FI98384B - Syöttöveden esilämmitinjärjestelmä - Google Patents

Description

f ' 98384

SYÖTTÖVEDEN ESILAMMITINJARJESTELMA

Esillä oleva keksintö koskee syöttöveden esilämmitysjär-5 jestelmää, joka käsittää sarjaan kytkettyjä, olennaisesti pystysuoria kaasukanavia ja esilämmittimiä. Erityisesti keksintö koskee syöttöveden esilämmitysjärjestelmää jäte-liemen talteenottokattilassa, jossa on tulipesä, jota rajoittaa seinät ja pohja ja jossa poltetaan jätelientä, 10 kuten mustalipeää, jolloin syntyvä savukaasu johdetaan tulipesän yläosan kautta kattilan lämmöntalteenotto-osan syöttöveden esilämmittimiin. Keksintöä voidaan soveltaa myös muihin höyryä tuottaviin kattiloihin.

15 Selluprosesseissa pyritään jäteliemen poltossa erottamaan jäteliemen kuiva-aineen orgaaninen ja epäorgaaninen osa toisistaan. Kuiva-aineen orgaanisen osan sisältämä lämpö-määrä otetaan talteen ja sillä kehitetään mahdollisimman suuri höyrymäärä. Kuiva-aineen epäorgaanisesta osasta 20 otetaan talteen massanvalmistuksen keittokemikaalit sel-laisessa muodossa, että ne voidaan seuraavissa käsittely-’···' vaiheissa muuttaa uudelleen keittoon sopiviksi.

Soodakattila on toistaiseksi osoittautunut ylivoimaiseksi ;.· · 25 jäteliemen lämmön ja kemikaalien talteenotossa. Jätelien- :: : tä ruiskutetaan pieninä pisaroina kattilaan. Pisaroista poistuu kuumassa tulipesässä vesihöyryä, kuiva-aineiden • haihtuvia osia ja lopulta kuiva-aineesta kaasuuntuvia • « · · osia. Kaasut syttyvät luovuttaen lämpöä kattilassa ole- • 3° ville lämpöpinnoille ja poistuvat kattilan yläosasta.

Jäteliemipisaroiden tuhka eli jäteliemen epäorgaaniset l···’ aineet kerääntyvät tulipesän pohjalle, josta ne johdetaan ; ulos ja eri käsittelyvaiheiden kautta takaisin keitto- ·** · prosessiin.

• · · 35 2 yö0ö4

Talteenottokattilan savukaasu johdetaan kosketukseen kattilan erilaisten lämpösiirtolaitteiden, tulistimien, keittopinnan ja veden es i 1 äituni tt imi en kanssa, jolloin kaasujen sisältämä lämpö otetaan talteen lämmönsiirtirais-5 sä virtaavaan veteen, höyryyn tai niiden seokseen. Ongelmana on se, että savukaasu sisältää tyypillisesti paljon tuhkaa, esim. natriumsulfaattia ja natriumkarbonaattia, josta osa kulkeutuu savukaasun mukana kattilassa ylöspäin. Aluksi tämä savukaasun mukana tuleva tuhka on pääo-10 sin höyrystyneessä muodossa ja alkaa muuttua hienoksi pölyksi tai sulapisaroiksi tulipesän jälkeisillä lämpö-pinnoilla. Tuhkan sisältämät suolat sulavat tai ovat tahmeita jo suhteellisen alhaisossa lämpötilassa ja muuttuvat sulaessaan helposti tarttuviksi ja syövyttäviksi.

15 Tahmean tuhkan muodostamat kerrostumat aiheuttavat savu-kanavien tukkeutumisvaaran ja lisäksi kattilassa lämpö-pintojen korroosiota ja kulumista.

