SE522676C2 - Förfarande och anordning för förbränning av svartlut - Google Patents

Description

unna: t>>sv sans: 10 20 25 . . . » en 2 avseende på ångströmningen är så låga, att det tekniskt och totalekonomiskt inte lö- nar sig att fortsätta. Ångan med det lägsta trycket kondenseras i allmänhet medelst vatten eller luft i en kondensator. Indunstningsanläggningen omfattar typiskt 5 - 7 steg.

Behandling av svartlut med en hög torrsubstanshalt medför problem. Svartlutens viskositet stiger exponentiellt då torrsubstanshalten ökar. För att övervinna mot- ståndet som orsakas av viskositeten måste svartluten indunstas och flyttas till åter- vinningspannan i en hög temperatur och under ett tryck som överstiger lufttrycket.

Då svartlutens torrsubstanshalt stiger över 80 % har viskositeten ökat och kok- punkten stigit så högt, att normal mottrycksânga inte räcker till för den slutliga kon- centreringen. För att åstadkomma en tillräckligt hög indunstningstemperatur i den sista koncentratom, för att sänka lutens viskositet, och för att kompensera kapaci- tetsminskningen p.g.a. den starkt förhöjda kokpunktens behöver man mellantryck- sånga (trycket typiskt 9 - 17 bar(e)). Då kommer sekundärångans temperatur och tryck (dess värmeentalpi) som genereras ur den indunstade svartluten i den sista koncentratom att vara så höga, att det blir besvärligt med tanke på värmeekonomin att optimalt utnyttja denna ånga i den ovan beskrivna flerstegs indunstningsanlägg- ningen, även om detta skulle vara det naturliga sättet att ytterligare nyttja denna ånga. Det är inte förmånligt att mata sådan ånga vidare till de andra stegen i in- dunstningsanläggningen som fungerar med lägre torrsubstanshalt hos svartluten, eftersom det är tillräckligt att i dem ha som värmekälla ånga med ett lägre tryck och lägre temperatur än sekundärångan i den sista koncentratom.

En avsikt med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande där sekun- därångan som bildas vid indunstning av svartlut kan användas på ett värmeekono- miskt fördelaktigare sätt än tidigare. Speciellt är en avsikt med uppfinningen att er- bjuda ett förfarande för användning av sekundärångan som bildas vid slutindunst- ningen av svartlut som skall koncentreras till en torrsubstanshalt av 80 %. , . « - u 11:e» au,|u 10 15 20 25 30 q - ~ . f: 522, 676 s -= 3 I den föreliggande uppfinningen har man utvecklat ett förfarande där svartluten koncentreras i en flerstegs indunstningsanläggning för att erhålla svartlut som kon- centrerats till en torrsubstanshalt som är lämplig för förbränning och för att generera ånga; den koncentrerade svartluten leds till förbränning i en återvinningspanna dit man matar förbränningslufi från flera olika luftnivåer för förbrärmingsprocessen.

Uppfinningen kännetecknas av att åtminstone till en luftnivâ matad förbränningsluft förvärms genom att såsom värmekälla använda ånga, som bildats vid koncentrering av svartlut.

Uppfinningen avser även en anordning för förbränning av svartlut från en massafab- rik, varvid anordningens kännetecknande egenskaper definieras i de bifogade pa- tentkraven som avser anordningen.

I den nya processen som erbjuds av uppfinningen används ångan som bildas vid in- dunstningen av svartlut på ett alldeles nytt sätt då den utnyttjas till att förvärma för- bränningslufien som behövs vid förbränning av svartlut efter indunstningsanlägg- ningen. Sekundärånga som lämpar sig synnerligen väl för detta ändamål bildas vid slutindunstningen av svartlut, där svartlutens torrsubstanshalt stiger över 80 % och där mellantrycksånga med ett tryck, som typiskt är 10 - 12 bar, används som vär- memedium.

