FI98384C - Syöttöveden esilämmitinjärjestelmä - Google Patents

Description

t 98384 SYÖTTÖVEDEN ESILÄMMITINJÄRJESTELMÄ

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 sellaisessa muodossa, että ne voidaan seuraavissa käsittelyvaiheissa muuttaa uudelleen keittoon sopiviksi.

Soodakattila on toistaiseksi osoittautunut ylivoimaiseksi 25 jäteliemen lämmön ja kemikaalien talteenotossa. Jätelientä 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-. 30 ville lämpöpinnoille ja poistuvat kattilan yläosasta.

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

35 2 98384

Talteenottokattilan savukaasu johdetaan kosketukseen kattilan erilaisten lämpösiirtolaitteiden, tulistimien, keittopinnan ja veden esilämmittimien kanssa, jolloin kaasujen sisältämä lämpö otetaan talteen lämmönsiirtimis-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 alhaisessa 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 esi lämmitin järjestelmä 20 on tavanomaisesti rakennettu siten, että esilämmittimiä eli ekonomaisereita on peräkkäin 1-3. Savukaasu virtaa kussakin esilämmittimissä yleensä pystysuoraan alhaalta ylöspäin ja viedään seuraavaan esilämmittimeen niiden välissä olevien kaasukanavien kautta. Kaasukanavat ja esi-25 lämmittimet sijaitsevat siis peräkkäin savukaasun horisontaalisen virtaussuunnan suhteen, siten että kaasukana-vaa seuraa aina esilämmitin.

Tässä hakemuksessa esilämmitin eli ekonomaiseri tarkoit-. 30 taa lämmönsiirrintä, joka muodostuu lämmönsiirtoelemen- teistä, joiden sisällä virtaa lämmitettävä kattilan syöt-tövesi. Ekonomaiserissa lämmönsiirtoelementtien välissä on savukaasuvirtaukselle vapaata tilaa. Savukaasun virratessa 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 98384 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.

Esilämmittimen lämmönsiirtopinnat 11 ovat yleensä eväput-* 25 kipaneelielementtejä, jotka on sijoitettu vierekkäin koko kattilan leveyttä (so. etu- ja takaseinän pituutta) hyväksikäyttäen .

Savukaasu virtaa tulipesän yläosasta nuolen osoittamalla . 30 tavalla tulistimen 4 kautta keittopinnalla 5 ylhäältä alaspäin. Keittopinnan vieressä olevan kaasukanavan 6 a kautta savukaasu virtaa ylös esilämmittimeen 7 a, ns. kuumaan esilämmittimeen, ja sitä alas. Kaasukanavan 6 b 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 esiläm-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.

Esilämmittimet 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 vähitellen kerrostumaan pintoihin heikentäen näin lämmönsiirtoa. Valitsemalla sopiva kaasuvirtausnopeus ja käyttämällä 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 pienemmissä 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 esilämmitinjärjestelmälle 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 läpi.

Esilämmittimet on sijoitettu välittömästi rinnakkain si-“ 25 ten, että ne on erotettu toisistaan vain väliseinällä.

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

• ·

Esillä olevassa keksinnössä on oleellista juuri esiläm-mittimien rinnakkainasettelu. Kaasukanavat voi sijoittaa, miten kussakin tapauksessa on edullisinta.

35

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

5

Esiläramittimen 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 kuviot 3a, b ja c esittävät yksityiskohtaisemmin kuvion 2 mukaista esilämmitinjärjestelmää niin, että järjestelmä on jaettu osiin.

:: 25

Kuviossa 2 esitetty talteenottokattila käsittää vastaavalla tavalla kuin kuvion 1 kattila tulipesän alaosan 21, keskiosan 22 ja yläosan 23. Tulipesää rajoittavat etuseinä 28, takaseinä 29, sivuseinät 30 ja pohja 35. Tulipesän . 30 muoto voi olla muunlainenkin kuin tavanomainen suorakai de, esim. monikulmio. Kattilan lämmöntalteenotto-osaan kuuluu tulistimet 24, keittopinta 25 ja syöttöveden esilämmitinjär jestelmä, 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 eväputkipaneeli 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 esilämmittimeen 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.

