SE527390C2 - System för att alstra energi på en massafabrik - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett återvinningspannsystem för avlut innefattande enpanna som har ett vatten-/ångcirkulationssystem med överhettare och en eldstad föråtervinning av energi och kemikalier ur en avlut som förbränns däri, väggarna avvilken panna utgörs av ett flertal vattenkylda tuber som anslutits till vatten-/ångcirkulationssystemet. Systemet är försett med åtminstone en kavitet som harväggar som bildats av vattenkylda tuber som anslutits till vatten-/ångcirkulationssystemet, medel för att förbränna ett bränsle och åtminstone ettutlopp för att utmata förbränningsgaser till pannan, den inre delen av vilkenåtminstone en kavitet är försedd med värmeväxlingsmedel för slutlig överhettning avångan som producerats i pannan, vilka värmeväxlingsmedel är anslutna till pannans överhettare.

Description

597 395 2 Dessa begränsningar för ångtemperaturen i en återvinningspanna är inte så stränga i fråga om bark som härrör från timmerträ, men flygaskan från barkförbränning i en barkpanna kan också innehålla klor och kalium. Eftersom barkens svavelhalt är mycket låg, reagerar kalium i barkpannan med klor och bildar KCl som i sin tur kan resultera i korrosion av överhettaren. Kalorimetriskt flöde i barken är också betydligt mindre än i svartlutsflödet (avlutsflödet) på grund av avsevärt mindre massflöde.

Nya kraftkretsar utvecklade för att ersätta den traditionella återvinningspann- och ångturbinkretsen har forskats och trycksatt förgasning av "av|ut" och bark har visat sig ha lovande utsikter. Det ser emellertid ut så att betydligt mer utvecklingsarbete behövs innan dessa teknologier kommer att ha tillräcklig driftsäkerhet och prestation.

Såvitt vi vet har inga sådana effektiva system emellertid utvecklats för förhöjning av temperaturen och trycket hos den överhettade ångan som produceras på massafabrikens återvinningspannanläggning, där ingen korrosion skulle förekomma eller där korrosionshastigheten skulle hålla sig pà acceptabla nivåer. Således, enligt föreliggande uppfinning, tillhandahålls ett system för ökning av energiutbytet vid massafabrikens energiproduktion så att korrosionsproblem kan minimeras. Ett vidare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett kompakt system, där värme återvinns effektivt vid produktion av högtemperaturs- och högtrycksånga.

För att nå àtervinningspannsystem för avlut innefattande en panna som har ett vatten- ovannämnda ändamål hänför sig uppfinningen till ett /ångcirkulationssystem med överhettare och en eldstad för återvinning av energi och kemikalier från en avlut som förbränns däri, väggarna av vilken panna utgörs av ett flertal vattenkylda tuber som anslutits till vatten-/ångcirkulationssystemet. Det är ett kânnetecknande drag hos systemet enligt uppfinningen att systemet är försett med åtminstone en kavitet som har väggar som bildats av vattenkylda tuber som anslutits till àtervinningspannans vatten-/ångcirkulationssystem, medel för att förbränna ett bränsle och åtminstone ett utlopp för att utmata förbränningsgaser till pannan, den inre delen av vilken åtminstone en kavitet är försedd med värmeväxlingsmedel för slutlig överhettning av ångan som produceras i pannan, vilka värmeväxlingsmedel är anslutna till pannans överhettare. l systemet enligt uppfinningen är åtminstone en förbränningskavitet anordnad i samband med en àtervinningspanna för slutlig överhettning av ångan som produceras i àtervinningspannans överhettningssektion. Systemet enligt uppfinningen möjliggör att ångan uppvärms i àtervinningspannans konventionella värmeöverföringssektioner (dvs. ekonomisers, konvektionsytan och överhettare) i en sådan grad att högtemperaturskorrosion inte väsentligt förekommer, dvs. under 520°C, optimalt 480 - 500°C, och efter det överhettas ångan slutligt till 500 - 600°C, optimalt till 520 - 560°C, i förbrånningskaviteten som tjänar som en slutlig överhettare. Atervinningspannsystemet kan vara försett med en eller flera slutliga överhettare (kaviteter). Bränslet som förbränns i denlde slutliga överhettar/-enl-na är sådant att det inte förorsakar högtemperaturskorrosion. Överhettarkavitetens väggar är konstruerade så att de utgörs av vattenkylda värmeöverföringsytor som är anslutna till àtervinningspannans huvudsystem för vatten-långcirkulation genom förbindningsrör för inkommande vatten/blandning av ånga och vatten och för avgående vatten/blandning av ànga och vatten. Således bildar värmeytoma en del av återvinningspannans huvudsakliga vattensystem. Det huvudsakliga vattensystemet och följaktligen överhettarkavitetens vattensystemkan vara av typen “naturlig cirkulation" eller tvingad cirkulation eller så kallad genomströmning, den sistnämnda vilka är typiskt för högre äng-lvattentryck. I pannoma med naturlig cirkulation betyder detta att kylvatten tillförs genom fallrör från en trumma ned till samlingsrör som tillför vatten till kavitetens eller kaviteternas väggar, och blandningen av vatten och ånga från dessa väggar samlas upp och matas till trumman. Kaviteten kan ha sina egna separata väggar, men en del av Kavitetens väggar eller en del av kaviteternas väggar kan vara gemensamma med pannans "konventionella" del.

