FI129821B - Hybridisuutin - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee soodakattilan ilmasuutinta polttoprosessissa tarvittavan ilman syöttämiseksi kattilan palotilaan. Keksinnön mukainen ilmasuutin käsittää kattilan tulipesän putkiseinämään, putkiseinämän ulkopuolelle irrotettavasti kiinnitetyn runko-osan (1) ja ilmasuuttimen runko-osaan (1) tulipesän sisäpuolelta irrotettavasti kiinnitettävän vaihto-osan (2), jotka yhteen liitettynä muodostavat yhtenäisen putkimaisen kanavan ilman syöttämiseksi kattilan tulipesään.

Description

Hybridisuutin Tämä keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaista soodakattilan ilmasuutinta.

Keksinnön mukaisten ilmasuuttimien ensisijaisina käyttökohteina ovat — kemialliseen puunjalostusteollisuuteen, tarkemmin selluloosan valmistusprosessiin liittyvät, kemikaalien talteenottoon ja energian tuotantoon kehitetyt kattilalaitokset, joita ammattikielessä kutsutaan soodakattiloiksi.

Keksinnön käyttökohteena voivat olla myös muut kattilalaitokset, joissa tulipesän olosuhteet aiheuttavat ilmasuutti- mille kestävyysongelmia, esimerkiksi voimakkaan kemiallisen rasituksen tai palokaa- — sujen virtauksen aiheuttaman eroosion ja korroosion vaikutuksesta.

Keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on tarkemmin määritelty itsenäisen patentti- vaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on määri- telty keksinnön toteutukseen liittyviä rakenneratkaisuja ja itsenäistä patenttivaati- musta täydentäviä yksityiskohtia.

Ilmasuuttimien kautta johdetaan kattilan tulipesään esilämmitettyä palamisilmaa polttoprosessin hallitsemiseksi mahdollisimman täydellisenä.

Ilmasuuttimet on sijoi- tettu kattilan tulipesän seiniin usealle eri korkeudelle ja tyypillisesti vastakkaisille sei- — nämille kullakin korkeusasemalla.

Ilmasuuttimet asennetaan kattilan tulipesän put- kistoseinämiin muodostettuihin läpivientiaukkoihin.

Ilmasuuttimien kautta syötettävä ilma johdetaan paineistettuna ilmasuuttimille kattilan tulipesän ulkopuolelle järjeste- tyistä jakokanavista, joista on yhteys kullekin ilmasuuttimelle.

Ilmasuuttimen vir- tausaukon geometriaan perustuen ja suutinkohtaisen ilmamäärän säädön avulla py- o 25 — ritään saavuttamaan haluttu ilmansyötön jakauma tai peitto tulipesän eri korkeus- O asemiin optimaalisen palamisprosessin vaatimusten mukaan.

Suomalainen patentti- se julkaisu FI120550 esittelee esimerkkinä erästä ratkaisua ilmasuuttimien sijoitteluun O tulipesän seinämille. = > 30 — Soodakattilan polttoaine, mustalipeä, syötetään tulipesään halutun kokoisina pisa- & roina polttoaineen syöttöön suunniteltujen suuttimien kautta.

Pisaroidun polttoai- S nesyötön ja hallitun paloilman syötön tuloksena saavutetaan tulipesässä hallittu pa- N lamisprosessi.

Soodakattilan ilmasuuttimet ovat kattilan toiminnan kannalta kriittisiä komponent- teja, joiden käyttöolosuhteet ovat erittäin vaativat. Tulipesän lämpötila ilmasuutti- mien eri korkeusasemissa vaihtelee tyypillisesti välillä 600 — 1200 Celsiusastetta. Korkean lämpötilan aiheuttaman korroosio-ongelman lisäksi palokaasut ovat kemial- — lisesti erittäin syövyttäviä emäksisiä kaasuja.

Ilmasuuttimien osalta erityisen ongelman muodostaa lisäksi ilmasuuttimen jättöpää- hän syntyvä pyörrevirtaus, joka palakaasuissa oleviin kiinteisiin partikkeleihin yhdis- tettynä aikaansaa voimakkaan eroosion sekä korroosion ilmasuuttimen kärkeen ja —myösrakokorroosion ilmasuuttimen jättöpään kärkiosan ja ilmasuuttimien asennus- aukon ohitusputkien liitoskohtaan. Korkeasta lämpötilasta ja pyörrevirtauksesta joh- tuen nykyisin käytössä olevien ilmasuuttimien ohuet kärkiosat pyrkivät palamaan, mikä aiheuttaa kärkiosan vaurioita ja aiheuttaa säännöllistä huoltotarvetta. Pyörre- virtaus aikaansaa voimakkaan eroosion erityisesti tulipesän kattilaputkiston läpime- —noaukkoa rajaaviin ohitusputkiin. Nykyisin käytössä olevien ilmasuuttiimien kär- kiosien vaurioituminen johtuu suurelta osin suuttimen puutteellisesta jäähdytyksestä sekä ohuesta rakennepaksuudesta suuttimen kärjessä.

