RU2314378C2 - Heat and electric power producing method and plant - Google Patents
Heat and electric power producing method and plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2314378C2 RU2314378C2 RU2005104102/12A RU2005104102A RU2314378C2 RU 2314378 C2 RU2314378 C2 RU 2314378C2 RU 2005104102/12 A RU2005104102/12 A RU 2005104102/12A RU 2005104102 A RU2005104102 A RU 2005104102A RU 2314378 C2 RU2314378 C2 RU 2314378C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bark
- drying
- boiler
- fuel
- wood
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/005—Rotary drum or kiln gasifiers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
- C10J3/463—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension in stationary fluidised beds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/86—Other features combined with waste-heat boilers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
- D21C11/12—Combustion of pulp liquors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
- F22B31/04—Heat supply by installation of two or more combustion apparatus, e.g. of separate combustion apparatus for the boiler and the superheater respectively
- F22B31/045—Steam generators specially adapted for burning refuse
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0903—Feed preparation
- C10J2300/0909—Drying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
- C10J2300/092—Wood, cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1603—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment
- C10J2300/1606—Combustion processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1687—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with steam generation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/40—Production or processing of lime, e.g. limestone regeneration of lime in pulp and sugar mills
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
- Y02P60/80—Food processing, e.g. use of renewable energies or variable speed drives in handling, conveying or stacking
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Paper (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к способу получения тепловой и электрической энергии на целлюлозном заводе, охарактеризованному в ограничительной части п.1 формулы изобретения. В соответствии со способами указанного типа щелок, оставшийся при варке древесной целлюлозы (далее именуемый "остаточный щелок"), концентрируют до густого щелока, который сжигают в котле-утилизаторе в присутствии других биогенных топлив. Тепловая энергия отходящих газов, выделяемых при сжигании, утилизируется и, если это представляется желательным, преобразуется в электрическую энергию. Изобретение относится также к охарактеризованному в ограничительной части п.9 формулы изобретения способу получения тепловой и электрической энергии на сульфатцеллюлозном заводе и к охарактеризованной в ограничительной части п.19 формулы изобретения установке для производства биогенного топочного газа, подаваемого к котлу-утилизатору.The present invention relates to a method for producing thermal and electric energy in a pulp mill, as described in the restrictive part of claim 1. In accordance with methods of this type, the liquor remaining during the pulping of wood pulp (hereinafter referred to as “residual liquor”) is concentrated to a thick liquor that is burned in a recovery boiler in the presence of other biogenic fuels. The thermal energy of the exhaust gases emitted during combustion is utilized and, if it seems desirable, is converted into electrical energy. The invention also relates to a method for producing thermal and electric energy described in the restrictive part of claim 9 of the claims at a sulphate-cellulose plant and to a plant for producing biogenic flue gas supplied to a waste heat boiler described in the restrictive part of
Уровень техникиState of the art
Известно, что на современном целлюлозном заводе производится значительное количество энергии. В контексте настоящего изобретения под "целлюлозным заводом" понимается завод, производящий целлюлозу, например, с использованием сульфатного процесса. Органическое вещество, поступающее на такой завод в составе сырьевого материала, а также производимое заводом для использования в качестве топлива, может применяться во всех трех своих основных состояниях: как твердое вещество, как жидкость или как газ, а также в виде сочетания названных состояний. Таким образом, в рамках процесса получения энергии целлюлозный завод использует в оборудовании, осуществляющем утилизацию отходов, древесный материал, растворенный в варочном котле с помощью варочной жидкости. Применительно к сульфатному процессу котел-утилизатор именуется также "содорегенерационным котлом" или "котлом для извлечения натрия". Соответствующий процесс называется перегонкой для извлечения натрия, или процессом Томлинсона. Кора, отделенная от древесины в процессе окорки, в свою очередь, сжигается в виде твердого материала в котле для коры (далее для краткости именуемом "котел для коры"). В настоящее время сульфатцеллюлозные заводы используют для производства энергии также осадки, выделяемые при очистке жидкостей, циркулирующих в окоривающей установке. Используются также осадки, выделяемые из сточных вод, избыточный шлам, получаемый в процессе биологической обработки сточных вод, концентрированные и разбавленные газообразные вещества, сжиженный метанол. Для этой же цели наряду с использованием в качестве параллельно производимых продуктов частично применяют также хвойное мыло, неочищенное талловое масло, березовое масло и неочищенный скипидар. Уже освоено использование современных систем, в которых избыточные осадки, концентрированные и разбавленные газообразные вещества и метанол сжигают в содорегенерационном котле.It is known that a modern pulp mill produces a significant amount of energy. In the context of the present invention, “pulp mill” means a pulp mill, for example, using a sulfate process. Organic matter that enters such a plant as part of the raw material, and also produced by the plant for use as fuel, can be used in all three of its main states: as a solid substance, as a liquid or as a gas, as well as a combination of these conditions. Thus, as part of the energy generation process, the pulp mill uses wood material dissolved in the digester with the aid of the cooking fluid in the waste disposal equipment. For the sulphate process, the recovery boiler is also called the “soda recovery boiler” or “sodium recovery boiler”. The corresponding process is called distillation to extract sodium, or the Tomlinson process. Bark separated from wood during debarking, in turn, is burned as solid material in a bark boiler (hereinafter referred to as “bark boiler” for short). Currently, cellulose sulphate plants also use precipitation for energy production during the purification of liquids circulating in a debarking plant. Sludge from waste water, excess sludge from biological wastewater treatment, concentrated and diluted gaseous substances, and liquefied methanol are also used. For the same purpose, along with the use of concurrently produced products, partially used also are soap, crude tall oil, birch oil and crude turpentine. The use of modern systems has already been mastered, in which excess precipitation, concentrated and diluted gaseous substances and methanol are burned in a soda recovery boiler.
Тепло, выделяемое в содорегенерационном котле и соответственно в котле для коры, утилизируют путем получения в котле перегретого пара высокого давления, который подают к паровой турбине с целью производства электричества. Пар выходит из турбины в виде так называемого отработавшего пара. Содержащееся в нем тепло используют путем его применения внутри целлюлозного завода в качестве рабочего пара в процессах, для которых необходим пар, или для получения конденсационной электроэнергии. Если целлюлозный завод входит в состав бумажной фабрики, выработки энергии для использования вне завода, как правило, не происходит.The heat generated in the soda recovery boiler and, accordingly, in the bark boiler, is utilized by producing superheated high pressure steam in the boiler, which is supplied to a steam turbine to generate electricity. Steam leaves the turbine in the form of so-called spent steam. The heat contained in it is used by using it inside the pulp mill as a working steam in processes that require steam, or to produce condensation energy. If the pulp mill is part of a paper mill, energy generation for use outside the mill usually does not occur.
Современный сульфатцеллюлозный завод производит пар для паротурбинной установки путем сжигания щелока. Пар поступает из содорегенерационного котла в таком количестве, что генерируемые количества тепла и электричества превышают потребление тепла и электричества самим заводом. В связи с этим для того, чтобы достичь равновесия между производством энергии и ее потреблением, часть генерируемого тепла должна быть использована для производства дополнительно к электрической энергии, получаемой от турбины, работающей на отходящем паре, также электричества, получаемого в виде конденсационной электроэнергии. Отсюда следует, что для удовлетворения своих потребностей в теплоте и электроэнергии целлюлозный завод не нуждается в котле для коры или в тепле, производимом этим котлом при сжигании коры. В этом смысле кора для целлюлозного завода представляет избыточное топливо, а котел для ее сжигания - излишнее вложение капитала. При этом ценность коры, продаваемой сторонним потребителям, существенно снижается в связи с затратами на ее транспортирование.A modern sulphate pulp mill produces steam for a steam turbine plant by burning liquor. Steam comes from the soda recovery boiler in such a quantity that the generated amounts of heat and electricity exceed the consumption of heat and electricity by the plant itself. In this regard, in order to achieve a balance between energy production and its consumption, part of the generated heat must be used to produce, in addition to the electric energy received from the exhaust steam turbine, also electricity produced in the form of condensation electricity. It follows that in order to satisfy its needs for heat and electricity, the pulp mill does not need a bark boiler or the heat produced by this boiler when burning bark. In this sense, the bark for the pulp mill represents excess fuel, and the boiler for burning it represents an excessive investment of capital. At the same time, the value of the bark sold to third-party consumers is significantly reduced due to the cost of its transportation.
Тем не менее, несмотря на описанный выше избыток топлива для производства тепла, на целлюлозном заводе используются также и ископаемые топлива, применяемые при регенерации извести, необходимой для приготовления варочной жидкости (щелока). Подобная регенерация осуществляется при температуре свыше 1000°С в печи регенерации известкового шлама (представляющей сушильную печь барабанного типа).Nevertheless, despite the excess fuel described above for heat production, the pulp mill also uses fossil fuels used in the regeneration of lime necessary for the preparation of cooking liquid (liquor). Such regeneration is carried out at temperatures above 1000 ° C in a lime sludge regeneration furnace (representing a drum-type drying oven).
Газификация высушенной коры и опилок с получением топочного газа была освоена уже в начале 80-х годов с целью использования получаемого топочного газа в печи регенерации известкового шлама вместо ископаемых топлив. Однако в связи с сильным и долгосрочным падением цен на нефть-сырец было запущено только несколько газификационных установок.Gasification of dried bark and sawdust to produce flue gas was already mastered in the early 80s with the goal of using the resulting flue gas in a lime sludge regeneration furnace instead of fossil fuels. However, due to the strong and long-term drop in crude oil prices, only a few gasification plants were launched.
Решение задачи повышения выхода при варке, недавние усовершенствования процесса варки, освоение отбеливания кислородом и увязывание фильтратов процесса отбеливания с циклом утилизации привели к снижению калорийности концентрированного остаточного щелока, используемого в содорегенерационном котле в качестве топлива. В то же время в связи с увеличением размеров установки управление параметрами ее работы и выбросами в процессе горения стало намного более сложным. Увеличение содержания твердого вещества в концентрированном остаточном щелоке и применение новых систем распределения воздуха для топливовоздушной смеси лишь частично решило названные проблемы.The solution to the problem of increasing the yield during cooking, recent improvements in the cooking process, the development of oxygen bleaching, and linking the filtrates of the bleaching process with the recycling cycle have led to a decrease in the calorific value of the concentrated residual liquor used in the soda recovery boiler as fuel. At the same time, in connection with the increase in the size of the installation, the control of its operation parameters and emissions during combustion has become much more complicated. The increase in the solids content in the concentrated residual liquor and the use of new air distribution systems for the air-fuel mixture only partially resolved these problems.
