Die Erfindung betrifft eine Vorrichung zum Betrieb einer Ver­ brennungsanlage für die Ablauge eines bevorzugt nach dem Bisulfit-Verfahren betriebenen Zellstoffkochers.

Beim Betrieb von Zellstoffkochern wird pro Charge eine große Menge an sogenannter "Kochflüssigkeit", d. h. an Aufschluß­ chemikalien, benötigt. Diese fallen nach Abschluß der Kochung als Ablauge an und müssen entsorgt werden. Wird z. B. der Zell­ stoffkocher nach dem Bisulfit-Verfahren betrieben, so enthält die Flüssigkeit in diesem Fall eine saure und eine basische Komponente. Als saure Komponente dient schwefelige Säure H₂SO₃ in dissoziierter Form, also H⁺ und SO₃^---Ionen und gelöstes SO₂. Die basische Komponente liegt in Form eines Kations vor, z. B. als Ca⁺⁺, Na⁺ oder NH₄⁺-Kation, welches zum Puf­ fern der während der Kochung entstehenden starken Säuren dient. Nach Ablauf der Kochung einer Charge im Zellstoffkocher stellt die anfallende Ablauge eines Suspension aus Wasser, den Auf­ schlußchemikalien bzw. hieraus entstandenen Reaktionsprodukten und festen bzw. gelösten Holzbestandteilen dar. Diese Ablauge muß auf energetisch vorteilhafte und umweltschonende Weise entsorgt werden.

Die Ablauge eines Zellstoffkochers weist insbesondere auf Grund ihres Gehaltes an festen und gelösten Holzbestandteilen einen nennenswerten Heizwert auf. Es hat sich somit als vorteilhaft erwiesen, die Ablaugen von Zellstoffkochern bevorzugt in Ver­ brennungsanlagen thermisch zu entsorgen. Die hierdurch freige­ setzte Abwärme kann z. B. in Form von Prozeßdampf rückgeführt und beim weiteren Betrieb des Zellstoffkochers genutzt werden. Schließt sich desweiteren eine sogenannte Rückgewinnungsanlage an, so können aus den Verbrennungsprodukten am Ausgang der Ab­ laugenverbrennungsanlage, d. h. aus dem Rauchgas und der Asche, die wesentlichen Komponenten der Aufschlußchemikalien zurück­ gewonnen werden. Durch Lösung dieser gas- bzw. ascheförmigen Komponenten in Wasser können große Mengen an Aufschlußchemika­ lien wieder aufbereitet und dem Prozeß, d. h. dem Zellstoff­ kocher, für die Bearbeitung weiterer Chargen erneut zugeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Betrieb einer derartigen Vertrennungsanlage für die Ablauge eines Zellstoffkochers anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 enthaltenen Betriebsvorrichtung. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird desweiteren unter Zuhilfenahme der in den nachfolgend kurz angeführten Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Prozeßkreislaufes für die Aufschlußchemikalien, mit einem Zellstoffkocher, einer Ablaugenverbrennungsanlage und einer den Prozeßkreislauf schließenden Rückgewinnungsanlage,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Ablaugenverbrennungsanlage mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betriebsvorrichtung, welche eine Regeleinrichtung aus einer Luftmengen- und Lufttemperaturregelung und einen Ascheanalysator enthält,

Fig. 3 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für eine Luftmengenregelung in der erfindungsgemäßen Betriebsvor­ richtung,

Fig. 4 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für eine Lufttemperaturregelung in der erfindungsgemäßen Be­ triebsvorrichtung, und

Fig. 5 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für eine zusätzliche Tertiärluftvolumenstromregelung in der Luftmengenregelung.

In Fig. 1 ist ein geschlossener Prozeßkreislauf für die Auf­ schlußchemikalien eines Zellstoffkochers dargestellt. Zentrales Element ist dabei eine Ablaugenverbrennungsanlage LVA, welcher die Ablauge vom Zellstoffkocher ZK insbesondere in eingedick­ ter und vorgewärmter Form zugeführt wird. Der Prozeßkreislauf zwischen dem Ausgang der Verbrennungsanlage LVA und dem Eingang des Kochers ZK wird durch Mittel zur Rückgewinnung der Auf­ schlußchemikalien aus den gas- und ascheförmigen Verbrennungs­ produkten der Verbrennungsanlage LVA geschlossen.

Im Detail enthält die Anlage von Fig. 1 am Anfang des Prozeß­ kreislaufes eine sogenannte Kochsäurebereitung KB. Dieser werden über eine Zuführung 3 Frischwasser und über die Zufüh­ rung 1, 2 die wesentlichen Komponenten zur Aufbereitung der Kochsäure für den Zellstoffkocher zugeführt. Im Beispiel der Fig. 1 handelt es sich um einen nach dem sogenannten Bisulfit- Verfahren betriebenen Zellstoffkocher. So werden über die Lei­ tungen 1, 2 Magnesiumoxid MgO als basische Komponente und Schwefeldioxid SO₂ als saure Komponente zugeführt. Nach deren Auflösung in dem über die Leitung 3 zugeführten Frischwasser entsteht die Kochsäure. Zur Zellstoffkochung wird der Kocher über eine Zuführung 6 mit Hackschnitzeln und anschließend über die Zuführung 4 mit Kochsäure aus der Kochsäurebereitung KB angefüllt. Ferner ist häufig eine separate Prozeßdampfzuführung 5 vorgesehen.

Nach Ablauf der Kochung der jeweils im Zellstoffkocher ZK be­ findlichen Charge an Hackschnitzeln wird zunächst die konzen­ trierte Kocherablauge SLK über eine Abführung 8 abgelassen. Desweiteren wird der fertiggekochte Zellstoff über eine Abfüh­ rung 7 einem sogenannten Blastank BL zugeführt. Dieser dient zur Spülung des Zellstoffes. Hierzu wird dem Tank Spülwasser über eine Leitung 9 zugeführt. Nach Ablauf des Spülvorganges wird die herausgespülte, nun verdünnte Kocherablauge SLV über eine Abführung 10 abgelassen. Ferner kann der fertige, gespülte Zellstoff über eine Abführung 11 aus dem Blastank BL entnommen werden.

