CN1653228A - 在纸浆厂生产能量的方法 - Google Patents

Abstract

一种在纸浆厂中生产能量的方法包括如下步骤：在回收锅炉的炉膛中燃烧制浆过程的废液以产生烟道气；通过在回收锅炉中生产饱和的和/或局部过热的蒸汽以从烟道气中回收热量；在气化器中使木材、树皮或废木材气化以生成可燃气体；在过热锅炉中燃烧至少部分可燃气体；然后在过热锅炉中使饱和的和局部过热的蒸汽过热，以产生过热蒸汽。

Description

在纸浆厂生产能量的方法

背景技术

在化学纸浆厂中，首先要从原木上除去树皮，之后，余下的木头被切成木片，并且经化学处理(蒸煮)使之成为纤维。木片中的木素和一些糖类物质在蒸煮期间被溶解在碱性蒸煮液中。木素和糖类物质及蒸煮液的组分形成的废液称作黑液。由木片得到的纤维的得率一般低于50％，通常为46-48％。蒸煮之后，通过让黑液在回收锅炉中单独或与其他废液一起燃烧可回收黑液中的化学品，回收锅炉中的燃烧过程是放热过程，而所释放的热量由高压过热蒸汽回收。蒸汽能量在蒸汽轮机中被回收，产生供其他制浆过程所需的电能和低压蒸汽。

黑液和其他废液都被看作生物质燃料，它们是替代的燃料源。这些替代的燃料源减少了纸浆厂对传统燃料(例如煤和油品)的需求，从而降低了因用传统燃料生产能量而产生的温室气体的量。生物质燃料可用于提供高变压力和温度的蒸汽，这在提高能量生产效率方面有优势。

传统上，纸浆厂是在回收锅炉内燃烧黑液而在辅助炉内燃烧废木材和树皮来产生能量。木材原料的树皮和所生产的黑液中的有机物质通常共同提供纸浆厂所需的全部能量。如果纸浆厂需要更多的能量，可以购买额外的燃料。额外的燃料和树皮一起在辅助炉内燃烧。传统上，纸浆厂通过以下途径产生能量：回收锅炉和辅助炉，来自纸浆厂的废料树皮在其中燃烧产生过热的高压蒸汽。所产生的蒸汽被迫通过背压蒸汽轮机，而所释放的蒸汽用于提供纸浆厂所需的热量。涡轮机和连于其上的发电机产生纸浆厂所需的电能。

木材含有少量的钾(K)和氯(Cl)。这些元素在蒸煮过程中留在黑液里。在回收锅炉中，这些元素富积成飞灰，并增加了烟道气的腐蚀性，尤其是在过热器中。Cl和K的腐蚀性随温度的增加而增加。Cl和K的腐蚀性为回收锅炉中产生的蒸汽的温度加了一个上限。对过热蒸汽的这一限制通常为400℃到490℃，这取决于Cl和K的含量。对于氯和钾含量低的特殊材料或液体，一直使用高达520℃的蒸汽温度。因为氯和钾的腐蚀性需要使过热蒸汽的温度保持相对较低，所以蒸汽压力也低。与燃煤、天然气或油品的常规动力锅炉相比，这些温度极限造成回收锅炉中所产生的热量的功效低。

在回收锅炉中使用来自原木的树皮时，对蒸汽的这些温度极限并不严格，但树皮在树皮炉中燃烧而产生的飞灰可能含有氯和钾。由于树皮的硫含量很低，因此钾在树皮炉中与氯反应生产KCl，后者接下来会造成过热器腐蚀。树皮中的量热流(calorimetric flow)也比黑(“废”)液流中的低很多，由于其质量流低很多。

新开发以代替传统回收锅炉和蒸汽轮机的动力循环已有研究，并且废液和树皮的高压气化好像很有前途。然而，在这些技术有足够的可靠性和能力之前好像还需要做大量的研究工作。木材和树皮在流化床气化器中的常压气化自从1983年以来在纸浆厂中已有商业应用，用于生产可用在白泥煅烧炉中以代替矿物燃料的可燃气体。然而，尽我们所知，还未开发出可增加纸浆厂的回收锅炉车间所生产的过热蒸汽的温度和压力的有效方法，并且不会发生腐蚀，或者说腐蚀速度在可以接受的水平。因此感觉上，对增加纸浆厂能量生产功效的方法有一种长期的需要，这种方法无腐蚀问题，同时使纸浆厂对矿物燃料的需求最少。

发明内容

在本发明的第一实施例中，蒸汽在回收锅炉中被加热到不会发生高温腐蚀的温度。蒸汽被加热到低于520℃，优选在480到500℃之间。之后，在一个特殊的燃烧过程中，蒸汽在过热器中被过热到500到600℃，优选在520到560℃，在这一过程中燃烧清洁燃料可避免高温腐蚀。清洁燃料由木质燃料气化产生。

