CN100422434C - 造纸厂用来产生能量的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废液回收锅炉系统，所述系统包括具有含有过热器的水/蒸汽循环系统的锅炉和用来从燃烧的废液中回收能量和化学药品的高炉，其中锅炉的墙壁是由很多与水/蒸汽循环系统相连接的水冷管形成的。该系统配备有至少一个空腔，所述空腔具有与水/蒸汽循环系统连接的水冷管形成的墙壁，用来燃烧燃料的装置和至少一个用来排放燃烧气体到锅炉的出口，所述至少一个空腔的内部装有用于锅炉中产生的蒸汽最终过热的热交换装置，所述热交换装置与所述锅炉的过热器连接。

Description

造纸厂用来产生能量的系统
技术领域
在化学纸浆厂中，制浆过程的蒸煮化学药品是通过在回收锅炉中单独或者与“废”汽一起燃烧黑液而从黑液中回收的。燃烧过程是放热的，释放的能量作为加压过热蒸汽而被回收。蒸汽能量在汽涡轮中以电动力和过程所需的低压蒸汽的形式被回收。
背景技术
传统上，在纸浆厂中能量是通过在回收锅炉中燃烧黑液，在副锅炉中燃烧木材废料和树皮而产生。木材原料的树皮和所产生黑液中的有机物质通常一起供应纸浆厂需要的全部能量。如果在纸浆厂中需要更多的能量，可以购买附加的燃料。该附加的燃料在副锅炉中与木材的树皮一起被燃烧。通常，在纸浆厂中，通过以下方式产生能量：回收锅炉和副锅炉，其中来自于工厂的废木材树皮被燃烧以产生过热的高压蒸汽。所述产生的蒸汽通过一个(或多个)反压力蒸汽汽涡轮被加压，释放的蒸汽被用来给工厂提供热量。该汽涡轮和其连接的发电机产生电流以给工厂提供需要的动力。
木材含有少量的钾(K)和氯(Cl)。这些元素在蒸煮过程中残留在黑液中。在回收锅炉中，这些元素被富集于飞灰中，并增加废气尤其在过热器中的腐蚀性。Cl和K的腐蚀性随着温度增加。Cl和K的腐蚀性对在锅炉中所产生的蒸汽的最高温度将产生影响。过热蒸汽的温度根据氯和钾的含量限制在典型的400℃至490℃。具有非常低的氯和钾含量的特殊材料或液体，使用的蒸汽温度可达到520℃。因为Cl和K的腐蚀性一般需要过热蒸汽的温度保持相对低，因此蒸汽的压力也低。当与用煤、天然气或油燃烧的正常动力锅炉相比，这些温度限制导致从在所述回收锅炉中产生的热量中获取低的动力。
这些关于回收锅炉中蒸汽的温度限制对于来自于木头的树皮不是严格的，但是在树皮锅炉中由树皮燃烧产生的飞灰可能也含有氯和钾。当树皮的含硫量极低时，钾和氯在树皮锅炉中反应形成KCl，K和Cl，它们又可以引起过热器腐蚀。由于低得多的质量流，树皮中的热量流比黑(“废”)液流中的热量流低得多。
发展替换传统回收锅炉和汽轮机循环的新动力循环已经被研究，“废”液和树皮的加压气化看起来具有发展的可能性。然而，在这些技术具有必要的可靠性和性能之前，更多的发展好象是必须的。
总之，就我们所知，用来增加在制浆厂的回收锅炉厂中以没有腐蚀发生或者腐蚀率处于可接受水平的方式所产生的过热蒸汽的温度和压力的有效体系还没有被发现。因此，根据本发明，提供了一种在制浆厂的能量生产中增加电力效率的系统以便可以最小化腐蚀问题。本发明更进一步的目的是提供一种紧凑系统，其中当高温和高压蒸汽产生时热量被有效地回收。
发明内容
为了实现上述目的，本发明涉及一种废液回收锅炉系统，所述系统包括具有含有过热器的水和蒸汽循环系统和从废液燃烧中回收能量和化学物料的高炉的锅炉，以及所述水/蒸汽循环系统配备有过热器，设置在用于在高炉中产生的燃烧气体的废气通道中，其中由很多水冷管形成的锅炉墙壁连接到所述水/蒸气循环系统。其特征在于该锅炉系统装备有至少一个空腔，所述空腔具有由与水和蒸气循环系统相连接的水冷管形成的墙壁，用于燃烧燃料的装置和至少一个用于从所述空腔排放燃烧气体到锅炉的出口，从而流经高炉墙壁的水冷管的水或蒸汽是流经空腔墙壁的水冷管，所述用来燃烧燃料的装置是设置在每个空腔中，并且所述至少一个用来从所述空腔排放燃烧气体到锅炉的出口是设置在每个空腔中，所述至少一个空腔的内部装备有用于在所述锅炉中产生的蒸汽过热的空腔热交换装置，所述空腔热交换装置与该锅炉的过热器相连接。