Из патентной литературы известны различные новые варианты использования биогенных топлив, получаемых в процессе варки целлюлозы. В патенте Финляндии №102395 описан способ, при разработке которого главной задачей явилась замена существующего процесса перегонки для извлечения натрия путем реализации технологии с применением отдельного котла с перегревом. Отходящий горючий газ, необходимый для осуществления данной технологии, получают путем газификации части концентрированного остаточного щелока. Отходящий газ перед подачей в котел с перегревом очищают с целью понизить уровень содержания натрия и замедлить загрязнение котла.From the patent literature there are various new options for the use of biogenic fuels obtained in the pulping process. Finnish patent No. 102395 describes a method in the development of which the main task was to replace the existing distillation process for sodium extraction by implementing a technology using a separate boiler with overheating. Waste combustible gas necessary for the implementation of this technology is obtained by gasifying a portion of the concentrated residual liquor. The exhaust gas is cleaned before being fed into the boiler with overheating in order to lower the sodium content and slow down the pollution of the boiler.
В опубликованной патентной заявке Финляндии №82494 решается задача полной замены существующих процессов сжигания новым усовершенствованным процессом, в соответствии с которым остаточный щелок газифицируют в находящемся под давлением реакторе газификации с выведением из реактора газификации отходящего газа, образовавшегося из органических компонентов, и газа, образовавшегося из неорганических компонентов. Газ охлаждают и промывают, а расплав растворяют для того, чтобы подать его на следующую стадию процесса для приготовления варочного щелока. Очищенный газ сжигают для выработки пара и электричества в так называемом "газотурбинном/паротурбинном цикле". Релевантным в рассматриваемом контексте является то, что описанный процесс основан на газификации под давлением и газотурбинной технологии.The published patent application of Finland No. 82494 solves the problem of completely replacing existing combustion processes with a new improved process, in which the residual liquor is gasified in a pressurized gasification reactor with the removal of waste gas from organic components and gas from inorganic from the gasification reactor components. The gas is cooled and washed, and the melt is dissolved in order to feed it to the next stage of the process for the preparation of cooking liquor. The purified gas is burned to generate steam and electricity in the so-called "gas turbine / steam turbine cycle". Relevant in this context is that the described process is based on pressure gasification and gas turbine technology.
Аналогичное решение описано в опубликованной патентной заявке Финляндии №91172. Она относится к процессу, в котором щелок термически разлагают в реакторе под давлением при такой низкой температуре, что не образуется никакого расплава. В процессе используется отходящий газ, получаемый из черного щелока в газовой турбине, причем находит применение тепловая энергия, содержащаяся в котле, работающем на отходящих газах. Кроме того, часть отходящего газа может быть использована для производства пара под высоким давлением. Газы, исходящие из котла, направляются в сушилку топлива, где производится, например, сушка коры, которая затем газифицируется под давлением. Получаемый газ может быть использован для промежуточного перегрева пара. Промытые газы объединяются с газами, образующимися при термическом разложении черного щелока, для того чтобы быть поданными в газовую турбину. В этом случае важно отметить, что рассмотренный процесс основан на газификации под давлением, замещающей традиционный процесс извлечения натрия.A similar solution is described in published patent application of Finland No. 91172. It relates to a process in which liquor is thermally decomposed in a reactor under pressure at such a low temperature that no melt is formed. The process uses flue gas obtained from black liquor in a gas turbine, and the thermal energy contained in the flue gas boiler is used. In addition, part of the exhaust gas can be used to produce steam under high pressure. The gases emanating from the boiler are sent to a fuel dryer, where, for example, drying of the crust is carried out, which is then gasified under pressure. The resulting gas can be used for intermediate steam overheating. The washed gases are combined with the gases generated by the thermal decomposition of black liquor in order to be fed into a gas turbine. In this case, it is important to note that the process under consideration is based on gasification under pressure, replacing the traditional sodium extraction process.
Третий вариант процесса с применением газовой турбины описан в опубликованной патентной заявке Финляндии №84516. Задача, поставленная перед данным процессом, состоит в том, чтобы изменить соотношение между производством тепла и электроэнергии на сульфатцеллюлозном заводе, т.е. чтобы сульфатный процесс получения целлюлозы был самодостаточным, не требующим подачи электроэнергии извне, но генерирующим избыточное количество пара. В этой связи было предложено, чтобы к паровой турбине целлюлозного завода подавалось только количество пара, необходимое для удовлетворения потребности завода в тепле. При этом любое избыточное количество пара, предпочтительно весь избыточный пар, подается в виде инжектируемого пара в газовую турбину с целью повышения ее эффективности.A third embodiment of a gas turbine process is described in Finnish published patent application No. 844516. The task set for this process is to change the ratio between heat and electricity production at a sulphate mill, i.e. so that the sulfate process for producing cellulose is self-sufficient, not requiring external electricity supply, but generating an excess amount of steam. In this regard, it was proposed that only the quantity of steam necessary to satisfy the plant's heat demand be supplied to the steam turbine of the pulp mill. Moreover, any excess steam, preferably all excess steam, is supplied as injected steam into a gas turbine in order to increase its efficiency.
Рассмотренные выше процессы с применением газовой турбины довольно трудно осуществить на практике, поскольку замена процесса Томлинсона газификацией черного щелока практически невозможна в связи с трудностями проведения газификации под давлением и в связи со значительными финансовыми рисками, даже на среднесрочном горизонте планирования, связанными с переходом на новую технологию.The processes described above using a gas turbine are quite difficult to implement in practice, since replacing the Tomlinson process with gasification of black liquor is almost impossible due to the difficulties of gasification under pressure and due to significant financial risks, even on the medium-term planning horizon associated with the transition to a new technology .
Ближайшим аналогом заявленного способа получения тепловой и электрической энергии на целлюлозном заводе, а также на сульфатцеллюлозном заводе, является техническое решение, раскрытое в международной публикации WO 9311297.The closest analogue of the claimed method for producing thermal and electric energy at a pulp mill, as well as at a sulphate mill, is a technical solution disclosed in the international publication WO 9311297.
Ближайшим аналогом заявленной установки для производства из древесной коры биогенного топочного газа является техническое решение, раскрытое в патенте US 5370772.The closest analogue of the claimed installation for the production of wood bark of biogenic flue gas is a technical solution disclosed in patent US 5370772.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В связи с изложенным задачей, решаемой настоящим изобретением, является устранение недостатков, ассоциируемых с уровнем техники, и разработка эффективного альтернативного варианта, ориентированного преимущественно на новые заводы, но применимого и на старых установках. При этом вариант по изобретению должен обеспечить эффективное использование для производства энергии всего топлива, получаемого на заводе из коры и других древесных материалов.In connection with the stated problem solved by the present invention, is to eliminate the disadvantages associated with the prior art, and the development of an effective alternative option, focused mainly on new plants, but also applicable to old plants. Moreover, the variant according to the invention should ensure the efficient use for energy production of all fuel obtained at the plant from bark and other wood materials.
Идея, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, что кору и другие древесные отходы высушивают до содержания сухого вещества более 70%, после чего высушенную кору газифицируют с целью получения топочного газа. Существенную часть этого топочного газа сжигают для того, чтобы получить дополнительную теплоту в котле-утилизаторе. Если это представляется желательным, часть топочного газа сжигают в каком-либо ином узле или в устройстве, имеющемся в составе завода и требующем подвода тепла извне, в частности в печи регенерации известкового шлама в составе установки для сульфатной варки с целью обеспечения процесса регенерации необходимым теплом. Если в указанной печи регенерации оказывается возможным использовать, например, смолу таллового масла (талловый пек) или талловое масло, все топочные газы сжигают в содорегенерационном котле.The idea underlying the present invention is that the bark and other wood waste is dried to a dry matter content of more than 70%, after which the dried bark is gasified to produce flue gas. A substantial portion of this flue gas is burned in order to obtain additional heat in the recovery boiler. If this seems desirable, part of the flue gas is burned in some other unit or device that is part of the plant and requires external heat supply, in particular, in a lime sludge regeneration furnace as part of a sulphate cooking plant in order to provide the necessary heat recovery process. If it is possible to use, for example, tall oil resin (tall pitch) or tall oil in the specified regeneration furnace, all flue gases are burned in a recovery boiler.
Топочный газ, производимый в соответствии с изобретением, может быть использован для улучшения параметров перегретого пара, производимого котлом-утилизатором, с приближением их к параметрам перегретого пара, производимого в котлах современных тепловых электростанций. Тем самым будет повышена эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую. Для того чтобы избежать проблем коррозии в котле-утилизаторе, предпочтительно выполнять эту операцию в отдельном котле для производства перегретого пара, который одновременно может служить также и в качестве так называемой предкамеры котла-утилизатора. В этом случае газы, отходящие из котла для производства перегретого пара, подают к котлу-утилизатору для рекуперации теплоты. Представляется возможным также осуществлять перегрев всего производимого пара с использованием отходящих (дымовых) газов, образующихся при сжигании топочного газа. Газы, образующиеся при таком раздельном сжигании в котле для производства перегретого пара или в предкамере котла-утилизатора, направляют после прохождения блоков перегрева к испарительной части котла-утилизатора.The flue gas produced in accordance with the invention can be used to improve the parameters of superheated steam produced by a recovery boiler, with their approximation to the parameters of superheated steam produced in boilers of modern thermal power plants. This will increase the efficiency of conversion of thermal energy into electrical energy. In order to avoid corrosion problems in the recovery boiler, it is preferable to carry out this operation in a separate boiler to produce superheated steam, which at the same time can also serve as the so-called precamera of the recovery boiler. In this case, the gases leaving the boiler to produce superheated steam are fed to a recovery boiler for heat recovery. It also seems possible to overheat the entire steam produced using the exhaust (flue) gases generated during combustion of the flue gas. The gases generated during such separate combustion in the boiler for producing superheated steam or in the pre-chamber of the recovery boiler are sent after passing through the overheating units to the evaporative part of the recovery boiler.
