksilla.

5 Kuviossa 1 esitetään lämpötilakäyrät eräässä jätelämpökatti-lassa, johon johdetaan prosessikaasua 1250eC lämpötilassa. Kuuma 1200 eC "kieleke" ulottuu pitkälle kattilaan. Vielä jätelämpökattilan säteilyosan loppuosassa ennen konvektio-osaa on suhteellisen kuuma 900eC alue. Mikäli poistoaukko on 10 osittain tukkeutunut kaasu purkautuu kattilaan laskettua suuremmalla nopeudella ja "kielekkeen" muodostus korostuu vielä entisestään.

Säteilyosan tehtävänä on jäähdyttää prosessista tulevat 15 kaasut ja pöly riittävän alhaiseen lämpötilaan ennen niiden johtamista konvektio-osaan. Näin vältytään konvektio-osan tukkeutumisongelmilta. Säteilypesässä erityisesti suurempien yksiköiden ollessa kyseessä kaasun jäähtyminen tapahtuu ulkokerroksista alkaen, jolloin luonnollisesti pyrkii muodos-20 tumaan lämpötilagradientti keskustaa kohti ts. keskustaan muodostuu hitaasti jäähtyvien kaasujen vyöhyke eli kuumemman lämpötilan vyöhyke. Säteilypesän seinien läheisyydessä muodostuu sitä vastoin nopeasti jäähtyvien kaasujen vyöhyke. Tätä ilmiötä vahvistaa edelleen aiemmin mainittu virtaus-25 tekninen tapahtuma, joka edesauttaa kuuman "kielekkeen" muodostusta. Lämmöntalteenotto kuumasta "kielekkeestä" on säteilyosassa suhteellisen tehoton.

Edelleen on viimeaikaisen prosessikehityksen myötä tilanne 30 muuttunut entistä epäedullisemmaksi. Happirikastuksen ja/tai teknisen hapen käyttöönotto on nostanut prosessikaasujen rikkiyhdisteiden tasoa merkittävästi, minkä seurauksena mm. pölyn sulfatoitumiseen liittyvien reaktioiden suhteellinen osuus on merkittävästi noussut. Tämä vaikuttaa myös kuuman 35 "kielekkeen" merkityksen voimistumiseen, koska sulfatoituminen tapahtuu pääasiallisesti vasta jäähtymisen indusoimana ja täten kaasuvirran ydinosassa viimeksi ja samalla vapauttaa * 80781 lämpöä ydinosaan ylläpitäen näin keskimääräistä korkeampaa lämpötilaa kaasuvlrran sisäosissa.

Edellä mainittujen prosesslkaasun virtauksen, lämmönsiirto 5 tapahtuman ja kemiallisten reaktioiden lisäksi voi myös Itse jätelämpökattllan muoto olla vaikuttamassa kuumien kaasujen epätasaiseen virtaukseen ja jäähtymiseen kattilassa.

Käytännössä em. ilmiöt aiheuttavat sen, että säteilyosan on 10 oltava varsin mittava ja pitkä, jotta se toimisi toivotulla tavalla siten, että kaikki pölyt jäähtyvät riittävästi ennen konvektio-osaan tuloa ja tukkeutumisongelmilta vältytään. Ylikuuma "kieleke” on tietenkin myös itse kattila rakenteiden kannalta haitallinen eritoten jos "kieleke" osuu seinämiin. 15 Kuten kuviosta 1 ilmenee ulottuu esimerkkitapauksessa vielä säteilyosan loppupään kohdalle,t.s. konvektlo-osan alkupäähän suhteellisen kuuma 900*C "kieleke" vaikkakin kaasu muualla sätellypesässä on jäähtynyt. Riittävän suuri säteilyosa muodostuu kuitenkin yleensä investointina kalliiksi. Säteily-20 pesän suuri koko aiheuttaa sijoitusteknisiä ongelmia ja sen käyttökulut ovat suuret mm. tarvittavien pumppujen, puhdistuslaitteiden, pölynkuljettimien jne. osalta.

