SE443816B - Sett att elda en mesaugn med fast brensle - Google Patents

Description

'azovoao-5 10 15 20 n. .rv .- U'l 35 CaC0 + Energi ---a CaO + C02 3 Såsom angivits ovan genomföres i allmänhet denna mesa- bränning i roterande rörformiga mesaugnar, í vilka kall vat- tenhaltig mesa leds in i motström mot rökgaser, vilka genere- rats i ugnens motsatta ände, vänligen då genom förbränning av olja eller naturgas. Mesan genomgår i ugnen successivt följan- de reaktioner: torkning, uppvärmning och ombränning, varvid temperaturen för utgående bränd kalk i allmänhet är ca 1200-14oo°c.

Med hänsyn till_de höga energikostnaderna försöker man inom cellulosaindustrin ständigt förbättra energiekonomin, och företrädesvis då även minska behovet av olja. Under senare år har den totala värmeekonomin förbättrats succes- sivt. Detta har medfört att en stor_del av cellulosa- industrins totala oljebehov nu beror på mesaugnarna.

Förändrade metoder för insamling av virke innebär att många cellulosaindustrier kommer att få ökad tillgång på skogsbränslen. Därför vore det fördelaktigt om cellulosa- industrin kan utnyttja fasta bränslen, t ex för mesaugnseld- ningen. Med fasta bränslen avses då speciellt bränslen av typ ved, bark, skogsavfall och torv, men även kol och andra fasta bränslen kan ifrågakomma.

Vid försök att elda fasta bränslen direkt in i mesaugnen, t ex i form av pulver, har det dock visat sig att en stor del av bränslets innehåll av kísel och aluminium hamnar i fabrikens kemikaliecykel, där de ställer till problem t ex genom inkrustering i indunstare.

I dagens slutna cellulosaindustrier är den naturliga ut- blödningen av dessa ämnen inte tillräcklig för att störnings- fri drift skall garenteras. Olika metoder för ökning av ut- blödningen har därför diskuterats i litteraturen. Alla dessa metoder innebär dock ökade investerings- och driftskostnader.

Vidare är det känt att vid eldning av mesaugnar med pulverformigt bränsle kan kísel- och aluminiumproblemet undan- röjas genom förgasning av bränslet i fast- eller fluídíserad- -bäddförgasare. Efter ordentlig stoftrening av rökgaserna an- ges tillskottet av aska till mesaugnen vara tillräckligt lågt --......_-_...._ _ . ..___ 10 15 20 35 40 _ « 8307680-5 3 för att kokeri- och återvinningsystemens normala utblödnings- mekanismer skall räcka till för undvikande av inkrusterings- problem.

En fristående förgasningsanläggning innebär dock en ytter- ligare komplikation och kostnad i jämförelse med eldning av pulver direkt in i mesaugnen. Dessutom försämras värmeekonomin eftersom ingen förgasningsprocess kan operera utan energi- förluster.

Vid Lövholmens Bruk i Piteå har oljan för mesaugnseld- ningen ersatts med torkat och finmalt pulver från bark och skogsavfall. Pulvret blåses till två mesaugnar från en ficka för torkat bränsle och blåses in i mesaugnarna i special- byggda pulverbrännare.

Detta tillvägagångssätt är emellertid förbundet med ovan angivna problem på grund av aluminium och kisel i pulvrets aska, vilken aska hamnar i den brända kalken varefter kisel och aluminium löses ut i kausticeringsprocessen. Utlöst kisel och aluminium orsakar sedan problem genom inkrustering; för- sämrade sedimenteringsegenskaper, etc i kokeri och återvin- níngssystemen.

Det är också känt att mesaugnar kan eldas med gas från förgasning av stenkol i förgasare av fastbäddstyp. Förgasarna är fristående från mesaugnen och bildad gas leds efter stoft- avskiljning till kombinerade gasoljebrännare.

System för förgasning av bark, ved och skogsbränsle för gaseldning av mesaugnar är också under utveckling. Den teknik som är under utveckling är förgasning i en fristående fluidiserad-bäddförgasare vid en temperatur av 800-900°C.

Det finns fortfarande ett behov av ett förbättrat för- farande för eldning av mesaugnar med fast bränsle, vilket för- farande ej är förbundet med ovan angivna problem pà grund av aluminium och kisel i askan och ändock är ekonomiskt och enkelt att genomföra.

