CN101451310A - 用于在生产纤维纸浆的过程中连续地蒸汽预处理木片的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于在生产纤维纸浆的过程中蒸汽预处理木片的装置和方法，其目的是避免蒸汽预处理的容器(1)内的气体喷吹，并且防止难闻的气体释放到大气中，其中，用于冷却流体注入的喷洒喷嘴(10)设置在该蒸汽预处理容器的气相内，如果蒸汽喷吹的风险出现，则启动与该风险相适应的冷却。本发明能够以简单的方式避免在生产中断出现时，气体从木片仓中散发出来，由此，能够尽可能地减少释放到环境中的难闻气体。
Description
技术领域
本发明涉及分别根据权利要求1和5限定的用于在生产纤维纸浆的过程中连续地蒸汽预处理木片的装置和方法。
背景技术
通常，人们期望与由木片生产纤维纸浆相关的是用蒸汽首先对木片预处理，从而能够将空气排出。如果这以令人满意的方式进行，那么对木片的均质浸渍更容易，这也使得纸浆质量更好更均匀，并减少了不合格品的数量。如果所有的空气都已排出，那么通过连续的蒸煮也可以获得更好的木片堆运送。在一些旧的传统系统中已经使用了在大气压力下的木片仓，在该木片仓内，用蒸汽对木片进行预处理以便排出空气。从这些系统可以排出大量空气，该空气已被松节油、甲醇和其它爆炸性气体污染。如果使用从黑液的压力释放获得的蒸汽，该蒸汽也包含了大量的称为“TRS气体”(“TRS”是“总减少硫”的简称)的硫化物。这些硫化物非常难闻。这些TRS气体包含了(首先的化学物)：硫化氢(H2S)，甲硫醇(CH3SH)，二甲基硫化物(CH3SCH3)，二甲基二硫化物(CH3SSCH3)，和其它气味很难闻的或者爆炸性的气体。从黑液的蒸发中产生大量的硫化氢和甲硫醇，该二者的沸点分别是-60℃和+6℃。这意味着通过冷凝很难将它们从气体中分离。
不适合于通过冷凝容易地除去的气体称为“NCGs”(这里“NCG”是“不可冷凝气体”的简称)。通常使用纯蒸汽在木片仓内加热以便尽可能减少TRS气体的释放，黑液蒸汽首先用于加压蒸汽预处理容器内，该容器设置在木片仓之后。即使该黑液蒸汽单独用在随后的加压蒸汽预处理容器内，这些TRS气体例如在中断操作的过程中也能够泄漏到木片仓内。然而，由于可用于制浆厂发电的蒸汽量在该情况下减少了，因此用于蒸汽预处理的纯蒸汽的使用较为昂贵。
在一些蒸汽预处理系统中驱动蒸汽通过全部木片堆，这意味着获得大量的稀释低硫气体(weak gas)，这些低硫气体必需经过称为“低硫气体系统”的处理。这些蒸汽预处理系统经常称为“喷吹”(blow-through)系统，在这些系统中，在木片堆的最上层表面，或者在木片之上的气相内，或者在上述两个位置，温度显著高于室温，通常约在60-100℃。这些系统的一个主要缺陷在于所供应的大部分蒸汽能量随排出的气体被排出去了。这些气体在低硫气体系统中冷凝，结果获得大量低等暖水，通常将这些暖水通到排水系统，导致大量能量的丧失。
已经证明了现有技术的问题在于，人们期望在使用热蒸汽进行蒸汽预处理过程中，尽可能减少有害或有毒气体的泄漏。通常将低硫气体从木片仓传送到破坏系统，并从蒸汽预处理容器进行进一步的释放气体传送，后者通常认为是富煤气。通常，人们尝试将低硫气体的浓度保持在按体积计算远远小于4％的值，而富煤气的浓度按体积计算保持在远远小于40％。
在已知的木片仓中(在该木片仓中，蒸汽被吹入木片堆内)，产生大量气体，因此需要纯蒸汽或者能够处理这些气体的专门系统。排出气体可很容易地获得高爆炸物组分。只要气体的浓度按体积计算在近似4％之下，或者远远大于40％，就没有爆炸的风险。为此原因，需要使用保持按体积计算低于4％(典型地为1-2％)浓度的低硫气体系统，或者使用保持按体积计算远大于40％浓度的富煤气。因此，确保了在低硫气体系统内，该浓度被保持为按体积计算远远小于4％，这承担了大量空气的运送。气体的量一增加，空气的量就必需相应增加，以便将该浓度保持在临界水平以下。
