SE407595B - Sett och apparat for overvakning av reduktionsverkningsgraden i en kemikalieatervinningsugn - Google Patents

Description

7405401-6 tionerna som äger rum i en kemikalieåtervinningsugn är följande: iNa2SO4 + 2C -9 Na2S + 2002 Na2CO3 ;å Na2O (fast) + C02 Na2O (fast) + C -+ Na2 (gas) + CO Naz (gas) + 1/202 '_+ Na20 (rökgas) S + 02 -å S02 S02 + 1/202 \-_\ so Na2O + S03 -9 Na2SO4 (rökgas) Na20 + C02 -9 Na2CO3 (rökgas) Regleringen av driftsvillkoren i nedre eldstaden styr reduk- tionen av natriumsulfat till natriumsulfid och omvandling av natrium- karbonat till natriumoxid samt av natriumoxid till natriumånga.

Den mängd mängd natriumånga som bildas genom reduktion styr i sin tur koncentrationen av svaveloxider och natriumsulfat- samt ~natriumkarbonatrökgas som avgår med eldstadsgaserna från eldstaden.

Rätt reglering av reduktionsbetingelserna är därför nödvändig icke endast för regleringen av verkningsgraden vid produktion av natrium- sulfii från natriumsulfat utan även för reglering av avgàngsprodukterna från eldstaden. Ökad ångalstring är en tillkommande fördel som er- hållas genom korrekt drift. ' I största allmänhet är en hög förbränningstemperatur i bädden och en djup förkolningsbädd i eldstaden önskvärda för erhållande av maximal reduktionsverkningsgrad och för minskning av avgång av svavel- oxid och partiklar i rökgasen. Skötare av sådana eldstäder tvekar emellertid ofta att arbeta med en djup förkolningsbädd med hänsyn till den ökade risken för allvarliga explosioner i lösningstanken, som *'orsakas av en tillfällig snabb utbränning av bädden med där betingad översvämning av avrinnande smälta, som är svår att avleda. En icke _ uppdelad ström av smälta kan åstadkomma farliga smälta-vattenexplosio- ner i lösningstanken. En annan olägenhet med ett driftssätt med en djup förkolningsbädd ligger däri att luftöppningarna till eldstadens omkrets kan blookeras, vilket kan leda till en släckning, när en under- minerad förkolningsbädd faller ihop mot en elastadsvägg. Ett annat problem i förbindelse med drift med djupbädd ligger däri att det är ofta besvärligt att genom enbart visuell observation fastställa bäddens exakta höjd och att det följaktligen är svårt att fastställa i fall ,bädden blir för djup. Av dessa skäl driver många skötare eldstaden under betingelser, där bädden hålles lägre, varigenom reduktionsverk~ ningsgraden försämras och överföringen av kolbeståndsdelar till gas; strömmen ökas, varigenom lågsmältande slaggavsättningar bildas på 3 i 714051401 -6 värmeöverföringsytor längre nedströms.

Föreliggande uppfinning avser en teknik för övervakning av för- bränningsbetingelserna i bädden i en kemikalieåtervinningsugn, vari- genom väsentliga variabler kan regleras för erhållande av optimal eldstadsdrift. Mera bestämt har det visat sig att reduktionsverknings- graden i en kemikalieåtervinningsugn samt andra faktorer, exempelvis 'utsläppning av föroreningar från ugnen samt om alstringen har ett di- rekt samband med bildandet av natriumånga i förkolningsbädden. Det har också visat sig att produktionen av natriumånga kan övervakas och 'eldstadens driftsbetingelser varieras i enlighet med de vid övervak- ningen erhållna avläsningarna, så att alstringen av natriumånga hålles vid en önskad nivå eller inom ett önskat område för att därigenom er- hålla optimala driftsbetingelser för eldstaden.

