SE514739C2 - Förfarande och anordning för återvinning av värme i en avlutsåtervinningspanna - Google Patents

Description

514 2739 står självcirkulation av vattnet i de nedre rören, d v s cirkulationen uppstår p g a densitetsskillnader. Pann- vattnet leds vid högt tryck och en temperatur som t ex. ligger över 300°C nedanför ugnens botten till fördelar- röret, från vilket vatten sedan fördelas in i bottenrören och väggrören. I den nedre sektionen hos ugnen strömmar vattnet först nästan horisontellt eller snett uppåt i bottenrören och sedan ytterligare uppåt genom väggrören till pannans övre sektion.

Självcirkulationen begränsar konstruktionsmöjlig- heterna vid konstruktionen av ugnen och botten av pannan eftersom samtliga rör måste vara antingen stigande eller vertikala. Dessutom komplicerar självcirkulations- konstruktionen den fria layouten och utformningen av smältautmatningsöppningarna och luftportarna.

Väl fungerande vattencirkulation är av avgörande betydelse för pannans driftsäkerhet. Om vatten- cirkulationen störs, kan detta resultera i överhettning av rörmaterialet och följaktligen till korrosion och skador på rören. Stora förändringar vad avser rörens temperatur kan orsaka störningar i vattencirkulationen.

Särskilt i bottenrören, där vattnet strömmar nästan horisontellt, kan även relativt små störningar i vatten- cirkulationen bli ödesdigra.

En bädd bestående av material som återstår i avluten efter det att förångningsbara och lätt förbrända substanser har förts bort under pyrolyssteget bildas på botten av ugnen. Bädden innehåller t ex kol/koks, natrium och svavel. På botten av bädden, nära ugnens bottenrör, befinner sig ett skikt av smälta som bildats av oorganiska kemikalier. Detta smältaskikt rinner ut ur ugnen genom en öppning eller öppningar i ugnsväggen.

Det nedersta partiet av kemikalieskiktet, som är i direkt kontakt med de vattenkylda bottenrören hos ugnen, befinner sig vanligtvis i fast tillstånd p g a den kylande effekten från rören. Detta fasta skikt skyddar vattenrören. 514 7339 Bildandet av det fasta skiktet på botten av ugnen kan störas av temperaturvariationer i ugnen, otill- räckligt djup hos bädden, ogynnsam lutning hos ugnens botten eller genom dålig kyleffekt hos pannrören. I vissa fall kan tillståndet hos skiktet närmast rören variera mellan fast och smält tillstånd, varigenom rören ibland är täckta med ett fast skikt och ibland med ett smält skikt av kemikalier, och ibland är åtminstone en del av dem helt utan något skyddande skikt: Av skäl som beskrivits ovan kan bottenrören hos pannan skadas. T ex kan brott eller sprickor uppstå genom vilka vatten finner väg och läcker ut från rören till den kemiska smältan. Detta medför risk för att en våldsam explosion uppstår mellan vatten och smälta, d v s en smältaexplosion. Sådana explosioner uppstår ibland och de materiella skadorna kan uppgå till miljoner finska mark.

Reparationer av skadorna kan ta månader vilket leder till beaktansvärda produktionsförluster. Ibland har smälta- explosioner också krävt människoliv.

På grund av explosionsrisken måste bottenrören hos pannan inspekteras ofta för att det i god tid skall upptäckas om bottenrören har korroderats eller skådats på något annat sätt och om de därför måste ersättas eller repareras. Avlutsförbränningen och ångbildningen i sodapannan måste stoppas under inspektionen, vilket är skälet till att dessa inspektioner bör utföras så sällan som möjligt.

Ansträngningar att minska risken för skador och explosioner har gjorts genom användning av rörmaterial som har bättre korrosionsbeständighet, eller genom att bottenrören täckts med eldfast material eller belagts med korrosionsbeständig metall som sprutas på tuberna.

Den nedre sektionen hos ugnen och botten på soda- pannan är i dag i allmänhet konstruerade av sammansatta rör. De sammansatta rören är gjorda av kolstål och täckta med ett tunt, skyddande skikt av austinitiskt stål. Denna konstruktion ger ett relativt gott skydd mot korrosion av 5144759 väggrören. Emellertid har risken för explosioner eller andra skador inte helt undvikits. Inspektioner av pannor har avslöjat sprickor och tecken på korrosion i samman- satta bottenrör även under det täckande materialet.