例如，如果在木片仓内蒸汽预处理产生1kg/min的NCGs，空气的量必需约为50kg/min，以便保持按体积计算约2％的浓度。如果NCGs的量增加到2或3kg/min(如果在处理中发生扰动该情况可能会出现)，空气的量必须暂时地分别增加到100或150kg/min。这使得这些系统的尺寸通常形成为使得它们能够处理正常的流量，而在操作中断时产生的多余气体通过排气管直接排到大气中。
用于将低硫气体的量减到最少的进一步的技术方案是控制通过木片仓的木片流，从而建立通过该木片仓的稳定的栓塞流，其中，蒸汽到该木片仓的添加以受控方式发生，从而仅在该仓的下部内的木片被加热到100℃，而在木片水平之上的气相内的温度(该温度建立在蒸汽预处理仓内)大体上与室温对应。
这种技术称为“冷炉顶(cold-top)”控制，该技术用于Metso Paper出售的名为DUALSTEAMTM仓的木片仓内，该木片仓用于浸渍容器内，该浸渍容器以IMPBINTM的名称在市场上出售。这些系统的主要优点在于，它们以有效的方式提供加热，在所述系统中，所供应的热量都用于生产。与加热相反，在这种系统中，蒸汽能够通过木片堆的上表面被驱散，其中，排出的蒸汽必需被冷凝，因此形成大量能量损失。“冷炉顶”控制的另一个优点是，在处理过程中没有设置另一个区域，在该区域内，能够发生来自木片的松脂的损失，为此原因，基本上所有的松脂与黑液一起从蒸煮处理排出。然后，能够以通常的方式在闪蒸罐内或蒸发处理中释放该黑液的压力。
人们已经开发了多个非常昂贵的技术方案，以便减少气体的爆炸性和毒性。例如，WO96/32531和US6176971公开了不同系统，在这些系统中，从蒸煮器中排出的蒸煮液从普通水中产生纯蒸汽。通过完全使用用于木片蒸汽预处理的纯蒸汽，降低了低硫气体的TRS含量，这是因为所用蒸汽完全不含任何TRS含量。然而，这些系统不可避免地产生能量损失，以及需要更昂贵的处理设备。
SE528116(WO2007064296)披露了一种用于处理低硫气体的实施例，该低硫气体从具有冷炉顶控制的木片仓排出。在该情况下，将以与喷吹程度成比例的量的空气加到低硫气体系统中，从而该低硫气体在任何时间内都保持在集中区域的稀释侧上，在集中区域内该低硫气体成为爆炸物。这里，气体清洗操作包括在该低硫气体系统内。
在现有技术中，木片的蒸汽处理的主要目的在于将空气从木片排出，而并没有考虑过为此目的的直接在该蒸汽处理中使用冷却流体的可能性。冷却技术仅仅被用于随后的低硫气体系统，其中，该低硫气体系统独立于蒸汽预处理容器，在该蒸汽预处理容器内，低硫气体被冷却或液化。然而，已经证明了在该情况下，在蒸汽预处理过程使用冷却流体是非常有效的，并且，只需要相当少量的冷却流体，以便消除气味的问题。由于在该系统中偶尔出现扰动，因此在上述低硫气体系统内使用直接冷却来避免稀释效应是较为简单的。
发明内容
本发明的第一个目的是使蒸汽预处理过程更安全，从而将木片喷吹的风险减到最小，而这又确保了释放到周围环境的具有难闻气味的气体能够保持在最少。
第二个目的在于确保在木片堆内的冷凝层保持在木片体积内的安全高度上，以及确保该冷凝层不会到达该木片体积的上表面，其中在所述上表面处冷凝物能够转化为气体。
第三个目的是在木片的蒸汽预处理过程中，在称为“冷炉顶”控制的过程中优选地使用该安全系统，其中，在木片的预处理过程中将木片加热，从而在木片体积内形成温度梯度，在该梯度中，在该木片仓的顶部的木片具有环境温，典型地在0-50℃范围内，优选在20-40℃，逐渐升高的温度设置为朝向该木片仓的底部降低，在该木片仓的底部确立有利的约为90-110℃的温度。这种系统具有这样的效果，即在木片仓内从木片内排出的气体体积非常少，在持续的均衡操作中，低硫气体系统上的负荷将会是最小的。然而，该系统的一个特性是，排出的气体趋向于在木片体积内的冷凝层内冷凝。然而，通过使用用于木片的简单的冷却处理，蒸汽喷吹的风险能够显著降低。
