СПОСОБ И СИСТЕМА РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РАБОТЕ АППАРАТА-РАСТВОРИТЕЛЯ КОТЛА РЕГЕНЕРАЦИИ ХИМИКАТОВ
METHOD AND SYSTEM FOR HEAT REGENERATION IN RELATION TO OPERATION OF SOLVENT APPARATUS OF CHEMICAL REGENERATION BOILER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу и системе для регенерации тепловой энергии, образующейся при работе аппарата-растворителя котла регенерации химикатов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При производстве бумажной массы для регенерации химических реагентов из производственного процесса для повторного использования их в технологическом процессе применяют котлы регенерации химикатов. В ходе процесса, протекающего в котле регенерации химикатов, выделяется тепло, которое обычно регенерируют и используют для получения пара, который в свою очередь перерабатывают в электроэнергию с помощью паровых турбин. В процессе регенерации химикатов образуется плав, имеющий температуру приблизительно от 700 до 900°С. Плав перемещают в аппарат-растворитель, где плав растворяют в растворителе, таком как слабый белый щелок, и получают зеленый щелок.
Как правило, зеленый щелок выгружают из аппарата-растворителя и направляют на стадию каустизации. В процессе каустизации из зеленого щелока регенерируют слабый белый щелок. При каустизации в качестве одного из продуктов образуется слабый белый щелок, который обычно перемещают обратно в аппарат-растворитель. Кроме того, слабый белый щелок может применяться для промывки других компонентов в системе, включающей в себя аппарат-растворитель, а также в мокрых скрубберах, таких как скруббер отходящих газов, в качестве инжектируемой жидкости.
Температура раствора в аппарате-растворителе повышается за счет тепловой энергии плава, а также за счет химических реакций, протекающих в аппарате-растворителе. Вследствие этого температура раствора в аппарате-растворителе, как правило, поднимается выше его точки кипения, в результате образуются газы, которые необходимо выпускать из аппарата-растворителя. Такой выпуск газа может быть источником опасности для здоровья и угрозой безопасности персонала, задействованного в процессе, и, кроме того, может быть причиной нежелательных выбросов и потери энергии.
Система, относящаяся к работе аппарата-растворителя котла регенерации химикатов, раскрыта в патентном документе ЕР 1193341 А1.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ регенерации тепла, образующегося при работе аппарата-растворителя котла регенерации химикатов, в соответствии с настоящим изобретением описан в пункте 1 формулы изобретения. Система регенерации тепла, образующегося при работе аппарата-растворителя котла регенерации химикатов, в соответствии с настоящим изобретением описана в пункте 5 формулы изобретения.
Предложенное изобретение включает в себя теплообменник для регенерации тепловой энергии слабого белого щелока, который отводят из первичного контура циркуляции текучей среды, проходящего между аппаратом-растворителем и внешним процессом, таким как каустизация, принимающим зеленый щелок в качестве исходного материала и отдающим слабый белый щелок обратно в первичный контур циркуляции текучей среды.
В частности, изобретение представляет собой способ регенерации тепла, образующегося при работе аппарата-растворителя котла регенерации химикатов, при этом способ включает в себя: растворение плава в слабом белом щелоке в аппарате-растворителе с получением в результате зеленого щелока; перемещение зеленого щелока из аппарата-растворителя через первичный контур циркуляции текучей среды во внешний процесс; перемещение слабого белого щелока из внешнего процесса через первичный контур циркуляции текучей среды в аппарат-растворитель; отвод части слабого белого щелока из первичного контура циркуляции текучей среды во вторичный канал текучей среды; перемещение слабого белого щелока при посредстве вторичного канала текучей среды по меньшей мере частично в аппарат-растворитель; регенерацию тепла слабого белого щелока с помощью теплообменника во вторичном канале текучей среды и тем самым охлаждение слабого белого щелока, отводимого из первичного контура циркуляции текучей среды, и пропускание через вторичный канал текучей среды; и перенос тепла с помощью теплоносителя из теплообменника в теплопотребляющий процесс.