Kavitetens inre är försedd med värmeväxlingsmedel för värmeöverföring från förbränningsgasen som produceras i kaviteten till ångan som flödar i värmeväxlingsmedlen. Värmeväxlingsmedlen tjänar som en slutlig överhettare för ångan från àtervinningspannans överhettarsektion. 527 392 4 Kavitetens optimala position är frontväggen som ligger mittemot bakväggen som är försedd med en så kallad näsa, men kaviteten kan också byggas på sidoväggarna, i form av bara en kavitet eller flera kaviteter. Kavitetens eller kaviteternas position eller positioner kan i vertikalriktningen vara var som helst, iförhàllande till pannans konventionella del, endast begränsad/-e av kylvattencirkulationen. Överhettarkaviteten för slutlig överhettning av àtervinningspannans ånga uppvärrns genom förbränning av bränsle. En eller flera brännare för bränslet befinner sig i kavitetens övre del, pà kavitetens botten eller på kavitetens väggar. Kaviteten kan också befinna sig i en horisontell position, varvid den mest föredragna positionen för brännaren eller brännarna är på en av kavitetens gavelväggar. Överhettarkavltetens förbränningsluftsystem utgör en del av återvinningspannans förbränningsluftsystem. Den kan också ha ett separat luftsystem med egen luftfläkt, förbindningskanaler mellan fläkten och brännar/en/-na och behövlig utrustning för förbränningsluftkontroll. överhettarkaviteten för slutlig överhettning av átervinningspannans ånga uppvärms genom att förbränna bränsle på så sätt att icke-korroderande förhållanden i överhettarkaviteten försäkras. Bränslet kan utgöras av en gas som produceras genom förgasning av biomassa. Värmeytornas korrosion kan undvikas genom tilläggsförbränning av svavelhaltigt bränsle. Även reningen av gasen före förbränningen i överhettarkaviteten försäkrar icke-korroderande förhållanden vid högre temperaturer. l stället för gas som producerats utav biomassa kan även andra bränslen användas, till exempel naturgas, gasol, flytande biomassa, metanol osv.

Kriteriet på bränslet är dess icke-korroderande karaktär under kavitetsförhållanden.

Bränsleförbränningen i kaviteten blir normalt fullständig, när överskottsluftens mängd optimeras, men stökiometriska eller reducerande förhållanden är också möjliga, om sådana föredras.

Avgaserna från överhettarkaviteten leds in i återvinningspannan, företrädesvis till huvudöverhettarens inlopp, där de blandas med huvudgasflödet som kommer från pannans eldstad. Andra positioner för gasledningen är också möjliga, m.a.o. hela l'J1 l\) '\'l 1.14 \D 'D omrâdet från eldstadens nedre del till ekonomiserns inlopp. Avgasledningen genom pannans vägg innefattar företrädesvis flera än bara en öppning.

Rökgaserna från överhettarkaviteten kan användas för att utforma rökgasens strömningsbild från àtervinningspannans eldstad över näsan så att gasfördelningen och värmeöverföringen till överhettarna förbättras eller så att av utslåppskontrollen förutsatta förhållanden skapas, till exempel ett optimalt temperaturfönster för selektiv katalytisk reduktion (SNCR) för att minska NOx-utsläpp, eller för att öka partikelstorleken i syfte att minska utsläpp av fina partiklar (storlek underskridande 2.5 mikrometer). En annan möjlighet är att använda dessa rökgaser för att utforma strömningsbilden i eldstaden så att inblandningen förbättras, till exempel genom att tillföra dessa gaser genom vertikalt anordnade portar, såsom beskrivs i det europeiska patentet 668,983 och i WO 02/081971, i stället för luft eller sammanblandade med luft. Förbränningen i överhettarkaviteten kan utföras också under understökiometriska förhållanden. De således producerade reducerade gaserna kan tillföras rökgaserna från eldstaden för att minska kväveoxidutsläpp från rökgaserna som kommer från eldstaden.

