SE527127C2 - Process och apparat för produktion av termisk och elektrisk energi i en pappersmassefabrik - Google Patents

Description

som ett fast material i barkkokaren (härefter “barkkokare”). l da- gens sulfatpappersmassefabriker utnyttjas också för energipro- duktion slam som återvunnits från reningen av avbarkningsan- läggningscirkulationsvattnet och avloppsvatten, överflödigt slam från den biologiska behandlingsprocessen av avloppsvatten, så- väl som starka och förtunnade luktgaser, och metanol i vätske- form, så väl som, vid sidan av parallell produktion, till en del tall- såpa, tallolja, björkolja och rå terpentin. Det används redan avancerade system, i vilka överflödigt slam, starka och förtunna- de luktgaser och metanol bränns i sodaåtervinningspannan.

Värmen som genereras i sodaåtervinningspannan, respektive i barkkokaren, återvinns genom generering av en överhettad högtrycksånga i kokaren, vilken överförs till en ängturbin för pro- duktion av elektricitet. Ångan lämnar turbinen i form av så kallad mottrycksånga, eller spillånga, och dess värmeinnehàll utnyttjas som processànga i pappersmassefabriken på ställen där ånga används, eller i produktionen av kondensationselektricitet. Om pappersmassefabriken är integrerad i en pappersfabrik produce- ras i allmänhet inte överflödig termisk energi.

En modern sulfatpappersmassefabrik producerar ånga till turbin- anläggningen genom förbränning av alkali från sodaåtervinnings- pannan i en sådan utsträckning att andelen av mottrycksvärme och elektricitet överstiger värme- och elektricitetskonsumtionen hos fabriken självt, och en del av mottrycksvärmen måste använ- das för produktion för att nå en jämviktssituation mellan energi- produktion och konsumtion, varvid kondensationselektricitet i en kondenseringssektion tillförs mottrycksturbinen. Med detta menas att för att tillfredsställa dess värme och energibehov behöver pa- ppersmassefabriken inte en barkkokare, eller värme producerad däri medelst bark. l detta avseende är bark ett överflödigt bräns- le för pappersmassefabriken, och en barkkokare är en onödig in- vestering. Värdet av bark som säljs till utomstående användare reduceras väsentligt på grund av kostnaderna som uppstår i samband med dess transport.

Trots den överflödiga värmeproduktionen som beskrivs ovan an- vänds emellertid fossila bränsle i en pappersmassefabrik för re- generering av kalk som används i förberedelsen av koknings- vätskan; denna regenerering utförs vid en temperatur över 1000°C i kalkmesaugnen (trumbrännugn).

Torkad bark och sågdamm förgasades till rökgas (härefter gene- rellt kallad "rökgas”) så tidigt som tidigt 1980-tal, för användning som rökgas i kalkmesaugnen för att ersätta användning av fossi- la bränslen. Endast ett fåtal förbränningsanläggningar byggdes på grund av ett starkt och långvarigt fall i marknadspriserna på råolja.

Den uppnådda ökningen i avkastningen hos kokningen, nyligen gjorda modifieringar hos kokningen, införandet av syrablekning och länkningen av blekningsfiltrat inom återvinningscykeln har reducerat kalorivärdet hos bränslet, koncentrerade vätskor, hos sodaåtervinningspannan. Samtidigt har styrningen av förhållan- dena, och utsläppen hos förbränningen, ökat i svårighet i takt med den ökande kokarstorleken. Ökningen av mängden torrt ma- terial i den koncentrerade vätskan och nya förbränningsluftdistri- butionssystem har endast delvis löst dessa problem.

Från patentlitteraturen är det känt med olika nya möjligheter för exploatering av de intraprocessbiogena bränslena vid pappers- massekokning. Finskt patent nr. 102395 visar en metod vars principiella ändamål är att komplettera den idag använda soda- återvinningsprocessen genom att använda den kända separata överhettningskokningsteknologin, vilken innebär att förbrän- ningsgasen erhålls genom förgasning av en del av den koncent- rerade vätskan. Förbränningsgasen renas innan den matas till överhettningskokaren, för att på så sätt minska alkalinivån och att förhindra nedsmutsning av överhettningskokaren. Ändamålet med metoden enligt den finska publicerade patentan- sökan nr. 82494, är att helt och hållet ersätta den nuvarande för- bränningsprocessen med en ny förfinad process, vari vätskan för- 'É-T” 127 gasas i en trycksatt förgasningsreaktor och förbränningsgasen bildas från den oorganiska materialdelen, och gasen som bildas från den oorganiska materialdelen borttages från förgasningsre- aktorn. Gasen kyls och renas, och smältan löses för att kunna föras vidare till processen för preparering av alkalikokningsväts- kor. Den renade gasen bränns för att producera ånga och elektri- citet i en så kallad ”gasturbin/gasturbinscykel”. Vad som avses är således en process baserad på trycksatt förgasning och gastur- binteknologi.

