FI121284B - Kiertoleijupetikattila - Google Patents

Description

KIERTOLEIJUPETIKATTILA

Esillä olevan keksinnön kohteena on itsenäisen patenttivaatimuksen johdanto-osan mukainen kiertoleijupetikattila. Keksintö kohdistuu siten kiertoleijupetikattilaan, joka 5 käsittää tulipesän hiilipitoisen polttoaineen polttamiseksi, vähintään yhden tulipe-sän yläosaan liittyvän poistokanavan polttoaineen palamisessa syntyvän savukaasun ja sen mukana kulkeutuvien kiintoainehiukkasten poistamiseksi tulipesästä, kuhunkin poistokanavaan liittyvän hiukkaserottimen kiintoainehiukkasten erottamiseksi savukaasusta, johon hiukkaserottimeen liittyy kiintoainehiukkasista puhdis-10 tettua savukaasua kattilasta pois kuljettava poistokaasu kanava ja erotettuja kiinto-ainehiukkasia tulipesän alaosaan kuljettava palautusputki, johon palautusputkeen on sovitettu kaasulukko, lämmönsiirtokammio, nostokanava ja ylivuotoyhde, jossa kaasulukosta poistuvia kiintoainehiukkasia johdetaan lämmönsiirtokammion yläosaan ja lämmönsiirtokammion alaosasta nostokanavan kautta tulipesään tai suo-15 raan lämmönsiirtokammion yläosasta ylivuotoyhteen kautta tulipesään.

Keksinnön kohteena oleva kiertoleijupetikattila voi edullisesti olla esimerkiksi voiman tuotantoon tai teollisuushöyryn tuotantoon käytettävä suuri luonnonkierto- tai läpivir-tauskattila. Kattilan koon kasvaessa tulipesän seinien pinta-alan suhde tulipesän tila-20 vuuteen muuttuu yleensä epäedulliseksi, mikä voi aiheuttaa ongelmia esimerkiksi kattilan säätämiseen, erilaisten tulipesään liittyvien laitteiden ja yhteiden sijoittamiseen sekä erilaisten materiaalien syöttämiseen ja sekoittumiseen. Esillä oleva keksintö liittyy erityisesti suuriin kiertoleijupetikattiloihin liittyvien ongelmien ratkaisemiseen.

25 US-patentissa No. 7,240,639 on esitetty kiertoleijupetikattila, jossa hiukkaserottimella erotettuja kuumia kiintoainehiukkasia johdetaan palautusputken kaasulukosta kiinteästi tulipesän alaosan kanssa integroidun lämmönsiirtokammion yläosaan ja edelleen joko lämmönsiirtokammion alaosasta nostokanavan kautta tulipesään tai 30 suoraan lämmönsiirtokammion yläosasta erillisen ylivuotokanavan kautta tuli- pesään. Lämmönsiirtokammio on leijutettu kammio, millä tarkoitetaan, että kammion alaosassa ovat elimet, erityisesti suuttimet ja leijutuskaasun syöttöputkisto, joilla kammioon muodostuva kiintoainehiukkaspeti voidaan leijuttaa.

2

Leijutetun lämmönsiirtokammion lämmönsiirtotehoa voidaan jossain määrin säätää muuttamalla kammion leijutusnopeutta eli kammioon syötettävän leijutuskaasun virtausnopeutta. Ylivuotokanava tarjoaa kuitenkin toisen, erityisen tehokkaan tavan säätää lämmönsiirron tehoa muuttamalla lämmönsiirtokammiosta ylivuotona poistet-5 tavien kiintoainehiukkasien osuutta.

US-patentissa No. 7,240,639 esitetyn ratkaisun ongelmana on, että sen jäähdytettyjen ja jäähdyttämättömien hiukkasten palautuskanavat, ja myös erilliset polttoaineen syöttökanavat, tekevät ratkaisusta monimutkaisen ja paljon tulipesän alaosan seinäti-10 laa vievän. US-patentissa No. 7,240,639 esitetyn edullisen suoritusmuodon mukaan lämmönsiirtokammioon liittyy kaksi erillistä nostokanavaa, mikä parantaa jäähdytettyjen kiintoainehiukkasien tasaista jakaantumista tulipesään ja auttaa siten polttoaineen tehokasta ja vähän päästöjä tuottavaa palamista.

15 US-patentissa No. 5,682,828 on esitetty hiukkaserottimen palautusputkeen muodostettu ns. jaettu kaasulukko, jossa hiukkaserottimen pystysuora palautusputki liittyy lyhyen leijutetun vaakasuoran kanavan päähän, jonka kanavan toinen pää liittyy pystysuoran nostokanavan alaosaan. Nostokanava on leijutettu, ainakin pääosin pystysuora kanava, jossa kiintoainehiukkasia siirretään riittävän voimakkaan leijutuskaa-20 suvirtauksen avulla kanavan pohjalta sen yläosaan. US-patentissa No. 5,682,828 esitetyn ratkaisun mukaan nostokanavan yläosaan liittyy poikittainen vaakasuora putki, jonka kummastakin päästä johtaa vino laskukanava suoraan tulipesään. Patentissa esitetyn ratkaisun ongelmana on, että palautettavat kiintoainehiukkaset voivat, esimerkiksi osittaisten tukosten takia, ajautua palautumaan epäsymmetrisesti 25 siten, että toisen haaran massavirtaus on suurempi kuin toisen haaran massavirtaus US-patentissa No. No. 6,923,128 esitetään jaettu kaasulukko, joka on muuten US-patentissa No. 5,682,828 esitetyn kaltainen, mutta nostokanavan yläosaan liittyvä putki on keskeltä taitettu siten, että sen haarat osoittavat vinosti alaspäin ja vinosti 30 kohti tulipesää. Lisäksi haaroihin liittyvän pystysuoran osuuden yläpäähän on liitetty pystysuora polttoaineen syöttöyhde. Palautusputken kaasulukkojen kanssa integroitujen ratkaisujen yleisenä ongelmana on, että niiden yhteyteen ei ole mahdollista järjestää ylivuotokanavan käsittävää lämmönsiirtokammiota.

