FI64409C - Saett att styra foerbraenningen av en till sin kemiska komposition varierande braennlut i sodapannan - Google Patents

Description

64409

Tapa ohjata kemialliselta koostumukseltaan vaihtelevan polttolipeän polttoa soodakattilassa Tämä keksintö kohdistuu tapaan säätää kemialliselta ja fysikaaliselta koostumukseltaan vaihtelevien polttolipei-den syöttöä sopivan pisarakoon aikaansaamiseksi soodakattilassa tapahtuvaa polttoa varten. Lisäksi tämä keksintö kohdistuu edellä mainitun tavan käyttöön sellaisen jatkuvatoimisen soodakattilan polton ohjaamiseksi, jossa poltetaan eri puulajeista ja/tai sulfaatti- ja sul-fiittikeitosta peräisin olevia lipeitä.

Sellunkeitossa syntyy tunnetusti jätelientä ja sellun valmistuksen taloudellisuuden kannalta on erittäin tärkeää, että tämän jäteliemen lämpösisältö sekä kemikaalit saadaan mahdollisimman tarkoin talteen sellun valmistusprosessissa hyväksi käytettäväksi. Ennen jäteliemen polttamista lämpöenergian vapauttamiseksi ja kemikaalien tal-teenottamiseksi haihdutetaan jäteliemestä vettä, niin että saadaan n. 40 % vettä sisältävä polttolipeä, joka poltetaan soodakattilassa, jolloin vapautuvaa lämpöenergiaa voidaan käyttää hyväksi sellunvalmistusprosessissa ja kemikaalit voidaan ottaa talteen soodakattilan pohjalta sekä regeneroinnin jälkeen käyttää hyväksi keitto-lipeän valmistuksessa.

Energian hinnan jatkuvasti kohotessa on sellunvalmistus-prosessin taloudellisuuden kannalta tullut yhä tärkeämmäksi saada lipeän poltto soodakattilassa toimimaan mahdollisimman häiriöttömästi ja hyvällä energiahyötysuh-teella.

Soodakattilan primääritehtävän, suolojen talteenoton ja regeneroinnin keittolipeän valmistusta varten, vuoksi 2 64409 soodakattilan alaosaan pitää luoda redusoiva ja korkean lämpötilan omaava osa, jonka alaosassa on ns. keko. Regenerointiastetta kattilassa mitataan rikin reduktion avulla.

Suolojen talteenottoa mitataan kemikaalihäviöiden avulla. Hävikkiä syntyy kaasujen, kuten esim. SC^, poistuessa savukaasujen mukana.

Soodakattilan tehtävänä on myös lämmön talteenotto savukaasuista. Tämän tehokkuutta voidaan mitata savukaasu-häviön suuruudella palamattomien kaasujen osuutena sekä kattilan käytettävyydellä eli tulipintojen likaantumisen aiheuttamilla seisokeilla.

Soodakattilan toimintaan vaikuttavat monet eri tekijät. Soodakattilaan syötettävässä polttolipeässä on vielä suhteellisen paljon vettä (noin 40 %). Tämä vesimäärä on saatava haihtumaan soodakattilassa ja haihtumisen on olennaisesti tapahduttava soodakattilan pohjalla olevaa kekoa kohti putoavasta lipeäpisarasta ennen keon pintaa. Ellei näin tapahdu joudutaan suuri osa vedestä haihduttamaan keon pinnalta, mikä tietenkin laskee keon lämpötilaa, joka vuorostaan lisää rikkidioksidiemissiota. Mikäli vesi on haihtunut ennen kekoa, tulevat pisarat niin kevyiksi, että ne tempautuvat mukaan soodakattilassa nousevaan kaasuvirtaan, jolloin ne pyrolysoituvat ja palavat kaasufaasissa, jolloin kaasun pölykuorma kasvaa. Li-peäpisaroiden koko soodakattilassa pyritään saamaan sellaiseksi, että kuiva-ainepitoisuus pisaran osuessa keon pintaan on sopiva ja että jäljellä oleva pieni vesimäärä poistuu nopeasti keon pinnalta ja aikaansaa huokoisen keon. Näin saadaan tulipesän pohjalla oleva keko kuumaksi, mikä mahdollistaa alhaiset S02 päästöt ja kattilan hyvän käytettävyyden.