根据本发明的系统，提供至少一个燃烧空腔，所述空腔与用于最终过热在回收锅炉过热器部分产生的气体的回收锅炉相连接。本发明的系统允许在回收锅炉的传统传热部分(也就是，省煤器、锅炉管束和过热器)将蒸汽加热至高温腐蚀不会实质发生的程度，也就是，低于520℃，最佳为480℃-500℃，然后蒸汽在燃烧空腔被最终过热到500℃-600℃，最佳地到520-560℃，所述空腔充当末级过热器。该回收锅炉系统可以装备有一个或多个末级过热器(空腔)。这样在一个(或多个)末级过热器中燃烧的燃料就不会引起高温腐蚀。
该过热器空腔的墙壁被设计为水冷却的传热面，所述传热面通过连接管与回收锅炉的自来水/蒸气循环系统相连接，所述连接管用于引入水/汽水混合物和流出水/汽水混合物。因此，该热表面形成该回收锅炉的自来水系统的一部分。因此该自来水系统和随后该过热器空腔产生的供水系统可以是自然循环类型或者强制循环或者所谓的单程的，最后所述的典型地用于最高蒸汽/水压力。自然循环锅炉是指冷却水通过下水管从汽包降至联管箱装入空腔的墙壁或空腔，水-蒸汽混合物从这些墙壁被收集并装入汽包。该空腔可以具有它自己的分离墙壁，但是该一个空腔墙壁的一部分或该多个空腔墙壁的一部分可以和锅炉的传统部分相同。
该空腔的内部装备有热交换器，所述热交换器用于将空腔中产生的燃烧气体的热量传到在热交换器装置中流动的蒸汽。该热交换器装置充当用于该蒸汽的末级过热器，所述蒸汽来自于回收锅炉的过热器部分。
适合于该空腔的最佳位置是前墙，所述前墙与“牛鼻部(bullnose)”墙壁相对，但是该空腔也可以被建立在侧壁上，或者作为一个空腔，或者作为若干空腔。该一个或多个空腔者的一个或多个位置，就传统锅炉的一部分而言，可以在任何地方的垂直方向，空腔的位置仅仅受冷却水循环的限制。
用于回收锅炉蒸汽最终过热的过热器空腔通过燃烧燃料来加热。用于该燃料的一个或多个燃烧器位于该空腔的顶端、在该空腔的底部、或者该空腔的墙壁上。该空腔还可以位于水平位置，届时适合于该一个或多个燃烧器的最优选位置是在该空腔墙壁的一端。
该过热器空腔的燃烧空气系统是回收锅炉的燃烧空气系统的一部分。它也可以具有含有自己的风扇的分离空气系统，在该风扇和该一个(或多个)燃烧器之间的连接管，和用于控制空气燃烧的任何必要设备。
用于回收锅炉蒸汽最终过热的该过热器空腔通过燃烧燃料以保证在该过热器空腔无腐蚀性条件的方式被加热。该燃料可以是由气化生物资源产生的气体。热表面的腐蚀可以通过辅助燃烧含硫燃料来避免。此外在该过热器空腔燃烧以前净化气体可以保证在较高温度下的无腐蚀性条件。代替由生物资源产生的气体，可以使用其它的燃料，例如天然气、液化天然气、液化生物资源、甲醇等等。适合于该燃料的标准是在该空腔的条件下无腐蚀性。在该空腔中用最佳量的过量空气正常完成燃料的燃烧，但是如果优选，理想配比或者还原条件也是可能的。
该过热器空腔的废气被引入该回收锅炉，优选被引入主过热器的入口，在那里它们与来自该锅炉高炉的主气流混合。用于气体连接的其它位置也是可能的：从该高炉的中下部到该省煤器入口的整个区域。通过该锅炉墙壁的废气连接优选包括一个孔以上。