В соответствии с примером, слабый белый щелок перемещают из вторичного канала текучей среды в один или более процесс, присоединенный после теплообменника.
В частности, изобретение представляет собой систему для регенерации тепла, образующегося при работе аппарата-растворителя котла регенерации химикатов, при этом система включает в себя: аппарат-растворитель, в котором плав растворяют в слабом белом щелоке с образованием зеленого щелока; первичный контур циркуляции текучей среды, выполненный с возможностью i) перемещения зеленого щелока от аппарата-растворителя ко внешнему процессу и ii) перемещения слабого белого щелока из внешнего процесса в аппарат-растворитель; вторичный канал текучей среды, выполненный с возможностью перемещения части слабого белого щелока, отводимого из первичного контура циркуляции текучей среды, в аппарат-растворитель; клапанный механизм, подключающий первичный контур циркуляции текучей среды к вторичному каналу текучей среды, при этом клапанный механизм выполнен с возможностью регулируемо отводить слабый белый щелок из первичного контура циркуляции текучей среды во вторичный канал текучей среды; теплообменник во вторичном канале текучей среды для регенерации тепла слабого белого щелока и тем самым охлаждения слабого белого щелока, отведенного из первичного контура циркуляции текучей среды, и проведение через вторичный канал текучей среды; и устройство для переноса регенерированного тепла от теплообменника в теплопотребляющий процесс.
В соответствии с примером, вторичный канал текучей среды соединен после теплообменника с по меньшей мере одним процессом.
В соответствии с примером, теплообменник установлен в системе, и пути транспортировки текучей среды скомпонованы таким образом, что первичный контур циркуляции текучей среды от аппарата-растворителя ко внешнему процессу и обратно может функционировать в любом направлении, так что через теплообменник всегда проходит слабый белый щелок, а не зеленый щелок. Предпочтительно, весь слабый белый щелок, отводимый из первичного контура циркуляции текучей среды, проходит через теплообменник. Предпочтительно, теплообменник расположен рядом с аппаратом-растворителем, а не встроен во внешний процесс.
Установка теплообменника в системе таким образом, что первичный контур циркуляции текучей среды может функционировать в любом направлении, имеет преимущество, заключающееся в уменьшении загрязнения и снижении риска закупоривания теплообменника, поскольку ни при каких обстоятельствах зеленый щелок, содержащий загрязняющие вещества в значительно больших количествах, чем слабый белый щелок, не контактирует с теплообменником. Аналогично, функционирование первичного контура циркуляции текучей среды при периодически изменяющемся направлении текучей среды имеет преимущество, заключающееся в поочередной промывке трубопроводов первичного контура циркуляции текучей среды слабым белым щелоком вместо отдельного трубопровода, всегда перемещающего зеленый щелок и подвергающегося загрязнению и даже закупориванию. Таким образом, с помощью настоящего изобретения можно сократить остановки процесса и расходы, связанные с удалением закупорок и/или с очисткой.
Установка теплообменника в системе таким образом, что предпочтительно весь слабый белый щелок, отводимый из первичного контура циркуляции текучей среды, проходит через теплообменник, имеет преимущество, заключающееся в увеличении регенерации тепла слабого белого щелока по сравнению со схемами расположения, при которых лишь часть слабого белого щелока, отводимого из первичного контура циркуляции текучей среды, проходит через теплообменник, как если бы теплообменник был установлен на впускном трубопроводе процесса, например, на впускном трубопроводе скруббера отходящих газов. Такое увеличение регенерации тепла имеет желаемый эффект увеличения охлаждения аппарата-растворителя наряду с возросшей доступностью тепловой энергии для прикладных целей, таких как обогрев помещений, например, помещения для котла регенерации химикатов. Такой обогрев помещения тепловой энергией, регенерированной при помощи теплообменника, скомпонованного таким образом, может позволить заменить более ценный или дорогостоящий источник энергии или позволить использовать его для более важных целей, чем обогрев помещения.
