FI102396B - Menetelmä ja järjestely soodakattilan jäähdytysväliainekierrossa - Google Patents

Description

1 102396

Menetelmä ja järjestely soodakattilan jäähdytysväliainekierrossa

Keksinnön kohteena on menetelmä soodakattilan jäähdytysväliainekierrossa, jolloin soodakattila käsittää jäähdytysväliainekierrolla varustettu-5 jen seinäputkien ja oleellisesti vaakasuuntaisten pohjaputkien rajaaman tulipesän, palamisilman syöttöjärjestelyn ja mustalipeän syöttöjärjeste-lyn, jolloin pohjaputkien muodostaman pohjan päälle syntyy polttopro-sessissa ns. sulakerros.

10 Tunnetusti soodakattilaa käytetään sellunkeittoprosessissa ottamaan talteen sellunkeittoprosessissa käytettäviä kemikaaleja ja tuottamaan höyryä sellunkeittoprosessin eri vaiheisiin. Sellunkeittoprosessin jälkeen käytetty keittoliemi, ns. mustalipeä, erotetaan sellusta ja johdetaan haihduttamon kautta poltettavaksi soodakattilaan. Mustalipeän 15 polttoprosessissa pisaramuodossa oleva mustalipeä kuivuu ja siinä olevat orgaaniset aineet palavat. Jäljelle jäävä jäännös putoaa soodakattilan tulipesän pohjalle, jonne muodostuu ns. sulakerros, joka on muodoltaan kekomainen. Sulakerroksessa tapahtuu myös palamista. Tästä sulakerroksesta johdetaan sula materiaali liuottajaan. Soodakatti-20 la on valmistettu seinäputkien ja pohjan muodostavien pohjaputkien osalta tavallisimmin eväputkista, jotka on liitetty yhteen hitsaamalla tasomaisiksi rakenteiksi. Putkien sisällä on jäähdytysväliainekierto, joka on olennaisesti vesi-höyry-kierto.

25 Soodakattilan pohjan muodostavat pohjaputket on useimmiten lievästi « kallistettu vaakatason suhteen, jotta putken sisälle ei muodostuisi höy-ryfilmiä, vaan jäähdytysväliaine virtaisi tasaisesti putkissa. Kallistus-kulma vaihtelee ollen maksimissaan n. 10°. Polttoprosessin aikana soodakattilan sulakerroksen alin osa on jähmettynyt ja toimii siten 30 eristeenä, joka suojaa pohjan putkia liian korkeilta lämpötiloilta.

Soodakattilan pohjalla oleva sula materiaali on erittäin korrodoivaa. Lisäksi sulan korkea lämpötila asettaa korkeat vaatimukset pohjaputkien materiaalille. Soodakattilan pohjaputkien materiaalina käytetään ylei-35 sesti ns. compound-putkia. Compound-putki on seinämärakenteeltaan kerroksellinen, jolloin ulompi kerros on austeniittista terästä ja sisäpuoli hiiliterästä. Normaaleissa prosessiolosuhteissa, joissa pohjaputket ovat hyvän jäähdytyksen ansiosta jähmettyneen sulamateriaalin peitossa, on 2 102396 pohjaputken ulkopinta eli austeniittinen teräskerros puristusjännityksen alaisena. Tämä johtuu siitä, että austeniittisella teräksellä on suurempi lämpölaajenemiskerroin kuin hiiliteräksellä. Pohjaputkien lämpötila on normaalisti likimain sama kuin soodakattilan painetta vastaava kylläi-5 sen höyryn lämpötila, mikä puolestaan on riippuvainen soodakattilan koosta ja suunnittelupaineesta. Esimerkkinä voidaan mainita soodakattila, jonka suunnittelupaine on 84 bar, jolloin pohjaputkien lämpötila on n. 310°C.

10 Soodakattilan pohja on erittäin kriittinen suunnittelukohde soodakattilassa. Tämä johtuu ensinnäkin siitä, että mikäli pohjaputkissa jäähdy-tysväliainekierto jostain syystä häiriintyy, seurauksena on pohjaputkien lämpötilan hyvin nopea nousu. Tällöin pohjaputken sisälle muodostunut höyry on kerrostuneena pohjaputken yläosaan, mikä johtuu höyryn ja 15 veden välisestä tiheyserosta. Mikäli pohjaputkien kallistuskulma vaakatason suhteen on alle 9°, on jäähdytysväliainekierron häiriintyminen mahdollista jo varsin pienillä lämpövirran tiheyksillä, esim. virtausnopeuden ollessa 1 m/s jo 20 kW/m2 aiheuttaa häiriöitä.

20 On myös mahdollista, että tietyissä prosessiolosuhteissa sulakerros pohjan muodostavien pohjaputkien päällä ohenee hyvin ohueksi tai että soodakattilan pohja jopa paljastuu, jolloin tällä alueella pohjaputkiin kohdistuu yllättäen suuri lämpövirta, josta aiheutuu korkea lämpötila, jopa satoja asteita korkeampi lämpötila kuin normaaleissa prosessiolo-25 suhteissa.

