FI122627B - Kattila ja menetelmä kattilassa - Google Patents

Description

KATTILA JA MENETELMÄ KATTILASSA

Esillä oleva keksintö koskee järjestelyä ja menetelmää kattilan, erityisesti soodakattilan, ja erityisesti kattilan tulipesän laajentamisen ja siten kapasiteetin noston optimoimiseksi ja yksinkertaistamiseksi.

5 Soodakattilan tulipesässä on etuseinä, takaseinä ja sivuseinät. Mainituilla seinillä on yhdellä tai useammalla tasolla mustalipeän ruiskutusvälineitä. Useita ilma-aukkoja on järjestetty mainittujen seinien useille vaakatasoille ilman tuomiseksi tulipesään ilmaläh-teestä. Mustalipeän poltossa syntynyt savukaasu johdetaan kosketukseen kattilan erilaisten lämpösiirtolaitteiden, tulistimien, keittopinnan ja veden esilämmittimien 10 (ekonomaiserien) kanssa, jolloin kaasun sisältämä lämpö otetaan talteen lämmönsiirti-missä vihaavaan veteen, höyryyn tai niiden seokseen. Nokkarakenne sijaitsee tulipesän yläosassa ohjaamassa savukaasuvirtaa. Katon läpi riippuvat tulistinelementit tulistavat höyryn.

Ilmaa tuodaan kattilaan tavallisesti kolmella eri tasolla: primääri-ilmaa tulipesän ala-15 osaan, sekundääri-ilmaa primääri-ilmatason yläpuolelle, kuitenkin lipeäsuuttimien alapuolelle, ja tertiääri-ilmaa lipeäsuuttimien yläpuolelle täydellisen palamisen varmistamiseksi. Ilmaa syötetään yleensä useiden ilmansyöttöaukkojen kautta joko kattilan kaikilta neljältä seinältä tai vain kahdelta vastakkaiselta seinältä.

Yhteisenä piirteenä viime vuosina toimitetuille uusille kattilalaitoksille on että uusi katti-20 la lisälaitteineen on esisuunniteltu niin että sen kapasiteettia voitaisiin tarvittaessa nostaa. Tyypillisesti tämä toteutetaan varaamalla tilaa kattilarakennuksessa ja teräsraken-^ teissä ja ylimitoittamalla putkistolinjat ja lisälaitteet riittävän suurella kapasiteetilla tule- ^ vaa kattilan kuormitusta varten.

i ^ Laaja kapasiteettialue tuo ongelmia kattilaa käytettäessä. Soodakattilan kohdalla liian 25 suuri tulipesä vaikeuttaa riittävän korkean kekolämpötilan ja sopivan tulistuksen ylläpi-

X

£ toa alhaisilla kuormilla, kun taas liian pieni tulipesä aiheuttaa lämpöpintojen tukkeutuko misvaaraan korkeilla kattilakuormilla. Tämä voitaisiin välttää laajentamalla tulipesää

CO

n kattilan kuorman muuttuessa.

-'T

o o ^ Tähän asti laajennus soodakattilassa on tehty varaamalla tilaa tulipesän etu- (ja taka)- 30 seinän siirrolle, jolloin sivuseiniä pidennetään. Siten etäisyys etuseinän ja takaseinän välillä kasvaa, mikä voi tuoda ongelmia itse polttoprosessiin. Tämä tuo ongelmia erityi- 2 sesti silloin, kun käytetyssä ilmajärjestelyssä polttoilma syötetään pääasiassa etu- ja takaseiniltä. Ilman tunkeutuminen ja ilmasuihkujen nopeudet sekundääri- ja tertiääri-ilmatasoilla ovat avaintekijöitä talteenottokattilan tulipesän polttoprosessissa. Nämä parametrit optimoidaan valitsemalla oikea ilma-aukon koko. Oikea koko riippuu kattila-5 kuormasta, siten että ilma-aukosta on syötettävä riittävä ilmamäärä oikealle tunkeuti-misetäisyydelle vastapäistä seinää kohden. Jos ilma-aukkojen määrä pidetään olennaisesti samana, kun etäisyys vastapäiseen seinään kasvaa tulipesän laajennuksessa, niin silloin ilma-aukon koko joudutaan valitsemaan kompromissina eri kattilakuormia varten. Tällöin ei kattilan palamisprosessin kannalta saavuteta parasta tulosta. Eräs 10 tyypillinen ilmajärjestely, jossa esimerkiksi sekundääri-ilma syötetään edullisesti ainoastaan etu- ja takaseiniltä on esitetty WO-hakemusjulkaisussa WO 02/081971.