Zur Entsorgung werden die konzentrierte, über die Abführung 8 direkt aus dem Zellstoffkocher ZK entnommene Kocherablauge SLK und die verdünnte, über die Abführung 10 aus dem Blastank BL entnommene Kocherablauge SLV einem Eindampfer ED zugeführt. Dieser erzeugt mittels Heizdampf, welcher über eine Leitung 12 zugeführt wird, verdickte Ablauge SLD. Diese wird über eine Abführung 13 der Ablaugenverbrennungsanlage LVA zugeführt. Die bei dieser thermischen Verbrennung auftretende Abwärme kann über eine Prozeßdampfabführung 14 entnommen und in den Prozeß­ kreislauf rückgeführt werden. Bevorzugt wird sie dem Zellstoff­ kocher ZK für die Kochung einer folgenden Charge von Hackschnit­ zeln zugeführt.

Die Verbrennungsprodukte KAG an der Abführung 15 der Ablaugen­ verbrennungsanlage LVA bestehen aus Rauchgasen und Asche. Ein anschließendes Elektrofilter EF dient zur Abscheidung der Asche aus dem Rauchgasstrom. Die pulverförmige Asche AS kann über eine Abführung 16 vom Elektrofilter EF in die Kochsäureberei­ tung KB rückgeführt werden. Bei dem im Beispiel der Fig. 1 nach dem Bisulfit-Verfahren betriebenen Zellstoffkocher besteht die Asche AS im wesentlichen aus pulverförmigem Magnesiumoxid MgO.

Das weitgehend aschefreie Rauchgas AG wird über eine Abführung 17 vom Elektrofilter EF zu einem Wäscher W weitergeleitet. Dieser dient zur Auswaschung wasserlöslicher, gasförmiger Be­ standteile. Hierzu wird Waschwasser über eine Leitung 18 zuge­ führt. Die sich ergebende Lösung ASL kann schließlich über eine Abführung 20 wiederum in die Kochsäurebereitung KB am Eingang des Prozeßkreislaufes rückgeführt werden. Im Falle eines bei­ spielhaft nach dem Bisulfit-Verfahren betriebenen Zellstoff­ kochers handelt es sich bei der Lösung ASL im wesentlichen um eine SO₂-Lösung mit H⁺ und SO₃^---Ionen. Das verbleibende, gereinigte Rauchgas GAG wird schließlich über eine Abführung 19 und einen Kamin K in die Atmosphäre abgelassen. Mit einem derart geschlossenen Prozeßkreislauf nach Fig. 1 ist es möglich, einen Teil der zum Aufschluß der Hackschnitzelmasse im Zell­ stoffkocher ZK benötigten Aufschlußchemikalien rückzuführen. Über die Zuführungen 1, 2 müssen Aufschlußchemikalien lediglich zum Ausgleich von Verlusten im Prozeßkreislauf nachdosiert werden. Im Beispiel der Fig. 1 werden hierzu frisches Magnesium­ oxid MgO und eine wäßrige Schwefeldioxidlösung SO₂ zudosiert.

Gemäß der Erfindung soll eine Betriebsvorrichtung derart auf die Ablaugenverbrennungsanlage LVA eingreifen, daß das gerei­ nigte Restrauchgas GAG am Ausgang des Wäschers W möglichst nur noch aus den natürlich vorkommenden Luftbestandteilen zusam­ mengesetzt ist.

Hierzu weist die Betriebsvorrichtung erfindungsgemäß eine Re­ geleinrichtung für die dem Ablaugenverbrennungskessel in der Ablaugenverbrennungsanlage zugeführten Verbrennungsluft. Diese gibt die Menge und die Temperatur der Verbrennungsluft abhängig von einer Maßzahl für die Qualität Q der Asche als einen Be­ standteil der Verbrennungsprodukte derart vor, daß die Verbren­ nungsprodukte der verbrannten Ablauge am Ausgang des Ablaugen­ verbrennungskessels möglichst größe Mengen an hydratisierba­ ren Ausgangsstoffen für die Rückgewinnung der Aufschlußchemi­ kalien enthalten. Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung opti­ miert somit die Verbrennungsbedingungen im Kessel unter Zu­ hilfenahme einer Maßzahl für die Aschequalität, indem sie auf die Menge und die Temperatur der Verbrennungsluft als Regel­ größen eingreift. Dieser Eingriff erfolgt dabei mit Hinblick auf den angestrebten möglichst großen Gehalt an hydratisier­ baren Ausgangsstoffen in den Verbrennungsprodukten für die Rückgewinnung der Aufschlußchemikalien. Der jeweils erreichte Gehalt derartiger Ausgangsstoffe ist erfindungsgemäß aus dem jeweiligen Wert der Maßzahl der Aschequalität, welche hierzu als eine Art Ersatzgröße dient, geleitet. So weist die Be­ triebsvorrichtung desweiteren einen Ascheanalysator auf, welcher einen Istwert für die Maßzahl der Aschequalität be­ reitstellt. Erfindungsgemäß bildet der Ascheanalysator die Maßzahl aus einem Meßwert für die Ascheweiße und einem Ist­ wert für den Gehalt an hydratisierbaren Ausgangsstoffen in der Asche für die Rückgewinnung der Aufschlußchemikalien nach. Häu­ fig ist es ausreichend, wenn der Istwert für den Gehalt an hydratisierbaren Ausgangsstoffen in der Asche nicht als ein On-linie-Meßwert, sondern als ein Labor-Meßwert zur Verfügung steht.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungsformen derselben werden desweiteren an Hand des Blockschalbildes der Fig. 2 näher erläutert.