En liknande lösning visas i den finska publicerade patentansökan nr. 91172 som berör en process i vilken vätska sönderdelas ter- miskt i en trycksatt reaktor vid så låg temperatur att ingen smälta bildas. Processen utnyttjar rökgas erhållen från svartlut i en gas- turbin; den termiska energin som finns i dess utträdesgaser ut- nyttjas i en rökgaskokare, varvid en del av rökgasen också kan användas för produktion av högtrycksånga. Uttrådesgaserna hos rökgaskokaren överförs till en bränsletork, där till exempel bark torkas som sedan förgasas under tryck. Gasen kan utnyttjas för att överhetta ångan (omedelbar överhettning). De renade gaser- na kombineras med gaser från den termiska sönderdelningen av svartlut för att sedan överföras till gasturbinen. Detta fall avser också en process baserad på trycksatt förgasning som ersätter den för närvarande använda sodaàtervinningskokningsproces- sen.

En tredje gasturbinprocess visas i den finska publicerade patent- ansökan nr. 84516. Ändamålet med denna kända process är att ändra förhållandet av värmeproduktion till elektrisk produktion i en sulfatpappersmassefabrik så att sulfatpappersmasseproces- sen blir självförsörjande med avseende på elektricitet, utan att för den delen producera mer ånga än den egna behovet. Det fö- reslås att endast ett ångbehov motsvarande värmekonsumtionen hos anläggningen, körs genom ångturbinen hos pappersmasse- fabriken, och att överskottsånga används, företrädesvis i sin hel- het, som injektionsånga i gasturbinen för att på så sätt öka dess effektivitet. (51 FO \\'l ...x PO ä! Gasturbinprocessen som nämnts ovan är inte lätt att implemente- ra i praktiken, eftersom det i praktiken är omöjligt att fortsätta Tomiinson processen med förgasning av svartlut på grund av svårigheter i samband med trycksatt förgasning och på grund av de höga finansiella risker som förknippas med införande av ny teknologi, även inom ett mellanområde.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att eliminera nackde- larna i samband med teknikens ståndpunkt, och att tillhandahål- la, speciellt för nya men också för äldre, pappersmassefabriker, ett lämpligt alternativ som gör det möjligt att exploatera all bar- ken och andra, från trä härledda, bränslen som produceras i fa- briken och, om så behövs, hämtade utifrån för att effektivt an- vändas i energiproduktion.

Uppfinningen baseras på idén att bark och annat spillträ torkas till ett torrt materialinnehåll på över 70%, och att den torkade barken förgasas i form av rökgas. En väsentlig andel av rökga- sen förbränns för att producera ytterligare värme i återvinnings- pannan, och om så önskas bränns en del i någon annan enhet av fabriken som behöver extra bränsle, såsom kalkmesaugnen hos en sulfatfabrik för att producera kalkslamäterbränningsàtervin- ningsvärme. Om det är möjligt att använda till exempel tallolje- beck eller tallolja vid kalkåterbränning, förbränns rökgaserna i sin helhet i sodaåtervinningspannan.

Rökgasen som produceras av processen enligt uppfinningen kan användas för att öka värdena hos den överhettade ångan som produceras av återvinningspannan, så att de närmare sig dem i dagens kraftanläggningskokare, för att på så sätt förbättra av- kastningen av elektricitet. För att undvika korrosionsproblem i återvinningspannan är det att föredra att utföra detta steg i en separat överhettningskokare, som också kan fungera som en så kallad förkammare till återvinningspannan. I detta fall överförs avgaserna från överhettningskokaren till återvinningspannan för att återvinna värme. Det är också möjligt att utföra överhettning- “_77 en av den producerade ångan i sin helhet med användning av förbränningsgaserna som produceras vid den separata bränning- en av rökgas. Avgaserna från den separata förbränningen som utförs i överhettningskokaren, eller i förkammaren hos återvin- ningspannan, överförs efter överhettningen till kondenseringsde- len hos återvinningspannan.

Uppfinningen har således inte som ändamål att ersätta den be- fintliga sodaåtervinningskokarprocessen (Tomlins process), så- som är fallet i de tidigare nämnda referenserna, utan ett biogent bränsle förgasas och bränns i direkt kontakt med förbränningen av koncentrerad vätska enligt Tomlins process i en sodaåtervin- ningspanna. Företrädesvis torkas bark med användning av för- bränningsgaserna hos sodaåtervinningspannan. l detta fall an- vänds för torkningen till exempel en torkningsenhet gjord av en flerstegskaskadtorkare. Utträdesänden hos denna enhet ansluts till en förgasare som producerar en rökgas som kan - möjligen efter rening - matas in i återvinningspannan.

I synnerhet kännetecknas processen enligt uppfinningen i huvud- sak av vad som framgår av den kännetecknande delen av krav 1.

Processen enligt uppfinningen för användning av en sulfatfabrik för produktionen av termisk och elektrisk energi kännetecknas för sin del av vad som framgår av den kännetecknade delen av krav 9.

Apparaten enligt uppfinningen kännetecknas av vad som framgår av den kännetecknande delen av krav 19.

Betydande fördelar uppnås med uppfinningen. Uppfinningen är speciellt applicerbar på sulfatprocessen, men kan också applice- ras på sodaprocessen, sulfitprocessen, polysulfidprocessen och olika organosolvprocesser. Uppfinningen och dess fördelar be- skrivs mer i detalj särskilt i termer av sulfatprocessen, men mot- svarande fördelar kan också erhållas i andra kommersiella pro- cesser.

Ef-É? 127 l nya pappersmassefabriker gör processen inköpet av en separat barkkokare helt onödig; vilket avsevärt minskar investeringskost- naderna. Processen förenklar utrustningen, dess handhavande och underhåll, samt förbättrar energieffektiviteten. l en ny sulfat- pappersmassefabrik behövs en 10 - 20% högre termisk energi- produktionskapacitet i sodaåtervinningspannan. l äldre pappers- massefabriker kan processen implementeras i samband med större grundläggande reparationer.