Hiilen kaasutus prosesseissa esiintyy myös vastaavia 25 ongelmia. Energian hinnan nousun myötä sekä tiukentuneiden emissiomääräysten myötä ovat erilaiset hiilen kaasutuspro-sessit tulleet vaihtelevassa määrin ajankohtaisiksi. On olemassa suuri joukko erilaisia kaasutusprosesseja. Yhteistä on useimmille se, että kaasutus tapahtuu korkeassa lämpö-30 tilassa 700-1500*C ja että kaasut poistuvat kaasutusreak-torlsta kaasutuksen lämpötilassa ja että kaasut ovat likaisia. Kaasutusprosessien kaasut sisältävät pisaroita, pölyjä, huuruja, Jne., jotka, aiheuttavat lämpöpintojen likaantumisongelmia.

Kaasutusprosessien tuotekaasun jäähdytys on edellä esitetystä johtuen yleensä problemaattinen, erikoisesti kun otetaan vielä huomioon, että prosessi on yleensä paineistet- li 35 5 80781 tu ylipaineiseksi ja että CO/H2-pitoiset kaasut ovat huonoja säteilijöitä niiden alhaisten C02 ja H2 O pitoisuuksien vuoksi.

5 Esimerkiksi ns. MlP-prosessin (Molten Iron Pure Gas) tuotekaasun analyysi on luokkaa CO 65-70 voi % H2 25-30 C02 0,3 10 Tällaisen kaasun säteilyominaisuudet ovat niin huonot, että niiden jäähdytys säteilyosassa on erittäin tehoton johtaen varsin mittavaan ja kalliiseen säteilyosaan. Kaasuissa oleva pöly noin 50 g/Nm3 edesauttaa säteilyä jonkin verran. Prosessipölyn määrä on kuitenkin niin pieni, 15 että säteilylämmönsiirto on varsin heikkoa. Toisaalta pölyn määrä on niin suuri, että tullessaan konvektio-osaan liian korkeassa lämpötilassa, pöly nopeasti tukkii konventio-osan ja sen toiminta heikkenee aiheuttaen prosessin pysäyttämisen. Paineistetussa kaasutuksessa tuotekaasun 20 jäähdytykseen liittyvät investoinnit ovatkin jätelämpökat-tilan osalta hyvin mittavia ym. syistä. Tämä heikentää puolestaan kaasutusprosessien kilpailukykyä.

Edellä kuvatut ilmiöt johtavat siis käytännössä kattilan 25 likaantumisongelmiin ja sitä kautta prosessin huonoon käytettävyyteen. On olemassa lukuisia ehdotuksia ja menetelmiä edellä kuvattujen ongelmien ratkaisemiseksi.

Nuohoustekniikalla voidaan tilannetta usein helpottaa. 30 Seurauksena on kuitenkin merkittäviä kustannuksia mm. nuohoimien ja niiden käyttöjärjestelmien muodossa. Useissa tapauksissa puhaltavien nuohoimien käyttöä rajoittaa myös nuohouskaasun haitallinen vaikutus prosessikaasun analyysiin. Mekaanisilla nuohoimilla, kuten täryttimillä, is-35 kuvasaroilla ja jousivasaroilla voidaan välttää puhaltavien nuohoimiean aiheuttamia ongelmia. Seurauksena on kuitenkin runsaasti rakenteellisia rajoituksia, jotka yleensä johtavat varsiin kalliisiin ratkaisuihin.

6 80781

Autogeenisen nuohouksen periaatetta on yritetty soveltaa usein eri tavoin johtamalla prosessikaasut leijupetiin, johon on asetettu lämpöpintoja. Menetelmien haittapuolena 5 ovat painehäviöt, jopa 300...1000 mmvp, arinaongelmat ja lämpöpintojen kulumisongelmat. Tästä syystä leijupetiin perustuvat systeemit ovat saaneet rajoitetun käytön.

Suomalainessa patentissa FI 64997 esitetään menetelmä, 10 jossa sulapisaroita sisältävän kaasun lämpötila pudotetaan ennen lämmönsiirrintä sulapisaroiden eutektilämpötila-alueen alapuolelle sekoittamalla kaasuun lämmönsiirtimessä jäähtyneitä, kaasusta erotettuja, kierrätettyjä kiintoainespar-tikkeleita. Menetelmässä kiintoainespartikkelit palautetaan 15 partikkelinerottimena toimivasta syklonista yksinkertaisesti suoralla palautuksella ja sekoitetaan välittömästi imuaukon yläpuolella olevassa tilassa prosessikaasuun. Menetelmästä on todettava mm. sen toimivuuden vaativan tiettyä mini-mikaasuvirtaa, jotta pöly ei toisaalta valuisi imuaukon 20 lävitse takaisin prosessin puolelle ja jotta toisaalta pöly kulkeutuisi kaasun mukana jäähdyttimen lävitse. Tämä rajoittaa joissakin tapauksissa menetelmän toimivuutta. Toinen rajoittava tekijä on se, että sekoituslämpötila on yleensä saatava noin 700 eC:een, jopa allekin. Tällöin ei 25 enää tehokkaasti voida hyödyntää säteilylämmönsiirtoa, vaan systeemistä tulee puhdas konvektiivinen lämmönsiirrin.

