SE512959C2

SE512959C2 - Case film evaporators with horizontal tubes for evaporation of wastewater from cellulose production

Info

Publication number: SE512959C2
Application number: SE9603766A
Authority: SE
Inventors: Lars Olausson
Original assignee: Kvaerner Pulping Tech
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 2000-06-12
Also published as: SE9603766D0; WO1998016685A1; SE9603766L; AU4731897A

Abstract

The invention comprises a falling-film evaporator for evaporating wast liquor from pulp cooking, comprising a tube system (4, 5) with horizontal tubes (4). The invention is characterized in that the tubes (4) are, at each tube end, mounted in tube plates (5) provided with flow-through holes, and in that both the tube plates (5) are supportingly and sealingly fixed to the container wall (1) so that a closed space (18, 19) with an inlet (7) and outlets (10, 11) for the evaporation steam exists between the tube plates (5) and the wall (1).

Description

15 20 25 30 35 512 95_9 2 ånga utanpå dessa. Även koncentriska rör inuti varandra kan förekomma. 15 20 25 30 35 512 95_9 2 steam on top of these. Concentric tubes inside each other can also occur.

Fallfilmsindunstare med tubsystem med horisontella tuber har också föreslagits på sistone. Den svenska patentansök- ningen 9501388-4, inlämnad den 18 april 1995 beskriver en sådan konstruktion.Fall film evaporators with tube systems with horizontal tubes have also been proposed recently. Swedish patent application 9501388-4, filed April 18, 1995, describes such a construction.

Beroende på hur koncentrerad luten är och vilken temperatur som erfordras används vattenånga med ett tryck som kan ligga mellan l och 12 bar över atmosfärstrycket. Detta gör att indunstaren måste göras stabil så att den kan motstå det inre trycket. Apparaterna är i regel cylinderformade med en höjd av ca. 10 meter och med en diameter av 2-6 meter. Indunstarna är vanligen kopplade i serie, varvid ånga som bildas i en apparat används för indunstning i en annan. Indunstningstemperaturen i de olika apparaterna är olika och den högsta temperaturen råder oftast där man indunstar den mest koncentrerade luten. Denna indunstare värms då gärna med s.k. färsk ånga av önskat tryck.Depending on how concentrated the liquor is and what temperature is required, water vapor is used with a pressure that can be between 1 and 12 bar above atmospheric pressure. This means that the evaporator must be made stable so that it can withstand the internal pressure. The devices are usually cylindrical with a height of approx. 10 meters and with a diameter of 2-6 meters. The evaporators are usually connected in series, with steam formed in one apparatus being used for evaporation in another. The evaporation temperature in the different devices is different and the highest temperature usually prevails where the most concentrated liquor is evaporated. This evaporator is then preferably heated with so-called fresh steam of desired pressure.

TEKNISKA PROBLEMET: När lutfilmen har kommit upp i hög koncentration kan utfällningar ske så att avlagringar på värmeytorna kan uppkomma. Sådana avlagringar har en benägenhet att ackumu- leras, speciellt då luten strömmar ner inuti trånga tuber.TECHNICAL PROBLEM: When the lye film has reached a high concentration, precipitation can occur so that deposits on the heating surfaces can occur. Such deposits have a tendency to accumulate, especially when the liquor flows down inside narrow tubes.