Kun edellä esitettyjen häiriöiden — joko sisäisen jaflai ulkoisen — aiheuttama lämpöshokki kohdistuu pohjaputkiin, ne joutuvat korkean lämpötilan alaisiksi. Tällöin on erittäin todennäköistä, että pohjaputken 30 puristusjännitys ylittää pohjaputken materiaalin myötörajan, eli pohja-putken pintakerros tyssääntyy. Puristuksen aiheuttama voima ei enää • lisää jännitystä, vaan pohjaputken materiaaliin syntyy pysyvä muodon muutos. Näin ollen lämpötilan palautuessa normaalia prosessiolosuh-detta vastaavaksi esim. jäähdytysväliainekierron palautuessa normaa-35 liksi, putken jäähtyminen ei palauta putken materiaalissa vallitsevia jännityksiä takaisin alkutilanteeseen, vaan materiaalin pintakerroksessa jää vallitsevaksi voimakas vetojännitys, joka johtaa pohjaputken säröy-tymiseen.

102396 Säröytyneet pohjaputket on vaihdettava, koska mikäli jäähdytysväliaine eli vesi pääsee soodakattilan tulipesään, on seurauksena sularäjähdys, joka aiheuttaa kattilan vaurioitumisen, pahimmassa tapauksessa koko 5 kattila tuhoutuu ja jopa ihmishenkiä menetetään. Soodakattilan pohjan korjaukset ovat vaikeita ja kalliita toimenpiteitä, koska soodakattilapro-sessi on keskeytettävä, eli soodakattila on ns. ajettava alas ja pohja on puhdistettava ennen kuin pohjaputkia päästään korjaamaan.

10 Edelleen tekniikan tason suhteen viitataan WO-julkaisuun 92/18807. Tästä julkaisusta tunnetaan voimakattila, jonka pystysuuntainen seinä-putkirakenne on muodostettu Kihlatuista putkista. Soodakattilaprosessi eroaa kuitenkin olennaisesti voimakattilaprosessista. Ensinnäkin erona on polttoaine, joka voimakattilaprosessissa on esim. hiili. Mustalipeä on 15 erittäin korrodoivaa ja soodakattilan pohjalle soodakattilaprosessissa kerääntyvää suiakerrosta ei ole missään erityyppistä polttoainetta käyttävässä voimakattilassa. Toisaalta yleensä voimakattiloissa on tuli-pesän pohjalla arina, joka voimakattilatyypistä riippuen on joko leijuari-na, ketjuarina tms. Lisäksi voimakattilan arinassa on yleensä aukkoja 20 palamattoman aineen ja karkean materiaalin poistamiseksi. Soodakattilan pohja taas on täysin umpinainen rakenne.

Edellä esitettyyn viitaten on siis erittäin tärkeää, että soodakattilan pohjan pohjaputkien jäähdytys pystytään varmistamaan mahdollisim-25 man tehokkaasti siten, että mahdolliset soodakattilaprosessissa tapahtuvat häiriötilanteet pystytään ohittamaan ja jäähdytys varmistamaan siten, että pohjaputket kestävät ko. häiriötilanteen. Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä, jolla pystytään mitä suurimmassa määrin poistamaan tunnetussa tekniikan tasossa soodakattiloiden 30 pohjarakenteissa esiintyvät ongelmat ja varmistamaan pohjaputkien jäähdytys ja siten aikaansaamaan pitkäikäinen ja toimintavarma sooda-; kattilan pohja. Näiden tarkoitusten saavuttamiseksi keksinnön mukai selle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että järjestetään ainakin osaan pohjaputkista ainakin osalle niiden pituutta ko. pohjaput-35 kien pituussuuntainen jäähdytysväliaineen neste- ja höyryfaasit sekoittava virtaus. Edellä esitetyllä tavalla jäähdytysväliaine virtaa esim. kierteisenä ko. pohjaputken sisällä, jolloin kierrevirtaus sekoittaa ja vie mukanaan pohjaputken yläosaan mahdollisesti höyrystyvän höyryn, jolloin 4 102396 siis estetään eristävän höyrykerroksen syntyminen. Näin ollen lämmönsiirto sulakerroksesta lämmönsiirtoväliaineeseen tapahtuu kaikissa olo-5 suhteissa hyvällä lämmönsiirtokertoimella, jolloin vältetään pohjaput-kien lämpötilan äkilliset nousut soodakattilaprosessin prosessiolosuh-teiden mahdollisesti vaihdellessa.

Edullisesti lämmönsiirtoväliaineen neste- ja höyryfaasin sekoittava vir-10 taus on kierrevirtaus, joka aikaansaadaan pohjaputkien sisäpinnan muotoilulla ja/tai syöttämällä jäähdytysväliaine ko. pohjaputkiin jo valmiiksi kierrevirtauksena.