Föremålet för föreliggande uppfinning är ett sätt att övervaka reduktionsverkningsgraden i en kemikalieåtervinningsugn, i vilken Na2SO4 reduceras till Na2S i en förkolningsbädd i eldstaden och i vilken natriumgas alstras och förbrännes till Na2O ånga, vilket sätt kännetecknas av att övervakningen sker genom mätning av den vid för- bränningen alstrade ljusstrålningen, varvid intensiteten av endast den del av det synliga ljusspektret i området för den för exciterade nat- 'riumatomer från förkolningsbädden kännetecknande våglängden övervakas.

Uppfinningen hänför sig även till en apparat för utövande av sättet enligt något av patentkraven 1-4, som innefattar en kemikalieåter- vinningsugn, i vilken Na2SO4 reduceras till Na2S i en förkolningsbädd och i vilken natriumgas alstras och förbrännes för bildande av Na2O, varvid organ är anordnade för övervakning av eldstadens arbetssätt, vilken apparat kännetecknas av organ för övervakning av intensiteten av endast den delen av det från förkolningsbädden kommande synliga ljusspektret i området för den för exciterade natriumatomer känneteck- nande våglängden. Genom kontinuerlig detektering av den hastighet med vilken natriumånga alstras i bädden i en kemikalieåtervinningsugn, kan betjäningspersonen reglera väsentliga driftsparametrar för upprätt- hållande av natriumångalstringen vid optimal nivå eller inom ett opti- malt område.

Fig. 1 är en schematisk sidovy av en svartlut-kemikalieåtervin- ningsugn enligt föreliggande uppfinning, fig. 2 är en schematisk tvärsektion utmed linjen 2-2 i fig 1, fig. 3 är en sidovy av detektorn, fig 4 är en vy framifrån av detektorn, fig 5 är ett kopplingsschema av detektorkretsen.

Fig. 1 åskådliggör en kemikalieåtervinningsugn 10, som är ett typexempel på kemikalieåtervinningsugnar för behandling av svartlut. ,7uos4o1-så Väggarna i ugnen är beklädda med ångalstringstuber 12, vilka bildar en del av värmeväxlíngsytan i kemikalieåtervinningsaggregatet, varvid ytterligare värmeväxlingsytor med den allmänna beteckningen 14 visas i aggregatets övre del. _ Svartlut, som härrör från kraftmassatillverkningen och/eller andra på natrium baserade massatillverkningsförfaranden, som behandlats 'genom avdunstning till önskad fastsubstanshalt,-införes i eldstaden 10 genom munstycken 16. Den på detta sätt i eldstaden insprutade vätskan rör sig nedåt mot eldstadens botten och passerar därvid genom uppsti- gande förbränningsgas, så att större delen av fukten i vätskan omedel- bart förångas. De fasta partiklarna sjunker nedåt genom den uppstigan- de förbränningsgasströmmen och bildar en hög eller en förkolningsbädd 18 på härden eller eldstadsbottnen 20. En del av de brännbara bestånds- delarna förbrukas under detta fall genom eldstaden, medan återstående brännbara ämnen förbrukas i förbränningsbädden 20. De icke brännbara, oorganiska kemikalierna smälter och avtappas från eldstaden genom ut- matningspipen 22. ' Förbränningen främjande luft införes i eldstaden vid två ställen.

Primärluft införes genom munstycket eller öppningar 24, belägna på förhållandevis kort avstånd från bottnen, medan sekundärluft införes genom munstycken eller öppningar 26 belägna ovanför vätskemunstyckena 16.

Förutom reduktionen av natriumsulfat i bädden enligt reaktionen (1) (1) Na SO + 20 4 Na 4 28 + 2C02 2 sönderdelas natriumkarbonatet termiskt enligt reaktion (2) 15 (2) Na2CO3 çà Na2O (fast) + C02 Den motsatta reaktionen undertryckes på grund av avgången av C02 och den omedelbara användningen av Na2O i.reaktionen (3) (3) Na2O + C a Naz (ånga) + CO Natriumoxid är en termisk stabil, förhållandevis icke flyktig fast substans med en kokpunkt av 1271°C. Detta ligger avsevärt ovan- för bäddtemperaturerna, som normalt uppgår till 815-109300. Det vid reaktionen (3) bildade elementära natriumet har däremot en låg kok- punkt av 88106 och förångas således lätt från bädden. Det är en ytterst reaktionsbenägen substans och brinner snabbt enligt reaktion (4)'omedel- bart ovanför bädden varvid det avger betydande värme och ett ljust gult 1405401-6 ljus. i (4) Naz (ånga) + 1/202 _, Nazo (färgas) + nn + Light Detta gula ljus härrör från den termiska exciteringen av na- triumatomer i de ytterst fina varma fasta partiklarna i Na2O-röken.