Föreliggande uppfinning avser följaktligen ett förbättrat sätt för eldning av mesaugnar med fast bränsle innefattande förgasning av bränslet med efterföljande direkt slutförbrän- ning i mesaugnen.

Närmare bestämt avser uppfinningen ett sätt att vid om- bränning av mesa (CaCO3) till bränd mesakalk (Ca0) i en mesa- ugn, i vilken ugn kall vattenhaltíg mesa leds in i ena änden .iasovoso-5 10 15 20 35 och ombrännes i motström mot heta rökgaser bildade i ugnens motsatta ände, elda ugnen med fast bränsle innefattande för- gasning av bränslet under lufttillförsel för bildning av de heta rökgaserna, kännetecknat av att förgasningen av det fasta bränslet åstadkommes i en med mesaugnen ihop- byggd, företrädesvis liggande, cyklonförgasare vid en temperatur överstigande 1000°C, vid vilken temperatur bildad aska smälter och att den smälta askan, som genom cyklonverkan uppsamlas på förgasarens väggar, avskiljes.

Förgasningen av bränslet sker sålunda i en till mesaugnen direkt ansluten cyklonförgasare, vilken körs med en kombina- tion av torkat bränsle och lufttillskott som ger en tillräck- ligt hög temperatur, nämligen över 1000°C, och företrädesvis 1500-ZOOOOC, för atfybildad aska skall smälta och fångas upp av cyklonens väggar. Lufttillsatsen till förgasaren motsvarar en luftfaktor (för stökiometrisk förbränning) mindre än 1.

Företrädesvis ligger luftfaktorn inom intervallet 0,5-0,9.

Resterande luftbehov plus nödvändigt luftöverskott för full- ständig förbränning tillföres som sekundärluft till gasen efter dess utträde ur förgasaren. Normalt förvärms sekundär- luften mot utgående bränd kalk för kylning av kalken och återvinning av dess värmeinnehåll.

Enligt en speciellt lämplig utföringsform av uppfinningen genomföres avskiljningen av den smälta askan från cyklonen direkt ned i den brända kalken inne i mesaugnen, eftersom det överraskande har visat.sig att bildad slagg har deaktiverats med avseende på utlösningen av kisel och aluminium i grön- och vitlut. Det är därför möjligt att tillåta den smälta askan att rinna ned i den brända kalken med efterföljande av- skiljning av aska som grus från kalksläckaren utan utlösning av kisel och aluminium. För detta fall krävs inget system för askhantering eftersom befintligt system för avskiljning av kalkgrus från kalksläckaren är tillräckligt, även för de små askmängder som kommer att bildas.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen kan den smälta askan samlas upp i cyklonens periferi, avskíljas och t ex ledas till ett vattenbad. För detta fall måste systemet dock kompletteras med en askhantcring.

Enligt uppfinningen uppnås många fördelar i jämförelse ~_- 10 15 20 'zs 40 5 esovoso-5 med känd teknik, varav några diskuteras nedan.

Vid tillämpning av föreliggande uppfinning kommer energikostnaden att reduceras kraftigt genom att ett billigare, företrädesvis då inhemskt, bränsle kan användas.

Problemen med kisel och aluminium, som uppträder vid direkt pulvereldning av mesaugnen, kommer att elimineras genom deaktiveringen av askans innehåll av kisel och aluminium, som uppnås genom slaggsmältningen. Bildad slagg kan därför tas ut antingen som smält slagg utanför mesaugnen eller som grus i kalksläckaren om den smälta slaggen tillåtes gå in i mesaugnen. _ Genom ihopbyggande av en slaggbildande cyklonförgasare med mesaugnen elimineras risker för igensättning av gasled- ningar med stoft och tjära samt erhålles en enklare, billigare och energisnâlare metod för utnyttjande av fasta bränslen i mesaugnen än vad som kan erhållas med en separat förgasnings- anläggning.

Genom den tvåstegsförbränning som blir följden av en för- gasning följt av en slutförbränning inne i mesaugnen erhålles en reduktion av mängden bildade kväveoxider i jämförelse med olje- eller pulvereldning.

Genom att förgasningen sker under stark turbulens och mycket hög temperatur fås en mycket snabb förgasning, vilket gör att förgasaren kan göras liten och billig.