Таким образом, изобретение не направлено на замену существующего процесса перегонки для извлечения натрия (процесса Томлинсона), как это имеет место в рассмотренных известных методах. В отличие от известных решений предусматривается газификация и сжигание биогенного топлива совместно со сжиганием концентрированного щелока в содорегенерационном котле, предусмотренном процессом Томлинсона. Кору предпочтительно высушивают, используя дымовые (отходящие) газы содорегенерационного котла. В этом случае используют устройство для сушки, состоящее из каскада последовательно включенных сушильных узлов. Выпускной конец этого устройства присоединен к устройству газификации, производящему топочный газ, который (возможно, после очистки) может подаваться к котлу-утилизатору.Thus, the invention is not aimed at replacing the existing distillation process for the extraction of sodium (Tomlinson process), as is the case in the known methods considered. In contrast to the known solutions, gasification and burning of biogenic fuel is provided together with the burning of concentrated liquor in a soda recovery boiler provided by the Tomlinson process. The bark is preferably dried using flue (exhaust) gases from a soda recovery boiler. In this case, a drying device is used, consisting of a cascade of drying units connected in series. The outlet end of this device is connected to a gasification device that produces flue gas, which (possibly after cleaning) can be supplied to the recovery boiler.
В первом аспекте изобретение предлагает способ получения тепловой и электрической энергии на целлюлозном заводе, включающий концентрирование остаточного щелока, образованного из варочного щелока, и его сжигание в котле-утилизаторе в присутствии биогенных топлив с последующей утилизацией тепловой энергии отходящих газов, образующихся при указанном сжигании, в том числе путем преобразования указанной энергии в электрическую энергию. Отличительными особенностями способа является то, что в качестве биогенного топлива используют кору или аналогичные древесные отходы, подвергаемые сушке до содержания влаги менее 30% с последующей газификацией для формирования топочного газа, который подают в котел-утилизатор.In a first aspect, the invention provides a method for producing thermal and electric energy in a pulp mill, comprising concentrating the residual liquor formed from cooking liquor and burning it in a waste heat boiler in the presence of biogenic fuels, followed by utilization of the thermal energy of the exhaust gases generated by said burning in including by converting said energy into electrical energy. Distinctive features of the method is that bark or similar wood waste is used as biogenic fuel, dried to a moisture content of less than 30%, followed by gasification to form flue gas, which is fed to a waste heat boiler.
В предпочтительном варианте кору или отходы окорки высушивают до содержания влаги менее 20% с последующей газификацией, причем, по меньшей мере, 40% по объему полученного таким образом газа направляют в котел-утилизатор.In a preferred embodiment, the bark or debarking waste is dried to a moisture content of less than 20%, followed by gasification, with at least 40% by volume of the gas thus obtained being sent to a recovery boiler.
Перед подачей топочного газа в котел-утилизатор от него предпочтительно отделяют золу.Before the flue gas is supplied to the recovery boiler, ash is preferably separated from it.
В другом варианте тепло, полученное с использованием топочного газа, используют для перегрева пара, образующегося в содорегенерационном котле, в камере перегрева, отделенной от отходящих газов содорегенерационного котла.In another embodiment, the heat obtained using the flue gas is used to superheat the steam generated in the soda recovery boiler in an overheating chamber separated from the exhaust gases of the soda recovery boiler.
Древесными отходами могут являться отходы окорки, осадок, содержащий кору, осадок, содержащий волокнистую массу, отходы в форме веток или волокнистой массы, избыточный осадок при биообработке сточных вод, лесосечные отходы, топливная древесина, отдельно доставляемая из леса, избытки древесины от деревообрабатывающего производства или иной древесный материал, пригодный для сжигания.Wood waste can be debarking waste, sludge containing bark, sludge containing pulp, waste in the form of twigs or pulp, excess sludge from wastewater bioprocessing, logging waste, fuel wood separately delivered from the forest, excess wood from wood processing or other wood material suitable for burning.
Для сушки коры или древесных отходов предпочтительно используют газы при температуре ниже 200°С. Предпочтительно используют пар или отходящий газ при температуре ниже 180°С. В качестве источника энергии для сушки твердого топлива может быть также использован пар при давлении 10-10000 кПа, предпочтительно 200-1400 кПа.For drying bark or wood waste, gases are preferably used at temperatures below 200 ° C. Steam or flue gas is preferably used at a temperature below 180 ° C. Steam can also be used as an energy source for drying solid fuel at a pressure of 10-10000 kPa, preferably 200-1400 kPa.
Во втором аспекте изобретение предлагает способ получения тепловой и электрической энергии на сульфатцеллюлозном заводе, включающий следующие операции: частичное вываривание древесного материала, используемого для производства волокнистой массы, в варочном щелоке для того, чтобы отделить волокна одно от другого, отделение вываренного древесного материала в форме черного щелока от волокнистого материала, концентрирование черного щелока посредством выпаривания, сжигание концентрированного щелока в содорегенерационном котле для регенерации варочных реагентов и для получения тепла и электричества за счет использования биогенных топлив. Отличительными особенностями способа является то, что твердое биогенное топливо переводят в газообразную форму, отделяют образовавшуюся золу и сжигают значительную часть полученного газа в том же оснащенном средствами рекуперации тепла котле, что и концентрированный щелок.In a second aspect, the invention provides a method for producing thermal and electric energy in a sulphate pulp mill, comprising the steps of: partially digesting the wood material used to produce pulp in cooking liquor in order to separate the fibers from one another, separating the digested wood material in the form of black liquor from fibrous material, concentration of black liquor by evaporation, burning concentrated liquor in a soda recovery boiler for reg generating cooking reagents and for generating heat and electricity through the use of biogenic fuels. Distinctive features of the method is that solid biogenic fuel is converted into a gaseous form, the ash formed is separated and a significant part of the obtained gas is burned in the same boiler equipped with heat recovery means as the concentrated liquor.
Биогенное топливо, подлежащее газификации, предпочтительно представляет собой древесину и/или древесную кору, и/или осадок, содержащий кору, и/или осадок, содержащий волокнистую массу, и/или отходы в форме веток или волокнистой массы, и/или избыточный осадок при биологической обработке сточных вод.The biogenic fuel to be gasified is preferably wood and / or wood bark and / or sludge containing bark and / or sludge containing pulp and / or waste in the form of branches or pulp and / or excess sludge when biological wastewater treatment.
Биогенное топливо, подлежащее газификации, может также представлять собой лесосечные отходы, собранные в лесу, и/или отдельно заготовленную топливную древесину, и/или избытки древесины от деревообрабатывающего производства, и/или иной древесный материал, пригодный для сжигания.The biogenic fuel to be gasified can also be logging waste collected in the forest and / or separately harvested fuel wood, and / or excess wood from the wood processing industry, and / or other wood material suitable for burning.
В предпочтительном варианте биогенное топливо, подлежащее газификации, представляет собой торф.In a preferred embodiment, the biogenic fuel to be gasified is peat.
Твердое топливо, подлежащее переводу в газообразную форму, перед газификацией предпочтительно подвергают сушке до содержания влаги в пределах 5-40%, предпочтительно 10-15%.The solid fuel to be converted to gaseous form is preferably dried to a moisture content in the range of 5-40%, preferably 10-15%, before gasification.
Сушку твердого топлива могут осуществлять с использованием тепла, остающегося после рекуперации теплоты из отходящего газа, образованного в топочной камере, путем приведения отходящего газа в непосредственный контакт с твердым топливом, подлежащим сушке.Drying of the solid fuel can be carried out using the heat remaining after recovering heat from the exhaust gas generated in the combustion chamber by bringing the exhaust gas into direct contact with the solid fuel to be dried.
В наиболее предпочтительном варианте сушку твердого топлива осуществляют с использованием в качестве источника энергии пара при давлении 10-10000 кПа, предпочтительно под давлением, соответствующим давлению, под которым на заводе производится распределение отработанного пара, или противодавлению в сети подачи пара, особенно предпочтительно под давлением 200-1400 кПа.In the most preferred embodiment, the solid fuel is dried using steam as a source of energy at a pressure of 10-10000 kPa, preferably at a pressure corresponding to the pressure at which the factory distributes the spent steam or backpressure in the steam supply network, particularly preferably under a pressure of 200 -1400 kPa.
В альтернативном варианте сушку твердого топлива осуществляют с использованием в качестве источника энергии избыточного тепла, содержащегося в различных нагретых водах или в расширяющемся паре, имеющихся на целлюлозном заводе.Alternatively, the solid fuel is dried using the excess heat contained in various heated waters or in expanding steam available at the pulp mill as an energy source.
Топочная камера котла в направлении течения отходящих газов предпочтительно разделена на две части, в первой из которых производят сжигание топлива, приведенного в газообразное состояние, причем значительную часть выделяемого в результате тепла используют для получения перегретого пара, тогда как во второй части производят сжигание концентрированного щелока с использованием выделяемого при этом тепла для испарения воды в котле.The furnace chamber of the boiler in the direction of the exhaust gas flow is preferably divided into two parts, in the first of which the fuel is brought into a gaseous state, and a significant part of the heat generated as a result is used to produce superheated steam, while in the second part the concentrated liquor is burned with using the heat generated in this process to evaporate water in the boiler.
Часть твердого биогенного топлива, которое было переведено в газообразную форму, после удаления золы предпочтительно сжигают в печи регенерации известкового шлама и/или на других участках, где указанное топливо способно заменить ископаемые топлива.Part of the solid biogenic fuel, which has been converted to a gaseous form, after ash removal is preferably burned in a lime sludge regeneration furnace and / or in other areas where said fuel can replace fossil fuels.
В третьем аспекте изобретение предлагает установку для производства из древесной коры биогенного топочного газа, подлежащего подаче к котлу-утилизатору целлюлозного завода, которая подсоединена к питателю котла-утилизатора. Отличительными особенностями установки является то, что она содержит следующие взаимосвязанные части: устройство для сушки коры, содержащее средство подачи коры, подлежащей сушке, и средство отвода высушенной коры, и устройство газификации коры для производства топочного газа из коры, снабженное средством подачи коры и средством отвода топочного газа, причем средство подачи коры, входящее в состав устройства газификации коры, присоединено к средству отвода высушенной коры, входящему в состав устройства для сушки, а средство отвода топочного газа присоединено к котлу-утилизатору для подачи к нему топочного газа, произведенного из коры посредством газификации.In a third aspect, the invention provides an apparatus for producing biogenic flue gas from wood bark to be supplied to a recovery boiler of a pulp mill that is connected to a feed of a recovery boiler. Distinctive features of the installation is that it contains the following interconnected parts: a device for drying the bark containing means for feeding the bark to be dried, and means for removing the dried bark, and a device for gasifying the bark for producing flue gas from the bark, equipped with means for feeding the bark and means for removing flue gas, moreover, the bark supply means included in the bark gasification device is connected to the dried bark removal means included in the drying device, and the topo removal means gas is connected to a recovery boiler for supplying to it flue gas produced from the bark by gasification.
