FI129762B

FI129762B - Smelt spout with replaceable inner spout and soda recovery boiler arrangement

Info

Publication number: FI129762B
Application number: FI20196104A
Authority: FI
Inventors: Ilkka Mänttäri; Kalevi Kurki
Original assignee: Im Serco Oy
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2022-08-15
Also published as: FI20196104A1; WO2021123501A1

Abstract

Uppfinningen avser en smältränna för en återvinningspanna för att leda materialet ut ur det inre av pannan. Smältrännan består av separat stomdel och en utbytbar förbrukningsdel alltså en ersättningsbar del som är i kontakt med det smälta materialet, vilka delar är till varandra lösbart anslutna rännliknande delar.The invention relates to a melt chute for a recycling boiler to lead the material out of the interior of the boiler. The melt chute consists of a separate body part and a replaceable consumable part, i.e. a replaceable part that is in contact with the molten material, which parts are releasably connected to each other chute-like parts.

Description

Sulakouru vaihdettavalla sisäkourulla ja soodakattilajärjestely Tämä keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaista soodakattilan sulakourun rakenneratkaisua ja soodakattilajärjestelyä. Keksinnön mukaisten sula- — kourujen käyttökohde on kemialliseen puunjalostusteollisuuteen, tarkemmin sellu- loosan valmistusprosessiin liittyvät, kemikaalien talteenottoon ja energian tuotan- toon kehitetyt kattilalaitokset, joita ammattikielessä kutsutaan soodakattiloiksi. Sula- kourujen kautta johdetaan kattilan pohjalta kuumaa kemikaalisulaa edelleen proses- soitavaksi ja kierrätettäväksi takaisin selluloosan kemialliseen valmistusprosessiin. — Tyypillisesti soodakattilassa on 5 — 11 kpl sulakouruja. Keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on tarkemmin määritelty itsenäisen patentti- vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on määri- telty keksinnön toteutukseen liittyviä rakenneratkaisuja ja itsenäistä patenttivaati- musta täydentäviä yksityiskohtia. Soodakattilan sulakourut ovat kattilan toiminnan kannalta kriittisiä komponentteja, joiden käyttöolosuhteet ovat erittäin vaativia. Kattilasta ulos johdettavan kemikaali- sulan lämpötila on tyypillisesti yli 800 Celsiusastetta, ylimmillään jopa 1000 C. Kemi- — kaalisula on lisäksi voimakkaasti syövyttävää emäksistä lipeää. Sulakouruun kohdis- tuu lisäksi voimakasta abrasiivista kulutusta johtuen sulan virtauksesta ja kourun mekaanisesta puhdistustarpeesta. Kourun puhdistukseen ja sulan virtauksen häiriöi- den poistoon käytetään usein mekaanisia rassaimia ja robottisoituja rassaimia, jotka aiheuttavat kuluttavien vaikutusten lisäksi myös voimakasta mekaanista painevaiku- N 25 — tusta kourun virtauspintaan ja koko kourun rakenteeseen.Melting chute with replaceable inner chute and soda boiler arrangement This invention concerns the structural solution of the soda boiler melting chute and the soda boiler arrangement according to the preamble of claim 1. The melting chutes according to the invention are intended for use in the chemical wood processing industry, more specifically in the cellulose manufacturing process, boiler plants developed for the recovery of chemicals and energy production, which are called soda boilers in the jargon. Through the melt chutes, the hot chemical melt is led from the bottom of the boiler to be further processed and recycled back into the chemical manufacturing process of cellulose. — Typically, a soda boiler has 5 — 11 melting chutes. The invention is characterized by what is more precisely defined in the characterizing part of independent patent claim 1. Non-independent patent claims have defined structural solutions related to the implementation of the invention and details supplementing the independent patent claim. The melting chutes of a soda boiler are critical components for the operation of the boiler, whose operating conditions are very demanding. The temperature of the chemical melt that is led out of the boiler is typically over 800 degrees Celsius, at most up to 1000 C. The chemical melt is also a strongly corrosive alkaline lye. The melt chute is also exposed to strong abrasive wear due to the melt flow and the need for mechanical cleaning of the chute. Mechanical scrapers and robotic scrapers are often used for chute cleaning and removal of melt flow disturbances, which in addition to wearing effects also cause a strong mechanical pressure effect on the flow surface of the chute and the entire structure of the chute.

