СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА В ВАРОЧНОМ КОТЛЕ НА ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОМ ПРЕДПРИЯТИИ
STEAM GENERATION IN BOILING POT AT PULP-AND-PAPER PLANT

Настоящее изобретение относится к способу получения пара из черного щелока из варочного котла на целлюлозно-бумажном предприятии.
В настоящее время в уровне техники используют систему получения волокна с бункером для щепы, в которой пропаривают древесную щепу или другой целлюлозный материал, добавляют жидкость с получением суспензии, с последующим приложением давления к суспензии (эта секция также называется системой питания), поданной в емкость или емкости для обработки (может быть емкость для пропитки, емкость для предгидролиза или другие емкости), с последующей подачей в варочный котел (эта секция также называется системой варки). В настоящее время, по меньшей мере, один поток черного щелока (как правило, при температуре в пределах 110-150°C) отводят из системы варки. Удаленный поток или потоки черного щелока используют в качестве источника тепла для «предварительного нагревания» белого щелока, других потоков черных щелоков и/или других потоков жидкостей, направляемых в систему питания и варки. Затем удаленный поток (или потоки) черного щелока направляют в систему предварительного выпаривания, например, два или более расширительных циклона, где пар получают из горячего черного щелока при его охлаждении, как правило, до температуры в пределах 95-110°C. Из этой точки черный щелок направляют в систему выпаривания в месте сбора. Полученный таким образом пар мгновенного испарения используют для предварительного пропаривания щепы перед варкой.
Хотя вышеуказанный способ мгновенного испарения из варочного котла непрерывного действия успешно применяют, он имеет недостаток, состоящий в том, что полученный пар содержит летучие вещества, включая соединения серы, которые являются нежелательными при предварительном пропаривании древесной щепы. Как правило, древесную щепу пропаривают при атмосферном давлении или немного выше, при этом остаточные газы, не абсорбированные древесной щепой, должны быть собраны и обработаны. Обработку, как правило, проводят сжиганием в системе для неконденсирующегося газа (NCG) на целлюлозно-бумажном предприятии. Однако система сбора и обработки становится по существу важной, когда используемый пар содержит летучие вещества, включая соединения серы, которые оказывают нежелательное воздействие на окружающую среду, включая ядовитые испарения. Следовательно, предпочтительно использовать источник пара, который минимизирует или позволяет избежать введения летучих веществ в процессе пропаривания.
Пар также необходим для нагревания волокнистого материала до температуры варки в фазе пропаривания в варочном котле. В известных системах для этой цели, как правило, используют пар среднего давления из турбинной установки целлюлозно-бумажного предприятия. Учитывая высокую стоимость энергии, необходимо любое дополнительное увеличение энергоэффективности на целлюлозно-бумажном предприятии.
В патенте США 4944840 описывается процесс, в котором отработанный раствор удаляют из варочного котла многоступенчатым выпариванием. Пар, полученный при многостадийном выпаривании, напрямую подают в зоны пропитки и варки варочного котла для нагревания волокнистого материала.
В патенте SE 453673 описывается способ, в котором волокнистый материал варят в варочной жидкости, подавая при этом пар в верхнюю часть варочного котла, где волокнистый материал и варочную жидкость непрерывно разделяют, варочную жидкость используют повторно. Согласно этому способу часть варочной жидкости удаляют из варочного котла и подают в паропреобразователь для получения пара. Пар подают в варочный котел для нагрева волокнистого материла, подаваемого при заданной температуре.
В патенте США 6722130 описана установка для получения чистого пара из черного щелока. Сначала к черному щелоку прилагают пониженное давление для получения второго щелока с более высокой концентрацией и пара черного щелока, который конденсируют с получением конденсата. Конденсат нагревают при использовании первого щелока и мгновенного испарения с получением чистого пара, который используют в бункере для щепы.
В патенте США 6176971 описана система получения чистого пара, используемого в бункере для щепы. По существу чистый используемый пар получают из горячего отработанного раствора для обработки (например, черный щелок) путем пропускания отработанного раствора через рекуператор с последующим приложением давления (например, эжектор, смесительный насос или компрессор), из рекуператора выпускают чистый пар. Количество полученного чистого пара увеличивается при приложении отрицательного давления на побочный чистый пар в паропреобразователе с эжектором, подающим пар. Приложение пониженного давления на чистый пар гарантирует, что может быть отведено больше тепла из черного щелока, который сам по себе дает большее количество пара, при этом применение пара в эжекторе также вносит свой вклад в доставку больших количеств пара. В этом случае, однако, полученный пар мгновенного испарения состоит из смеси чистого пара, который удален из технологической жидкости, и пара, подаваемого через эжектор из системы паропровода целлюлозно-бумажного предприятия.