Det har skarpa intensitetstoppar i våglängdområdet av 5890 Ångström i det synliga ljusspektret. Denna våglängd är karakteristisk för natrium både i elementärformelleri form avföreningar.Den kaniokeförß växlas med ljuset från andra exciterade atomer, som är närvarande i eldstaden. Spektrallinjerna för brinnande kol eller svavel ligger exempelvis på stort avstånd från denna karakteristiska natriumvåg- längd. Eftersom förkolningsbädden i regel är 167-278°C svalare än de luftrika områdena ovanför bädden är ljusemissionerna från mindre flyktiga natriumföreningar i bädden begränsade. Dessutom är ljuset I från natriumföreningar in situ i bädden avskärmad genom det närvarande ogenomskinliga kolet. Gult ljus från bädden är således i främsta rummet att tillskriva natriumånga som brinner ovanför bädden. En termodyna- misk undersökning av de två reduktionsreaktionerna som äger rum i förkolningsbädden antyder att överväganden såsom den höga utspädningen av natriumsulfat med karbonat och kravet på ett smält tillstånd för verkningsfull reduktion placerar de båda reaktionerna i trånga-tempera- turområden i förhållande till varandra. Härigenom blir bildandet och lysande förbränning av natrium en nyttig spårreaktion för reduktionen av natriumsulfat.

Två slags stoft alstras i en kemikalieåtervinningsugn, som kan överföras till de från eldstaden avgående förbränningsgaserna. Den enar typen orsakas av mekanisk transport av svartlutpartiklar vid svartlu- tens införande i form av ett ytterst finfördelat_sprutregn. Dessa allt- för fina tjärpartiklar-brinner under flykten och alstrar förhållande- vis stora klot av smälta med låg smältpunkt. Den andra stofttypen be- står av 'undermikronstora partiklar av högsmältande natriumsulfat- och natriumkarbonatrök, som bildas genom reaktionerna mellan eldstads- gaser och metallisk natriumånga son1alstratsi bädden. Det har visat sig att när bäddens ljuskraft befinner sig vid mycket hög nivå, mäng- den rök i förbränningsgaserna kan vara alltför stor. Bäddens ljushet bör följaktligen hållas inom ett område av höga ljushetsvärden som be- stäms genom föregående kalibrering för erhållande av optimal reduktions- verkningsgrad utan att samtidigthögaröknivåer uppnås. Ett upprätt- hållande av ljusheten inom detta värdeområde och bibehållandet av rätt (stor) sprutstorlek för svartluten gör det möjligt för skötaren att vidmakthålla hög reduktionsverkningsgrad och hålla svaveloxidkon- 11405401-6 6 centrationen i förbränningsgasen vid ett lågt värde samt att balansera -dessa faktorer mot stofthalten i de avgående förbränningsgaserna.

Den mätare som användes vid föreliggande uppfinning för mottagan- de och indikering av fotonenergin som utstrålas av natriumförbrän- ningsreaktionen, är i huvudsak en optisk anordning. En fotodetektor användes i mätaren, som är särskilt reaktionsbenägen i förhållande till natriumspektrallinjen. Fotoelektriska motstånd, fotoelektriska -dioder, fotoceller, fotoelektriska transistorer, prismor, brytnings- galler och liknande kan användas. Detektorer, exempelvis fotoelektriska _detektorer, vilka reagerar på speciella delar av det synliga ljus- spektret, förekommer i handeln och behöver följaktligen icke närmare beskrivas här. Det är endast nödvändigt att välja en detektor, som reagerar på natriumspektrallinjen och som är förhållandevis okänslig för annat ljus som härrör från eldstaden. Dessutom användes optiska filter som släpper igenom natriumspektrallinjen och dämpar sidobanden.