在一个例子中，本发明是一种在纸浆厂生产能量的方法，包括如下步骤：a)在回收锅炉中燃烧制浆过程的废液(例如由硫酸盐制浆产生的黑液)，生成烟道气，b)通过在回收锅炉中生产蒸汽来从烟道气中回收热量，c)在气化器中使木材、树皮或废木材气化，生成可燃气体，d)在过热锅炉中燃烧至少部分可燃气体，然后e)在过热锅炉中用可燃气体燃烧产生的热量使饱和且部分过热的蒸汽过热。

本发明可用已知的气化方法常压气化固态的木质燃料，例如木材、木片、树皮块、碎木材、刨花、锯末、木质森林残留物，生产可燃气体。这些可燃气体至少部分在独立的过热锅炉中燃烧，并用于过热回收锅炉中产生的蒸汽。

在本发明的另一个实施例中，由回收锅炉的过热器产生的饱和且/或部分过热的蒸汽的温度被限制到锅炉不会发生腐蚀或者说腐蚀速度低得可以接受的水平。极限温度取决于回收锅炉中的腐蚀条件。在斯堪的纳维亚条件下，温度极限通常在480到500℃的范围内。实际上，腐蚀温度的限制范围要宽，例如400到520℃，这是因为黑液和产生的飞灰以及所谓的“残留物”中的氯和钾的含量不同，所谓的“残留物”是一种含焦型飞灰。最后一个过热步骤在一个单独的过热器中发生，蒸汽温度在此达到最终的水平，通常为450到600℃，优选为500到560℃，最优选为530到560℃。根据过热材料的发展，可接受的温度极限可高达600℃。

由含碱性化合物(例如钠、钾化合物)和含氯化合物的木质材料产生的可燃气体可形成碱性的氯化物，例如NaCl和KCl。碱性氯化物在过热器中的高温条件下可引起腐蚀。通过添加硫磺或含硫的气体(例如由蒸煮或污泥浓缩汽提得到的不可压缩的气体)并且通过将含硫的油品喷射到来自气化器的可燃气体流中可使由树皮或木材气化得到的可燃气体无腐蚀性。降低可燃气体腐蚀性的另一项技术是在过热锅炉的煤气燃烧器中燃烧上述含硫燃料。在过热器中燃烧之前，清洁以除去可燃气体中的碱性灰尘也应提供过热器中较高金属温度下的无腐蚀性条件。一些可燃气体可用在白泥煅烧炉中以代替矿物燃料，像油和煤气，从而可改善纸浆厂的温室气体平衡。

根据本发明的另一个实施例，提供了一套用于在纸浆厂中产生能量的系统。该系统包括：回收锅炉，它具有用于燃烧黑液并产生烟道气的炉膛；回收锅炉中的加热表面，用于从烟道气中回收热量以产生蒸汽；连接到回收锅炉的加热表面上的过热锅炉，用于将蒸汽引入到过热锅炉中；气化器，用于气化固体木质燃料(例如树皮)以生产可燃气体；以及导管，用于将可燃气体从气化器供应到过热锅炉，以使其在此燃烧。

借助本发明可得到如下几个(但不局限于)优点：

A.通过增加借助过热锅炉从废液回收过程中回收的蒸汽的压力和操作温度，可提高车间的总电效，并且从蒸汽中回收的热量可产生更高的功率；和

B.与使用矿物燃料(例如天然气或重质燃料油)时的情况相比，当用树皮或其他木材废料作热源时，不产生二氧化碳。众所周知，即使不用树皮和相应的木材废料，现代纸浆厂在能量方面也自给有余。本发明考虑到利用纸浆厂产生的全部或部分树皮。

附图说明

下面，将参照附图1对本发明作更详细的说明，附图1是纸浆厂从废液中回收能量的单元的示意图。

具体实施方式

图1展示了一个从废液中回收能量的单元，它包括气化器10、废液回收锅炉14、连接于其上的热量回收段16、独立的过热锅炉18、蒸汽轮机20、发动机22和白泥煅烧炉24。黑液通过喷嘴26喷洒到回收锅炉14中。燃烧空气通过回收锅炉不同高度处的管线28供应到回收锅炉中。熔化的无机物(黑液的燃烧产物)流过积聚在回收锅炉底部的焦碳床层30，并到达出口32，出口32将其排到溶解槽(未示)内。

在回收锅炉14和热量回收段16中，蒸发表面34和水预热器36可从烟道气中回收热量。烟道气通过导管38从锅炉排出。蒸汽在回收锅炉中可由过热表面40局部加热。

优选先干燥待气化的木材。干木材产生的气体比湿木材产生的气体含有更多的可燃组分。气体中可燃组分的比例较高提高了燃烧效率。木材可由来自回收锅炉或白泥煅烧炉的烟道气干燥。例如，树皮可用来自白泥煅烧炉的烟道气干燥。这种干燥工艺在美国专利US5103743中已公开，该文被并入此处以作参考。