Talteenottokattiloiden syöttöveden esilämmitinjärjestelmä 20 on tavanomaisesti rakennettu siten, että esilämmittimiä i * eli ekonomaisereita on peräkkäin 1-3. Savukaasu virtaa • · * kussakin esilämmittimissä yleensä pystysuoraan alhaalta ylöspäin ja viedään seuraavaan esilämmittimeen niiden vä-

Iissä olevien kaasukanavien kautta. Kaasukanavat ja esi- ’ 25 lämmittimet sijaitsevat siis peräkkäin savukaasun hori- 7 * « · sontaalisen virtaussuunnan suhteen, siten että kaasukana-• * · 9 vaa seuraa aina esilämmitin.

• I I

• I · Tässä hakemuksessa esilämmitin eli ekonomaiseri tarkoit- i · ·

• I I

30 taa lämmönsiirrintä, joka muodostuu lämmönsiirtoelemen-teistä, joiden sisällä virtaa lämmitettävä kattilan syöt-tövesi. Ekonomaiserissa lämmönsiirtoelementtien välissä • · · ; "·. on savukaasuvirtaukselle vapaata tilaa. Savukaasun virra- • » · tessa lämmönsiirtoelementtien ohi lämpöä siirtyy element-35 tien sisällä virtaavaan syöttöveteen. Kattilan keittopin-ta muodostuu myöskin lämmönsiirtoelementeistä, joiden sisällä virtaa kiehutettava vesi tai veden ja höyryn 3 i ?ooo*t seos, johon lämpö siirtyy elementtien ohi virtaavasta savukaasusta.

Jossakin termistössä käsitteellä "esilämmitin eli ekono-5 maiseri” tarkoitetaan esimerkiksi tässä esitettyjen erillisten ekonomaiserien yhdistelmää, kuten kahden tai useamman edellä esitetyn kaltaisen ekonomaiserin yhdistelmää.

10 Kuviossa 1 on esitetty tavanomainen talteenottokattila, johon kuuluu tulipesän alaosa 1, jossa jäteliemen poltto pääosin tapahtuu. Tulipesää rajoittaa etuseinä 8, takaseinä 9, sivuseinät 10 ja pohja 13. Tulipesän keskiosassa 2 tapahtuu pääosin kaasumaisten polttokelpoisten aineiden 15 loppuunpalaminen. Tulipesän yläosan 3 yläpuolella sijaitsevat tulistimet 4, joissa kylläinen höyry muutetaan lämpötilaltaan korkeammaksi höyryksi. Kattilan keittopin-noilla 5 kylläisessä lämpötilassa oleva vesi kiehutetaan osittain höyryksi ja syöttöveden esilämmittimissä 7 a, b 20 lämmitetään savukaasun avulla lämmönsiirtoelementeissä 11 : ** virtaava vesi ennen veden johtamista kattilan höyrystä- • · # vään osaan 5 ja tulistaviin osiin 4.

I ·

Esilämmittimen lämmönsiirtopinnat 11 ovat yleensä eväput- ; 25 kipaneelielementtejä, jotka on sijoitettu vierekkäin koko » » · · kattilan leveyttä (so. etu- ja takaseinän pituutta) hy-väks i käyttäen.

• · » · » • ·

Savukaasu virtaa tulipesän yläosasta nuolen osoittamalla S · * 30 tavalla tulistimen 4 kautta keittopinnalla 5 ylhäältä \j.: alaspäin. Keittopinnan vieressä olevan kaasukanavan 6 a kautta savukaasu virtaa ylös esilämmittimeen 7 a, ns.

; ,·. kuumaan esilämmittimeen, ja sitä alas. Kaasukanavan 6 b

I I I

kautta savukaasu kulkee jälleen ylös seuraavaan esiläm-35 mittimeen 7b, ns. kylmään esilämmittimeen, jonka läpi kaasu virtaa alaspäin. Tavanomaisessa talteenottokatti- 4 98384 lassa on joskus kolme sarjaan kytkettyä syöttöveden esi-lämmitintä.

Kuuma esilämmitin tarkoittaa tässä yhteydessä sitä, että 5 sekä savukaasun että syöttöveden lämpötila tässä esilära-mittimessä ovat korkeampia kuin kylmemmässä esilämmitti-messä.

