FI86472B - Foerfarande och anordning foer behandling av vattenhaltigt braensle. - Google Patents

Description

86472

MENETELMÄ JA LAITE VETTÄ SISÄLTÄVÄN POLTTOAINEEN KÄSITTELEMISEKSI

FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR BEHANDLING AV VATTENHALTIGT BRÄNSLE

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite vesipitoisen polttoaineen, kuten turpeen tai ruskohiilen, käsittelemiseksi siten, että se soveltuu polttoaineeksi paineistetussa tilassa tapahtuvaan kaasutus- tai polttoprosessiin, jossa 5 menetelmässä polttoaine syötetään paineistettuun tilaan vesilietteenä pumppaamalla ja joka laite käsittää pumpun vesipitoisen polttoaineen syöttämiseksi paineistettuun tilaan.

10 Keksintöä on kehitetty erityisesti märän turpeen käsittelemiseksi siten, että turve soveltuisi polttoaineeksi kaasu-turbiinilaitoksiin, paineistettuihin poltto- tai kaasutus-prosesseihin. Keksintöä voidaan kuitenkin yhtä hyvin soveltaa muiden vastaavien märkien biomassojen kuten kuoren 15 tai esim. märän ruskohiilen käsittelemiseksi.

Tunnetuissa paineistetuissa poltto- tai kaasutusprosesseissa ei yleensä ole ollut mahdollista saavuttaa hyviä hyötysuh- : : teitä kosteilla biomassoilla. Esimerkiksi poltossa on :Y: 20 rajakosteus kohtuullisen hyötysuhteen saavuttamiseksi : yleensä ollut noin 55 - 60%:n paikkeilla. Näin korkeisiin kuiva-ainepitoisuuksiin ei esim. turpeella päästä pelkällä mekaanisella vedenpoistolla. Tämän vuoksi on turpeen kuiva-ainepitoisuuden nostamiseksi kehitetty paineistettuja 25 lämpökäsittelymenetelmiä. Lämpökäsittelyllä vesifaasissa, paineenalaisessa tilassa, parannetaan turpeen mekaanista '. kuivattavuutta rikkomalla sen solurakennetta. Näiden menetelmien epäkohtana ovat toisaalta korkeat investointi-kustannukset ja toisaalta niiden tuottama jätevesi, joka ... 30 sisältää turpeesta lämmössä haihtuvia ja liuenneita aineita ja jota ei voida laskea sellaisenaan, ilman kallista i puhdistuskäsittelyä, luontoon.

2 86472 Lämpökäsittelemättömän, mekaanisesti 65 - 70 %:n kosteuteen kuivatun turpeen poltto on mahdollista paineellisessa polttoprosessissa, mutta se johtaa kalliisiin laitekustannuksiin itse poltossa ja savukaasun puhdistuksessa, koska 5 kaasuvolyymit ovat tuotettuihin tehoihin nähden suuret.

Suomalaisen patentin FI 76866 mukaan on kehitetty menetelmä, jonka mukaan kosteasta polttoaineesta, kuten turpeesta, kehitetään sähköä paremmalla hyötysuhteella käyttämällä 10 apuna ns. höyryinjektiotekniikkaa. Menetelmä perustuu siihen, että polttoaine kuivataan kaasuturbiinin jätelämmöl-lä paineistetussa kuivurissa ja syntynyt vesihöyry syötetään prosessin paineenalaiseen osaan turbiinin injektiohöyrynä. Tällä tavoin voidaan kätevästi siirtää turbiinin poistopuo-15 Ien hukkalämpöä sen paineelliselle puolelle suoraan nettote-hoa tuottavalla tavalla. Kaasuturbiinin antama nettoteho on turbiinin antaman ja kompressorin ottaman tehon erotus. Höyryinjektiotekniikkaa käyttäen voidaan samanaikaisesti lisätä turbiinin läpi menevää massavirtaa ja pienentää 20 kompressorin massavirtaa, jolloin seurauksena on em. tehoerotuksen kasvu ja samalla siis nettotehon kasvu. Menetelmän mukaan voidaan siis saavuttaa parempi hyötysuhde käyttämällä suhteellisen kosteaakin polttoainetta, kuten .V esim. pelkästään mekaanisesti esikuivatettua turvetta.

V.: 25 Tavallisen luonnossa kuivatun jyrsinturpeen tyypillinen kosteus on 40-55% (märkä painosta laskettuna), mutta tällä prosessilla saavutetaan korkea hyötysuhde jopa 70% vettä sisältävällä turpeella, johon kosteuteen on mahdotonta yltää mekaanisella kuivauksella.