Кроме того, в патенте США 6306252 описан способ получения чистого пара, где черный щелок из варочного котла проходит через теплообменник, в котором, например, чистую технологическую воду нагревают, оказываемое на нагретую воду давление снижают в расширительном циклоне, получая, таким образом, чистый пар.
В США 20070131363 описывается способ, включающий получение черного щелока в системе варочного котла с направлением черного щелока в систему выпаривания, без использования какой-либо системы предварительного выпаривания, мгновенное испарение черного щелока в системе выпаривания для получения пара и, по меньшей мере, некоторое количество пара мгновенного испарения используют для пропаривания щепы в бункере для щепы и/или для применения в косвенных теплообменниках в системе варочного котла для предварительного нагревания белого щелока и/или фильтратов, применяемых в системе варочного котла.
В WO 2007073333 описана система и способ получения пара в варочном котле для получения целлюлозной массы. Давление горячего, находящегося под давлением черного щелока из варочного котла на первой стадии снижают для получения пара черного щелока, используемого для предварительного пропаривания щепы на стадии второго предварительного нагревания. Чистый пар для предварительной обработки паром щепы на первой стадии предварительного нагревания получают, нагревая повторно черный щелок, давление которого снижено перед конечным последующим снижением давления, при этом возросшее количество пара черного щелока подают в паропреобразователь для получения чистого пара.
В WO 2008/057040 описан способ, включающий емкость для пропитки, в которой пропитывают щепу, затем щепу подают в следующую емкость варочного котла в теплоносителе. Отводимый черный щелок берут из варочного котла и подают ко дну для нагревания щепы перед выходом из емкости для пропитки. Отвод теплоносителя осуществляют из верхней части варочного котла и подают его в качестве жидкости для пропитки в емкости для пропитки. По меньшей мере, часть теплоносителя, отводимого из верхней части варочного котла, проходит через косвенный теплообменник, в котором отводимый теплоноситель из верхней части варочного котла контактирует при температуре косвенного теплообмена с первой жидкостью для получения пара из первой жидкости. Затем полученный пар подают для предварительной обработки паром перед процессом пропитки для нагревания щепы в указанной позиции предварительной обработки паром.
Известные растворы используют в различных системах для получения чистого пара для нагревания в варочном котле и для увеличения экономии энергии на целлюлозно-бумажном предприятии.
Объект настоящего изобретения относится к улучшенному и альтернативному способу получения чистого пара для предварительной обработки паром древесной щепы за счет утилизации тепла от черного щелока и для получения пара из черного щелока для нагревания волокнистого материала в варочном котле. Дополнительно объект настоящего изобретения относится к получению пара из черного щелока, таким образом, что обработанный черный щелок обладает улучшенными свойствами в отношении дополнительной обработки в месте сбора на целлюлозно-бумажном предприятии. Также объект настоящего изобретения относится к повышению экономии энергии в целом на целлюлозно-бумажном предприятии.
Настоящее изобретение относится к способу получения пара в варочном котле на целлюлозно-бумажном предприятии, где:
a) черный щелок получают в системе варочного котла,
b) первый поток черного щелока удаляют из варочного котла и выпаривают, используя свежий пар в качестве теплоносителя для получения пара, и выпаренный черный щелок имеет повышенное содержание сухих веществ,
c) пар со стадии выпаривания b) используют для нагревания волокнистого материала в варочном котле,
d) второй поток удаленного из варочного котла черного щелока подвергают мгновенному испарению с получением прошедшего мгновенное испарение черного щелока и пара мгновенного испарения, который подают, по меньшей мере, в один теплообменник, предпочтительно, в котел-испаритель, в косвенном теплообменном контакте с чистой выпариваемой жидкостью с получением чистого пара,
e) чистый пар со стадии d) используют для пропаривания щепы, и
f) прошедший мгновенное испарение черный щелок со стадии d) подают на дополнительное выпаривание.
Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения стадию d) проводят, таким образом, что выпаренный черный щелок со стадии b) и второй поток черного щелока, удаленного из варочного котла, комбинируют перед или во время мгновенного испарения. Как правило, выпаренный черный щелок со стадии a) имеет более высокое содержание сухих веществ по сравнению с прошедшим мгновенное испарение черным щелоком со стадии d).
Чистая выпаренная жидкость со стадии d) может представлять собой конденсат выпарного аппарата, деминерализованную воду, питательную воду для котла или достаточно очищенную водную фракцию.
Предпочтительно стадию f) проводят, таким образом, что прошедший мгновенное испарение черный щелок со стадии d) подают на дополнительное выпаривание вместе с выпаренным черным щелоком со стадии b).
Основные идеи настоящего изобретения следующие:
Указанный подаваемый в верхнюю часть варочного котла пар получают, выпаривая отводимый черный щелок в одноступенчатом выпаривателе или многоступенчатом выпаривателе при использовании в качестве теплоносителя свежего пара, и
дезодорированный пар для предварительной обработки паром щепы получают с использованием мгновенного испарения отведенной жидкости и конденсации пара мгновенного испарения в котле-испарителе(ях), в котором для получения дезодорированного пара происходит косвенный теплообмен в котле-испарителе(ях) с конденсатом или достаточно очищенной водой. Затем полученный пар для предварительной обработки паром подают в емкость для хранения и/или емкость для пропаривания.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фигура 1 - схема, иллюстрирующая систему по настоящему изобретению.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фигура 1 иллюстрирует систему получения пара в варочном котле и обработку черного щелока, таким образом, что повышается тепловой коэффициент полезного действия целлюлозно-бумажного предприятия. Система получения волокна, как правило, включает бункер для щепы 10, где проводят пропаривание древесной щепы или другого целлюлозного материала паром с линии 2, добавляют жидкость с получением суспензии с последующим приложением давления к суспензии (эта секция также называется система подачи), за ней следует варочный котел 5 (эта секция также называется системой варки). Перед варочным котлом суспензию необязательно подают и обрабатывают в емкости или емкостях для обработки (может быть емкость для пропитки, емкость для предгидролиза или другие емкости, не показано). Суспензию из щепы и варочной жидкости подают по линии 3 в верхнюю часть варочного котла 5. На фигуре показаны только те компоненты, которые важны для настоящего изобретения, и в системе варочного котла, конечно, могут быть представлены другие типы пропаривания щепы или ее подачи, или циркуляции в варочном котле. По меньшей мере, один поток черного щелока (как правило, при температуре в пределах 120-160°C и с содержанием сухих веществ в пределах 12-17%) отводят из варочного котла 5 по линии 4 и подают дополнительно по линии 5 в выпариватель 6. Необязательно находящийся под давлением фильтр для волокна 7 может быть расположен на линии 5 между варочным котлом и выпаривателем, что позволяет удалять волокно из потока черного щелока при прохождении через фильтр до уровня около 40 частей на миллион. Удаленный из фильтра волокнистый материал в форме суспензии возвращают в варочный котел 5 или систему подачи.
Согласно настоящему изобретению черный щелок выпаривают в выпаривателе 6. Свежий пар (давление пара, как правило, составляет в пределах 6-17 бар (г), и пар может представлять собой пар, удаленный из турбины) подают по линии 8 в теплообменные элементы 9. Как правило, выпариватель представляет собой выпарной аппарат с падающей пленкой раствора, имеющий множество пластинчатых и трубчатых теплообменных элементов. Выпариваемый черный щелок, другими словами, черный щелок, отводимый из варочного котла, вызывает циркуляцию вдоль внешних поверхностей теплообменных элементов 9. Вторичный пар, полученный в выпаривателе 6, направляют напрямую по линии 11 в верхнюю часть варочного котла 5 для использования в качестве греющего пара. Как правило, пар имеет температуру выше температуры варки, таким образом, волокнистый материал нагревается до температуры варки паром, подаваемым через выходное отверстие для пара варочного котла, который связан с паровым пространством выпаривателя 6. Черный щелок также может быть выпарен в двух или более выпаривателях или многоступенчатом выпаривателе, и получаемые пары с различной температурой могут быть использованы для нагревания волокнистого материала в варочном котле. Содержание сухих веществ в черном щелоке повышено настолько, насколько позволяет в итоге выпаривание в выпаривателе(ях). Свежий пар конденсируют в выпаривателе, и полученный таким образом конденсат свежего пара является чистым и может быть подан по линии 12 в котел-рекуператор целлюлозно-бумажного предприятия, где может быть использован в качестве питательной воды, без проведения процесса очистки.