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on poistaa edellä kuvatut puutteet ja tarjota kattilalaitos, joka on yksinkertaisesti mukautettavissa kasvavaan kattilakuormaan siten että polt-toprosessin tehokkuus ei huonone, vaan se voidaan hallita edelleen optimaalisella ta-15 valla. Keksinnön tarkoituksena on myöskin laajennuksen toteutus teknisesti aikaisempaa yksinkertaisemmalla ja nopeammalla tavalla. Keksinnön eräänä tavoitteena on järjestely tiettyjen ilmatasojen, erityisesti soodakattilan sekundääri- ja tertiääri-ilmavirtausten järjestämiseksi optimaalisella tavalla ennen ja jälkeen tulipesän laajentamista.

20 Esillä oleva keksintö koskee kattilaa, erityisesti soodakattila, jota rajoittaa etuseinä, takaseinä ja sivuseinät. Olennaista keksinnölle on, että kattilan yhteyteen on varattu tilaa kattilan laajentamiseksi siten, että sivuseinää siirretään, jolloin etu- ja takaseinän pituus kasvaa.

o Täten keksinnön keskeisenä ajatuksena on kattilalaitosta muutettaessa tai rakennetta- 2- 25 essa varautua toisen sivuseinän paikan muuttamiseen etu- ja takaseinien pidennyksil- o ^ lä.

| Keksintö koskee myös menetelmää kattilassa, erityisesti soodakattilassa, jota rajoittaa oo etuseinä, takaseinä ja sivuseinät, ja olennaista on että kattilaa käytetään ensin ensim- sj- $2 mäisellä kapasiteettialueella, sitten kattila muutetaan käytettäväksi toisella, ensim- sj- § 30 mäistä suuremmalla kapasiteettialueella laajentamalla kattilaa yhtä sivuseinää siirtä-

(M

mällä ja varustamalla kattila vastaavasti muilla kapasiteetin noston vaatimilla laitteilla ja muutoksilla.

3

Esillä oleva keksintö tarjoaa parannetun keinon varautua uusien kattiloiden kapasiteetin lisäämiseen. Erityisesti keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan ylläpitää optimoitu ilman syöttö ja vakio tunkeutuminen tulipesään laajasti vaihtelevilla kuormitus-tasoilla, silloin kun huomattava osa tai olennaisesti kaikki ilma tietyillä ilmatasoilla, 5 etenkin sekundääri- ja tertiääritasoilla, tuodaan etu- ja takaseinän kautta.

Etu- ja takaseinän etäisyys ei laajennuksessa muutu. Laajennuksen myötä tarvittava lisäilma tuodaan etu- ja takaseinän pidennyksiin tehtyjen lisäilma-aukkojen kautta. Tämä tarkoittaa sitä että ilma-aukkojen koko voidaan optimoida kattilakuormalle, joka on ennen laajennusta, ja kuormalle joka on sen jälkeen. Em. WO-julkaisussa tietyn tai tiet-10 tyjen ilmatasojen ilmasuihkut muodostavat pystysuoria rivejä. Laajennuksen vaatima polttoilman määrän kasvu voidaan tuottaa tekemällä etu- ja takaseinän pidennyksiin lisää ilma-aukkojen pystysuoria rivejä ko. ilmansyöttöjärjestelmän vaatimalla tavalla.

Keksinnön mukaisesti kattilalaitoksen lay-outin suunnitteluvaiheessa tehdään varaukset kattilan yhden sivuseinän paikan muutoksen mahdollistamiseksi. Helposti poistetta-15 vat hoitotasot asennetaan aluksi pitkin sivuseinää, jota voidaan siirtää. Muu laitteisto on edullisesti muualla rakennuksessa. Höyrylieriötä pidennetään ja se varustetaan tarvittavilla suuttimilla laajennuksessa. Liuotussäiliö rakennetaan heti tarpeeksi suureksi laajennusta varten, tai tilaa varataan säilön tulevaa laajennusta varten. Pääkokoojat on varustettu tarvittavilla suuttimilla laajennusta varten.