В предпочтительном варианте устройство для сушки состоит, по меньшей мере, из двух отдельных сушильных узлов, соединенных в форме каскада, причем выход сушильного узла, завершающего каскад, присоединен к средству подачи устройства газификации.In a preferred embodiment, the drying device consists of at least two separate drying units connected in the form of a cascade, and the output of the drying unit completing the cascade is connected to the supply means of the gasification device.
Между первым и вторым сушильными узлами предпочтительно установлено устройство предварительной обработки для осуществления обработки коры, поступающей из первого сушильного узла перед подачей ее во второй сушильный узел, причем устройство предварительной обработки снабжено питателем, присоединенным к выпускному средству первого сушильного узла, и выпускным средством, присоединенным к питателю второго сушильного узла. Устройство предварительной обработки может содержать измельчитель.Between the first and second drying units, a pre-treatment device is preferably installed for treating the bark coming from the first drying unit before feeding it to the second drying unit, the pre-processing device provided with a feeder connected to an outlet of the first drying unit and an outlet means attached to the feeder of the second drying unit. The pretreatment device may include a chopper.
В дальнейшем предпочтительном варианте, по меньшей мере, один из сушильных узлов выполнен с возможностью использования отходящих газов или пара для осуществления сушки. В первом сушильном узле предпочтительно использована сушка в слое, а во втором сушильном узле - сушка в кипящем слое.In a further preferred embodiment, at least one of the drying units is configured to use exhaust gases or steam to effect drying. In the first drying unit, drying in a bed is preferably used, and in the second drying unit, drying in a fluidized bed is used.
В наиболее предпочтительном варианте устройство газификации коры представляет собой котел с кипящим слоем, снабженный вращающимся основанием. Выпускное средство устройства газификации предпочтительно присоединено к узлу очистки газа, обеспечивающему отделение примесей от топочного газа до подачи его к котлу-утилизатору.In a most preferred embodiment, the crust gasification device is a fluidized bed boiler equipped with a rotating base. The outlet means of the gasification device is preferably connected to a gas purification unit, which ensures the separation of impurities from the flue gas before it is fed to the recovery boiler.
Осуществление изобретения обеспечивает получение существенных преимуществ. Оно рассчитано, в первую очередь, на использование в сульфатном процессе, но применимо и к натронному процессу, к сульфитному процессу, к полисульфитному процессу и к различным процессам с применением органических растворителей. Хотя изобретение и его достоинства наиболее подробно описываются применительно к сульфатному процессу, соответствующие достоинства могут быть реализованы и в других коммерчески освоенных процессах.The implementation of the invention provides significant advantages. It is designed primarily for use in the sulfate process, but is also applicable to the soda process, to the sulfite process, to the polysulfite process and to various processes using organic solvents. Although the invention and its advantages are described in more detail in relation to the sulfate process, the corresponding advantages can be realized in other commercially mastered processes.
В отношении новых целлюлозных заводов процесс на основе изобретения делает приобретение отдельного котла для коры совершенно необязательным, что приводит к значительному уменьшению капиталовложений. Процесс на основе изобретения обеспечивает упрощение оборудования и облегчает его эксплуатацию и обслуживание; кроме того, улучшается энергетическая эффективность. В новом сульфатцеллюлозном заводе потребуется увеличить получение тепловой энергии в содорегенерационном котле на 10-20%. На старых целлюлозных заводах процесс на основе изобретения может быть реализован при проведении капитального ремонта.For new pulp mills, the process based on the invention makes the purchase of a separate bark boiler completely optional, which leads to a significant reduction in investment. The process based on the invention simplifies equipment and facilitates its operation and maintenance; in addition, energy efficiency is improved. In the new sulphate-cellulose plant, it will be necessary to increase the production of thermal energy in a soda recovery boiler by 10-20%. In old pulp mills, a process based on the invention can be implemented during overhaul.
Поскольку способ по изобретению характеризуется тем, что ископаемые топлива используются при его осуществлении на целлюлозном заводе только непосредственно перед его остановкой (закрытием), а также при пуске или в аварийных ситуациях, эмиссия диоксида углерода, обусловленная сжиганием ископаемых топлив, которая наносит вред атмосфере и ведет к так называемому парниковому эффекту, остается очень малой, несмотря на значительное повышение энергетической и экономической эффективности.Since the method according to the invention is characterized by the fact that fossil fuels are used in its implementation at the pulp mill only immediately before its shutdown (closure), as well as during start-up or in emergency situations, carbon dioxide emission due to the burning of fossil fuels, which harms the atmosphere and leads to the so-called greenhouse effect, remains very small, despite a significant increase in energy and economic efficiency.
Посторонние вещества, такие как кремний, алюминий, хлор и калий, которые могут оказывать вредное воздействие на процесс получения целлюлозы и которые могут накапливаться в щелочном цикле, попадают в процесс вместе с сырьевым материалом и, следовательно, также и с корой. Технология газификации, позволяющая отделить золу, а также очистка топочного газа и его сжигание в печи регенерации известкового шлама и/или в содорегенерационном котле обеспечивают хорошую возможность ограничить попадание названных вредных веществ в процесс.Foreign substances, such as silicon, aluminum, chlorine and potassium, which can have a detrimental effect on the cellulose production process and which can accumulate in the alkaline cycle, enter the process together with the raw material and, therefore, also with the bark. The gasification technology that allows the ash to be separated, as well as the cleaning of the flue gas and its burning in the lime sludge regeneration furnace and / or in the soda recovery boiler, provide a good opportunity to limit the entry of these harmful substances into the process.
Высушенная кора может быть использована для производства энергии на целлюлозном заводе непосредственно или после соответствующей обработки (измельчения, размола и т.д.). Во втором случае заданный уровень содержания влаги может остаться более высоким (25-35%). Область применения охватывает старые котлы для коры и печь для регенерации известкового шлама, а также содорегенерационный котел (если может быть обеспечено удаление вредных посторонних веществ из щелочного цикла).Dried bark can be used to produce energy in a pulp mill directly or after appropriate processing (grinding, grinding, etc.). In the second case, the specified level of moisture content may remain higher (25-35%). The scope covers old bark boilers and a furnace for the regeneration of lime sludge, as well as a soda recovery boiler (if harmful foreign substances can be removed from the alkaline cycle).
Настоящее изобретение в дополнение к древесных отходам, образующимся на целлюлозном заводе, охватывает и другие топлива древесного происхождения или аналогичные топлива, приобретаемые у сторонних предприятий лесообрабатывающей промышленности, а также специально произведенные топлива. В качестве топлива, используемого описанным выше образом, пригоден также и торф.The present invention, in addition to wood waste generated in a pulp mill, also encompasses other fuels of wood origin or similar fuels purchased from third-party wood processing enterprises, as well as specially produced fuels. Peat is also suitable as a fuel used in the manner described above.
Приобретение котла для коры требует затрат, составляющих в зависимости от размера целлюлозного завода 20-30 млн. евро. Для функционирования котла требуются операторы, обслуживающий персонал, а также рабочие материалы и материалы, необходимые при обслуживании.The purchase of a bark boiler requires costs amounting to 20-30 million euros depending on the size of the pulp mill. For the functioning of the boiler requires operators, maintenance personnel, as well as working materials and materials necessary for maintenance.
Дополнительные капиталовложения, необходимые для реализации способа по изобретению, основанного на использовании газификации, составят примерно половину капиталовложений, необходимых в случае приобретения котла для коры. При этом модификация процесса не приведет к повышенным эксплуатационным затратам и затратам на обслуживание. Сушка коры не требует привлечения специальных операторов. Затраты на обслуживание оборудования для сушки и газификации явно останутся более низкими, чем затраты на обслуживание котла для коры.The additional investment required to implement the method according to the invention, based on the use of gasification, will make up about half the investment required in the case of acquiring a bark boiler. At the same time, the modification of the process will not lead to increased operational costs and maintenance costs. Drying the bark does not require the involvement of special operators. Maintenance costs for drying and gasification equipment will clearly remain lower than maintenance costs for the bark boiler.
Вклад способа по изобретению в нагрузку на окружающую среду зависит от условий использования соответствующей установки. Наибольшее улучшение достигается при замене тяжелого мазута, используемого в печи для регенерации известкового шлама, на топочный газ (примерно 45% от общего объема), тогда как остальная часть (около 55%) топочного газа сжигается в содорегенерационном котле. Применительно к современному целлюлозному заводу это означает замену ежегодно примерно 20000 т топлива на топочный газ. В расчете на год это соответствует сокращению вредных выбросов диоксида углерода в размере 17500 т. Если заменяемым топливом является природный газ, ежегодное сокращение выбросов составляет примерно 12500 т. Существенным преимуществом является также повышение качества управления горением в содорегенерационном котле, которое достигается благодаря повышению тепловой мощности. Улучшенная управляемость, в свою очередь, позволяет сократить вредные выбросы, а также увеличить размеры соответствующего модуля, что сделает его более экономичным.The contribution of the method according to the invention to the environmental load depends on the conditions of use of the respective installation. The greatest improvement is achieved by replacing the heavy fuel oil used in the lime sludge regeneration furnace with flue gas (about 45% of the total volume), while the rest (about 55%) of the flue gas is burned in a soda recovery boiler. For a modern pulp mill, this means replacing approximately 20,000 tons of fuel with flue gas annually. On a yearly basis, this corresponds to a reduction in harmful carbon dioxide emissions of 17,500 tons. If the replaced fuel is natural gas, the annual emission reduction is approximately 12,500 tons. A significant advantage is also an increase in the quality of combustion control in a recovery boiler, which is achieved by increasing the heat output. Improved controllability, in turn, allows to reduce harmful emissions, as well as increase the size of the corresponding module, which will make it more economical.
