3.6 Теплоутилизационная установка для выдувочных паров
Тепло паров, образующихся при выдувке, используется на сульфатцеллюлозных
заводах для приготовления горячей воды. На рисунке 6 изображена схема типовой теплоутилизационной установки со струйным конденсатором, работающей на многих предприятиях.
Рисунок 6 – Теплоутилизационная установка для выдувочных паров типа Розенблад
Выдувочные пары из выдувного резервуара, пройдя массную ловушку, по трубе 1 поступают в смешивающий конденсатор 2, куда во время выдувки по трубопроводу 3 подается охлаждающая вода. Горячий конденсат, имеющий температуру около 90 °С, вытекает из конденсатора по трубе 4, в колене которой установлен датчик терморегулятора 5, автоматически регулирующего подачу воды в конденсатор в зависимости от давления поступающего пара и температуры конденсата. Горячий конденсат поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора 6, снабженного вытяжной трубой 7 и имеющего объем от 1,5 до 3 м3 на 1 м3 котла. В верхней части аккумулятора расположен сливной зонт 8, от которого отходит труба 9, ведущая через фильтр 10 для отделения волокна к центробежному насосу 11 для подачи горячего конденсата в спиральный или пластинчатый теплообменник 12. В этом теплообменнике за счет тепла конденсата производится нагрев свежей воды для промывки целлюлозы, а конденсат охлаждается до 40 °С и через распределительный зонт 13 поступает в нижнюю часть бака-аккумулятора. Насос 11, теплообменник и фильтр работают круглосуточно. Во время выдувки охлажденный конденсат центробежным насосом 14, имеющим относительно большую производительность, нагнетается в конденсатор в качестве охлаждающей жидкости и за счет тепла конденсации паров снова нагревается до 90 °С, возвращаясь в верхнюю часть аккумулятора. То есть, система работает без затраты свежей воды на процесс конденсации. Количество циркулирующего в установке конденсата при каждой выдувке возрастает за счет конденсирующегося пара, поэтому предусмотрен перелив избытка конденсата из аккумулятора в сток по трубе 15. Целесообразно возвращать его в баки-мерники черного щелока или направлять на выпарку.
Смешивающий конденсатор описанной выдувочной установки по принципу действия является струйно-инжекционным: устройство его показано на рисунке 7. Вода подается в верхнюю головку конденсатора и, выходя сильными струями из тонких коротких трубок-сопел, заделанных в верхнюю трубную решетку, засасывает пар в отверстия более широких и длинных смесительных трубок, в которых и происходит конденсация.
Один из недостатков описанной выдувочной установки состоит в том, что поддержание постоянной температуры горячего конденсата достигается за счет регулирования количества охлажденного конденсата, поступающего в конденсатор. По этой причине меняется скорость воды в соплах и инжекционное их действие ухудшается.
На скандинавских предприятиях довольно широко применяются выдувочные установки с двумя конденсаторами, работающими последовательно. Первоначально на второй ступени использовали такой же конденсатор смешения, как и на первой; оба конденсатора орошались холодным конденсатом из нижней части бака-аккумулятора, причем расход холодного конденсата регулировали по температуре горячего конденсата, вытекающего из первого конденсатора, а горячий конденсат от второго конденсатора возвращали во всасывающую трубу циркуляционного насоса. Для более полного использования тепла уходящей из аккумулятора парогазовой смеси иногда устанавливали третий конденсатор смешивающего типа или спиральный. Расход охлаждающей воды на второй и третий конденсаторы регулировали по температуре уходящих паров и газов, что, однако, вызывало известные трудности. В 70-х годах вернулись к двухступенчатой системе конденсации. Перед первым конденсатором теперь устанавливают щелокоуловитель, что способствует уменьшению расхода холодного конденсата и расхода энергии на его подачу. Подача охлаждающей воды в первичный конденсатор регулируется не по температуре получаемого горячего конденсата, а по давлению выдувочного пара в линии от выдувочного резервуара, что ликвидировало запаздывания в регулировании и перекондснсацию из-за инерции регулирующей системы. Подача воды на вторичный конденсатор регулируется не по температуре уходящей парогазовой смеси, а по температуре циркулирующей воды, которая должна быть постоянной. Избыток воды уходит в перелив. Преимущество этой системы в том, что не происходит переконденсации или недоконденсации при пуске и по окончании выдувки, а в промежутках между выдувками отсутствует бесполезное испарение.
Рисунок 7 – Устройство струйного конденсатора:
1 — инфекционные трубки (сопла), 2 — верхний конус, 3 — подвод воды; 4 — верхняя трубная доска, 5 — вход пара, 6 — перегородка, 7 — кожух, 8 — смесительные трубы, 9 —нижний конус, 10 — выход конденсата, 11 – нижняя трубная доска.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Непенин Ю. Н. Технология целлюлозы. Т. 2. Производство сульфатной целлюлозы: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: «Лесн. пром-сть», 1990. – 660 с.
2. Непенин Н. Н., Непенин Ю. Н. Технология целлюлозы. Т. 3. Очистка, сушка и отбелка целлюлозы. Прочие способы получения целлюлозы: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: «Экология», 1994. – 592 с.
3. Оборудование целлюлозно-бумажного производства. Т. 1. Оборудование для производства волокнистых полуфабрикатов / Чичаев В. А., Васильев А. А., Васильев И. А. и др. – М.: «Лесн. пром-сть», 1981. – 368 с.