Om man istället låter filmen falla ned på utsidan av tuberna eller lamellerna så kan igensättnings- och ren- göringsproblemen på grund av avlagringar minskas. Eftersom den fallande lutfilmen vanligtvis strömmar ner längs en lång slät yta utan turbulensgivande ojämnheter blir värme- överföringen ofta låg. Systemet med horisontella tuber såsom nämnts ovan löser problemet med för låg värmeöver- föring, men denna nya konstruktion har behövt förbättras och förbilligas. -wlf 1! 10 15 20 25 30 35 512 959 LösNINGEN= Man har enligt föreliggande uppfinning löst ovannämnda problem och åstadkommit en bättre och billigare fallfilms- indunstare för indunstning av avloppsvätska från cellulo- satillverkning, t.ex. svartlut, bestående av en lång- sträckt, upprättstående behållare med inlopps- och ut- loppsöppningar för ånga och avlut och ett tubsystem med horisontella tuber i behållaren avsett att genomströmmas av indunstningsångan och på utsidan omges av en fallande film av avlut, som kännetecknas av att tuberna är monterade i med genomströmningshål försedda tubplattor vid vardera tubänden och att de båda tubplattorna är bärande och tätande fastgjorda vid hållarväggen så att ett slutet utrymme med inlopp och utlopp för indunstningsångan förefinnes mellan tubplattorna och väggen.If you instead let the film fall on the outside of the tubes or slats, the clogging and cleaning problems due to deposits can be reduced. Since the falling lye film usually flows down a long smooth surface without turbulent irregularities, the heat transfer is often low. The system with horizontal tubes as mentioned above solves the problem of too low heat transfer, but this new design has needed to be improved and cheaper. -wlf 1! THE SOLUTION = According to the present invention, the above-mentioned problems have been solved and a better and cheaper fall film evaporator has been provided for evaporating waste liquid from cellulose production, e.g. black liquor, consisting of an elongated, upright container with inlet and outlet openings for steam and liquor and a tube system with horizontal tubes in the container intended to be permeated by the evaporating steam and surrounded on the outside by a falling film of liquor, characterized the tubes are mounted in tube plates provided with flow holes at each end of the tube and that the two tube plates are load-bearing and sealingly attached to the retaining wall so that a closed space with inlet and outlet for the evaporating steam is present between the tube plates and the wall.

För att möjliggöra enkel rengöring av värmeytorna är det enligt uppfinningen lämpligt att tuberna är anordnade i form av vertikala rader med parallella ovanför varandra liggande tuber.In order to enable easy cleaning of the heating surfaces, it is suitable according to the invention that the tubes are arranged in the form of vertical rows with parallel superimposed tubes.

Utrymmena vid vardera tubplatta kan enligt uppfinningen lämpligen vara uppdelade med en eller flera horisontella skiljeväggar för avböjning av ångströmmen och uppdelning av bildat kondensat i flera fraktioner av olika renhetsgrad.According to the invention, the spaces at each tube plate can suitably be divided by one or more horizontal partitions for deflection of the steam stream and division of formed condensate into several fractions of different degrees of purity.

Enligt uppfinningen är det lämpligt att förstärknings- stänger eller liknande är anordnade mellan och är förbundna med tubplattorna och behållarväggen för förhindrande av deformation av behållarväggen vid högt inre tryck på indunstningsångan.According to the invention, it is suitable that reinforcing rods or the like are arranged between and are connected to the tube plates and the container wall in order to prevent deformation of the container wall at high internal pressure on the evaporating steam.

Det är vidare enligt uppfinningen lämpligt att de före- trädesvis rektangulära tubplattorna är fastsvetsade eventuellt via avståndsplåtar vid behållarväggen eller nedförda i spår monterade på behållarväggen. 10 15 20 25 30 35 “S12 959. 4 Tätningar mellan behållarväggen och tubplattorna vid tubplattornas övre och nedre kanter är lämpligen anordnade i form av tätningsplåtar.It is furthermore according to the invention suitable that the preferably rectangular tube plates are welded possibly via spacer plates to the container wall or lowered into grooves mounted on the container wall. 10 15 20 25 30 35 “S12 959. 4 Seals between the container wall and the tube plates at the upper and lower edges of the tube plates are suitably arranged in the form of sealing plates.

Enligt uppfinningen är det lämpligt att den avdunstade ångan tas ut vid toppen av behållaren.According to the invention, it is suitable that the evaporated steam is taken out at the top of the container.