Современный целлюлозный завод с ежедневной производительностью около 600000 т в состоянии, равновесном в отношении получения тепла и основной продукции, производит на 35-40 МВт электроэнергии больше, чем расходует на собственные нужды. Если направить примерно 55% топочного газа для сжигания в содорегенерационном котле, а образующийся в результате дополнительный пар направить к конденсационной части турбины, избыточное количество электричества возрастет еще примерно на 10 МВт или более (если при этом используется отдельный котел для перегрева пара). Таким образом, при реализации изобретения целесообразно подавать, по меньшей мере, 40% топочного газа к указанному содорегенерационному котлу.A modern pulp mill with a daily capacity of about 600,000 tons in a state balanced with respect to heat and main products produces 35-40 MW more electricity than it spends on its own needs. If approximately 55% of the flue gas is sent for combustion in a soda recovery boiler, and the resulting additional steam is directed to the condensation part of the turbine, the excess amount of electricity will increase by about 10 MW or more (if a separate boiler is used to superheat the steam). Thus, when implementing the invention, it is advisable to supply at least 40% of the flue gas to the specified soda recovery boiler.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Далее настоящее изобретение будет описано более детально, со ссылками на прилагаемые чертежи.The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
На фиг.1 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая первый вариант осуществления изобретения.1 is a simplified diagram illustrating a first embodiment of the invention.
На фиг.2 более подробно иллюстрируется движение потоков веществ при осуществлении газификации.Figure 2 illustrates in more detail the movement of flows of substances during gasification.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Как уже упоминалось, содорегенерационный котел наряду с варочным котлом представляет собой химический реактор, имеющий большое значение для целлюлозного завода в целом. Это обстоятельство обычно ограничивало его использование в качестве зоны сжигания различных материалов, за исключением черного щелока. Посторонние вещества, попадающие в химический цикл вместе с топливом, оказывают вредное влияние на регенерацию варочных реагентов. Что касается топлива, используемого в печи для регенерации известкового шлама, оно должно быть не только чистым, но и обеспечивать достаточно горячее пламя.As already mentioned, the soda recovery boiler along with the digester is a chemical reactor of great importance to the pulp mill as a whole. This circumstance usually limited its use as a combustion zone for various materials, with the exception of black liquor. Foreign substances entering the chemical cycle together with the fuel have a harmful effect on the regeneration of cooking reagents. As for the fuel used in the furnace for the regeneration of lime sludge, it should not only be clean, but also provide a sufficiently hot flame.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ, в соответствии с которым кора и другие древесные отходы, образующиеся на целлюлозном заводе, могут быть эффективно использованы для получения энергии. Согласно изобретению кору или другие древесные отходы, образующиеся на целлюлозном заводе, подвергают сушке с использованием отходящих газов (газов сгорания) и/или пара до содержания влаги менее 30%, газифицируют и очищают таким образом, чтобы достигаемая степень очистки соответствовала характеру их заданного использования. Затем полученный газ подают в установку регенерации варочных реагентов (т.е. к котлу-утилизатору), где этот газ сжигают вместе с концентрированным черным щелоком, получаемым из отходов варочной жидкости.In accordance with the present invention, there is provided a method in which bark and other wood waste generated in a pulp mill can be efficiently used to generate energy. According to the invention, bark or other wood waste generated in a pulp mill is dried using exhaust gases (combustion gases) and / or steam to a moisture content of less than 30%, gasified and cleaned so that the achieved degree of purification matches the nature of their intended use. The resulting gas is then fed to a cooking reagent recovery unit (i.e., to a waste heat boiler), where this gas is burned together with concentrated black liquor obtained from cooking liquid waste.
Согласно предпочтительному варианту кору или отходы окорки высушивают до содержания влаги менее 20 мас.% и затем газифицируют. По меньшей мере, 40% по объему от общего количества полученного таким образом газа подают к котлу-утилизатору. Перед этой подачей от топочного газа отделяют золу.According to a preferred embodiment, the bark or debark waste is dried to a moisture content of less than 20 wt.% And then gasified. At least 40% by volume of the total amount of gas thus obtained is fed to a recovery boiler. Before this supply, ash is separated from the flue gas.
Тепло, получаемое с использованием топочного газа, может быть использовано также, например, для перегрева (в камере перегрева) пара, используемого при регенерации соды (натрия), отдельно от отходящих газов, образующихся в содорегенерационном котле.The heat obtained using flue gas can also be used, for example, for overheating (in the overheating chamber) of the steam used in the regeneration of soda (sodium), separately from the exhaust gases generated in the soda recovery boiler.
Древесные отходы, использование которых предусмотрено изобретением, включают отходы окорки, осадок, содержащий кору, осадок, содержащий волокнистую массу, сучья, отходы волокнистой массы, а также избыточный осадок при биообработке сточных вод, лесосечные отходы, топливную древесину, отдельно доставляемую из леса, избытки древесины от деревообрабатывающего производства или иной древесный материал, пригодный для сжигания.Wood waste, the use of which is provided for by the invention, includes debarking waste, sludge containing bark, sludge containing pulp, twigs, pulp waste, as well as excess sludge from wastewater bioprocessing, logging waste, fuelwood separately delivered from the forest, excess wood from woodworking production or other wood material suitable for burning.
Кора и другие древесные отходы перед газификацией всегда требуют в дополнение к механическому удалению воды также и сушки с подачей тепла. Требуемое конечное содержание влаги зависит от температуры сжигания, достигаемой с использованием топочного газа, и от других характеристик пламени. Сжигание в печи регенерации известкового шлама и в отдельном котле для перегрева требует, чтобы пламя имело высокую температуру и хорошие излучательные свойства. В этом случае конечное содержание влаги следует сделать менее 20%, в типичном случае составляющим 10-15%. Требования в отношении содержания влаги для других применений топочного газа не являются столь строгими. Среди источников избыточного тепла на целлюлозном заводе для проведения сушки можно использовать, например, отходящие газы от содорегенерационного котла. Для этой же цели можно использовать также избыточное тепло в форме стравливаемого пара и/или отработавшего пара (если, например, технология сушки требует проведения дополнительной сушки).Bark and other wood waste before gasification always require, in addition to mechanical removal of water, also drying with heat supply. The required final moisture content depends on the combustion temperature achieved using flue gas and other flame characteristics. Burning in a lime sludge regeneration furnace and in a separate boiler for overheating requires that the flame has a high temperature and good emissive properties. In this case, the final moisture content should be made less than 20%, typically 10-15%. Moisture requirements for other flue gas applications are not so stringent. Among the sources of excess heat at the pulp mill, for example, exhaust gases from a soda recovery boiler can be used for drying. For the same purpose, you can also use excess heat in the form of bleeding steam and / or exhaust steam (if, for example, the drying technology requires additional drying).
При осуществлении способа по изобретению содержание воды в коре перед газификацией уменьшают с 60% до 30%, предпочтительно до 20% и даже менее (например, до 15%).When implementing the method according to the invention, the water content in the crust before gasification is reduced from 60% to 30%, preferably to 20% or even less (for example, to 15%).
Приводимые ниже расчеты показывают, что в результате сушки теплотворная способность коры в качестве топлива может быть значительно улучшена.The calculations below show that, as a result of drying, the calorific value of the crust as a fuel can be significantly improved.
Если содержание влаги в коре составляет 60%, ее эффективная теплотворная способность составляет приблизительно 15,40 МДж/кг (в расчете на сухое вещество, соответствующее массе топлива, равной 2,50 кг). Если содержание влаги в коре уменьшено до 15%, ее эффективная теплотворная способность увеличивается до 18,86 МДж/кг (в расчете на сухое вещество, соответствующее массе топлива, равной в этом случае 1,18 кг).If the moisture content in the crust is 60%, its effective calorific value is approximately 15.40 MJ / kg (calculated on dry matter, corresponding to a fuel mass of 2.50 kg). If the moisture content in the crust is reduced to 15%, its effective calorific value increases to 18.86 MJ / kg (calculated on the dry matter corresponding to the fuel mass equal to 1.18 kg in this case).
Следовательно, во время сушки содержание воды уменьшается примерно на 1,32 кг в расчете на килограмм сухого вещества, тогда как эффективная теплотворная способность коры увеличивается на 22,5%.Therefore, during drying, the water content decreases by about 1.32 kg per kilogram of dry matter, while the effective calorific value of the bark increases by 22.5%.
Таким образом, можно сделать вывод, что сушка влажного топлива дает выигрыш в теплотворной способности, составляющий около 20%. При этом уменьшаются потери отходящих (дымовых) газов, образующихся при сжигании топлива; улучшается также эффективность этого сжигания. Уменьшаются, кроме того, размеры используемых котлов по сравнению с размерами котла для коры. Рост теплотворной способности и эффективности при сжигании приводит к возрастанию энергии, вырабатываемой с применением биотоплив, и уменьшает количество парниковых газов.Thus, we can conclude that drying wet fuel gives a gain in calorific value of about 20%. At the same time, losses of exhaust (flue) gases generated during fuel combustion are reduced; the efficiency of this burning is also improved. In addition, the dimensions of the boilers used are reduced in comparison with the dimensions of the bark boiler. An increase in calorific value and efficiency in combustion leads to an increase in the energy generated using biofuels and reduces the amount of greenhouse gases.
Согласно предпочтительному варианту в качестве источника энергии для сушки твердого топлива используют пар при давлении 10-10000 кПа. Однако предпочтительно использовать пар под давлением, соответствующим давлению, под которым на заводе производится распределение отработанного пара, или противодавлению в сети подачи пара. Это давление соответствует 400-2000 кПа, предпочтительно 200-1400 кПа. Представляется также возможным использовать в качестве источника энергии для сушки твердого топлива избыточное тепло, содержащееся, например, в различных нагретых водах или в расширяющемся паре, имеющихся на целлюлозном заводе.According to a preferred embodiment, steam is used as an energy source for drying solid fuel at a pressure of 10-10000 kPa. However, it is preferable to use steam at a pressure corresponding to the pressure at which the factory distributes the spent steam or backpressure in the steam supply network. This pressure corresponds to 400-2000 kPa, preferably 200-1400 kPa. It also seems possible to use the excess heat contained, for example, in various heated waters or in the expanding steam available at the pulp mill as an energy source for drying solid fuel.
В соответствии с изобретением вся кора, имеющаяся на целлюлозном заводе, высушивается до низкого содержания влаги, составляющего в типичном случае менее 20%, предпочтительно менее 15%. Применительно к современному целлюлозному заводу теплопроизводительность (тепловая мощность), получаемая в этом случае в форме газа от коры, составляет около 80 МВт.According to the invention, all the bark present in the pulp mill is dried to a low moisture content, typically less than 20%, preferably less than 15%. As applied to a modern pulp mill, the heat output (thermal power) obtained in this case in the form of gas from the crust is about 80 MW.