В соответствии с примером, теплопотребляющий процесс представляет собой воздушно-отопительную систему помещения для котла регенерации химикатов.
Кроме того, в случае, когда теплообменник установлен на выпускном трубопроводе процесса, например, на выпускном трубопроводе скруббера отходящих газов, теплообменник загрязняется частицами, содержащимися в выходящем слабом белом щелоке, покидающим процесс, что приводит к нарушениям технологического режима и расходам, связанным с очисткой теплообменника, которые настоящее изобретение позволяет благополучно сократить или избежать.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 схематически иллюстрирует систему, относящуюся к работе аппарата-растворителя котла регенерации химикатов в соответствии с примером варианта осуществления, при этом система включает в себя теплообменник, выполненный с возможностью регенерации тепловой энергии процесса.
Фиг. 2 схематически иллюстрирует первичный контур циркуляции текучей среды системы Фиг. 1.
Фиг. 3 схематически иллюстрирует вторичный канал текучей среды системы Фиг. 2.
Рисунки представлены не в масштабе или не указывают на физическое расположение или размеры компонентов системы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
По тексту сделаны ссылки на рисунки со следующими числовыми обозначениями:
1
Котел регенерации химикатов,
2
Аппарат-растворитель,
3
Скруббер отходящих газов,
4
Вентиляционный канал,
5
Клапан,
с 6 по 8
Насос,
9
Теплообменник,
с 10 по 11
Клапан,
12
Перемешивающее устройство,
с 20 по 37
Трубопровод,
40
Внешний процесс,
50
Теплопотребляющий процесс,
60
Блок управления.
Фиг. 1 схематически иллюстрирует работу системы, относящейся к работе аппарата-растворителя 2 котла 1 регенерации химикатов в соответствии с примером. Котел регенерации химикатов 1 подает плав при посредстве трубопровода 31 подачи плава (т.е. летки плава) в аппарат-растворитель 2, в котором при растворении плава в технологической воде, такой как слабый белый щелок, образуется зеленый щелок. Содержимое аппарата-растворителя 2 перемешивают с помощью устройства или устройств 12 для перемешивания раствора. Во внешнем процессе 40, таком как каустизация, из зеленого щелока извлекаются ценные вещества, этот процесс берет зеленый щелок в качестве входящего материала и выпускает слабый белый щелок в качестве выходящего продукта обратно в систему. В системе избыточные газы, образующиеся в аппарате-растворителе 2, выпускаются из аппарата-растворителя 2 через вентиляционный канал 4; а скруббер 3 отходящих газов очищает выходящие газы, используя слабый белый щелок в качестве орошающей жидкости.
Согласно настоящему изобретению, теплообменник 9 регенерирует тепловую энергию слабого белого щелока, циркулирующего в системе.
В системе согласно настоящему изобретению, зеленый щелок может быть перемещен из аппарата-растворителя 2 во внешний процесс 40, а слабый белый щелок может быть перемещен из внешнего процесса 40 в аппарат-растворитель 2 через первичный контур циркуляции текучей среды. Первичный контур циркуляции текучей среды между аппаратом-растворителем 2 и внешним процессом 40 изображен на Фиг. 2 в соответствии с примером настоящего изобретения.
В соответствии с примером настоящего изобретения и Фиг. 1, первичный контур циркуляции текучей среды может включать два пути транспортировки текучей среды: первый путь транспортировки текучей среды и второй путь транспортировки текучей среды, оба эти пути транспортировки текучей среды между внешним процессом 40 и аппаратом-растворителем 2. В соответствии с примером, как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, первый путь транспортировки текучей среды может включать в себя трубопровод 20, берущий начало в аппарате-растворителе 2, и трубопровод 21, заканчивающийся внешним процессом 40; а второй путь транспортировки текучей среды может включать в себя трубопровод 23, берущий начало во внешнем процессе 40, и трубопровод 26, заканчивающийся в аппарате-растворителе 2.