第四个目的是如果发生喷吹，通过用一定量的冷却流体替换木片的冷却表面来将喷吹的影响最小化，在该冷却表面上，释放的难闻气体的量能够减到最少，并且释放的整个持续期间能够显著缩短。
根据权利要求1特征部分的装置，和根据权利要求5特征部分的方法，能够达到上述目的。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的用于木片蒸汽预处理的装置。
具体实施方式
图1示意性示出了合适的容器，这里示出的为浸渍容器1，剁碎的木片CH通过流动控制器或闸门进料器34进给到该浸渍容器1内。这种类型的浸渍容器相当于Metso Paper出售的名为IMPBINTM的容器。
“蒸汽预处理容器”的概念将在下面使用，该词的概念不仅包括具有DUALSTEAMTM类型的蒸汽预处理的木片仓，还包括结合有蒸汽预处理的IMPBINTM类型的浸渍容器。具有蒸汽预处理的木片仓与具有蒸汽预处理的浸渍容器的主要区别在于：在后者中，使用浸渍液(典型地使用黑液)的浸渍发生在该浸渍容器底部，而该黑液在其加入到浸渍容器以产生蒸汽时是十分热的。这样，能够减少用于完成蒸汽预处理的所需纯蒸汽的量。
通常，木片的上层设置在该蒸汽预处理容器的顶部，在这里，以这样的方式控制进料，从而该层设置在最低层和最高层之间。在该容器内，气象形成在该上木片层和该容器的顶部之间。
图1示出的蒸汽预处理容器是这样一种容器，木片的浸渍发生在该容器的下部内，如图所示。例如，根据Metso Paper出售的名为IMPBINTM的技术，可以发生这种浸渍。在这种技术的过程中，优选地将增压的热的黑液BL加入到该容器中，由此释放了该热黑液的压力，并产生需要用于木片蒸汽预处理的蒸汽的主要部分。从黑液的表面BLLEV排出的蒸汽以BLST表示。
通过合适的出口或额外的喷嘴，也可以将蒸汽ST加到该蒸汽预处理容器的下部，正好在已设置的上木片层之下，这里，根据木片柱内的温度检测来控制蒸汽量。在图中示出了测量探针32，该探针沿着探针的长距离建立平均值，将来自该探针的输出信号引导至控制单元31，该控制单元31控制着在蒸汽供应线上的控制阀33。优选地，该蒸汽可以是完全没有NCGs和TRS气体的纯蒸汽，或者具有一定TRS气体含量的黑液蒸汽。
因此，从合适的蒸汽产生装置获得蒸汽预处理所需的蒸汽，或者是直接的蒸汽附加物(可以是纯蒸汽或者包含TRS气体的蒸汽)的形式，或者是热黑液的形式，该热黑液在其压力释放时在木片堆中产生蒸汽。所述蒸汽产生也可以是这两种来源。
在所示出的实施例中，根据冷炉顶概念用蒸汽对木片进行预处理，这里尝试在木片仓内建立温度梯度。在木片柱的上表面内的木片理想地应保持在环境温度，典型地在0-50℃范围内，优选地在20-40℃之间。该冷炉顶控制的一个作用是一层冷凝物CL形成在木片柱内，在这里聚集了很大部分的NCGs和TRS气体。可以将该层冷凝物保持在远在大量木片之下的安全深度处，并且，假如将木片柱的上表面控制在低温，将防止这些气体向上排出。
通风道2设置在该容器的上部，用于将所形成的低硫气体除去。将该通风道2连接到低硫气体系统NCG上，将低硫气体排到该低硫气体系统NCG中以进行破坏。
根据本发明，设有用于从冷却流体源CS直接注入冷却流体的装置10，这些装置设置在该蒸汽预处理容器的顶部。此外，至少一个控制器阀11设置在该冷却流体源CS和注射装置10之间的连接管线内。控制单元31设置为通过启动装置开启该控制阀11，并在至少一个已检测到的操作参数显示喷吹发生时，启动冷却。
至少一个喷洒喷嘴10设置在自该注射装置的出口处，优选地，该喷洒喷嘴是将细分的冷却流体散布到该蒸汽预处理容器的顶部内的高压喷嘴。为了冷凝液相的气体，冷却流体如果以细分的液滴或细分的雾被注入是有利的，因为这增加了气相和冷却流体之间的接触面积。优选的是，冷却流体内的压力被保持在与相对于该蒸汽预处理容器的顶部的压力至少为3bar的过压相当的水平。