N & = Suuresta lämpökuormasta johtuen sulakourut ovat nykyään pääsääntöisesti varus- — tettu nestejäähdytysjärjestelyllä, jossa kourun kemikaalisulaa koskettavan kourun = pinnan vastakkaisen pinnan ja kourun runkolevyn välisessä solassa tai solissa kierrä- > 30 — tetään jäähdytysnestettä kourun lämpötilan pitämiseksi hallittavassa lämpötilassa. S Jäähdytysnesteenä käytetään tyypillisesti vettä, joka käyttöön liittyy kuitenkin erit- 3 täin suuri riski sularäjähdyksestä, mikäli vesi pääsee kosketuksiin kuuman sulan N kanssa.N & = Due to the high heat load, melt chutes are now generally equipped with a liquid cooling arrangement, where cooling liquid is circulated in the gap or Sol between the opposite surface of the chute = surface that touches the chemical melt of the chute and the frame plate of the chute > 30 — to keep the temperature of the chute at a manageable temperature. S Water is typically used as the coolant, which, however, involves a very high risk of melt explosion if the water comes into contact with the hot melt N.

Voimakasta sulan kemiallisesta rasituksesta aiheutuvaa korroosiota ja mekaanista kulutusvaikutusta sekä korkean lämpötilan vaikutusta on pyritty hallitsemaan erilai- silla materiaalivalinnoilla ja pinnoitusratkaisuilla sulan kanssa kosketuksissa olevan kourun virtauspinnan osalta. Tyypillisiä ratkaisuja ovat erilaiset hitsauspinnoitteet ja — päällysterakenteet. Etenkin hitsauspinnoitteisiin liittyvät laatuongelmat ja korkean lämpötilan sekä voimakkaan kemiallisen rasituksen aiheuttamat tekijät aikaansaavat sulan kanssa kosketuksessa olevaan kourun rakenteeseen säröilyä, hiushalkeamia ja kiderajavaurioita. Sulan kanssa kosketuksessa olevien kourujen säröilyä ja hiushal- keamia lisää myös suuri lämpötilaero kourulevyn vastakkaisilla pinnoilla, mikä on — seurausta kourujen nykyisistä rakenneratkaisuista. Edellä kuvatut sulan kanssa kos- ketuksessa olevan kourun vauriot ja hiushalkeamat lisäävät riskiä jäähdytysveden pääsyyn kosketuksiin kuuman sulan kanssa, josta aiheutuu sularäjähdyksiä. Sularä- jähdykset voivat aiheuttaa laitevaurioita ja pahimmillaan vakavia tapaturmavaaroja sekä seisokkeja kattilan käytölle.The corrosion and mechanical wear effect caused by the strong chemical stress of the melt, as well as the effect of high temperature, have been tried to be controlled with different material choices and coating solutions for the flow surface of the chute in contact with the melt. Typical solutions are various welding coatings and — coating structures. In particular, quality problems related to welding coatings and factors caused by high temperature and strong chemical stress cause cracking, hairline cracks and crystal boundary damage to the chute structure in contact with the melt. The cracking and hairline cracks of the gutters in contact with the melt are also increased by the large temperature difference on the opposite surfaces of the gutter plate, which is — a consequence of the current structural solutions of the gutters. The above-described damage and hairline cracks in the chute in contact with the melt increase the risk of the cooling water coming into contact with the hot melt, causing melt explosions. Melt explosions can cause equipment damage and, in the worst case, serious accident hazards and downtime for the use of the boiler.