Первый путь транспортировки текучей среды, включающий в себя трубопроводы 20 и 21, может содержать насос 6 для перемещения текучих сред, с насосом 6 могут быть соединены трубопроводы 20 и 21. Второй путь транспортировки текучей среды, включающий в себя трубопроводы 23 и 26, может содержать насос 7 для перемещения текучих сред, с насосом 7 могут быть соединены трубопроводы 23 и 26.
В соответствии с примером настоящего изобретения и Фиг. 1, первичный контур циркуляции текучей среды может функционировать в любом направлении, чтобы уменьшить загрязнение трубопроводов веществами, содержащимися в зеленом щелоке, благодаря поочередному перемещению слабого белого щелока по первому пути транспортировки текучей среды и второму пути транспортировки текучей среды.
Функционирование первичного контура циркуляции текучей среды может осуществляться в любом направлении, в результате чего в первом состоянии первичного контура циркуляции текучей среды зеленый щелок перемещают из аппарата-растворителя 2 во внешний процесс 40 через первый путь транспортировки текучей среды, тогда как слабый белый щелок перемещают из внешнего процесса 40 в аппарат-растворитель 2 через второй путь транспортировки текучей среды. Соответственно, во втором состоянии первичного контура циркуляции текучей среды зеленый щелок перемещают из аппарата-растворителя 2 во внешний процесс 40 через второй путь транспортировки текучей среды, тогда как слабый белый щелок перемещают из внешнего процесса 40 в аппарат-растворитель 2 через первый путь транспортировки текучей среды.
Первичный контур циркуляции текучей среды выполнен с возможностью регулируемо чередовать первое и второе состояния. В соответствии с примером, насосы 6, 7 могут быть выполнены таким образом, что насос может работать в направлении только одного из двух указанных путей транспортировки текучей среды в любой данный момент времени.
Настоящее изобретение может включать в себя блок 60 управления, который регулирует работу первичного контура циркуляции текучей среды и его состояния и который может использоваться для регулирования работы насосов 6, 7 и любых соответствующих насосов, клапанов или клапанных механизмов в первичном контуре циркуляции текучей среды и/или в системе согласно настоящему изобретению.
В соответствии с настоящим изобретением и Фиг. 1, первичный контур циркуляции текучей среды между аппаратом-растворителем 2 и внешним процессом 40 может быть соединен со вторичным каналом текучей среды, начинающимся от трубопровода 38. Трубопроводы, составляющие вторичный канал текучей среды в соответствии с примером, показаны на Фиг. 3.
Такое соединение между первичным контуром циркуляции текучей среды и вторичным каналом текучей среды может включать в себя клапанный механизм, включающий в себя, например, два или более клапана 10, 11. Такие клапаны 10, 11 могут быть соединены с трубопроводом 38 вторичного канала текучей среды. Клапаны 10, 11 могут быть соединены с помощью двух или более трубопроводов 22, 24 с первичным контуром циркуляции текучей среды. Указанный клапанный механизм может быть выполнен с возможностью контролируемо, например, контролируемо при помощи блока 60 управления, отводить слабый белый щелок из первичного контура циркуляции текучей среды во вторичный канал текучей среды.
Вторичный канал текучей среды может применяться для того, чтобы отводить слабый белый щелок из первичного контура циркуляции текучей среды, благодаря чему часть отводимого слабого белого щелока может быть использована где-либо еще в процессе системы, например, для промывки вентиляционного канала 4, промывки линии 31 подачи плава, промывки перемешивающего устройства или перемешивающих устройств 12 и/или для использования слабого белого щелока в качестве орошающей жидкости в скруббере 3 отходящих газов. Слабый белый щелок из процесса может быть направлен в аппарат-растворитель 2. Кроме того, слабый белый щелок может быть направлен в аппарат-растворитель 2 непосредственно из вторичного канала текучей среды через линию 36, а не через какой-либо процесс системы.