-Genom denna kombination av fotoelektriska detektorer och filter erhåller man en mätare, som reagerar till omkring 95% på natriumspektrallin en och endast omkring 5% på spektrallinjen från gas eller oljelågorna från hjälpbrännare eller de i eldstaden uppeldade kolvätena.

Fig. 1 och 2 visar mätaren 28 i samverkan med en kemikalieåter- vinningsugn. Fig. 1 visar siktvinkeln för varje mätare i vertikalplanet ' och fig. 2 visar siktvinkeln i horisontalplanet. Av dessa två. figurer framgår att med användning av fyra, kring eldstaden anordnade mätare 'i huvudsak hela förkolningsbädden kan observeras. Ett mindre antal mä- tare kan givetvis användas med därav betingad mindre känslig registre- ring av bäddens ljushet. Mätarna kan anbringas så att de observerar genom hål i eldstadsväggarna eller genom icke använda svartlutinsprut- ningshål, om sådana förekommer. Mätarna anordnas lämpligen nära eld- åstadens hörn och är riktade nedåt vid omkring 43° vinkel, så att sikt- fältet uppgår till omkring 1/4 av förkolningsbädden. Varje mätare över- vakar ett område.på bädden mittemot mätarens placeringsställe.

I fig. 1 visas två av mätarna anslutna till en genomsnittsbil- dande anordning 30. På icke visat sätt är även de två andra mätarna anslutna till denna anordning. Uteffekten från den genomsnittsbildande * anordningen tillföras en upptecknare 32, som då indikerar den genom- snittliga avläsningen från de.olika mätarna. Det kan vara önskvärt i vissa fall att uppteckna de.särskilda utgångssignalerna från varje mätare så att skötaren kan övervaka varje del av förkolningsbädden för sig. Alarmanordningar kan vara anordnade för att värna för mycket låga eller mycket höga ljushetsavläsningar hos antingen den genomsnitt- liga avläsningen eller varje enskild avläsning.Ett alarm med anledning 7405401-6 7 'av låg ljushet skulle varna för hotande problem, exempelvis hotande släckning eller en vattenläcka, medan alarm för hög ljushet skulle an- tyda en hög rökhalt i de avgående gaserna.

I Fig. 3 och 4 visar en föredragen konstruktion av mätaren enligt uppfinningen. Den fotoelektriska detektorn 34 hos mätaren 28 är an- ordnad inom en avdelning 36, som även innefattar andra elektriska "beståndsdelar hos mätaren. Denna avdelning 36 är fastsatt vid en platta 38, som uppbär sliden 40. Denna slid 40 innehåller två optiska filter 42. Plattan 38 har en öppning 44 genom vilken ljuset når fram till den fotoelektriska detektorn 34. Sliden 40 är så anordnad att ett av de optiska filtren 42 täcker öppningen 44, medan det andra optiska fil- tret 42 är friliggande i och för rengöring. Filter med olika genom- gångsband och procentgenomsläppningstal kan användas i samma slid '40 för utval av rätt våglängd och intensitet för den detektorn tillförda fotcnenergin, varigenom de fotoelektriska detektorerna kan hållas vid optimala»belysningsnivåer.

Vid främre ytan av plattan 38 är ett tubavsnitt 46 fastsatt, genom vilket ljuset från eldstaden passerar._Förbindelsen 48 på tub- avsnittet 46 medger införande av sköljgas i tubavsnittet 46, vari- genom inblàsning från eldstaden och därigenom avsättning av svartlut och aska på filterfönstret förhindras. Luft, ånga eller någon annan inert gas kan användas för denna sköljning.