Då den avdunstade ångan tas ut vid toppen av behållaren är det enligt uppfinningen lämpligt att en droppavskiljare för avskiljning av vätskedroppar från den avdunstade ångan är anordnad ovanför en fördelningslåda för fördelning av lut som skall indunstas ovanför tubsystemet.When the evaporated steam is taken out at the top of the container, it is suitable according to the invention that a drip separator for separating liquid drops from the evaporated steam is arranged above a distribution box for distributing lye to be evaporated above the tube system.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade figurer där; Fig. 1 visar ett vertikalsnitt av en fallfilmsindunstare enligt uppfinningen, där Fig. 2 visar ett vertikalsnitt längs linjen A-A i fig. l och där Fig. 3 visar ett horisontalsnitt genom fallfilmsindunsta- ren enligt föreliggande uppfinning.DESCRIPTION OF THE FIGURES: The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying figures therein; Fig. 1 shows a vertical section of a falling film evaporator according to the invention, where Fig. 2 shows a vertical section along the line A-A in Fig. 1 and where Fig. 3 shows a horizontal section through the falling film evaporator according to the present invention.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM: Fig. 1 visar en behållare 1 som företrädesvis är cylindrisk med en skålformig bottendel 2 och en motsvarande utformad överdel 3. Inuti behållaren 1. är horisontella tuber 4 anordnade. Dessa tuber är vid sina båda ändar införda i och tätande fästade vid vertikala tubplattor 5. Tuberna 4 och tubplattorna 5 utgör således ett tubsystem i form av en enhet eller en kassett. Tubplattorna 5 är lämpligen plana men de kan också vara bågformade eller ha någon annan utformning. 10 15 20 25 30 35 512 959 5 Såsom kommer att visas på fig. 3 är tubsystemet fäst direkt eller indirekt vid cylinderkroppen 1 vid tubplattorna 5 längsgående vertikala kanter. Mellan tubplattorna 5 och cylinderkroppen 1 kommer därför ett utrymme att uppstå, vilket utrymme skall vara slutet och man har därför anordnat tätningar 6 vid tubplattornas övre och nedre horisontella kanter mot cylinderkroppen 1. Dessa tätningar utgöres lämpligen av plåtar som kan vara svetsade vid de övre och nedre kanterna på tubplattorna 5 och cylinder- väggen 1 men de kan också vara fästade på annat sätt under förutsättning av att de utgör en. permanent och tålig tätning som tål övertryck från rummen mellan tubplattorna 5 och behållarväggen 1. Dessa plåttätningar 6 är därför lämpligen gjorda bågformade för att kunna motstå ett högt tryck och för att vara okänsliga för påfrestningar p.g.a. värmeutvidgning.DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT: Fig. 1 shows a container 1 which is preferably cylindrical with a cup-shaped bottom part 2 and a correspondingly shaped upper part 3. Inside the container 1, horizontal tubes 4 are arranged. These tubes are inserted at both ends into and sealingly attached to vertical tube plates 5. The tubes 4 and the tube plates 5 thus form a tube system in the form of a unit or a cassette. The tube plates 5 are suitably flat, but they can also be arcuate or have another design. As will be shown in Fig. 3, the tube system is attached directly or indirectly to the cylinder body 1 at the longitudinal vertical edges of the tube plates 5. Between the tube plates 5 and the cylinder body 1 a space will therefore arise, which space should be closed and seals 6 have therefore been arranged at the upper and lower horizontal edges of the tube plates towards the cylinder body 1. These seals are suitably made of plates which can be welded at the upper and the lower edges of the tube plates 5 and the cylinder wall 1, but they can also be attached in another way, provided that they form one. permanent and durable seal that can withstand overpressure from the spaces between the tube plates 5 and the container wall 1. These plate seals 6 are therefore suitably made arcuate to be able to withstand a high pressure and to be insensitive to stresses due to thermal expansion.

