РЕКУПЕРАЦИЯ ТЕПЛА ИЗ ОТРАБОТАННОЙ ВАРОЧНОЙ ЖИДКОСТИ В ВАРОЧНОМ КОТЛЕ НА ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОМ ПРЕДПРИЯТИИ
HEAT RECUPERATION FROM SPENT COOKING LIQUOR IN COOKING BOILER AT PULP AND PAPER MILL

Настоящее изобретение относится к способу рекуперации тепла из отработанной варочной жидкости, такой как черный щелок, в варочном котле на целлюлозно-бумажном предприятии за счет нагревания белого щелока и другой жидкости, используемой в системе 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) отводится из системы варки. Удаленный поток или потоки черного щелока используют в качестве источника тепла для «предварительного нагревания» белого щелока, других потоков черного щелока 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.
Пар необходим для нагревания волокнистого материала до температуры варки в фазе пропаривания в варочном котле и нагревания различных жидкостей, таких как варочная жидкость, белый щелок, до температуры, требуемой для проведения процесса.
Как правило, варочную жидкость, такую как белый щелок, нагревают, пропуская через косвенный теплообменник, взаимодействующий с горячим черным щелоком, удаленным из варочного котла, или паром. В заявке США 5635026 и EP 477059 описываются, например, системы, в которых белый щелок, добавляемый в варочный котел, нагревают в косвенном теплообменнике паром или горячим отработанным варочным раствором, удаленным из варочного котла.
В заявке США 6176971 описана система получения чистого пара, используемого в варочной системе. По существу чистый используемый пар получают из горячей отработанной жидкости для обработки (например, черный щелок) путем пропускания отработанной жидкости 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.
Кроме того, в заявке США 6306252 описан способ получения пара, где черный щелок из варочного котла проходит через теплообменник, в котором, например, чистую отработанную воду нагревают, оказываемое на нагретую воду давление снижают в расширительном циклоне, получая, таким образом, чистый пар. Пар может быть использован для предварительного пропаривания древесной щепы или косвенного предварительного нагревания варочных жидкостей или фильтратов, используемых в и вокруг варочного котла, например белый щелок. Согласно одному варианту воплощения изобретения, описанного в заявке США 6306252, черный щелок из варочного котла непрерывного действия проходит через один или два бойлера, в которых чистую жидкость, такую как конденсат, испаряют для получения пара. Черный щелок выходит из бойлера и дополнительно охлаждается в охлаждающей установке, в которой охладителем может служить белый щелок, черный щелок или зеленый щелок.
В заявке США 20070131363 описывается способ, включающий получение черного щелока в системе варочного котла, с направлением черного щелока в систему выпаривая, без использования какой-либо системы предварительного выпаривания, мгновенное испарение черного щелока в системе выпаривания для получения пара. 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.
Известные растворы обеспечивают различные системы для предварительного нагревания белого щелока и/или фильтратов, используемых в системе варочного котла, и для увеличения экономии энергии на целлюлозно-бумажном предприятии. Для этой цели в известных системах часто используют свежий пар из турбинной установки целлюлозно-бумажного предприятия. Учитывая высокую стоимость энергии, необходимо любое дополнительное увеличение энергоэффективности на целлюлозно-бумажном предприятии. Теплота нагрева горячего черного щелока, отведенного из варочного котла, также может быть использована более эффективно, и свойства черного щелока могут быть улучшены, таким образом, раствор находится в лучшей форме для дополнительной обработки, такой как выпаривание в рекуператоре целлюлозно-бумажного предприятия.
Объект настоящего изобретения относится к улучшенному и альтернативному способу утилизации тепла от черного щелока для нагревания белого щелока или смеси белого щелока и любого другого раствора, используемого для обработки волокнистого материала в системе варочного котла. Дополнительный объект настоящего изобретения относится к рекуперации тепла черного щелока таким образом, что обработанный черный щелок обладает улучшенными свойствами, в отношении дополнительной обработки в процессе рекуперации на целлюлозно-бумажном предприятии. Другим объектом является повышение экономии энергии в целом на целлюлозно-бумажном предприятии.
Настоящее изобретение относится к способу нагревания белого щелока или смеси белого щелока и другого раствора для использования в системе варочного котла на целлюлозно-бумажном предприятии, где:
a) черный щелок получают в системе варочного котла,
b) поток черного щелока удаляют из варочного котла,
c) удаленный черный щелок подвергают мгновенному испарению с получением черного щелока, прошедшего мгновенное испарение, и пара мгновенного испарения,
d) пар мгновенного испарения подают в косвенный теплообменник, контактирующий, по меньшей мере, с одним теплообменником с белым щелоком и/или смесью белого щелока и другого раствора для нагревания белого щелока и/или смеси для применения в системе варочного котла, и
e) подача черного щелока, прошедшего мгновенное испарение, со стадии с) на дополнительную рекуперацию тепла или выпаривание.
