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Die Erfindung betrifft die Befeuerung kalkschlammverbrennender Öfen mit vergasten festen
Brennstoffen.
Kalkschlammverbrennende Öfen, wie Drehöfen, wie sie bei der Herstellung von Pülpe gemäss der Sulfat- oder Sodamethode zur Verbrennung von Kalkschlamm (CaCO,) durch Kaustifizierung zu gebranntem Kalk (CaO).
Die Herstellung von Pülpe aus Holz wird üblicherweise durch Kochen des Holzes gemäss der Sulfat- oder Sodamethode durchgeführt.
Beim Kochprozess, der kontinuierlich oder absatzweise durchgeführt werden kann, wird
Holz gemeinsam mit einer Kochlauge, die aus NaOH und Na2 S (gemäss dem Sulfatverfahren) verar- beitet, wobei der Hauptanteil des Ligningehaltes des Holzes gelöst wird. Anschliessend wird die in der Kochlauge gebildete Pülpe durch Waschen in einem zweiten Schritt gereinigt. Um eine zufriedenstellende Qualität zu erreichen, wird die gewaschene Pülpe durch Sieben und
Bleichen mit verschiedenen Bleichchemikalien behandelt.
Anschliessend an die Behandlung wird die fertige Pülpe zu einem Pülpetrockner oder direkt in eine Papierfabrik geleitet. Die nach dem Pülpewaschen erhaltene Lauge enthält gelöste Holzsub- stanzen und die beim Kochen zugesetzten Chemikalien. Zur Rückgewinnung dieser Chemikalien wird die Ablauge üblicherweise durch Verdampfen des Hauptanteils des Wassers in einem Verdamp- fer konzentriert und anschliessend in einem sogenannten Rückgewinnungsboiler verbrannt, wobei die Chemikalien in Form von Na2 C03 in der sogenannten Grünlauge anfallen. In Abhängigkeit vom Verfahren kan auch Na2 S in der Grünlauge enthalten sein.
Um die zurückgewonnenen Chemikalien dem Kochprozess wieder zuführen zu können, muss der NaCO,-Gehalt der Grünlauge in NaOH verwandelt werden. Dies wird üblicherweise durch
Behandlung der Grünlauge mit gebranntem Kalk (CaO) im sogenannten Kaustifizierungsschritt erreicht.
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Um das Recycling zu Ende zu führen, muss der Kalkschlamm (CaCO,), der dabei gebildet wird, in gebrannten Kalk (CaO) durch das sogenannte Kalkschlammwiederverbrennen in einem Kalkschlammbrennofen gemäss der folgenden Reaktionsfolge ausgeführt werden
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Wie oben ausgeführt, wird dieses Kalkbrennen üblicherweise in einem Drehrohrofen ausgeführt, in den kalter wasserhaltiger Kalkschlamm im Gegenstrom zu am andern Ende des Ofens üblicherweise durch Verbrennung von Öl oder Erdgas hergestellten Verbrennungsgasen eingebracht wird. Der Kalkschlamm unterliegt im Ofen den folgenden Reaktionen : Trocknen, Erwärmen, Brennen, die Temperatur des den Ofen verlassenden gebrannten Kalks liegt im allgemeinen bei zirka 1200 bis 1400 C.
Im Hinblick auf die hohen Energiekosten in der Pülpeindustrie, versucht man konstant den energetischen Wirkungsgrad zu verbessern und vorzugsweise den Ölbedarf zu senken. In vergangenen Jahren wurde der gesamte Heizungswirkungsgrad sukzessive verbessert. Eine Konsequenz dieser Verbesserung ist der hohe Anteil des Ölbedarfs der Pülpeindustrie in den Kalkschlammbrenn- öfen.
Veränderte Methoden in der Sammlung des Holzes bringen mit sich, dass viele Pülpeindustrien einen vermehrten Zugang zu Holzbrennstoff haben werden. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Pülpeindustrie feste Brennstoffe, beispielsweise für die Feuerung der Kalkschlammbrennöfen verwenden kann. Mit festen Brennstoffen sind vorzugsweise Brennstoffe der Art Holzrinde, Holzabfälle und Torf gemeint, doch fallen Kohle und andere feste Brennstoffe ebenfalls darunter.