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

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. Keittopinnan elementit 33 ovat pystysuunnassa edullisesti lyhyempiä kuin esilämmittimien elementit.

5 Keksinnön mukainen rakenne aikaansaa sen, että lämmön-siirtoelementtien leveys D (kuva 2) on suurempi kuin mitä 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 esilämmittimien kanssa. Järjestelmä soveltuu myös kattiloihin, joissa ei ole keittopintaa lainkaan.

Keksinnön mukainen esilämmitinjärjestelmä soveltuu eri-25 tyisen hyvin pieniin ja keskikokoisiin kemikaalien tal-teenottokattiloihin, joiden lipeänpolttokapasiteetti 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 yksinkertaisempaa ja nopeampaa valmistaa, varsinkin nykyaikaisilla automatisoiduilla hitsauslinjoilla, kuin kaksinkertai- 35 nen määrä kapeampia paneeleita, joita käytetään tunnetuissa esilämmittimissä; - syöttöveden jako- ja kokoojakammioiden lukumäärä putoaa 98384 9 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 sulkusyöt- 15 timien määrä; ja - kattilalaitoksen kokonaispituus ei kasva keksinnön mukaisen rinnakkainasettelun takia, vaikka elementtien leveys kasvaa.

20 Esillä olevaa keksintöä on edellä kuvattu ainostaan silloin, kun sitä käytetään jäteliementalteenottokattiloissa. Sitä voidaan soveltaa myös muunlaisiin kattiloihin, kuten ns. voimakattiloihin.

♦ • · • ' . · i 1 · «

Claims (9)

10 98384

1. Syöttöveden esilämmitysjärjestelmä, joka käsittää 5 sarjaan kytkettyjä, olennaisesti pystysuoria kaasukanavia ja esilämmittimiä, jotka on kytketty sarjaan siten, että savukaasu virtaa olennaisesti pystysuorasta esiläm-mittimestä toiseen olennaisesti pystysuoraan esilämmittimeen olennaisesti pystysuoran savukaasukanavan 10 läpi, tunnettu siitä, että esilämmittimet (27 a, b) on sijoitettu keskenään välittömästi rinnakkain, ja savu-kaasukanavat (26 a, b) on järjestetty tämän esilämmitin- 1'·1 ryhmän ulkopuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esilämmitinjärjestelmä, tunnettu siitä, että esilämmittimet (27 a, b) on erotettu ·’ ' toisistaan vain väliseinällä (34).

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

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen esilämmitinjärjestelmä, ; tunnettu siitä, että väliseinä on teräsrakenteinen, ns. , peltiseinä. · 25

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen esilämmitinjärjestelmä, tunnettu siitä, että esilämmitti- ..." miä on kaksi, jolloin kaasukanavat (26 a, b) keskenään ja esilämmittimet (27 a, b) keskenään on järjestetty pareit- 30 tain rinnakkain.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen esilämmitinjärjestelmä, tunnettu siitä, että savukaasun virtaussuunnassa ensimmäisen eli ns. kuumemman esilämmittimen (27 a) lämmön- 35 siirtopinta-ala on suurempi kuin kylmemmän esilämmittimen (27 b). 11 98384

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen esilämmitin-järjestelmä, tunnettu siitä, että rinnakkaisia esilämmit-timiä on vähintään kolme.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen esilämmitinjärjestelmä, tunnettu siitä, että savukaasu virtaa kaasukanavissa (26 a, b) alhaalta ylöspäin ja esi-lämmittimissä (27 a, b) ylhäältä alaspäin.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen esilämmitinjärjestelmä, tunnettu siitä, että esilämmitin- !' järjestelmä on jäteliemen talteenottokattilassa, jossa on 1· tulipesä, jota rajoittaa seinät (28, 29, 30) ja pohja » (35), ja jossa poltetaan jätelientä, kuten mustalipeää, 15 jolloin syntyvä savukaasu johdetaan tulipesän yläosan (23) kautta kattilan lämmöntalteenotto-osan (24, 25, 27) syöttöveden esilämmittimiin (27 a, b). 98384 5 12