Elektrolyyttitornien lautashajottimien korvaaminen suuttimilla

Abstract

Boliden Kokkola Oy:n elektrolyysiosastolla käytetään elektrolyyttiliuoksen jäähdyttämiseen lautashajottimilla varusteltuja jäähdytystorneja. Lautashajottimet pisaroivat liuoksen tornin yläosassa, ja tornin alaosasta puhalletaan ilmaa liuospisaroita vastaan. Suuttimilla saataisiin aikaan lautashajottimia pienempiä pisaroita, jolloin aineen- ja lämmönsiirtopinta-­ala, ja näin jäähdytydteho, kasvaisi. Työn tarkoituksena oli selvittää suuttimien toimivuutta jäähdytystornissa.

Ensimmäisen liuospiirin ensimmäisen tornin 32 lautashajotinta korvattiin 12 aksiaalisella täyskartiosuuttimella. Suuttimien sisällä oli x:n mallinen virtauksenohjain. Tornille tehtiin myös oma syottölinja, johon liuosta syötti yksi kuumaliuospumpuista.

Koeajan jäähdytystornin puhaltimen kierrosnopeutta, pumpun tehoa, painetta suuttimilla sekä liuoksen syöttö- ja lähtölämpötilaa tarkkailtiin ja säädettiin valvomosta. Koeaikana tutkittiin maksimiliuosvirtausta säätämälla pumpun kierroksia sekä lukemalla saadut liuosvirtaukset valvomosta. Ilmavirtausta tornin läpi tutkittiin muuttamalla puhaltimen kierros­nopeuksia ja mittaamalla anemometrillä ilmavirtauksen nopeuksia tornin yläosasta ja pu­haltimen suuaukolta. Jäähdytystehoa tutkittiin asettamalla puhallin täydelle teholle ja mit­taamalla ilmavirran nopeuksia, kosteutta ja lämpötilaa eri liuosvirtauksilla. Jäähdytysteho määritettiin myös liuosvirtauksen lämpötilaerojen perusteella sekä määritettiin haihtuma kerättyjen tietojen perusteella.

Jäähdytystorni oli koekäytössä 20.2.-2.4.2007. Ajot jouduttiin lopettamaan, sillä syöttölin­jasto kärsi pahoin syöpymisestä, mikä luultavasti johtui sähkökemiallisesta korroosiosta. Myös suuri kuumaliuospumppu kärsi pienista ajoista.

Aksiaaliset täyskartiosuuttimet eivät soveltuneet kokeiden perusteella elektrolyyttitornei­hin, sillä paine suuttimilla nousi liian suureksi, eikä suuttimien läpi saatu menemaan tar­peeksi liuosta. Näin koetornin jäähdytysteho jäi pienemmaksi kuin normaalikäytössa ollei­den tornien. Suuttimet myös tukkeutuivat herkästi.

Torneille voisi suositella tangentiaalisten onttokartiosuuttimien kokeilua, sillä niissä ei ole tukkeutumista aiheuttavaa virtauksenohjainta. Onttokartiosuuttimilla myös saadaan aikai­seksi pienempiä pisaroita kuin täyskartiosuuttimilla.

The present cooling system for electrolyte solution at the electrolytic department in Boliden Kokkola Oy is using cooling towers with disciform diffusers inside the towers. The disciform diffusers disperse the solution to drops in the upper part of the tower, and a cooling air fan blows air towards the drops from the bottom part of the tower. Nozzles would disperse smaller drops, and so increase the area of evaporation and exchange of heat. This would lead to a better cooling capacity. The aim of the thesis was to determine how the nozzles would function in the cooling tower.

Twelve axial full-cone nozzles with x-style swirl inserts were installed in one cooling tower. A feed pipe of its own was also installed in the tower and one of the four big feed pumps fed the solution to the tower.

The engine output of the fan, pump output, pressure in the nozzles and temperatures of the solution were monitored and saved. The maximum volume flow of the solution to the nozzles was examined by changing the pump output. The air flow through the tower was measured with different engine outputs of the fan. The cooling capacity was examined by measuring the speed, temperature and humidity of the air flow with different flow rates of the solution. The cooling capacity was also measured by help of temperature differences in the solution.

The cooling tower was used from 20th February to 2nd April. The feed pipes probably suffered from electrochemical corrosion, so the use of the tower had to be ceased. The big feed pump also suffered from a slight use of only one tower.

The results showed that the axial full-cone nozzles were not suitable for the electrolyte towers, because the pressure in the nozzles became too high, and so the solution flow to the nozzles was too slight. This led to that the cooling capacity was lower than in the towers with normal use. The nozzles also clogged easily.

It would probably be good to try tangential hollow-cone nozzles in the towers, because they don't have x-style swirl inserts, and so they won't clog so easily. Hollow-cone nozzles also create smaller drops than full-cone nozzles.