SE503453C2 - Sodapanna med ett sekundärlufttillflöde som åstadkommer en rotation av förbränningsgaserna och en förträngning av pannan ovanför lutinsprutningen samt ett förfarande vid en sådan panna - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 503 453 2 pyrolyseras och omvandlas till brännbara gaser och kol vilket tillsammans med de oorganiska kemikalierna i smält form avskiljes från gasen genom att de faller ner till buffertbädden eller först slungas mot väggarna och därefter rinner ned till bottnen varifrån smältan uttages. I eldstaden råder i den nedre delen en reducerande atmosfär så att exempelvis natriumsulfat (NaQSOQ reduceras till natriumsulfid (Nafi) medan i den övre delen en oxíderande atmosfär råder för slutförbränning av de organiska ämnena och höjning av temperaturen. Förutom att den reducerande atmosfären som beror på understökiometrisk tillförsel av syre är avsedd att reducera kemikalierna så bromsar den också uppkomsten av kväveoxider som är miljöskadliga.

Det som bestämmer hastigheten av torkningen, pyrolysen och förbränningen av koksåterstoden är materie- eller värme- överföringen mellan gas och en fast eller flytande partikel där således minst två faser deltar. För att skapa goda betingelser för materie- och värmeutbytet har man på senare tid funnit att skjuvhastigheten och omblandningen mellan gas och partiklar bör ökas och man har därför anordnat så att luft-gasblandningen bringas att rotera. Resultatet av detta blir jämnare gashastighet, bättre droppavskiljning, högre förbränningstemperatur, en högre reduktionsgrad och lägre luftbehov i den undre delen av pannans eldstad. Det lägre luftbehovet i den undre delen av sodapannans eldstad kan bl.a. utnyttjas för att flytta en större del av förbränningen högre upp i eldstaden och därmed erhålla lägre emissioner av kväveoxider. Detta rotationsförlopp som kallas "rotafire" beskrives närmare i europeiska patentan- sökningen nr. 92915760.0.

Tekniska problemet: Principen med roterande gasblandning i eldstaden skapar avsevärt bättre betingelser för reaktionsför1oppet.i denna.

Fördelerna är dock begränsade i vanliga sodapannor eftersom 10 15 20 25 30 35 505' 453 3 rotationshastigheten ej kan ökas hur mycket som helst. Om denna hastighet kommer över en viss nivå uppstår nämligen en nedåtriktad virvel i centrum av eldstaden, vilket medför ett oönskat, ojämnt vertikalt flöde av gaser. Dessutom är det så att sekundärluften, som åstadkommer rotationen av gasblandningen och tillföres genom ett flertal portar i väggarna på samma nivå tillföres eldhärden med samma tryck och/eller hastighet genom alla portarna. En mera effektiv eldning enligt "rotafire"-principen skulle emellertid kunna åstadkommas genom att en del av sekundärluften tillföres med högre hastighet än vad ett normalt lufttryck på denna nivån kan ge.

Det har därför länge varit ett önskemål att kunna förbättra "rotafire"-eldningen genom en högre och en mera reglerad rotationshastighet.

Lösningen: Enligt föreliggande uppfinning har man därför åstadkommit en sodapanna för förbränning av avlut från cellulosakokning under samtidig återvinning av kemikalier, varvid för- bränningsluften är anordnad att inblåsas som primär- och sekundärluft under nivån för lutinsprutningen och tertiär- samt kvartärluft på olika nivåer ovanför nivån för lutins- prutningen, varvid sekundärluften är anordnad att inblåsas så att en rotation av luften och gaserna i eldstaden kring ugnens längdaxel uppstår vilken sodapanna kännetecknas av att ugnen har en förträngning ovanför nivån för lutinsprut- ningen och att tertiärluft är anordnad att inblåsas i eller strax över den förträngda delen.