En rätt stor inloppsöppning 7 i behållarväggen l är gjord för inströmning av ånga i utrymmet mellan den ena tub- plattan 5 och cylinderväggen 1. Ångan kommer då att strömma in i detta utrymme och sedan genom tuberna 4 och in i utrymmet på andra sidan av tubsystemet. Man har där enligt uppfinningen gjort en skiljevägg 8 i övre delen av utrymmet och en motsvarande skiljevägg 9 i det första utrymmet, där ångan strömmar in i behållaren, så att ångan kommer att böjas av i det andra utrymmet och strömma i motsatt riktning till inströmningsångan i den nedre delen av tubsystemet varefter den ånyo avböjes för att sedan avluftas genom öppningen 10.A fairly large inlet opening 7 in the container wall 1 is made for the inflow of steam into the space between one tube plate 5 and the cylinder wall 1. The steam will then flow into this space and then through the tubes 4 and into the space on the other side of the tube system. . According to the invention, a partition wall 8 has been made in the upper part of the space and a corresponding partition wall 9 in the first space, where the steam flows into the container, so that the steam will be deflected in the second space and flow in the opposite direction to the inflow steam in the lower part of the tube system after which it is deflected again and then vented through the opening 10.

Den ånga som strömmar genom tuberna 4 i den lägre delen av tubsystemet kommer att delvis kondensera och kondensatet som är rent tas ut vid utloppet ll. Den ånga som konden- seras i den övre delen av tubsystemet kommer ut i det första utrymmet ovanför skiljeväggen 9. I denna har man lämpligen anordnat en genomströmningsmöjlighet för detta 10 15 20 25 30 35 512 959 6 något smutsigare kondensat in i det utrymmet där den rena ångan kommer in. I den allra översta delen av tubsystemet kondenseras ånga som ger ett smutsigt kondensat vilket tas ut tillsammans med icke kondenserad ånga eller separat vid utloppet 10.The steam flowing through the tubes 4 in the lower part of the tube system will partially condense and the condensate which is clean is taken out at the outlet ll. The steam which is condensed in the upper part of the tube system comes out into the first space above the partition 9. In this a flow-through possibility for this slightly dirtier condensate has suitably been arranged into the space where it pure steam enters. In the very top part of the tube system, steam is condensed which gives a dirty condensate which is taken out together with non-condensed steam or separately at the outlet 10.

Såsom är vanligt vid denna typ av indunstare tillföres den lut som skall indunstas till en fördelare 12 ovanför tuberna 4. Fördelaren 12 utgöres av en låda med bottenhål genom vilka luten strömmar jämt fördelad över rören 4 och ner till bottendelen 2 under indunstning. Den indunstade vätskan i 'bottendelen 12 återföres delvis till ny in- dunstning genom röret 13 och tas ut delvis genom röret 14.As is usual with this type of evaporator, the liquor to be evaporated is supplied to a distributor 12 above the tubes 4. The distributor 12 consists of a box with bottom holes through which the liquor flows evenly distributed over the pipes 4 and down to the bottom part 2 during evaporation. The evaporated liquid in the bottom part 12 is partly returned to new evaporation through the tube 13 and is taken out partly through the tube 14.

Ny vätska som skall indunstas tillföres den nedre delen av hållaren 1 genom ett tillförselsrör 15.New liquid to be evaporated is supplied to the lower part of the holder 1 through a supply pipe 15.

Den ånga som har utvecklats under indunstningen på utsidan av rören 4 får enligt uppfinningen strömma uppåt och tas ut genom utloppsöppningen 16. Det är därför lämpligt att man anordnar en droppavskiljare 17 framför utloppsöppningen 16, varvid uppfångade droppar kan falla ner i fördelarlådan 12.The steam which has developed during the evaporation on the outside of the pipes 4 may according to the invention flow upwards and be taken out through the outlet opening 16. It is therefore suitable to arrange a drip separator 17 in front of the outlet opening 16, whereby trapped drops can fall into the distribution box 12.

