FI70441C - Foerfarande foer aotervinning av sekundaervaerme vid satsvis kokning av sellulosa. - Google Patents

Description

70441

Sellun eräkeiton toisiolämmön talteenottomenetelmä Tämän keksinnön kohteena on menetelmä sellun eräkeiton toisiolämmön talteenottamiseksi silloin, kun keittoliuos keittokierron loppuvaiheessa johdetaan keittimestä erilliseen paineenalaiseen tasaussäiliöön.

Ennestään tunnetaan toisiolämmön talteenottomenetelmiä, jotka perustuvat lämmön talteenottoon puskusäiliön paisunta-höyrystä tai suoraan keittimestä otettavista ainevirroista. Epäkohtana näissä menetelmissä on talteenottolaitteisiin johdettavien aine- ja lämpövirtojen jaksottaisuus, mikä vaikeuttaa prosessin hallittavuutta sekä se, että toisio-lämpö saadaan käyttöön vain lämpimänä vetenä, jota usein syntyy prosessin tarpeisiin nähden ylimäärin. Lisäksi tunnetuissa menetelmissä joudutaan jaksottaisesti vapautuvat hajukaasut ennen jatkuvatoimiseen käsittelyyn johtamista tasaamaan kaasun välivarastosäiliöllä tai johtamalla järjestelmään vuotoilmaa silloin, kun prosessista ei vapaudu hajukaasua.

Suomalaisessa patenttijulkaisussa 18 429 esitetään, että sellun eräkeitossa keittoliuos keiton päätyttyä siirretään käytännöllisesti katsoen samanpaineisena ja -lämpötilaisena erilliseen säiliöön ja että keittimeen jääneen massan lämpö-sisältö siirretään alempipaineisena höyrynä yhteen tai useampaan höyryvaraajaan. Koska em. julkaisussa ei esitetä, miten keittoliuoksen lämpösisältöä on käytännössä käytettävä hyväksi ja miten keittimen pusku on mahdollista suorittaa, ei tätä menetelmää ole sovellettu käytäntöön.

Lämpötalouden merkitys kasvaa entisestään myös selluteollisuudessa ja sitä on jo kauan yritetty parantaa erityisesti massan eräkeittoprosessissa. Tämä keksintö kohdistuu alussa mainittuun menetelmään, jolle on ominaista hyvä lämpötalous 2 70441 ja keittimen paineellinen kylmäpusku edullisesti alueella 90-105°C ja jossa massa voidaan esipestä keittimessä.

Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu pääasiallisesti siitä, että keittoliuosta tai keittoliuoksesta vapautunutta höyryä johdetaan virtaukseltaan säädettynä tasaussäiliöstä keittoprosessissa tai apuprosesseissa käytettäväksi tai lä.nmöntalteenottoyksikköön sen lämpösisällön ulkopuolista käyttöä varten ja siitä, että tasaussäiliön paine-energiaa käytetään keittimen paineelliseen kylmäpuskuun.

Tasaussäiliöstä kuuma keittoliuos johdetaan keksinnön suositussa suoritusmuodossa säädettynä virtauksena alempipai-neiseen paisutussykloniin, joita voi olla useampia. Paisu-tussykloneissa erottuvaa paisuntahöyryä voidaan käyttää keittoprosessin alkuvaiheissa sekä erillisissä apuprosesseissa tuorehoyryn asemesta. Paisuntahöyryn ylimäärä johdetaan pintalauhduttimiin, ts. lämmöntalteenottoyksikköön, joissa valmistetaan kuumaa vettä. Paisuntahöyryvirran mukaan vapautuvat hajukaasut ja metanolihöyry voidaan virtauksen säädettävyyden ansiosta syöttää tunnetun monivaiheisen pin-talauhdutusprosessin läpi suoraan hajukaasujen käsittelyyn.

Keittimen sisältämä vapaa keittoliuos imetään ulos keittimen pohjassa olevan sihdin läpi. Keittoliuostyhjennyksen jälkeen keittimessä oleviin lastuihin jääneen liemen sisältämä toisiolämpö otetaan talteen sinänsä tunnetulla alaskaasutustekniikalla. Keittimen paine alennetaan likimain ilmanpaineeseen. Vapautunut toisiohöyry johdetaan lämmöntalteenottoyksikköön yhdessä viimeisestä paisuntasyk-lonista tulevan höyryvirran kanssa tai sen asemesta. Paisuntasykloniin johdetaan liuosta tasaussäiliöstä siten säädettynä, että yhdistetty höyryvirta pysyy oleellisesti muuttumattomana.