I det följande beskrivs en utföringsform av uppfinningen närmare med hänvisning till ritningarna, varpå fig 1 visar en konventionell anordning för ombränning av mesa, varvid mesaugnen eldas med olja; fig 2 visar motsvarande anordning, varvid kombinerad gas/oljeeldning utnyttjas; och fig 3 visar en anordning enligt uppfinningen, varvid fast bränsle användes.

Den i fig 1 visade anordningen belyser det i dag konven- tionella sättet att elda mesaugnen med olja. Härvid tillföres olja genom ledning 1 till en brännare 2 i mesaugnen 3. Primär- luft 4 för förbränning och kylning tillföres i en luftmantel anordnad koncentriskt utanför oljeledningen. Resterande luft- behov tillföres som sekundärluft S till mesaugnens kalkkylare 6.

Utgående bränd kalk lagras först i en kalksilo 7 till vil- kcn också tillföres färsk kalk. Från kalksílon leds kalken till en kalksläckarc 8 där släckning sker med grönlut 9. 10 15 20 25 35 40 .uasovnßo-5 5 Dödbränd kalk, sand, grus och annat material som inte reagerar med grönluten avskiljs därefter från sorteraren 10 genom ledningen 12. Den i grönluten släckta kalken leds där- efter genom ledningen ll till ett kausticeringskärl (ej visat) för genomförande av kausticeringsreaktionen.

Den i fig 2 visade anordningen belyser schematiskt ett annat känt tillvägagångssätt med kombinerad gas/oljeeldning av mesaugnen. Härvid tillföres oljan genom ledning 1 till en brännare 2 i mesaugnen 3.

I en utanför oljeledningen i brännaren 2 koncentriskt an- ordnad gasledning tillföres gasen genom ledning 4. Primär- luft 5 för förbränning och kylning tillföres i en luftmantel koncentriskt placerad utanför olje- och gasledningarna.

Resterande luftbehov tillförs som sekundärluft 6 till mesa- ugnarnas kalkkylare 7.

Utgående bränd kalk hanteras på samma sätt som beskrivits med hänvisning till fig 1.

I stället för gas kan också träpulver tillföras genom in- blàsning med luft i en utanför oljebrännaren koncentriskt placerad pulverbrännare.

I fig 3 belyses schematiskt en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Härvid inblåses malt fast bränsle genom ledning 1 till en cyklonförgasare 2 i mesaugnen 3. Primärluft för förgas- ningen och kylning av förgasarens mantel tillföres genom led- (ning 4. Lufttillförseln in i förgasaren sker därefter tangentiellt genom öppningar i innermanteln. Sekundärluft för kylning av kalk och slutförbränning av bildad gas tillföres en kalkkylare 6 genom ledning 5. 'ß I förgasaren smältes det fasta bränslets aska med hjälp av hög temperatur, varefter den smälta askan genom cyklon- verkan fångas upp pa förgasarens väggar. Avskiljningen av den smälta slaggen sker inne i mesaugnen direkt ned i den brända kalken, vilken efter kylning i kalkkylaren 6 leds till en kalksilo 7.

Från kalksilon leds kalken och den nu stelnade smälta askan till en kalksläckare 8 där släckning sker med grönlut 9.

Tillsammans med i kalken icke reaktivt material avskiljs där- efter den stelnade askan i sorteraren 10 genom utloppet 12.

Den släckta kalken leds därefter genom ledning 11 till ett 10 15 20 25 ocg” oo O SS 7 asovoao-5 kausticeringskärl (ej visat).

Exempel I detta exempel jämföres känd teknik som beskrivits med hänvisning till fig_J och 2 med en speciellt lämplig utförings- form av uppfinningen som beskrivits med hänvisning till fig 3.

Kontrollmetod A hänför sig därvid,till ombränning av mesa i en konventionell oljeeldad mesaugn såsom är visat i fig 1.

Kontrollmetod B hänför sig till mesaombränning under gaseld- ning av mesaugnen såsom är visat i fig 2 med gas från bark- förgasning framställd i en externt placerad icke slagg- bildande förgasare. Metod C hänför sig till sättet enligt upp- finningen med användning av bark som bränsle.