Keksinnön kohteena on myös järjestely soodakattilan jäähdytysväliai-15 nekierrossa, jolloin soodakattila käsittää jäähdytysväiikierrolla varustettujen seinäputkien ja oleellisesti vaakasuuntaisten pohjaputkien rajaaman tulipesän, palamisilman syöttöjärjestelyn ja mustalipeän syöttöjär-jestelyn, jolloin pohjaputkien muodostaman pohjan päälle syntyy poltto-prosessissa ns. sulakerros. Järjestelylle on pääasiassa tunnusomaista 20 se, että ainakin osa pohjaputkista on sisäpinnaltaan ainakin osalla pohjaputkien pituutta varustettu elimin ko. pohjaputkien pituussuuntaisen kierrevirtauksen aikaansaamiseksi. Tällä järjestelyllä saavutetaan edellä esitetyt menetelmätekniset edut.

25 On edullista, että elimet kierrevirtauksen aikaansaamiseksi on muodostettu pohjaputkien sisäpintaan tehdyllä rihlauksella.

Edelleen pohjaputket on edullista valmistaa hiiliteräksestä tai ns. com-pound-teräksestä, jonka ulkokerros on austeniittistä terästä ja sisäker-30 ros on hiiliterästä.

Pohjaputket on edullisesti kallistettu maksimissaan 10° vaakatason suhteen.

35 Pohjaputket on valmistettu eväputkista, jotka on hitsattu yhteen umpinaisiksi tasorakenteiksi.

5 102396

Keksinnön kohteena on lisäksi rihiattujen tai vastaavien putkien käyttö ainakin osassa soodakattilan pohjan pohjaputkia ainakin osalla pohja-putkien pituutta pohjaputkien pituussuuntaisen jäähdytysväliaineen höyry- ja nestefaasit sekoittavan virtauksen, erityisesti kierrevirtauksen 5 aikaansaamiseksi.

Soodakattilarakenteet ovat sinänsä tunnettuja rakenneratkaisuiltaan, joten niitä ei lähemmin tässä yhteydessä selvitetä. Soodakattilapro-sessin suhteen viitataan julkaisuun FI-85187. On huomattava, että kier-10 revirtausta voidaan tehostaa syöttämällä jäähdytysväliaine valmiina kierrevirtauksena pohjaputkiin.

«

Claims (8)

1. Menetelmä soodakattilan jäähdytysväliainekierrossa, jolloin soodakattila käsittää jäähdytysväliainekierrolla varustettujen seinäputkien ja 5 oleellisesti vaakasuuntaisten pohjaputkien rajaaman tulipesän, pala-misilman syöttöjärjestelyn ja mustalipeän syöttöjärjestelyn, jolloin pohjaputkien muodostaman pohjan päälle syntyy polttoprosessissa ns. su-lakerros, tunnettu siitä, että järjestetään ainakin osaan pohjaputkista ainakin osalle niiden pituutta ko. pohjaputken pituussuuntainen jäähdy-10 tysväliaineen höyry- ja nestefaasit sekoittava virtaus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysväliaineen höyry- ja nestefaasit sekoittavaksi virtaukseksi muodostetaan kierrevirtaus. 15

3. Järjestely soodakattilan jäähdytysväliainekierrossa, jolloin soodakattila käsittää jäähdytysväliainekierrolla varustettujen seinäputkien ja oleellisesti vaakasuuntaisten pohjaputkien rajaaman tulipesän, pala-misilman syöttöjärjestelyn ja mustalipeän syöttöjärjestelyn, jolloin poh- 20 japutkien muodostaman pohjan päälle syntyy polttoprosessissa ns. su-I a kerros, tunnettu siitä, että ainakin osa pohjaputkista on sisäpinnaltaan ainakin osalla ko. pohjaputkien pituutta varustettu elimin ko. pohjaputkien pituussuuntaisen kierrevirtauksen aikaansaamiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että eli- met pohjaputkien pituussuuntaisen kierrevirtauksen aikaansaamiseksi on muodostettu pohjaputkien sisäpintaan tehdyllä rihlauksella.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että 30 pohjaputket on valmistettu hiiliteräksestä tai ns. compound-teräksestä, jonka ulkokerros on austeniittistä terästä ja sisäkerros on hiiliterästä.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että pohjaputket on kallistettu maksimissaan 10° vaakatason suhteen. 35

6 102396

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että pohjaputket on valmistettu eväputkista, jotka on hitsattu yhteen umpinaiseksi tasorakenteeksi. 7 102396

8. Rihlattujen tai vastaavien pohjaputkien käyttö ainakin osassa soodakattilan pohjan muodostavia pohjaputkia ainakin osalla niiden pituutta pohjaputkien pituussuuntaisen neste- ja höyryfaasit sekoittavan vir-5 tauksen, erityisesti kierrevirtauksen aikaansaamiseksi. 102396