Keitin täytetään sitten pesemöstä saatavalla suodoksella ja pusketaan tyhjäksi käyttäen hyväksi tasaussäiliön höyryn- 3 70441 painetta. Pesemösuodoksen käyttämisellä aikaansaadaan yksi esiprsuvaihe.

Pesemösuodos syötetään keittimeen suhteellisen alhaisessa lämpötilassa siten, että suodoksen ja massan seoslämpöti-laksi tulee 105°C tai alempi. Keittimen sisältö voidaan siis puskea kylmäpuskuna 90-l05°C lämpötilassa.

Pesemösuodos on edullista syöttää keittimen pohjasihdin läpi nestevaikutuksen ja sen tasaisen jakautumisen aikaansaamiseksi. Puskun aikana voi myös olla edullista syöttää säädetty suodosvirta pohjasihdin läpi alakartioon massan virtausvastuksen pienentämiseksi ja täten helpottaa keittimen tyhjentymistä.

Kun sellutehtaassa esim. keittämöllä syntyy häiriöitä, jotka hetkellisesti alentavat höyrynkulutusta, on keksinnön mukaisesti mahdollista johtaa höyrykattiloilta tulevaa tuorehöyryä tasaussäiliöön ja siten ehkäistä höyryn ulospuhallukset talteenottavasti pienehköissä tasehäiriöissä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan lukuisia etuja koskien tehtaan höyrynkulutusta, prosessia, massan laatua, massan pesun tehostumista ja ympäristösuojelua, kuten seuraavasta esityksestä käy ilmi.

Tehtaan höyrynkulutusta koskevat edut

Teoreettisesti on 100 % keiton latenttilämmöstä käytettävissä säädettävänä toisiohöyrynä. Tavanomaiseen lämmöntalteen-ottojärjestelmään verrattuna saavutetaan suurempi valinnanvapaus toisiolämmön hyväksikäytössä. Lisäksi toisiolämpö talteenotetaan aiempaa korkeammalla energiatasolla ja keit-tämölle menevän tuotehöyryvirran vaihteluita voidaan pienentää .

Prosessiedut

Yleisesti ottaen jatkuvan ja eräkeittoprosessin parhaat ominaisuudet on yhdistetty.

70441 4

Keittämöltä otettava toisolämpövirta voidaan entistä varmemmin kytkeä eri apuprosesseihin, sillä pääprosessin häiriöt eivät enää suoraan pääse vaikuttamaan niihin.

Parempi massan laatu

Menetelmä mahdollistaa keittimen puskun alhaisessa 90-105°C lämpötilassa. Tämä ns. kylmäpusku vähentää kuituseinämän mnrtumisvaurioita, jotka tavanomaisessa puskussa syntyvät kuidun sisällä olevan nesteen voimakkaasti höyrystyessä nopeasti tapahtuvassa paineenalennuksessa. Täten massan lujuusominaisuudet paranevat.

Kappaluvun vaihtelu pienenee, koska keitossa on entistä taloudellisempaa käyttää suurta neste/puusuhdetta.

Mikäli massan jatkokäsittelyosastoilla (pesemö, valkaisi-mo) syntyy käyttöhäiriöitä tämä menetelmä avaa mahdollisuuden antaa valmiin keiton odottaa keittimessä kappaluvun pienentymättä. Keittimen alaskaasutus lähes ilmakehän paineeseen sekä pesemösuodoksen syöttö alentavat massan lämpötilan ja samalla keittoreaktioiden nopeuden tasolle, joka ei enää vaikuta massan kappalukuun.

Parempi pesuteho

Vapaa keittoliuos, jossa keittokemikaalien ja puusta liuenneiden aineosien väkevyys on suuri, poistetaan keittimestä ja korvataan pesemösuodoksella, jossa mainittujen aineosien väkevyys on pienempi. Suodoksen ja massan sekoittuminen tapahtuu osin keittimessä, puskuputkessa ja puskusäiliössä. Täten pesuun johdettava massavirta on em. aineosien suhteen laimeampaa ja siitä johtuen pesutulos on parempi. Tämän lisäksi puskusäiliössä tapahtuu kemikaalien diffuusiota kuituihin absorboituneesta keittoliuoksesta laimeampaan pesemösuodokseen.