3

Patenttijulkaisussa WO 2007128883 A2 esitetään kiertoleijupetikattila, jonka hiuk-kaserottimen palautusputkeen on sovitettu kaasulukko, lämmönsiirtokammio, nosto-kanava ja ylivuotoyhde, ja jossa kaasulukosta poistuvia kiintoainehiukkasia johdetaan lämmönsiirtokammion yläosaan ja edelleen lämmönsiirtokammion yläosasta 5 nostokanavan kautta tulipesään ja nostokanavan yhteyteen on järjestetty syöksy-kanava, joka on yläosastaan virtausyhteydessä nostokanavan yläosaan ja alaosastaan virtausyhteydessä tulipesän alaosaan.

Tämän keksinnön tavoitteena on saada aikaan kiertoleijupetikattila, jossa edellä esi-10 tetyt tunnetun tekniikan ongelmat on minimoitu.

Keksinnön eräänä erityisenä tavoitteena on saada aikaan kompakti ja tehokas kiertoleijupetikattila, jossa hiukkaserottimen palautusputkeen on sovitettu lämmönsiirtote-holtaan säädettävä lämmönsiirtokammio, josta kiintoainehiukkaset jakaantuvat kai-15 kissa tilanteissa tasaisesti tulipesän alueelle.

Edellä mainittujen tunnetun tekniikan ongelmien ratkaisemiseksi esitetään kiertoleijupetikattila, jonka tunnusomaiset piirteet on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa. Siten esillä olevan keksinnön mukaiselle kiertoleijupetikattilalle 20 on tunnusomaista, että nostokanavan yhteyteen on järjestetty vähintään yksi syök-sykanava, joka syöksykanava on yläosastaan virtausyhteydessä nostokanavan yläosaan ja alaosastaan virtausyhteydessä tulipesän alaosaan ja ylivuotoyhde on suoraan virtausyhteydessä syöksykanavan yläosaan.

25 Syöksykanavalla tarkoitetaan pääasiassa pystysuoraa tai lähes pystysuoraa putkea tai kanavaa, jonka alaosasta materiaali valuu suoraan tulipesän alaosaan. Syöksy-kanava on edullisesti mitoitettu siten, että normaalissa käyttötilanteessa ainoastaan syöksykanavan tulipesään liittyvässä päässä on lyhyt virtaavan materiaalin patsas, ja suurimmasta osasta kanavaa materiaali putoaa nopeasti läpi, jolloin kanava on pää-30 osin lähes tyhjä.

Ylivuotoyhteellä tarkoitetaan aukkoa, lyhyttä kanavaa tai muuta suoraa yhteyttä lämmönsiirtokammion yläosasta syöksykanavan yläosaan. Ylivuotoyhde on järjestetty liittymään lämmönsiirtokammion yläosaan siten, että kun lämmönsiirtokammiossa 4 olevan leijupedin pinta on riittävän matalalla, hiukkaserottimelta palautettavat kiinto-ainehiukkaset eivät kulkeudu ylivuotoyhteen kautta syöksykanavaan, vaan ne kulkevat lämmönsiirtokanavan läpi ylhäältä alas, lämmönsiirtokammion alaosassa olevan aukon tai yhteen kautta nostokanavan alaosaan ja edelleen nostokanavan yläosan 5 kautta syöksykanavaan. Tällöin kiintoainehiukkaset joutuvat kulkemaan lämmönsiirtokammion lämmönsiirtopintojen läheisyydessä, jolloin ne jäähtyvät luovuttaessaan lämpöä lämmönsiirtopinnoilla kiertävään lämmönsiirtoväliaineeseen. Vastaavasti kun lämmönsiirtokammiossa ylläpidetyn leijupedin pinta on riittävän korkealla, osa hiukkaserottimelta palautettavista kiintoainehiukkasista pääsee lämmönsiirtokammion 10 yläosasta ylivuotoyhteen kautta suoraan syöksykanavaan ilman, että ne jäähtyvät lämmönsiirtokammion lämmönsiirtopinnoilla.

Nostokanavaan voi joissakin tapauksissa liittyä vain yksi syöksykanava, mutta esillä olevan keksinnön erään erityisen edullisen suoritusmuodon mukaan yhteen nosto-15 kanavaan liittyy samalla korkeudella kaksi syöksykanavaa, joiden molempien yläosat on liitetty yIivuotoyhteelIä suoraan lämmönsiirtokammion yläosaan. Kaksi syöksy-kanavaa on edullisesti sovitettu nostokanavan eri puolille siten, että nostokanava ja syöksykanavien yläosat ovat tulipesän lähimmän seinän suunnassa peräkkäin. Joissakin tapauksissa voi olla edullista liittää yhteen nostokanavaan myös enem-20 män kuin kaksi syöksykanavaa, jolloin kunkin syöksykanavan yläosaan liittyy edullisesti ylivuotoyhde. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan nosto-kanavaan liittyy kaksi syöksykanavaa, joista toiseen liittyy ylivuotoyhde, mutta toiseen ei liity ylivuotoyhdettä.

25 Keksinnön eräissä edullisissa suoritusmuodoissa yhteen lämmönsiirtokammioon voi liittyä kaksi tai useampia nostokanavia, joihin kuhunkin voi liittyä yksi tai useampia syöksykanavia. Erään erityisen edullisen suoritusmuodon mukaan lämmönsiirtokammioon liittyy kaksi nostokanavaa, joihin kumpaankin liittyy yksi syöksy-kanava. Tällöin nostokanavat on edullisesti sijoitettu lämmönsiirtokammion vas-30 takkaisille puolille siten, että lämmönsiirtokammion tulipesän puoleinen osa, nostokanavat ja niihin liittyvien syöksykanavien yläosat ovat lähimmän tulipesän seinän suuntaisesti vierekkäin. Syöksykanavien määrää lisäämällä on mahdollista saavuttaa hyvin tasainen palautettavien hiukkasten jakaantuminen tulipesään.

5

Esillä olevan keksinnön mukainen ratkaisu, jossa yhteen nostokanavaan liittyy kaksi syöksykanavaa poikkeaa julkaisuissa US 5,682,828 ja US 6,923,128 esitetyistä ratkaisuista erityisesti siinä, että hiukkaserottimelta palautettavaa kiintoainehiukkasvir-taa ei ole jaettu kaasulukon nostokanavassa vaan kaasulukon jälkeen sovitetun 5 lämmönsiirtokammion nostokanavassa, minkä vuoksi syöksykanaviin voidaan liittää ylivuotoyhteet ja syöksykanavat voivat eri tilanteissa toimia joko lämmönsiirtopinnoilla jäähdytetyn materiaalin poistokanavina tai jäähdyttämättömän materiaalin ylivuoto-kanavina.

10 Koska esillä olevan keksinnön mukaisessa ratkaisussa jäähdytettyjä ja jäähdyttämät-tömiä kiintoainehiukkasia palautetaan tulipesään samaa syöksykanavaa pitkin, ratkaisu on yksinkertainen ja tulipesän alaosan seinäpintaa säästävä. Kun käytetään useita syöksykanavia, voidaan keksinnön mukaisessa ratkaisussa sekä jäähdytetyt että jäähdyttämättömät hiukkaset jakaa tasaisesti tulipesän alueelle.

15

Kun lämmönsiirtokammioiden lämmönsiirtotehoa säädetään, voidaan edullisesti käyttää leijutusnopeuksia, joilla osa hiukkaserottimelta saapuvista kiintoainehiukka-sista kulkeutuu lämmönsiirtopintojen kautta lämmönsiirtokammion läpi, ja osa kiinto-ainehiukkasista poistetaan suoraan lämmönsiirtokammion yläosasta ylivuotoyhteiden 20 kautta syöksykanaviin. Tällöin syöksykanavat toimivat samanaikaisesti sekä jäähdytetyn materiaalin poistokanavina että jäähdyttämättömän materiaalin ylivuotokanavi-na.

Edellä esitetyssä säätötavassa tehtävä kahden materiaalivirran yhdistäminen syök-25 sykanavassa tapahtuu edullisesti ilman että virrat häiritsevät toisiaan, kun kummankin materiaalivirran kulkusuunta virtojen yhdistymiskohdassa on alaspäin. Siten yli-vuotoyhde on edullisesti lyhyt alaspäin suuntaava kanava. Lisäksi nostokanavan ja syöksykanavien liittymäkohdan on edullisesti oltava jonkin verran alemmalla tasolla kuin ylivuotoyhteiden ja syöksykanavien liittymäkohdat. Materiaalivirtojen yhdistämis-30 tä helpottaa myös se, että hiukkaset putoavat nopeasti syöksykanavien yläosasta niiden alaosaanpa normaaleissa käyttötilanteissa syöksykanavat ovat materiaalivirtojen yhdistymiskohdassa lähes tyhjiä.

6

Keksinnön mukaisten ylivuotoyhteiden toinen merkitys on, että ne tarjoavat myös lämmönsiirtokammion leijutusilmalle poistumistien tulipesän alaosaan, jolloin leiju-tusilmalle ei tarvitse järjestää erillistä poistumistietä tulipesään, tai se voi olla tavanomaista pienempi, tai palautusputken paineolosuhteita ei tarvitse sovittaa niin, että 5 leijutusilma poistuu kaasulukon läpi hiukkaserottimeen. Koska tulipesän alaosassa vallitsee vastapaine, jonka suuruus riippuu tulipesän poltto-olosuhteista, leijutusilma poistuu syöksykanavien kautta tulipesään tietenkin vasta kun palautusputkessa kaasulukon jälkeen vallitsee riittävän suuri paine.

10 Toinen hyöty, joka seuraa siitä, että esimerkiksi kahta syöksykanavaa käytettäessä kummankin syöksykanavan yläosaan on sovitettu ylivuotoyhde, on, että ylivuotoyhteiden kautta purkautuvat leijutuskaasut ohjautuvat kumpaankin syöksykanavaan, ja siten ne jossain määrin edesauttavat hiukkaserottimelta palautettavien kiinto-ainehiukkasten ohjautumista tasaisesti kumpaankin syöksykanavaan. Hiukkasvirran 15 tasainen jakaantuminen syöksykanaviin, ja niitä pitkin mahdollisimman tasaisesti koko tulipesän alueelle, edistää polttoaineen tehokasta palamista ja mahdollistaa palamisessa syntyvien päästöjen minimoimisen.

Lämmönsiirtokammio, nostokanava ja syöksykanavien yläosat muodostavat edulli-20 sesti yhtenäisen kokonaisuuden, toisin sanoen lämmönsiirtokammio, nostokanava ja syöksykanavien yläosat on muodostettu kiinni toisiinsa siten, että vierekkäisten osien välillä ovat ainakin pääosin yhteiset väliseinät. Erään erityisen edullisen ratkaisun mukaan nostokanavaan liittyy kaksi syöksykanavaa, ja ne on liitetty kiinteästi toisiinsa siten, että nostokanava ja sen kummallekin puolelle sijoitetut syöksykanavat 25 muodostavat lähimmän tulipesän seinän suuntaisen yhtenäisen rakenteen.

Lämmönsiirtokammio, nostokanava ja syöksykanavat voi olla valmistettu kokonaan tai osittain jäähdyttämättömänä, ts. levyrakenteisena ja sisäpuolelta suojamassalla vuorattuna rakenteena. Edullisesti lämmönsiirtokammio, nostokanava ja ainakin 30 syöksykanavien yläosat on kuitenkin valmistettu ainakin pääosin vesiputkirakentee-na, joka on liitetty kattilan vesi- tai höyrykiertoon. Edullisesti myös hiukkaserotin ja kaasulukko ovat vesiputkirakenteisia ja valmistettu lämmönsiirtokammion, nosto-kanavan ja ainakin syöksykanavien yläosien kanssa yhteen liitettynä, yhtenäisenä vesiputkirakenteena.

7

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan vähintään yhteen syöksy-kanavaan on liitetty polttoaineen syöttöyhde. Edullisesti kaikki polttoaineen syöt-töyhteet, joita tarvitaan tulipesän hiukkaserottimia käsittävillä seinillä on liitetty 5 hiukkaserottimien palautusputkiin liittyviin syöksy kanaviin, eikä erillisiä polttoaineen syöttöaukkoja tarvita. Tällä tavalla säästyy seinätilaa, koska kyseisille seinille tarvittavien syöttöaukkojen kokonaismäärä vähenee. Polttoaineen syöttöyhteen käsittäviä syöksykanavia voidaan edullisesti järjestää niin suuri määrä, että saadaan aikaan riittävän tasainen polttoaineen jakaantuminen tulipesään.

10

Polttoaineen jakaantumista ja sekoittumista tulipesässä edistää myös se, että polttoaine syötetään tulipesään valmiiksi suhteellisen suureen kiintoainehiukkasten virtaukseen sekoitettuna. Polttoaine myös kuivuu ja lämpenee sekoittuessaan kuuman kiintoainehiukkasvirtauksen kanssa, mikä nopeuttaa polttoaineen sytty- 15 mistä ja palamista tulipesässä.

Edullisesti syöksykanava käsittää polttoaineen syöttämistä varten pystysuorasta poikkeavan osan, johon on liitetty pääasiassa pystysuora polttoaineen syöttöyhde. Erään edullisen suoritusmuodon mukaan lämmönsiirtokammion nostokanavaan 20 liittyy kaksi syöksykanavaa, jotka molemmat käsittävät pystysuorasta poikkeavan osan, johon on liitetty pystysuora polttoaineen syöttöyhde. Tällainen pystysuorasta poikkeava osa voi olla syöksykanavan yläosassa, erityisesti syöksykanavan korkeimmalla kohdalla, jolloin polttoaineen syöttöyhde on edullisesti liitetty syöksy-kanavan alkupään kattoon.

25

Toisen erityisen edullisen ratkaisun mukaan polttoaineen syöttöyhde on liitetty syöksykanavan keskiosaan, toisin sanoen ainakin jonkin verran korkeimman kohdan alapuolella olevaan, pääosin lähes pystysuoraan syöksykanavaan järjestettyyn ympäristöään loivempaan, toisin sanoen enemmän pystysuorasta poikkea-30 vaan osaan. Tämän järjestelyn etuna on, että polttoaine syötetään syöksykanavan osaan, jossa hiukkaserottimelta palautettavat kiintoainehiukkaset putoavat suhteellisen suurella nopeudella kohti tulipesää, jolloin riski, että polttoaineen syöttöyhteen liittymäkohtaan syntyy tukos, on hyvin pieni.

8

Syöksykanavaan liitetty polttoaineen syöttöyhde on edullisesti ainakin pääosin pystysuora tai lähes pystysuora pudotusputki. Tällainen pudotusputki käsittää yleensä ilman puhalluslaitteen, jolla varmistetaan polttoaineen kulku pudotusput-kessa. Esillä olevan keksinnön mukaan lämmönsiirtokammion leijutuskaasu pur-5 kautuu tulipesään ainakin osittain syöksykanavien kautta, jolloin myös tämä leijutuskaasu varmistaa polttoaineen kulkeutumista tulipesään.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa 10 Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista kiertoleijupetikattilaa.

Kuvio 2 on kaaviomainen pystysuora poikkileikkaus keksinnön mukaisen kiertoleiju-petikattilan eräästä edullisesta nostokanavan ja siihen liittyvien syöksy-kanavien järjestelystä.

15 Kuvio 3 on kaaviomainen pystysuora poikkileikkaus keksinnön mukaisen kiertoleiju-petikattilan toisesta edullisesta nostokanavan ja siihen liittyvien syöksy-kanavien järjestelystä.

Kuvio 4 on kaaviomainen vaakasuora poikkileikkaus keksinnön mukaisen kiertoleiju-petikattilan eräästä edullisesta lämmönsiirtokammion, nostokanavan ja sii-20 hen liittyvien syöksykanavien järjestelystä.

Kuvio 5 on kaaviomainen vaakasuora poikkileikkaus keksinnön mukaisen kiertoleiju-petikattilan toisesta edullisesta lämmönsiirtokammion, nostokanavien ja niihin liittyvien syöksykanavien järjestelystä.

Kuvio 6 on kaaviomainen vaakasuora poikkileikkaus keksinnön mukaisen kiertoleiju-25 petikattilan eräistä muista edullisista lämmönsiirtokammion, nostokanavien ja niihin liittyvien syöksykanavien järjestelystä.

Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista kiertoleijupetikattilaa 10, jossa on tulipesä 12, savukaasun ja sen mukana kulkeutu-30 vien kiintoainehiukkasten poistokanava 14, hiukkaserotin 16, puhdistettua savukaasua pois tulipesästä johtava poistokaasukanava 18 ja palautusputki 20, jota pitkin ainakin osa hiukkaserottimessa erotetuista hiukkasista palautetaan tulipesän alaosaan. Palautusputkeen on sovitettu kaasulukko 22, joka estää kaasua virtaamasta 9 tulipesästä palautusputken 20 kautta hiukkaserottimelle 18, ja leijutettu lämmönsiirto-kammio 24.

Tulipesään 12 liittyvät tavanomaiset laitteet, kuten ns. ilmakaappija leijutussuuttimet, 5 leijutuskaasuna toimivan ensiöpalamiskaasun 26 syöttämiseksi tulipesän pohjalle ja laitteet toisiopalamiskaasun 28 syöttämiseksi jonkin verran ylemmälle tasolle. Leiju-tuskaasu ja palamiskaasut ovat yleensä ilmaa, mutta ne voivat käsittää myös kierrätettyä savukaasua ja/tai happea tai niiden seosta. Tulipesän seinillä voi olla myös tavanomaisia yhteitä 30 polttoaineen, petimateriaalin ja rikinsitomisaineen syöttämi-10 seksi tulipesään 12. Tulipesän seinät 32 on yleensä valmistettu vesiputkirakenteisina siten, että tulipesän alaosassa vesiputkiseinät on sisäpuolelta päällystetty suojaaval-la massalla.

Poistokaasukanavassa 18 on yleensä erilaisia lämmönsiirtimiä, kuten tulistimia, 15 välitulistimia, ekonomaiseri ja palamisilman esilämmitin. Poistokaasu kanava voi käsittää myös erilaisia savukaasun puhdistuslaitteita, esimerkiksi pölyn erotuslait-teita sekä typen oksidien ja rikkidioksidin poistolaitteita. Koska näillä laitteilla ei kuitenkaan ole merkitystä nyt esillä olevan keksinnön kannalta, niitä ei ole esitetty Kuviossa 1.

20

Suuren kiertoleijupetikattilan tulipesä 12 on yleensä vaakasuoralta poikkileikkaukseltaan suorakulmio, joka käsittää kaksi pitkää sivua ja kaksi lyhyttä sivua. Suuressa kiertoleijupetikattilassa on yleensä kaksi, kolme tai neljä hiukkaserotinta, jotka on sijoitettu rinnakkain tulipesän toiselle pitkälle sivulle, tai neljä, kuusi tai kahdeksan 25 hiukkaserotinta, jotka on sovitettu rinnakkain tulipesän molemmille pitkille sivuille. Siten, vaikka Kuviossa 1 on esitetty esimerkinomaisesti vain yksi hiukkaserotin 16, on ymmärrettävä, että hiukkaserottimia voi olla useampia, ja niitä voi olla sovitettu tuli-pesän kummallekin puolelle.

30 Kiertoleijupetikattilaa 10 käytettäessä hiukkaserottimella 16 erotettuja, korkeassa lämpötilassa olevia kiintoainehiukkasia tuodaan kaasulukosta 22 lämmönsiirtokam-mion 24 leijupedin yläpinnalle. Lämmönsiirtokammion yhteydessä on nostokanava 34, jonka alaosassa olevan ala-aukon 36 kautta kiintoainehiukkaset pääsevät lämmönsiirtokammion alaosasta nostokanavaan. Nostokanavan 34 yläosassa on ylä- 10 aukko 38, josta voidaan, nostokanavan leijutuselimien 40 kautta syötettävän leijutus-kaasuvirran avulla, siirtää kiintoainehiukkasia nostokanavan yhteyteen sovitetun syöksykanavan 42 yläosaan. Kuten Kuvioissa 2 ja 3 esitetyistä nostokanavan 34 ja syöksykanavien 42 pystypoikkileikkauskuvista voidaan nähdä, syöksykanavia 42 5 voidaan edullisesti sovittaa nostokanavan 34 kummallekin puolelle. Syöksykanavan 42 alaosasta kiintoainehiukkaset johdetaan edullisesti suoraan tulipesän 12 alaosaan.

Lämmönsiirtokammion 24 yläosan ja kunkin syöksykanavan 42 yläosan välille on 10 järjestetty ylivuotoyhde 44, jonka kautta lämmönsiirtokammion 24 leijutuskaasu pääsee purkautumaan syöksykanaviin ja sitä kautta tulipesään. Ylivuotoyhde 44 liittyy edullisesti syöksykanavaan 42 jonkin verran nostokanavan 34 yläaukkoa 38 ylemmälle tasolle. Ylivuotoyhteestä 44 purkautuva leijutuskaasu edesauttaa pitämään syöksykanavat 42 avoimina. Samalla jokaisen syöksykanavan kautta pur-15 kautuva lämmönsiirtokammion leijutuskaasu edesauttaa sitä, että kiintoaine jakaantuu tasaisesti eri syöksykanaviin ja myös koko tulipesän 12 alueella.

Lämmönsiirtokammiossa 24 on lämmönsiirtopintoja 46, esimerkiksi kattilan tulistin-pintoja, joiden avulla voidaan siirtää lämpöä hiukkaserottimella erotetuista kuumista 20 kiintoainehiukkasista lämmönsiirtoväliaineeseen, esimerkiksi tulistettavaan höyryyn. Lämmönsiirtotehoa voidaan jossain määrin säätää muuttamalla lämmönsiirtokammion leijutusnopeutta, toisin sanoen leijutuselimien 48 kautta syötettävän lämmönsiirto-kammion läpi virtaavan leijutuskaasun virtausnopeutta. Toinen tapa säätää lämmönsiirtotehoa on säätää nostokanavan 34 leijutusnopeutta siten, että vain osa hiuk-25 kaserottimen 16 erottamista kiintoainehiukkasista poistuu lämmönsiirtokammiosta nostokanavan kautta. Tällöin leijupedin pinta lämmönsiirtokammiossa 24 nousee kammion yläosassa olevien ylivuotoyhteiden 44 tasolle, ja kiintoainehiukkasia alkaa poistua myös ylivuotoyhteiden kautta. Kuten kuvioista 2 ja 3 voidaan nähdä, yli-vuotoyhteet 44 johtavat erotettuja kiintoainehiukkasia suoraan syöksykanavien 42 30 yläosaan.

Kun nostokanavan leijutusnopeus on riittävän suuri, kaikki erotetut kuumat kiintoainehiukkaset poistuvat lämmönsiirtokammion 24 pohjalta nostokanavan 34 kautta. Tällöin mahdollisimman suuri määrä kuumia hiukkasia kulkee myös lämmönsiirtopin- 11 tojen 46 läheisyydestä, ja lämmönsiirtokammion lämmönsiirtoteho on suurin mahdollinen. Toinen ääripää on leijuttaa materiaalia nostokanavassa 34 niin pienellä teholla, että kaikki materiaali poistuu ylivuotoyhteiden 44 kautta, jolloin lämmönsiirtokammion 24 lämmönsiirtoteho on minimissään. Kolmas vaihtoehto on käyttää nostokanavassa 5 34 leijutusnopeutta, jolla osa materiaalista poistuu nostokanavan 34 kautta ja osa ylivuotoyhteiden 44 kautta. Tällä tavalla lämmönsiirtokammion lämmönsiirtoteho on jatkuvasti ja tarkasti säädettävissä.

Kuviossa 2 syöksykanavien 42 kattoon on liitetty polttoaineen syöttöyhde 50, edul-10 lisesti pystysuora tai osittain vino pudotusputki. Pudotusputkeen liittyy edullisesti ilmansyöttöyhde 52, jonka kautta voidaan syöttää ilmaa tai muuta kaasua edesauttamaan polttoaineen kulkeutumista alaspäin. Kun polttoaine saapuu syöksykana-vaan 42, se sekoittuu palautettavien kiintoainehiukkasten virran kanssa. Polttoainetta lämpimämpi kiintoainehiukkasvirta, erityisesti jäähdyttämättömänä ylivuoto-15 yhteiden 44 kautta saapuva hiukkasvirta, kuivaa ja esilämmittää polttoainetta siten, että se tulipesään 12 saavuttuaan syttyy ja palaa nopeasti. Samalla ylivuotoyhteis-tä 44 purkautuva kaasu tehostaa polttoaineen kulkeutumista tulipesään.

Kuviossa 3 on esitetty toinen ratkaisu, joka poikkeaa Kuviossa 2 esitetystä ratkai-20 susta siinä, että polttoaineen syöttöyhteet 50 on liitetty syöksykanavien 42 keskiosaan, toisin sanoen ainakin jonkin verran korkeimman kohdan alapuolelle järjestettyyn, ympäristöään loivemmin laskeva kohtaan 54. Tämän ratkaisun etuna on, että polttoaineen syöttökohdassa lämmönsiirtokammiosta palautettava, syöksy-kanavaa pitkin putoava kiintoainevirta on jo saavuttanut suhteellisen suuren no-25 peuden, jolloin se tempaisee syöttöyhteestä 50 putoavan polttoaineen tehokkaasti mukaansa.

Kuviossa 4 on esitetty Kuvion 3 ratkaisua vastaava kaaviomainen vaakasuora poikkileikkaus keksinnön mukaisen kiertoleijupetikattilan 10 lämmönsiirtokammion 30 24, siihen liittyvän nostokanavan 34 ja nostokanavaan liittyvien syöksykanavien 42 järjestelystä. Kuten Kuviosta 4 ilmenee, nostokanava 34 ja syöksykanavat 42 ovat tulipesän 12 lähimmän sivuseinän 32’ suunnassa peräkkäin. Siten lämmönsiirto-kammio 24, nostokanava 34 ja syöksykanavat 42 muodostavat kompaktin koko 12 naisuuden, joka voidaan edullisesti liittää polttoaineen kuljetusjärjestelmään, ja voidaan tarvittaessa sovittaa hyvin lähelle tulipesää.

Kuvion 4 mukaisessa ratkaisussa syöksykanavien 42 keskiosassa olevat pys-5 tysuorasta poikkeavat osat 54 suuntautuvat tulipesän 12 sivuseinän 32’ suuntaisesti, ja polttoaineen syöttöyhteille tai pudotusputkille 50 polttoainetta tuovat jako-kuljettimet 56, esimerkiksi ryöstöruuvit, tuovat polttoainetta yhteiseltä, tulipesän seinän 32’ suuntaiselta kuljettimelta 58, esimerkiksi kolakuljettimelta, edullisesti lämmönsiirtokammion 24 ohitse, kohtisuoraan tulipesän sivuseinään 32’ nähden. 10 Tällöin useille jakokuljettimille 56 polttoainetta tuova yhteinen kuljetin 58 voidaan edullisesti sijoittaa tulipesästä katsoen lämmönsiirtokammion tai -kammioiden taakse. Siten keksinnön mukaisessa ratkaisussa lämmönsiirtokammion tai -kammioiden 24 ja tulipesän 12 välille ei tarvitse sijoittaa polttoaineen kuljetuslaitteita.

15

Esillä olevan keksinnön mukaisen kiertoleijupetikattilan tulipesä, siihen liittyvät hiukkaserottimet ja lämmönsiirtokammiot ja niiden väliset laitteet ja kanavat ovat tyypillisesti kaikki kattilan kiinteästä tukirakenteesta ripustettuja rakenteita. Erityisesti suurissa kattiloissa voidaan säästää merkittäviä kustannuksia, kun tukiraken-20 ne pidetään niin pienenä kuin mahdollista. Tästä syystä esillä olevan keksinnön mukainen kompakti lämmönsiirtokammion ja siihen liittyvien kanavien järjestely lähelle tulipesää säästää merkittävästi koko kattilalaitokseen liittyviä rakennuskustannuksia.

25 Kuviossa 5 on esitetty kaaviomainen vaakasuora poikkileikkaus keksinnön mukaisen kiertoleijupetikattilan 10 toisesta edullisesta lämmönsiirtokammion 24, nosto-kanavien 34 ja niihin liittyvien syöksykanavien 42 järjestelystä. Kuviossa 5 esitetty ratkaisu poikkeaa Kuviossa 4 esitetystä ratkaisusta siinä, että lämmönsiirtokammi-oon 24 on liitetty kaksi nostokanavaa 34, yksi lämmönsiirtokammion 24 kummalle-30 kin puolelle. Nostokanaviin liittyvät syöksykanavat 42 ovat nostokanavien yhteydessä tulipesän 12 lähimmän sivuseinän 32’ suunnassa. Siten Kuviossa 5 esitetyssä ratkaisussa lämmönsiirtokammio 24, nostokanavat 34 ja syöksykanavien 42 yläosat ovat tulipesän 12 lähimmän sivuseinän 32’ suunnassa peräkkäin.

13

Kuviossa 5 esitetyssä ratkaisussa polttoaineen syöttöyhteet on liitetty syöksy-kanavien 42 kattoon, vastaavasti kuin ratkaisussa, joka on esitetty Kuviossa 2. Tätä nostokanavien ja syöksykanavien järjestelyä voidaan kuitenkin muuntaa myös siten, että polttoaineen syöttöyhteet liitetään syöksykanavien keskiosaan järjestet-5 tyyn loivempaan kohtaan, kuten Kuviossa 4. Kuviossa 5 esitetty ratkaisu on erityisen edullinen, koska siinä lämmönsiirtokammio 24, nostokanavat 34 ja syöksy-kanavat 42 muodostavat tulipesän lähintä seinää 32’ vastaan kohtisuorassa suunnassa erityisen kompaktin kokonaisuuden, joka voidaan tarvittaessa sovittaa erityisen lähelle tulipesää 12. Ratkaisun haittapuolena on se, että, koska syöksy-10 kanavat 42 ovat erillään lämmönsiirtokammiosta 24, lämmönsiirtokammion 24 yläosasta syöksykanavien 42 yläosaan johtavat ylivuotoyhteet eivät voi olla pelkkiä aukkoja, vaan niiden on oltava lyhyitä erillisiä kanavia 44’.

Kuviossa 6 esitetään vielä eräs tapa sijoittaa lämmönsiirtokammio 24, kaksi nosto-15 kanavaa 34 ja niihin liittyvät syöksykanavat 42. Kuvion 6 mukaisessa ratkaisussa nostokanavat 34 ja syöksykanavat 42 on sovitettu lähintä tulipesän 12 sivuseinää 32’ vastaan kohtisuorassa olevien lämmönsiirtokammion 24 seinien yhteyteen. Siten lämmönsiirtokammion 24 ja tulipesän 12 etäisyys voidaan pitää pienenä, ja yli-vuotoyhde 44 on vain aukko lämmönsiirtokammion 24 ja syöksykanavan 42 ylä-20 osan välisessä seinässä. Kuviossa on esitetty myös kaksi eri tapaa, joille polttoaineen syöttöyhde 50 voidaan sijoittaa syöksykanavan 42 ympäristöään loivemmin laskevalle osalle 54. Kuvion 6 yläosassa esitetään ratkaisu, jossa syöksykanavan 42 loivasti laskeva osa 54 suuntautuu tulipesän 12 sivuseinän 32’ suuntaisesti, jolloin lämmönsiirtokammion 24 etäisyys tulipesästä 12 voidaan minimoida. Vastaa-25 vasti Kuvion 6 alaosassa esitetään ratkaisu, jossa loivasti laskeva osa 54 suuntautuu kohti tulipesää 12, jolloin rakenne on jonkin verran yksinkertaisempi, ja tulipesän sivuseinän 32’ suunnassa kapeampi..

Edellä on keksintöä selostettu viittaamalla eräisiin esimerkinomaiseen ratkaisuihin, 30 mutta keksintö käsittää myös erilaisia esitettyjen ratkaisujen muunnelmia ja yhdistelmiä. Erityisesti nostokanavien ja syöksykanavien lukumäärä ja geometria voi poiketa siitä, mitä Kuvioissa 1 - 6 on esitetty. Siten on selvää, että esimerkkinä selostettuja suoritusmuotoja ei ole tarkoitettu rajaamaan keksinnön aluetta, vaan keksintöön kuu 5 14 luu myös monia muita suoritusmuotoja, joita rajaavat vain liitteenä olevat patenttivaatimukset ja niissä olevat määritelmät.

Claims (14)

1. Kiertoleijupetikattila (10), joka käsittää tulipesän (12) hiilipitoisen polttoaineen polttamiseksi, vähintään yhden, tulipesän yläosaan liittyvän poistokanavan (14) 5 polttoaineen palamisessa syntyvän savukaasun ja sen mukana kulkeutuvien kiin-toainehiukkasten poistamiseksi tulipesästä, kuhunkin poistokanavaan liittyvän hiukkaserottimen (16) kiintoainehiukkasten erottamiseksi savukaasusta, johon hiukkaserottimeen liittyy kiintoainehiukkasista puhdistettua savukaasua kattilasta pois kuljettava poistokaasu kanava (18) ja erotettuja kiintoainehiukkasia tulipesän 10 alaosaan kuljettava palautusputki (20), johon palautusputkeen on sovitettu kaasu-lukko (22), lämmönsiirtokammio (24), nostokanava (34) ja ylivuotoyhde (44), jonka nostokanavan (34) yhteyteen on järjestetty vähintään yksi syöksykanava (42), joka syöksykanava on yläosastaan virtausyhteydessä nostokanavan yläosaan ja alaosastaan virtausyhteydessä tulipesän (12) alaosaan, jossa kaasulukosta poistuvia 15 kiintoainehiukkasia johdetaan lämmönsiirtokammion (24) yläosaan ja lämmönsiir-tokammion alaosasta nostokanavan (34) kautta tulipesään tai suoraan lämmönsiirtokammion yläosasta ylivuotoyhteen (44) kautta tulipesään, tunnettu siitä, että ylivuotoyhde (44) on suoraan virtausyhteydessä syöksykanavan yläosaan.

2. Vaatimuksen 1 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että nostokana van (34) kahdelle eri puolelle on sovitettu syöksykanava (42), joihin syöksykana-viin on liitetty ylivuotoyhde (44), siten, että nostokanava ja syöksykanavien yläosat ovat tulipesän (12) lähimmän seinän (32’) suunnassa peräkkäin.

3. Vaatimuksen 1 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että lämmönsiir tokammion (24) kahdelle vastakkaiselle puolelle on järjestetty nostokanava (34), joihin nostokanaviin on liitetty syöksykanava (42) ja joihin syöksykanaviin on liitetty ylivuotoyhde (44’), siten, että lämmönsiirtokammio, nostokanavat, syöksykanavien yläosat ovat tulipesän (12) lähimmän seinän (32’) suunnassa peräkkäin. 30

4. Vaatimuksen 1 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että lämmönsiirtokammion (24) kahden, tulipesän lähintä seinää (32’) kohtisuorassa olevan sivu-seinän yhteyteen on järjestetty nostokanava (34) ja syöksykanava (42), joihin sivuseiniin on järjestetty ylivuotoyhde (44).

5. Vaatimuksen 1 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että lämmönsiir-tokammio (24), nostokanava tai nostokanavat (34), syöksykanavien (42) yläosat ja 5 ylivuotoyhteet (44) muodostavat yhtenäisen kokonaisuuden.

6. Vaatimuksen 5 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että lämmönvaih-tokammio (24), nostokanava (34), syöksykanavien (42) yläosat ja ylivuotoyhteet (44) on pääosin muodostettu vesiputkirakenteisina. 10

7. Vaatimuksen 1 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että ylivuotoyhde (44) liittyy syöksy kana vaan (42) ylemmälle tasolle kuin nostokanava (34).

8. Vaatimuksen 1 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että vähintään yh-15 teen syöksykanavaan (42) on liitetty polttoaineen syöttöyhde (50).

9. Vaatimuksen 8 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että polttoaineen syöttöyhde (50) on liitetty syöksykanavan (42) pystysuorasta poikkeavaan osaan (54). 20

10. Vaatimuksen 9 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että pystysuorasta poikkeava osa (54) on syöksykanavan katto.

11. Vaatimuksen 9 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että pystysuo-25 rasta poikkeava osa (54) on syöksykanavan korkeimman kohdan alapuolella oleva vino osa.

12. Vaatimuksen 8 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että polttoaineen syöttöyhde (50) on pudotusputki. 30

13. Vaatimuksen 8 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että syöttöyh-teeseen (50) liittyy polttoainetta tuova jakokuljetin (56), joka suuntautuu lämmön-siirtokammion (24) vieritse suoraan kohti tulipesää (12).

14. Vaatimuksen 13 mukainen kiertoleijupetikattila, tunnettu siitä, että jakokuljet-timeen (56) liittyy polttoainetta tuova yhteinen kuljetin (58), joka on sovitettu tulipe-sän (12) lähimmän sivuseinän (32’) suuntaisena, tulipesästä katsoen lämmönsiir-tokammion (24) taakse. 5