Nykyisin käytössä olevat ilmasuuttimet ovat tyypillisesti joko hitsattua levyraken- — netta tai enenevässä määrin valettuja komponentteja. Nykyisin käytössä olevat suuttimet ovat rakenteeltaan sen tyyppisiä, että ne ovat vain osittain kosketuksessa asennusaukon ohitusputkiin ja siitä johtuen ilmasuuttimen jäähdytys on rajallista. Nykyisin käytössä olevat ilmasuuttimet ovat tyypillisesti asennettu ja vaihdettavissa tulipesän seinäputkiston ulkopuolelta, jolloin ilmasuuttimien vaihtotyö on myöskin o 25 — hankalaa, koska tulipesän ulkopuolella sijaitsevat ilmansyöttökanavat sekä säätölait- O teet ja varusteet joudutaan vähintään suuttimien kohdalta purkamaan ilmasuutti- se mien vaihtotyön mahdollistamiseksi.

o = Edellä kuvattujen ilmasuuttimien teknisten ongelmien aiheuttama kunnossapitotyö > 30 ja säännöllinen vaihtotarve aiheuttavat merkittäviä huoltokustannuksia, etenkin kat- 5 tilan käyttöseisokkien muodossa, jolloin tyypillisesti koko selluloosan valmistuspro- N sessi joudutaan pysäyttämään soodakattilan huoltotyön johdosta.

N

Seuraavassa esitellään joitain tyypillisiä ilmasuutinrakenteita patenttikirjallisuudesta löydettävien esimerkkijulkaisujen avulla. Suomalainen patenttijulkaisu FI103904 kuvaa levysuuttimen jäähdytysratkaisua, — jossa tulipesään puhallettavaa ilmaa hyödynnetään ilmasuuttimen jäähdytyksessä. Suomalainen patenttijulkaisu FI104993 esittelee ilmasuuttimen rakenneratkaisun, jossa levyrakenteiseen ilmasuuttimen virtauskanavaan on lisätty massiivinen lisäkap- pale, jonka materiaalitekniset ominaisuudet parantavat julkaisun mukaan suuttimen — kestävyyttä sekä jäähdytyksen paranemisen että sularoiskeiden keston suhteen. Ratkaisu on kehitetty erityisesti lähellä kattilan pohjan sula-alueella sijaitsevien, niin kutsuttujen primääri-ilmasuuttimien osalle. Japanilaisessa julkaisussa JPH10298887 kuvataan ilmasuuttimen korroosionkeston — parantamista materiaaliteknisin keinoin erikoisseostuksella. Suomalainen patenttijulkaisu FI100429 esittelee levyrakenteisen ilmasuutinkonstruk- tion, jossa ilmasuuttimen suutinpesä on kaasutiiviisti kiinnitetty kiinteäksi raken- teeksi tulipesä putkiseinämään ja suutinpesän sisälle on sijoitettu levyrakenteinen — erillinen vaihdettava suulakeosa. Yhtenä sovellutuksena suutinpesän kaasutiiviistä kiinnityksestä tulipesän seinämään on mainittu hitsausliitos. Julkaisussa ei esitetä ratkaisua ilmasuuttimen jäähdyttämiseen eikä suuttimen kärkiosaa ja sen viereisiä ohitusputkia kuluttavan pyörrevirtausongelman eliminoimiseen. Ratkaisu on kehi- tetty erityisesti lähellä kattilan pohjan sula-alueella sijaitsevien, niin kutsuttujen pri- o 25 — määri-ilmasuuttimien osalle.