Påkännings- eller utmattningskorrosion anses vara orsaken till sprickorna. Sammansatta material, som är ungefär 10 gånger så dyra som vanligt kolstàl, har inte visat sig vara en slutgiltig lösning för ugns- och botten- materialen. Olyckligtvis kan inspektionen i sig bidra till att skada rören, eftersom det skyddande skikt som täcker rören måste tas bort vid tiden för inspektionen.

En viktig förändring har skett vid användningen av sodapannor under de senaste åren eftersom torrinnehållet i bränslet, d v s svartlut, har ökat. Sålunda är det effektiva termiska värdet hos bränslet högre än tidigare, vilket höjer förbränningstemperaturen betydligt. Detta faktum är i sig positivt vad avser pannans funktion men bidrar också till den termiska påkänningen på ugns- väggarna och orsakar ofta värmekorrosion av otillräckligt kylda områden; med andra ord ökar det de potentiella riskerna. ' Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett bättre förfarande och en bättre anordning än de ovan beskrivna för att förbättra säkerheten hos åter- vinningspannor.

Främst är det ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en nedre ugnsektion i en återvinnings- panna, vilken nedre ugnsektion inte lätt orsakar en smälta/vattenexplosion.

Det är ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en konstruktion av den nedre sektionen av återvinningspannugnen som går lättare och fortare att ersätta. A För att åstadkomma de syften som nämns ovan är det ett karakteristiskt särdrag hos förfarandet enligt föreliggande uppfinning att värme återvinns, utöver av vatten/ångcirkulationssystemet i återvinningspannan, av 514 759 ett separat vattencirkulationssystem med pàtvingad cirkulation i de rör som bygger upp den nedre sektionen av pannan.

På motsvarande sätt är det ett karakteristiskt särdrag hos anordningen enligt föreliggande uppfinning att den nedre sektionen hos àtervinningspannan är bildad av vattenrör som är anslutna till ett separat vatten- cirkulationssystem med pàtvingad cirkulation. _ Det separata vattencirkulationssystemet med pàtvingad cirkulation kan vara begränsat till bottennivån hos ugnen men sträcker sig företrädesvis delvis till väggsektionen eller väggsektionerna hos ugnen. Före- trädesvis sträcker sig det separata vattencirkulations- systemet med pàtvingad cirkulation åtminstone till den höjd där primär- och sekundärluftportarna befinner sig.

Tertiärluftportarna hos ugnen är anordnade och avlut sprutas in på en nivå där ugnsväggarna befinner sig i det vanliga vatten/àngcirkulationssystemet hos pannan.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning kan en separat kyld nedre sektion och botten på ugnen konstrueras av rör som är likadana som eller nästan likadana som de som används för konventionella i dag använda ugnsbottnar. Å andra sidan kan den nedre sektionen och botten på ugnen också konstrueras av rör som är större än eller mindre än väggrören hos ugnen i sig, eller alternativt av rör eller kanaler, vilkas tvärsnitt är t ex kvadratiskt eller rektangulärt. I sodapannan enligt föreliggande uppfinning kan rören i den nedre sektionen hos ugnen vara i huvudsak horisontella och anordnade att löpa spiralformat för att bilda väggen hos den nedre sektionen av ugnen.

I enlighet med föreliggande uppfinning är sålunda botten pà àtervinningspannan och ett parti av ugnsväggen en separat enhet som kyls av ett eget vattencirkulations- system. I enlighet med föreliggande uppfinning kan det parti av ugnsväggen där primär- och sekundärluftportarna är anordnade vara en separat konstruktion som har ett 514 6739 eget vattencirkulationssystem_ Det är naturligtvis möjligt att förse en större eller mindre del av ugnen med ett eget vattencirkulationssystem beroende på t ex bäddbildning och värmeåtervinning i pannan.

I pannan enligt föreliggande uppfinning utförs den separata vattencirkulationen företrädesvis vid ett tryck som är betydligt lägre än det i sodapannan, t ex < 30 bar. När vattencirkulationssystemet för botten och den lägre sektionen hos pannan har påtvingad cirkulation, är det möjligt att fritt välja bottenformen, placeringen av botten- och väggrören och layouten och form på öppningarna i väggen, även om vattencirkulationen i de övre sektionerna på pannan sker medelst vanlig själv- cirkulation. Därigenom är det möjligt att åstadkomma luftmatning in i ugnen, som är så bra som möjligt vad avser förbränning, och blandning i som är så effektiv som möjligt; med andra ord är det möjligt att ugnen, uppnå den fullständiga rotationsförbränning som idag är så eftersträvad.