4. Фляте Д. М. Технология бумаги: Учебник для вузов. – М.: «Лесн. пром-сть», 1988. – 680 с.
5. Шелгунов Ю. В., Кутуков Г. М., Лебедев Н. И. Технология и оборудование лесопромышленных предприятий: Учебник. 3-е изд. – М.: МГУЛ, 2002. – 589 с.
2.5.3. Удельные расходы древесины, белого и черного щелока, выход целлюлозы из древесины, с одной варки, из 1 м3 котла
Для наглядного представления о коэффициентах и показателях, связанных с процессом сульфатной варки, рассчитаем материальный баланс сульфатной варки жесткой целлюлозы в котле объемом 125 м3.
Допустим, что варка ведется по ускоренному методу, с непрямым обогревом и принудительной циркуляцией щелока. Сырьем служит сосновая балансовая щепа влажностью 40 %. Примем следующие основные данные для расчета.
Выход целлюлозы из древесины, % 48
Расход активной щелочи в единицах NaaO по отношению к массе абс.
сухой древесины, % 15,5
Общее количество жидкости в котле (с учетом влаги щепы) на 1 м3 кот-
ла, дм3 550
Концентрация активной Na2O в белом щелоке, кг/м3 100
Плотность заливаемого в котел черного щелока (при 15 °С), г/см3 . . 1,09
Плотность влажной древесины в пересчете на абс. сухую, кг/м3 . . 430
•Степень объемного заполнения котла щепой, пл. м3/м3 0,38
График изменения температуры и давления в котле и расписание обо-
рота котла примем по рис. 42. На том же рисунке изображена примерная
кривая выхода, соответствующая условиям варки.
Расчет будем вести на 1 т воздушно-сухой целлюлозы, получаемой из
котла. Для удобства разобъем рабочий процесс на стадии: загрузка щепы и
заливка щелоков; заварка (подъем температуры и терпентинная сдувка);
варка (стоянка на конечной температуре); спуск давления (конечная сдув-
ка) ; выдувка.
З а г р у з к а щ е п ы и з а л и в к а щ е л о к о в . Количество йбсолютно
сухой древесины, загружаемой в 1 м3 котла, составит
430-0,38=163,4 кг.
Выход целлюлозы из 1 м3 котла:
абсолютно сухой— 163,4-0,48 = 78,4 кг,
воздушно-сухой — 78,4-0,88 = 89 кг.
Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла за одну варку
89-125=11 125 кг.
На 1 т воздушно-сухой целлюлозы, получаемой из котла (880 кг абс.
сухой), в котел необходимо загрузить абсолютно сухой древесины
880:0,48=1833 кг.__
Удельный расход древесины составит
1833:430=4,26 пл. м3 на 1 т воздушно-сухой целлюлозы.
С древесиной в котел поступит воды
1833-40:60=1222 кг.
На 1 м3 котла поступит воды со щепой
163,4-40:60=109 дм3.
Рис. 42. График варки (к расчету _материального баланса):
1 — температура; 2 — давление; 3 — вычод целлюлозы из древесины
-'Объем белых и черных щелоков, заливаемых на 1 м3 котла, будет равен
550—109 = 441 дм3,
или 44,1 % от объема котла. На 1 т воздушпо-сучои целлюлозы будет за-
лито щелоков
441 : дм".
' 89,0
Расход активной щелочи в единицах Na2O на 1 т целлюлозы должен
составить
1833-0,155 = 284 кг.
Объем заливаемых белых щелоков:
284: 100=2,84 м3, или 2840 дм3,
что составит
2840
4950
100 = 57,5 % от общего количества щелоков.
Объем черных щелоков (по разности):
4950—2840=2110 дм3, или
2110
4950
100 = 42,5 % от общего количества.
Для расчета состава белых щелоков примем следующие соотношения;
степень сульфидности 0,25, степень каустизации 0,88, степень восстановления
0,92. Соответствующий этим соотношениям состав белого щелока приведен
в табл. 23.
Степень активности щелока:
110,0: 112,4=0,89.
Следовательно, всей Na2O поступит в котел с белым щелоком
284:0,89 = 315,0 кг.
Коэффициент пересчета единиц Na2O в собственные единицы натриевых
соединений равен
150,7: 112,4=1,34.
Тогда количество минеральных солей, поступающих в котел с белым ще-
локом, составит
315-1,34 = 423 кг.
Наличие в белом щелоке других минеральных солей, кроме N328,
Na2COs и Na2SO4, можно не принимать во внимание.
С черным щелоком плотностью 1,09 (при 15 °С) поступит в котел сухих
веществ (см. табл. 50 в гл. 6):
2110-0,183=386 кг.
Примем, что сухой остаток черного щелока состоит из 70 % органи-
ческих веществ и 30 % минеральных. Вводим с черным щелоком: органиче-
ских веществ 386-0,70=270 кг; минеральных веществ 386-0,30=116 кг. Со-
держание щелочи в минеральной части черного щелока принимаем таким
же, как и для белого; таким образом, в черном щелоке будет содержаться
всей Na20 116:1,34=87 кг.
В табл. 24 подсчитано общее количество веществ, поступающих в котел
при загрузке щепы и закачке щелока на 1 т воздушно-сухой целлюлозы.