SE421137B - Sett och anordning for att utnyttja restverme vid cellulosaframstellning pa mekanisk eller termomekanisk veg - Google Patents

Description

7801435-4 2 Givetvis har inte saknats förslag till användning av detta överskottsvärme. Bland sådana kan nämnas dels tillvaratagande för att värma närbelägna bostäder, dels kompression till ett högre, inom processen användbart tryck och motsvarande temperatur. Gentemot det första sättet kan invändas a) att behov av sådan energi före- ligger endast under del av året, b) att kostnader för erforderliga rörledningar alltid blir avsevärda, då av- ståndet mellan fabrik och närmaste större bostadsområde normalt är betydande, c) att det torde höra till undan- tagen att det inom rimlig närhet av befintlig eller tilltänkt fabrik finns även vintertid avsättning för de betydande värmekvantiteter som föreligger samt slut- ligen d) att en sådan värmemängd inmatad på ett större fjärrvärmenät har ett relativt underordnat värde därigenom att den möjlighet att producera elkraft, som värmebehovet i fjärrvärmenätet ger, delsvis blir tagen i anspråk.

Möjligheten med värmepump kan förefalla mera rationell.

Den medför emellertid en lång kedja av energitransforma- tioner från ångan via turbin med förluster, elgenerator med förluster, elmotor med förluster och kompressor med dess förluster och åter till ånga men av högre temperaturnivå.

Dessa förluster minskar i hög grad omvandlingens effektivi- tet. Dessutom blir anläggningskostnaderna för en motsvaran- de kedja av apparater avsevärd, även om i en del därav initialinvesteringar kan undvikas då apparaten i fråga, t ex turbinen, i princip ändå finns.

En ytterigare nackdel med värmepump är att ångan p g a dess föroreningar sannolikt måste omformas till ren ånga via en ångomformare, medförande temperaturfall och motsvarande termodynamiska förluster.

Den viktigaste tanken inom här föreliggande upp- finning innebär ett âtskilligt rationellare och med mindre förluster behäftat sätt att utnyttja ånga av atmosfärstryck, eller vilket i viss grad är möjligt vid TMP av ett visst övertryck relativt atmosfärstrycket. Den motsvarar att i en expansionsmaskin, t ex en turbin, låta ångan expandera 7801435-4 3 till närheten av lägsta omgivningstemperatur under om- vandling av utvunnet arbete till elektrisk energi i en tillhörande elgenerator. Förlusterna i expansionsmaskin och generator är i princip desamma som vid normal el- kraftproduktion.

Anga av atmosfärstryck i de kvantiteter det här är fråga om härrörande från slipstol eller defibrör intar emellertid en avsevärd volym och kräver för transport grova rördimensioner. Även maskiner för expansion av vattenånga mellan l00° och ca 30 °C blir stora och dyrbara både absolut och i ännu högre grad specifikt sett.

Här öppnar sig emellertid en möjlighet att i enlighet med uppfinningen driva expansionsmaskinen med annat medium än vattenånga. Tänkbara medier är ammoniak, dagens kyl- medier såsom freon eller F12 och liknande.

Fördelarna med dessa medier är att de vid här aktuella temperaturer mellan l00° och 20 °C har höga mätningstryck och motsvarande mindre specifika volymer. Detta leder till måttliga ledningsdimensioner och kompakta expansions- maskiner. Det kan anmärkas att en värmeväxlare erfordras för att föra över vätmet till ånga av det aktuella mediet av högre tryck. Dock torde det med hänsyn till vatten- ångans innehåll av fiberföroreningar sannolikt också ha varit nödvändigt med en ångomformare för att få en tillräckligt ren ånga för expansion i turbin för vatten- ånga.

