ÅNG- OCH VÄRMETEKNISKA ANORDNINGAR VID
ÖSTRANDS SULFATFABRIK.

Föredrag, hållet vid Svenska Pappers och Cellulosaingeniörsföreningens vintermöte den 5 mars 1933 av ingeniören vid Mellersta och Norra Sveriges Ångpanneförening
Gustaf Edling.

Inledning.

Östrands Sulfatfabrik har ägnats så mycket intresse såväl i dagspressen som i tekniska tidskrifter, att densamma till sina allmänna anordningar numera torde vara rätt väl känd inom intresserade kretsar. Jag vill därför vid detta tillfälle icke upptaga tiden med att ingå på någon detaljbeskrivning av anläggningen utan kommer i stället uteslutande att något närmare uppehålla mig vid de ångproducerande och ångkonsumerande avdelningarna i fabriken, och vidare kommer jag att ägna någon tid åt frågor, sammanhängande med kraftförsörjningen.

Fabriken är som bekant byggd för en produktion av 75.000 tons kraftmassa pr år med utbyggnadsmöjlighet inom befintliga lokaler till 100.000 tons. Den har nu varit i drift omkring 8 månader och köres för närvarande med en produktion motsvarande 85.000 á 90.000 tons pr år.

Till en allmän orientering skall jag först visa ett kopplingsschema, av vilket i princip framgår anläggningens anordning i vad det rör de värmetekniska förhållandena (fig. 5).

Som av detta schema framgår, levereras ånga såväl från koleldade pannor som från sodahusets ångpannor på gemensamt ångledningsnät. Ångan vid c:a 25 atö:s tryck leds till sin huvudsakliga del genom en avtappningsmottrycksturbin, där den expanderar till 10 resp. 2 atö för att därefter förbrukas i fabriken. En del av högtrycksångan kan före turbinen avtappas till en Ruthsackumulatoranläggning. Kondenseringsturbinen erhåller ånga antingen från 10 atö-nätet vid avtappningsturbinen eller direkt från 25 atönätet.

På schemat har också visats principiella anordningen av matarvattensystemet. Återgående kondensat uppsamlas i 2 st. behållare, utförda för tryck. Erforderligt råvatten underkastas först filtrering och tillföres därefter i de stora matarvattenbehållarna. Värmning av vattnet sker med ånga i två steg, innan detsamma tillförs pannorna.

Sodahuset

I fabrikens sodahus finnas installerade dels ett antal roterare med tillhörande varpor, dels ångpannor med direkt till dem anslutna smältugnar.

Svartluten från tvätteriet indunstas först på vanligt sätt i en kvadrupelvacuumanläggning till lämplig styrka. Den slutliga indunstningen av luten äger sedan rum i varporna och roterarna. Den stoftmängd, som inte förbrukas vid roterarna, överförs genom stålbandstransportör till smältugnarna vid pannorna.

Trots att roterare och varpor och deras dimensionering utgöra ett i och för sig mycket intressant men relativt svårbehandlat kapitel, nödgas jag i detta sammanhang förbigå denna fråga och konstaterar endast, att varpor och roterare till sin principiella utformning icke skilja sig från det utförande som i allmänhet används.

Sodahusångpannorna ha möjligen däremot något mera av allmännare intresse att erbjuda.

Dessa pannor är utförda med en eldyta av 500 m² pr panna och arbetar i likhet med pannhusets pannor med ett ångtryck av 25 atö (fig. 5).

Som av bilden framgår utgöras pannornas eldytor av i huvudsak vertikalt ordnade vattenrör, vilka förbinda pannornas fyra domar för vatten och ånga.

Som jag längre fram närmare kommer att påvisa, är det av en mycket stor betydelse för alstringen av mottryckskraft, att den ånga, som erhålls från sodahuset, är överhettad. Detta innebär en sedan länge känd sanning. Så vitt jag känner till har emellertid icke tidigare någon sodahusångpanna blivit utrustad med överhettare för här ifrågavarande tryck och temperatur.

Östrandspannorna är emellertid försedda med överhettare, i vilka den alstrade ångan överhettas till c:a 370° C. Dessa överhettare är utförda med vertikala, hängande rörslingor, vilken konstruktion har valts med hänsyn till möjligheten att hålla rören utvändigt fria från sotbeläggningar.

Det måste erkännas, att arrangemanget med överhettare, inbyggda direkt i sodahusångpannorna, valdes med viss tvekan med hänsyn till den stora benägenhet för igensättning på rökgassidan, som sådana pannor tyvärr bruka uppvisa. Enligt undertecknads mening fanns emellertid icke många andra möjligheter att välja på för sodahusångans överhettning, och driften har för övrigt visat, att farhågorna beträffande överhettarnas arbete och eventuella igensättning var fullständigt obefogade. Överhettningstemperaturen från sodahusångpannorna är minst lika pålitlig som från de direkteldade kolpannorna.

För rengöring av sodahuspannornas eldytor på rökgassidan är ett antal sotapparater fast inbyggda, vilka arbeta med ett ångtryck av c:a 9 atö. Uppkomna beläggningar på eldytan är icke av svårare beskaffenhet än att en tillfredsställande rengöring under veckan i allmänhet erhålls enbart genom ångsotning en gång pr skift. Om så skulle erfordras, kan emellertid en kompletterande rengöring under gång eller vid stillestånd lätt ske genom skakning av vattenrör och överhettarslingor utifrån. Ett antal små sotluckor är för detta ändamål placerade i murverket, så att varje rör och varje rörslinga är åtkomlig.