Eftersom föreliggande process kännetecknas av att fossila bräns- len i en pappersmassefabrik endast används i samband med stängning, uppstart och i störningssituationer hos fabriken, kom- mer koldioxidutsläppen från fossila ursprung, vilka verkar nedbry- tande på atmosfären och orsakar den så kallade växthuseffekten, att förbli mycket låga, trots att energieffektiviteten och kostnads- effektiviteten förbättras avsevärt.

Främmande substanser skadliga för pappersmasseprocessen, såsom silikon, aluminium, klorin och kalium, vilka kan koncentre- ras i alkalicykeln, förs bort med trämaterialet och således också med barken. En förgasningsteknologi i vilken askan kan separe- ras, och reningen och förbränningen av rökgasen i kalkmesaug- nen ochleller sodaàtervinningspannan ger en god möjlighet att begränsa inträdet av de tidigare nämnda skadliga substanser in l processen.

Torkad bark kan användas i energiproduktionen hos pappers- massefabriken som sådan, till exempel behandlad (krossad, mald, etc.), och då kan det màlsatta slutliga fuktighetsinnehållet vara högre (25 - 35 %). Användningen inkluderar äldre barkkoka- re och kalkmesaugnen, såväl som sodaåtervinningspannan, om avskiljningen av skadliga främmande substanser från alkalicykeln kan implementeras.

Användningsområdet för uppfinningen täcker, förutom spillveds- bränsle producerat vid en pappersmassefabrik, bränsle härstam- 527 127 mande från trä, eller motsvarar bränsle erhållet från en träpro- duktionskedja utanför fabriken, eller separat bränsleproduktion.

Torv behandlad på ovan beskrivna sätt är också lämpligt att an- vända som bränsle. lnförskaffandet av en barkkokare för en pappersmassefabrik kos- tar, beroende av storleken på fabriken, 20 - 30 miljoner euro.

Den kräver personal för hantering och underhåll, såväl som ma- terial för dess användning och underhåll för att kunna fungera.

Den ytterligare investering som krävs för en pappersmassefabrik enligt processen, baserad på förgasning, kommer att vara unge- fär hälften av investeringen i en barkkokare. Hanterings- och un- derhållskostnader för sodaåtervinningspannan kommer inte att öka som en följd av på förändringen. Hanteringen av torkningen av barken kräver ingen särskild personal. Kostnaderna för un- derhåll av torknings- och förgasningsapparaten blir klart lägre än motsvarande kostnader för barkkokaren.

Effekten av processen enligt uppfinningen på belastningen av miljön beror på vilka förhållanden som systemet appliceras på.

Den största förbättringen erhålls om den tunga bränsleoljan hos kalkmesaugnen ersätts, i enlighet med processen, med rökgas (approximativt 45 %) och resten bränns i sodaàtervinningsbrän- naren (approximativt 55 %). l en modern pappersmassefabrik be- tyder detta årligen att approximativt 20.000 ton ersätts med rök- gas. På en årsbasis betyder detta approximativt 17.500 ton mind- re av skadliga koldioxidutsläpp, och om naturgas ersätts betyder det approximativt 12.500 ton per år. Väsentligt är också den för- bättring av styrningen av förbränningen i sodaåtervinningspan- nan, i jämförelse med tidigare, som åstadkoms tack vare den ökade värmeeffekten, som i sin tur gör det möjligt att minska skadliga utsläpp, och å andra sidan att öka enhetens storlek vil- ket förbättrar ekonomin.

En modern pappersmassefabrik (600.000 Adtld) producerar vid ett jämviktstillstànd av värmeproduktion och drift, 35 - 40 MW 527 127 elektricitet utöver sitt eget behov. Om approximativt 55 % av ovan nämnda gas överförs till sodaåtervinningspannan för för- bränning och den ökande ångan överförs till kondenseringsdelen av turbinen, kommer överskottet av elektricitet att vidare stiga med approximativt 10 MW, och ännu mer om en separat över- hettningskokare används. Enligt uppfinningen är det därför för- delaktigt att överföra åtminstone approximativt 40% av gasen till återvinningspannan.

Ovanstående uppfinning kommer att diskuteras nedan med hjälp av en detaljerad beskrivning med referens till bifogade ritningar.

Figur 1 visar ett översiktligt schemat av den första utföringsfor- men av uppfinningen, och Figur 2 visar det detaljerade processflödesschemat för förgas- ningsprocessen hos uppfinningen.

Såsom noterades ovan är sodaåtervinningspannan, tillsammans med ångkokaren, en viktig kemisk reaktor för driften hos pap- persmassefabriken; detta har konventionellt begränsat dess an- vändning som en plats för brännbara material, andra än svartlut.

Främmande substanser som inträder i den kemiska cykeln till- sammans med bränslet är skadliga för återvinningen av de ko- kande kemikalierna. Av bränslet till kalkmesaugnen krävs, förut- om att det ska vara rent, att det också har en tillräckligt varm låga.