Vid förbränning av svartlut är målsättningen att skilja svartlutens organiska och oorganiska torrsubstansdelar från varandra. Värmen, som man erhåller från den or- ganiska delen i torrsubstansen tas tillvara, och med denna värme produceras så mycket ånga som möjligt. Från den oorganiska delen i torrsubstansen uppsamlas processkemikalier i en sådan form, att de i processens senare steg kan konverteras till en lämplig form för att återanvändas i kokprocessen. Koncentrerad svartlut sprutas i droppform in i återvinningspannans eldstad. Förbränningsluft i en mängd som stökiometriskt motsvarar svartluten matas in i pannans eldstad, tillsammans med överskottsluft för att försäkra en fullständig förbränning. Vanligtvis matas luf- | - | . -ø man: 10 15 20 25 30 . - o | en .522 676 4 ,, u» ten in på tre olika nivåer: primärluft i den nedre delen av eldstaden, sekundärlufi på nivån ovanför primärluftnivån, men nedanför lutmunstycket, och tertiärlufl ovanför lutmunstycket för att säkra en fullständig förbränning. Ytterligare kan det finnas även andra luftnivåer, t ex ovanför tertiärluftnivån, varvid målet är t.ex. att minska kväveoxider från förbränningen.

Det är känt att man i allmänhet förvärmer åtminstone primär- och sekundärluften innan den matas till pannan, för att hålla en tillräckligt hög förbränningstemperatur i eldstaden. Tertiärluflen och lufien till högre belägna luftnivåer tas från omgivningen och används i allmänhet utan uppvärmning. Vid förvärmningen värmer man för- bränningslufien typiskt till en temperatur av ca 150 °C. Uppvärmningen separeras vanligtvis till minst två skilda steg, varvid det första steget typiskt använder låg- trycksånga, t.ex. ånga vid ca 3 bar, och det andra steget använder ånga med högre tryck, t.ex. ca 11 bar. Då man i återvinningsparman brärmer svartlut med en torrsub- stanshalt över 80 %, har förbränningslufien som matas till pannans eldstad en lägre temperatur än då man bränner mer utspädd svartlut. Lufiens temperatur är typiskt ca 100 °C, vilket gör det möjligt att använda ånga vars tryck är lägre än fabrikens nor- mala lågtrycksånga (ca 3 - 4 bar(e)) i luftförvärmama, varvid man enligt uppfin- ningen använder värme som ursprungligen härstammar från sekundärångan. I luft- förvärmaren är det sålunda tillräckligt med ett ångtryck av ca 0,5 - l bar(e).

Processen enligt uppfinningen är med avseende på värmeekonomin mycket fördel- aktig, eftersom man tar till vara värmen som använts för indunstning av svartluten till förvärmning av förbränningslufien i återvinningspannan. Pâ detta sätt kan man två gånger använda den värme som krävs för förvännningen, först för att indunsta svartlut och sedan för att förvärma luften.

Processen enligt uppfinningen är lämplig i synnerhet för massafabriker där svartlut tidigare har koncentrerats till en torrsubstanshalt av 70 - 75 %, men där man för att förbättra förbränningen vill koncentrera den till över 80 %. I vissa exempelfall har . : v v .c nu , . n . ø ø ' 0 ' .. ..- n f' - - .: - - - - : .' f 1 v- °' I, , u »I z. . , n s *_ '- ~ -_-- :'22 . . . ~ t, .. .... -- 5 man kunnat visa, att i den extra indunstningen där svartlut koncentreras vidare till en torrsubstanshalt över 80 % bildas det värmeenergi, som utgör ca 70 - 90 % av det som behövs för förvärmning av förbränningsluften. Den extra uppvärmningen av förbränningslufien sköts med en separat värmning medelst friskånga, vilket sys- 5 temet fortfarande kräver, i allmänhet för upp- och nedköming av processen och för reglering av den.