Bei Tests mit festen Brennstoffen, d. h. in Form von Pulver in Kalkschlammbrennöfen, wurde gefunden, dass ein grosser Anteil des im Brennstoff enthaltenen Siliziums und Aluminiums den Chemikalienzyklus der Herstellungsanlage mitmacht und dass dabei Probleme entstehen, beispielsweise durch Krustenbildung in Verdampfern.
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In den heute üblichen Pülpeerzeugungsanlagen mit geschlossenem Kreislauf, sichert der natürliche Abgang solcher Substanzen keinen störungsfreien Betrieb. Aus diesem Grunde wurden in der Literatur verschiedene Verfahren zur Erhöhung der Ausscheidung diskutiert. Alle diese
Methoden bringen jedoch erhöhte Investitions- und Betriebskosten mit sich.
Es ist darüber hinaus bekannt, dass bei Feuerung von Kalkschlammbrennöfen mit Brennstoffen in Pulverform das Silizium- und Aluminiumproblem vermieden werden kann, wenn der Brennstoff in Festbett- oder Fliessbettvergasungsanlagen vergast worden ist. Nach einer intensiven Staubreini- gung der Brenngase ist der Aschenzusatz im Kalkschlammbrennofen gering genug für die normalen
Ausscheidungsanlagen der Koch- und Rückgewinnungssysteme, um Krustenbildungsprobleme zu vermeiden.
Eine separate Vergasungsanlage bedeutet jedenfalls zusätzliche Probleme und Kosten im
Vergleich mit der Direktverfeuerung des Pulvers im Brennofen. Darüber hinaus wird der energeti- sche Wirkungsgrad verschlechtert, da kein Vergasungsprozess ohne Energieverluste arbeitet.
In Lövholmens Bruk in PiteÅa, Schweden, wurde statt dem Öl zur Befeuerung des Kalkschlamm- brennofens getrocknetes und fein gemahlenes Pulver aus Rinde und Holzabfall eingesetzt. Dem
Pulver wurden zwei Kalkschlammbrennöfen aus einer Tasche für eingetrockneten Brennstoff mittels speziell gebauter Pulverbrenner zugeführt.
Dieses Verfahren ist mit den bereits genannten Probleme zufolge des Aluminium- und Silizium- eintrags durch die Asche des Pulvers, die im gebrannten Kalk verbleibt, verbunden. Silizium und Aluminium werden im Kaustifizierungsverfahren freigesetzt und verursachen dann Probleme durch Inkrustationen und verschlechterte Sedimentationseigenschaften usw. in der Kochanlage und dem Rückgewinnungssystem.
Es ist ebenfalls bekannt, die Kalkschlammbrennöfen mit Schwarzkohle, die in Festbettverga- sern vergast worden ist, zu befeuern. Die Vergasungsanlagen sind von den Brennöfen getrennt und das entstandene Gas wird kombinierten Gas/Ölbrennern zugeführt, nachdem es entstaubt worden ist.
Verfahren und Vorrichtungen zur Vergasung von Rinde, Holz und Holzabfällen zur Verwendung des Gases als Brennstoff in Kalkschlammbrennöfen sind ebenfalls entwickelt. Die dabei verwendete Technik ist die Vergasung in einem separaten Fliessbett, bei einer Temperatur zwischen 800 und 900 C.
Es besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zur Befeuerung der Kalkschlammbrenn- öfen mit festem Brennstoff, das nicht zu den genannten Problemen durch Aluminium und Siliziumeintrag mit der Asche führt und dennoch ökonomisch und einfach durchzuführen ist.
Somit betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Befeuerung von Kalkschlammbrenn- öfen mit einem festen Brennstoff und beinhaltet die Vergasung des Brennstoffes mit anschliessender direkter Endverbrennung im Kalkschlammbrennofen.
Spezieller betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Befeuerung eines Kalkschlammbrennofens mit einem festen Brennstoff beim Brennen von Kalkschlamm (CaCO,) zu gebranntem Kalkschlamm (CaO) im genannten Kalkschlammbrennofen, wobei dem Ofen kalter wässeriger Kalkschlamm an einem Ende zugeführt und im Gegenstrom zu heissen Brenngasen, die am andern Ende des Ofens gebildet werden, geführt und gebrannt wird, wobei die heissen Brenngase durch die Vergasung festen Brennstoffes unter Zufuhr von Luft gebildet werden und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung der festen Brennstoffe in einem Zyklonvergaser, der mit dem Kalkschlammbrennofen verbunden ist, bei einer Temperatur über 1000 C, bei der die gebildete Asche geschmolzen wird, durchgeführt wird und dass die geschmolzene Asche,
die durch den Zykloneffekt an den Wänden der Vergasungsanlage gesammelt wird, abgetrennt wird. Der Zyklonvergaser befindet sich vorzugsweise in liegender Anordnung.