Die Ablaugenverbrennungsanlage LVA in Fig. 2 enthält im wesent­ lichen einen Ablaugenverbrennungskessel LVK. Diesem wird die Ablauge SLD bevorzugt in eingedickter und vorgewärmter Form zugeführt, und wird über eine regelbare Zerstäuberdüse ZD in den Kessel eingespritzt. Die Zerstäuberdüse weist einen Hilfs­ energieeingang auf, dem Zerstäuberdampf ZDZ mit regelbarem Vor­ druck zugeführt wird. Über die Druckregelung der Zerstäuber­ dampfzuführung ZDZ kann der Zerstäubungsgrad der Düse ZD beein­ flußt werden.

Am Ausgang des Ablaugenverbrennungskessels LVK treten die Ver­ brennungsprodukte KAG auf, welche aus Rauchgas AG und Asche AS bestehen. Entsprechend dem Blockschaltbild von Fig. 1 werden in einem Elektrofilter EF die ascheartigen Feststoffe aus den Verbrennungsprodukten KAG ausgefiltert. Ein Teil der Asche AS wird einem nachgeschalteten Ascheanalysator AA zur Bestimmung der Maßzahl für Aschequalität Q zugeführt. Bevorzugt ist ein weiterer Rauchgasanalysator GA vorhanden, welcher das ver­ bleibende, aschefreie Rauchgas AG am Ausgang des Elektrofil­ ters EF auf seine Bestandteile hin untersucht. Hierbei können bevorzugt Meßwerte für die Kohlemonoxid-, Stickoxid- und Sauerstoffgehalte CO, NO_x, O₂ gebildet werden. Diese werden von der Regeleinrichtung RE bei einer nachfolgend noch näher beschriebenen Ausführungsform verarbeitet.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden desweiteren mit Hilfe des Blockschaltbildes von Fig. 2 näher erläutert. Die Regeleinrichtung RE weist dabei zwei parallele Regelungen auf, eine Luftmengenregelung LMR und eine Lufttemperaturregelung LTR. Desweiteren sind Mittel zur Messung des Massenstromes der Ab­ lauge SLD am Eingang, der Feuerraumtemperatur T_F im Kessel, ge­ gebenenfalls auch der Nachverbrennungstemperatur N_N und des Gehaltes an Gasbestandteilen im Rauchgas KAG des Ablaugenver­ brennungskessels LVK vorhanden. Von den Gasbestandteilen wer­ den insbesondere der Sauerstoff-, der Stickoxid- und der Kohlenmonoxidgehalt O₂, NO_x, CO erfaßt.

Die Luftmengenregelung LMR bildet ein Stellsignal X_M für die Vorgabe eines Verbrennungsluftvolumenstromes , insbesondere eines Gesamtverbrenungsluftvolumenstromes. Das Stellsignal X_N wird dabei abhängig vom aktuellen Wert der Maßzahl der Asche­ qualität Q und unter weiterer Zuhilfenahme der Meßwerte des Mas­ senstromes der Ablauge SLD und des Gehaltes an Gasbestandtei­ len im Rauchgas KAG gebildet. An Gasbestandteilen wird insbe­ sondere der Sauerstoffgehalt O₂ und der Kohlenmonoxidgehalt CO berücksichtigt.

Des weiteren bildet eine parallel zur Luftmengenregelung LMR arbeitende Lufttemperaturregelung LTR ein Stellsignal X_T für die Vorgabe einer Verbrennungslufttemperatur für den dem Ab­ laugenverbrennungskessel LVK zugeführten Verbrennungsluft­ volumenstrom . Das Stellsignal X_T wird dabei wiederum abhän­ gig vom aktuellen Wert für die Maßzahl der Aschequalität Q und unter weiterer Zuhilfenahme der Meßwerte für die Feuerraumtem­ peratur T_F, gegebenenfalls eines weiteren Meßwertes für die Nachverbrennungstemperatur T_N und des Gehaltes an Gasbestand­ teilen im Rauchgas KAG gebildet. Als Gasbestandteile werden insbesondere der Sauerstoff-, der Stickoxid- und der Kohlen­ monoxidgehalt O₂, NO_X, CO im Abgas berücksichtigt.

Erfindungsgemäß wirken die Luftmengenregelung LMR und Lufttem­ peraturregelung LTR in der Regeleinrichtung RE derart auf die dem Ablaugenverbrennungskessel LVK zugeführte Verbrennungs­ luft ein, daß die Verbrennungsprodukte KAG der verbrannten Ab­ lauge SLD am Ausgang möglichst große Mengen an hydratisierba­ ren Ausgangsstoffen für die Rückgewinnung der Aufschlußchemi­ kalien enthalten. Im Beispiel eines nach dem Bisulfit-Verfah­ ren betriebenen Zellstoffkochers hat dies den Vorteil, daß die Asche AS als fester Bestandteil der Verbrennungsprodukte nahe­ zu vollständig aus aktivem, d. h. wasserlöslichem Magnesiumoxid MgO besteht. Nach Auflösung dieser Asche in Wasser kann somit ein großer Teil der basischen Komponente der Kochsäure rückge­ wonnen werden. Darüber hinaus enthält das Rauchgas AG als rein gasförmiges Bestandteil der Verbrennungsprodukte KAG gasförmi­ ges SO₂, welches sich mit Wasser zu schwefeliger Säure, d. h. der sauren Komponente der Kochsäure für den Zellstoffkocher, rückgewinnen läßt.