Det är relativt enkelt att förverkliga uppfinningen i en existerande anläggning, efier- som det behövs få röranslutningar till indunstningsanläggningen och till pannan är 10 litet. På grund av de få kopplingama är det relativt enkelt att vid en återvinnings- panna placera den utrustning som krävs av förfarandet enligt uppfinningen. Fabri- kens värmeförbrukning ökar inte, trots att man vid fabriken monterar en ny koncent- rator för svartlut, som kräver mellantrycksånga såsom uppvärrnningsmedium, efter- som den ånga som bildas i koncentratorn kan vidare utnyttjas på ett värmeekono- 15 miskt fördelaktigt sätt, d.v.s. i förvärmarna. De extra driftskostnader som bl.a. beror på fabrikens minskade elproduktion, då man ersätter lågtrycksångan som använts för förvärmningen med mellantrycksånga som krävs av indunstningen, utgör endast en liten del av den avkastning som man erhåller från den extra ångproduktionen (sekundärångan från koncentratom) från indunstningen. 20 Sekundärångan som härstammar från svartluten kan innehålla korroderande före- ningar i så hög grad, att det ställer specialkrav på materialet i luftförvärmaren, ifall sekundärångan leds direkt till förvärmarna. Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen kondenserar man sekundärångan i en indunstningsenhet (återkokare), 25 där demineraliserat vatten eller liknande fungerar som kondenserande medel. Ångan som erhålls på detta sätt är så ren, att den kan ledas till samma linje för friskånga som går till luftförvärmarna. I förvärmarna kondenseras ångan, och kondensatet leds tillbaka till återkokaren. Då man på detta sätt såsom mellankrets använder en indunstningsenhet som kokar demineraliserat vatten, kräver luftförvännarens mate- 30 rial inga specialåtgärder. Förvärrnningen kan även utföras utan mellankrets (återko- i|;,| |a|u| »ssßv »ning 10 l5 20 25 30 . - « ø u; n 5-22, 676 6 v .. n» kare), ifall sekundärångan som används såsom värmekälla inte i skadlig grad inne- håller ämnen som kan skada en luftförvärmare av konventionellt material och kon- ventionell konstruktion.

Uppfinningen beskrivs mer detaljerat med hänvisning till den bifogade figuren, som schematiskt presenterar en fördelaktig anordning för att förverkliga förfarandet en- ligt uppfinningen.

Svartluten som indunstats i flerstegs indunstningsanläggningen matas från en lager- behållare (visas ej) utan tryck utmed linjen 2 till koncentratom l. Luten uppvärms med mellantrycksånga (t.ex. ll - 12 bar) som kommer via linjen 4, och det rena kondensatet förs ut via linjen 5 för vidare användning, t.ex. på fabrikens kraftverk. I koncentratom indunstas svartluten till en önskad torrsubstanshalt, fördelaktigt över 80 %. I koncentratorns övre del får man till linjen 3 sekundärånga, som utnyttjas för att förvärma luften som behövs vid förbränningen av svartlut. Koncentratom 1 är visad såsom en lamellindunstare, där svartluten som skall indunstas rinner i form av en tunn film utmed lamellens ytteryta. Svartluten återförs till lamellemas övre del m.h.a. cirkulationspumpen 8. Koncentratom kan även vara av någon annan kon- struktion, t.ex. en värmeöverförande yta som utgörs av rör.

Koncentratom fungerar vid ett tryck som är högre än lufttrycket, och vid en tempe- ratur som är företrädesvis 160 - 190 °C. Indunstningstemperaturen regleras genom att strypa skundärångans flöde i linjen 3. Man pumpar luten eller låter den rinna ut- med linjen 6 till en trycksatt behållare 7. Under hela behandlingen av svartluten måste trycket hållas vid sådana värden, där svartlutens viskositet vid motsvarande temperaturer är så låg att den är flytande, varvid den kan transporteras genom att låta den rinna eller genom att pumpa den. Uppehållstiden i behållaren 7 har dimen- sionerats t.ex. med tanke på tvättning av koncentratom l. Behållaren 7 har försetts med en blandare och en cirkulationspump 9, för att man skall erhålla en så homogen kvalitet som möjligt hos svartluten som matas till förbränningen. o.- .- :spin .fi-n »nllp 10 15 20 25 30 . - ~ v vu 522 n ..v Från behållaren 7 transporteras svartluten via linjen 10 till två expansionskärl 11 och 12 m.h.a. tryckskillnaden mellan behållaren 7 och expansionskärlen, varvid man inte behöver transportpumpar. I expansionskärlen låter man svartluten expan- dera för att reglera lutens förbränningstemperatur. Från expansionskärlet 12 leds luten för förbränning utmed linjen 13 till återvinningspannan 14, dit luten sprutas in.