Il 3 64409

Soodakattilan toiminnan kannalta sopiva pisarakoko on määritetty visuaalisesti kokemuksen perusteella, mm. tarkkailemalla soodakattilan pohjalla olevan keon lämpötilaa värin perusteella. On todettu, että soodakattilaan syötettävän lipeän viskositeetti pääasiallisesti määrää sen pisaran koon, joka muodostuu soodakattilan kaasutilassa, kun mm. lipeää soodakattilaan syöttävien suuttimien koko ja tyyppi sekä syöttöpaine pysyy olennaisesti vakiona. Vastaavasti viskositeetin pysyessä vakiona määräytyy pisarakoko suuttimen halkaisijan vaikutuksesta vakiolipeävirtauksella.

Pisarakoon pitämiseksi edellä mainitulla tavalla kokeellisesti hyväksi havaitussa arvossa on säätösuureena käytetty polttolipeän kuiva-ainepitoisuutta joko tiheyden tai refraktometrin avulla määritettynä ja mittaustuloksen perusteella on pyritty päättelemään ne muutokset, jotka on tehtävä soodakattilaan syötettävän lipeän lämpötilassa ja ruiskutuspaineessa halutun kokoisen pisaran aikaansaamiseksi soodakattilan kaasutilaan. Pääasiallisesti on tällöin pyritty säätämään lipeän viskositeettia lämmittämällä sitä. Tällaista säätöä on selostettu julkaisussa Pulp and Paper 53, (1979) 9, sivut 142-145.

Tiheyden mittauksessa käytetään yleisesti Baume-mittausta. Refraktometrimittaus puolestaan antaa raaka-aineen ja sellun keitto-olosuhteiden pysyessä vakiona suureen, jota voidaan käyttää hyväksi soodakattilan ohjauksessa.

Soodakattilan häiriötön käyttö on aikaisemmin saavutettu pitämällä valmistusprosessi ja sen seurauksena poltto-lipeän ominaisuudet mahdollisimman tasaisina, minkä ansiosta polttoprosessi on voitu ajaa vakioasetuksella. Aikaisemmin käytettiin sellutehtaissa yleensä yhtä ainoaa tehdaskohtaisesti määrättyä puulaatua ja samoin valmistettiin yleensä yhtä ainoaa määrättyä massalaatua, mistä oli seurauksena, että jäteliemen kemiallinen koostumus 4 64409 säilyi suurin piirtein muuttoinattomana. Polttolipeän kuiva-ainepitoisuus sen sijaan vaihteli haihduttamon toiminnan mukaan ja vaihtelurajat ovat yleensä olleet 55-65 % kuiva-ainetta.

Haihduttamon toimintaa säädettiin siten, että päästiin tiettyyn mahdollisimman vakioon kuiva-ainepitoisuuteen, jonka mukaan polttoprosessi säädettiin. Kuiva-ainepitoisuutta pyrittiin säätämään n. + 1,5 prosenttiyksikön tarkkuudella. Mikäli heilahdukset ovat suuria, ne heijastuvat soodakattilan käyttöön aiheuttaen reduktio-asteen muutoksia SC^-kaasuemissioita ja kattilan likaantumista. Vaikeuksien ilmaantuessa on soodakattilan käyttäjä pyytänyt tarkistamaan, ovatko prosessiarvot haih-duttamolla ja keitossa pysyneet asetetulla alueella.

Sellutehtaan tehokkuuden lisäämiseksi on kehitetty jatkuvatoimisia keittimiä. Näissä olosuhteet muuttuvat nopeasti, kun esim. raaka-aineena käytetty puulaji vaihtuu kerran viikossa tai keiton saanto vaihtelee. Vaihteluja poltettavan lipeän kemiallisessa koostumuksessa aiheuttavat myös yhä suljetummiksi käyvät prosessit eli suljetut kemikaalikierrot. Nämä raaka-ainevaihtelut vaativat myös uusia keittoarvoja (jäännösalkalitaso) mikä vaikeuttaa haihduttamon toimintaa. Näissä oloissa ei lipeän ominaisuuksia voida pitää yhtä tasalaatuisina kuin aikaisemmin. Esimerkkinä on kuvassa 2 näkyvä puulajin vaihdosta aiheutunut lipeän viskositeetin muutos vakio kuiva-aineella.

Jatkuvan keiton tapauksessa häiriö siirtyy suoraan soodakattilalle ellei lipeävarastoilla ryhdytä erityisiin tasaaviin toimenpiteisiin.