30 . . Edellä mainittujen tunnettujen menetelmien epäkohtana on polttoaineen syöttö paineistettuun tilaan. Nykyisillä menetelmillä esim. > 30 % kuiva-ainepitoisuuden omaavan . : turpeen (jyrsin- ja palaturpeen, turvebrikettlen, turvepel- 35 lettien) syöttö paineeseen (5-50 bar) on ongelma, joka pystytään ratkaisemaan vain kalliilla menetelmillä ja laitteilla. Yli 30 % kuiva-ainepitoisuuden omaavaa turvetta ei voida siirtää pumppaamalla.

3 86472 Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada parannuksia edellä mainittuihin epäkohtiin kostean polttoaineen hyväksi käyttämisessä paineistetuissa kaasutus- tai polttoproses-seissa. Keksinnön tarkoituksena on erikoisesti mahdollistaa 5 vesilietteisen turpeen hyväksikäyttö polttoaineena kaasutur-biinivoimaloissa.

Nyt esillä olevan keksinnön yhtenä tavoitteena on yksinkertainen turpeen syöttömenetelmä paineistetussa prosessissa.

10

Keksinnön toisena tavoitteena on edullisesti poistaa vettä turvelietteestä ennen kaasutus- tai polttoprosessiin syöttämistä.

15 Keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada menetelmä, jolla minimoidaan haitallisten jätevesien muodostuminen turpeen käsittelyssä ennen paineistettua kaasutusta tai polttoa.

20 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että polttoaineesta poistetaan paineistetussa tilassa mekaanisesti vettä, esim. painesuotimella tai puristamalla käyttäen hyödyksi paineistetun tilan ja ympärillä olevan tilan paine-eroa niin, että polttoaineen kuiva-ainepitoisuudeksi 25 saadaan vähintään 25 %, edullisesti 30 %. Keksinnön edullisimman sovellutuksen mukaan polttoaineesta poistetaan vettä mekaanisesti ilman polttoaineen samanaikaista lämpökäsittelyä.

30 Mekaanisella vedenerotuksella tarkoitetaan vedenerotusta käyttämällä hyödyksi mekaanista painetta eikä faasimuutosta, kuten lämmöllä tapahtuvissa kuivatusmenetelmissä. Mekaanisessa kuivauksessa toimii ajavana voimana paine-ero. Kun polttoaine pumpataan mekaaniseen paineistettuun kuivaimeen .···. 35 5 - 50 barin, edullisesti 10 - 40 barin, tyypillisesti 15 - 35 barin paineeseen, voidaan ympäristön ja kuivaimen paine-eroa käyttää hyödyksi siten, että polttoaineesta puristettava/suodatettava vesi ajetaan suoraan itse lait- 4 86472 teessä kuivatustapahturaan yhteydessä takaisin atmosfääriseen tilaan. Näin voidaan hyödyntää prosessin perusominaisuus eli paine varsinaisessa kuivatustapahtumassa.

5

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, että se käsittää - pumpun jälkeen paineistettuun tilaan sovitetun laitteen veden mekaaniseksi erottamiseksi polttoaineesta ja siihen 10 yhdistetyn elimen polttoaineesta poistetun veden johtamiseksi ulos paineistetusta tilasta atmosfääriseen tilaan, ja - yhteen mekaanisesti kuivatun polttoaineen johtamiseksi kaasutus- tai polttoreaktoriin.

15 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kun vedenerotus siirretään paineelliselle puolelle, tulee turpeen syöttöjär-jestelmästä yksinkertainen, koska turpeen voi ajaa pumpulla paineeseen. Jos turve on niin kuivaa, että sitä ei voi pumpata, joudutaan käyttämään oleellisesti kalliimpaa 20 tekniikkaa paineeseen siirrossa.

Turvelietteen käyttö sellaiseenaan kaasutus- tai poltto-prosesseissa, ilman esikuivatusta turpeen nostoalueella, mahdollistaa turpeen ympärivuotisen noston. Turvelietettä 25 käytettäessä ei turvetta tarvitse nestelisäyksen avulla saattaa pumpattavaan muotoon.

V: Keksinnön mukaan sijoitetaan siis mekaaninen vedenerotus • paineelliseen tilaan, jossa vedenerotukseen voidaan käyttää .:.30 erilaisia mekaanisia vedenerottimia, painesuotimia, puristi-mia tms. Edullisesti käytetään paineistetun tilan ja 1 . ympärillä olevan tilan paine-eroa hyväksi vedenerotuksessa.