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls en process i vilken barken, och annat spillträ som produceras i fabriken, kan utnytt- jas effektivt för energiproduktion. Enligt uppfinningen torkas bark, och annat spillträ som produceras i fabriken, medelst förbrän- ningsgaser och/eller ånga till ett fuktinnehàll under 30°/°, och för- gasas och renas för att motsvara renhetskraven för den avsedda användningen. Gasen överförs till återvinningsenheten för kemi- kalierna från pappersmassekokningen, där den bränns tillsam- mans med koncentrerad vätska som erhållits från spillvätskan från kokningen.

Företrädesvis torkas barken, eller barkresterna, till ett fuktinne- håll som är mindre än 20 vikt%, varefter den förgasas, och åt- minstone 40 volym% av gasen som produceras på så sätt matas till àtervinningspannan. Aska separeras från rökgasen innan ga- sen matas in i återvinningspannan.

Värmen som produceras med användning av rökgas kan till ex- empel användas för överhettning av ångan från sodaåtervin- ningsenheten i en överhettningskammare separerad från rökga- serna hos sodaåtervinningspannan.

Spillträet som används i uppfinningen är barkspill, barkinnehål- lande slam, fiberslam, kvistar eller fibrer ej godkända för klassifi- cering, eller överflödigt slam fràn biologisk spillvattenbehandling eller skogsavverkningsavfall, bränsleved separat skördad från skogen, överflödigt trä från träbearbetning, eller andra trämateri- al lämpliga för förbränning.

Bark och annat spillträ kräver alltid, förutom mekanisk avvatt- ning, torkning med värme innan förgasning. Det önskade slutliga fuktinnehàllet beror på förbränningstemperaturen som erhålls med rökgas, och på andra egenskaper hos làgan. Förbränning i en kalkmesaugn och en separat överhettningskokare kräver att lågan har en hög temperatur och goda strålningsegenskaper, och i så fall är ett föredraget slutligt fuktinnehåll efter torkning mindre än 20%, typiskt 10 - 15 %. Kravet på fuktinnehåll är inte fullt så strikt i andra tillämpningar med rökgas. För torkningen finns det i en pappersmassefabrik att tillgå spillvärme från till exempel rök- gaser från sodaåtervinningspannan. För torkningen finns det också tillgänglig överskottsvärme, i form av spillånga och/eller mottrycksånga, om torkningsteknologin skulle erfordra det, till exempel för ytterligare torkning. l processen enligt uppfinningen minskas vatteninnehållet hos barken innan förgasning från 60% till 30%, i synnerhet till 20%, eller lägre än detta (till exempel till approximativt 15 %).

Medelst torkningen av barken kan dess betydelse ökas väsentligt i form av kalorivärdet hos bränslet, vilket är tydligt från följande beräkning; När fuktinnehållet i barken är 60% är dess effektiva kalorivärde approximativt 15,40 MJ/kg, torrt material, 2,50 kg bränsle. När fuktinnehållet hos barken har minskats till 15 % har dess effekti- va kalorivärde ökat till ett värde av 18,86 MJ/kg, torrt material, i detta fall är det 1,18 kg bränsle.

Under torkning minskar mängden vatten approximativt 1,32 kg/kg torrt material, och det effektiva kalorivärdet hos barken förbättras med 22,5 %.

Således ger torkningen en ökning av kalorivärdet med över 20% hos fuktigt bränsle. Förlusterna av rökgaser som bildas i anslut- ning till förbränningen minskar, och effektiviteten hos förbrän- ningen förbättras. Kokningsstrukturerna minskar också i jämfö- relse med de hos en barkkokare. Förbättringen av kalorivärdet och effektiviteten i förbränningen ökar energiproduktionen med biobränslen och reducerar mängden av växthusgaser.

Enligt en föredragen utföringsform används ånga som energi vid torkningen av fast bränsle vid en trycknivà på 0,01...10O bar (a), eller emellertid, företrädesvis vid en trycknivà som är i distribu- tionstrycket hos spillàngan eller mottrycksångnätverket vid en nivå på 0,4 ...20 bar, företrädesvis 2 ...14 bar. Det är också möj- ligt att, som energi för torkningen av fast bränsle, använda överskottsenergi från, till exempel olika varmvatten och expan- sions ångor i pappersmassefabriken.

Enligt uppfinningen torkas hela mängden bark hos pappersmas- sefabriken till ett lågt fuktinnehåll, typiskt till ett fuktinnehåll un- der 20%, i synnerhet under 15 %. Den termiska effekten som er- hålls från barken är i det här fallet i form av gas approximativt 80MWh/h i en modern pappersmassefabrik. ' 527 177 12 Den gas som erhålls från torkad bark är lämplig för att brännas som sådan som varmgasförbränning i kalkmesaugnen eller soda- återvinningspannan.