Dadurch findet die Vergasung des Brennstoffes in einem Zyklonvergaser im direkten Anschluss an den Brennofen statt und wird mit einer Kombination von getrocknetem Brennstoff und Luft
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den Wänden des Zyklons zu sammeln. Die Luftzufuhr zum Zyklonvergaser entspricht einem Luftfaktor (bezogen auf die stöchiometrische Verbrennung) der kleiner als 1 ist. Der Luftfaktor liegt
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liegt vorzugsweise im Bereich von 0, 5 bis 0, 9. Die zur Verbrennung notwendige Restluft sowie die ebenfalls notwendige Überschussluft für eine komplette Verbrennung werden als Sekundärluft dem Gas nach dem Verlassen des Zyklonvergasers zugeführt. Normalerweise wird die Sekundärluft über dem den Prozess verlassenden gebrannten Kalk erwärmt, gewinnt dabei dessen Wärme und dient zur seiner Abkühlung.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die geschmolzene Asche vom
Zyklon direkt in den gebrannten Kalk innerhalb des Kalkschlammbrennofens zugeführt, da überra- schenderweise gefunden wurde, dass die gebildete Schlacke bezüglich der Silizium- und Aluminium- abgabe in der Grün- und Weisslauge deaktiviert ist. Es ist daher möglich, die geschmolzene
Asche in den gebrannten Kalk rinnen zu lassen und eine anschliessende Trennung der Asche von Kalk durchzuführen, ohne Aluminium oder Silizium freizusetzen. In diesem Fall ist es nicht notwendig, ein eigenes Verfahren zur Behandlung der Asche zu verwenden, da die vorhandenen
Anlagen und Verfahren zur Trennung fester Kalksteine aus dem gelösten Kalk für die geringen
Mengen von gebildeter Asche ausreichend sind.
Gemäss einer andern Ausführungsform der Erfindung kann die geschmolzene Asche in der
Peripherie des Zyklons gesammelt und abgetrennt, d. h. einem Wasserbad zugeführt werden.
In diesem Fall benötigt man Vorrichtungen zur Behandlung der Asche.
Viele Vorteile können auf Grund der Erfindung im Vergleich zur bekannten Technologie erreicht werden. Einzelne davon werden beschrieben.
Die Erfindung erlaubt es, die Energiekosten stark zu reduzieren, da ein billiger, vor
Ort anfallender Brennstoff verwendet werden kann.
Die Silizium und Aluminiumprobleme, die bei der direkten Pulververfeuerung auftreten, werden durch die Deaktivierung der Asche durch ihr Schmelzen eliminiert. Daher kann die gebilde- te Schlacke entweder im geschmolzenen Zustand ausserhalb des Kalkschlammbrennofens abgezogen werden oder als Kies im Kalkkies, wenn die geschmolzene Schlacke in den Kalkschlammbrennofen eintritt.
Durch das Anbauen des schlackenbildenden Zyklonvergasers in Verbindung mit dem Kalkschlammbrennofen wird das Risiko des Verstopfens von Gasrohren mit Staub und Teer eliminiert und die Bauweise vereinfacht und verbilligt. Auch wird der Energiebedarf zur Verwendung fester Brennstoffe im Brennofen im Vergleich zu einer separaten Vergasungsanlage gesenkt.
Durch die Zweischrittverbrennung, die eine Konsequenz der Vergasung und der endgültigen Verbrennung innerhalb des Kalkschlammbrennofens ist, wird eine Verringerung der gebildeten Menge von Stickstoffoxyden im Vergleich zur Öl- und Pulverfeuerung erreicht.
Da die Vergasung bei starker Turbulenz und sehr hohen Temperaturen durchgeführt wird, wird eine sehr rasche Vergasung erreicht, durch welche er Zyklonvergaser klein und daher billig ausgeführt werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt Fig. l eine übliche Vorrichtung zum Brennen von Kalkschlamm, wobei der Kalkschlammbrennofen mit Öl beheizt wird ; Fig. 2 zeigt eine analoge Vorrichtung mit einer kombinierten Gas/Ölfeuerung und Fig. 3 eine erfindungsgemässe Vorrichtung, bei der Festbrennstoff verwendet wird.