Enligt uppfinningen är det lämpligt att tvärsnittsytan av pannan genom den förträngda delen utgör mindre än 90 %, företrädesvis mindre än 70 % av tvärsnittsytan av pannans undre del. 10 15 20 25 30 35 503 453 4 Pannan bör enligt uppfinningen utgöras av en sådan som i horisontalsektion är mångkantig, företrädesvis fyrkantig.

Sodapannan enligt uppfinningen bör vara så beskaffad att vissa av inblåsningsportarna i sekundärluftsregistren är anordnade att försörjas med luft av högre tryck än övriga portar i sekundärluftsregistret.

De portar i sekundärluftsregistret som enligt uppfinningen skall försörjas med luft av högre tryck kan vara anslutna till en hjälpfläkt (en booster-fläkt) eller till lufttill- förselssystemet för tertiär- och/eller kvartärluften.

Enligt uppfinningen bör det väggparti kring eldstaden som gbefinner sig omedelbart ovanför utströmningsöppningarna (löpöppningarna) för kemikaliesmälta vara utformat med en inåt skjutande del (näsa) skyddande öppningarna mot stänk av oförbrända droppar med en inträngning av minst 0,2 m, företrädesvis minst 0,5 m.

Uppfinningen innefattar även ett förfarande vid förbränning av avlut under användning av sodapannan enligt uppfinningen vilket förfarande kännetecknas av att trycket i inblås- ningsluften genom de speciella högtrycksportarna för sekundärluften är 100-500 mm vattenpelare och trycket i inblåsningsluften genom de andra portarna är 50-100 mm vattenpelare.

Figurbeskrivning: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar där Fig. 1 i vertikalsnitt schematiskt visar en sodapanna enligt uppfinningen och lO 15 20 25 30 35 503 453 5 Fig. 2 i horisontalsnitt visar ett arrangemang av portarna för inblåsning av sekundärluft enligt uppfinningen.

Föredragen utföringsform: Figuren 1 visar i vertikalsnitt och schematiskt nedre delen av en sodapanna. Den övre delen kan vara av konventionellt slag och innefattas icke i föreliggande uppfinning. Pannan är i horisontalsnitt mångkantig, oftast fyrkantig men kan enligt uppfinningen vara både åttakantig och ha ännu flera kanter så att den närmar sig en rund form. Väggsektionerna är plana och på konventionellt sätt klädda invändigt med vattengenomströmmande rör för utvinning av värme. Den nedre delen 1 på figuren begränsas nedtill av en botten 2. På viss nivå ovanför bottnen 2 finns så kallade löpöppningar 3 anordnade. Dessa löpöppningar är avsedda för avrinning av smälta och utgör således den högsta nivån för denna. På bottendelen 2 samlas efter hand en koksbädd 4 som också är indränkt med smälta kemikalier som reduceras i denna bädd.

Vid nivån 7 inblåses primärluft genom ett antal portar och vid nivån 8 inblåses sekundärluft också genom ett flertal portar. Vid nivån 9 insprutas luten genom ett antal munstycken. Insprutningen av luten tillgår normalt så att vätskestrålarna bringas att slå an mot en platta och därigenom slås sönder i små droppar.

Mellan primärluftsnivån 7 och sekundärluftsnivån 8 har man gjort en näsa 6 som skyddar löpöppningarna 3 mot stänk ifrån gasvätskeblandningen som virvlar runt i ugnen.

Orsaken till att man vill skydda löpöppningarna mot sådant stänk är att detta stänk i form av små droppar kan in- nehålla både kol, vatten och ej reducerade kemikalier.

Näsorna 6 består helt enkelt av en utbuktning av rörsyste- met som bygger upp väggen och går in minst 0,2 m, före- trädesvis 0,5 m in i ugnen. 10 15 20 25 30 35 503 453 6 Sekundärluften vid nivån 8 blåses in i ugnen på ett sådant sätt att en rotation kring ugnens vertikalaxel uppkommer.