来自该过热器空腔的废气可以用来形成废气流式样，来自该回收锅炉高炉的在牛鼻部(bull nose)之上的废气用来改善进入过热器的气体分配和热传递，或者来产生排放控制所需的条件，例如适合于选择性非催化还原(SNCR)以便减少NOx的排放量，或者适合于粒径生长以便减少细小颗粒(粒径小于2.5微米)排放量的最佳温度窗。另一个可能性是使用用于在该高炉形成废气流式样的这些废气以改善混合，例如，通过如欧洲专利668,983和WO02/081971描述的垂直地定位口引入这些气体代替空气或者与空气混合。在该过热器空腔中的燃烧也可以在亚理想配比的条件下进行。由此产生的还原气体可以被引入来自高炉的废气中以减少在来自高炉的废气中氧化氮的排放。
利用本发明，从废液回收过程回收的蒸汽的压力和操作温度通过过热器空腔被增加，从而该工厂的全部的电效率被改善，即，通过回收该蒸汽中的热量来产生更多的功率。根据本发明所述的系统优选与描述在国际专利申请PCT/FI03/00358中的方法结合使用。
在过去几年期间，制浆废液在分离的耐火材料衬里的燃烧室中被燃烧，所述燃烧室与回收锅炉连接。来自该燃烧室的废气流进入该回收锅炉的高炉内，所述高炉配备有油或燃气喷嘴或配备有用于树皮和煤炭等等的炉栅。在这些锅炉中分隔式燃烧室用来稳定燃烧，不是用来将来自锅炉高炉上部过热器的蒸汽过热到最终高温。本发明的本质特征是燃烧空腔和回收锅炉具有公共的水循环系统。US专利2,606,103描述一种系统，其中分隔的高炉的墙壁是通过空气冷却的。
附图说明
现在参考附图更详细地描述本发明，其中本发明的一个实施方案在图1中用示意图举例说明。
附图标记参考如下：
1.传统回收锅炉
2.空腔
3.回收锅炉的高炉
4.传统锅炉的炉床
5.传统锅炉的炭床
6.一次风口
7.二次风口
8.黑液喷射装置
9.三次风口
10.水冷炉壁
11.牛鼻部(Bullnose)
12.传统锅炉中的过热器
13.锅炉管束(boiler bank)
14.省煤器
15.离开锅炉的废气
16.进入锅炉的给水
17.进入所述自然循环锅炉中汽包(drum)的锅炉给水
18.汽包(drum)
19.进入锅炉传统部分过热器的饱和蒸汽
20.从锅炉传统部分进入空腔中的一个(或多个)过热器的过热蒸汽
21.离开锅炉的新鲜蒸汽
22.空腔中的一个或多个燃烧炉
23.空腔中的一簇火焰或多簇火焰
24.空腔中的一个或多个过热器
25.用于从汽包(18)向空腔墙壁供给冷却水的空腔联管箱
26.来自空腔的废气流
27.来自传统锅炉高炉的废气流
28.供给气化器的燃料
29.气化器
30.用于一个或多个空腔燃烧器的气体
31.对用于其它用途而不是空腔(2)的离开气化器的气体进行气体净化或其它类型的处理
32.对用于在锅炉传统部分中的空腔I-III过热器和空腔中的IV过热器的离开气化器的气体进行气体净化或其它类型的处理。
具体实施方式
用来燃烧黑液的典型的回收锅炉(如碱回收锅炉)的高炉3，具有由水冷底4和水冷壁10形成的结构，水冷壁10是由紧凑的膜结构制成的，以便水-蒸汽混合物在压力下流入管中。以这种方式产生的水-蒸汽在高炉的下游被过热，典型地在位于高炉上方的“鼻”罩中的传统过热器12中被过热。在过热器中回收燃烧过程中产生的废气27的热量。典型地，锅炉管束和省煤器充当锅炉中的后热面，在过热器之后废气被引入锅炉管束13和省煤器14。为了生产工厂所需的电力和生产用蒸汽，典型地将产生的高压蒸汽引入汽涡轮。
高炉的底部和碱回收锅炉的底部4是由水冷管制成的，所述水冷管构成锅炉加压部分的一部分。由于高炉底部和下部的结构，在底部管中有水自然循环，即所述循环通过密度差进行。这样，锅炉水在高压和温度例如约300℃下被引入高炉底部之下的分配联管箱(没有示出)，水从分配联管箱被分配到底部和侧壁的管子。在高炉的下部，水首先几乎水平地或者倾斜地在底部管中向上朝着墙壁流动，然后更进一步通过壁管向上流至锅炉的上部。