Suodatinpesemössä voidaan pesuveden lämpötilaa entisestään korottaa ilman suurempaa vaaraa nesteen kiehumisesta ensim- maisen suodattimen imujalkaputkessa: suodattimena tulevan perusliemen lämpötila on aikaisempaa alempi.

5 70441

Parempi ympäristönsuojelu

Keittämön hajukaasut ovat koko ajan suljetussa järjestelmässä ja ne voidaan johtaa käsittelyyn jatkuvana säädettynä virtana.

Keksinnön mukaista menetelmää selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää lämpötila/aikadiagrammia sulfaattimassan eräkeitossa tavanomaisine lämmön talteenottoineen, kuvio 2 esittää vastaavaa keksinnön mukaisessa menetelmässä, ja kuvio 3 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen käytettävää laitosta.

Tavanomainen menetelmä koostuu seuraavista vaiheista: 1 A - B hakkeen täyttö 2 B - C höyrytys 3 C - D keittoliuoksen syöttö 4 D - E kuumennus matalapainehöyrvllä 5 E - F kuumennus korkeapainehöyry1lä 6 F - G keittoaika 7 G - H alaskaasutus 8 H - I pusku A - A 300 minuuttia mukaan lukien 40 min väliaika.

Kuviossa 2 esitetään, miten uusi menetelmä voidaan toteuttaa kuviossa 3 esitettyä tyyppiä olevassa laitoksessa. Laitos muodostuu useista keittokattiloista, joita on tavallisesti n. 8-12 kpl ja joista vain yksi numerolla 1 merkitty kattila esitetään. Kiertolämmitys on järjestetty lämmönvaihtimen 2 avulla, joka on varustettu kiertopumpulla 3. Ulkopuolista höyryä johdetaan lämmönvaihtimeen 2 johdon 4 kautta.

6 70441

Kiertävä keittoliuos palautetaan kattilaan 1 johdon 5 kautta, jossa on venttiili 6. Johto 5 on venttiilillä 8 varustetun johdon 7 välityksellä yhteydessä tasaussäiliöön 9, josta venttiilillä 11 varustettu johto 10 johtaa takaisin kattilaan 1. Kattilasta 1 johtaa venttiilillä 13 varustettu johto 12 puskusäiliöön, jota ei esitetä. Johto 10 on yhteydessä johtoon 14 tuoreen keittoliuoksen syöttöä varten. Tämä johto on varustettu venttiilillä 15. Venttiilillä 17 varustettu johto 16 on liitetty kiertojohtoon lämmönvaihtimen 2 välityksellä ja kattilan pohjassa olevaan sihtiin. Tasaussäiliön 9 pohja on johdon 18 kautta osaksi johdon 19 välityksellä yhteydessä ensimmäiseen paineenalen-nussykloniin 20 ja osaksi johdon 21 välityksellä yhteydessä paineenalennussykloniin 22. Paineenalennussyklonin 20 pohja on johdon 23 välityksellä yhdistetty paineenalennussykloniin 22. Paineenalennussyklonin 20 höyryn poistokohta on johdolla 24 yhdistetty höyryjohtoon 25, joka lähtee kattilan 1 yläosasta. Johdot 24, 25 ovat myös yhteydessä muihin kattiloihin, joita ei ole esitetty. Paineenalennussyklonin 22 höyryn poistokohta on johdon 27 välityksellä yhteydessä johtoon 28, joka tulee kattilan 1 yläosasta ja on varustettu venttiilillä 29. Johto 28 johtaa lämmöntalteen-ottoyksikön 30 luo, josta hajukaasuja poistuu johdon 31 kautta. Paineenalennussyklonin 22 nesteen poistokohdasta johtaa johto 32 mustalipeäsäiliöön. Tasaussäiliön 9 yläosasta johtaa venttiilillä 26 varustettu johto 34 kattilan yläosaan. Kattilan yläosa on venttiilillä 35 liitetty johtoon 28. Venttiilillä 37 varustettu johto 36 on yhdistetty johtoon 16. Johto 19 on varustettu venttiilillä 38. Johto 23 on varustettu venttiilillä 39. Johto 21 on varustettu venttiilillä 40.