Die Vorrichtung gemäss Fig. l zeigt den Stand der Technik, bei dem der Kalkschlammbrennofen mit Öl geheizt wird. Das Öl wird mittels einer Leitung --1--, einem Brenner --2-- im Kalkschlamm- brennofen --3-- zugeführt. Primärluft --4-- zur Verbrennung und Kühlung wird in einem ausserhalb der Ölzufuhr konzentrisch dazu angeordneten Luftmantel zugefügt. Die zusätzlich benötigte Luft wird als Sekundärluft --5-- dem Kalkkühler --6-- des Kalkschlammbrennofens --5-- zugeführt.
Der erhaltene gebrannte Kalk wird in einem Silo --7-- dem auch frischer Kalk zugeführt wird, gelagert. Der gebrannte Kalk wird von diesem Silo einer Löschvorrichtung --8-- zugeführt,
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abgezogen. Der in der Grünlauge gelöschte Kalk wird durch die Leitung --11-- einem nicht dargestellten Kaustifizierungsbehälter zur Durchführung der Kaustifizierung zugeführt.
Die Anordnung gemäss Fig. 2 zeigt im Schema einen andern bekannten Prozess mit einem
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kombinierten Gas/Ölbrenner des Kalkschlammbrennofens. Das Öl wird durch eine Leitung --1-einem Brenner --2-- im Kalkschlammbrennofen --3-- zugeführt.
Das Gas wird durch eine Zuleitung --4-- in eine konzentrisch um die Ölzufuhr verlaufende Leitung dem Brenner --2-- zugeführt. Primärluft --5-- zur Verbrennung und Kühlung wird in einem wieder darum konzentrisch angeordneten Rohr in den Brenner gebracht. Die zusätzlich notwendige Luft wird als Sekundärluft --6-- den Kalkkühlern --7-- des Kalkschlammbrennofens zugeführt.
Der erhaltene gebrannte Kalk wird, wie bei Fig. l beschrieben, behandelt.
An Stelle von Gas kann auch Holzpulver, das mit Hilfe von Luft konzentrisch um den Ölbrenner geblasen wird, verbrannt werden.
In Fig. 3 wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt.
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gaser erfolgt tangential durch Öffnungen im inneren Mantel. Sekundärluft zur Abkühlung des gebrannten Kalks und endgültiger Verbrennung der gebildeten Gase wird einem Kalkkühler --6-- durch eine Leitung --5-- zugeführt.
Im Zyklonvergaser wird die Asche des festen Brennstoffes durch die hohen Temperaturen geschmolzen und an den Wänden des Zyklonvergasers gefangen. Die Abscheidung der geschmolzenen Schlacke geschieht innerhalb des Kalkschlammbrennofen direkt in den gebrannten Kalk, der einem Kalksilo --7-- nach Abkühlung durch den Kalkkühler --6-- zugeführt wird.
Von diesem Silo wird der Kalk samt der geschmolzenen Asche, die nunmehr verfestigt ist,
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len des Kalks dem auslass --1-- zugeführt. Der gelöschte Kalk wird durch die Leitung --11-einem nicht dargestellten Kaustifizierungsgefäss zugeführt.
Beispiel :
In diesem Beispiel wird der Stand der Technik unter Bezug auf die Fig. l und 2 mit einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an Hand von Fig. 3 verglichen.
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sung ausserhalb des Kalkschlammbrennofens ohne Schlacke geliefert wird. Das Verfahren C betrifft das erfindungsgemässe Verfahren, bei dem Rinde als Brennstoff verwendet wird.
Eine Pülpefabrik zur Herstellung ungebleichter Sulfatpülpe wurde mit allen drei Verfahren getestet, wobei die folgenden Daten dem Vergleich zugrunde liegen :
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<tb>
<tb> Pülpeproduktion <SEP> : <SEP> 1000 <SEP> t/Tag <SEP> (90%
<tb> Ölverbrauch <SEP> : <SEP> 40 <SEP> t/Tag
<tb> Ölkosten <SEP> : <SEP> 1800 <SEP> Sw. <SEP> Kr./Tag
<tb> Heizwert <SEP> des <SEP> Öls <SEP> : <SEP> 41, <SEP> 6 <SEP> GJ/t
<tb> Heizwert <SEP> der <SEP> Rinde <SEP> : <SEP> 19, <SEP> 2 <SEP> GJ/t
<tb> Arbeitszeit <SEP> : <SEP> 330 <SEP> Tage/Jahr
<tb> Rindenkosten <SEP> : <SEP> 300 <SEP> Sw. <SEP> Kr./t <SEP> TS
<tb>
TS = Trockensubstanz, Sw.