Expansionskärlen placeras så mycket högre än lutens insprutningsnivå, att höjdskillnaden räcker till för det insprutningstryck som krävs. Detta utgör en stor fördel, emedan man för luten inte behöver insprutningspumpar med reglerat varvtal, av vilka det normalt skulle finnas två stycken, och i vilka det kan uppstå problem av olika slag. Om trycket i behållaren 7 i något skede inte räcker till för att transportera luten till expansionskärlen 11 och 12, kan man som hjälp använda cirkulationspum- pen 9 vid behållaren 7. Ångan som man får från expansionskärlen 11 och 12 utnyttjas på fabriken. Ångan från det expansionskärl 12, som i lutens strömningsriktning betraktat ligger senare, leds via linjen 29 till en lämplig punkt i indunstningsanläggningen för svartlut, vil- ken befinner sig före koncentratom 1 och i vilken energiinnehållet i ångan kan ut- nyttjas ärmu 2 - 4 gånger. Ångan från det första expansionskärlet 11 utnyttjas via linjen 15 tillsammans med sekundärångan som man får från koncentratom 1 via linjen 3, för att förvärma förbränningsluften till återvinningspannan. Därför leds ångflödena från linjema 3 och 15 till linjen 16, via vilken det kombinerade ångflö- det förs till indunstningsenheten (återkokaren) 17, vilken i denna utföringsform även är en lamellindunstrare som fungerar med principen av en fallande film, men som även kan vara konstruerad på annat sätt. Ångoma kondenseras i återkokaren 17, varvid man som kondenserande medel använder demineraliserat vatten. Den ånga som man sålunda erhåller leds via linjen 18 till förvärmaren 19 för primärluft och till förvärmaren 20 för sekundärlufi, för att värma förbränningslufl som matas via linjema 21 och 22. Då ångan som bildas i återkokaren 17 härstammar från de- mineraliserat vatten, är den så ren att ångan kan ledas till konventionella luftförvär- . , » ~ u. f Mara: É- '- .n ; j .' ' . ._ C) , . ~~~ H H -sssn trix» 10 15 20 . - | | en 522 676 8 mare. Lufiströmmarna som uppvärmts i forvärmarna 19 och 20 leds till återvin- ningsparmans eldstad 14. Ångan kondenseras med törvärmama 19 och 20, och kondensatet som genereras leds tillbaka till âterkokaren 17 via linjema 23, 24 och 25, för att återanvändas så- som kondenserande medium. Om indunstningen av svartlut i koncentratom 1 gene- rerar mera värme än vad som behövs fór iörvärrnning av förbränningsluften kan den överflödiga värmen avlägsnas ur denna process genom att leda ånga från linjen 18 till en hjälpkondensator 26, där värmen utnyttjas genom att generera varmvatten.

Det orena kondensatet från âterkokaren 17 leds via linjen 27 till den indunstnings- anläggning som ligger före koncentratorri, för att renas tillsammans med de orena kondensaten som bildas i indunstningsanläggningen. Utblâsningen av oren ånga från behållaren 7 och àterkokaren 17 leds via linjen 28 till indunstningsariläggiiing- ens vakuumsystem eller till uppsamlingen av koncentrerade gaser.