干燥的木材燃料(例如树皮)通过管线12被供应到气化器10，后者可以是循环流化床(CFB)气化器。也可以使用其他已知的气化器。气化器产生的可燃气体经管线44流到过热锅炉18。然而，一部分可燃气体可通过管线46流到白泥煅烧炉24。

含硫燃料的额外燃烧可减少过热锅炉中加热表面48的腐蚀，含硫燃料优选为来自蒸煮车间和/或污泥浓缩气体过程的不可压缩气体。含硫燃料通过管线54供应，并且被添加到管线44或燃烧器56中的可燃气体流中。硫与可燃气体中的碱反应，可防止或减少碱性氯化物的形成，如果允许其形成，则会造成过热锅炉的腐蚀，尤其是在高温条件下。

往燃料中添加硫来抑制腐蚀是一种廉价、简单、因此而又常用的减少锅炉腐蚀的方法。尽管也可以使用其他已知且更加高效的抑制腐蚀的方法，但这些方法一般需要净化烟道气。净化设备增加了纸浆厂的资金投入。来自气化器10的烟道气可以在净化单元42中加以净化，然后流到过热锅炉18或白泥煅烧炉24。净化单元从气体中除去碱性组分，这些组分在随后的腐蚀减少过程中是有害的。燃烧空气通过管线46供应到过热锅炉。过热器18中的燃烧通常是和过量的最佳空气一起完成的，但燃烧也可以按化学计量或有所减少，并且在一些应用中可能是优选的。

过热锅炉中布置有过热表面48，用于过热通过蒸汽管线52来自回收锅炉的饱和和/或局部过热的蒸汽。过热蒸汽通过管线50被引入到蒸汽轮机车间。车间中的涡轮机20和发电机22产生电能。

来自过热锅炉18的烟道气被输送到回收锅炉中，优选到过热器40的入口，它们在此与来自锅炉炉膛的废蒸汽混合。烟道气入口的其他可能位置包括从炉膛下部到烟道气预热器16入口的整个区域。烟道气可通过管线58和28输送到炉膛。

来自过热锅炉18的烟道气可用于塑造来自“外圆角”17上方的回收锅炉炉膛15中的烟道气流的图案，从而改善气体分布和向过热器内的传热，或者产生排放控制所需的条件，例如用选择性的非催化还原(SNCR)来还原排放的NO_x的最佳温度范围，或者让颗粒尺寸增大来减少微小颗粒(尺寸小于2.5微米)的排放。也可以用这些烟道气来塑造炉膛15内的流动图案以改善混合，例如通过垂直布置的口引入这些气体来代替空气或者与空气混合这在欧洲专利668983(被并入此处以作参考)已有公开。

过热锅炉18中的燃烧也可以在低于化学计量的条件下进行。从而产生的还原气体可被引入到来自炉膛15的烟道气中，以减少来自炉膛的烟道气中的氧化氮的排放量。已知在重烧以减少来自回收锅炉炉膛的烟道气中的氧化氮的含量时，某些燃料比其他燃料更有效。重烧的燃料也可被引入来自过热锅炉的烟道气流，用于改善气体混合。

本发明不打算局限于所展示的且上述的实施例，并且在下述权利要求所限定的发明思想的范围内，可对其加以改变或变化。例如，气化和过热都可以在高压下进行，因此可以实现高压车间的一般优点。

Claims (15)

1.一种在有气化器、回收锅炉和过热锅炉的纸浆厂中生产能量的方法，所述方法包括：

a)在回收锅炉的炉膛中燃烧来自制浆过程的废液以产生烟道气；

b)从烟道气中回收热量，以在回收锅炉中生产蒸汽；

c)在气化器中使固体的木质材料气化以生成可燃气体；

d)在过热锅炉中燃烧至少部分可燃气体；然后

e)将来自回收锅炉的蒸汽输送到过热锅炉中，并且过热锅炉中使蒸汽过热，以产生过热蒸汽。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于蒸汽被过热到450到600℃之间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于蒸汽被过热到500到560℃之间。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于蒸汽被过热到530到560℃之间。

5.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于在步骤d)之前还包括净化来自步骤c)的可燃气体。

6.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于在步骤d)中含硫燃料和可燃气体一起燃烧。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于含硫燃料是纸浆厂产生的不可压缩气体。

8.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于可燃气体的燃烧是在化学计量过量的条件下进行的。

9.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于烟道气在步骤d)中产生，并且烟道气流到回收锅炉的炉膛内。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于烟道气流入回收锅炉的炉膛，以增加炉膛内的气体混合。

11.如权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于可燃气体的燃烧是在不足量的条件下进行的，其中有烟道气生成，且生成的烟道气流入回收锅炉的炉膛。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于步骤d)中产生的烟道气与步骤a)中产生的烟道气混合。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于一部分可燃气体在白泥煅烧过程中燃烧。

14.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于固体木质材料在气化之前被干燥。

15.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于固体木质材料是树皮。

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