Gemäß der in Fig. 2 bereits dargestellten Ausführung bildet der Ascheanalysator AA die Maßzahl der Aschequalität Q nach unter Zuhilfenahme eine Meßwertes für die Ascheweiße B und eines Labormeßwertes für den Gehalt an hydratisierbaren Ausgangs­ stoffen in der Asche. Für die den aktuellen Wert der Maßzahl für Aschequalität ist auch die Aschweiße ein wichtiger Faktor. Ist beispielsweise deren Wert gering, so enthält die Asche einen zu großen Anteil von unverbranntem Kohlenstoff. Die dann graue Färbung der Asche deutet auf eine unvollständige Ver­ brennung hin. Die erfindungsgemäße Betriebsvorrichtung opti­ miert in diesem Fall durch Anpassung des Sollwertes d* über den Sollwertgeber TO und/oder des Istwertes d für die Tröpfchen­ größe über die Regeleinrichtung RE die Verbrennungsbedingungen. Ist in einem anderen Fall der Wert der Ascheweiße B sehr groß, so deutet dies ebenfalls auf eine geringe Aschequalität hin. In diesem Fall enthält die Asche einen zu großen Anteil an "totgebrannten" Ausgangsstoffen, welche nur schwer hydratisier­ bar und somit für die Rückgewinnung von Aufschlußchemikalien unbrauchbar sind. Im Beispiel eines nach dem Bisulfit-Verfahren betriebenen Zellstoffkochers tritt in diesem Fall totgebrann­ tes, nicht aktives Magnesiumoxid MgO auf, welches sich nicht mehr in Wasser zur basischen Komponente für die Kochflüssigkeit auflösen läßt. Bei dieser Ausführungsform wird somit die Maß­ zahl der Aschequalität Q unter Zuhilfenahme eines Meßwertes für die Ascheweiße B und eines Labormeßwertes für den Gehalt an hydratisierbarem MgOa ("Aktiv-Magnesiumoxid") nachgebildet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Ascheanalysator AA einen Funktionsgeber F, der die Maßzahl der Aschequalität Q mittels der Beziehung

Q=K8 _* B+K9 _* MgOa (Gl. 1)

nachgebildet, mit
K8, K9=Verstärkungsfaktoren,
B=Istwert Ascheweiße,
MgOa=Gehalt an hydratisierbaren Ausgangs­ stoffen für die Rückgewinnung der Aufschlußchemikalien.

Die Verstärkungsfaktoren K8, K9 sind wiederum abhängig von der jeweiligen Gestaltung der Verbrennungsanlage LVA und des Asche­ analysators AA. Sie werden in der Regel bei Inbetriebnahme der Anlage experimentell bestimmt.

Bei einer weiteren, in Fig. 2 ebenfalls bereits dargestellten Ausführungsform werden dem Ascheanalysator AA weitere Meßwer­ te zugeführt, und die Maßzahl für die Aschequalität Q mit einer noch größeren Genauigkeit bestimmen zu können. Als weitere Hilfsgrößen können hier neben dem Meßwert für die Ascheweiße B ein Meßwert füe die Aschedichte D_A und/oder ein Meßwert für das Atommassenverhältnis u der Asche und/oder ein Meßwert für den pH-Wert der Asche berücksichtigt werden. Die Ascheweiße, das Atommassenverhältnis bzw. der pH-Wert sind unter Umständen meß­ technisch leichter zu erfassen als der Labormeßwert für den Ge­ halt an hydratisierbaren Ausgangsstoffen MgOa für die Rückge­ winnung der Aufschlußchemikalien. Aus diesem Grund kann der Summand K9 _* MgOa in Gleichung 1 unter Zuhilfenahme eines der zusätzlichen Meßwerte bzw. einer Funktion aus denselben ersetzt werden.

Die Maßzahl für die Aschequalität Q kann somit auch mittels einer der nachfolgenden Beziehungen nachgebildet werden:

Q=K8 _* B+K10 _* D_A, (Gl. 2)

Q=K8 _* B+K11 _* u, (Gl. 3)

Q=K8 _* B+K12 _* pH, (Gl. 4)

Q=K8 _* B+(K10 _* D_A+K11 _* U+K12 _* pH), (Gl. 5)
mit
K8, K10 . . . K12=Verstärkungsfaktoren,
D_A=Istwert Aschedichte,
u=Atommassenverhältnis Asche,
pH=pH-Wert-Asche.

Auch in diesem Fall sind die Verstärkungsfaktoren K8, K10 , , , K12 anlagenabhängig, und werden in der Regel bei deren Inbetrieb­ nahme experimentell ermittelt. Im Beispiel der Fig. 2 ist im Ascheanalysator AA zur Bestimmung des pHWertes der Asche AS ein Mischer M vorgesehen, welcher einen Teil der vom Elektro­ filter EF bereitgestellten Asche AS mit Wasser vermischt. Die Meßgeber zur Bestimmung des Atommassenverhältnisses u, der Aschedichte D_A, der Ascheweiße B und des pH-Wertes sind im Blockschaltbild der Fig. 2 vor und nach dem Mischer M symbolisch dargestellt.

Das Atommassenverhältnis u der Asche wird in der Regel durch eine radioaktive Messung der Atomabsorptionskoeffizienten be­ stimmt. Im Beispiel eines nach dem Bisulfit-Verfahren betrie­ benen Zellstoffkochers gibt der Wert u den auf den Kohlenstoff- bzw. Sauerstoffgehalt bezogenen Wert des Magnesiumgehaltes in der Asche an. Es gelten somit die Beziehungen

bzw.

Mit Hilfe der Fig. 3 und 4 werden schließlich weitere vor­ teilhafte Ausführungsformen für die Luftmengen- und Lufttempe­ raturregelungen in der erfindungsgemäßen Betriebsvorrichtung näher erläutert.