Det har noterats att så kallad rotationsförbränning har givit goda resultat då den används i sodapanngr. Vid rotationsförbränning förs förbränningsluft in i ugnen på ett sådant sätt att förbränningsgaserna bringas att cirkulera i tangentiell riktning. Som ett resultat av detta blandas luft effektivt med förbränningsgaser vilket medför mycket effektiv förbränning. Intensifierad för- bränning höjer temperaturen hos den nedre sektionen av ugnen vilket i sig har en positiv effekt. Värmepåkän- ningar på väggrören hos ugnen, som beror av den höga temperaturen, kan nu undvikas med hjälp av förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Genom att konstruera botten på och den nedre sektionen hos ugnen så att trycket däri är betydligt lägre än det i resten av pannan säkerställer man att alla delar som är känsliga för kraftiga värmepåkänningar blir effektivt kylda. Det material som väljs för botten på och den nedre sektionen av ugnen kan vara billigt kolstàl för 514 759 7 tryckkärl, vilket är känt för att ha hög motståndskraft mot korrosion som orsakats av kemikalier och mot värme- påkänningar dà trycket och den därav beroende yttemperaturen är tillräckligt låga, företrädesvis lägre än 30 bar och 250°C.

I en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning, i vilken trycket i den nedre sektionen hos ugnen är klart lägre än det i den egentliga pannan, åstadkoms den kylande cirkulationen'i den nedre sektionen hos ugnen medelst ett separat vattencirkulationssystem.

Den värme som återvinns av ett separat vattencirkula- tionssystem kan användas för t ex värmning av pannans matarvatten i t ex en separat värmeväxlare som är ansluten till vattencirkulationssystemet via ett separat kylningscirkulationssystem, varvid den värme som frigörs vid kylning av den nedre sektionen av ugnen àtervinns.

Därigenom är det möjligt att hålla temperaturen hos det medium som strömmar i den nedre sektionen av den separat kylda ugnen nästan konstant genom reglering av kyl- effekten hos värmeväxlaren i det kylande cirkulations- systemet. Temperaturen hos det kylmedium som strömmar i det kylande cirkulationssystemet hos pannan enligt föreliggande uppfinning är företrädesvis reglerad så att den bringar värmeexpansionen hos den separat kylda nedre sektionen hos ugnen att svara mot värmeexpansionen hos väggarna i pannans vatten/ångcirkulationssystem, d v s inga tätningsproblem uppstår mellan den separat kylda nedre sektionen och den övriga ugnskonstruktionen och inga gas- eller kemikalieläckor uppstår mellan delarna.

Den ugnsbotten som konstruerats enligt principen med pàtvingad cirkulation ger också större frihet vad avser layout för och form på de nödvändiga luftportarna i förhållande till vad som gäller för de konstruktioner som används idag. Det är väl känt att en rund luftport är den mest föredragna lösningen vad gäller luftgenomsläpp- lighet. Justering av en rund port är enklare än av en vanligtvis använd spaltformad port för att åstadkomma det 514 739 8 önskade trycket. Den konstruktion som baserats på endast självcirkulation har inte möjliggjort användning av runda portar, medan konstruktionen med påtvingad cirkulation« möjliggör praktiskt taget alla former på portarna. Med pannor med pàtvingad cirkulation enligt föreliggande uppfinning kan rör och flänsdimensionerna väljas inom ett mycket bredare område än vad som gäller för själv- cirkulationspannor, och de områden som utsätts för största värmepåkänningar kan skyddas på ett bättre sätt.

I enlighet med föreliggande uppfinning är den tryck- satta sektionen av sodapannan en tvàdelsstruktur. Den nedre sektionen av ugnen, som befinner sig under ett lägre tryck, är företrädesvis rund, d v s cylindrisk, och vertikal. Den övre sektionen av ugnen kan vara rund, men är företrädesvis vinklad för att bättre underlätta anordnande av värmeledningsytorna; och för att göra inpassning av den nedre sektionen enklare har den före- trädesvis polygonform, t ex hexagonform. Därigenom bildar den runda nedre sektionen och högtrycksektionen enklare en tät konstruktion. Konstruktionen hos delen av högtrycksektionen ovanför övergången är likadan som konstruktionen hos de pannor som används idag, förutom att den har sex vinklar. Beroende på hur högt upp làg~ tryckssektionen sträcker sig, kan sammansatta väggrör användas i högtryckssektionen företrädesvis i enlighet med föreliggande rekommendationer.

När den nedre sektionen av pannan är försedd med ett separat vatten/àngcirkulationssystem kan utbyte av botten hos högtryckspannan, vilket är nödvändigt då och då, ge- nomföras snabbare. Den nedre sektionen hos pannan enligt föreliggande uppfinning kan byggas som en kompakt enhet på en fabrik och installationen av denna går betydligt snabbare än vad som är fallet med tidigare kända konstruktioner där botten ansluts rör för rör till väggstrukturen. Tillverkningskostnaderna för den nedre lågtrycksektionen är klart lägre än de för tidigare kända konstruktioner. 514 739 9 Mest föredraget används konstruktionen enligt före- liggande uppfinning tillsammans med nya pannor, där den övre sektionen av ugnen har polygonform, mest föredraget h hexagonform. Detta ger bästa möjliga anslutning mellan ugnens runda och vinklade delar. Det är också möjligt att installera nya, runda nedre sektioner hos ugnar när bottnarna på idag använda pannor repareras.

Arrangemanget enligt föreliggande uppfinning ger den fördelen att de separata kylrören hos den lägre sektionen av ugnen kan ersättas separat, antingen delvis eller helt, utan att vattencirkulationsrören hos den egentliga pannan måste röras.

Arrangemanget enligt föreliggande uppfinning ger dessutom en fördelaktig bottenkonstruktion hos pannan, i vilken rörskador och därigenom smältaexplosioner har minimerats medelst effektiv kylning av den nedre sektionen av pannan.

Denna uppfinning ger också den fördelen att ett separat vattencirkulationssystem kan förvärma pannans matarvatten eller t ex förbränningsluft.

Uppfinningen beskrivs nu mer i detalj med hänvisning till de medföljande ritningarna, på vilka Fig 1 är en schematisk vertikalvy av en åter- vinningspanna som har ett bottenarrangemang enligt föreliggande uppfinning, Fig 2 är ett horisontellt tvärsnitt av den nedre sektionen hos återvinningspannan i fig 1 längs med linjen A-A, och Fig 3 är ett horisontellt tvärsnitt av den övre sektionen hos àtervinningspannan i fig 1 längs med linjen B-B.

Fig 1 visar en sodapanna försedd med en tvådelsugn enligt föreliggande uppfinning. Väggarna 12 och 14 hos den övre sektionen ll hos ugnen, som visas i figuren, är vattenväggar bildade av vertikala vattenrör som har svetsats samman. Vatten/àngcirkulationen i den övre sektionen åstadkoms medelst självcirkulation, varvid 514 759 vatten/ångblandningen som bildats i rören stiger uppåt via huvudledningar in i en ångdom 16. Från ångdomen strömmar hett vatten via fallrör 18 till vattenväggarnas. fördelningsrör 20.

Den nedre sektionen 22 hos ugnen är bildad av rör- väggar 24 och 26 anslutna till ett separat vattencirkula- tionssystem 23. Rörväggarna 24 och 26 består av i huvudsak horisontella rör som ligger ovanpå varandra; i fig l är röret 28 spiralformat lindat.

Ugnsbotten 30 är också bildad av horisontella vattenrör. Vattenrören hos väggarna i den nedre sektionen och bottenvattenrören är anslutna till vattencirkula- tionssystemet 23 som fungerar med påtvingad cirkulation.

Vatten leds av en pump 34 till en fördelarledning 36, från vilken vatten sedan fördelas till vattenväggarna hos den nedre sektionen och in i Vattenrören hos ugnsbotten.

Den vatten/ångblandning som upphettats i väggarna hos den nedre sektionen samlas upp i en samlingsledning 38.

Därifrån förs denna blandning och vatten/ångblandningen från bottenrören in i en nedre samlingsledning 40.

Från ledningen 40 förs vatten/ångblandningençtill en värmeväxlare 42 hos det kylande cirkulationssystemet 32 för återvinning av värme. I värmeväxlaren överförs värme till t ex matarvattnet till pannans vatten/ång- cirkulationssystem, vilket inte visas i figuren. Från värmeväxlaren återförs det kylda vattnet hos det separata vattencirkulationssystemet till cirkulationssystemet 23 av pumpen 34.

Fig 2 visar ett horisontellt tvärsnitt av den nedre sektionen av sodapannan i fig 1. Den nedre sektionen av pannan har runt tvärsnitt. Figuren visar schematisk primärluftportarna 44 och sekundärluftportarna 45, vilka företrädesvis är riktade så att den inströmmande luften bildar en virvel i pannan. Luftportarna 44 och 45 i den cylindriska pannan är symmetriskt anordnade på lika avstånd från ugnens 47 centrum, vilket bidrager till symmetrisk fördelning av luft in i pannan. 514 739 ll Fig 3 visar ett horisontellt tvärsnitt av den övre sektionen hos sodapannan i fig 1. Tvärsnittet av den övre sektionen av pannan har hexagonform.

Det har inte varit avsikten att begränsa före- liggande uppfinning till de utföringsformer som beskrivits ovan, utan den kan tillämpas inom uppfinningens ram såsom den definieras i de medföljande kraven. Sålunda begränsar t ex tvärsnittsformen på ugnen inte alls tillämpningen av ugnen. Ugnens tvärsnitt kan sålunda vara i form av en vanlig kvadrat eller rektangel.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 514 739 12 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för användning i massaindustrin för återvinning av värme i en avlutsátervinningspanna, varvid pannväggarna är bildade av vattenkylda rör anslutna till pannans vatten/ångcirkulationssystem k ä n n e t e c k - n a t a v att värme återvinns, förutom i nämnda vatten/ångcirkulationssystem hos pannan, av ett separat vattencirkulationssystem med påtvingad cirkulation i de rör som definierar den nedre sektionen av pannan.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a d definierar den nedre sektionen av pannan med hjälp av ett a v att värme återvinns i de rör som separat vattencirkulationssystem med påtvingad cirkulation, i vilket trycket är lägre än i pannans vatten/ángcirkulationssystem.

3. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t a v att trycket i det separata vattencirkulationssystemet är < 30 bar.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att vattencirkulationssystemet i de vattenkylda rören i pannans vatten/àngcirkulationssystem àstadkoms medelst självcirkulation och att vatten- cirkulationen i de rör som definierar den nedre sektionen av pannan åstadkoms medelst påtvingad cirkulation.

5. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t a v att den värme som återvunnits av ett separat vattencirkulationssystem används för att förvärma pannans vatten/ángcirkulationssystems matarvatten.

6. Anordning för användning i massaindustrin för återvinning av värme i en avlutsåtervinningspanna (10), varvid pannväggarna (12, 14) är bildade av vattenkylda rör anslutna till vatten/àngcirkulationssystemet hos pannan, k ä n n e t e c k n a d a v att pannans nedre sektion (22) definieras av vattenväggar (28) anslutna till ett separat vattencirkulationssystem (23) med påtvingad cirkulation. 10 15 20 25 30 35 514 739 13

7. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a d trycket i vatten/àngcirkulationssystemet hos pannan.

8. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a d att det separata vattencirkulations- systemet (23) och vatten/ångcirkulationssystemet hos a v att trycket i vattenrören är lägre än aV pannan båda är anslutna till värmeväxlaren (42), där värme överförs från vattencirkulationssystemet (23) till vatten/ångcirkulationssystemet. '

9. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a d a v att pannans nedre sektion (22) definieras av i huvudsak horisontella vattenrör (28), vilka är anslutna till det separata vattencirkulations- (23).

10. Anordning enligt patentkravet 9, k ä n n e - t e c k n a d a v att pannans botten (30) av pannväggarna (24, 26) som befinner sig nedanför primärluftportarna definieras av i huvudsak horisontella systemet och det parti vattenrör, vilka är anslutna till ett separat vatten- cirkulationssystem.

11. Anordning enligt patentkravet 9, t e c k n a d cylindrisk. k ä n níe - a v att pannans nedre sektion (22) är

12. Anordning enligt patentkravet 11, k ä n n e - t e c k n a d a v att vattenrören hos pannans nedre sektion (22)

13. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a d 45) i den nedre sektionen av pannan är runt. löper spiralformat. a v att tvärsnittet hos luftportarna (44,