Laitos toimii seuraavalla tavalla: 1 A - B hakkeen täyttö 2 B - C höyrytys 3 C - D keittoliuoksen syöttö 7 70441 4 D - E kuumennus matalapainehöyryllä ja paineenalennus- syklonista tulevalla höyryllä 5 E - F kuumennus korkeapainehöyryllä 6 F - G keittoaika 7 G - H keittoliuoksen tyhjennys 8 H - I alaskaasutus talteenottojärjestelmään 9 I - J alaskaasutus lämmön talteenottoyksikköcn 10 J - K pesuliuoksen syöttö 11 K - L paineen nosto kattilan puskua varten 12 L - M kylmäpusku 13 M - N loppukaasutus A - B Hakkeen täyttö aloitetaan avaamalla kattilan venttiili ja hakkeensulloimen venttiili sekä aloittamalla hakkeen syöttö. Tuoretta höyryä tai toisiohöyryä johdosta 24 johdetaan hakkeensulloimeen. Kun kattilassa on saavutettu oikea haketaso, venttiilit suljetaan.

B - C Höyrytyksen aikana hake esilämmitetään kattilassa syöttämällä siihen paisuntahöyryä paineenalennussyklonista 20 venttiilin 33 kautta. Samanaikaisesti poistetaan ilma keittokattilasta ulos johdon 36 venttiilin 37 kautta. Esi-lämmitystä paineenalennussyklonista 20 tulevalla höyryllä jatketaan, kunnes kattilassa on saavutettu haluttu lämpötila tai haluttu paine, minkä jälkeen kattilan ja syklonin välisessä johdossa oleva venttiili 33 suljetaan. Lämpötilan säätö sulkee evakuointiventtiilin 37, kun höyryvirta saavuttaa säädön mittauspisteen johdossa 36.

C - D Keittoliuosta syötetään kattilan pohjasihdin läoi. Syöttönopeuden suurentamiseksi keittoliuosta voidaan myös syöttää keskisihdin läpi. Mustalipeän syöttö keittoliuok-seen voi edullisasti tapahtua suoraan johdon 10 kautta, jossa on virtauKsen säädin, keittoliuoksen tasaussäiliös-tä. Tämä toimenpide merkitsee tuoreen höyryn säästöä.

Kun riittävä määrä keittoliuosta on syötetty johdon 14 ja 8 70441 johdon 10 kautta, syöttöventtiilit 11 ja 15 suljetaan. Venttiili 17 suljetaan.

D - E Keittoliuoksen kiertopumppu 3 käynnistetään. Keitto-liuoksen epäsuora lämmitys tuoreella höyryllä aloitetaan lämpötilan säädöllä, joka tunnustelee keittoliuoksen poisto-lämpötilan kalorisaattorista 2. Venttiili 6 on auki ja venttiili 8 suljettu.

Samanaikaisesti kattilaan johdetaan suoraan höyryä johdosta 24 venttiilin 33 kautta. Syöttö keskeytyy automaattisesti, kun kattilan paine on noussut lähelle paineenalen-nussyklonin painetta.

Inertit kaasut, jotka seuraavat paisuntakaasun mukana johdosta 24 kattilaan, poistetaan kattilasta tärpättikaasutus-johdon kautta, jonka venttiili 35 pidetään hieman auki kuumennuksen aikana.

E - F Loppukuumennus keittolämpötilaan tapahtuu epäsuorasti kalorisaattorissa tuoreen höyryn avulla.

F - G Keitto.

G - H Kattilasta tyhjennetään vapaa keittoliuos (keitto-liuoksen osa on sidottu hakkeeseen) varsinaisen keittoajan aikana keittoliuoksen kiertopumpun avulla. Keittoliuoksen kiertojohdon venttiili 6 suljetaan ja lämmönvaihtimesta 2 keittoliuoksen tasaussäiliöön johtavan johdon venttiili 8 sekä pumpun 3 imupuolella oleva venttiili 17 avataan. Tyhjennys keskeytyy automaattisesti, kun sopivalla korkeudella kattilassa oleva tasoncsoitin sulkee tasaussäiliöön johtavan johdon venttiilin 8 sekä pysäyttää kiertopumpun.

H - I Kattilan painetta alennetaan avaamalla kattilasta johtoon 24 johtavassa johdossa 25 oleva venttiili 33. Höyry-venttiiliä 33 säätää paineen säätö, joka ensin sulkee vent- ti 9 70441 tiilin 38, joka sijaitsee nestettä tasaussäiliöstä sykloniin johtavassa putkijohdossa. Näin tapahtuu, jotta kompensoitaisiin kattilasta syötetyn höyryn aiheuttama kuormitushuippu .