Fig. 3 zeigt weitere vorteilhafte Ausführungsformen für die Luftmengenregelung LMR in der Regeleinrichtung RE. Dabei ist in einer ersten Ausführungsform ein separater Sollwertbildner SG für den Verbrennungsluftvolumenstrom vorhanden. Dieser bil­ det einen Sollwert * für die Luftmengenregelung LMR mittels einer positiv-linearen Kennlinie aus dem Istwert des Massen­ stromes der Ablauge SLD nach. Der Sollwertbildner ist dabei so ausgeführt, daß die Steigung der Kennlinie bei einer Zu­ nahme der Maßzahl der Aschequalität Q abnimmt, und die Kenn­ linie bei einer Zunahme des Istwertes des Sauerstoffgehaltes O₂ im Rauchgas AG parallel nach unten verschoben wird. Der Sollwert * für den Verbrennungsluftvolumenstrom, insbesondere für den Gesamtverbrennungsluftvolumenstrom, wird somit auch bei Auftreten von Störgrößen derart nachgeführt, daß die Ver­ brennungsprodukte der Ablauge möglichst große Mengen an hydra­ tisierbaren Ausgangsstoffen für die Rückgewinnung der Auf­ schlußchemikalien enthalten. Als wesentliche Störgrößen des Systems werden dabei die Maßzahl für die Aschequalität Q und der Istwert des Sauerstoffgehaltes O₂ im Rauchgas berücksich­ tigt.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 3 bereits dargestellten Ausfüh­ rungsform weist die Luftmengenregelung LMR parallele Regler RPV, RSV für einen Primärverbrennungsluftvolumenstrom _P und einen Sekundärverbrennungsluftvolumenstrom _S auf. Den Reglern ist ein Sollwertbildner ST vorgeschaltet, welcher aus dem Sollwert * für den Verbrennungsluftvolumenstrom am Aus­ gang des Sollwertgebers SG die Sollwerte _P*, _S* für den Re­ gler RPV des Primärverbrennungsluftvolumenstromes _P und für den Regler RSV des Sekundärverbrennungsluftvolumenstromes _S bildet. Der Sollwertbildner ST teilt somit den Sollwert für den Gesamtverbrennungsluftvolumenstrom in die Sollwerte für die Teilverbrennungsluftvolumenströme derart auf, daß normaler­ weise die Summe aus deren Sollwerten dem Sollwert für den Ge­ samtverbrennungsvolumenstrom entspricht. Es gilt somit bevor­ zugt die Beziehung

_P*+_S*=* (Gl. 8)

Des weiteren ist bevorzugt das Aufteilungsverhältnis des Gesamt­ auf die beiden Teilverbrennungsluftvolumenströme anlagenabhän­ gig vorgebbar. Im Beispiel der Fig. 3 ist dies im Block für den Sollwertbildner ST durch zwei übereinanderliegende Kennlinien mit vorgebbaren positiven Steigungen für die Sollwerte des Primär- und Sekundärverbrennungsluftvolumenstromes symbolisch dargestellt.

Der Regler RPV bildet nun aus dem einen Sollwert _P* und dem Istwert für den Volumenstrom _P in einer Primärluftzuführung PL zum Ablaugenverbrennungskessel LKV ein Stellsignal X_MP zu Be­ einflussung dieser Primärluftzuführung PL. Im Beispiel der Fig. 3 wird das Stellsignal X_MP über eine sogenannte Ein- Ausgabeschnittstelle EAS von einer Prozeßleitebene PLE in die Prozeßebene PZE übergeben, und dort einem in der Zuführung für die Primärluft PL befindlichen Stellventil ST1 zugeführt. Un­ mittelbar vor bzw. nach dem Stellventil ist der Meßgeber zur Erfassung des Istwertes für den Volumenstrom _P der Primärluft­ zuführung enthalten. Die Primärluft wird dabei dem Ablaugenver­ brennungskessel LVK im Bereich der über die Zerstäuberdüse ZD eingespritzten Ablauge, d. h. zu Beginn der Feuersäule am Ein­ gang des Kessels, zugeführt.

Der parallele Regler RSV bildet wiederum aus dem Sollwert _S* und dem Istwert für den Volumenstrom _S in einer Sekundärluft­ zuführung SL zum Ablaugenverbrennungskessel ein Stellsignal X_MS zur Beeinflussung dieser Sekundärluftzuführung. Auch hier wird das Stellsignal X_MS wiederum einer Ein-Ausgabeschnittstelle EAS von einer Prozeßleitebene PLE zur eigentlichen Prozeßebene PZE übergeben, und dort einem in der Sekundärluftzuführung SL befindlichen Stellventil ST2 zugeführt. Unmittelbar vor bzw. nach diesem Stellventil ist wiederum der Meßgeber zur Erfassung des Istwertes des Sekundärverbrennungsluftvolumenstromes _S an­ geordnet. Die Sekundärluft SL wird dem Ablaugenverbrennungskes­ sel LVK bevorzugt in der Mitte bzw. im Endbereich der Feuer­ säule zugeführt, um in diesem Bereich eine unvollständige Ver­ brennung auf Grund von Luftmangel auszuschließen.

Das allgemein Stellsignal X_M der Luftmengenregelung LMR von Fig. 2 ist somit bei der Ausführungsform von Fig. 3 vorteilhaft in die beiden Stellsignale X_MP, X_MS für die Teilverbrennungs­ luftvolumenströme _P, _S aufgeteilt. Diese getrennte Regelung der Primär- und Sekundärverbrennungsluftvolumenströme hat den Vorteil, daß trotz der räumlichen Ausdehnung des Kessels und somit der darin befindlichen Feuersäule eine optimale Vorgabe der Verbrennungsluftmengen über die Luftmengenregelung LMR derart stattfindet, daß die Verbrennungsprodukte der Ablauge möglichst große Mengen an hydratisierbaren Ausgangstoffen für die Rückgewinnung der Aufschlußchemikalien enthalten.

Die in der Prozeßleitebene PLE im oberen Bereich des Block­ schaltbildes der Fig. 3 befindlichen Elemente der erfindungs­ gemäßen Betriebsvorrichtung, d. h. insbesondere die Sollwert­ geber SG, ST und die Regler RPV, RSV können entweder in Form von diskreten Bauelementen bzw. Bausteinen ausgeführt sein, bzw. in programmierter Form in einem rechnergestützten Prozeß­ leitsystem bzw. einem Prozeßrechner realisiert sein.