将多个喷洒喷嘴设置在该蒸汽预处理容器的顶部是适合的，所述喷洒喷嘴这样设置，从而在冷却流体的注入过程中，它们覆盖住蒸汽预处理容器的整个流动截面。对于具有3-8米直径的蒸汽预处理容器来说，可以设置4个均匀地分布在圆周上的喷洒喷嘴，相邻喷洒喷嘴之间为90度，这些喷洒喷嘴设置在距离该容器中心等于容器半径的40-60％的距离处。
对于具有8-10米直径的蒸汽预处理容器来说，可以设置6-8个均匀地分布在圆周上的喷洒喷嘴，相邻喷洒喷嘴之间分别为60或45度，这些喷洒喷嘴设置在距离该容器中心等于容器半径的40-60％的距离处。
优选地，在用于纤维纸浆生产的木片的连续的蒸汽预处理过程中启动该系统，这样将保持为与环境温度相同温度的未处理木片进给到该蒸汽预处理容器内，在该蒸汽预处理容器内，用蒸汽对木片进行处理，以达到预热木片并将包含在木片内的空气排出的目的。该蒸汽预处理容器具有在顶部的木片入口和在底部的出口，通过蒸汽产生装置在蒸汽预处理容器内形成的蒸汽加到木片堆上，从而在木片堆内建立了温度梯度，该温度梯度从建立在木片堆下部的高温到建立在该木片堆上表面的低温。当随后的操作条件显示存在蒸汽向上通过木片堆开始喷吹的风险时，冷却流体被注入该蒸汽预处理容器的顶部。
例如，当木片堆内的与其上表面相关的温度(或者在木片层之上的气相内的温度)超过临界值时，能够检测到喷吹的风险，从而启动注入。
例如，当进入和从该蒸汽预处理容器出来的木片流降低到低于临界值时，也能够检测到喷吹的风险，从而启动注入。
来自纤维纸浆生产过程的水和冷却的处理流体用作冷却流体。这些冷却的处理流体可以是冷却的白液、冷却的黑液或者是来自随后的清洗步骤的冷却的滤出液等。
优选地，控制注入的冷却流体的量与喷吹的风险度相称，这能够通过启动不同数量的注入喷嘴，或者通过使用每个启动的注入喷嘴的开启度来获得，该开启度通过脉冲宽度调节。
在冷却控制的一个简单形式中，依据木片体积内的温度来控制冷却的启动，该温度由测量探针32或者设置在木片层之上的气相内的温度传感器(在图中未示出)检测。所述控制装置31将阀11打开到与超过至少第一或第二临界值成比例的程度，或者与超过一个临界值成比例的程度。该第一临界值可以是预定的第一温度
第二临界值可以是预定的第二温度
其中
优选地，冷却流体的控制也与其它控制措施的启动相结合。例如，当温度变得太高时，可以停止蒸汽的供应。当温度变得太高，进给的低温木片的量也可以继续，或者可以设置为更高的水平。
当在蒸汽预处理容器内进行冷却时，该系统能够简单地补偿由于冷却流体的注入而造成的稀释，其中该蒸汽预处理容器在其底部具有整体的浸渍处理。例如，可以将更多的白液加入到黑液内，以获得在浸渍液中重建正确的碱浓度的目的。这在图中通过能够受到控制单元31影响的阀示出，该阀设置在用于白液WL的供应管线内，该供应管线连接到用于黑液BL的附加物的管线上。
冷却启动程度的例子
如果超过第一临界值，启动喷洒喷嘴10的次级部分，这时开启度可以由脉冲宽度调节。例如，这些喷嘴可以打开持续300秒的时间段的延迟的20％。
如果超过第二临界值，其余的喷洒喷嘴10可以以相同的脉冲宽度(300秒的20％)调节来启动。
可以增加该喷洒喷嘴的开启度，例如，如果超过第三临界值，在脉冲宽度调节为持续300秒的时间段的时间延迟的40％的过程中，喷嘴保持打开。
甚至在更高的温度，通过步进的20％也能够增加开启度，直到所有的喷洒喷嘴保持连续的打开。如果冷却效果能够与几个阶段相联系，这将是有利，这样就不会将突然的、快速的冷却效果引入到过热气相内，该冷却效果可导致无法控制的快速的压力降低，而这甚至会在该蒸汽预处理容器内导致如此严重的负压，以致该容器具有破裂的风险。
从冷却效果的温度控制启动的这个例子可以认识到，也可以采取其它的用于冷却的控制原理。例如，可以监控进入或从该蒸汽预处理容器出来的流动，例如，如果流入的冷却木片应该停止或减少，那么在该容器的底部的热量向上转移的风险便增加了。如果流出的蒸汽处理后的木片应停止或显著减少，那么也增加了上述风险。