Основные концепции настоящего изобретения следующие:
Белый щелок, поступающий в варочный котел или циркуляционный контур(ы) варочного котла, косвенно нагревают в нагревателе(ях) белого щелока за счет мгновенного испарения черного щелока из системы варочного котла и конденсации пара мгновенного испарения в нагревателе(ях) белого щелока. Поток раствора, поступающий в нагреватель, также может представлять собой смесь белого щелока и любого другого раствора, необходимого в процессе варки.
Согласно настоящему изобретению другой раствор для получения смеси с белым щелоком может предпочтительно представлять собой черный щелок или фильтрат из промываемой массы. Согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения стадию d) осуществляют при использовании одного теплообменника для нагревания белого щелока или смеси и нагретый белый щелок или смесь подают в циркуляционный контур или циркуляционные контуры варочного котла. Согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения стадию d) проводят при использовании первого теплообменника и второго теплообменника для нагревания белого щелока или смеси. Нагретый белый щелок или смесь из первого теплообменника подают в циркуляционный контур или циркуляционные контуры варочного котла, и нагретый белый щелок или смесь из второго теплообменника подают в верхнюю часть варочного котла.
Согласно варианту воплощения настоящего изобретения перед стадией c) тепло рекуперируют из удаленного черного щелока в теплообменнике «жидкость-жидкость» в жидкость, необходимую для варочного котла.
Прошедший мгновенное испарение черный щелок может быть направлен в установку для рекуперации целлюлозно-бумажного предприятия, где его выпаривают и сжигают. Также прошедший мгновенное испарение черный щелок может быть направлен в дополнительную установку для рекуперации тепла, используемого для древесной щепы или используемого при необходимости на линии получения волокна.
Загрязненный конденсат, полученный при мгновенном испарении пара в теплообменнике(ах), предпочтительно подают в выпарную установку целлюлозно-бумажного предприятия, где его как таковой обрабатывают известным способом. Поток неконденсирующегося газа (NCG), полученный в теплообменнике(ах), предпочтительно подают в NCG систему целлюлозно-бумажного предприятия.
Описание фигур:
Фиг.1 - схема, иллюстрирующая систему для проведения способа по настоящему изобретению.
Фиг.2 - схема, иллюстрирующая другой вариант воплощения настоящего изобретения.
Детальное описание предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения
Фиг.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 (не показан), где проводят пропаривание паром древесной щепы или другого целлюлозного материала, добавляют жидкость с получением суспензии, с последующим приложением давления к суспензии, затем необязательно подают в емкость или емкости для обработки (может быть емкость для пропитки, емкость для предгидролиза или другие емкости). Необязательная емкость для пропитки 2 показана на фиг.1, за ней следует варочный котел 3 (эта секция также называется системой варки). Система варки также может представлять собой одноемкостную систему, при этом отсутствует отдельная емкость для пропитки 2. Суспензию из щепы и варочной жидкости подают по линии 4 в верхнюю часть емкости для пропитки 2 и далее со дна емкости для пропитки в верхнюю часть варочного котла 3 по линии 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 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 системы варки по линии 6 и подают дополнительно по линии 7 в расширительный циклон 8. Линия 6 может быть снабжена теплообменником «жидкость-жидкость» для рекуперации тепла из черного щелока в жидкость, необходимую для варочного котла.
Согласно настоящему изобретению горячий черный щелок, удаленный из варочного котла при температуре в пределах 120-160°C и с содержанием сухих веществ 12-17%, подают в расширительный циклон 8, где понижают давление раствора для получения пара мгновенного испарения с температурой, как правило, в пределах 100-130°C, и черного щелока, прошедшего мгновенное испарение, с содержанием сухих веществ, которое может быть увеличено на 2-4% за счет мгновенного испарения. Один или более поток черного щелока, отведенный из варочного котла через выходное отверстие(я), может быть направлен в расширительный циклон. Поток черного щелока подается в расширительный циклон для получения пара мгновенного испарения, требуемого для нагревания белого щелока. Таким образом, черный щелок может быть подвергнут мгновенному испарению до максимального уровня.
Пар мгновенного испарения из черного щелока расширительного циклона 8 подают в теплообменник 9 для нагревания белого щелока по линии 10. Белый щелок, подаваемый по линии 11 в теплообменник 9, находится в косвенном теплообменном контакте с паром мгновенного испарения. Предварительно нагретый белый щелок подают по линии 14 в циркуляционный контур 15 варочного котла 3.