Enligt en föredragen utföringsform, utförs torkningen med an- vändning av gaser som har en temperatur på 200 °C, företrädes- vis 180 °C eller lägre, i syfte att förhindra utsläppen av skadliga organiska föreningar. Torkningen kan utföras i två eller flera steg, och i så fall är det att föredra att utföra i synnerhet det för- sta steget med användning av rökgaser eller ånga som har en temperatur under 200 °C. l detta fall kan utträdesgaserna från torkningen kombineras med utträdesgaserna från återvinnings- pannan. Den slutliga temperaturen hos rökgaserna från soda- återvinningspannan ligger för närvarande på en nivå av 160 °C, och mängden rökgas är så stor att det räcker gott och väl för att torka mängden bark producerad i fabriken. För torkning av det fasta bränslet används vanligtvis den återstående värmen efter den aktuella värmeàtervinningen av rökgasen som bildas i för- bränningskammaren genom att bringa rökgasen i direkt kontakt med det fasta bränslet som skall torkas. l det första torkningssteget är ändamålet att ta bort åtminstone 50% av fuktinnehållet hos materialet som behandlas. Företrädes- vis år fuktinnehållet hos materialet maximalt 40 vikts %, som mest lämpligt 30 vikts %, efter det första steget. Det andra steget (ytterligare steg) kan utföras under förutsättningar som liknar de vid det första steget, eller vid en högre temperatur, eftersom mängden av utträdesgas från det andra torkningssteget, möjligen innehållande VOC, är lämplig för tänkbar rening.

Materialet som erhålls från torkningen kan, innan förgasning, bringas till en lämplig granulär/partikel storlek, vilken varierar i beroende av valmöjligheterna hos apparaten som används för förgasningen. Materialstorleken beror också på vilken torknings- teknik som används i processen, eftersom det är viktigt att bar- ken, eller motsvarande spillvirke, blir så fint sönderdelad att det F07 127 13 ovan nämnda torra materialinnehållet åstadkoms genom torkning.

Lämpligen bringas trämaterialet till en storlek av 0,1 - 100 mm.

Vid förgasningen upphettas det torkade trämaterialet (bark/spillvirke) så att de bildar förbränningsgaser. Förgasningen utförs enligt känt sätt, särskilt i understoikiometriska förhållanden med avseende på syre, till exempel i närvaro av ett fast värmele- dande material i en fluidiserad bädd. Lämpliga apparatalternativ för förgasningen diskuteras mer i detalj i anslutning till beskriv- ningen av figurerna.

Baserat på vad som nämnts tidigare, innefattar apparaten som används enligt uppfinningen för att från träbark producera ett bi- ogent bränsle som ska matas in i återvinningspannan hos pap- persmassefabriken, varvid apparaten är ansluten till matningsen- heten hos återvinningspannan, som innefattar en kombination av en barktorkningsenhet som har matningsmedel för barken som skall torkas och utloppsmedel för den torkade barken, och en torrbarkförgasningsapparat för produktion av rökgas från barken, varvid apparaten har matningsmedel för barken och utloppsmedel för rökgas. Matningsmedlen hos förgasaren är anslutna till ut- loppsmedlet hos torkningsenheten, och gasutloppsmedlen är an- slutna till matningsenheten hos återvinningspannan för att mata gasen som produceras medelst förgasning in i kokaren. I detta sammanhang menas med ordet ”ansluten” att apparaten är i di- rekt eller indirekt kontakt med efterföljande eller föregående ap- parat. Det kan finnas separata behandlingsenheter mellan appa- raterna såsom är uppenbart från det följande. ”Matningsmedel” och ”utloppsmedel” är vanligtvis pipor eller enheter eller liknande medel genom vilka materialet och produkterna som ska behand- laslhar behandlats kan överföras till apparaten, respektive föras bort därifrån. I torkningsenheten eller i dess individuella torkare används för torkning till exempel rökgaser och/eller ånga såsom beskrivits ovan.

Flerstegstorkning och dess fördelar diskuterades ovan. Företrä- desvis innefattar torkningsenheten verkligen åtminstone två se- 527 127 14 parata torkare anordnade som en kaskadtorkare, varvid utlopps- medlen hos efterföljande torkare i serien är anslutna till mat- ningsmedlet hos förgasaren. l en sådan apparatinstallation är det möjligt att anordna en förbehandlingsenhet för behandling av barken som erhålls från den första torkaren, innan den matas in i den andra torkaren. l det här fallet har förbehandlingsenheten en matningsenhet eller matningspipa som är ansluten till utlopps- medlen hos den första torkaren, och en utloppsenhet som är an- sluten till matningsmedlet hos den andra torkaren. En sådan för- behandlingsenhet innefattar företrädesvis en malare.

Den första och den andra torkaren kan vara olika bäddtorkare, innefattande fluidbäddstorkar. Som förgasare är det särskilt att föredra en fluidbäddskokare som har en bubblande eller roteran- de bädd. Det är särskilt att föredra att utloppsmedlet hos förga- saren är anslutet till en gasreningsenhet för att separera orenhe- ter från rökgasen innan den matas in i àtervinningspannan.

En väsentlig del, företrädesvis allt, av de bildade gaserna för- bränns i återvinningspannan (sodaåtervinningspanna) för att pro- ducera överhettad ånga. En del av den bildade gasen, som har ett tillräckligt stort bränslevärde, kan överföras till kalkmesaug- nen som bränsle för att ersätta olja och naturgas. Rökgasen kan dessutom användas även på andra ställen i den integrerade fa- briken som ett bränsle som ersätter fossila bränslen.