S se Nyt esitettävän keksinnön mukaisella ilmasuuttimen rakenteella pystytään minimoi- o maan edellä esitetyt tekniset ongelmat ja sitä kautta pystytään merkittävästi pienen- = tämään huoltoon liittyviä suoria ja välillisiä kustannuksia. * 30 & Keksinnölle on tunnusomaista se, että ilmasuutin käsittää kaksi erillisistä osittain si- S säkkäin asennettavaa rakenneosaa, runko-osan ja vaihto-osan, jotka yhteen liitet- N tynä ja kattilan yhteyteen asennettuna muodostavat putkimaisen ilmasuuttimen. II- masuuttimen runko-osa on irrotettavasti kiinnitetty kattilan tulipesän ulkopuolella putkiseinämässä sijaitsevaan rakenteeseen, esimerkiksi asennuskoteloon.

Ilmasuut- timen runko-osaan irrotettavasti liitettävä vaihto-osa asennetaan ilmasuuttimen runko-osan yhteyteen tulipesän sisäpuolelta.

Vaihto-osan jättöpään kaulus on muo- toiltu siten, että se tiivistää vaihto-osan ja ilmasuuttimen asennusaukon ohitusput- — kien välisen saumakohdan mahdollisimman tiiviiksi.

Tiivistystä voidaan tarvittaessa täydentää ohuella tiivisteellä pintojen välissä.

Ilmasuuttimen runko-osa on pitkäikäi- nen komponentti, jonka huolto- tai vaihtotyön tarve on pystytty keksinnön mukai- sessa ratkaisussa eliminoimaan.

Ilmasuuttimen runko-osa on asennettu tulipesän putkiseinän ulkopuolelle.

Myöskin ilmanjakokanavien ja säätölaitteiden purkutarve — vaihto-osan vaihdon yhteydessä on kokonaan eliminoitu, jolloin ilmasuuttimien huol- toon tarvittava työmäärä on minimoitu.

Vaihto-osan ja runko-osan irrotettava liitos on varmistettu mekaanisella liitoselimellä.

Keksinnölle on lisäksi tunnusomaista se, että vaihto-osan jäähdytystä on tehostettu — muotoilemalla vaihto-osa siten että kosketuspinta kattilaputkiin on maksimoitu kon- vektioon perustuvan jäähdytyksen parantamiseksi.

Ratkaisulla pystytään vähentä- mään erityisesti vaihto-osan jättöpään lämpökuormaa.

Keksinnölle on lisäksi tunnusomaista se, että vaihto-osan jättöpään kaulus suojaa il- —masuuttimen asennusaukon ohitusputkia, jolloin pyörrevirtausilmiö vaihto-osan ja ohitusputkien rajapinnassa pystytään suurelta osin eliminoimaan.

Seuraavassa keksintöä esitellään piirustusten avulla, joista: o 25 —Kuvio1 esittää paikalleen asennetun ilmasuuttimen vaihto-osan (2) kauluksen O (10) sijoittumista asennusaukkoon katsottuna tulipesän sisäpuolelta, 3 o Kuvio 2 esittää leikkausta A - A kuviosta 1, ja j Kuvio3 esittää leikkausta B — B kuviosta 1. S Kuviossa 1 kuvataan paikalleen asennetun ilmasuuttimen vaihto-osan (2) kauluksen N (10) sijoittuminen asennusaukkoon katsottuna tulipesän sisäpuolelta.

Tulipesän put- kiseinärakenteessa asennusaukkoa rajaavat ohitusputket (4) on muotoiltu siten, että asennusaukko muodostuu taivutettujen putkien (4) väliin. Normaali tulipesän putki- seinärakenne muodostuu pystysuuntaisista kattilaputkista (4), joiden välissä hitsat- tuna rakenteena on levymäinen evä (5). Kuviossa vaihto-osan (2) kaulus (10) peit- tää osittain asennusaukkoa rajaavia ohitusputkia (4), enintään keskiviivan (6) ta- 5 — solle, jolloin minimoidaan suuttimesta tulevan ilmavirtauksen aiheuttaman pyörrevir- tauksen vaikutus asennusaukkoa rajaaviin ohitusputkiin (4). Vaihto-osan kauluksen reuna on kuviossa esitetty viitenumerolla (7). Kuviossa 2 esitetään leikkausta A — A kuviosta 1. Ilmasuuttimen runko-osa (1) on ir- — rotettavasti kiinnitetty asennuskoteloon (3), joka on kiinteänä osana kattilaputkistoa. Ilmasuuttimen vaihto-osa (2) on asennettu paikalleen siten, että se tukeutuu runko- osassa (1) olevaan liitospintaan. Ilmasuuttimen runko-osa (1) ja vaihto-osa (2) muodostavat paikalleen asennettuna virtauskanavan ilmavirralle (8). Vaihto-osa (2) kiinnitetään irrotettavasti runko-osaan (1) siten, että se tukeutuu runko-osassa ole- — van liitospinnan lisäksi ohitusputkien (4) pintaan ja ohitusputkien (4) väliseen evään (5). Vaihto-osan (2) kiinnitys runko-osaan (1) varmistetaan sinänsä tunnetuilla luki- tuselimillä ilmasuuttimen ilma-aukon sisäpuolelta esimerkiksi lukitustapilla. Kuviossa 3 on esitetty leikkaus B — B kuviosta 1. Ilmasuuttimen runko-osa (1) ja — vaihto-osa (2) ovat muotoiltuja siten, että niiden konvektiopinta on mahdollisimman suuri ohitusputkia (4) vasten olevissa pinnoissa. Tällä muotoilulla maksimoidaan ohi- tusputkissa (4) virtaavan veden aikaansaama jäähdytysvaikutus ilmasuuttimen kom- ponentteihin. Vaihto-osan (2) jäähdytys on kriittinen tekijä ilmasuuttimen käyttöiän kannalta. Kuviossa on runko-osan (1) ja vaihto-osan (2) konvektiopintaa ohitusput- o 25 — kea (4) vasten kuvattu pistekatkoviivalla (9).