Количество выпариваемого черного щелока зависит от потока пара, необходимого для варочного котла. Получение избыточного пара черного щелока выпариванием при использовании чистого пара не является преимуществом, это может снизить экономию энергии на целлюлозно-бумажном предприятии.
Горячий черный щелок, удаленный из варочного котла при температуре в пределах 120-160°C и с содержанием сухих веществ 12-17%, также подают по линиям 14, 13 в расширительный циклон 15, где понижают давление раствора для получения пара мгновенного испарения с температурой, как правило, в пределах 100-130°C, и прошедшего мгновенное испарение черного щелока с содержанием сухих веществ, которое может быть увеличено на 2-4% за счет мгновенного испарения. Предпочтительно один или более поток черного щелока, отведенный из варочного котла через выходное отверстие или выходные отверстия и по линиям 4, 14, комбинируют с выпаренным черным щелоком из выпаривателя 6. Поток (кг/сек) выпаренного черного щелока, как правило, меньше, чем поток черного щелока, идущий непосредственно из варочного котла в расширительный циклон. Возможно направить выпаренный черный щелок непосредственно в выпарную установку целлюлозно-бумажного предприятия, но предпочтительно смешивать его с не выпаренным черным щелоком, для того, чтобы утилизировать все доступное тепло при приемлемом уровне температур. Прошедший мгновенное испарение черный щелок подают по линии 18 в выпарную установку целлюлозно-бумажного предприятия, где черный щелок концентрируют до высокого содержания сухих веществ перед сжиганием в котле-рекуператоре.
Энергию пара мгновенного испарения с линии 16 используют в котле-испарителе 17, где пар контактирует в косвенном теплообменнике с «чистой» жидкостью, свободной от летучих веществ, для нагревания воды выше ее точки кипения или точки мгновенного испарения с получением чистого, свободного от летучих соединений, дезодорированного пара. Чистую жидкость подают по линии 21. Как правило, она может представлять собой конденсат выпарного аппарата, деминерализованную воду, питательную воду для котла или достаточно очищенную водную фракцию. Чистый пар, полученный в котле-испарителе, по существу не содержит неконденсирующихся газов по сравнению с паром, полученным непосредственно при мгновенном испарении черного щелока. Чистый пар линии 2 предпочтительно используют для предварительной обработки древесной щепы паром, например, в бункере для щепы 10. В случае его использования для обработки щепы, поскольку пар не вводит летучие вещества в процессе предварительного пропаривания, снижено загрязнение летучими соединениями, которые должны быть собраны и обработаны в NCG системе целлюлозно-бумажного предприятия.
Пар мгновенного испарения черного щелока из расширительного танка содержит летучие вещества, такие как соединения серы. Эти соединения попадают в поток грязного конденсата и концентрированного неконденсирующегося газа (CNCG), который получают в котле-испарителе. Грязный конденсат направляют из котла-испарителя по линии 19 в выпарную установку целлюлозно-бумажного предприятия, где обрабатывают как таковой известным способом. Поток CNCG направляют по линии 20 в конденсатор, например, дополнительный конденсатор варочного котла (не показан).
Настоящее изобретение имеет, по меньшей мере, следующие преимущества:
- увеличение экономии энергии на целлюлозно-бумажном предприятии, поскольку увеличивается содержание сухих веществ в черном щелоке, подаваемом в выпарную установку. Повышенное содержание сухих веществ является следствием мгновенного испарения удаляемого раствора и того факта, что это не прямое использование пара в варочном котле. Снижается потребление пара, и требуется снижение производительности выпарной установки целлюлозно-бумажного предприятия.
- Инвестиционные расходы в выпарную установку снижаются за счет снижения требуемой производительности.
- Возврат конденсата свежего пара увеличивается и, следовательно, в целом на целлюлозно-бумажном предприятии снижается потребление пара.
- В целом улучшается регенерация метанола в системе целлюлозно-бумажного предприятия, поскольку первые фракции воды, выпаренной из черного щелока, могут быть сконденсированы в специально предназначенных теплообменниках (выпариватель и котел испаритель).