Fig. 4 zeigt schließlich vorteilhafte Ausführungsformen für die Lufttemperaturregelung LTR in der Regeleinrichtung RE. Dabei ist gemäß einer ersten Ausführungsform ein Sollwertbildner SF für die Feuerraumtemperatur T_F vorgesehen, dem ein überlagerter Feuerraumtemperaturregler RF und ein unterlagerter Primärver­ brennungslufttemperaturregler RPT nachgeschaltet sind. Bei einer weiteren, in Fig. 4 bereits dargestellten Ausführungsform kann parallel dazu ein weiterer Sollwertbildner SN für die Nachverbrennungstemperatur T_N vorgesehen sein, dem wiederum ein überlagerter Nachverbrennungstemperaturregler RV und ein unter­ lagerter Sekundärverbrennungslufttemperaturregler RST nachge­ schaltet sind.

Bei der ersten Ausführungsform von Fig. 4 bildet der Sollwert­ bildner SF einen Sollwert T_F* für den überlagerten Feuer­ raumtemperaturregler RF mittels einer positiv-linearen Kennli­ nie aus dem Istwert des Stickoxidgehaltes NO_X im Rauchgas AG nach. Der Sollwertbildner ist dabei so ausgelegt, daß die Steigung der Kennlinie bei Auftreten einer Zunahme des Meß­ wertes für die Aschequalität Q abnimmt, und die Kennlinie bei Auftreten einer Zunahme des Istwertes für den Sauerstoffgehalt O₂ im Rauchgas AG parallel nach unten verschoben wird. Erfin­ dungsgemäß wird somit der Sollwert T_F* für die Feuerraumtempe­ ratur auch bei Auftreten von Störrößen derart nachgeführt, daß die Verbrennungsprodukte KAG der Ablauge möglichst große Mengen an hydratisierbaren Ausgangsstoffen für die Rückgewinnung der Aufschlußchemikalien enthalten. Als wesentliche Störgrößen des Systems werden dabei der Meßwert für die Aschequalität Q und der Istwert für den Sauerstoffgehalt O₂ im Rauchgas berücksich­ tigt.

Der Sollwert T_F* wird des weiteren einem überlagerten Feuerraum­ temperaturregler RF zugeführt, der hieraus gemeinsam mit einem Istwert für die Feuerraumtemperatur T_F im Ablaugenverbrennungs­ kessel einen Sollwert T_PL* für die Temperatur T_PL eines über eine Primärluftzuführung PL zugeführten Primärverbrennungs­ luftvolumenstromes _P bildet. Dieser Sollwert wird schließlich einem unterlagerten Primärverbrennungslufttemperaturregler RPT zugeführt, der hieraus und mit Hilfe eines Istwertes T_PL für die Temperatur in der Primärluftzuführung PL ein Stellsignal X_TP zur Beeinflussung dieser Temperatur bildet. Im Beispiel der Fig. 4 wird der Sollwert X_TP über eine Ein-Ausgabeschnittstelle EAS an die eigentliche Prozeßebene PZE übergeben, und dort mindestens einer in der Primärluftzuführung PL befindlichen Primärluftklappe SK1 (Bypaßklappe) zugeführt. Über die Beein­ flussung der Stellung dieser Luftklappe kann eine unterschied­ liche Vorwärmung der Primärluft PL bewirkt werden. Unmittelbar nach der Primärluftklappe SK1 ist der Meßgeber zur Erfassung des Istwertes der Temperatur T_PL des Primärverbrennungsluft­ volumenstromes angebracht.

Gemäß der weiteren, in Fig. 4 bereits dargestellten Auführungs­ form enthält die Lufttemperaturregelung LTR einen weiteren Sollwertbildner SN für die Nachverbrennungstemperatur T_N am Ausgang des Kessels. Dieser bildet einen Sollwert T_N* für den überlagerten Nachverbrennungstemperaturregler RN mittels einer positiv-linearen Kennlinie aus dem Istwert des Kohlenmonoxid­ gehaltes CO im Rauchgas AG nach. Der Sollwertbildner ist dabei so ausgelegt, daß zu mindestens die Steigung der Kennlinie bei Auftreten einer Zunahme des Istwertes für den Sauerstoffgehalt O₂ im Rauchgas parallel nach unten verschoben wird. Erfindungs­ gemäß wird somit auch hier der Sollwert T_N* für die Nachver­ brennungstemperatur bei Auftreten von Störungen derart nachge­ führt, daß die Verbrennungsprodukte KAG der Ablauge trotzdem möglichst große Mengen an hydratisierbaren Ausgangsstoffen für die Rückgewinnung der Aufschlußchemikalien enthalten. Als wesentliche Störgröße des Systems wird hierbei der Istwert für den Sauerstoffgehalt O₂ im Rauchgas berücksichtigt.

Dieser Sollwert T_N* wird einem überlagerten Nachverbrennungs­ temperturregler RN zugeführt, der hieraus gemeinsam mit einem Istwert für die Nachverbrennungstemperatur T_N am Ausgang des Ab­ laugenverbrennungskessels LVK einen Sollwert T_SL* für die Tem­ peratur T_SL eines Sekundärverbrennungsluftvolumenstromes _S in einer Sekundärluftzuführung SL bildet. Dieser Sollwert wird schließlich einem unterlagerten Sekundärverbrennungslufttempe­ raturregler RST zugeführt, der hieraus und mit Hilfe eines Istwertes T_PL für die Temperatur in der Sekundärluftzuführung SL ein Stellsignal X_TS zur Beeinflussung dieser Temperatur bildet. Das Stellsignal X_TS wird wiederum über eine Ein- Aus­ gabeschnittstelle EAS von einer Prozeßleitebene PLE in die eigentliche Prozeßebene PZE übergeben, und dort mindestens einer in der Sekundärluftzuführung SL befindlichen Sekundär­ luftklappe SK2 zugeführt. Durch Beeinflussung der Stellung der Luftklappe kann eine unterschiedliche Vorwärmung der Sekundär­ luft bewirkt werden. Auch hier ist im Anschluß an diese Sekun­ därluftklappe SK2 ein Meßgeber zur Erfassung des Istwertes T_SL für die Temperatur des Sekundärverbrennungsluftvolumenstromes vorhanden.