Suomalaisessa patentissa 65632 on esitetty tapa ottaa talteen lämpöä sulfidirikasteiden suspensiosulatuksessa 30 syntyneistä pölypitoisista kaasuista. Menetelmän mukaan suspensiosulatuksessa syntyneisiin pölypitoisiin kaasuihin sekoitetaan kylmempää, reagoivaa väliainetta pääasiallisesti ennen niiden saattamista epäsuoraan lämmönvaihto kosketukseen. Menetelmässä lisätään kylmempi kiintoaines sulatus-35 uunin peräpäähän ennen kaasujen tuloa kattilaan. Tällä pyritään toisaalta alentamaan kaasun lämpötilaa ja sitä kautta vähentämään pölyjen tarttuvuutta ja toisaalta pyritään vaikuttamaan pölyn analysiin siten, että pölyn 7 80781 sintrautumistaipumus vähenee. Tulolämpötilan aleneminen heikentää kuitenkin säteilylämmönsiirron tehokkuutta. Järkevä onnistuminen edellyttäisi mm., että reagoivana kiintoaineksena toimii jokin prosessin syötteistä ja että 5 tämän aineen tarvittava lisäys osuu onnistumisen vaatimiin rajoihin. Kyseessä on melkoinen rajoitus.

Merkittävä käytännön ongelma on syötön järjestäminen itse uuniin siten, että kiintoaineksen lisäys todella toimii 10 ajatellulla tavalla eikä tartu uunin sulaa valuviin seinämiin ja johda uunin tai kaasunpoistoaukon umpeenkasvamiseen. Läpivientien rakentaminen itse sulatusuunin paksuihin seinämiin on myös erittäin vaativa tehtävä.

15 Eräs käytetty keino prosessin jäähdyttämiseksi on kylmemmän kaasun sekoittaminen prosessikaasuun heti kattilan alkuosassa säteilypesässä. Käytännössä tämä toteutetaan yleensä siten, että kaasunpuhdlstuksen jälkeen palautetaan osa prosessikaasua takaisin kattilan alkuosaan. Tunnetut 20 menetelmät vaativat kuitenkin niin suuria kiertokaasumääriä, 2-4 kertaa prosessikaasun määrän, että vastaavasti kattilan konvektio-osan ja kaasunpuhdlstusjärjestelmän on käsiteltävä erittäin suuria kaasumäärlä. Seurauksena ovat huomattavan suuret investointi- ja käyttökulut.

25

Englantilaisessa patenttijulkaisussa GB 1379168 on esitetty menetelmä, jolla pyritään estämään sulan tarttuminen kattilan seinämiin. Menetelmän mukaan kattilaan johdetaan kaasua, joka vähentää prosessikaasujen happipitoisuutta 30 esim. typpikaasua tai kierrätettyä puhdistettua prosessikaasua. Näin estetään sekundäärinen polttoreaktio jäte-lämpökattilassa. Menetelmä ei estä kuuman "kielekkeen" syntyä kaasuvirtaan eikä liioin sen aiheuttamia haittoja.

35 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada edellä esitettyjä tehokkaampi ja kustannuksiltaan edullinen menetelmä lämmönsiirtopintoja likaavien prosessikaasujen jäähdyttämiseksi ja lämmöntalteenottamiseksi.

β 80781

Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisesti. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että prosessikaasuvirtaan johdetaan jätelämpökattilan sätei-5 lyosassa kaasuvirran hitaasti jäähtyvään vyöhykkeeseen eli kuumaan "kielekkeeseen" kuuman "kielekkeen" jäähtymistä edistävää kaasua ja/tai kiintoainespartikkeleita ja/tai vallitsevassa olosuhteissa höyrystyvää nestettä edistämään kuuman "kielekkeen" jäähtymistä.