Paremman lämpötalouden saavuttamiseksi lipeän kuiva-ainepitoisuus pyritään nostamaan aikaisemmasta n. 60 % tasosta

II

5 64409 n. 67 % tasoon. Ruiskutuksen kannalta samojen olosuhteiden takaamiseksi tulipesään on haihdutuksen tarkkuus-vaatimus 67 % lipeällä suurempi kuin 60 % lipeällä. Kuvion 1 mukaan +1,5 % kuiva-ainevaihtelu pitäisi kuristaa arvoon +0,4 % saman viskositeettivaihtelun varmistamiseksi .

Edellä olevien suurempien soodakattilalle tulevien häiriöiden lisäksi on yleinen laitteille asetettu vaatimustaso noussut. Käytettävyysvaatimus vaihtelevissa olosuhteissa on suuri samalla kun SC^-taso savukaasuissa ja reduktio-aste sulassa on hallitulla tasolla.

Vaatimusten nousun ja suurempien häviöiden lisäksi on todettu, että edellä mainitut mittaustavat eivät enää annakaan luotettavaa tietoa soodakattilan kaasutilassa muodostuvan lipeäpisaran koosta, silloin kun soodakattilaan syötettävän polttolipeän kemiallinen koostumus vaih-telee, esim. sen vuoksi, että sellun keittoprosessissa on vaihdettu puulajia tai keittotapaa. Lisäksi on todettu, että polttolipeän tiheysmittaus Baume-mittauksena on epäluotettava silloin kuin kuiva-ainepitoisuus nousee 65 %:n yläpuolelle. Kuiva-aineanalyysin viive on lisäksi niin suuri (noin 12 h), ettei sitä voida käyttää soodakattilan ohjaamiseen, silloin kun soodakattilaan syötettävän polttolipeän kemiallisessa koostumuksessa tapahtuu nopeita muutoksia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada tapa soodakattilaan syötettävän polttolipeän syöttöolosuhteiden pitämiseksi halutuissa kokeellisesti hyväksi todetuissa arvoissa tai raja-arvojen välissä, niin että polttolipeä muodostaa soodakattilassa palamisen kannalta mahdollisimman sopivankokoisia pisaroita. Esillä olevan keksinnön mukainen tapa on erityisen käyttökelpoinen silloin kun soodakattilaan syötettävän lipeän kemiallinen koostumus ja fysikaaliset ominaisuudet vaih- 6 4 4 0 9 6 televat. Vaihtelu voi johtua esim. siitä, että poltto-lipeä on peräisin eri puulajeja raaka-aineenaan käyttävästä sellun keittoprosessista (kuvio 2) tai täysin eri tyyppisestä keittoprosessista. Keksinnön mukainen tapa on näin ollen erityisen sovelias sellaisen soodakattilan polton ohjaamiseksi, jossa poltetaan eri puulajeista ja/tai sulfaatti- ja sulfiittikeitosta peräisin olevia lipeitä.

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti mitataan soodakattilaan syötettävän polttolipeän viskositeetti ainakin välittömästi ennen syöttöä ja käyttäen tätä mittaustulosta säätösuureena säädetään soodakattilaan syötettävän lipeän syöttöpaine tai lämpötila tai molemmat niin, että pisarakoko saadaan sopivaksi. Tarvittaessa voidaan viskositeetti mitata useammastakin paikasta esim. ennakoivan karkeasäädön tekemistä varten.

Kun ohjaussuureena käytetään suoraan sitä polttolipeän fysikaalista ominaisuutta, joka eniten vaikuttaa pisaran muodostumiseen, ei lipeän kemiallisen koostumuksen ja fysikaalisten ominaisuuksien vaihtelu häiritse poltto-prosessin tasaisuutta soodakattilassa.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää viskositeetin muuttumista samalla kuiva-ainekoostumuksella kuiva-ainepitoisuuden muuttuessa, kuvio 2 esittää koivulipeän (alue A) ja mäntylipeän (alue B) viskositeetin hajontaa eri kuiva-ainepitoisuuksilla,ja kuvio 3 esittää alla olevassa esimerkissä selostettuja, keksinnön mukaisen menetelmän sovellutuksena saatuja tuloksia.