В соответствии с примером настоящего изобретения, клапанный механизм или клапаны 10, 11 могут быть выполнены с возможностью открываться поочередно, так что слабый белый щелок может перемещаться через вторичный канал текучей среды независимо от состояния первичного контура циркуляции или направления циркуляции текучей среды в первичном контуре циркуляции текучей среды между аппаратом-растворителем 2 и внешним процессом 40.
Согласно одному из вариантов осуществления, как показано на Фиг. 1, такая синхронизация, как указано выше, может быть эффективна под контролем блока 60 управления, таким образом, что если насос 6 работает, клапан 10 закрыт, а клапан 11 открыт; и, соответственно, если насос 7 работает, клапан 11 закрыт, а клапан 10 открыт.Согласно другому варианту осуществления, существует возможность дополнительно поддерживать клапаны 10, 11 в закрытом состоянии, независимо от того, какой насос или насосы 6, 7, если таковые имеются, работает, если слабый белый щелок не нужно перемещать из первичного контура циркуляции текучей среды во вторичный канал текучей среды.
Согласно настоящему изобретению, вторичный канал текучей среды, перемещающий слабый белый щелок в аппарат-растворитель 2, включает в себя теплообменник 9. Согласно настоящему изобретению, как показано на Фиг. 1, слабый белый щелок, отводимый из первичного контура циркуляции текучей среды между аппаратом-растворителем 2 и внешним процессом 40, перемещают через теплообменник 9, благодаря чему весь отводимый таким образом слабый белый щелок может быть подвергнут регенерации тепла в теплообменнике 9.
Для перемещения регенерированного тепла в теплопотребляющий процесс 50, такой как воздушно-отопительная система помещения, например, помещения для котла регенерации химикатов, может быть предусмотрен контур теплопереноса, соединяющий теплообменник 9 и теплопотребляющий процесс 50. Система обогрева воздуха может быть выполнена с возможностью нагрева воздуха, подаваемого в здание. Такой контур теплопереноса может включать в себя один или более известный контур циркуляции теплопередающей среды (теплоносителя), применяемый для переноса тепла, такой как, например, водяной контур, гликолевый, контур водно-гликолевой смеси или масляный контур. Контур теплопереноса может включать в себя теплообменник и/или линии 33, 34 для теплопередающей среды.
О разновидностях и использовании теплообменников хорошо известно в промышленности, и подобные сведения легко применяются к теплообменнику 9.
Установка теплообменника 9 во вторичном канале текучей среды таким образом, что слабый белый щелок может перемещаться через теплообменник 9 независимо от состояния первичного контура циркуляции или направления циркуляции текучей среды в первичном контуре циркуляции текучей среды между аппаратом-растворителем 2 и внешним процессом 40, имеет преимущество, заключающееся в том, что теплообменник 9 не загрязняется веществами, содержащимися в зеленом щелоке. Следовательно, такое расположение может позволить сократить или устранить нарушения технологического режима и/или расходы, связанные с вычищением остатков зеленого щелока из теплообменника 9 и трубопроводов, идущих в него и из него.
Установка теплообменника 9 во вторичном канале текучей среды таким образом, что предпочтительно весь слабый белый щелок, отводимый из первичного контура циркуляции текучей среды, может перемещаться через теплообменник 9, имеет преимущество, заключающееся в регенерации значительной части тепловой энергии процесса, связанного с работой аппарата-растворителя 2 и, как следствие, в экономически выгодной работе процесса. Такая значительная регенерация тепла может позволить заменить источник энергии, используемой, например, для обогрева помещения, в котором располагается указанный процесс, и/или другого помещения или помещений. В случае, когда такой обогрев осуществляют с помощью тепловой энергии, полученной где-либо в другом месте процесса или в другом процессе, как, например, от пара, образующегося при работе котла 1 регенерации химикатов, размещение теплообменника 9 во вторичном канале текучей среды имеет преимущество, заключающееся в обеспечении условий для использования извлеченной тепловой энергии где-либо в другом месте процесса или в другом процессе или для более полезных или экономичных применений, таких как производство электроэнергии. В случае, когда такой обогрев осуществляют за счет использования энергии, такой как электроэнергия, закупаемая на рынке, размещение теплообменника 9 во вторичном канале текучей среды таким образом, что предпочтительно весь слабый белый щелок, отводимый из первичного контура циркуляции текучей среды, течет через теплообменник 9, имеет преимущество, заключающееся в замене такой дорогостоящей рыночной энергии на избыточную энергию в процессе, связанном с работой аппарата-растворителя 2.