Kr. = Schwedenkronen
Der benötigte Wärmebedarf pro Stunde beträgt somit
40.41,6/24=69,3 GJ/h
Im Kontrollverfahren B wurde das Kalkbrennen mit einem Pyrolysegas, welches bei einer Temperatur unter dem Schmelz- und Erweichungspunkt der Asche in einem extern angeordneten Generator gewonnen wurde, durchgeführt. Zum Trocknen des festen Brennstoffes von 45% Trockengehalt auf 90% Trockengehalt in einer speziellen Anlage einfacher Ausführung wurden 0, 8 t Trocken-
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substanz/h Holzbrennstoff benötigt. Mit einem Wirkungsgrad der Vergasung und Verbrennung von 87% bezüglich auf Öl ist der Verbrauch des Holzbrennstoffes
69, 3/19, 2/0, 87 + 0, 8 = 4, 95 t TS/h.
Die Investitionskosten für den Trockner, Vergaser und die Verbrennungsvorrichtung betragen zirka 38 Millionen Schwedenkronen.
Beim erfindungsgemässen Verfahren C wird die Vergasung in einem Zyklonvergaser, der in Verbindung mit dem Kalkschlammbrennofen angeordnet ist, um die geschmolzene Schlacke direkt in den Kalkschlammbrennofen einbringen zu können, durchgeführt, wodurch die Wärmeverluste des Zyklonvergasers bezüglich dem Öl auf 92% reduziert sind, was gemeinsam mit einem Bedarf von 0,8 t TS/h zum Trocknen einen Bedarf an Holzbrennstoff von 69, 3/19, 2 (0, 92 + 0, 8 = 4, 72 t TS/h.
Die Investitionskosten für Trockner und Zyklonvergaser im Vergleich zum Kontrollverfahren B betragen zirka 30 Millionen Schwedenkronen.
Die Einsparung an Brennstoffkosten und die Investitionskosten für die beiden Verfahren B und C im Vergleich zur konventionellen Ölfeuerungstechnik (Verfahren A) werden aus nachstehender Tabelle ersichtlich :
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<tb>
<tb> Brennstoffkosten <SEP> Investitionskosten
<tb> Millionen <SEP> Sw. <SEP> Kr./Jahr <SEP> Millionen <SEP> Sw. <SEP> Kr. <SEP>
<tb>
Kontrollverfahren <SEP> A <SEP> 23, <SEP> 8 <SEP> 0
<tb> Kontrollverfahren <SEP> B <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP> 38
<tb> erfindungsgemässes
<tb> Verfahren <SEP> C <SEP> 11,2 <SEP> 30
<tb>
Wie aus der Tabelle hervorgeht, können bemerkenswerte Einsparungen an Brennkosten erreicht werden, wenn die erfindungsgemässe Lösung gewählt wird, wobei ein billigerer Brennstoff verwendet wird.
Im Vergleich zur besten bekannten Technik (repräsentiert durch das Kontrollverfahren B) können sowohl Brennstoffkosten als auch die Investitionskosten auf Grund der einfacheren Anlage erreicht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Befeuerung eines Kalkschlammbrennofens mit einem festen Brennstoff beim Brennen von Kalkschlamm (CaCO,) zu gebranntem Kalkschlamm (CaO) im Kalkschlammbrennofen, wobei dem Ofen kalter wässeriger Kalkschlamm an einem Ende zugeführt und im Gegenstrom zu heissen Brenngasen, die am andern Ende des Ofens gebildet werden, geführt und gebrannt wird, wobei die heissen Brenngase durch die Vergasung festen Brennstoffes unter Zufuhr von Luft gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung der festen Brennstoffe in einem, mit dem Kalkschlammbrennofen unmittelbar verbundenen Zyklonvergaser bei einer Temperatur über 1000 C, bei der die gebildete Asche schmilzt,
durchgeführt wird und dass die durch den Zykloneffekt an den Wänden der Vergasungsanlage gesammelte geschmolzene Asche abgetrennt wird.