Mekaanisella kuivauksella paineessa voidaan päästä 30 - 40 :35 %:n kuiva-ainetasoon saakka. Tämä riittää suoraan paineelliseen polttoon, jos poltto on leijutuspoltto esim. PYR0FL0W-— kattilassa. Paineellista kaasutusta varten on kuitenkin 5 86472 edullisempaa jatkokuivata polttoaine esim. suomalaisessa patentissa FI 76866 esitetyllä tavalla.

Tämä keksintö on erityisen käyttökelpoinen, mutta ei välttä-5 mättä rajoitu kaasuturbiinivoimalaan syötettävän polttoaineen käsittelemiseksi. Keksinnön mukaan voidaan hyötysuhteen oleellisesti huononematta käyttää polttoaineena turvetta, jonka märkäpainokosteus on jopa 70 %. Turve syötetään pumpulla korkeintaan 25 prosentin kuiva-ainepitoisuudessa 10 vähintään voimalan ilmakompressorin painepuolella vallitsevaan paineeseen. Turpeen mekaaninen kuivaus tapahtuu paineellisessa tilassa pumppauksen jälkeen ilman kuivaus-ominaisuuksia parantavaa samanaikaista tai edeltävää lämpökäsittelyä. Lämpökäsittelyllä ei tässä tapauksessa saavu-15 tettaisi kokonaisuuden kannalta etua. Huomattavilla lisäinvestoinneilla saavutettaisiin vain epäoleellinen kuivaus-ominaisuuksien ja hyötysuhteen parannus. Sitä vastoin tuotettaisiin puhdistuskäsittelyä vaativaa jätevettä.

20 Keksinnön mukaista menetelmää selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista menetelmää paineistet-25 tuun polttoprosessiin sovellettuna ja kuvio 2 esittää keksinnön erästä toista sovellutusmuotoa paineistettuun kaasutusprosessiin sovellettuna.

30 Kuvion 1 esittämässä sovellutusmuodossa pumpataan suolta 1 pumpulla 2 turvelietettä, jonka kuiva-ainepitoisuus on < 25 %, paineistettuun tilaan 3, jonka paine on 10 - 40 bar, edullisesti 15 - 35 bar. Turveliete pumpataan vedenerotti-meen 4, jossa turvelietteestä poistetaan mekaanisesti 35 vettä niin, että turpeen kuiva-ainepitoisuudeksi tulee vähintään 30 %. Vedenerotin voi olla esim. suodatus- tai puristusperiaatteella toimiva. Vedenerotuksessa voidaan käyttää hyödyksi paineistetun tilan ja ympäristön välistä 6 86472 paine-eroa siten, että turpeesta poistettavan veden annetaan poistua matalampaan paineeseen turpeen jäädessä paineistettuun tilaan.

5 Erotettu vesi johdetaan yhteen 5 kautta ulos paineistetusta tilasta 3. Vesi voidaan joko johtaa suoraan tai yksinkertaisen vedenpuhdistuksen jälkeen takaisin suolle. Paineistetusta tilasta poistettavan veden laatu riippuu mekaanisesta vedenerotustavasta. Vesi on kuitenkin huomattavasti yksin-10 kertaisemmin puhdistettavissa kuin lämpökäsittelyllä erotettu vesi.

Osittain kuivattu turve johdetaan vedenerottimesta yhteen 6 kautta paineistettuun polttokattilaan 7. Valmiiksi 15 paineistetussa tilassa olevan turpeen syöttö paineistettuun kattilaan on yksinkertaisesti järjestettävissä.

Polttokattilaan syötetään paineistettua ilmaa yhteen 8 kautta kompressorista 9. Polttokattilassa muodostuneet 20 savukaasut johdetaan yhteen 10 kautta kaasuturbiiniin 11, joka on sovitettu samalle akselille ilma-kompressorin 9 ja generaattorin 12 kanssa.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista menetelmää sovellettuna 25 paineistettuun kaasutusprosessiin. Kuten edellisessä esimerkissä pumpataan turvelietettä pumpulla 2 paineistetussa tilassa 3 olevaan vedenerottimeen 4. Vedenerottimesta osittain kuivattu turve johdetaan jatkokuivaukseen paineistettuun kuivuriin 13, jossa turvetta jatkokuivatetaan 30 lämmöllä > 60 %:n, edullisesti >65 %:n kuiva-ainepitoisuuteen. Tarvittava kuivauslämpö saadaan lämmöntalteenottolait-teesta 14, jossa se kehitetään turbiinista yhteen 15 kautta tulevia savukaasuja jäähdyttämällä ja siirretään kuivuriin esim. tulistetun tai kylläisen höyryn muodossa linjaa 16 35 pitkin.