En massafabrik för produktion av oblekt sulfatmassa har använts i alla tre metoderna och till grund för jämförelsen ligger följande data: Massaproduktion 1000 ton/dygn (90%) Oljeförbrukning i mesaugn 40 ton/dygn Oljekostnad 1800 kr/ton Värmevärde för olja 41,6 GJ/ton Värmevärde för bark 19,2 GJ/ton torrsubstans (TS) Driftstíd 330 dygn/år Barkkostnad 300 kr/ton TS Den värmemängd som åtgår för att ombränna erforderlig barkmängd är sålunda 69,3 GJ/h 40 41,6/24 = I kontrollmetod B utföres mesaombränningen med pyrolys- gas genererad vid en temperatur under askans smält- och mjuk- ningspunkt i en externt placerad utrustning. För torkning av det fasta bränslet från 45% torrhalt till 90% torrhalt i en separat torkanläggning av enkel typ åtgår ca 0,8 ton TS/h träbränsle. Med förgasnings- och förbränníngsverkningsgrad av 87% relativt olja-blir träbränsleförbrukningen 69,3/19,2/0,87+0,8=4,9S ton TS/h. Investeringskostnaderna för tork, förgasare och förbränningsutrustning är ca 38 Mkr.

I metod C (enligt uppfinningen) utföres förgasningen i en i mesaugnen inbyggd förgasare för tappning av smält slagg direkt in i mesaugnen. Genom den direkta ihopbyggnaden med mesaugnen reduceras förgasarens värmeförluster relativt olja laso1oso-s Ö till 92t vilket tillsammans med ett torkbehov av 0,8 ton torrsubstans/h ger en träbränsleförbrukníng av 69,3/19,Z/ 0,92+0,8=4,72 ton TS/h. Investeringskostnaden fih°en i förhållande till kontrollmetod B jämförbar tork och för- 5 gasare är ca 30 Mkr. ßränslekostnadsbesparingarna samt investeringskostnads- besparingarna för de tvâ metoderna B och C i jämförelse med konventionell oljccldníngstckník (metod A) framgår av nedan- stående tabell: Bränslekostnad Investering Mkr/är Mkr xon:r011m@t0a A 25,3 '0 -"- B 11,8 38 Metod C enl. uppfinning 11,2 30 10 Som framgår av ovanstående tabell kan man vid tillämpning av uppfinningen uppnå avsevärda bränslekostnadsbesparingar genom att ett billigare bränsle kan utnyttjas.

I jämförelse med bästa kända teknik (representerad av kontrollmetod B) uppnås både en bränslekostnadsbesparing och 15 en minskad ínvesteringskostnadfpå grund av det enklare ut- förandet.

Claims (7)

q 8307080-5 Patentkrav

1. Sätt att vid ombränning av mesa (CaCO3) till bränd mesakalk (CaO) i en mesaugn (3), i vilken ugn (3) kall vatten- haltig mesa leds in i ena änden och ombrännes i motström mot heta rökgaser, bildade i ugnens (3) motsatta ände, elda ugnen (3) med fast bränsle innefattande förgasníng av bränslet under 1ufttillförsel'för bildning av de heta rökgaserna, k ä n n e t e c k n a t därav, att förgasningen av det fasta bränslet åstadkommes i en med mesaugnen (3) ihopbyggd, företrädesvis liggande, cyklonförgasare (Z) vid en temperatur överstigande IOOOOC, vid vilken temperatur bildad aska smälter och att den smälta askan, som genom cyklonverkan uppsamlas på förg sarens väggar, avskiljes,

Z. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den på cyklonförgasarens (2) väggar uppsamlade smälta askan avskiljes ned i den brända mesakalken inne i mesaugnen.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att temperaturen i cyklonförgasaren är 1500-ZOOOOC.

4. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att askan separeras i fast form från kalken tillsammans med icke-reaktivt material i kalken efter kylning av den smälta askan och bränd kalk samt släckning av kalken.

S. Sätt enligt krav 1 eller 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att den smälta askan avskiljes från cyklonförgasarens perifcri, företrädesvis med efterföljande kylning, exempelvis' i ett vattenbad.

6. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att lufttillförseln i cyklonförgasaren (2) motsvarar en luftfaktor mindre än 1.

7. Sätt enligt krav 6,.k ä n n e t e c k n a t därav, att lufttillförseln motsvarar en luftfaktor av 0,5 -0,9.