Det är också möjligt att anordna utströmningen av utvecklad ånga på annat sätt.It is also possible to arrange the outflow of evolved steam in another way.

Fig. 2 visar ett vertikalsnitt genom tuberna 4. På denna figur visas hur ångan strömmar upp bredvid tubsystemet 4 för att slutligen tas ut vid utloppet 16.Fig. 2 shows a vertical section through the tubes 4. This figure shows how the steam flows up next to the tube system 4 to be finally taken out at the outlet 16.

Fig. 3 visar ett horisontalsnitt genom tubsystemet och behållaren 1. Tubsystemet är såsom visas med figuren rektangulärt eller kvadratiskt i snitt och bildar därför fyra utrymmen 18, 19 och 20, 21 med den cylindriska behållaren 1. Tubplattorna 5 är fästade företrädesvis genom svetsning vid sina vertikala kanter. Infästningen vid cylinderväggen 1 kan vara gjord genom direkt svetsning eller med hjälp av avståndsplåtar 22 utformade för att ge u' 10 15 20 25 30 35 512 959 7 en mer eller mindre flexibel ínfästning. Det är också möjligt att anordna spår i form av skenor eller liknande på cylinderväggen l och sänka ned tubsystemet 4-5 i dessa spår genom att man gör motsvarande anordningar i tubplattornas 5 kanter. Det är emellertid viktigt att anslutningen mellan tubplattorna 5 och cylinderväggen l blir tät. För mycket stora indunstningsapparater kan de horisontella tuberna behöva stödjas av en eller flera stödplåtar liknande tubplattorna 5, s.k._bafflar.Fig. 3 shows a horizontal section through the tube system and the container 1. The tube system is as shown in the figure rectangular or square in section and therefore forms four spaces 18, 19 and 20, 21 with the cylindrical container 1. The tube plates 5 are attached preferably by welding to their vertical edges. The attachment to the cylinder wall 1 can be made by direct welding or by means of spacer plates 22 designed to give a more or less flexible attachment. It is also possible to arrange grooves in the form of rails or the like on the cylinder wall 1 and to lower the tube system 4-5 into these grooves by making corresponding devices in the edges of the tube plates 5. However, it is important that the connection between the tube plates 5 and the cylinder wall 1 is tight. For very large evaporators, the horizontal tubes may need to be supported by one or more support plates similar to the tube plates 5, so-called baffles.

Den inströmmande ångan genom inloppet 7 har vanligen ett högt tryck, exempelvis 2 bar. Den indunstade ångan har emellertid ett lägre tryck oftast i trakterna av l bar men även vakuum kan råda för denna ånga. En stor tryckskillnad kommer därför att råda mellan utrymmena 18, 19 och 20, 21.The inflow of vapor through the inlet 7 usually has a high pressure, for example 2 bar. However, the evaporated steam has a lower pressure, usually in the regions of 1 bar, but a vacuum can also prevail for this steam. A large pressure difference will therefore prevail between the spaces 18, 19 and 20, 21.

Detta kan leda till att cylinderväggen 1 deformeras och blir oval. För att förhindra denna deformation av cylinder- väggen vilket givetvis kan åstadkomma brott eller andra olägenheter har man därför enligt uppfinningen anordnat förstärkningsstänger 23 mellan plåtarna 5 och cylinder- väggen 1. Dessa stänger 23 som kan utgöras av plattjärnband eller något annat är lämpligen fastsvetsade i tubplattan 5 och cylinderväggen 1. Därigenom förstärkes konstruktionen och skadlig utböjning av cylinderväggen 1 i utrymmena 18 och 19 kan således förhindras. För vissa belastningsfall kan det också vara fördelaktigt att använda förstärknings- stänger 23 kopplade till en baffel för förhindrande av skadlig ut- eller inböjning av cylinderväggarna 20 och 21.This can lead to the cylinder wall 1 being deformed and becoming oval. In order to prevent this deformation of the cylinder wall, which can of course cause breakage or other inconveniences, reinforcing rods 23 have therefore been arranged between the plates 5 and the cylinder wall 1. These rods 23, which may be flat iron strips or something else, are suitably welded to the tube plate 5 and the cylinder wall 1. Thereby the construction is reinforced and damaging deflection of the cylinder wall 1 in the spaces 18 and 19 can thus be prevented. For some load cases, it may also be advantageous to use reinforcing bars 23 coupled to a baffle to prevent damaging deflection or deflection of the cylinder walls 20 and 21.