Fig. 5 är ett kopplingsschema för mätaren. Denna krets är en konventionell bryggkrets 50 med fotodetektorn 34 anordnad såsom en del av bryggans ena skänkel. Utgången från bryggan matar en förstärkare 52, vars uteffekt matar den tidigare nämnda genomsnittsbildande anord- ningen 30 eller separata uppteckningsanordningar alltefter önskan.

Potentiometern 54 tjänar för inställning av bryggan. ' Ett antal eldstadsmanövreringsparametrarpàverkarreduktionsverk- ningsgraden och följaktligen ljusheten hos natriumspektrallinjen. En sådan parameter är koncentrationen eller den procentuella fastsubstans- halten i svartluten. Ju högre koncentrationen av fast substans är desto högre blir ljusheten. Fastsubstanskoncentrationen i svartlut bestämmas av olika faktorer. En av dessa faktorer är avdunstningshastigheten i förångaren före svartlutens uppeldning. Denna föràngare är normalt men icke nödvändigtvis en direktkontaktförångare, exempelvis en kaskad- förångare, där svartluten föres i beröring med förbränningsgas. Kon- ; centrationen av fastsubstans som avgår från denna förångare kan ändras, A exempelvis genom ändring av gasflödet genom förångaren. En annan faktor som bestämmer koncentrationen hos den ugnen tillförda svartluten är den <...,... ... . 7405M11 -6 8 mängd vatten som läcker in i svartluten i den pump som matar svartlutss sprutkanonerna. Dessa pumpar har vattentätningar, och en betydande mängd vatten kan läcka in i svartlutströmmen, om tätningspackningarna icke är rätt inställda. p En annan eldstadsmanövreringsparameter som har betydande inverkan på verkningsgraden och ljusheten är storleken av de droppar av svartlut som sprutas in i eldstaden. Då sprutregnet är fint före» kommer en hög grad av mekanisk överföring som minskar djupet av förs kolningsbädden och reduktionsverkningsgraden och ökar nedsmutsningen av värmeöverföringsytorna med askan. Då sprutregnet är grovt, minskas den mekaniska överföringen och både bäddjup, ljushet och reduktions- verkningsgrad ökar. Droppstorleken hos svartluten påverkas direkt av svartlutens viskositet, som har samband med svartlutens temperatur.

En svartlutvärmare användes vanligtvis för reglering av denna temperas tur, och en ändring av endast en eller två grader har en tydlig in- verkan på partikelstorleken och bäddljusheten.

Reduktionsverkningsgraden styres genom intensiteten hos redu~ ceringsvillkoret. Denna intensitet påverkas genom kontaktytarean mellan smälta och kolaktig tjära samt frånvaron av syre och den smälta fasens temperatur. Förkolningsbäddjupet är en god indikator av reduktions= potentialen och påverkas av ovannämnda parameterar. Ytterligare en paras meter som påverkar både bäddtemperaturen och bäddens djup är det totala luftflödet till ugnen och framförallt förhållandet mellan primär- och sekundärluftflödet. Luftflödet i sin tur påverkas av draget i ugnen, som kan påverkas av sådana faktorer som den på eldstadsytorna ansamladc askmängden. Följaktligen kan driften för ugnens sotapparatur påverka reduktionsverkningsgraden och ljusheten. Även renligheten i primärluft- inloppen har en tydlig verkan. Övervakning av natriumspektrallinjen indikerar ändringar i ug= nens driftparametrar innan dessa ändringar kan uppfattas av skötaren antingen genom visuell inspektion eller andra indikeringar. Exempels vis medför en minskning i förkolningsbäddens djup med omkring 38 centi~ meter vid sidorna och 122 centimeter i mitten en 50%-ig ändring i mätaravläsningen. En önskvärd nivå för förkolningsbädden i dess mitt är omkring 183 centimeter. Inflöde av pumppackningen tätande vatten i svartluten kan minska fastsubstanskoncentrationen med 3 a 4 % om rätt inställning icke sker. Detta kan påverka mätaruteffekten med 25 ä 30 % och omedelbart framkalla.skötarensuppmärksamhet. Såsom tidigare fram- hållits är ändringar i svartlutens temperatur och därmed sprutdropparnas storlek av stor betydelse för ljusheten och även dessa kan omedelbart upptäckas. 74051401 -6 9 7 De vid utövandet av föreliggande uppfinning användbara regi- streringsinstrumenten kan direkt kalibreras i värden för reduktions- verkningsgrad. Detta åstadkommas genom försök med grönlut från smält- lösningstanken motsvarande olika ljushetsvärden för bestämmande av reduktionsvärdet (procent natriumsulfat som omvandlats till natrium- sulfid) och därefter grafiskt uppteckna ljushet mot reduktionsverk- ningsgraden.