Medelst uppfinningen utvecklas eneregikoefficienten hos den nu- varande sodaåtervinningskokarprocessen genom användning av bark erhàllen från avbarkning av trä och med användning av både redan kända torknings- och förgasningsteknologier och gasbehandlingsteknologi. Konceptet med en kokare (ingen bark- kokare) är alltså ett nyckeländamål, särskilt när en ny pappers- massefabrik övervägs. Detta förutsätter torkning och förgasning av hela barkmängden; detta är möjligt särskilt vid användning av direkt rökgastorkning medelst rökgaser från sodaåtervinnings- pannan. 527 127 Värme som produceras med rökgaser, producerade genom för- gasning, är alltså lämplig för överhettning av sodaåtervinnings- kokarånga i en överhettningskammare separerad från rökgaserna hos sodaåtervinningspannan. I detta fall kan värdena (tryck och temperatur) hos den överhettade ångan hos sodaåtervinnings- pannan ökas, och effektiviteten hos elektricitetsproduktionen kan förbättras frán nuvarande värden till värden närmare de hos den överhettade ångan i aktuella kraftanläggningskokare, utan att begränsas av överhettningsenhetskorrosionsförhållandena, vilka nu är kritiska. Pappersmassefabriken kommer inte att behöva en separat barkkokare, baserad på användning av fast bränsle, för att kunna exploatera bark och annat organiskt material separerat från träet i fabriken. Fabrikskonceptet kommer att bli förenklat, och det kommer dessutom att bli mer ekonomisk både att anskaf- fa och att driva. Dessutom kan användningen av fossila bränslen i fabriken att avgjort reduceras. En del av överhettningen kan ut- föras till exempel medelst någon i sig känd teknik i en separat överhettningskokare genom att utnyttja produktionsgas erhållen från bark genom förgasning. Detta möjliggör en ökning av hastig- heten för produktion av motströmselektricitet medelst bark.

Figur 1 pekar ut principen hos processflödet hos en föredragen utföringsform av processen enligt uppfinningen.

Referensnummer 2 indikerar i detta fall den mekaniska behand- lingen hos träråmaterialet 1 som anländer till fabriken, varvid be- handlingen innefattar avbarkning och flisning av stockar. Spånav- fallet 3 och barken och andra råmaterialdelar 4 (spillträ, såsom grenar) ej lämpliga för kokning behandlas separat, spånavfallet matas på konventionellt sätt vidare till fiberlinan 5 hos fabriken.

Barken 4 matas till förgasning 6. Åtminstone en del av gasen, fö- reträdesvis åtminstone 10% (av gasvolymen), lämpligen åtmin- stone 40%, särskilt företrädesvis åtminstone 50%, matas in i so- daätervinningspannan 7, till vilken bioslammet 8, erhållet från behandlingen av spillvatten, också matas. Gaserna förbränns i sodaåtervinningspannan tillsammans med koncentrerad spillväts- ka för att producera överhettad ånga 9. En del av den bildade 16 gasen, som har ett tillräckligt bränslevärden, kan överföras till kalkmesaugnen 10 som bränsle för att ersätta olja och naturgas.

Rökgasen kan dessutom användas även på andra ställen i den integrerade fabriken (till exempel i en tilläggskokare) såsom bränsle för att ersätta fossilt bränsle.

Värmen som produceras med rökgas, framställd medelst förgas- ning, är också lämplig för överhettningen av sodaåtervinningsko- kargasen i en överhettningskammare separat från flödesgaserna hos sodaàtervinnigskokaren.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen (se figur 2) är en barkkokare 11, 13 och en förgasare 14 uppförda vid pappers- massefabriken, som är dimensionerade för hela barkmängden, varvid barken torkas med användning av de varma gaserna hos pappersmassefabriken, såsom rökgaser, särskilt rökgaser hos sodaåtervinningspannan som ha en temperatur under 200 °C, el- ler ånga. Rökgastorkning baserad på direktkontakt kan också an- vändas för torkningen.

Barken kan torkas i ett eller flera steg, till exempel två såsom vi- sas i figur 2, och i så fall används i det första steget 11, där bar- ken fortfarande är våt, rökgaser och bäddtorkning. Det andra torkningssteget kan utföras vid en högre temperatur. Barken tor- kas till torrt materialinnehåll på approximativt 60 - 80 vikts%.

Därefter kan barken utsättas för en förbehandling 12, såsom matning. I det andra torkningssteget 13 används ånga och till ex- empel fluidbäddstorkning. I båda stegen är det att föredra att hål- la en låg torkningstemperatur för att åstadkomma en låg utsönd- ringsnivå. Generellt gäller att approximativt 150 - 170 °C är en tillräcklig temperatur. Efter det andra torkningssteget är innehål- let av torrt material över 80%, företrädesvis approximativt 82 - 90%.

Det andra torkningssteget kan också utföras vid en högre tempe- ratur, till exempel 250 - 400 °C.

FÖ? 497 17 Efter torkningen förgasas bark och motsvarande fast spillmaterial 14. Normalt är förgasningstemperaturen approximativt 700 - 1000 °C, företrädesvis approximativt 750 - 900 °C. För förgas- ningen är det möjligt att använda fluidbäddkokare som har till ex- empel en bubblande eller roterande bädd. Produktionsgasen som erhålls från förgasningen, vilken huvudsakligen innehåller kolmo- noxid, överförs till gasrening 15. Barkaskan innehåller främman- de substanser såsom aluminium och kisel vars koncentration i kalk och alkalicykeln kan förhindras genom förgasning av barken och separationen av askan från gasen.

Behovet av rening av gasen varierar i beroende av vad den ska användas till. Från gasen som skall användas i sodaåtervin- ningspannan 16 måste, förutom flygaska, också tjära och ammo- niak tas bort. En del (i praktiken approximativt 40 volym %) över- förs till kalkmesaugnen 17, varvid reningen av gasen inte behö- ver vara så effektiv för att upprätthålla slamegenskaperna. Den rening som behövs är huvudsakligen inriktad mot ammoniak när NOX utsläppen skall begränsas.

En väsentlig del av rökgaserna, som mest lämpligt åtminstone 55 volym %, överförs till sodaåtervinningspannan. Företrädesvis är förbränningskammaren hos sodaåtervinningspannan i det här fal- let uppdelad i förbränningsgasernas flödesriktningen i två delar, i den första av dessa förbränns bränsle som förts dit i gastillstånd, varvid värmen producerad därifrån används i väsentlig grad för överhettning av ångan, och i den andra förbränns den koncentre- rade vätskan, varvid värmen producerad därifrån väsentligen an- vänds för förångning av kokarvattnet.

Gasen som erhålls från förgasaren 14 kan användas inte bara som en rökgas för sodaåtervinningspannan och kalkmesaugnen, utan också på andra ställen, till exempel i oljekärlet 18 för tork- ningen 19 av massan, och i andra omgivningar, till exempel för upphettningsändamål. Den kan också säljas utanför fabriken, ge- nerellt för ändamål där den ersätter användning av fossila bräns- len (direkt värmeanvändning i en pappersfabrik). l figur 2 indike- 527 107 18 rar referensnumren 21 och 22 det initiala materialinnehàllet (barkhögar) och referensnumren 23 och 24 indikerar silon för tor- kat material. Referensnummer 21 indikerar förvaring för inköpt bränsle och nummer 22 en behållare för material som kommer från avbarkningsanläggningen. När så önskas kan utgångsmate- rialet förbehandlas 25. Detta gäller material 25 som kommer ut- ifrån eller från avbarkningsanläggningen, vilket material utsätts för en lämplig mekanisk behandling, till exempel medelst appara- ten hos avbarkningsanläggningen, för att göra materialet lämpligt för torkning och förgasning.

Materialet som erhålls från det första torkningssteget kan samlas i en silo 23, från vilken det ställs utanför fabriken.

Med "behand|ig av gaserna” menas till exempel reningen av ga- sen (VOC) erhàllen från det andra förgasningssteget 13.

I det föregående har produktion av rökgas i synnerhet från gas beskrivits. Uppfinningen kan också appliceras på fast trämaterial av andra slag, såsom barkinnehàllande slam, fiberslam, grenar eller fibrer ej lämpade för klassificering, eller överflödigt slam från biologisk spillvattenrening. Det biogena bränslet som skall förgasas kan också bestå av stockrester insamlade fràn skogen och/eller bränsleved separat skördad från skogen och/eller överskottsträ från träprocesser och/eller andra trämaterial lämp- liga för förbränning.

Claims (27)

10 15 20 25 30 35 KRAV

1. En process för produktionen av termisk och elektrisk energi i en pappersmassefabrik, enligt vilken process spillvätska från cellulosamassakokvätskan koncentreras, och den koncentrerade vätskan bränns i återvinningspannan i närvaro av biogent bräns- le, varvid den termisk energin hos rökgaserna som erhållits från förbränningen àtervinns och valfritt omvandlas till elektrisk ener- gi, kännetecknad av att det biogena bränslet som används är bark eller andra liknande spillträ som torkas till ett fukt innehåll som är mindre än 30%, varefter det förgasas för att producera en rökgas som matas in i återvinningspannan.

2. Processen enligt krav 1, kännetecknat av att barken eller barkresterna torkas till ett fuktinnehåll som är mindre än 20%, varefter den förgasas, och vid åtminstone 40 volym% av den på så sätt producerade gasen matas in i återvinningspannan.

3. Processen enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att aska separeras från rökgasen innan den matas in i återvinningspan- nan.

4. Processen enligt något av föregående krav, kännetecknat av att värmen som produceras med användning av rökgasen an- vänds för överhettning av återvinningspanneångan i en överhett- ningskammare separat från rökgaserna hos återvinningspannan.

5. Processen enligt något av föregående krav, kännetecknat av att spillträet är barkspill, barkinnehållande slam, fiberslam, grenar, eller fibrer ej godkända för klassificering, eller överflödigt slam från biologisk smutsvattenbehandling, eller skogsavverk- ningsavfall, ved som skördats separat från skogen, överflödigt trä från träbearbetning, eller annat trämaterial lämpligt för bränning.

6. Processen enligt något av föregående krav, kännetecknat av att för torkningen av barken eller motsvarande spillträ an- vänds gaser som huvudsakligen har en temperatur under 200°C. 10 15 20 25 30 35 527 127 20

7. Processen enligt krav 6, kännetecknat av att ånga eller rökgaser med en temperatur som lägre än 180°C används.

8. Processen enligt något av kraven 1-5, kännetecknat av att som energi för torkningen av det fasta bränslet används ånga som har en tryck på 0,1 ...100 bar, företrädesvis 2...14 bar.

9. En process för att producera termisk eller elektrisk energi i en sulfatpappersmassefabrik, enligt vilken process - trämaterialet som används för pappersmasseproduktionen kokas partiellt i kokningsvätskan för att separera fibrerna från varandra, - det kokade trämaterialet extraheras som svart lut från fi- bermaterialet, - svart luten koncentreras genom förångning, och - den koncentrerade vätskan förbränns i sodaåtervinnings- pannan för att återskapa kokningskemikalierna och för att producera värme och elektricitet medelst biogena bränslen, kännetecknad av att - det fasta biogena bränslet överförs till gasform, - den bildade askan separeras, och - en signifikant del av gasen bränns i samma kokare, utrus- tad med värmeàtervinning, som den koncentrerade vätskan.