Edellä kuvatuista vaativista käyttöolosuhteista ja vaurioriskeistä johtuen sulakouru- jen käyttöikä on lyhyt, tyypillisesti noin yksi vuosi. Vauriot esiintyvät lähes yksin- omaan sulan kanssa kosketuksiin joutuvassa kourun osassa. Kourujen vaihtotyö edellyttää nykyisillä koururatkaisuilla pitkän seisokin kattilan käytölle ja kourut ovat — kalliita komponentteja nykyisillä rakenneratkaisuilla, jotka ovat tyypillisesti hitsattuja yhtenäisiä levyrakenteita. Seuraavassa esitellään muutamia tyypillisiä patenttikirjallisuudessa ja käytännössä esiintyviä sulakoururakenteita. Hakemusjulkaisussa US 5 437 687 esitetään tyypilli- N 25 — nen vesijäähdytetty koururakenne, jossa jäähdytysvesi virtaa sulan virtausta ohjaa- O van kourun levyn vastapuolella. > — Julkaisussa JP 2003211287 esitetään koururakenne, jossa sulan virtausta ohjaavan = kourun sulavirtauksen puoleinen pinta on päällystetty hitsattavalla korroosionkestoa > 30 — parantavalla pinnoitteella kourun käyttöiän pidentämiseksi. Jäähdytysvesi virtaa hit- S sauspinnoitetun kourun levyn vastapuolella. Veden virtauskanavan pinnat on käsi- 3 telty metalliruiskutuksella korroosionkeston parantamiseksi. Julkaisussa JP N 2012130998 esitetään kehittyneempi ratkaisu hitsausjännitysten poistoon päälle hitsatussa kourulevyssä, mutta kourun peruskonstruktio jäähdytysveden virtauk- sessa on samanlainen kuin julkaisussa JP 2003211287. Kouruja sulan materiaalin johtamiseksi on lisäksi esitetty julkaisuissa WO 2013117821 Al ja WO 9526439 Al. Edellä kuvattujen teknisten ja käyttöturvallisuuteen liittyvien ongelmien lisäksi nykyi- sin käytössä olevien sulakourujen kunnossapitotyö ja säännöllinen vaihtotarve ai- heuttavat merkittäviä huoltokustannuksia, etenkin kattilan käyttöseisokkien muo- dossa, jolloin tyypillisesti koko selluloosan valmistusprosessi joudutaan pysäyttä- mään. Lisäksi nykyisin käytössä olevat kourutyypit ovat myös valmistusteknisesti vaativia rakenteita ja suurta valmistustyöpanosta vaativia hitsattuja levyrakenteita. Nyt esitettävän keksinnön mukaisella sulakoururakenteella pystytään minimoimaan — edellä esitetyt tekniset ongelmat ja pienentämään käyttöturvallisuuteen liittyviä ris- kejä sekä merkittävästi pienentämään sulakourujen huoltoon liittyviä suoria ja välilli- siä kustannuksia.Due to the demanding operating conditions and damage risks described above, the service life of the chutes is short, typically around one year. The damage occurs almost exclusively in the part of the chute that comes into contact with the melt. With the current gutter solutions, replacing the gutters requires a long downtime for the use of the boiler, and the gutters are — expensive components with the current structural solutions, which are typically welded unitary plate structures. In the following, a few typical chute structures appearing in patent literature and in practice are presented. In the application publication US 5,437,687, a typical N 25 water-cooled chute structure is presented, where the cooling water flows on the opposite side of the chute plate that controls the melt flow. > — Publication JP 2003211287 presents a chute structure in which the surface on the melt flow side of the chute that controls the melt flow is coated with a weldable coating that improves corrosion resistance > 30 — in order to extend the chute's service life. The cooling water flows on the opposite side of the hit-S sauce-coated trough plate. The surfaces of the water flow channel have been treated with metal spraying to improve corrosion resistance. Publication JP N 2012130998 presents a more advanced solution for the removal of welding stresses in a welded-on chute plate, but the basic construction of the chute in the flow of cooling water is similar to publication JP 2003211287. Chutes for conducting molten material are also presented in publications WO 2013117821 Al and WO 9526439 Al. In addition to the technical and operational safety-related problems described above, the maintenance work and regular replacement of the melt chutes currently in use cause significant maintenance costs, especially in the form of boiler downtimes, when typically the entire cellulose manufacturing process has to be stopped. In addition, the types of gutters currently in use are also technically demanding structures and welded plate structures that require a large amount of manufacturing effort. With the chute structure according to the present invention, it is possible to minimize — the technical problems presented above and to reduce the risks related to operational safety and to significantly reduce the direct and indirect costs related to the maintenance of the chute.