Man har tidigare använt mätare som mätte det totala (vita) ljuset som kommer från ugnen. Det totala ljuset har emellertid inget värde för indikering av reduktionsverkningsgraden. Avläsningen på en mätare som indikerar totalt ljus anger exempelvis att antändbar gas brinner _ och har inget samband med bäddjupet till skillnad från föreliggande uppfinning enligt vilken mätaravläsningarna har samband med bäddjupet och reduceringsbetingelserna. Totalljusmätarens avläsning stiger, då en oljelåga betraktas med vitljusmätare, medan avläsningen på en enligt föreliggande uppfinning använd mätare går ner. Dessutom registrerar totalljusmätaren ljus från lågor som brinner runt synöppningen till följd av luftläckning in i denna luftarma del i eldstaden. Motsatsen är fallet med mätaren enligt uppfinningen. Den bedras inte av sådant ljus utan registrerar endast natriumljus som emitteras från bäddomrádet.

Claims (7)

740540196 10 Patentkrav

1. i šätt att övervaka reduktionsverkningsgraden i en kemikalie- àtervinningsugn, i vilken Na2SO4 reduceras till Na2S i en förkolnings- bädd i eldstaden och där natriumgas alstras och förbrännes till Na20 -ånga, k ä n n e t e c k n a t av att övervakningen sker genom mätning av den vid förbränningen alstrade ljusstràlningen, varvid intensiteten mätes endast av den del av det synliga ljusspektret i omrâdet för den våglängd som är karakteristisk för exciterade natriumatomer härrörande från förkolningsbädden.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att våglängden ligger i området av 5 890 Ä.

3. ~J3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att ugnens drift regleras så att nämnda intensitet hålles finom ett önskat område. g g '

4. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k - n a t av att övervakningssteget innefattar utfiltrering av allt från förkolningsbädden utsänt ljus utom det ljus som har en våglängd som där karakteristisk för exciterade natriumatomer, och att intensiteten hos det ljus som har denna karakteristiska våglängd detekteras.

5. Apparat för utövande av sättet enligt något av kraven 1 - 4, innefattande en kemikalieåtervinningsugn (10), i vilken Na2S04 redu- ceras till Na2S i en förkolningsbädd (20) och i vilken natriumgas als- tras och förbränns för bildande av Na2O, samt organ för övervakning av ugnens driftsätt, k ä n n e t e c k n a d av organ (28) för över- vakning av intensiteten av endast den del av det från förkolningsbäd- den kommande synliga ljusets spektrum, som ligger i området för den våglängd som är karakteristisk för exciterade natriumatomer,

6. (6. Apparat enligt krav 5, k ä n n e't e c k n a d av att organ för övervakning innefattar en fotoelektrisk detektor (28), som är känslig för våglängderna inom området av 5 890 Å och i huvudsak okäns- lig för våglängderna av ljus från andra eldstadsreaktioner.

7. Apparat enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att över- vakningsorgan ytterligare innefattar ett filter (40), som är anordnat mellan förkolningsbädden och den fotoelektriska detektorn för utfilt- rering av våglängder av annat ljus än det som emitteras genomexci- _terade natriumatomer. ' ANFÖRDA PUBLIKATIONER: