SE449112B - Forfarande for reglering vid kalkbrenning, kalksleckning och kausticering genom anvendning av en av kalkens mekaniska egenskaper - Google Patents

Description

40 449112 2 vid lägre temperaturer än 1100°C. Mesans föroreningshalt i detta avseende bestäms av mesafiltrets effektivitet.

Sintringen innebär att kalkens porositet och specifika yta minskar och därmed försämras kalkens reaktivitet vid släckning. Sintringen medför även att kalkens mekaniska egen- skaper, sasom t.ex. hardhet och elasticitetsmodul, pâverkas.

Detta förlopp är inte specifikt för mesabränning utan förekommer alltid vid bränning av material innehållande CaCO3 och/eller MgCO3.

Den brända kalkens kvalité är av stor betydelse för massaproduktionen. En jämn och bra kalkkvalité är en förut- sättning för en väl fungerande kausticering. Resultatet av kausticeringen avgör vitlutens, dvs. kokvätskans, kvalite, vilken i sin tur påverkar bade kvalité hos och produktions- kostnader för pappersmassan. Kalken far varken vara för hart eller för löst bränd. En alltför hart bränd kalk har dàlig reaktivitet vid släckning, dvs. släckningshastigheten är lag, vilket inverkar negativt pà vitlutsberedningen, medan en alltför löst bränd kalk har lag CaO-halt och ger dessutom en mesa, som är svar att avskilja fràn vitluten och att avvattna pà t.ex. mesafilter.

Bade kalkens reaktivitet och dess CaO-halt inverkar saledes pa resultatet av kausticeringen. CaO-halten i mesakalk varierar under normala omständigheter obetydligt förutsatt att kalken är färdigbränd, dvs. att dess CaCO3-halt är lag.

Kalkens reaktivitet kan däremot variera avsevärt. Kalkens reaktivitet beror, som tidigare nämnts, främst pà förhållan- dena i ugnen - temperatur och uppehàllstid - samt pa mesans renhet. Eftersom samma faktorer bestämmer kalkens mekaniska egenskaper är det möjligt att jämna ut mesakalkens reaktivitetsvariationer genom att mäta en lämplig mekanisk egenskap hos kalken och styra mesaugnen och/eller mesans föroreningshalt, sa att ett visst önskat värde erhålls pà den uppmätta storheten. Eftersom mätvärdet utgör ett matt pà kalkens reaktivitet vid släckning kan det i kausticeringen användas för att anpassa kalksatsning alternativt grönlutssatsning till rådande kalkkvalité.

Ieknikens stándgunkt.

Normalt förfarande vid reglering av processerna i kalk- cykeln, dvs reglering av släcknings- och kausticerings- 40 449112 3 processen, av mesatvättning pa t.ex_ tvättfilter och av mesa- ugnen, utgörs av konstanthàllning av flöden.

Reglering av slackning-kausticering utförs därvid genom reglering av grönlutstillflöde respektive kalktillflöde till ett visst börvärde. Börvärdena inställes manuellt så att önskad mängd vitlut erhålles och med ledning av laboratorie- analyser av den erhållna vitlutens sammansättning. Ett mera avancerat förfarande innebär att börvärdena inställes med ledning av kontinuerligt erhållna mätvärden avseende tempera- turförhöjningen i släckning-kausticering och/eller avseende vätskans elektriska ledningsförmaga. Det förekommer även bör- värdesinställning med hjälp av mätvärden från utrustning för automatisk analys av kemiska komponenter i vätskan, företrädesvis karbonathalt.

Reglering av mesatvättning tillgàr normalt så, att mängden tillförd tvättvätska regleras till ett visst börvärde, som i vissa fall sätts i proportion till tillflödet av mesa.

Mesaugnen regleras normalt genom att tillflödet av bränsle, förbränningsluft respektive mesa regleras till vissa börvärden, som inställes i viss inbördes relation. Enligt mera avancerade förfaranden inställes dessa börvärden med utnyttj- ande av kontinuerlig mätning av temperatur i ugnen - i vissa fall temperatur i olika delar av ugnen - samt kontinuerlig mätning av rökgasens innehall av t.ex. syrgas. Börvärdena justeras med relativt långa tidsintervall med ledning av manuellt utförda laboratorieanalyser av den erhållna kalkens sammansättning, företrädesvis med ledning av kalkens innehåll av kalciumkarbonat, CaCO3.

Vidare finns ett förfarande beskrivet i svenskt patent nr 7903919-4, enligt vilket mesaugnen regleras med ledning av ett automatiskt erhållet mätvärde svarande mot kalkens reaktivitet. Mätvärdet utgörs av den temperaturförhöjningen som arnalia vid blandning av xaixan maa c.ax. vatten.

De redovisade exemplen på befintlig teknik för att upprätthålla en god funktion hos kalkcykelprocesserna utgör mer eller mindre bra exempel pa hur man försöker reducera driftproblem i processerna. Befintliga lösningar innebär ofta suboptimeringar av kalkcykelprocesserna pa sa sätt, att de reducerar effekterna av vissa parametervariationer men har ingen eller liten effekt pa andra variationer} Exempelvis tar 40 449112 4 inget av de beskrivna förfarandena hänsyn till variationer 1 kalkens struktur eller dess sintring, vilka som visats är viktiga egenskaper för drifsförhàllandena.

Redogörelse för unnfinninqens fördelar.

Kalkens kvalite är den processvariabel, som är av av- görande betydelse för funktionen hos de olika delprocesserna 1 kalkcykeln. Studier har visat att det är kalkens reaktivitet vid släckning, dvs dess reaktionshastighet vid släckningsreak- tionen, som är den för hela processen mest betydelsefulla kvalitetsegenskapen. Samma mekanismer, som paverkar kalkens reaktivitet vid bränningen, påverkar även dess mekansika egenskaper. Studier har nu också visat att kalkens mekaniska egenskaper, t.ex. dess hàrdhet eller elasticitetsmodul, star i ett givet förhållande till reaktiviteten och det är således möjligt att utnyttja en mätning av kalkens mekaniska egenskaper för att erhalla ett matt pá kalkens kvalite. Det har visat sig att kalkens mekaniska egenskaper kan användas som reglervariabel för att reglera processbetingelserna i kalkcykelns processteg_ Huvudsyftet med uppfinningen är att genom användning av en snabb och smidig mätmetod för kalkkvalite erhålla en mät- signal och att utnyttja denna som ärvärde i reglersystem för kalkcykeln, där reglersystemens funktion är att paverka processförhàllandena i kalkcykeln när störningar och föränd- ringar med konsekvenser för kalkens kvalité uppstår.

Pa detta sätt kan en kalk med hög och jämn kvalité produceras. Med hög kalkkvalite menas, när det rör sig om produktion av mesakalk i en sulfatmassafabrik, en kalkkvalitè, som är optimal ur följande aspekter; o energiförbrukning i mesaugnen o effektivitet i omvandlingen av grönlutens karbonatinnehàll till hydroxid i vitlut. o avskiljbarhet för erhallen mesa.

Försök, varvid reaktiviteten, dvs. släckningshastig- heten, och mekaniska egenskaper uppmätta för samma kalk, har nu entydigt visat att det rader ett klart samband mellan kalkens mekaniska egenskaper och dess reaktivitet. Hur samban- det ser ut beror naturligtvis pa hur släckningshastigheten respektive de mekaniska egenskaperna mätes. Enligt uppfin- ningen ar det möjligt att utnyttja detta samband vid ett H 40 449112 förfarande av det i inledningsstycket nämnda slaget. Minst en av den färdigbrända kalkens mekaniska egenskaper, exempelvis elasticitetsmodul eller hárdhet, mätes direkt eller indirekt och denna egenskap eller storhet, som anger ett matt pà dels ugnseffektiviteten vid bränningsprocessen dels reaktiviteten vid släckningsprocessen, används för reglering av driftför- hallandena i ugnen, vid mesatvättningen t.ex. pá mesafilter och/eller i kausticeringsanläggningen. En anordning för att reglera processer i kalkcykeln vid utövande av förfarandet enligt ovan utmärks enligt uppfinningen av att den innefattar en mätapparat för direkt eller indirekt mätning av minst en av den brända kalkens mekaniska egenskaper, exempelvis elastici- tetsmodul eller hårdhet, varvid en regleringsenhet, eventuellt via en processdator. utnyttjar mätapparatens utsignal för reg- lering av driftförhàllandena i kalkugnen vid tvättning av mesa och/eller i en släcknings- och kausticeringsanläggning.

Ritningsförteckning Figur 1 visar ett blockschema, som askadliggör den principiella utformningen av reglersystem för kalkcykelns del- processer, dvs. reglering av bränningsprocessen i en kalkugn, mesatvätt på t.ex. ett mesafilter och/eller kausticerings- processen. 4 Figur 2 visar schematiskt en mätapparat för hàrdhetsmät- ning, som är användbar i samband med det i fig. 1 åskådlig- gjorda regleringsarrangemanget.

Figur 3 visar ett diagram, som àskadliggör ett uppmätt samband mellan en mekanisk egenskap och kalkens reaktivitet vid släckning, varvid apparaten enligt fig. 2 utnyttjats_ Utföringsformer Väsentligt i uppfinningen är förfarandet att åstadkomma mätsignalen för kalkkvalité, dvs. den signal, som utgör ett matt pa kalkens mekaniska egenskaper och därmed även dess reaktivitet. Specifikt för uppfinninen är att denna signal utnyttjas som ärvärde vid reglering av processerna i kalkcykeln. Nagra alternativ för hur regleringsförfarandet enligt uppfinningen kan byggas upp ska anges här och först beskrivs det generella utförandet.

I ugnen 10 i figur 1 sker bränning av CaCO3 till kalk under värmetillförsel. Det för uppfinningen väsentliga mattet pa kalkens kvalitet fas med hjälp av en apparat 12, med vilken 40 449112 6 kalkens mekaniska egenskaper mätes. Apparaten 12 kan t.ex. vara av den i figur 2 visade typen. Utsignalen fran apparaten är ansluten antingen direkt eller via en processdator 14 till en regleringsenhet 16, som är konstruerad för att reglera driftförhàllandena i kalkugnen 10, i kausticeringsanläggningen 18 och/eller vid mesatvättningen pa t.ex, mesaïiltret 19. I processdatorn 14 beaktas de rådande processförhàllandena.

Regulatorn kan lämpligen ha karaktär av PI eller PID och kan vara utforamd i analog teknik eller digital teknik med motsvarande PI eller PID algoritmer.

Med tillgång till mätsignalen för kalkens mekaniska egenskaper som ärvärde kan reglersystem för kalkcykelns processer utformas pà mángahanda sätt.

Ett sätt är att det sålunda erhållna mätvärdet kopplas som ärvärde i en reglerkrets, vara utsignal kopplas till ett ställdon för justering av bränsletillförseln till ugnen. Bör-g värdet för kalkegenekapen kan därvid inställas manuellt eller erhållas fran en överordnad reglerkrets. Regleringens stabili- tet kan förbättras genom att reglerkreteens utsignal i stället kopplas till börvärdesingangen hos en reglerkrets för regle- ring av temperaturen i ugnen, varvid utsignalen fran denna inre temperaturreglerkrets kopplas till ett ställdon för bräneletillförsel. Temperaturreglerkretsens utsignal kan alternativt kopplas, eventuellt via en inre reglerkrets, till ett stalldon för rökgasflödet genom ugnen eller till ett ställdon för tillflödet av förbränningsluft, Temperaturregler- kretsen kan alternativt utgöras av ett flervariabelt regler- don, varmed flera av ställdonen enligt ovan kan utnyttjas sam- ordnat.

Ett sätt är att mätvärdet kopplas som ärvärde till en reglerkrets, vars utsignal direkt eller via en inre regler- krets, kopplas till ett ställdon för varvtal hos en motor var- med ugnen roterae. _ Ett sätt är att mätvärdet kopplas som ärvärde till en reglerkrets vars utsignal, direkt eller via en inre regler- krets, overförs till ställdonet för vätskeflödet till mess- tvättningen.

Ett sätt är att koppla mätvärdet som ärvärde till en krets för framkopplingsreglering, vars utsignal, direkt eller via en inre reglerkrets, kopplas till ett ställdon för till- f., <3 40 449112 7 flödet av grönlut till släckaren eller till ett ställdon for flödet av kylvatten genom en grönlutskylare eller för flödet av anga genom en grönlutsvärmare.

Ovanstàende utgör exempel pá olika utförningsformer av reglering enligt uppfinningen. De olika sätten kan inom upp- finningstanken kombineras och varieras pà olika sätt.

Det utföringssätt, som för närvarande anses ge de bästa prestanda, utgörs av en kombination av det beskrivna sättet att koppla mätvärdet för kalkens mekaniska egenskaper som ärvärde till en reglerkrets för bränsletillförseln via en inre relgerkrets för ugnstemperatur och av det beskrivna sättet att utnyttja en reglerkrets för framkopplingsreglering av grönlutsflödet till släckaren.

I fig. 2 visas ett exempel pà hur en apparat för in- direkt mätning av hardhet kan utformas. Apparaten 12 inne- fattar en fràn sidan sedd metallplatta 20, som i och för sig kan utgöra en del av kalkhanteringssystemet. Vid plattan 20 är en piezoelektrisk kristall 24 fäst. Kristallen 24 är elek- triskt kopplad till tvä separata signalgrenar. Den första signalgrenen innefattar i serie ett högpassfilter 26, en för- stärkare 28 och en likrikare och integrator 30. Den andra signalgrenen innefattar i serie en förstärkare 32 och en likriktare och integrator 34. Till de bada signalgrenarna är en jämförare 36 kopplad.

När metallplattan 20 träffas av en liten kalkkula, alstras mekaniska vagor i plattan. Vagornas frekvensspektrum innefattar den för plattan 20 specifika grundfrekvensen jämte överlagrade toner. Det visar sig att innehållet av höga frekvenser är större da plattan 20 träffas av en hard, sintrad kula än da den träffas av en mjukare normalt bränd kula. Den piezoelektriska kristallen alstrar vid vibrationer en varier- ande spänning och_utsignalen fràn kristallen bringas att passera genom bada signalgrenarna. I den första signalgrenen högpassfiltreras signalen, varvid grundfrekvensen elimineras och varefter signalen förstärkes, helvàgslikriktas och integreras. Pa sa sätt fas ett matt pa hur mycket energi, som finns i de högfrekventa mekaniska vågorna. Samma behandling av signalen, med undantag för högpassfiltreringen, sker i den andra signalgrenen, varefter kvoten mellan de frán signalgrenarna erhallna signalerna beräknas. Härvid erhålles 40 449112 8 "óvertonhalten" för vibrationerna i plattan, dvs. den andel av den totala energin i de mekaniska vàgorna, som består av höga frekvenser.

För att undvika inverkan av udda mätvärden orsakade av störningar av olika slag och för att erhalla en så representa- tiv utsignal som möjligt är det lämpligt att kontinuerligt bilda medelvärden av ett antal mätningar, exempelvis mellan 10 och 100 enskilda mätningar.

De mekaniska vàgornas fördelning pá olika frekvenser da en yta träffas av kalknoduler av varierande kvalité, kan utnyttjas pà flera olika sätt. Förutom framtagning av övertonhalten pa det sätt, som beskrivs ovan, kan kvoten mellan tva lämpligt valda frekvensband användas. Dessutom är det möjligt att enbart mäta energiinnehallet i ett utvalt frekvensband, utan att beräkna kvoten. Hur dessa band väljs beror till stor del pa ytans egenskaper.

En orsak till att olika stor andel höga frekvenser alstras i en yta av olika härda kalker är att kontakttiden mellan kalk och yta varierar. Ett alternativ till att utnyttja frekvensspektret är därför att mäta kontakttiden.

Ett alternativt sätt att mäta en ytas vibrationer består i att en mikrofon användes för att detektera de akustiska vagor, som vibrationerna ger upphov till. Om en mikrofon används kan man lata kalken falla mot en helt dämpad yta. De uppmätta akustiska vagorna härrör i detta fall huvudsakligen fran kalknodulen. Pa samma sätt som tidigare är det innehållet av höga frekvenser, som skiljer en hàrt bränd kalk fràn en mjuk, varför samma signalbehandling kan utnyttjas.

Mätanordningen kan naturligtvis ocksa utformas pà annat sätt, varvid mätning utföres t.ex.med avseende pa det arbete som åtgår vid mekanisk påverkan av kalken. Sàdan mekanisk paverkan kan bestà av komprimering, krossning eller malning eller av det arbete, som utföres da en kropp bringas att intränga i kalken.