För att illustrera fördelarna av att arbeta med andra ångor av högre mâttnadstryckiän vattenångas kan följande anföras: l MJ tillfört såsom ett förångningsvärme represen- terar vid 95 °C och mättning för t ex ammoniakånga volymen 24 1, medan motsvarande volym i vattenånga av 95 °c är avo 1, a v s mer än ao gånger mera. vid 30 °c blir motsvarande siffror för ammoniak 97 1 men vid vatten- ånga l3600 l, d v s i detta fall 140 gånger mera! I enlighet med uppfinningen föreslås nu att överskotts- ångan från processer förmekaniskeller termomekanisk de- fibrering till cellulosafibrer tillvaratages vid högsta -röret 16 i motsatt riktning emot den inmatade flisen, 7801435-4 4 möjliga tryck, helst övertryck över atmosfärstryck och med hänsyn till luftläckage icke gärna tryck under atmos- färstryckets, att denna ånga kondenseras i en värmeväxlare under förångning av annan fluid med väsentligt högre ângtryck vid samma eller något lägre temperatur, att denna fluidånga, eventuellt tillsammans med fluidånga från andra mekaniska eller termomekaniska fiberdefibrerare, bringas att i en expansionsmaskin för ifrågavarande fluid- ånga avge arbete, varefter fluiden kondenseras och pumpas tillbaka för ny förångning.

För uppfinningen närmare kännetecknande detaljer framgår av bifogade patentkrav.

Uppfinningen kommer fortsättningsvis att beskrivas med hänvisning till bifogade ritning, vars enda figur an- tyder som ett exempel en skivdefibrör med ångomformare, expansionsmaskin i form av turbin för aktuell fluid med tillhörande kondensor samt anordningar för att full- ständiga fluidens kretslopp till en s k cirkelprocess. överst på figuren visas en skivdefibrör 10, vars ena eller båda malskivor ll och 12 kan bringas att rotera kring en i figuren horisontell axel. Härför er- forderlig motor (-er) visas ej. Flis från matarapparaten 13 föres till basningskärlet 14. Via en matande skruv transporteras flisen vidare till kärlets motsatta ände, där flisen faller ner i ytterligare en matarapparat 15, som i sin tur för flisen genom det lutande störtröret 16 till det centrala inloppet av skivdefibrören 10. Malnings- energin på flisen resulterar i stora ångmängder, som dels kommer ut med ett visst övertryck i det lutande stört- dels kommer ut mellan malskivorna tillsammans med den de- fibrerade massan. Ångan kan, om systemet i tillräcklig grad avskärmas emot omgivningen, lämna defibrören med ett visst övertryck relativt omgivningen, men detta är icke något nödvändigt villkor för att realisera uppfinningen.

Angan från inloppsröret ledes genom röret 17 till- sammans med ånga från malskivornas utlopp i röret 18 7801435-4 ihop i ett rör 19 från vilket ångan föres till kondensor- delen 25a av en värmeväxlare 25.

Den visade defibrören illustrerar en av möjligheterna vid mekanisk fiberfriläggning. På i princip likartat sätt bör det vara möjligt att samla samman i en rörledning också den ånga som bildas vid produktion av slipmassa.

Det är givetvis också möjligt att samla samman ånga från flera defibrörer i en gemensam rörledning om så av lokala eller andra skäl skulle vara fördelaktigt.

Värmeväxlaren 25 kan vara av godtyckligt, känt slag.

Den omfattar en kondenseringsdel 2Sa och en evaporerings- del 25b. Kondensat från 25a avleds vid väsentligen atmos- färstryck genom en ledning 26 för eventuell renande be- handling före utsläpp och likaledes eventuell värmeväxling dessförinnan. Okondenserbara gaser, likaledes vid ca atmosfärstryck, följer med ångan och samlas och kyls i en anordning 27 för vidare transport via rörledningen 28.

Evaporeringsdelen 25b ingår i ett slutet system, som arbetar med en fluid, som i ångtillstånd, för motsvarande värmemängd och vid det tryck och den temperatur, som är aktuella, har påtagligt mindre volym än avloppsångan.