Med hjälp av den föreliggande uppfinningen kan indunstningen av svartlut, som skall koncentreras till en mycket hög torrsubstanshalt, göras värmeekonorriiskt mycket fördelaktigt, då man utnyttjar den vid indunstningen bildade värmen i svartlutens senare behandlingssteg, förbränningen. Utföringsforrnen ovan beskriver umyttjandet av ångan som bildas i den sista indunstningsfasen, men uppfinningen kan även använda ånga från andra indunstningsfaser, om àngans egenskaper är där- till lämpliga. . . . . .o - u u ~ .o

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 u u u ø nu 522 676 PATENTKRAV

1. Förfarande för förbränning av svartlut från en massafabrik, i vilket förfarande svartluten koncentreras i en flerstegs indunstningsanläggning, vars indunstare är försedda med för indirekt indunstning avsedda värme- växlarytor, såsom lameller eller rör, för att erhålla svartlut som koncentreras till en torrsubstanshalt som är lämplig för förbränning och för att generera ånga, varvid den koncentrerade svartluten leds till förbränning i en återvinningspanna dit man matar förbränningsluft på flera olika luftnivåer för förbränningsprocessen,}<ânI1e- teczkrlat awr att åtminstone till en luftnivå matad förbränningsluft förvårms genom att såsom vârmekälla använda svartlutsànga, som bildats vid den indirekta koncentreringen av svartlut till en torrsubstanshalt över 80 %.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kànnetecknat av att ångan som används vid förvärmningen härstammar från svartlutens sista indunstningsfas, varifrån svartluten matas till förbränning.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kànnetecknat av att uppvärmningsmediet i den sista indunstningsfasen är mellantrycksånga.

4. Förfarande enligt något av patentkraven l-3, kànnetecknat av att sekundäràngan som bildas vid svart- lutens indunstning kondenseras genom att använda vatten såsom kondenserande medel, varifrån det bildas ånga som leds till förvärmning av förbränningsluften.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, kànnetecknat av att ångan som genereras från vattnet kondenseras i luft- förvärmningen, och att det bildade kondensatet återförs 10 15 20 25 30 35 522 676 10 såsom kondenserande medel till kondensering av sekundär- ångan.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-5, kännetecknat av att svartluten expanderas efter den sista koncentrationsfasen, och att expansionsàngan används såsom värmekälla vid förvärmning av förbränningsluften.

7. Förfarande enligt något av patentkraven 1-6, kännetecknat av att primärluften förvärms.

8. Förfarande enligt något av patentkraven 1-7, kännetecknat av att sekundärluften förvärms.

9. Anordning för förbränning av svartlut från en massafabrik, vilken anordning omfattar: - en återvinningspanna för förbränning av svartlut, - åtminstone en luftförvärmare, som kopplats till åter- vinningspannan för att mata förvårmd luft till pannan, - en flerstegs indunstningsanläggning, vars indunstare är försedda med för indirekt värmeväxling avsedda värme- växlarytor, såsom lameller eller rör, för svartlut, där svartlut indunstas till en torrsubstanshalt som är lämplig för förbränning, och där anläggningens sista indunstningssteg i lutens strömningsriktning kopplats till återvinningspannan för att mata svartlut till pannan, k ä n n e t e c k n a d a v att indunstningsanlàggningens sista steg är kopplat till åtminstone en luftförvärmare så, att den vid den indirekta indunstningen av svartlut till en torrsubstanshalt över 80 % genererade svartlutsångans värmeinnehàll används för att värma luft i en förvârmare.

10. Anordning enligt patentkrav 9, kännetecknad av att den ytterligare omfattar en återkokare, som kopplats till det sista indunstningssteget för att leda ångan som bildas vid indunstningen för kondensering i återkokaren, 10 15 « 52.2- 675 s"s"ïE.s"a:ïï:.°'I° ll och som vidare kopplats till luftförvärmaren for att leda ångan som bildas ur det kondenserande medlet till luft- förvärmaren. ,

11. Anordning enligt patentkrav 9 eller 10, kännetecknad av att det sista indunstningssteget kopplats till àtervinningspannan åtminstone via ett expansions- kärl, som även kopplats till en luftförvärmare och/eller till en àterkokare för att i luftförvärmaren utnyttja värmeinnehàllet i expansionsångan som bildats ur svartluten.

12. Anordning enligt något av patentkraven 9-11, kännetecknad av att luftförvärmaren är en förvàrmare för primårluft.

13. Anordning enligt något av patentkraven 9-12, kännetecknad av att luftförvärmaren är en förvärmare för sekundärluft.