Keksinnölle on tunnusomaista se, että sulakouru muodostuu kahdesta erillisestä ra- —kenneosasta, jotka ovat sulakourun runko-osa ja siihen irrotettavasti liitettävä, sulan kanssa käyttötilanteessa kosketuksiin tuleva vaihdettava kulutusosa eli vaihto-osa. Lisäksi keksinnölle on tunnusomaista se, että jäähdytysnestekierto on järjestetty su- lakourun runko-osan sisään siten, että jäähdytysneste ei ole kosketuksissa sulan kanssa kosketuksissa olevaan vaihto-osaan, jolloin mahdollisessa vaihto-osan vau- N 25 — riossa sula ei pääse kosketuksiin jäähdytysnesteen kanssa. Lisäksi vaihto-osan vaih- O totyö on nopea huoltotoimenpide ja vaihto-osan kustannus on pieni verrattuna koko 5 kourun vaihtokustannukseen.The invention is characterized by the fact that the melt chute consists of two separate structural parts, which are the main part of the melt chute and the replaceable wearing part that comes into contact with the melt during use, i.e. the replacement part. In addition, the invention is characterized by the fact that the coolant circuit is arranged inside the body part of the melt trough in such a way that the coolant is not in contact with the replacement part that is in contact with the melt, so that in the event of a possible failure of the replacement part, the melt does not come into contact with the coolant. In addition, replacing the replacement part is a quick maintenance procedure and the cost of the replacement part is small compared to the replacement cost of the entire 5 gutter.

z Seuraavassa keksinnön mukaisen koururakenteen peruskonstruktiota ja toimintoja 3 30 — sekä huoltoon liittyviä ratkaisuja selostetaan piirustusten avulla, joissa: 2 S Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen soodakattilajärjestelyn ja keksinnön mu- N kaisen sulakourun halkileikkausta kattilan seinärakenteeseen liitettynä,z In the following, the basic construction and functions 3 30 — of the chute structure according to the invention, as well as solutions related to maintenance, are explained with the help of drawings, in which: 2 S Figure 1 shows the soda boiler arrangement according to the invention and a cross-section of the melt chute according to the invention connected to the wall structure of the boiler,

Kuvio 2 esittää leikkausta A - A kuviosta 1 eli sulakourun poikkileikkausta Kuviossa 1 kattilan seinärakenteen sisäpuolinen rajapinta 1 on kuvattu katkoviivoilla. Sulakourun runko-osa 2 on irrotettavasti kiinnitetty kattilan seinäputkiston läpivienti- — koteloon 3, joka on kuvattu katkoviivalla. Sulakourun runko-osa käsittää kiinnitys- laipparakenteen 4. Sulakourun nestejäähdytyskierto on järjestetty runko-osan 2 si- säiseen virtauskanavaan 5 ja runko-osa on varustettu tarvittavilla liitoselimillä sen liittämiseksi jäähdytysnesteputkistoon. Sulakourun vaihto-osa 6, joka on kuviossa kuvattu paksulla viivalla, tukeutuu runko-osan kourumaiseen pintaan, kuten kuvi- ossa2on esitetty. Vaihto-osa 6 on monoliittinen metalliosa, joka käsittää kattilan seinämän läpivientiosan pituudelta putkimaisen rakenteen ja kattilan seinämän ulko- puolelle sijoittuvalta osalta yläpuolelta avoimen kourumaisen rakenteen. Kuviossa 2 on esitetty leikkaus A — A kuviosta 1. Vaihto-osan 6 poikkileikkaus on ku- — vattu paksulla mustalla viivalla. Runko-osan 2 poikkileikkaus on kuvattu leikkausvii- voitettuna. Runko-osan rakenne käsittää sisäisen jäähdytysnesteen virtauskanavanFigure 2 shows the section A - A from Figure 1, i.e. the cross-section of the melting chute In Figure 1, the internal interface 1 of the wall structure of the boiler is depicted with dashed lines. The body part 2 of the melting chute is removably attached to the boiler's wall pipe feed-through housing 3, which is depicted with a dashed line. The body part of the melt chute comprises a mounting flange structure 4. The liquid cooling circuit of the melt chute is arranged in the internal flow channel 5 of the body part 2 and the body part is equipped with the necessary connecting elements to connect it to the coolant pipeline. The replacement part 6 of the melt chute, which is depicted in the figure with a thick line, rests on the chute-like surface of the body part, as shown in figure 2. The replacement part 6 is a monolithic metal part, which comprises a tubular structure along the length of the passage part of the boiler wall and a trough-like structure open from the top in the part located outside the boiler wall. Figure 2 shows the section A — A from Figure 1. The cross section of the spare part 6 is depicted with a thick black line. The cross-section of the body part 2 is depicted as a hatched section. The structure of the body part includes an internal coolant flow channel