Das allgemeine Stellsignal X_T der Lufttemperaturregelung LTR von Fig. 2 ist somit bei den Ausführungsformen von Fig. 4 vor­ teilhaft in die beiden Stellsignal X_TP, X_TP für die Tempera­ turen T_PL, T_SL der Teilbrennungsluftvolumenströme aufgeteilt. Diese getrennte Temperaturregelung sowohl der Primär- als auch der Sekundärverbrennungsluft hat den besonderen Vorteil, daß optimale Verbrennungsbedingungen über die gesamte Länge des Ablaugenverbrennungskessels und somit der gesamten, darin be­ findlichen Feuersäule sicher gestellt werden. Es ist somit nicht zu befürchten, daß in einem Bereich des Kessels eine unvollständige Verbrennung z. B. auf Grund einer zu niedrigen Feuerraum- und/oder Nachverbrennungstemperatur T_F, T_N auf­ tritt bzw. eine im Hinblick auf die gewünschten großen Mengen an hydratisierbaren Ausgangsstoffen für die Rückgewinnung der Aufschlußchemikalien in den Verbrennungsprodukten der Ablauge ebenfalls unvorteilhafte Verbrennung bei zu hohen Werten für die Feuerraum- und/oder Nachverbrennungstemperatur. Die nega­ tiven Auswirkungen zu niedriger bzw. zu hoher Feuerraum- bzw. Nachverbrennungstemperaturen äußern sich u. a. in dem bereits beschriebenen Wert für die Ascheweiße. Ein niedriger Wert deu­ tet auf eine unvollständige Verbrennung hin, während bei einem zu hohen Wert die Asche einen zu großen Anteil an "totgebrann­ ten" Ausgangsstoffen enthält, welche nur schwer hydratisierbar und somit für die Rückgewinnung von Aufschlußchemikalien un­ brauchbar sind.

In Fig. 4 befinden sich wiederum die Elemente oberhalb der ei­ gentlichen Prozeßebene PZE in eigener sogenannter Prozeßleit­ ebene PLE. Es handelt sich dabei um die Sollwertbildner SF, SN, die Regler RF, RPT und die Regler RN, RST. Sie können wiederum entweder in Form von diskreten Bauelementen bzw. Bausteinen aus­ geführt sein, bzw. im Programmierform in einem Rechner gestütz­ ten Prozeßleitsystem bzw. einem Prozeßrechner realisiert sein.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 5 dargestellten Ergänzung ent­ hält die Luftmengenregelung LMR in der Regeleinrichtung RE eine zusätzliche Tertiärverbrennungsluftmengenregelung LMRT. Diese enthält einen Sollwertbildner SN* für den Sauerstoff­ gehalt im Rauchgas KAG am Ausgang der Ablaugenverbrennungs­ anlage LVA. Dieser stellt einen Sollwert O₂* für einen über­ lagerten Sauerstoffgehaltregler RN* bereit. Hierzu wird dem Sollwertbildner der Istwert des Kohlenmonoxidgehaltes CO im Rauchgas KAG zugeführt, und dieser mittels einer linearisier­ ten, negativ abfallenden Exponentialfunktionskennlinie in den gewünschten Sollwert O₂* umgesetzt.

Dieser Sollwert wird dem überlagerten Sauerstoffgehaltregler RN* zugeführt, der hieraus gemeinsam mit einem Istwert O₂ für den Sauerstoffgehalt im Rauchgas am Ausgang des Kessels LVK einen Sollwert _T* für den Tertiärverbrennungsluftvolu­ menstrom _T in einer Tertiärverbrennungsluftzuführung TL bildet. Dieser Sollwert wird schließlich einem unterlagerten Tertiärverbrennungsluftvolumenstromregler RTV zugeführt, der hieraus und mit Hilfe eines Istwertes _T für den Tertiärver­ brennungsluftvolumenstrom ein Stellsignal X_MT für die Ver­ stellung der zugeführten Tertiärverbrennungsluftmenge bildet.

Das Stellsignal X_MT wird wiederum über eine Ein-/Ausgabe­ schnittstelle EAS von einer Prozeßleitebene PLE in die eigent­ liche Prozeßebene PZE übergeben, und dort mindestens einem in der Tertiärverbrennungsluftzuführung TL befindlichen Stell­ ventil ST3 zugeführt. Durch die Beeinflussung der Stellung des Ventils kann eine unterschiedliche Mengenzugabe an Ter­ tiärverbrennungsluft bewirkt werden. Auch hier ist vor dem Stellventil ST3 ein Meßgeber zur Erfassung des Istwertes _T des Tertiärverbrennungsluftvolumenstromes vorhanden.

Die Tertiärverbrennungsluftmengenregelung LNRT von Fig. 5 hat den besonderen Vorteil, daß hiermit der gesamte Vorgang der Nachverbrennung im Bereich des Ausganges der Ablaugenver­ brennungsanlage LVA optimiert wird. Zum einen wird hier­ durch eine Minimierung des Kohlenmonoxidgehaltes im Rauchgas bewirkt, so daß alle brennbaren Bestandteile im Rauchgas un­ ter Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades ausgenutzt werden. Zum anderen wird insbesondere durch den Sollwertge­ ber SN* der Regelung LMRT nur die zur Verbrennung des Kohlen­ monoxids im Rauchgas unbedingt benötigte Sauerstoffmenge zu­ geführt. Hierdurch wird zum einen ein unnötiges Aufheizen überschüssiger Verbrennungsluft verhindert. Zum anderen er­ folgt prozeßtechnisch besonders vorteilhaft die Regelung des Sauerstoffgehaltes im Rauchgas (Sauerstoffüberschusses) zu einem sehr späten Zeitpunkt im Ablauf des gesamten Verbren­ nungsprozesses. Dies hat eine Absenkung der Feuerraumtempe­ ratur im vorderen Bereich der Verbrennungsanlage zur Folge, so daß eine Verlagerung der Verbrennung in Richtung auf den Rauchgasaustritt bewirkt wird. Durch eine derartige Prozeß­ führung wird besonders vorteilhaft eine Erhöhung von hydra­ tisierbarem Magnesiumoxid MgO in der Asche AS des Rauchgases erreicht.