10 Säteilyosaan prosessikaasuvirran joukkoon, kaasuvirran sisäosiin, lisätään kaasua, ja/tai partikkeleita ja/tai nestettä siten, että ne nopeasti suspendoituvat käsiteltävän kuuman prosessikaasun joukkoon. Täten nopeutetaan kaasun 15 jäähtymistä erikoisesti hitaasti jäähtyvien kaasujen vyöhykkeessä ja/tai nostetaan kaasun emissiviteettia ja sitä kautta tehostetaan säteilylämmönsiirtoa kuumasta "kielekkeestä" ja edesauttaa prosessikaasun jäähtymistä.

20 Kaasun, kiintoinespartikkelien tai nesteen lisäys voi tapahtua eri tavoin. Eräs käytännöllinen tapa on tehdä lisäys pneumaattisesti puhaltamalla lanssilla tai tansseilla, jolloin lisäys voidaan tarkoituksenmukaisesti kohdistaa ja suunnata juuri oikeaan alueeseen kuumaan "kielekkeeseen" 25 tanssien asetusta säätämällä.

Joissakin tapauksissa saattaa olla edullista puhaltaa kiintoainesvirta aksiaalisesti suoraan kaasuvirran ytimeen, mikä tehokkaasti edesauttaa kuuman "kielekkeen" eliminoin-30 tia. Joissakin tapauksissa saattaa tulla kysymykseen lanssin sijoittaminen esim. uunin nousukuilun lävitse siten, että lanssin purkausaukko on kattilan tuloaukon tuntumassa, jolloin puhallus on hyvin kohdistettu kaasuvirran ytimeen.

35 Toinen käytännöllinen tapa on asentaa puhallussuuttimet kattilan säteilypesän seiniin, jolloin lisäys voidaan tarkoituksenmukaisesti kohdistaa oikeaan kohtaan oikean suuruisena suuttimien suuntausta ja suihkun impulssia 9 80781 säätämällä. Erikoistapauksissa lisäys saattaa onnistua myös suoraan syöksytorvella kattilan yläpuolelta ilman erityisen puhalluskaasun käyttöä.

5 Lisättävänä kaasuna tai kiintoainetta kuljettavana kan-tajakaasuna voidaan käyttää esimerkiksi prosessin lop-pupäästä kierrätettyä puhdistettua prosessikaasua, jolloin kyseinen kaasu ei vaikuta prosessikaasun analyysiin. Kantajakaasuna saattaa tulla kysymykseen myös inertti 10 kassu tai kemiallisesti aktiivinen kaasu, mikäli siihen on aihetta esimerkiksi jonkin kemiallisen reaktion aikaansaamiseksi. Hyvänä esimerkkinä voidaan ottaa ilma, jota lisätään esimerkiksi jälkipolton aikaansaamiseksi tai sulfatoitumisen aikaansaamiseksi tai tehostamiseksi.

15 Pölynä voi toimia esimerkiksi sähkösuodattimessa erotetu prosessipöly, jolloin ei vaikuteta myöskään pölyanalyysiin. Erikoistapauksissa saattaa tulla kysymykseen myös muu pöly, joko inertti tai kemiallisesti aktiivinen pöly, 20 mikäli siihen on aihetta esimerkiksi jonkin kaasunpuhdistus toimenpiteen suorittamiseksi tai halutun reaktion aikaansaamiseksi .

Pölyn, kaasun tai nesteen lisäyksen erääs oleellinen tehtävä 25 on jäähdyttää tehokkaasti säteilypesään muodostuva kuuma "kieleke” tai eliminoida kokonaan kuuman "kielekkeen" muodostus. Johtamalla esimerkiksi lanssien tai riittävän voimakkaiden suihkujen avulla tai muulla sopivalla tavalla kaasua ja/tai kiintoainespartikkeleita kaasuvirran sisäosaan 30 voidaan paikallisesti jäähdyttää pääasiallisesti vain kaasuvirran sisäosiin muodostuva kuuma vyöhyke, jolloin kuuman "kielekkeen" muodostumiselta ja kielekkeen aiheuttamilta haittavaikutuksilta vältytään.