N & se Edellä on esitetty keksinnön perusratkaisu ja joitain rakenteellisia edullisia suoritus- o muotoja. Keksintö ei kuitenkaan rajoitu nyt esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan kek- = sinnön perusajatusta voidaan soveltaa erilaisiin suoritusmuotoihin pysyttäessä itse- N 30 — näisen suojavaatimuksen määrittelemän keksinnöllisen perusratkaisun puitteissa. 00 3

S

Claims (6)

Patenttivaatimukset

1. Soodakattilan ilmasuutin polttoprosessissa tarvittavan ilman syöttämiseksi kattilan palotilaan, tunnettu siitä, että ilmasuutin käsittää kattilan tulipesän putkiseinä- — mään, putkiseinämän ulkopuolelle irrotettavasti kiinnitetyn runko-osan (1) ja ilma- suuttimen runko-osaan (1) tulipesän sisäpuolelta irrotettavasti kiinnitettävän vaihto- osan (2), jotka yhteen liitettynä muodostavat yhtenäisen putkimaisen kanavan ilman syöttämiseksi kattilan tulipesään, ja että vaihto-osan (2) toisessa päässä on kaulus (10), joka tukeutuu ilmasuuttimen asennusaukkoa rajaaviin ohitusputkiin (4), kun — vaihto-osa (2) on paikalleen asennettuna, joka on mitoitettu peittämään tulipesän putkiseinämässä olevaa ilmasuuttimen asennusaukkoa rajaavat ohitusputket (4) enintään ohitusputkien (4) keskilinjan (6) tasolle asti ja muotoiltu kattilaputkiston puoleiselta pinnaltaan vastaamaan asennusaukkoa rajaavien ohitusputkien (4) pin- nan muotoa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmasuutin, tunnettu siitä, että vaihto-osan (2) ensimmäinen pää on muotoiltu vastaamaan runko-osassa (1) olevaan liitospintaan ja että vaihto-osan (2) ensimmäinen pää on runko-osan (1) sisällä kun vaihto-osa (2) on liitettynä runko-osaan (1).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmasuutin, tunnettu siitä, että runko-osa (1) on irrotettavasti kiinnitetty kattilan tulipesän ulkopuolelle putkiseinämän ulkopintaan kiinteästi asennettuun asennuskoteloon (3).

_ 25

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmasuutin, tunnettu siitä, että runko-osa (1) O tukeutuu ainakin osittain asennusaukkoa rajaaviin ohitusputkiin (4) ja on kattilaput- N kien puoleisesta päästä muotoiltu oleellisesti vastaamaan ohitusputkien (4) pinta- o muotoa runko-osan jäähdytyksen tehostamiseksi.

= > 30 —

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmasuutin, tunnettu siitä, että vaihto-osan (2) & ja runko-osan (1) liitos on varmistettu mekaanisella kiinnityselimellä, kuten ruuvi- S kiinnityksellä tai lukitustapilla.

N

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen ilmasuutin, tunnettu siitä, että runko- osa (1) ja vaihto-osa (2) ovat valmistettu korkeaa lämpötilaa, mekaanista kulutusta ja voimakasta kemiallista korroosiota kestävästä metallimateriaalista valutekniikalla.

N

O

N

N <Q o

I jami o 0) 00

N

LO

O

N

O

N