Genom föreliggande uppfinning har man åstadkommit en fallfilmsindunstare som utnyttjar den effektiva indunst- ningen genom att indunstningsvätskan får rinna utanpå horisontella tuber och som har den stora fördelen att konstruktionen är enkel och lite kostnadskrävande. Således är tillverkningen av själva tubpaketet mycket enkel att genomföra. Hål borras i tubplattorna 5 på ett automatiserat 512 9,59 8 och enkelt sätt och tuberna valsas eller fastsvetsas i hålen på ett lika-ledes automatiskt och snabbt sätt.The present invention has provided a falling film evaporator which utilizes the efficient evaporation by allowing the evaporation liquid to flow over horizontal tubes and which has the great advantage that the construction is simple and a little costly. Thus, the manufacture of the tube package itself is very easy to carry out. Holes are drilled in the tube plates 5 in an automated manner and the tubes are rolled or welded into the holes in an equally automatic and fast manner.

Uppfinningen är icke begränsad till den visade utförings- formen utan den kan varieras på olika sätt inom patent- kravens ram.The invention is not limited to the embodiment shown, but it can be varied in various ways within the scope of the patent claims.

Claims

10 15 20 25 30 35 512 95.9 A K V:

1. Fall film evaporators for evaporation of effluent from cellulose manufacture, e.g. black liquor, consisting of an elongate upright container (1) with inlet and outlet openings (7, 15, 10, ll, 14, 16) for steam and liquor and a tube system (4, 5) with horizontal tubes (4) in the container ( 1) intended to be flowed through by the evaporating steam and surrounded on the outside by a falling film of sewage, characterized in that the tubes (4) are mounted in flow-through tube plates (5) at each end of the tube and that the two tube plates (5) are load-bearing and sealingly attached to the container wall (1) so that a closed space (18, 19) with inlet (7) and outlet (10, 11) for the evaporating steam is present between the tube plates (5) and the wall (1).

Fall film evaporator according to claim 1, characterized in that the tubes (4) are arranged in the form of vertical rows with parallel superimposed tubes (4).

Fall film evaporator according to claim 1 or 2, characterized in that the spaces (18, 19) at each tube plate (5) are divided by one or more horizontal partitions (8, 9) to enable condensate segregation by deflection of the steam current.

Fall film evaporator according to one of Claims 1 to 3, characterized in that reinforcing rods (23) or the like are arranged between and are connected to the tube plates (5) and the container wall (1) in order to prevent deformation. of the container wall (1) at high internal pressure on the evaporating steam.

Fall film evaporator according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the preferably rectangular tube plates (5) are welded, possibly via discharge plate edges (22) to the container wall (1) or lowered into grooves mounted on the container wall.

Fall film evaporator according to one of Claims 1 to 5, characterized in that seals between the container wall and the tube plates (5) are arranged in the form of sealing plates (6) at the upper and lower edges of the tube plates (5).

Fall film evaporator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the evaporated steam is taken out at the top (3) of the container (1).

Fall film evaporator according to claim 7, characterized in that a droplet separator (17) for separating liquid droplets from the evaporated vapor is arranged above a distribution box (12) for distributing lye to be evaporated above the tube system (4). 5). (in