35 Pölyn lisäyksellä on myös toinen oleellinen tehtävä nimittäin prosessikaasun emissiviteetin oleellinen parantaminen paikallisesti kuumassa kielekkeessä, ja siten lämmönsiirron ja lämmöntalteenoton parantaminen. Kaasun emissiviteetti on 10 80781 riippuvainen mm. tilavuusyksikköä kohti laskettusta partik-kelimäärästä. Nostamalla partikkelimäärää paikallisesti kuumassa "kielekkeessä" tarvittavalle tasolle, saadaan säteilylämmönsiirto oleellisesti tehostumaan.

5

Tapauskohtaisesti tilanne vaihtelee siten, että jompikumpi, likaisten kaasujen jäähdytykseen liittyvien haittojen vähentäminen, joko kuuman kielekkeen aiheuttamien vaikeuksien eliminointi, tai lämmönsiirron tehostaminen, emissi-10 viteettia nostamalla, on tärkeämpi tai että molemmat ovat yhtäaikaa tärkeitä.

Esimerkiksi LSU-prosessin yhteydessä kuuman "kielekkeen" eliminoiminen ja siten sulien partikkeleiden jäähdyttäminen 15 on tärkeä. Mikäli on toivottua lisäksi aikaansaada mahdollisimman tehokas pölyn sulfatoituminen säteilypesässä, voidaan sitä edesauttaa käyttämällä kantajakaasuna esimerkiksi ilmaa, jonka mukana saadaan tarvittava happi systeemiin juuri sinne, missä sitä tarvitaan. Prosessikaasun 20 alunperin runsaasta pölypitoisuudesta johtuen pölylisäyksen vaikutus emissiviteettiin ei yleensä ole kovin merkittävä LSU-prosessin yhteydessä. Kuuman "kielekkeen" eliminoinnilla säteilypesän toiminta tehostuu oleellisesti ja säteily-pesän kokoa voidaan merkittävästi pienentää.

25

Sitä vastoin esimerkiksi hiilen kaasutuksen yhteydessä pölynlisäyksellä saavutetaan oleellinen emissiviteetin parannus ja sitä kautta merkittävä säteilylämmönsiirron tehostuminen kattilan säteilyosassa. Seurauksena on huomat-30 tavasti tehokkaampi ja kompaktimpi säteilyosa.

Oleellista on huomata, että kylmien kiintoainespartikkelien lisäyksellä ei pyritä merkittävästi aikaansaamaan koko käsiteltävän prosessikaasuvirran jäähdytystä, koska tällöin 35 lämpötilan alenemisesta johtuen säteilylämmönsiirto koko kaasusta nopeasti heikkenee. Säteilylämmönsiirron tehokkuus on yleensä merkittävä vasta korkeissa lämpötiloissa yli 900°C ja erittäin merkittävä yli 1200°C lämpötiloissa. Sen li 11 80781 sijaan kiintoainespartikkelien lisäyksellä pyritään keksinnön mukaan eliminoimaan pääasiallisesti vain kuuma "kieleke" ja sen aiheuttamat haitat. Samoin kiintoainespartikkelien lisäyksellä pyritään erityistapauksissa parantamaan säteily-5 lämmönsiirtoa vaikuttamalla edullisesti kaasuvirran emis-siviteettiin.

Syöttämällä kontrolloidusti kiintoainespartikkelei ta käsiteltävän kaasun joukkoon oikeaan kohtaan voidaan 10 paikallisesti aikaansaada tehokas jäähdytys ilman merkittävää kaasun tilavuuden kasvua yleensä tai edes paikallisesti. Kaasutilavuuden kasvu paikallisesti aiheuttaisi voimakkaita häiriöitä kaasun virtauksessa kattilassa sekä tilavuusvirran lisääntyessä. Kaasun lisäys saattaa joissakin 15 prosesseissa vaikuttaa haitallisesti myös tuotetun kaasun analyysiin.

Joissakin sovellutuksissa kaasumäärän kasvu ja mahdolliset syntyvät turbulenssit kattilassa eivät haittaa ja silloin 20 voidaan puhaltaa pelkkää kaasua vaikka sitä jouduttaiisinkin käyttämään käsiteltävään kaasuun verrrattuna suurehkoja määriä toivotun effektin aikaansaamiseksi.