也可以用该容器内的木片层的测量来补充所述系统和方法，该层由水平检测器40来检测，并且将该层的信号输入控制单元CPU。如果木片的层逐渐下降，低于最低水平，这时能够加入逐渐增多的冷却流体的量。
每个喷洒喷嘴都能够具有用于独立控制的独立的控制阀11。
本发明能够在所附权利要求的框架内以不同方式改变。该容器的输入装置可以是不同类型，如具有旋转部分的简单的木片进料器(在图中示意性示出)，或者通常设置在水平外壳内的进料螺旋的不同形式，该进料螺旋在入口具有或不具有非回转阀，或者为其最简单的形式，即木片通过来自传送带的斜道单独地下落到该容器内。
Claims (10)
1.一种用于在纤维纸浆的生产过程中连续地蒸汽预处理木片的装置，在该装置内，处于与环境温度相对应温度下的未处理的木片被进给到蒸汽预处理容器(1)内，在该蒸汽预处理容器内，用蒸汽(ST)对所述木片进行预处理，以预热木片和排出包含在木片内的空气，该蒸汽预处理容器具有在顶部的木片入口和在底部的出口，通过蒸汽产生装置在该蒸汽预处理容器内产生的蒸汽被加到该木片堆上，从而在木片堆内建立温度梯度，该温度梯度从建立在木片堆下部的高温到建立在该木片堆的上表面的低温，其特征在于：
设置控制单元(31)，从而该控制单元通过检测装置(32)检测至少一个操作参数，当在木片堆的上表面的低温超过临界值时，该操作参数指示出蒸汽向上通过木片堆喷吹；
用于从冷却流体源(CS)注入冷却流体的注射装置(10)设置在蒸汽预处理容器的顶部；
至少一个控制器阀(11)设置在所述冷却流体源(CS)和注射装置(10)之间的连接管线内；
当所述已检测到的操作参数显示喷吹发生时，所述控制单元(31)设置为通过启动装置来开启所述控制阀(11)。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于：至少一个喷洒喷嘴(10)设置在自所述注射装置的出口内。
3.如权利要求2所述装置，其特征在于：所述喷洒喷嘴(10)是将冷却流体的细分雾散布到所述蒸汽预处理容器的顶部内的高压喷嘴。
4.如权利要求3所述装置，其特征在于：多个喷嘴设置在所述蒸汽预处理容器的顶部，所述喷嘴设置成使得在冷却流体的注入过程中，它们覆盖蒸汽预处理容器的整个流动截面。
5.一种用于在纤维纸浆的生产过程中连续地蒸汽预处理木片的方法，在该方法中，处于与环境温度相对应的温度下的未处理的木片被进给到蒸汽预处理容器(1)内，在该蒸汽预处理容器内，用蒸汽对所述木片进行预处理，以预热木片和排出包含在木片内的空气，该蒸汽预处理容器具有在顶部的木片入口和在底部的出口，通过蒸汽产生装置在该蒸汽预处理容器内产生的蒸汽(ST)被加到该木片堆上，从而在木片堆内建立温度梯度，该温度梯度从建立在木片堆下部的高温到建立在该木片堆的上表面的低温，其特征在于：当操作参数指示蒸汽向上通过木片堆开始喷吹的风险时，将冷却流体注入到所述蒸汽预处理容器的顶部内。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于：当木片堆的上表面的温度超过临界值时，启动注入过程。
7.如权利要求5所述方法，其特征在于：当进入和从所述蒸汽预处理容器出来的木片流降低到低于临界值时，启动注入过程。
8.如权利要求5-7中任一项所述方法，其特征在于：来自纤维纸浆生产过程的水或冷却的处理流体用作冷却流体。
9.如权利要求8所述方法，其特征在于：控制被注入的冷却流体的量与喷吹的风险成比例。
10.如权利要求9所述方案，其特征在于：通过启动不同数量的注入喷嘴，或者通过脉冲宽度的控节，或者通过上述两个方法来控制被注入的冷却流体的量。
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