7 64409

Keksinnön suositussa suoritusmuodossa jäähdytetään tai lämmitetään soodakattilaan syötettävää polttolipeää sen viskositeetin säätämiseksi. Päinvastoin kuin ennestään tunnetuissa menetelmissä, ei säätösuureena kuitenkaan käytetä lipeän kuiva-ainepitoisuutta tai refraktiomit-tausta, vaan jäähdytys tai lämmitys suoritetaan suoraan viskositeettimittauksen perusteella. Polttolipeän viskositeetti pyritään mittaustuloksen perusteella pitämään kahden empiirisesti hyväksi havaitun raja-arvon välissä. Polttolipeän jäähdytystä tai lämmitystä säädetään edullisesti sen perusteella kuinka nopeasti sen viskositeetti laskee mainittujen raja-arvojen alimman arvon kohdalla tai nousee ylimmän arvon kohdalla, so. nousukulman perusteella .

Vaihtoehtoisesti voidaan polttolipeän viskositeettiä säätää sekoittamalla siihen lipeää, jolla on erilainen viskositeetti. Tällä tavoin voidaan keksinnön mukaista tapaa käyttää sellaisen jatkuvatoimisen soodakattilan polton ohjaamiseksi, jossa poltetaan joko samanaikaisesti tai eriaikaisesti eri puulajeista ja/tai sulfaatti- ja sul-fiittikeitosta peräisin olevia lipeitä.

Mikäli lipeän viskositeettivaihtelut pysyvät sopivalla alueella on mahdollista käyttää pelkästään lämpötilan tai suutinaukon säätöä sopivan pisarakoon säätämiseen.

On myös mahdollista säätää pisarakokoa yhdistämällä eri viskositeettisten Upeiden sekoitus, suutinaukon säätö ja lämmitys tai jäähdytys halutulla tavalla siten, että käytetään kaikkia tai pelkästään osaa eri säätötavoista yhdessä.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkin avulla.

64409 8

Esimerkki

Kuviosta 3 nähdään polttolipeän laadun vaihtelut ajan funktiona. Kuvassa A on kuiva-ainepitoisuus, B on viskositeetti sekoitussäiliön jälkeen ja C on viskositeetti ennen sekoitussäiliötä. Alue E kuvaa koivulipeäjaksoa, joka vuorottelee mäntylipeän kanssa.

Kuvassa näkyvät suuret viskositeettimuutokset, jotka joutuessaan sellaisenaan lipeäruiskuille asti aiheuttaisivat palamishäiriöitä soodakattilalla, on eliminoitu säätämällä esilämmityksen ja viskosimetrin avulla polttoon menevän lipeän viskositeetti asetusarvon D mukaisesti.

il

Claims (10)

1. Tapa säätää kemialliselta ja fysikaaliselta koostumukseltaan vaihtelevien polttolipeiden syöttöä soodakattilaan sopivan pisarakoon aikaansaamiseksi soodakattilassa polttoa varten, tunnettu siitä, että mitataan soodakattilaan syötettävän lipeän viskositeetti ja säädetään syöttöolosuhteita suoraan mitatun viskositeettiarvon perusteella .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että säädetään suuttimen aukkoa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että säädetään sekä syötettävän polttolipeän viskositeettia että suuttimen aukkoa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että säädetään syötettävän polttolipeän viskositeettia .

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että soodakattilaan syötettävän polttolipeän viskositeettia säädetään sekoittamalla siihen niin paljon korkea- tai matalaviskositeettisempaa polttolipeää, että saadaan haluttu viskositeetti.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että polttolipeää jäähdytetään tai lämmitetään.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että viskositeetin säätämiseksi sekä sekoitetaan eri viskositeetin omaavia lipeitä että jäähdytetään tai lämmitetään syötettävää lipeää.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 4-7 mukainen tapa, tunnettu siitä, että polttolipeän viskositeetti pyritään pitämään kahden raja-arvon välissä. 10 64409

9. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen tapa, tunnettu siitä, että soodakattilaan syötettävän lipeän viskositeetti pyritään pitämään kahden raja-arvon välissä ja että lipeän lämmitystä tai jäähdytystä säädetään sen perusteella, kuinka nopeasti sen viskositeetti muuttuu mainittujen raja-arvojen kohdalla.

9 64409

10. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen tavan käyttö sellaisen soodakattilan polton ohjaamiseksi, jossa poltetaan eri puulajeista ja/tai sulfaatti- ja sulfiittikeitosta peräisin olevia polttolipeitä. i: 11 64409