Pölypartikkelien puhalluksen merkittävä etu on sen säädet-25 tävyys. Vaihtelemalla lanssin tai suuttimen ulostulon virtausnopeutta ja pöly/kaasu massavirtojen suhdetta, voidaan suihkun impulssia ja tunkeumaa säätää erittäin laajoissa rajoissa. Kiintoaines voidaan ohjata juuri oikeaan paikkaan tarvittaessa jopa pitkiltäkin etäisyyksiltä. 30 Itse lanssin ei välttämättä tarvitse ulottua "kielekkeeseen". Näin ollen on mahdollista, että lanssinpurkausaukko on jopa kattilaseinän tasolla vaikkakin suihku tunkeutuu käsiteltävän kaasuvirran ydinalueelle. Lanssi voi luonnollisesti olla jäähdytetty, esimerkiksi vedellä, jolloin se 35 kestää vallitsevissa olosuhteissa ja voidaan asettaa siten, että pöly/kaasu supensio purkautuu lanssista suoraan käsiteltävän kaasuvirran ytimeen tarkoituksenmukaisesti suunnattuna.

i2 80781

Erikoistapauksessa voidaan erittäin näppärästi ruiskuttaa kaasuvirran ytimeen pelkästään höyrystyvää nestettä, esimerkiksi vettä, jolloin sitoutuu runsaasti lämpöä jo 5 hyvin pienillä nestemäärillä ja aikaansaadaan toivottu kuuman "kielekkeen" nopea jäähtyminen erittäin yksinkertaisesti.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin 10 piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää lämpötilagradientteja eräässä jätelämpökat tilassa, jossa ei ole käytetty keksinnön mukaista menetelmää.

Kuvio 2 esittää kaaviollisesti erästä keksinnön mukaista 15 toteutusta

Kuvio 3 esittää toista keksinnön mukaista sovellutusmuotoa Kuvio 4 esittää kolmatta keksinnön mukaista sovellutusmuotoa Kuvio 5 esittää käyriä kiintoainespartikkelien ja kaasun lisäyksen tarpeesta prosessikaasua jäähdytettäessä.

20

Kuviossa 2 on esitetty jätelämpökattilan säteilyosa 1, jossa on tuloaukko 2 kuumille 1300°C prosessikaasuille esim. sulatusuunin 3 nousukuilusta 4 ja poistoaukko kaasuille kattilan konvektio-osaan 6, jossa on lämmösiirtopintoja 7. 25 Ennen keksinnönmukaisen menetelmän soveltamista kattilaan jäähtyi prosessikaasu virratessaan säteilyosaan nopeasti seinämiä ja kattilan alaosaa lähellä olevissa vyöhykkeissä I. Kaasuvirran keskiosassa sitä vastoin muodostui huonosti jäähtyvä pitkälle ulottuva vyöhyke II tai kuuma "kieleke", 30 jossa lämpötila pysyi jopa 1200eC:ssa. Kuuma kieleke ulottuu pahimmillaan jopa säteilyosan poistoaukon 5 tuntumaan saakka. Näin ollen tulee haitallisia tarttuvassa tilassa olevia pölyjä virtaamaan kaasun mukana jätelämpökattilan konvektio-osaan 6 haittaamaan lämmönsiirtoa lämmönsiir-35 topinnoille 7.

Sovellettaessa keksinnön mukaista menetelmää on kattilaan asennettu lanssi 11 kattilan seinämästä 8. Lanssilla li i3 80 781 johdetaan klintoainespartikkeleita kuumaan "kielekkeeseen" 10 ja jäähdytetään siinä olevat partikkelit. Näin aikaansaadaan huomattavasti pienempi kuuma "kieleke" 12.

5 Kuvion 3 esittämässsä toisessa sovellutusmuodossa on lanssi 11 sovitettu kattilan tuloaukon 2 keskivaiheille. Tällöin jäähtyminen aikaansaadaan kuumaan "kielekkeeseen" heti tuloaukosta lähtien.

10 Kuvion 4 mukaisessa sovellutusmuodossa keksinnön mukaista menetelmää on sovellettu vertikaaliseen jätelämpökattilaan. Kuuman kielekkeen 10 eliminoiminen tai pienentäminen niin, että siitä el ole haittaa on aikaansaatu sovittamalla kaksi lanssia säteilyosan vastakkaisille seinämille 8.