Пар мгновенного испарения содержит летучие вещества, такие как соединения серы. Эти соединения попадают в поток загрязненного конденсата и неконденсирующегося газа (NCG), который образуется в теплообменнике 9. Загрязненный конденсат направляют из теплообменника 9 по линии 12 в выпарную установку целлюлозно-бумажного предприятия, где обрабатывают как таковой известным способом. Поток NCG направляют по линии 13 в NCG систему целлюлозно-бумажного предприятия (не показано).
На фиг.1 показана двухемкостная система варочного котла, включающая также второй теплообменник 16, в который подают белый щелок по линии 17 с линии 11. Часть пара мгновенного испарения из расширительного циклона 8 подают во второй теплообменник 16, где пар входит в непрямой теплообменный контакт с белым щелоком с линии 17. Нагретый белый щелок подают из второго теплообменника 16 по линии 18 в верхнюю часть 24 варочного котла 3 для применения в качестве варочной жидкости.
Прошедший мгновенное испарение черный щелок подают по линии 19 в выпарную установку целлюлозно-бумажного предприятия, где черный щелок концентрируют до высокого содержания сухих веществ перед сжиганием в котле-рекуператоре. Прошедший мгновенное испарение черный щелок также может быть направлен для дополнительной рекуперации тепла, используемого для предварительной обработки древесной щепы или где необходимо для получения волокна.
Другие растворы могут быть добавлены в белый щелок для нагревания в теплообменнике(ах). На фиг.1 фильтрат из промываемой массы целлюлозно-бумажного предприятия подают по линии 25. Фильтрат может быть добавлен по линии 20 в белый щелок, следующий по линии 11 в теплообменник 9. Фильтрат также может быть добавлен по линии 21 в белый щелок, следующий по линии 17 в теплообменник 16. Также черный щелок, удаленный из варочного котла, направляют по линиям 22 и 23 для нагревания потоков белого щелока. Следовательно, на фиг.1 также показаны варианты воплощения настоящего изобретения, в которых получают смесь белого щелока с удаленным черным щелоком и/или фильтратом и нагревают согласно настоящему изобретению в теплообменниках паром мгновенного испарения черного щелока.
Как правило, во втором теплообменнике для белого щелока 16 нуждается только двухемкостная система варочного котла, показанная на фиг.1. Емкость для пропитки 2 необязательна, и в случае, когда она отсутствует, отпадает необходимость во втором теплообменнике.
На фиг.2 показаны альтернативные детали фиг.1, в этом варианте воплощения настоящего изобретения пар мгновенного испарения черного щелока используют в одном теплообменнике 9 для белого щелока, в таком случае варочный котел представляет собой одноемкостный варочный котел без емкости для пропитки на схеме выше варочного котла.
Горячий черный щелок, удаленный из варочного котла, подают по линии 7 в расширительный циклон 8, где понижают прилагаемое к раствору давление для получения пара мгновенного испарения. Пар мгновенного испарения из черного щелока из расширительного циклона 8 направляют по линии 10 в теплообменник 9 для белого щелока. Тепло пара мгновенного испарения 10 рекуперируют в теплообменнике 9, где пар вступает в косвенный теплообмен с белым щелочным раствором линии 11. Нагреваемая жидкость также может представлять собой смесь белого щелока и любой другой жидкости, необходимой для варочного котла. Нагретый белый щелок или смесь подают по линии 14 в циркуляционный контур варочного котла.
Загрязненный конденсат, полученный в теплообменнике, направляют по линии 12 в выпарную установку целлюлозно-бумажного предприятия, где его как таковой обрабатывают известным способом. Поток NCG, полученный в теплообменнике, направляют по линии 13 в NCG систему целлюлозно-бумажного предприятия.
Настоящее изобретение имеет, по меньшей мере, следующие преимущества:
- Экономия энергии на целлюлозно-бумажном предприятии за счет увеличения содержания сухих веществ в черном щелоке, подаваемом в выпарную установку. Повышенное содержание сухих веществ является следствием мгновенного испарения черного щелока. Снижается потребление пара, и требуется снижение производительности выпарной установки целлюлозно-бумажного предприятия.
- Снижение инвестиционных расходов в выпарную установку за счет снижения требуемой производительности.
- Улучшение регенерации метанола в системе целлюлозно-бумажного предприятия за счет того, что первые фракции воды, выпаренной из черного щелока, могут быть сконденсированы в специально предназначенных теплообменниках. В этом процессе пар мгновенного испарения с высоким содержанием метанола конденсируют на специально предназначенной отдельной поверхности нагрева (то есть теплообменнике(ах) с белым щелоком) с получением загрязненного конденсата, который рекуперируют. Обработка загрязненного конденсата с высоким содержанием метанола является большим преимуществом по сравнению с таковой для малозагрязненного конденсата, получаемого при смешении пара мгновенного испарения черного щелока с парами с низким содержанием метанола.