Kuivurista jatkokuivattu turve johdetaan yhteen 17 kautta kaasuttimeen 18. Yhteen 19 kautta voidaan johtaa kuivuris-

7 Q Ί 7 O

' O O 4 / .1 sa turpeesta höyrystetty vesi kokonaan tai osittain kaasut-timeen. Vedenerottimesta 4 turpeesta poistettu vesi johdetaan suoraan ulos paineistetusta tilasta ja edelleen suoraan suolle tai tarvittaessa yksinkertaiseen vedenpuhdistuk-5 seen. Koska turvelietettä on esikuivattu mekaanisesti paineistetussa tilassa eivät lämpökuivatuksesta syntyneet mahdollisesti poisjohdettavat vesimäärät ole suuria, vaan suhteellisen helposti hoidettavissa.

10 Kuviossa 2 kaaviollisesti esitetyssä kaasuttimessa tapahtuu varsinaisen kaasutuksen lisäksi kaasunpuhdistus ja mahdollisesti puhtaan kaasun poltto. Puhtaan kaasun polttovaihe voi laiteteknisesti myös olla osa kaasuturbiinia.

15 Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa esimerkkinä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella ja soveltaa patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (10)

1. Menetelmä vesipitoisen polttoaineen, kuten turpeen tai ruskohiilen, käsittelemiseksi siten, että se soveltuu polttoaineeksi painestetussa tilassa tapahtuvaan kaasutusta! polttoprosessiin, jossa menetelmässä - polttoaine syötetään paineistettuun tilaan vesilietteenä 10 pumppaamalla, ja joka menetelmä on tunnettu siitä, että - polttoaineesta poistetaan paineistetussa tilassa mekaanisesti vettä, esim. painesuotimella tai puristamalla käyttäen hyödyksi paineistetun tilan ja ympärillä olevan tilan 15 paine-eroa niin, että polttoaineen kuiva-ainepitoisuudeksi saadaan vähintään 25 %.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoainetta syötetään paineistettuun tilaan .·.· 20 vesilietteenä, jonka kuiva-ainepitoisuus on < 25 %.

.* 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että polttoaineesta poistetaan vettä paineistetussa ; * tilassa ilman polttoaineen samanaikaista lämpökäsittelyä. 25

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoainetta jatkokuivatetaan paineistetussa tilassa mekaanisen vedenerotuksen jälkeen käyttämällä ··' hyödyksi kaasutus- tai polttoprosessin yhteydessä syntyvää 30 lämpöenergiaa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu ... siitä, että polttoainetta jatkokuivatetaan kaasutus- tai : polttoprosessin yhteydessä syntyvää lämpöenergiaa hyväksi ____ 35 käyttäen > 65 %:n kuiva-ainepitoisuuteen.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoainetta syötetään paineistettuun tilaan, 9 86472 jossa paine on > 15 baaria.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoainetta kuivatetaan käytettäväksi kaasuturbiini- 5 voimalassa.

8. Laite vesipitoisen polttoaineen käsittelemiseksi siten, että se soveltuu syötettäväksi paineistetussa tilassa (3) olevaan kaasutus- tai polttolaitokseen (7,18), joka laite 10 käsittää - pumpun (2) vesipitoisen polttoaineen syöttämiseksi paineistettuun tilaan (3), tunnettu siitä, että se käsittää - pumpun jälkeen paineistettuun tilaan sovitetun laitteen 15 (4) veden mekaaniseksi erottamiseksi polttoaineesta ja siihen yhdistetyn elimen (5) polttoaineesta poistetun veden johtamiseksi ulos paineistetusta tilasta atmosfääriseen tilaan, ja - yhteen (6) mekaanisesti kuivatun polttoaineen johtamiseksi 20 kaasutus- tai polttoreaktoriin (7,18).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että paineistettuun kaasutuslaitokseen on sovitettu mekaanisesti vettä erottavan laitteen (4) jälkeen polttoaineen 25 jatkokuivuri (13), joka toimii kaasuttimelta (18) saatavalla lämpöenergialla.

10 86 472