Газ, получаемый из высушенной коры, пригоден для сжигания без дополнительной обработки в качестве топлива в печи для регенерации известкового шлама или в содорегенерационном котле.The gas obtained from dried bark is suitable for burning without further processing as fuel in a furnace for the regeneration of lime sludge or in a soda recovery boiler.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для того, чтобы предотвратить эмиссию летучих органических соединений, сушку осуществляют, используя газы с температурой 200°С, предпочтительно 180°С или менее. Сушка может производиться в два или более этапов. В этом случае предпочтительно осуществить особенно первый этап сушки с использованием отходящих газов или пара, имеющих температуру менее 200°С. При этом газы, отходящие при сушке, могут быть объединены с газами, отходящими из котла-утилизатора. Окончательная температура газов, отходящих из содорегенерационного котла, составляет в настоящее время около 160°С, причем количество отходящих газов столь велико, что его вполне достаточно для сушки всего объема коры, вырабатываемой на целлюлозном заводе. Для сушки твердого топлива обычно используют тепло, которое остается после операции рекуперации тепла из отходящих газов, образующихся в топочной камере. При этом сушку осуществляют путем приведения отходящих газов в непосредственный контакт с твердым топливом, подлежащим сушке.According to a preferred embodiment of the invention, in order to prevent emission of volatile organic compounds, drying is carried out using gases with a temperature of 200 ° C, preferably 180 ° C or less. Drying can be carried out in two or more stages. In this case, it is preferable to carry out especially the first drying step using flue gases or steam having a temperature of less than 200 ° C. In this case, the exhaust gases during drying can be combined with the exhaust gases from the recovery boiler. The final temperature of the gases leaving the soda recovery boiler is currently about 160 ° C, and the amount of exhaust gases is so great that it is quite enough to dry the entire volume of bark produced in the pulp mill. For drying solid fuels, heat is usually used, which remains after the heat recovery operation from the exhaust gases generated in the combustion chamber. In this case, drying is carried out by bringing the exhaust gases into direct contact with the solid fuel to be dried.
На первом этапе сушки решается задача удаления, по меньшей мере, 50% влаги, содержащейся в обрабатываемом материале. Согласно предпочтительному варианту изобретения после завершения первого этапа содержание влаги в материале не превышает 40 мас.%, более предпочтительно 30 мас.%. Второй этап (или последующие этапы) могут осуществляться при условиях, сходных с условиями на первом этапе, или при более высокой температуре, поскольку количество отходящих газов (возможно, содержащих летучие органические вещества) на втором этапе сушки является приемлемым для их очистки.At the first stage of drying, the task of removing at least 50% of the moisture contained in the processed material is solved. According to a preferred embodiment of the invention, after the completion of the first step, the moisture content in the material does not exceed 40 wt.%, More preferably 30 wt.%. The second stage (or subsequent stages) can be carried out under conditions similar to the conditions in the first stage, or at a higher temperature, since the amount of exhaust gases (possibly containing volatile organic substances) in the second stage of drying is acceptable for their purification.
Материал, получаемый по завершении сушки, может быть перед его газификацией приведен к форме гранул или частиц, размер которых можно варьировать с учетом варианта аппаратуры, используемой для газификации. На размеры частиц материала влияет также технология сушки, используемая в рамках способа по изобретению. Это связано с тем, что кора или иные древесные отходы должны быть разделены на настолько мелкие части, чтобы обеспечить в результате сушки указанное выше содержание сухого вещества. Предпочтительно размеры частиц древесного материала находятся в пределах 0,1-100 мм.The material obtained at the end of drying can be reduced to granule or particle shape before gasification, the size of which can be varied taking into account the version of the equipment used for gasification. The drying technology used in the framework of the method according to the invention also affects the particle size of the material. This is due to the fact that the bark or other wood waste should be divided into parts so small as to provide the dry matter content indicated above as a result of drying. Preferably, the particle sizes of the wood material are in the range of 0.1-100 mm.
В процессе газификации сухой древесный материал (кора/древесные отходы) нагревают до образования горючих топочных газов. Газификацию осуществляют методом, который сам по себе известен. В типичном случае используются субстехиометрические условия в отношении кислорода, например, в присутствии твердого передающего тепло материала в кипящем слое. Варианты аппаратуры, пригодные для осуществления газификации, будут рассмотрены более детально при рассмотрении чертежей.In the gasification process, dry wood material (bark / wood waste) is heated to form combustible flue gases. Gasification is carried out by a method that is known per se. Typically, substoichiometric conditions are used with respect to oxygen, for example, in the presence of a solid heat transfer material in a fluidized bed. Variants of equipment suitable for gasification will be considered in more detail when considering the drawings.
С учетом вышеизложенного согласно изобретению предлагается установка для производства из древесной коры биогенного топочного газа, подлежащего подаче к котлу-утилизатору целлюлозного завода, подсоединенная к питателю котла-утилизатора. Установка содержит следующие взаимосвязанные части: устройство для сушки коры, содержащее средство подачи коры, подлежащей сушке, и средство отвода высушенной коры, и устройство газификации высушенной коры для производства топочного газа из коры, снабженное средством подачи коры и средством отвода топочного газа. Средство подачи коры, входящее в состав устройства газификации коры, присоединено к средству отвода высушенной коры, входящему в состав устройства для сушки. Средство отвода топочного газа присоединено к котлу-утилизатору для подачи к нему топочного газа, произведенного из коры посредством газификации. В контексте изобретения термин "присоединено" означает, что рассматриваемое устройство непосредственно или через какие-либо другие средства связано с предшествующим или с последующим устройством. Между соответствующими устройствами могут находиться какие-либо узлы для осуществления дополнительной обработки, как это будет пояснено далее. Питатели и средства отвода обычно представляют собой трубы или аналогичные элементы, по которым материалы, подлежащие обработке или прошедшие обработку, могут быть поданы в устройство или выведены из него. Как уже отмечалось выше, в устройстве для сушки или в его последовательно соединенных узлах сушка осуществляется с применением отходящих газов и/или пара.In view of the foregoing, according to the invention, there is provided an apparatus for producing biogenic flue gas from wood bark to be supplied to a waste heat boiler of a pulp mill connected to a feeder of a waste heat boiler. The installation contains the following interrelated parts: a device for drying the bark containing means for feeding the bark to be dried, and means for removing dried bark, and a gasification device for dried bark for producing flue gas from the bark, equipped with means for feeding the bark and means for removing the flue gas. The bark feed means included in the bark gasification device is connected to the dried bark drain means included in the drying device. The flue gas removal means is connected to a recovery boiler for supplying flue gas produced from the bark by gasification thereto. In the context of the invention, the term “connected” means that the device in question is directly or through any other means connected with a previous or subsequent device. Any nodes may be located between the respective devices for additional processing, as will be explained below. Feeders and drains are usually pipes or similar elements through which materials to be processed or processed can be fed into or removed from the device. As noted above, in the drying device or in its series-connected nodes, drying is carried out using off-gases and / or steam.
Достоинства многокаскадной сушки были отмечены выше. В предпочтительном варианте устройство для сушки состоит, по меньшей мере, из двух отдельных сушильных узлов, соединенных в форме каскада. В этом случае выход сушильного узла, завершающего каскад, присоединен к средству подачи устройства газификации. При построении устройства для сушки по такой схеме становится возможным установить между первым и вторым сушильными узлами устройство предварительной обработки для осуществления обработки коры, поступающей из первого сушильного узла перед подачей ее во второй сушильный узел. Устройство предварительной обработки снабжено в данном варианте питателем, присоединенным к выпускному средству первого сушильного узла, и выпускным средством, присоединенным к питателю второго сушильного узла. Данное устройство предварительной обработки содержит измельчитель.The advantages of multi-stage drying were noted above. In a preferred embodiment, the drying device consists of at least two separate drying units connected in the form of a cascade. In this case, the output of the drying unit completing the cascade is connected to the supply means of the gasification device. When constructing a drying device according to such a scheme, it becomes possible to install a pre-treatment device between the first and second drying units to process the bark coming from the first drying unit before feeding it to the second drying unit. In this embodiment, the pre-treatment device is equipped with a feeder connected to the outlet of the first drying unit and exhaust means connected to the feeder of the second drying unit. This pre-treatment device contains a chopper.
Первый и второй сушильные узлы могут представлять собой различные устройства для сушки в слое, в том числе для сушки в кипящем слое. Устройство газификации представляет собой котел с кипящим слоем, снабженный вращающимся основанием. Выпускное средство этого устройства газификации предпочтительно присоединено к узлу очистки газа, обеспечивающему отделение примесей от топочного газа до подачи его к котлу-утилизатору.The first and second drying units can be various devices for drying in a layer, including for drying in a fluidized bed. The gasification device is a fluidized bed boiler equipped with a rotating base. The outlet means of this gasification device is preferably connected to a gas purification unit providing for the separation of impurities from the flue gas before it is fed to the recovery boiler.
Значительную (предпочтительно основную) часть образующихся топочных газов сжигают в котле-утилизаторе (содорегенерационном котле) для того, чтобы получить перегретый пар. Часть образующегося газа, обладающая достаточной теплотворной способностью, может быть направлена в качестве топлива, заменяющего природный газ или мазут, к печи для регенерации известкового шлама. В дополнение топочный газ в качестве топлива, заменяющего ископаемое топливо, может быть использован и на других участках целлюлозного завода.A significant (preferably main) part of the resulting flue gases is burned in a recovery boiler (soda recovery boiler) in order to obtain superheated steam. A part of the produced gas with sufficient calorific value can be sent as a fuel replacing natural gas or fuel oil to a furnace for the regeneration of lime sludge. In addition, flue gas as a substitute for fossil fuels can be used in other parts of the pulp mill.
Использование изобретения позволяет повысить энергетическую эффективность известного процесса с использованием содорегенерационного котла благодаря практическому использованию коры, получаемой в результате окорки древесины, и применению уже освоенных технологий сушки и газификации, а также технологии обработки газа. Концепция единственного котла (означающая отсутствие котла для коры) также является одной из ключевых задач, особенно применительно к строительству нового завода. Предлагаемый способ предполагает осуществление сушки и газификации всего объема коры; такое решение возможно прежде всего при использовании непосредственной сушки отходящими газами, поступающими от содорегенерационного котла.The use of the invention allows to increase the energy efficiency of the known process using a soda recovery boiler due to the practical use of the bark obtained by debarking wood, and the use of already mastered drying and gasification technologies, as well as gas processing technologies. The concept of a single boiler (meaning the absence of a boiler for bark) is also one of the key tasks, especially with regard to the construction of a new plant. The proposed method involves the drying and gasification of the entire volume of the crust; Such a solution is possible primarily when using direct drying with exhaust gases coming from a soda recovery boiler.