Lämpliga fluider är exempelvis ammoniak och kylfluid av typ F12 eller liknande. Tidigare har såsom exempel angivits data på volymer av vattenånga och ammoniak vid samma temperaturer och representerande lika stora värme- mängder, varav tydligt framgår i vilken grad kravet på hanterande av stora ángvolymer minskar vid övergång från vattenånga till ammoniak. Resultat av samma storleks- ordning uppnås om ammoniakångan utbytes emot ovan antydda typer av kylfluider.

Den i 25 avkokade ångan förs till en expansionsmaskin, t ex en turbin 29, som driver en elgenerator 30. Med hänsyn till de tididgare givna synpunkterna på volym och tryck vid föreslagna fluider är det helt uppenbart, att såväl turbinen som ledningssystemet får väsenligt mindre dimen- sioner än om man skulle ha fört den avgående vattenångan från den mekaniska bearbetningen vid fiberfriläggningen m 7801435-4 6 via ledningen 24 till en ångturbin arbetande mellan unge- färligen atmosfärstrycket och det vakuum som bestäms av i sista hand lägsta omgivningstemperatur.

Avloppsångan från turbinen 29 förs via en ledning 31 till en kondensor 32, som innehåller skilda delar för den kondenserande fluiden och för kylvätskan, 32a resp 32b.

Kylningen i den senare sker med utnyttjande av lägsta rimliga omgivningstemperatur.

Från 32a förs den kondenserade fluiden via en ledning 33 åter till värmeväxlaren 25, varvid en pump 34 höjer fluidens tryck till vad som är lämpligt för avkokning i värmeväxlardelen 25b. Vid beräkning av anläggningens verkningsgrad måste man hålla i minnet att matarpump- arbetet i här aktuella fall blir större än vid en konven- tionell ånganläggning.

Fluid-ångturbinen 29 kan på konventionellt sätt förses med ett eller flera organ 35 för avtappning av ånga, t ex för att förvärma fluidens vätskefas i en eller flera värmare 36 mellan pumpen 34 och värmeväxlaren 25, eller för andra värmningsbehov inom fabriken.

Det kan förekomma att även andra restvärmen inom aktuell fabriksanläggning är disponibla för överföring i fluidånga. Då anordnas en motsvarande värmeväxlare 37, där i en del 37a det aktuella restvärmet avges, t ex genom kondensation eller kylning under förångning i den andra delen, 37b, av viss del av aktuell fluid. Delen 37b är sålunda kopplad parallellt med delen 25b, vad avser expansionsmaskinen 29 och kondensorn 32. Eventuellt kan denna del förses med särskild pump varvid anslutning i stället göres före den visade matarpumpen 34.

Det föreslagna arrangemanget gör det möjligt att i system med måttliga rördimensioner och i liten expansions- maskin för högt tryck omvandla en stor del av eljest till atmosfären avgående ångors energi till högvärdig elektrisk sådan. På grund av malningsprocessens stora energibehov torde sådana tillskott alltid vara värdefulla.

Det är givetvis alltid möjligt att modifiera och 7801435-4 7 komplettera det här schematiskt beskrivna systemet efter sådana lokala omständigheter som i det ena eller det andra fallet kan föreligga. övervaknings- och kontroll- utrustning har icke visats, men anordnande härav, liksom även de modifikationer som kan vara lämpliga inom patent- kravets ram ligger inom fackmannens kompetensområde.