Savukaasun kääntökohdissa alhaalla on tavanomaisia tuhkan 10 keräyssuppiloita 12, joihin osa lentotuhkasta kerääntyy ja joista tuhka johdetaan kuljettimien (ei esitetty) välityksellä takaisin kemikaalikiertoon.

Esilämraittimet on kytketty sarjaan syöttöveden virtaami- 15 seksi niissä. Vesi tuodaan ensin kylmimpään esilämmitti- meen. Kussakin esilämmittimessä on veden virtausta varten jako- ja kokoomakammiot, jotka ovat yhteydessä lämpöele- menttikohtaisiin kammioihin. Vesi tuodaan kylmimmän esi- lämmittimen alakammioon, josta se nousee elementtien _ 20 kautta yläkammioon, ja sieltä kattilan ulkopuolitse seu- .···. raavan esilämmittimen jakokammiolle. Veden virtaussuun- • * "* nassa viimeisen eli kuumimman esilämmittimen yläkammiolta « · · . . vesi johdetaan keittopinnalle.

• · · • · · • * • · » · · ··* · 25 Kuten aikaisemmin kuvattiin, niin savukaasun mukana kul- • · · • · · '·' * keutuva tuhka likaa lämmönsiirtopintoja ja pyrkii vähi tellen kerrostumaan pintoihin heikentäen näin lämmön- • · ·.· : siirtoa. Valitsemalla sopiva kaasuvirtausnopeus ja käytin : tämällä höyrynuohoimia edellä kuvatut esilämmittimet toi- , ’·, 30 mivat yleensä tyydyttävästi. Savukaasun virtausnopeudella • · · esilämmittimessä on tietty optimi. Liian matala nopeus • · heikentää lämmönsiirtoa ja liian suuri nopeus aikaansaa • · : tukkeumia. Tukkeutumisvaara on johtanut varsinkin pienem- : : missä kattiloissa kalliiseen rakenteeseen. Esilämmittimi- • · · 35 en paneelielementin leveys on huomattava, mikä aiheuttaa koko kattilalaitoksen pituuden kasvun ja tällä tavoin laitoksen kustannusten nousun.

5 98384

Talteenottokattila on sellutehtaan kallein yksittäinen laiteinvestointi. Siksi on tarvetta jatkuvasti kehittää kattilan rakennetta sellaiseksi, että kustannuksia saa-5 daan alhaisemmiksi.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tarjota tunnettuja kattilarakenteita yksinkertaisempi rakenne. Erityisesti tarkoituksena on aikaansaada syöttöveden esilämmi- 10 tysjärjestelmä, jolla on aikaisempaa pienempi tilan tarve ja joka on teknisesti toimivampi ja taloudellisesti edullisempi kuin tunnetut rakenteet, mutta joka pystyy ottamaan tehokkaasti lämpöä talteen likaavista savukaasusta.

15 Näiden tarkoitusperien saavuttamiseksi esillä olevan kek sinnön mukaiselle syöttöveden esilämraitinjärjestelmälle on tunnusomaista, että esilämmittimet on sijoitettu välittömästi rinnakkain, ja savukaasukanavat on järjestetty tämän esilämmitinryhmän ulkopuolelle, ja kaasukanavat ja 20 esilämmittimet on kytketty sarjaan siten, että savukaasu .·”. virtaa vuorotellen kunkin kaasukanavan ja esilämmittimen • · o ·. läpi.

• · # * · .’ Esilämmittimet on sijoitettu välittömästi rinnakkain si- * · · m · · '!*.* 25 ten, että ne on erotettu toisistaan vain väliseinällä.

* Väliseinä voi olla edullisesti lämmönsiirtoelementti tai teräsrakenteinen seinä, ns. peltiseinä. Tämä esilämmitti- ψ · :.: : mien rinnakkainasettelu mahdollistaa sen, että kukin : höyrynuohoin on yhteinen jokaiselle rinnakkain asetetulle . .*. 30 esilämmittimelle.

• » · ψ* · * · · • · • · *·* Esillä olevassa keksinnössä on oleellista juuri esiläm- • · : mittimien rinnakkainasettelu. Kaasukanavat voi sijoittaa, • · · ·...' miten kussakin tapauksessa on edullisinta.

Kun esilämmittimiä on kaksi kappaletta, kaasukanavat keskenään ja esilämmittimet keskenään on edullisimmin jär- 35 6 98384 jestetty pareittain rinnakkain. Esilänunittimien lukumäärä voi olla myös suurempi kuin 2. Pienimmissä kattiloissa tämä on jopa todennäköistä, koska niissä esilänunittimien korkeus on tilan puolesta rajoitettu.

5

Esilämmittimen leveys vaihtelee kattilan koon mukaan ja on normaalisti samanlevyinen kuin kattila (so. etu/ta-kaseinä)(vrt. kuva 1). Keksinnön mukaisessa järjestelmässä yhden esilämmittimen leveys on aina pienempi kattilan 10 leveyttä. Jos esilämmittimiä on esimerkiksi kolme rinnakkain, on yhden esilämmittimen leveys noin kolmasosa kattilan leveydestä. Esilämmittimet eivät kuitenkaan aina ole yhtä leveitä, vaan leveys riippuu lämmönsiirtoele-menttien määrästä kussakin lämmönsiirtimessä.

15

Keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 2 esittää kaavamaisesti talteenottokattilaa, jossa 20 on keksinnön mukainen esilämmitinjärjestelmä; ja m • · · • · ·. kuviot 3 a, b ja c esittävät yksityiskohtaisemmin kuvion .·. : 2 mukaista esilämmitinjärjestelmää niin, että järjestelmä

• M

/ on jaettu osiin.

::i.: 25 • · *·’ * Kuviossa 2 esitetty talteenottokattila käsittää vastaa valla tavalla kuin kuvion 1 kattila tulipesän alaosaua 21, • · : keskiosan 22 ja yläosan 23. Tulipesää rajoittavat etusei- • · · · nä 28, takaseinä 29, sivuseinät 30 ja pohja 35. Tulipesän .30 muoto voi olla muunlainenkin kuin tavanomainen suorakai-• ♦ · ··· .·♦·. de, esim. monikulmio. Kattilan lämraöntalteenotto-osaan * · ’** kuuluu tulistimet 24, keittopinta 25 ja syöttöveden esi- • · : lämmitin järjestelmä, joka käsittää kaasukanavat 26 a ja b • · · sekä kaksi esilämmitintä 27 a ja b. Mainitussa järjestel-35 mässä kaasukanavat on sijoitettu rinnakkain keittopinnan 25 jälkeen. Ne ovat olennaisesti tulipesän etuseinän 28 ja takaseinän 29 suuntaisesti. Kaasukanavien jälkeen si- 7 98384 jaitsevat välittömästi rinnakkain yhdessä rivissä esiläm-mittimet 27 a ja b. Tällöin kukin kaasukanava rajoittuu siis toiseen kaasukanavaan ja yhteen esilämmittimeen/ ja vastaavasti kukin esilämmitin rajoittuu toiseen esiläm-5 mittimeen ja yhteen kaasukanavaan. Näin saadaan tiivis rakenne.

Esilämmittimissä on eväputkipaneelielementtejä 31 a ja b, joissa lämmitettävä syöttövesi virtaa savukaasun suhteen 10 vastakkaiseen suuntaan alhaalta ylöspäin. Esilämmittimiä erottava seinä 34 voi olla eväputkipaneali tai peltira-kenteinen.

Nuolen osoittamalla tavalla (kuviot 2 ja 3 a-c) savukaasu 15 ohjataan tulipesästä tulistimien kautta keittopinnan 25 yläosaan ja edelleen alas keittopinnan läpi. Tällöin kaasu luovuttaa lämpöä keittopinnan elementeissä 33 vir-taavaan veteen. Sitten kaasu johdetaan ensimmäiseen kaasukanavaan 26 a, jonka yläosasta savukaasu ohjataan savu-:*·.. 20 kaasuvirran suhteen ensimmäiseen eli ns. kuumaan esiläm- mittimeen 27 a (Fig. 3 b). Keittopintaa 25 seuraavan kaa-'. sukanavan 26 a leveys L voi olla oleellisesti yhtä suuri .·. : kuin ensimmäisen esilämmittimen 27 a vastaava leveys.