Отвод тепла от процесса, связанного с работой аппарата-растворителя 2, с помощью теплообменника 9 также имеет преимущество, заключающееся в снижении энергии, свойственной процессу и, тем самым, также в снижении температуры аппарата-растворителя 2. Снижение температуры аппарата-растворителя 2 может привести к сокращению образования отходящих газов в аппарате-растворителе 2.
Согласно настоящему изобретению, вторичный канал текучей среды может перемещать слабый белый щелок для полезного применения его в одном или более процессах в системе. Предпочтительно, один или более процесс присоединяют к вторичному каналу текучей среды после теплообменника 9, благодаря чему тепловая энергия не теряется в процессе, присоединенном перед теплообменником 9, например, в процессе, связанном с трубопроводом 20.
Как показано на Фиг. 1, такие применения могут включать в себя процессы системы, например, использующие слабый белый щелок в качестве орошающей жидкости в скруббере 3 отходящих газов, использующие слабый белый щелок для промывки вентиляционного канала 4 аппарата-растворителя 2, для промывки линии 31 подачи плава из котла 1 в аппарат-растворитель 2 и/или для промывки перемешивающего устройства или перемешивающих устройств 12.
Слабый белый щелок из процесса системы может поступать в точку предпочтительно за теплообменником 9. Точка может быть расположена во вторичном канале текучей среды или в трубопроводе, соединенном с ним.
В соответствии с примером настоящего изобретения и Фиг. 1, вторичный канал текучей среды после теплообменника 9 может перемещать слабый белый щелок в скруббер 3 отходящих газов через посредство трубопроводов 24, 37, 28, 30 и 35; и/или через трубопроводы 24 и 27 в трубопровод 31 подачи плава и/или в перемешивающее устройство или перемешивающие устройства 12. Избыточные газы могут выходить из вентиляционного канала 4 в скруббер 3 отходящих газов при посредстве трубопровода 29, указанные газы после очистки в скруббере могут выпускаться из сркуббера 3 отходящих газов при посредстве трубопровода 32. Слабый белый щелок из скруббера 3 отходящих газов может подаваться обратно во вторичный канал текучей среды. Трубопроводы 28, 30 могут быть снабжены насосом 8 для транспортировки текучих сред. Предпочтительно, для предотвращения загрязнения слабый белый щелок из скруббера 3 отходящих газов может выходить или трубопровод 30 может быть присоединен в точке за теплообменником 9.
Согласно другому примеру, скруббер 3 отходящих газов может быть расположен в системе таким образом, что слабый белый щелок перемещают в скруббер 3 отходящих газов из точки во вторичном канале текучей среды перед теплообменником 9, например, из трубопровода 38. В этом случае слабый белый щелок может быть перемещен из скруббера 3 отходящих газов обратно во вторичный канал текучей среды в точку во вторичном канале текучей среды после теплообменника 9, такую как трубопровод 24.
Пути транспортировки слабого белого щелока, заканчивающиеся в трубопроводе 31 подачи плава, перемешивающем устройстве или перемешивающих устройствах 12 и/или вентиляционном канале 4, также могут формировать входящие потоки слабого белого щелока в аппарат-растворитель 2, при этом входящие потоки в аппарат-растворитель 2 являются конечным пунктом вторичного канала текучей среды.
Настоящее изобретение не ограничивается примерами и вариантами осуществления, представленными выше. Кроме того, эти примеры и варианты осуществления не следует рассматривать как ограничивающие, однако они могут использоваться в различных комбинациях для обеспечения требуемых результатов. В частности, настоящее изобретение определяется прилагаемой формулой изобретения.