本发明基于一种回收锅炉，在所述锅炉中的蒸汽压力不会令到过度腐蚀发生，即在水-蒸汽乳液中的饱和温度加上由于从管表面引入热量流至水中所致的温差小于400-500℃，这个温度是管的表面温度。
通过在传统回收锅炉1中并入专门燃烧室和传热室或者空腔2，该蒸汽温度可以增加超过典型数值。该蒸汽在传统的过热器部分12被过热到高温腐蚀不会发生的程度，例如480℃-520℃，最佳到为480℃-500℃，而其余高达500℃-600℃，最佳到520℃-560℃的过热发生在并入回收锅炉的专门燃烧室和传热空腔2中的一个或多个过热器24中，在所述空腔中的一个或多个燃烧器22中燃烧的具有一簇或多簇火焰23的燃料如此净化以致于不会产生高温腐蚀。来自空腔2的废气26被引入回收锅炉的废气流27中。优选来自空腔的废气被引导通过回收锅炉墙壁中的若干个孔。
空腔2是传统回收锅炉的一部分，因此，空腔墙壁如同高炉的传统部分、锅炉管束和其它加热面积一样是水冷却的，这些冷却被并入汽包18或进入自然循环传统锅炉的汽包中。在单流程类型锅炉中这些结合是指空腔的墙壁通过单流程系统的水或汽流被冷却。如果使用这些装置，与循环水同类型的结合也对强制循环类型回收锅炉有效。主要的优点是将来自空腔冷却的热量引入相同的承压水或者一个或多个气流作为回收锅炉“传统”部分的主流。用于燃烧的空气可以取自回收锅炉的“传统”部分或空腔可以配备有自己的风扇或压缩机。
根据优选方案，用于空腔的燃烧气体30在气化器29中由生物原料28气化被生产。然后气体的一部分在空腔中用作燃烧器22中的净化燃料30用来在过热器24(IV)中过热蒸汽，也可用于重新加热目的。气体33部分用于工厂的其它目的。如果这类燃料是不可利用的，可以使用其它的燃料如天然气、液化天然气、油、甲醇、液化生物资源等等。适合于该燃料的标准是在该空腔的条件下无腐蚀性。这些无腐蚀性可以通过在处理31或者32中净化来自气化器29的气体中被产生。
本发明不是限于举例说明和上述的实施方案，但是它可以在本发明正如下列权利要求所定义的范围和精神之内被修改和改变。本发明所述系统的用途不局限于某种废液的燃烧，但是它可以与若干种废液结合使用，例如由硫酸盐制浆和碱法制浆产生的废液。

Claims (4)

1. 一种废液回收锅炉系统，所述系统包括：
具有一个水和蒸汽循环系统以及高炉的锅炉，所述高炉用于从高炉中燃烧的废液回收能量和化学物料，以及所述水和蒸汽循环系统配备有过热器，设置在用于在高炉中产生的燃烧气体的废气通道中，其中锅炉的墙壁由很多与该水和蒸汽循环系统相连接的水冷管形成，
其特征在于，所述锅炉系统配备有至少一个空腔、用来燃烧燃料的装置和至少一个用来从所述空腔排放燃烧气体到锅炉的出口，所述空腔具有与该水和蒸汽循环系统连接的水冷管形成的墙壁，从而流经高炉墙壁的水冷管的水或蒸汽是流经空腔墙壁的水冷管，所述用来燃烧燃料的装置是设置在每个空腔中，并且所述至少一个用来从所述空腔排放燃晓气体到锅炉的出口是设置在每个空腔中，所述至少一个空腔的内部装有用于使锅炉中产生的蒸汽最终过热的空腔热交换装置，所述空腔热交换装置与所述锅炉的过热器连接。
2. 根据权利要求1的锅炉系统，其特征在于，所述至少一个空腔的墙壁部分是由锅炉壁形成的。
3. 根据权利要求1或2的锅炉系统，其特征在于，所述至少一个空腔位于锅炉的前壁上。
4. 根据权利要求1、2或3的锅炉系统，其特征在于，所述至少一个燃烧气体出口与锅炉连通，以致于来自所述至少一空腔的燃烧气体被立即排放到锅炉过热器的上游。
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