• · m 9 · · 9 9 9 '11.' 25 Esilämmittimessä 27 a savukaasu luovuttaa lämpöä elemen- • · · ' teissä 31 a virtaavalle vedelle kulkiessaan esilämmitti men läpi ylhäältä alas. Kaasu johdetaan sitten kaasuka- • · · : navan 26 b alaosaan. Kanavan yläosasta savukaasu ohjataan · · · viereiseen eli ns. kylmään esilämmittimeen 27 b (Fig. 3 9 . 30 c), jossa kaasu lämmittää elementeissä 31 b virtaavaa · · * ·* m99 .···. syöttövettä. Kaasu poistuu esilämmittimen alaosasta.

9 · • · · 9 9 9 9 9 9 :·* · Esilämmittimien 27 a ja b eväputkipaneelielementtien 31 a ja 31 b leveydet ovat edullisimmin yhtä suuria, mutta 35 kuumemman esilämmittimen 27 a elementtien lukumäärä on 8 98384 edullisesti suurempi kuin kylmemmässä esilämmittimessä 27 b. Keittopinan elementit 33 ovat pystysuunnassa edullisesti lyhyempiä kuin esi lämmittimien elementit.

5 Keksinnön mukainen rakenne aikaansaa sen, että lämmön-siirtoeleraenttien leveys D (kuva 2) on suurempi kuin mit<. nykyisissä esilämmitinjärjestelmissä käytetään. Uuden järjestelyn ansiosta kattilan pituus ei kasva.

10 Keksintö on sovellettavissa myös muihin esilämmittimen lämpöpintarakenteisiin kuin eväputkipaneeleihin. Lämmön-siirrin voi muodostua vierekkäin toisiinsa yhdistetyistä putkista koostuvista "tangenttiputkielementeistä" tai vierekkäisistä "irtoputkista" koostuvista elementeistä, 15 joissa putkia ei ole hitsattu eli yhdistetty vierekkäin toisiinsa. Esilämmittimien lukumäärä järjestelmässä voi olla edellä kuvatun kahden sijasta myös kolme, neljä tai enemmän.

20 Myös kattilan keittopinta voidaan sijoittaa rinnakkain esilämmi .imien kanssa. Järjestelmä soveltuu myös katti- ··· ·. loihin, joissa ei ole keittopintaa lainkaan.

* · * · « · · • · ·

Keksinnön mukainen esi lärami tin järjestelmä soveltuu eri- • # · ".* 25 tyisen hyvin pieniin ja keskikokoisiin kemikaalien tai- ♦ · · teenottokattiloihin, joiden 1ipeänpolttokapasiteetti on tyypillisesti pienempi kuin 1400 tonnia kuiva-ainetta • · · ! vuorokaudessa.

• · · • · · • · · . 30 Esillä olevalla keksinnön mukainen esilämmittimien uusi • · · • · · .··. keskinäinen sijoittelu tuo ainakin seuraavia etuja: • · *·] - leveitä eväputkipaneeleita on huomattavasti yksinker- ’·»* taisempaa ja nopeampaa valmistaa, varsinkin nykyaikaisil- ··· la automatisoiduilla hitsauslinjoilla, kuin kaksinkertai-35 nen määrä kapeampia paneeleita, joita käytetään tunnetuissa esilämmittimissä; - syöttöveden jako- ja kokoojakamnioiden lukumäärä putoaa 9 98384 puolella ja on halvempi ratkaisu siitä huolimatta, että yksittäisten kammioiden pituus kasvaa; - pääjako- ja pääkokoojakammioiden ja elementtikammioiden yhdysputkien määrä putoaa puoleen, ja pääjakokammioiden 5 pituus vähenee puolella; - esilämmittimien etu- ja takaseinien tiivistys on yleensä kallista toteuttaa ja keksinnön myötä näiden seinien pituus puolittuu; - kasvanut paneelielementtileveys antaa mahdollisuuden 10 käyttää suoraa nuohoussolaa, mikä kapeilla elementeillä ei ole hyödyllistä; - nuohoimien lukumäärä vähenee puolella, tyypillisesti 3-4 kappaleella; - tuhkakuljettimien määrä vähenee, kuten myös su.1’.usyöt-15 timien määrä; ja - kattilalaitoksen kokonaispituus ei kasva keksinnön mukaisen rinnakkainasettelun takia, vaikka elementtien leveys kasvaa.

20 Esillä olevaa keksintöä on edellä kuvattu ainostaan sil-loin, kun sitä käytetään jäteliementalteenottokattilois- • · · sa. Sitä voidaan soveltaa myös muunlaisiin kattiloihin, ,·. : kuten ns. voimakattiloihin.

« »· • · • * • · · • · · · · · • · · % » · • · · • · • · · » · · • ·· · • · · • · · • · · • · · • · · ··· • · · • · • · ··· • · • · · • · · ··· · ··· • · • · ·

Claims (9)

98384

1. Syöttöveden esilämmitysjärjestelmä, joka käsittää sar- 5 jaan kytkettyjä, olennaisesti pystysuoria kaasukanavia ja esllämmlttlmlä, tunnettu siltä, että esllämmlttimet (27 a, b) on sijoitettu keskenään välittömästi rinnakkain, ja savukaasukanavat (26 a, b) on järjestetty tämän esilämmi-tinryhmän ulkopuolelle, ja kaasukanavat (26 a, b) ja 10 esllämmlttimet (27 a, b) on kytketty sarjaan siten, että savukaasu virtaa vuorotellen kunkin kaasukanavan ja esi-lämmlttlmen läpi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esllämmitinjärjestelmä, 15 tunnettu siltä, että esllämmlttimet (27 a, b) on erotettu toisistaan vain väliseinällä (34).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen esilämmltinjärjestelmä, tunnettu siitä, että väliseinä on lämmönsiirtoelementti. 20

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen esilämmltinjärjestelmä, tunnettu siltä, että väliseinä on teräsrakenteinen, ns. peltiselnä. .'.’25

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen '.'.V esilämmltinjärjestelmä, tunnettu siitä, että esilämmlttl- uiä on kaksi, jolloin kaasukanavat (26 a, b) keskenään ja esllämmlttimet (27 a, b) keskenään on järjestetty pareittain rinnakkain. 30

: 6. Tatenttivaatimuksen 5 mukainen esilämmltinjärjestelmä, tunnettu siitä, että savukaasun virtaussuunnassa ensim-./ mäisen eli ns. kuumemman esilämmlttimen (27 ' lämraön- *... siirtopinta-ala or. suurempi kuin kylmemmän esilämmlttimen 35 (27 b). • · w m · • ·

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen esilämmitln- • · « 98384 järjestelmä, tunnettu silta, että rinnakkaisia esilämmittimiä on vähintään kolme.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 5 esllämmitinjärjestelmä, tunnettu siltä, että savukaasu virtaa kaasukanavlssa (26 a, b) alhaalta ylöspäin Ja esi-lämmittimissä (27 a, b) ylhäältä alaspäin.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 10 esilämmitinjärjestelmä, tunnettu siltä, että esilämmitin- Järjestelmä on jäteliemen talteenottokattilassa, Jossa on tullpesä, Jota rajoittaa seinät (28, 29, 30) Ja pohja (35), ja jossa poltetaan jätelientä, kuten mustalipeää, jolloin syntyvä savukaasu Johdetaan tullpesän yläosan 15 (23) kautta kattilan lämmöntalteenotto-osan (24, 25, 27) syöttöveden esilämmittiraiin (27 a, b). • · · • · * 9 · · • · · • · · « • · · 98384