10. Processen enligt krav 9, kännetecknad av att det biogena bränslet som ska förgasas är trä och/eller träbark och/eller slam innehållande bark och/eller fiberslam och/eller grenar eller fibrer ej godkända för klassificering och/eller överflödigt slam från bio- logisk spillvattenbehandling.

11. Processen enligt krav 9 eller 10, kännetecknad av att det biologiska bränslet som ska förgasas är skogsavverkningsavfall insamlat från skogen och/eller ved som är separat skördat från skogen och/eller överflödigt trä från träbearbetning och/eller and- ra trämaterial lämpliga för bränning. 10 15 20 25 30 35 I ._ \- 127 21

12. Processen enligt krav 9, kännetecknad av att det biologis- ka bränslet som ska förgasas är torv.

13. Processen enligt krav 9, kännetecknad av att det fasta bränslet som ska överföras i gasform torkas innan förgasning till en fuktighetshalt på 5...40%, företrädesvis 10...15%.

14. Processen enligt krav 9, kännetecknad av att det fasta bränslet torkas med värme som återstår efter den faktiska vär- meàtervinningen av rökgasen som bildas i förbränningskamma- ren, genom att bringa rökgasen i direkt kontakt med det fasta bränslet som ska torkas.

15. Processen enligt krav 9, kännetecknad av att det fasta bränslet torkas medelst energi från ånga vid en trycknivà av 0,1 ...100 bar eller, företrädesvis vid en trycknivà som är distribu- tionstrycket hos fabrikens spillånga eller mottrycksångsystem, företrädesvis vid en nivå av 2...14 bar.

16. Processen enligt krav 9, kännetecknad av att det fasta bränslet torkas med användande av energin i överskottsvärmen som finns närvarande i pappersmassefabriken i, till exempel, oli- ka varmvatten eller expansionsångor.

17. Processen enligt krav 9, kännetecknad av att förbrän- ningskammaren är, i riktningen av flödet av rökgaser, uppdelad i två delar, varvid i den första av dessa bränns bränslet som har överförts till gasform, varvid värmeproduktionen därifrån används till en väsentlig grad för överhettning av ångan, och i den andra delen bränns den koncentrerade vätskan, varvid värmen som fri- ges därifrån används framförallt för förångning av kokvattnet.

18. Processen enligt något av kraven 9 - 17, kännetecknad av att en del av det fasta biogena bränslet, som har överförts i gas- form, bränns, efter separationen av ask, i mesaugnen och/eller andra enheter där dess användning ersätter användningen av fossila bränslen. 10 15 20 25 30 35

19. En apparat för att fràn träbark producera en biogen rökgas som matas in i återvinningspannan hos en pappersmassefabrik, varvid apparaten är ansluten till matningsenheten hos återvin- ningspannan, kännetecknad av att den innefattar såsom en kombination - en barktorkningsenhet (11, 13) vilken har matningsmedel för barken som ska torkas och utloppsmedel för barken som har torkats, och - en torrbarksförgasare (14) för att producera rökgas från barken, varvid apparaten har matningsmedel för bark och utloppsmedel för rökgas, varvid matningsmedlet hos förgasaren är anslutet till utloppsmed- let hos torkningsenheten och gasutsläppsmedlet är anslutet till matningsenheten hos återvinningspannan för att mata in i pan- nan den gas som produceras från barken genom förgasning.

20. Apparaten enligt krav 19, kännetecknad av att torknings- enheten (11, 13) innefattar åtminstone två separata torkare, vilka är anordnade som en kaskadtorkare, varvid utloppsmedlet hos den efterföljande torkaren i serien är ansluten till matningsmedlet hos förgasaren.

21. Apparaten enligt krav 20, kännetecknad av att mellan den första och den andra torkaren är anordnat en förbehandlingsen- het (12) för behandling av barken erhàllen fràn den första torka- ren innan den matas in i den andra torkaren, varvid förbehand- lingsenheten har en matningsenhet ansluten till utloppsmedlet hos den första torkaren och en utloppsenhet ansluten till mat- ningsmedlet hos den andra torkaren.

22. Apparaten enligt krav 21, kännetecknad av att förbehand- lingsenheten (12) innefattar en malare.

23. Apparaten enligt något av kraven 19 - 22, kännetecknad av att rökgaserna och/eller ångan används för torkningen i åt- minstone en av torkarna. 10 15 527 1.97 23

24. Apparaten enligt något av kraven 20 - 23, kännetecknad av att den första torkaren (11) innefattar en bäddtorkare.

25. Apparaten enligt något av kraven 20 - 24, kännetecknad av att den andra torkaren (13) innefattar en virvelbäddstorkare.

26. Apparaten enligt något av kraven 19 - 25, kännetecknad av att förgasaren (14) är en virvelbäddskokare som har en bubb- lande eller roterande bädd.

27. Apparaten enligt något av kraven 19 - 26, kännetecknad av att utloppsmedlet hos förgasaren är ansluten till en gasre- ningsenhet för att separera orenheter fràn rökgasen innan den matas in i átervinningspannan.