Detta beskrives i europeiska patentansökningen nr. 92915760.0. Det statiska trycket i sekundärluften brukar vara 100-250 mm vattenpelare och är i regel något högre än trycket i primärluften.

Såsom ovan nämnts råder en viss övre gräns för hastigheten på rotationen av gasblandningen i den undre delen 1 av pannan. Överskrides denna gräns uppkommer en nedåtriktad virvelkärna vilken stör hela strömningsförhållandet i ugnen. Det är emellertid mycket önskvärt att intensifiera denna rotationshastighet så att mindre lutdroppar kan användas utan att de åker med uppåt av gasströmmarna och att materie- och värmeutbytet ökas. Cykloneffekten gör att lutdropparna avskiljes även för mindre droppar eftersom vid ökad rotationshastighet centrifugalkraften blir högre.

Enligt uppfinningen har man kunnat tillmötesgå detta önskemål genom att man på visst avstånd ovanför lutinsprut- ningsnivån 9 gör pannans tvärsnitt mindre och vid eller strax ovanför den nivån 10 samtidigt blåser in tertiärluft genom ett antal portar. Denna insnävring vid nivån 10 kan vara så stor att tvärsnittsytan där uppgår till mindre än 90 % av tvärsnittsytan längre ned i pannan. En lämplig tvärsnittsyta vid denna nivå är cza 70 % eller mindre av den hos den lägre nivån av pannan. Det är fördelaktigt att insnävringen vid nivån 10 i form av "näsor" göres symmet- risk men detta är icke någon förutsättning. Näsorna kan byggas upp på varje väggsektionsyta eller endast på någon _ eller några av dem.

Tertiärluften som blåses in vid nivån 10 bör ha en ut- formning och riktning som motverkar rotationen i den undre delen av pannan 1. Detta sker lämpligast genom att tertiär- luften ges en motsatt rotation mot den i den undre delen av 10 15 20 25 30 35 505 453 7 ugnen 1. Genom en kombination av tertiärluftens utjämnande effekt och den acceleration av gassträmmen som uppnås i insnävningen uppkommer ovanför tertiärluftsnivån en uppstigande praktiskt taget jämn ström och någon ned- åtstigande virvelkärna från den övre delen till den undre delen 1 får ej någon möjlighet att uppkomma. En mer intensiv rotation kan således åstadkommas i den undre delen.

Sekundärluften som tillföres pannan vid nivån 8 kan ges den roterande strömningsriktningen, såsom visas på figuren 2.

Den tillföres ugnen via ett antal portar ll som är symm- triskt anordnade i väggarna av den i tvärsnitt fyrkantiga ugnen enligt figuren. Den i utföringsexemplet visade sekundärlufttillförseln kan ske genom fem portar 11 från vardera långsida respektive fyra portar 11 från vardera kortsida. Genom att variera dessa portars öppningsgrad exempelvis med hjälp av spjäll enligt visst mönster kan man skapa en rotation av gasen i ett plan som är vinkelrätt i förhållande till ugnens längdaxel. I det visade exemplet skapas detta genom att på var sida sluta spjällen för två brevidliggande närmaste ett hörn placerade portar 11 vilka portar JJ. är parvis väsentligen diametralt placerade i förhållande till den vertikala längdaxeln. Rotationen kan optimeras eller finjusteras genom att med spjäll individu- ellt reglera flödet från varje öppen port 11.

För optimal rotation av sekundärluften bör man enligt uppfinningen blåsa in luften genom portarna 11 med olika hastighet. Enligt uppfinningen kan detta åstadkommas genom att man kopplar till en så kallad booster-fläkt till tilloppsledningen för vissa portar så att trycket blir högre i dessa än i de andra portarna. Det är också möjligt att ansluta dessa portar till tilluftledningarna för tertiär- eller eventuellt kvartärluften eftersom dessa luftströmmar har ett högre tryck än sekundärluften. På 10 20 25 30 35 503 453 8 detta sätt får man endast en ytterligare fläkt eller en anslutningsledning till tertiär- eller kvartärluftled- ningarna.

Det tryck som bör råda i tilledningarna för de portar som skall ge en högre inströmningshastighet bör vara 100-500 mm vattenpelare medan trycket i tilledningarna för de andra portarna för tillförsel av sekundärluften och primärluften bör vara 50-100 mm vattenpelare.

Genom sodapannan och förfarandet för förbränning av avlut med denna sodapanna enligt uppfinningen har man kunnat förbättra den så kallade "rotafire"-förbränningen och i den undre delen av pannan åstadkommit optimala betingelser för torkning, pyrolys, kokseldning och avskiljning av smälta.

I den övre delen slutförbränns de brännbara gaserna på känt sätt med hjälp av ytterligare lufttillförsel. Den ökade rotationshastigheten i den undre delen medför att mindre luftdroppar kan användas utan att överbäringen ökar på grund av att cykloneffekten gör att de avskiljs. Nödvändig mängd förbränningsluft i den undre delen kan minskas utan att reduktionsgraden sjunker beroende på att temperaturen hålls uppe trots mindre mängd förbränningsluft.

Dessa faktorer gör att eldstaden kan göras kompakt.

Förträngningen och efterföljande expansion medför att rotation hos gasen dämpas och att eventuella koncentra- tions- eller temperaturskillnader jämnas ut.

Uppfinningen är icke begränsad till den visade utförings- formen utan den kan varieras på olika sätt inom patent- kravens ram.

Claims (7)

10 15 20 25 30 505 453 9 Patentkrav

1. Sodapanna för förbränning av avlut från cellulosa- kokning under samtidig återvinning av kemikalier varvid förbränningsluft är anordnad att inblåsas som primär- och sekundärluft under nivån (9) för lutinsprutningen och tertiär- samt eventuellt kvartärluft på olika nivåer (10) ovanför nivån (9) för lutinsprutningen, varvid sekundärluf- ten är andordnad att inblåsas så att en rotation av luften och gaserna i eldstaden kring ugnens längdaxel uppstår, k ä n n e t e c k n a d a v att ugnen har en förträng- ning (10) ovanför nivån (9) för lutinsprutningen och att tertiärluft är anordnad att inblåsas i eller strax över den förträngda delen (10).

2. Sodapanna enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att tvärsnittsytan av pannan genom den förträngda delen (10) utgör mindre än 90 %, företrädesvis mindre än 70 % av tvärsnittsytan av pannans undre del (1).

3. Sodapanna enligt något av kraven 1-2, k ä n n e - t e c k n a d a v att den i horisontalsektion är mångkantig, företrädesvis fyrkantig.

4. Sodapanna enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att vissa av inblåsningsportarna (ll) i sekundär- luftsregistret är anordnade att försörjas med luft av högre tryck än övriga portar (ll) i sekundärluftsregistret. 10 15 20 505 453 10

5. Sodapanna enligt kravet 4,, k ä n n e t e c k n a d a v att de portar i sekundärluftsregistren som skall försörjas med luft av högre tryck är anslutna till en hjälpfläkt (booster-fläkt) eller till lufttillförselssyste- met för tertiär- och/eller kvartärluften.

6. Sodapanna enligt något av kraven 1-5, k ä n n e - t e c k n a d a v att väggen omedelbart ovanför ut- strömningsöppningarna (löpöppningarna) (5) för kemikalies- mälta är utformad med en inåt skjutande del (näsa) (6) skyddande öppningarna (5) mot stänk av oförbrända droppar med en inträngning av minst 0,2 m företrädesvis minst 0,5 m.

7. Förfarande vid förbränning av avlut under användning av sodapannan enligt något av kraven 5-6, k ä n n e - t e c k n a t a v att trycket i inblåsningsluften i portarna i de speciella högtrycksportarna för sekundärluf- ten är 100-500 mm vattenpelare och trycket i inblåsnings- luften genom de andra portarna är 50-100 mm vattenpelare.