20 Kattilan tulipesällä on leveys ja syvyys. Tulipesän leveydellä tarkoitetaan tulipesän etuseinän horisontaalista pituutta ja syvyydellä tulipesän sivuseinän horisontaalista pituutta. Ns. nokan syvyys, jolla on tärkeä osa savukaasuvirran ohjaamisessa tulipesän yläosaan ja joka tyypillisesti on 40 -^15 % tulipesän kokonaissyvyydestä voidaan pitää o samana, koska tulipesän sivuseinien pituus ja siten tulipesän kokonaissyvyys ei muutu.

2- 25 Nokka/sivuseinä-suhde halutaan pitää samana ennen ja jälkeen laajennuksen, o

Optimaalinen höyrynopeus tulistinelementeissä, jotka riippuvat katon läpi, on tärkeä c tulistinputkien riittävän jäähdytyksen varmistamiseksi ja toisaalta paineen liiallisen las- oo kun välttämiseksi. Tämä saavutetaan esillä olevassa keksinnössä lisäämällä tulis- £2 tinelementtien määrää laajennuksessa kuitenkin pitämällä riittävä poikittaisetäisyys g 30 elementtien välillä.

C\l

Keittopinnalla ja ekonomaiseriosassa vältetään pienemmälle kuormalle tarpeettoman suurien ja siten tehottomien lämpöpintojen käyttö, koska keksinnön mukaisesti lisäput- 4 kipaneeleja asennetaan vasta laajennuksen yhteydessä. Samoin tavoin kun tehdään tulistimen kohdalla.

Keksinnön etuna on myös se, että nuohoimia käytetään ennen laajennusta vain yhdellä seinällä kattilan pienemmällä kapasiteetilla, koska tämä ratkaisu ei vaikuta kattilalaitok-5 sen kokoon. Näin alkuinvestointeja ja kunnossapitotyötä vähennetään merkittävästi.

Tunnetussa laajennustavassa (etu/takaseinän siirto) vaaditaan ainakin neljä täydellistä poikittaista asennushitsijuovaa putkiin etu(taka)seinälle, mikä johtaa satoihin put-ki/putkiasennushitseihin, jolloin muodostuu potentiaalisia vuotoriskejä vaarallisimmissa alueissa. Esillä olevan keksinnön mukainen järjestely vähentää nämä kriittiset hitsit 10 vain kahteen tulipesän yläosan kokoojissa.

Keksinnön mukaisessa järjestelyssä kattilan seisokkiaika laajennuksen aikana voidaan tehdä tunnettuja menetelmiä lyhyemmäksi, koska tulistin-, keittopinta- ja ekonomaiserielementit voidaan koota etukäteen siihen varatussa tilassa ennen laajennuksen asentamista. Keksinnön mukainen tulipesän laajennus on nopeampi myös hellä pomman asennushitsauksen takia.

Esillä olevaa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa kuvioi esittää kaaviomaisesti tyypillistä soodakattilaa sivukuvantona, jonka yhteydessä keksintöä voidaan soveltaa, ja kuvio 2 esittää keksinnön mukaista kaaviomaista poikkileikkausta tulipesän alaosasta 20 eräältä ilmatasolta.

Kuviossa 1 on soodakattilan rakenne, jossa on tulipesä 1, jota rajoittaa vesiputkiseinät: o etuseinä 2, sivuseinät 3 ja takaseinä 4, ja myös vesiputkista muodostettu pohja 5. Tuli- c\i ^ pesään syötetään polttoilmaa usealta eri tasolta primääri-, sekundääri ja tertiääri-ilmoina, o ^ Ilmatasoja voi olla muitakin. Jätelientä johdetaan suuttimista 6 sekundääri- ja tertiääri- 25 ilmavyöhykkeiden välissä. Poltossa tulipesän pohjalle 5 muodostuu jäteliemestä sulakeko,

X

£ josta sula poistetaan tulipesän alaosaan sovitetun sulakourun 7 kautta pois.

00 oo Tulipesän yläpuolella sijaitsevat kattilan lämmöntalteenottopinnat eli tulistimet 8, ja tulipe- o sän takaseinän 4 puolella ovat tulipesän yläpuolella olevien tulistimien jälkeiset lämpöpin- ^ nat, keittopinta 9 ja ekonomaiserit 10, joissa tulipesässä muodostuneen savukaasun läm- 30 pö otetaan talteen höyrynä. Tulistimissa kylläinen höyry muutetaan lämpötilaltaan korkeammaksi höyryksi. Kattilan keittopinnoilla 9 kylläisessä lämpötilassa oleva vesi kiehute- 5 taan osittain höyryksi ja syöttöveden esilämmittimissä 10 vesi lämmitetään savukaasun avulla ennen veden johtamista kattilan höyrystävään osaan 9 ja tulistaviin osiin 8. Ns. nokkaa on merkitty viitenumerolla 14.