Claims (5)

1. l0 15 20 25 30 7901435-4 PATENTKRAV l. Sätt att utnyttja restvärme vid cellulosafram- ställning pâ mekanisk eller termomekanisk väg, genom vilket sätt luftinblandning vid uppsamling av förekommande överskottsângor förhindras vid ett ângtryck i närheten av och företrädesvis över atmosfärstrycket och den sålunda hopsamlade ângans arbetspotential utnyttjas för omformning företrädesvis till elektrisk energi, k ä n n e t e c k - n a t därav, att omformningen till elektrisk energi åstad- kommes genom kondensation av dessa överskottsângor 1 en värmeväxlare (25) under avkokning av ett fluidum, vilket företrädesvis utgöres av ammoniak eller känt kylfluidum av typ F12 eller liknande och vars volym i ångform, för värmemängd, som kan tillgodogöras ur överskottsångan vid den något lägre temperatur, som är betingad av för värmeövergången erforderliga temperaturskillnaden, den och den är påtagligt lägre än avloppsângans, och att i en expan- sionsmaskin, t ex en turbin (29), det avkokade fluidets 4 ånga expanderas i en övrigt konventionell ångkraft- process under utvinnande av mekaniskt arbete, ångan kon- denseras i en kondensor (32), och efter pumpning till er- forderligt tryck fluidet âterföres för förnyad avkokning i värmeväxlaren (25).

2. Sätt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att man från expansionsmaskinen (29) tappar av fluidånga, för förvärmning av det kondenserade fluidet och/eller för andra värmningsbehov.

3. Anordning för genomförande av sättet enligt pa- tentkravet l eller 2 för att utnyttja överskottsvärme vid friläggning av cellulosafibrer på mekanisk eller termomekanisk väg, vid vilken anordning överskottsångan är anordnad att uppsamlas vid ett ângtryck i närheten av och företrädesvis något över atmosfärstrycket, varigenom inblandning med luft förhindras, varvid den sålunda hop- samlade ängans arbetspotential omformas till elektrisk energi, lO 15 20 7801435-4 k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en värmeväxlare (25) för kondensation av överskottsångan under avkokning av ett fluidum, vilket företrädesvis ut- göres av ammoniak eller känt_ky1fluidüm'av typ F12 eller liknande, vilket för motsvarande värmemängd, vid den aktuella temperaturen, har en påtagligt mindre volym än avloppsångan, en ekpansionsmaskin (29), t ex en turbin, för expansion av fluidumângan, en kondensor (32) för att kondensera avloppsångan från expansionsmaskinen och en pump (34) för att höja trycket på det kondenserade fluidet till ett för äterförande till värmeväxlaren (25) lämpat tryck. 1

4. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k- n a d därav, att den innefattar organ (35) för att från turbinen avtappa ej slutexpanderad fluidumânga samt för att överföra dennas kondensationsvärme i en förvärmare (36), placerad mellan pumpen (34) och värmeväxlaren (25).

5. Anordning enligt patentkravet 3 eller 4, k ä n - n e t e c k n a d därav, att den innefattar en andra värme- växlare (37), vars kondenseringsdel (37a) är ansluten till annan restvärmekälla och vars evaporeringsdel (37b) arbetar med samma fluidum som den första värmeväxlaren (25) och är kopplad parallellt med det första systemet be- träffande fluidumströmning genom expansionsmaskin (29) 25och kondensor (32). ANFöRDA PUBLIKATIONER: Sverige 124 574 (D21B 1 12) Norge 119 594 (rom 23 04) Tyskland 137 687 (F01K 25/10), 477 759 (Pom 23/04) Andra publikationer: _ Artikeln "üverskottsånga kan spara 12% energi vid massatill- verkning" i Dagens Industri 1977:21, p. 22; Utredningen " Modeller för energihgshâllning i massa- och pappers- tillverkning" från 1977 utförd av Angpanneföreningen på uppdrag av Svenska Celluloso- och Poppersbruksföreningen; Föredraget vid SPCI:s årsmöte 1977. "Vürmeåtervinning vid T-massa- Fabriken i Broviken" av Torsten Simmons vid Holmens Bruk AB' Föredraget vid KTH oktober 1977 "Energisnåla mossa- och pappers- processer" av Nils Hartler. 144 779 (Folk 23/04),