5. Sulakourun huoltotyön yhteydessä vaihdetaan ainoastaan kulunut tai syöpynyt — vaihto-osa, jolloin vaihtotyö on nopea toimenpide ja kustannuksiltaan edullinen. Keksinnön mukaisen sulakourun rakenteelliset yksityiskohdat eivät rajoitu edellä esi- tettyihin periaateratkaisuihin vaan voivat vaihdella laajasti patenttivaatimusten tun- nusmerkkien rajoissa.5. In connection with the maintenance work of the melt chute, only the worn or corroded — replacement part is replaced, in which case the replacement work is a quick procedure and inexpensive. The structural details of the melt chute according to the invention are not limited to the principle solutions presented above, but can vary widely within the limits of the identification marks of the patent claims.

OF OF O

N >N >

I jami a <I Jam a <

O © o oO © o o

OF

Claims

Patent Claims

1. Melt chute of a soda boiler for leading hot molten material out of the inner part of the boiler, characterized by the fact that the melt chute comprises a separate body part (2) and a replaceable consumable part that comes into contact with the molten material 5, i.e. replacement part (6), which are removably connected to each other trough-like parts, where the replacement part (6) is a monolithic metal part, which comprises a tubular part along the length of the boiler wall passage and a trough-like part which is open from above in the part located outside the boiler.

2. Melt chute according to claim 1, characterized in that the outer surface of the replacement part (6) of the melt chute rests on the body part (2) connected to the trough-like inner surface of the body part (2). —

3. Melt chute according to claim 1, characterized in that the main part (2) of the melt chute is releasably attached to the feed-through housing (3) of the boiler's wall piping.

4. A melt chute according to claim 1, characterized in that a flow channel (5) is formed inside the melt chute's body part for cooling the melt chute by means of the coolant circulated in the flow channel (5).

5. Melting chute according to claim 1, characterized in that the melting chute includes fastening elements placed on the part located outside the boiler wall or fastening element to ensure the connection of the body part (2) and the replacement part (6).

N & =

6. Melting chute according to claim 1, characterized in that the melting chute — body part (2) can be assembled from separate components that are attached to each other. = S

7. A melt chute according to one of the above claims 1 to 6, characterized by 3 that the chute-like part of the replacement part (6) of the melt chute extends at the melt discharge end N at least to the level of the free end of the body part (2).

8. A melt chute according to one of the above claims 1 to 7, characterized in that the parts of the melt chute are made of a metal material resistant to high melt temperature, mechanical wear and strong chemical corrosion using casting technology.

9. A soda boiler arrangement, which comprises a soda boiler and a soda boiler melting chute according to one of the above patent claims connected to the wall structure of the soda boiler.

OF

O

N >

I Jam o +

O © o o

OF