Varje sodahusångpanna får förbränningsgaser från 3 st. direkt anslutna smältugnar, och ångavgivningen från pannorna år naturligtvis i första hand beroende på hur dessa smältugnar arbeta. Vid god beskaffenhet hos stoftet uppgår ångavgivningen pr panna till 12 ton pr timme och däröver. Beräknat på panneldytan motsvarar 12 ton ånga en belastning pr m² eldyta och timme av c:a 15.300 cal.

På grund av de variationer, som i vanlig rådrift alltid förekommer, ligger naturligtvis veckomedeltalen för belastningen något lägre. Ett gott genomsnittsvärde torde betecknas av siffran 12.000 cal. pr m² eldyta och timme, motsvarande vid Östrands driftförhållanden c:a 19 kg. överhettad ånga pr m² eldyta och timme eller, för jämförelses skull omräknat till mättad ånga, c:a 22 kg. ånga pr m² eldyta och timme.

Vid flertalet sodahusångpannor är det icke möjligt att uppnå ens tillnärmelsevis så höga belastningar, som de anförda siffrorna angiva. Detta gäller naturligtvis i första hand sådana sodahusångpannor, vilka får förbränningsgaser från roterande ugnar.

Att emellertid ångavgivningen pr m² eldyta vid sodahusångpannor, anordnade såsom i Östrand, uppnår så höga värden som i det föregående antytts sammanhänger med och förklaras helt av förhållandena vid det där tillämpade sodahussystemet.

Då det vid pannorna använda bränslet (stoftet) håller endast en ringa halt av fuktighet och då förbränningen kan genomföras med mycket lågt luftöverskott, blir förbränningstemperaturen hög. Då dessutom pannorna är försedda med rikligt dimensionerade strålningsytor i förbränningsrummet, finnas sålunda alla förutsättningar för en hög specifik belastning på eldytan.

Den totala ångproduktionen pr tidsenhet i ett sodahus brukar, så vitt jag vet, alltid uppvisa mycket stora variationer, vilka i sin tur kräva antingen stor ackumuleringsförmåga i ångnätet (genom ackumulator eller dylikt) eller också stor elasticitet i ångavgivningsförmågan hos de direkteldade ångpannorna.

Som ett intressant förhållande kan jag nämna, att ångavgivningen från sodahuset i Östrand under normal gång ligger mycket konstant. Detta sammanhänger dels därmed att värmetillförseln från ugnarna normalt är ganska jämn, dels med att vatteninmatningen i pannorna regleras genom automatiska regulatorer, vilka just vid sodahusångpannor i allmänhet är av mycket stor fördel.

I likhet med vid de koleldade pannorna kontrolleras även vid sodahusångpannorna förbränningen genom kontinuerligt arbetande rökgaskontrollapparater, och dragreglering och sekundärlufttillförsel äger rum med ledning av dessa apparater.

Till varje sodahusångpanna är direkt ansluten en 600 m² kamflänsekonomiser. För närvarande användes det värme, som upptas ur rökgaserna, i dessa ekonomisers till värmning av förbrukningsvatten. En omkoppling kommer emellertid att utföras, så att de tillvaratagna calorierna blir utnyttjade för mera högvärdigt ändamål.

Temperaturen på rökgaserna från ångpannorna ligger vid ett veckomedelvärde av omkring 120°C efter ekonomisers vid en CO₂-halt av 13-15%, vilket betecknar ett mycket fullständigt utnyttjande av rökgasvärmet.

Sodahusets ekonomi.

Den ångmängd, som pr ton massa räknat kan erhållas från sodahuset, är beroende på styrkan av den ingående luten till varporna. Jag har i en kurva angivit sambandet mellan dessa båda variabler. Kurvan är naturligtvis uppgjord enligt erfarenhet och under vissa förutsättningar, eftersom ju ångmängden ingalunda är till sin storlek beroende enbart av ingående lutens Bé-tal, vilket tal ju för övrigt i sig själv icke utgör något exakt uttryck för svartlutens sammansättning (fig. 6).

För ekonomiskt bedömande är det av intresse att studera mängden av den nettoånga, som erhålls som skillnad mellan den ena sidan den ånga, som produceras i sodahuset, och å den andra sidan den ånga, som förbrukas för lutens förtjockning i avdunstningen. Denna ”nettoångmängd” är också representerad i diagrammet i en kurva. Av denna framgår, att mängden ”nettoånga” till en början rätt hastigt stiger med ökande Bé-tal, men att ökningen vid högre Bé-tal blir mindre, kraftigt framträdande.

Vid beräkning av kurvan för ”nettoångmängden” i det föregående har beträffande tunnluten förutsatts, att densamma före avdunstningen har en styrka av 10°Bé, och att i avdunstningsanläggningen, arbetande med vacuum och i kvadrupeleffekt, kan erhållas en avdunstning av c :a 3,2 kg. vatten pr tillförd kg. ånga.

Även om av kurvan skulle kunna synas framgå, att driftförhållandena blir gynnsammare med hänsyn till värmeekonomien ju högre Bé-tal luten har före inloppet i varporna, gäller detta i själva verket endast till en viss gräns. Övriga förhållanden än Bé-talet spela in och detta gör, att ur värmeekonomisk synpunkt sett optimum enligt min mening ligger vid en ingående lutstyrka till sodahuset av c:a 22°Bé, vid de förhållanden beträffande anordningar och enhetsdimensioner, som är för handen i Östrand.

Beträffande de angivna ångmängderna har jag förutsatt, att vid ångalstringen i sodahuset r kg. ånga tillföres 6.40 v. e. under det att i avdunstningen 1 kg. ånga avgiver c:a 520 v.e. Alla lutstyrkor är angivna vid en temperatur av 9O°C.