Bezugszeichenliste

Fig. 1 Blockschaltbild Laugenrückgewinnungsanlage

KB Kochsäurebereitung
MgO, 1 Magnesiumoxid, Zudosierung (Frisch-MgO)
SO₂, 2 Schwefeldioxid, Zudosierung (wäßrige Lösung)
H₂O, 3 Frischwasser, Zuführung
4 Abführung fertige Kochsäure
ZK Zellstoffkocher
5 Prozeßdampfzuführung
6 Hackschnitzelzuführung
7 Abführung Zellstoff
SLK, 8 Kocherablauge konzentriert, Abführung
BL Blastank
9 Spülwasserzuführung
SLV, 10 Kocherablauge verdünnt, Abführung
ZS, 11 fertiger Zellstoff, Abführung
ED Eindampfer
12 Heizdampfzuführung
SLD, 13 Kocherablauge verdickt, Abführung
LVA Ablaugenverbrennungsanlage
14 Prozeßdampfabführung
KAG, 15 Verbrennungsprodukte (Gas+Asche), Abführung
EF Elektrofilter zur Ascheabscheidung
AS (MgO), 16 Asche (Magnesiumoxid), Abführung
AG, 17 aschefreies Rauchgas, Abführung
W Wäscher zur Auswaschung wasserlöslicher Bestand­ teile des Rauchgases
H₂O, 18 Waschwasser, Zuführung
GAG, 19 gereinigtes Restrauchgas, Abführung
K Kamin
ASL, 20 wäßrige SO₂-MgO-Lösung, Abführung

Fig. 2

ZD Zerstäuberdüse
ZDZ Zerstäuberdampfzuführung
LVK Ablaugenverbrennungskessel
GA Rauchgasanalysator
Abgasmeßgrößen (Gehalt an Gasbestandteilen)
CO Kohlenmonoxidgehalt
NO_X Stickoxidgehalt
O₂ Sauerstoffgehalt
AA Ascheanalysator
F Funktionsgeber
u Atommassenverhältnis
D_A Aschedichte
B Ascheweiße
pH Asche-pH-Wert
MgOa Gehalt an hydratisierbarem MgO (Reaktiv-MgO)
Q Aschequalitätsmaßzahl
M Mischer
RE Regeleinrichtung für Verbrennungsluft
LMR Luftmengenregelung
Massenstrom Ablauge
X_M Stellsignal Verbrennungsluftvolumenstrom (allgem.)
X_MP Stellsignal Primärverbrennungsluftvolumenstrom
X_MS Stellsignal Sekundärverbrennungsluftvolumenstrom
LTR Lufttemperaturregelung
T_F Feuerraumtemperatur
T_N Nachverbrennungstemperatur
X_T Stellsignal Verbrennungslufttemperatur (allgem.)
X_TP Stellsignal Primärverbrennungslufttemperatur
X_TS Stellsignal Sekundärverbrennungslufttemperatur

Fig. 3 Luftmengenregelung LMR

SG Sollwertbildner Gesamtverbrennungsluftvolumenstrom
* Sollwert Gesamtverbrennungsluftvolumenstrom
ST Sollwertbildner Teilverbrennungsluftvolumenströme
_P, _P* Ist- und Sollwert Primärverbrennungsluftvolumenstrom
_S, _S* Ist- und Sollwert Sekundärverbrennungsluftvolumenstrom
RPV, RSV Regler Primär- bzw. Sekundärverbrennungsluftvolumen­ strom
X_Mp, X_MS Stellsignal Primär- bzw. Sekundärverbrennungsluft­ volumenstrom
PL, SL Zuführung Primär- bzw. Sekundärverbrennungsluft
ST1, ST2 Stellventil Primär- bzw. Sekundärverbrennungsluft
PLE Prozeßleitsystemebene
PZE Prozeßebene
EAS Ein- und Ausgabeschnittstellen

Fig. 4 Lufttemperaturregelung LTR

SF, SN Sollwertbildner Feuerraum- bzw. Nachverbrennungs­ temperatur
T_F, T_F* Ist- bzw. Sollwert Feuerraumtemperatur
T_N, T_N* Ist- bzw. Sollwert Nachverbrennungstemperatur
RF, RN überlagerte Feuerraum- bzw. Nachverbrennungs­ temperaturregler
RPT, RST unterlagerte Primär- bzw. Sekundärverbrennungs­ lufttemperaturregler
T_PL, T_PL* Ist- bzw. Sollwert Primärverbrennungslufttemperatur
T_SL, T_SL* Ist- bzw. Sollwert Sekundärverbrennungsluft­ temperatur
X_TP, X_TS Stellsignal Primär- bzw. Sekundärverbrennungsluft­ temperatur
SK1, SK2 Primär- bzw. Sekundärluftklappen

Fig. 5 Tertiärverbrennungsluftmengenregelung LMRT

SN* Sollwertbildner für den Sauerstoffgehalt im Rauchgas
RN* Überlagerter Sauerstoffgehaltregler
RTV Unterlagerter Tertiärverbrennungsluftvolumen­ stromregler
O₂, O₂* Ist- und Sollwert für Sauerstoffgehalt im Rauchgas
_T, _T* Ist- und Sollwert für Tertiärverbrennungsluft­ volumenstrom
X_MT Stellsignal Tertiärverbrennungsluftvolumenstrom
TL Zuführung Tertiärverbrennungsluft
ST3 Stellventil für Tertiärverbrennungsluft