I - J Kun kattilan paine on laskenut samalle tasolle kuin syklonin 20 paine, kattilasta johtavan johdon 25 venttiili 33 sulkeutuu automaattisesti ja sykloniin 20 syötetään jälleen nestettä tasaussäiliöstä.

Kattilan loppupaineenalennus tapahtuu kaasunpoistolla venttiilin 29 avulla lämminvesituotannon lämmön talteenotto-yksikköön. Kattilasta tapahtuvan kaasunpoiston kuormituksen muutos mitataan virtausmittarilla johdossa 28. Tämän höyryvirran vaihtelu kompensoidaan ensisijaisesti muuttamalla nestevirtaa paineenalennussykloniin 22 venttiilillä 40, josta tällöin tuotetaan niin paljon höyryä, että höyry-virtojen summa johdoissa 27 ja 28 on oleellisesti vakio. Höyryvirtaa lämminvesituotannon lämmöntalteenottoyksikköön mitataan virtausmittarilla.

Jos venttiilin 40 kuristus ei riitä, kuristetaan toissijaisesti venttiiliä 29, jotta yksikköön 10 saadaan muuttumaton summavirta. Jos aika niin vaatii, voi loppukaasutus tapahtua samanaikaisesti venttiilien 33 ja 29 kautta. Tällöin venttiiliä 33 ohjaa johdon 24 paine. Venttiiliä 29 ohjaa johtojen 27 ja 28 haluttu summavirta.

J - K Kaasunpoiston aikana kattilaan syötetään pesuliuosta (suodosta pesemöstä) venttiilin 15 kautta. Venttiili 17 on suljettu. Pesuliuos pumpataan sisään pohjasihdin läpi, ja virtauksen lopettaa tasonsäädin, joka on sijoitettu sopivalle tasolle. Myös venttiili 35 ja 29 johdossa kaasunpois-toa varten lämmön talteenottoyksikköön suljetaan.

K - L Kattila saatetaan paineen alaiseksi avaamalla venttiili 26 keittoliuoksen tasaussäiliöön.

10 704 41 L - M Keitos pusketaan kattilasta puskusäiliöön. Kun koko keitos on puskettu, puskuputken ja tasaussäiliöstä tulevan johdon venttiilit 13 ja 26 suljetaan automaattisesti.

M - N Kattilasta poistetaan kaasu vielä kerran lämmön talteenottolaitokseen venttiilillä 29. Kun kattilassa vallitsee ilmakehän paine, kattilan kansi avautuu ja kattila on valmiina seuraavaan keittojaksoon.

Paineenalennussykloni 20 toimii keittojärjestelmän integroituna osana. Se mahdollistaa alaskaasutushöyryjen palautuksen ja kompensoi hetkellisesti esiintyvät loppukaasutus-huiput ja höyryntarvehuiput keitto-osastolla.

Perusjärjestelmästä poistuvia energiavirtoja mittaa kolme virtausmittaria, jotka on sijoitettu johtoihin 28, 27 ja 23. Virtausmittauksesta tulevat tiedot syötetään säätöjärjestelmään, joka ensisijaisesti ohjaa venttiiliä 40 ja toissijaisesti säätää kaasutusventtiilejä 29 ja 35.

Claims (3)

11 70441

1. Menetelmä selluloosan eräkeittimen tyhjentämiseksi massasta, jolloin keittonestettä keittojakson loppuvaiheessa johdetaan paineenalaiseen tasaussäiliöön ja keittimestä poistetaan kaasua kunnes siinä vallitsee olennaisesti ilmakehän paine tai tätä lievästi korkeampi paine, tunnet-t u siitä, että mainitun kaasunpoiston aikana johdetaan keittimeen pesunestettä, edullisesti suodatetta suodinpesus-ta massan esipesemiseksi suhteellisen alhaisessa lämpötilassa, edullisesti sellaisessa, että pesunesteen ja massan seoksen lämpötilaksi tulee 105°C tai alempi, minkä jälkeen höyryä johdetaan tasaussäiliöstä keittimeen sen massasi-sällön ulospuhaltamiseksi 90-105°C:ssa, mikä merkitsee nk. kylmäpuhallusta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mentelmä, tunnet-t u siitä, että keittojakson päätyttyä imetään kettimen vapaa neste pois keittimen pohjassa olevan sihdin kautta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sen jälkeen kun vapaa neste on imetty pois keittimestä johdetaan keittimeen pesunestettä keittimen pohjassa olevan sihdin läpi pesunesteen jakamiseksi tasaisesti keittimen pohjaan.