Tutkimuskuplapedin tulipesän lämpötilaprofiilin stabilointielementin suunnittelu
Kolehmainen, Marjaana (2013)
Kolehmainen, Marjaana
Savonia-ammattikorkeakoulu
2013
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2013121921871
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2013121921871
Tiivistelmä
Savonia-ammattikorkeakoulun Varkauden koulutusyksikön yhteyteen rakennetaan koevoimalaitos, jossa tulee ole-maan kuplaleijupetikattila. Palamisprosessin kannalta on tärkeää, että lämpötila saadaan kattilassa mahdollisimman tasaiseksi. Tämän vuoksi tutkimuskuplapedin tulipesän lämpötilaprofiiliin tuli suunnitella stabilointielementit.
Tutkimuskuplapeti koostuu erillisistä segmenteistä, joihin kolmeen ylimpään suunniteltiin lämpötilaprofiilin stabiloin-tielementit. Suunnitellut elementit muodostuivat kattilan segmenttien runkoputken sisälle rakennetusta tiiviistä teräslieriöstä, jonka alareunassa olevaan yhteeseen johdettaisiin pellettipolttimesta sisään savukaasua, joka ohjat-taisiin ylöspäin lieriön sisään hitsattuja spiraalin muotoisia kanavia pitkin yläreunassa olevaa savukaasun poistoyh-dettä kohti. Jäähdytyksessä lämpötilaprofiilin stabilointielementtiin ohjattaisiin paineilmaa.
Suunnitelmien tarkemmassa tarkastelussa todettiin, että lämpötilaprofiilin stabilointielementit eivät toimisi niin kuin oli tarkoitus. Koska elementit oli tarkoitus rakentaa kahden keraamisen muurauskerroksen väliin, olisivat materiaalien väliset lämpölaajenemiset aiheuttaneet ilmansyöttö- ja näytteenottoyhdeputkien vääntyilemistä ja materiaalivaurioita sekä keraamisen muurauksen rikkoontumista. Lisäksi materiaalien erilaiset lämpölaajenemiset olisivat aiheuttaneet kattilassa tiiveysongelmia: leijutushiekka olisi karannut tulipesästä ja täyttänyt yhteet ja näin ollen haitannut paloprosessia. Savukaasut olisivat myös voineet päästä voimalaitoksen kattilahuoneeseen.
Lieriömäisistä lämpötilaprofiilin stabilointielementeistä päätettiin luopua ja tehdä tilalle yksi paksumpi keraaminen muuraus sekä sen ja runkoputken väliin valettava eristemassakerros. Runkoputkeen hitsataan ensin yhdeputket paikoilleen ja runkoputken sisälle rakennetaan keraamin valua varten muotti. Kun keraamimassa on kovettunut, poistetaan muotti, minkä jälkeen runkoputki lämpökäsitellään n. 400-asteisessa uunissa, millä poistetaan kosteus keraamista. Keraamin lopullinen poltto tapahtuu kun kattila lämmitetään ensimmäisen kerran.
Tutkimuskuplapedin tulipesän lämpötilaprofiilin stabilointi tapahtuu seuraavasti: ensin lämmitetään hitaasti keraamista muurauskerrosta n. kahdentoista tunnin ajan ennen polttoaineen syöttöä. Jäähdytys hoidetaan johtamalla palamisilman sekaan vähähappista savukaasua, mikä rajoittaa palamisreaktiota.
Keraamin valun yhteydessä pyritään lämpölaajenemisen aiheuttamia tiiveysongelmia poistamaan yhdeputkien ja segmenttien väliin asennetuilla joustavilla keraamisilla eristevillakerroksilla.
Tutkimuskuplapeti koostuu erillisistä segmenteistä, joihin kolmeen ylimpään suunniteltiin lämpötilaprofiilin stabiloin-tielementit. Suunnitellut elementit muodostuivat kattilan segmenttien runkoputken sisälle rakennetusta tiiviistä teräslieriöstä, jonka alareunassa olevaan yhteeseen johdettaisiin pellettipolttimesta sisään savukaasua, joka ohjat-taisiin ylöspäin lieriön sisään hitsattuja spiraalin muotoisia kanavia pitkin yläreunassa olevaa savukaasun poistoyh-dettä kohti. Jäähdytyksessä lämpötilaprofiilin stabilointielementtiin ohjattaisiin paineilmaa.
Suunnitelmien tarkemmassa tarkastelussa todettiin, että lämpötilaprofiilin stabilointielementit eivät toimisi niin kuin oli tarkoitus. Koska elementit oli tarkoitus rakentaa kahden keraamisen muurauskerroksen väliin, olisivat materiaalien väliset lämpölaajenemiset aiheuttaneet ilmansyöttö- ja näytteenottoyhdeputkien vääntyilemistä ja materiaalivaurioita sekä keraamisen muurauksen rikkoontumista. Lisäksi materiaalien erilaiset lämpölaajenemiset olisivat aiheuttaneet kattilassa tiiveysongelmia: leijutushiekka olisi karannut tulipesästä ja täyttänyt yhteet ja näin ollen haitannut paloprosessia. Savukaasut olisivat myös voineet päästä voimalaitoksen kattilahuoneeseen.
Lieriömäisistä lämpötilaprofiilin stabilointielementeistä päätettiin luopua ja tehdä tilalle yksi paksumpi keraaminen muuraus sekä sen ja runkoputken väliin valettava eristemassakerros. Runkoputkeen hitsataan ensin yhdeputket paikoilleen ja runkoputken sisälle rakennetaan keraamin valua varten muotti. Kun keraamimassa on kovettunut, poistetaan muotti, minkä jälkeen runkoputki lämpökäsitellään n. 400-asteisessa uunissa, millä poistetaan kosteus keraamista. Keraamin lopullinen poltto tapahtuu kun kattila lämmitetään ensimmäisen kerran.
Tutkimuskuplapedin tulipesän lämpötilaprofiilin stabilointi tapahtuu seuraavasti: ensin lämmitetään hitaasti keraamista muurauskerrosta n. kahdentoista tunnin ajan ennen polttoaineen syöttöä. Jäähdytys hoidetaan johtamalla palamisilman sekaan vähähappista savukaasua, mikä rajoittaa palamisreaktiota.
Keraamin valun yhteydessä pyritään lämpölaajenemisen aiheuttamia tiiveysongelmia poistamaan yhdeputkien ja segmenttien väliin asennetuilla joustavilla keraamisilla eristevillakerroksilla.