I figur 3 redovisas ett samband mellan den med mätanord- ningen uppmätta hardheten för kalken och kalkens reaktivitet vid släckning i vatten. Detta samband visar att signalen fran mätaren anger ett matt pà kalkens kvalite avseende dess reaktivitet vid släckning. vc, fr* h,

Claims (12)

\_"} 449112 Patentkrav

1. Förfarande för reglering av en eller flera processer i samband med bränning och släckning av kalk och kausticering av grönlut, vilka processer omfattar kalkbränning i t.ex. en kalkugn (10), tvättning och filtrering av mesa, t.ex. pà ett mesafilter (19), och en kausticeringsprocess, samt övervakning av nämnda processer, k ä n n e t e c k n a t av att minst en av den brända kalkena mekaniska egenskaper, exempelvis elasticitetsmodul eller hårdhet, mätes direkt eller indirekt och att denna egenskap eller storhet, som utgör ett mätt pá bade ombränningseffektiviteten i ugnen och kalkens reaktivitet vid släckningen, används för reglering av driftförhallandena i ugnen, vid tvättning av mesa och/eller i en kausticeringsanläggning (18).

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att den uppmätta storheten används för att reglera bränsle- 'tillförseln till ugnen (10), gasflödet genom ugnen, renheten pa mesa in till ugnen och/eller kalk- och/eller grönlutssats- ning till kausticeringsanläggningen.

3. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att en indirekt mätning av kalkens mekaniska egenskaper görs genom att kontakttiden mellan kalk och yta detekteras dä kalknoduler studsar mot en hard yta.

4. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att mätning utföres med avseende pà mekaniska vagor, som bildas dá kalknoduler, företrädesvis av i förväg definierad storleksfraktion, träffar en yta, t.ex. hos en metallplatta (20).

5. Förfarande enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att mätning utföres med avseende pà de mekaniska vàgornas fördelning pà olika frekvenser.

6. Forfarande enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att förhållandet mellan energiinnehallet i tva förutbe- stämda frekvensband mätes, varvid det ena frekvensbandet t.eX. kan väljas sa att det motsvarar den totala energin hos de alstrade vågorna.

7. Förfarande enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att energiinnehàllet i ett definierat frekvensband mätes.

8. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, k ä n n B - t e c k n a t av att energiförbrukningen vid mekanisk pà- 449 'I 'I Z 10 verkan av kalken, t.ex. genom komprimering, krossning eller malning eller genom inträngning i densamma, mätes.

9. Förfarande enligt kravet 8, k ä n n e t e c k n a t av att den mekaniska påverkan utföres pà en kalknodul at gängen.

10. Förfarande enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a t av att den mekaniska påverkan utövas på en förutbestämd mängd kalk.

11. Anordning för genomförande av förfarande enligt kravet 1 för reglering av processer i samband med bränning och släckning av kalk och kausticering av grönlut, vilka processer omfattar kalkbränning i t.ex. en kalkugn (10), filtrering av mesa t.ex. pà ett mesafilter (19) och en kausticeringsprocess, k ä n n e- t e c k n a d av att den innefattar en mätapparat (12) för direkt eller indirekt mätning av minst en av den brända kalkens mekaniska egenskper, exempelvis elasticitetsmodul eller hardhet, varvid en regleringsenhet (16), eventuellt via en processdator (14), utnyttjar mätapparatens (12) utsignal för reglering av driftförhàllandena i kalkugnen, vid tvättning av mesan och/eller i en kausticeringsanläggning.

12. Anordning enligt kravet 11, k a n n e t e c k n a d av att mätapparaten (12) innefattar; - en anslagsplatta (20), avsedd att stötpàverkas av kalk- noduler, - ett med anslagsplattan (20) samverkande piezoelektriskt element (24) för omvandling av anslagsplattans mekaniska vibrationer till en elektrisk utsignal; - en första signalgren, som i serie innefattar ett hög- passfilter (26) och en likriktare/integrator (30); - en andra signalgren, som innefattar en likriktarelinte- grator (34): samt - en jämförare (36), som är anordnad att jämföra de bada signalgrenarnas utsignaler, t_ex. genom utnyttjande av kvotbildning. M M!