Kattilan vesi/höyrykierto on järjestetty luonnonkierrolla, jolloin tulipesän seinien ja poh-5 jän vesiputkissa muodostuva vesi/höyryseos nousee ylös keräilyputkien kautta höyry-lieriöön 11, jonka on järjestetty kattilaan nähden poikittain eli etuseinän 2 suuntaisesti. Höyrylieriöstä kuumaa vettä virtaa laskuputkien 12 kautta pohjan jakotukkiin 13, josta vesi jakaantuu pohjan vesiputkiin ja edelleen vesiputkiseiniin.

Kuviossa 2 esitetään miten kattilaan on varattuna laajennusalue toisen sivuseinän 3 10 siirtoa varten, kun kattilaa halutaan laajentaa. Sivuseinää siirretään etu/takaseinän pidennyksen 2a, 4a verran. Kuviossa 2 on esitetty lisäksi kaaviomaisesti ilma-aukkojen 16 kautta ilmasuihkuja 15, joita tässä järjestelyssä on alhaisemmalla kattilakapasiteetil-la takaseinällä 4 kaksi suihkua ja etuseinällä 2 kolme suihkua. Tarvittava lisäilma saadaan laajennukseen järjestämällä lisää ilma-aukkoja 16a ja niiden kautta ilmasuihkuja 15 15a etu- ja takaseinän pidennykseen 2a, 4a. Laajennuksen yhteydessä ei tarvitse muuttaa olemassaolevien ilma-aukkojen ja niiden kautta viilaavien ilmasuihkujen toimintaa.

Sinänsä kattilan laajennuksen liittyvät toimenpiteet ovat alan ammattimiehelle sinänsä tunnettuja, eikä niitä ole tässä enempää kuvattu.

20 Vaikka esillä olevaa keksintöä on kuvattu siinä yhteydessä, jota tällä hetkellä pidetään sen käytännöllisimpänä ja edullisimpana toteutusmuotona, on ymmärrettävä, että keksintöä ei tule rajata esitettyyn toteutusmuotoon, vaan sen on päinvastoin tarkoitus kat-^ taa erilaisia modifikaatioita ja vastaavia järjestelyjä oheisten patenttivaatimuksen hen- ^ gessä ja suojapiirissä. Esillä olevan keksinnön soveltamista ei esimerkiksi siten ole 9 25 rajoitettu käytettäväksi tietyn ilmajärjestelyn yhteydessä, vaikka keksinnön edut tulevat- kin esiin erityisesti silloin, kun pääosa ilmasta tietyillä tasoilla syötetään etu- ja takasei-| nän kautta.

00 00 o o

(M

Claims (6)

1. Kattila, erityisesti soodakattila, jota rajoittaa etuseinä, takaseinä ja sivuseinät, tunnet-tu_ siitä, että kattilan yhteyteen on varattu tilaa kattilan laajentamiseksi siten, että sivu-seinää siirretään, jolloin etu- ja takaseinän pituus kasvaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että laajennuksen jälkeen etu- ja takaseinän välinen etäisyys on olennaisesti sama kuin ennen laajennusta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kattila, tunnettu siitä, että olennainen osa se-kundääri-ilmaa syötetään etu- ja takaseiniltä.

4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen kattila, tunnettu siitä, että olennainen osa 10 tertiääri-ilmaa syötetään etu- ja takaseiniltä.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen kattila, tunnettu siitä, että ns. nokan syy-vyyden ja kattilan kokonaissyvyyden suhde on olennaisesti sama ennen ja jälkeen laajennuksen.

6. Menetelmä kattilassa, erityisesti soodakattilassa, jota rajoittaa etuseinä, takaseinä ja 15 sivuseinät, tunnettu siitä, että kattilaa käytetään ensin ensimmäisellä kapasiteettialu- eella, sitten kattila muutetaan käytettäväksi toisella, ensimmäistä suuremmalla kapasi-teettialueella laajentamalla kattilaa yhtä sivuseinää siirtämällä ja varustamalla kattila vastaavasti muilla kapasiteetin noston vaatimilla laitteilla ja muutoksilla. i 20 (M O x cc CL 00 00 o o (M