Тепло, полученное от топочного газа, выработанного в результате газификации, может быть утилизовано также для перегрева (с использованием камеры перегрева, отделенной от отходящих газов) пара, образующегося в содорегенерационном котле. В этом случае характеристики (давление и температура) перегретого пара могут быть улучшены при соответствующем улучшении эффективности производства электроэнергии по сравнению с существующими характеристиками. Эти характеристики могут быть приближены к характеристикам перегретого пара, получаемого в специализированных котлах тепловых электростанций, причем при отсутствии ограничений, обусловленных коррозией в блоке перегрева и имеющих в настоящее время критическое значение. Для практического использования коры и других органических материалов, отделяемых от древесины в процессе обработки, целлюлозный завод не будет нуждаться в отдельном котле для коры, работающем на твердом топливе. Это позволит упростить концепцию завода, причем он станет более экономичным в отношении как капитальных, так и эксплуатационных затрат. Кроме того, может быть резко сокращено использование заводом ископаемых топлив. Перегрев частично может осуществляться, например, методом, который известен сам по себе, т.е. в отдельном котле перегрева, с применением в качестве топлива газа, получаемого при газификации коры. Таким образом, использование коры позволит увеличить производство электроэнергии.The heat obtained from the flue gas generated as a result of gasification can also be used for overheating (using an overheating chamber separated from the exhaust gases) of the steam generated in the soda recovery boiler. In this case, the characteristics (pressure and temperature) of superheated steam can be improved with a corresponding improvement in the efficiency of electricity production compared to existing characteristics. These characteristics can be approximated to the characteristics of superheated steam produced in specialized boilers of thermal power plants, and in the absence of restrictions due to corrosion in the overheating unit and currently critical. For the practical use of bark and other organic materials separated from wood during processing, the pulp mill will not need a separate solid fuel bark boiler. This will simplify the concept of the plant, and it will become more economical in terms of both capital and operating costs. In addition, the use of fossil fuels by the plant can be drastically reduced. Partly overheating can be carried out, for example, by a method that is known per se, i.e. in a separate boiler overheating, using gas obtained during gasification of the crust as fuel. Thus, the use of bark will increase the production of electricity.
Фиг.1 иллюстрирует принципы осуществления способа по изобретению применительно к его предпочтительному варианту.Figure 1 illustrates the principles of the method according to the invention in relation to its preferred variant.
Через 2 на фиг.1 обозначена механическая обработка сырьевого древесного материала 1, поступающего на целлюлозный завод. Данная обработка включает окорку и переработку бревен в щепу. Щепа 3 и кора 4, а также другие измельченные сырьевые материалы (т.е. древесные отходы, такие как ветки), непригодные для использования при варке, обрабатывают по отдельности. При этом щепу далее подают, как обычно, на имеющуюся в составе завода технологическую линию 5 получения волокнистой массы. Кору 4 подают на газификацию 6. По меньшей мере, часть получаемого при этом газа, составляющую не менее 10% (по объему), предпочтительно не менее 40% и особенно предпочтительно не менее 50%, подают к содорегенерационному котлу 7. К этому котлу подают также биологический осадок 8, получаемый после обработки сточных вод. Газы вместе с концентрированным остаточным щелоком сжигают в содорегенерационном котле с целью получения перегретого пара 9. Часть образующегося топочного газа, обладающая достаточной теплотворной способностью, может быть подана к печи 10 регенерации известкового шлама в качестве топлива, заменяющего мазут и натуральный газ. В качестве топлива, заменяющего ископаемые топлива, топочный газ может использоваться и на других участках целлюлозного завода (например, во вспомогательном котле).Through 2 in figure 1 is designated the machining of raw wood material 1 entering the pulp mill. This treatment involves debarking and processing logs into wood chips. Wood chips 3 and bark 4, as well as other crushed raw materials (i.e. wood waste such as branches) unsuitable for use in cooking, are treated separately. In this case, the chips are then fed, as usual, to the processing line 5 for producing pulp available in the plant. Bark 4 is supplied for gasification 6. At least a portion of the gas produced in this case, comprising at least 10% (by volume), preferably at least 40% and particularly preferably at least 50%, is fed to a soda recovery boiler 7. To this boiler is fed also biological sludge 8 obtained after wastewater treatment. Gases, together with concentrated residual liquor, are burned in a soda recovery boiler in order to produce superheated steam 9. A part of the generated flue gas, which has sufficient calorific value, can be fed to the lime sludge regeneration furnace 10 as a fuel replacing fuel oil and natural gas. As a substitute fuel for fossil fuels, flue gas can also be used in other parts of the pulp mill (for example, in an auxiliary boiler).
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения (представленным на фиг.2) в состав целлюлозного завода входят устройство 11, 13 для сушки коры и устройство 14 газификации, способные осуществлять обработку всей имеющейся коры. В данном варианте сушку коры осуществляют с использованием горячих газов, получаемых на целлюлозном заводе, таких как отходящие (дымовые) газы, особенно получаемые от содорегенерационного котла и имеющие температуру ниже 200°С, а также пара. Для сушки можно использовать непосредственный контакт между отходящим газом и корой.According to a preferred embodiment of the invention (shown in FIG. 2), the pulp mill includes a
Сушка коры может осуществляться в один или в несколько этапов, например в два этапа, как это показано на фиг.2. В таком случае на первом этапе (в первом сушильном узле 11 устройства для сушки), когда кора еще является влажной, используется воздействие топочными газами в сочетании с сушкой в слое. Второй этап сушки может производиться при более высокой температуре. Сушку коры осуществляют до содержания сухого вещества 60-80 мас.%. После этого кора может быть подвергнута предварительной обработке, такой как размол в устройстве 12 предварительной обработки. На втором этапе сушки, производимом во втором сушильном узле 13, используют пар и, например, сушку в кипящем слое. На обоих этапах желательно поддерживать низкую температуру сушки для того, чтобы достичь низкого уровня выбросов. Как правило, достаточная температура соответствует примерно 150-170°С. По завершении второго этапа сушки содержание сухого вещества превышает 80%, предпочтительно составляя 82-90%.The bark can be dried in one or several stages, for example, in two stages, as shown in FIG. In this case, at the first stage (in the
Возможно осуществление второго этапа и при более высокой температуре, такой, например, как 250-400°С.It is possible to carry out the second stage at a higher temperature, such as, for example, 250-400 ° C.
После сушки кору и соответствующие древесные отходы газифицируют. В типичном случае температура газификации составляет примерно 700-1000°С, предпочтительно 750-900°С. Для газификации могут использоваться котлы с кипящим слоем, например, с использованием вращающегося основания. Газ, полученный в результате газификации, который, в основном, содержит моноксид углерода, подают в оборудование 15 газоочистки. Зола коры содержит нежелательные вещества, такие как алюминий и кремний, концентрирование которых в цикле может быть предотвращено путем газификации коры и отделения золы от газа.After drying, the bark and associated wood waste are gasified. Typically, the gasification temperature is about 700-1000 ° C, preferably 750-900 ° C. Fluidized bed boilers, for example, using a rotating base, can be used for gasification. Gas obtained by gasification, which mainly contains carbon monoxide, is fed to
Потребность в очистке газа будет определяться характером его использования. Из газа, подлежащего подаче в содорегенерационный котел 16, необходимо удалить смолы и аммиак, а также зольную пыль. Часть газа (на практике соответствующая примерно 40% от общего его количества по объему) подается к печи 17 регенерации известкового шлама. В этом случае для обеспечения требуемых свойств газа качество очистки не должно быть столь же высоким. В том случае, если требуется ограничить выбросы NOx, очистка должна быть, в основном, направлена на удаление аммиака.The need for gas purification will be determined by the nature of its use. Resins and ammonia, as well as fly ash, must be removed from the gas to be supplied to the
Значительная доля топочных газов, составляющая в оптимальном варианте около 55% от общего количества по объему, подается к содорегенерационному котлу. В предпочтительном варианте топочная камера этого котла в направлении течения топочных газов разделена на две части. В первой из этих частей производят сжигание топлива, приведенного в газообразное состояние, причем значительную часть выделяемого в результате тепла используют для получения перегретого пара. Во второй из этих частей производят сжигание концентрированного щелока с использованием выделяемого при этом тепла для испарения воды в котле.A significant proportion of flue gases, which in the best case is about 55% of the total volume, is fed to a recovery boiler. In a preferred embodiment, the combustion chamber of this boiler in the direction of flow of the flue gases is divided into two parts. In the first of these parts, gaseous fuel is burned, and a significant part of the heat generated as a result is used to produce superheated steam. In the second of these parts, concentrated liquor is burned using the heat generated in this process to evaporate water in the boiler.
Газ, получаемый на этапе газификации (т.е. в устройстве 14), может применяться не только в качестве топочного газа для содорегенерационного котла и для печи регенерации известкового шлама, но и для других целей, например в цистернах 18 для сушки 19 пульпы, а в некоторых случаях также и для целей нагрева. Кроме того, он может быть продан внешним потребителям, как правило, для применений, в которых он заменяет ископаемые топлива (например, для обогрева жилых зданий, для использования в производстве бумаги). На фиг.2 через 21, 22 обозначены контейнеры для исходного материала (ворохов коры), а через 23, 24 - бункеры для высушенного материала. При этом контейнер 21 служит для хранения приобретенного материала, а контейнер 22 - для материала, поступающего от окоривающей установки. Если это представляется желательным, исходный материал может быть подвергнут предварительной обработке 25. Такая предварительная обработка 25 касается материала, поступающего от окоривающей установки, и имеет целью сделать его пригодным для последующей сушки и газификации. Эта предварительная обработка может производиться с использованием оборудования, входящего в состав окоривающей установки.The gas obtained at the gasification stage (i.e., in device 14) can be used not only as flue gas for a soda recovery boiler and for a lime sludge regeneration furnace, but also for other purposes, for example, in
Материал, получаемый после первого этапа сушки, может быть собран в бункер 23, из которого он может поставляться внешним покупателям.The material obtained after the first drying step can be collected in a
Под "обработкой газов" в данном описании понимается, например, очистка газов (в частности от VOC, летучих органических соединений), поступающих от второго этапа газификации (т.е. от второго сушильного узла 13).Under the term "gas treatment" in this description refers, for example, the purification of gases (in particular from VOC, volatile organic compounds) coming from the second stage of gasification (i.e. from the second drying unit 13).