15

Seuraavassa esimerkissä on esitetty kiertopöly- ja kier-tokaasumäärien tarpeet jäähdytettäessä osa kuumasta 1250eC:sta kaasuvirrasta, 100.000 Nm3/h. Kaasuvirrasta jäähdytetään joko kuuma keskusta tai kuuma esimerkiksi 20 kattilan kattoon törmäävä kuuma "kieleke". Kaasu jäähdytetään 750eC:een. Jäähdytys tapahtuu 350eC:lla kiertokaasulla ja kiertopölyllä. Kuvio 5 esittää kiertokaasu ja kiertopar-tikkelitarpeet jäähdytettäessä joko 10, 20 tai 30 % kok-konaiskaasumäärästä. Pystysuoralle akselille on merkitty 25 kiertokaasumäärät (Nm3/h) ja vaakasuoralle akselille kiertopartikkelimäärät (kg/Nm3).

Jäähdytettäessä 20 % kaasuvirrasta pelkällä kiertokaasulla tarvitaan 24 000 Nm3 /h kiertokaasua. Kun keksinnön mukaisel-30 la tavalla lisätään sekä kiertokaasua että kiertopartikke-leita, 9 kg/Nm3, tarvitaan kiertokaasua ainoastaan 4 500 Nm3/h. Lisäämällä kiintopartikkeleita kiertokaasuun aikaansaadaan parempi sekoitus, sillä samalla nopeudella kaasu/-partikkeli suspensiolla on seitsemänkertainen sekä impulssi 35 että liikeenergia, verrattuna pelkkään kaasuun.

Kuvion 5 mukaisista käyristä voidaan myös päätellä että jäähdytettäessä vielä suurempia prosessikaasumääriä kasvaisi myös tarvittava kiertokaasunmäärä huomattavasti etenkin u 80781 jos kiertopartikkelimäärä pidettäisiin alhaisena.

Il

Claims (13)

1. Menetelmä lämmöntalteenotto prosessin parantamiseksi jätelämpökattilassa, jossa korkealämpötlla prosesseissa syntyvää, höyrystyneitä komponentteja ja/tai sulia ja/tai kiinteitä partikkeleita sisältävää, kuumaa prosessikaasuvir- 10 taa jäähdytetään kattilan säteily-osassa tunnettu siitä, että prosessikaasuvirtaan kattilan säteilyosassa johdetaan kaasuvirran hitaasti jäähtyvään vyöhykkeeseen eli kuumaan "kielekkeeseen" kuuman "kielekkeen” jäähtymistä edistävää kaasua ja/tai kiintoainespartikkeleita ja/tai vallitsevassa 15 olosuhteissa höyrystyvää nestettä edistämään kuuman "kielekkeen" jäähtymistä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kaasuvirtaan johdetaan jotakin jauhemaista prosessin 20 syötettä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kaasuvirtaan johdetaan jotain jauhemaista materiaalia, joka on helppo erottaa sopivin keinoin itse prosessipölystä. 25

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kaasuvirtaan johdetaan prosessikaasuista erotettua kiertopölyä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kaasuvirtaan johdetaan prosessissa puhdistettua prosessikaasua eli kiertokaasua.

5 is 80 781

6. Patenttivaatimusten 4 tai 5 mukainen menetelmä tunnettu 35 siitä, että kaasuvirtaan johdetaan prosessikaasuista erotettua ja jäähdytettyä kiertopölyä tai kiertokaasua. ie 80781

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kaasuvirtaan ruiskutetaan kemiallisesti aktiivista kaasua ja/tai nestettä ja/tai kemiallisesti aktiivisia kiintoainespartikkeleita. 5

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kaasuvirtaan ruiskutetaan ilmaa.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, 10 että kaasu ja/tai kiintoainespartikkelit johdetaan kattilaan yhdellä tai useammalla lanssilla.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että lanssin tai lanssien asetusta säädetään kohdistamaan 15 kaasu ja/tai kiintoainespartikkelit oikeaan alueeseen kattilassa.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että lanssilla kattilaan johdettun kaasun ja/tai johdettujen 20 kiintoainespartikkelien impulssia säädetään niin, että kaasu ja/tai kiintoainespartikkelit kohdistuvat oikeaan alueeseen kattilassa.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä tunnettu siitä, 25 että kaasua ja/tai kiintoainespartikkeleita johdetaan kattilaan kattilan seinämän läpi tulevalla lanssilla.

13. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kaasua ja/tai kiintoainesta johdetaan kattilaan ak- 30 siaalisesti kaasuvirran ytimeen tuloaukkoon sovitetulla lanssilla. li 17 80781