В приведенном описании был рассмотрен конкретный пример производства топочного газа из коры. Однако изобретение может быть реализовано и применительно к твердым древесным отходам другого типа, таким как осадки, содержащие кору или волокнистую массу, ветки или отходы волокнистой массы, а также избыточные осадки при биологической обработке сточных вод. Биогенное топливо, подлежащее газификации, может состоять также из лесосечных отходов, собранных в лесу, и/или из отдельно заготовленной топливной древесины, и/или из избытков древесины, поступающей от деревообрабатывающего производства, и/или из любого иного древесного материала, пригодного для сжигания.In the above description, a specific example of flue gas production from bark was considered. However, the invention can also be applied to other types of solid wood waste, such as sludge containing bark or pulp, branches or pulp waste, as well as excessive sludge during biological wastewater treatment. The biofuel to be gasified may also consist of logging waste collected in the forest and / or separately harvested fuel wood and / or from excess wood coming from the wood processing industry and / or from any other wood material suitable for burning .
Claims (27)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20021400 | 2002-07-22 | ||
FI20021400A FI117479B (en) | 2002-07-22 | 2002-07-22 | Method for producing thermal and electric energy |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005104102A RU2005104102A (en) | 2005-09-20 |
RU2314378C2 true RU2314378C2 (en) | 2008-01-10 |
Family
ID=8564371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005104102/12A RU2314378C2 (en) | 2002-07-22 | 2003-07-22 | Heat and electric power producing method and plant |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050252624A1 (en) |
AU (1) | AU2003248238A1 (en) |
CA (1) | CA2492824C (en) |
FI (1) | FI117479B (en) |
NO (1) | NO20050952L (en) |
RU (1) | RU2314378C2 (en) |
SE (1) | SE527127C2 (en) |
WO (1) | WO2004009901A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532568C2 (en) * | 2009-03-05 | 2014-11-10 | Андритц Инк. | Heat recuperation from spent cooking liquor in cooking boiler at pulp and paper mill |
RU2583785C1 (en) * | 2012-04-27 | 2016-05-10 | Саншайн Кайди Нью Энерджи Груп Ко., Лтд. | Method and system for efficient combined-cycle cogeneration based on gasification and methanation of biomass |
RU2682629C2 (en) * | 2017-07-06 | 2019-03-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Installation of wastewater sludge utilization after mechanical drying |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2925915B1 (en) * | 2007-12-26 | 2010-10-08 | Total France | METHOD AND PROCESSING CHAIN FOR THE THERMOCHEMICAL CONVERSION BY GASIFYING A WET LOAD OF BIOLOGICAL MATERIAL, IN PARTICULAR BIOMASS OR COAL. |
SE535947C2 (en) * | 2011-04-26 | 2013-03-05 | Chemrec Ab | Gasification of alkali-containing energy-rich aqueous solutions from pulp mills |
FI128267B (en) | 2017-05-10 | 2020-02-14 | Valmet Technologies Oy | A method and a system for extending the load range of a power plant comprising a boiler supplying steam to a steam turbine |
RU2693777C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Power chemical plant for producing synthesis gas, electric and heat energy |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3607117A (en) * | 1969-07-28 | 1971-09-21 | Rust Engineering Co | Black liquor recovery boiler combustion and safety control system |
SE423146B (en) * | 1978-04-04 | 1982-04-13 | Svenska Flaektfabriken Ab | KEEP PROCESSING SOLID FUEL LIKE BARK AND OTHER WASTE WASTE |
US4290269A (en) * | 1979-10-09 | 1981-09-22 | Modo-Chemetics Ab | Process for the efficient conversion of water-containing organic materials as fuels into energy |
JPS56501366A (en) * | 1979-11-01 | 1981-09-24 | ||
US4312702A (en) * | 1980-05-06 | 1982-01-26 | Domtar Inc. | Fluidized bed start up and operation |
US4627173A (en) * | 1983-04-11 | 1986-12-09 | The Garrett Corporation | Fluid bed hog fuel dryer |
US4644136A (en) * | 1985-02-19 | 1987-02-17 | Watchman Kenneth C | Towel warmer |
SE448173B (en) * | 1985-06-03 | 1987-01-26 | Croon Inventor Ab | PROCEDURE FOR THE RECOVERY OF CELLULOSA DISPOSAL CHEMICALS BY PYROLYSIS |
SE462106B (en) * | 1986-11-28 | 1990-05-07 | Alf Ove Andersson | SETTING OUT EXTERNAL ENERGY AND CHEMICALS FROM PILLOW PREPARATION |
FI85424C (en) * | 1987-09-21 | 1992-04-10 | Ahlstroem Oy | Method for drying solids |
FI84516B (en) * | 1990-04-03 | 1991-08-30 | Ahlstroem Oy | FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER VAERME- OCH ELPRODUKTION I EN SULFATCELLULOSAFABRIK. |
US5226927A (en) * | 1991-02-13 | 1993-07-13 | Southern California Edison | Wood gasifier |
FI102395B1 (en) * | 1991-11-26 | 1998-11-30 | Ahlstrom Machinery Oy | Method for energy recovery from pulp process effluents |
FI98383B (en) * | 1993-10-18 | 1997-02-28 | Tampella Power Oy | Method for burning bio-sludge in a recovery boiler |
US6193768B1 (en) * | 1994-09-27 | 2001-02-27 | Mcx Environmental Energy Corp. | Particulate waste wood fuel, method for making particulate waste wood fuel, and a method for producing energy with particulate waste wood fuel |
US5678494A (en) * | 1995-03-22 | 1997-10-21 | Ulrich; Gael | Biomass-fueled furnace |
SE510228C2 (en) * | 1997-08-14 | 1999-05-03 | Sunds Defibrator Ind Ab | Two-step procedure for drying wood raw material |
US7039555B2 (en) * | 1998-03-24 | 2006-05-02 | Exergetic Systems Llc | Method for detecting heat exchanger tube failures and their location when using input/loss performance monitoring of a recovery boiler |
CA2415239A1 (en) * | 2001-12-27 | 2003-06-27 | Groveton Paper Board, Inc. | Method and apparatus for sodium recovery in a semi-chemical pulping operation |
US20040011484A1 (en) * | 2002-05-13 | 2004-01-22 | Andritz Oy, Helsinki, Finland | Method of producing energy at a pulp mill |
-
2002
- 2002-07-22 FI FI20021400A patent/FI117479B/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-07-22 WO PCT/FI2003/000578 patent/WO2004009901A1/en not_active Application Discontinuation
- 2003-07-22 RU RU2005104102/12A patent/RU2314378C2/en not_active IP Right Cessation
- 2003-07-22 CA CA2492824A patent/CA2492824C/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-07-22 AU AU2003248238A patent/AU2003248238A1/en not_active Abandoned
- 2003-07-22 US US10/522,051 patent/US20050252624A1/en not_active Abandoned
-
2005
- 2005-01-21 SE SE0500154A patent/SE527127C2/en unknown
- 2005-02-22 NO NO20050952A patent/NO20050952L/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532568C2 (en) * | 2009-03-05 | 2014-11-10 | Андритц Инк. | Heat recuperation from spent cooking liquor in cooking boiler at pulp and paper mill |
RU2583785C1 (en) * | 2012-04-27 | 2016-05-10 | Саншайн Кайди Нью Энерджи Груп Ко., Лтд. | Method and system for efficient combined-cycle cogeneration based on gasification and methanation of biomass |
RU2682629C2 (en) * | 2017-07-06 | 2019-03-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Installation of wastewater sludge utilization after mechanical drying |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO20050952L (en) | 2005-04-21 |
SE527127C2 (en) | 2005-12-27 |
SE0500154L (en) | 2005-01-21 |
RU2005104102A (en) | 2005-09-20 |
WO2004009901A1 (en) | 2004-01-29 |
CA2492824A1 (en) | 2004-01-29 |
CA2492824C (en) | 2011-11-08 |
US20050252624A1 (en) | 2005-11-17 |
FI117479B (en) | 2006-10-31 |
AU2003248238A1 (en) | 2004-02-09 |
FI20021400A0 (en) | 2002-07-22 |
FI20021400A (en) | 2004-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tran et al. | The kraft chemical recovery process | |
US8591737B2 (en) | Waste water treatment from a biomass-to-liquid process comprising synthesis gas production and integrated factory facility | |
US4872950A (en) | Process for recovering energy and chemicals from spent liquor in pulp preparation | |
US5509997A (en) | Method of recovering energy from waste liquors from pulp processes | |
Bajpai | Black liquor gasification | |
US4135968A (en) | Spent liquor treatment | |
RU2314378C2 (en) | Heat and electric power producing method and plant | |
Tran et al. | Advances in the Kraft chemical recovery process | |
WO2012175796A1 (en) | Integrated biorefinery plant for the production of biofuel | |
Sonsale et al. | Renewable & alternative energy sources for strategic energy management in recycled paper & pulp industry | |
CA2484718C (en) | Method of producing energy at a pulp mill | |
US7465372B2 (en) | Method for treatment of spent liquor | |
Demirbaş | Utilization of urban and pulping wastes to produce synthetic fuel via pyrolysis | |
Hart | Alternative" green" lime kiln fuels: Part I-Pulping/recovery byproducts | |
Domingos et al. | Process integration enhancement via black liquor gasification in the Kraft pulp industry | |
Tiitta | Lime kiln fuel options and effects on the pulp mill energy balance | |
Wilke et al. | Integrated Forest Biorefinery: A Proposed Pulp Mill of 2040 | |
Dwivedi et al. | Sustainable Waste Management: Smell Mitigation and Recovery of Fuel from Waste | |
Lamminen | Process gas formation and utilization at pulp mill | |
McKeough et al. | Higher-value energy product from biomass–a technology overview | |
Johanson et al. | Prospects for co-generation of steam and power in the forest products industry | |
Grigoray | Gasification of black liquor as a way to increase power production at kraft pulp mills | |
Wessman | Factors contributing to improved environmental performance in the Finnish kraft pulping industry |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100913 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200723 |