Med hjälp av uppfinningen ökar trycket och arbetstemperaturen hos ångan som àtervinns fràn processen för återvinning av avlut genom användning av överhettarkaviteten, varvid den totala elektriska verkningsgraden på anläggningen förbättras, dvs. mer kraft alstras med värmet som àtervunnits i ångan. Systemet enligt föreliggande uppfinning används företrädesvis l samband med processen som beskrivs i den internationella patentansökningen PCT/FlO3l00358.

Under de senaste åren har avluter från massaberedning förbränts i en separat eldfast fordrad förbränningskammare som varit ansluten till en återvinningspanna.

Rökgaser flödade från förbränningskammaren till återvinningspannans eldstad, som var försedd med olje- eller gasbrännare eller med galler för bark och kol osv. I dessa pannor användes den separata förbränningskammaren för att stabilisera förbränningen, inte för att överhetta ångan till den slutliga höga temperaturen med överhettarna i den övre delen av pannans eldstad. Ett väsentligt drag hos föreliggande uppfinning är det att förbränningskaviteten och återvinningspannan har 527 F°C L U ett gemensamt vattencirkulatlonssystem. l US-patentet 2,606,103 beskrivs ett system, där väggarna av en separat eldstad kyls med luft.

Uppfinningen beskrivs nu närmare under hänvisning till den bifogade ritningen, i vilken FIG. 1 en utföringsforrn av uppfinningen illustreras schematiskt.

Hänvisningssiffrorna är följande: 1. Konventionell àtervinningspanna 2. Kavitet 3. Återvinningspannans eldstad 4. Golv i konventionell återvinningspanna . Träkolsbädd i konventionell àtervi-nningspanna 6. Primärluftportar 7. Sekundärluftportar 8. Lutinsprutningsutrustning 9. Tertiärluftportar . Vattenkylda eldstadsväggar 11. Näsa 12. Överhettare i konventionell àtervinningspanna 13. Konvektionsyta 14. Ekonomisers . Fràn pannan avgående rökgaser 16. l pannan inkommande matarvatten 17. Matarvatten till trumman i den beskrivna pannan med naturlig cirkulation 18. Trumma 19. Mättad ànga till överhettare i pannans konventionella del . överhettad ånga från pannans konventionella del till överhettare i kaviteten 21. Från pannan avgående friskänga 22. Brännare i kaviteten 23. Låga eller lågor i kaviteten 24. Överhettare i kaviteten . Samlingsrör i kaviteten för att tillföra kylvatten från trumman (18) till kavitetens väggar 26. Rökgasflöde fràn kaviteten 27. Rökgasflöde från den konventionella pannans eldstad 28. Bränsleinmatning iförgasaren 29. Förgasare . Gas till brännare i kaviteten 31. Gasrening eller annat slags behandling av gaser som avgàr fràn förgasaren för andra ändamål än kaviteten (2) 32. Gasrening eller annat slags behandling av gaser som avgàr fràn förgasaren till kaviteten l-lll Överhettare i pannans konventionella del, och IV Överhettare i kaviteten Eldstaden 3 av en typisk àtervinningspanna, såsom en sodahuspanna, som används för förbränning av svartlut, har en konstruktion som utgörs av en vattenkyld botten 4 och vattenkylda väggar 10 som har en kompakt membranstruktur så att en trycksatt blandning av vatten och ånga flödar i tuberna. Blandningen av vatten och ånga som produceras på detta sätt överhettas nedströms om eldstaden, typiskt i en konventionell överhettare 12 som är belägen i skydd av en "näsa" ovanom eldstaden. l överhettaren återvinns rökgasernas 27 värme som alstrats under förbränningen. Typiskt tjänar en konvektionsyta och en ekonomiser som pannans eftereldyta, och efter överhettaren riktas rökgaserna till konvektionsytan 13 och ekonomisers 14. Den producerade högtrycksängan riktas typiskt vidare till [en àngturbin för att producera elektricitet och processànga som behövs pá fabriken.

Eldstadens nedre del och sodahuspannans botten 4 är tillverkade av vattenkylda tuber som utgör en del av pannans trycksatta sektion. Pà grund av konstruktionen av bottnen och eldstadens nedre del finns det naturlig vattencirkulation i bottentuberna, dvs. cirkulationen àstadkoms med hjälp av en densitetsskillnad.

Pannvattnet leds sålunda vid ett högt tryck och vid en temperatur av t.ex. 300°C till ett fördelande samlingsrör (ej visat) nedanom eldstadens botten, varifrån vattnet fördelas till bottnen och sidoväggstuberna. I eldstadens nedre del flödar vattnet först nästan horisontellt eller snett uppåt i bottentubema i riktning mot väggarna och sedan vidare uppàt genom väggtuberna till pannans övre del.

Fifi? ÉCÛ n Ö Uppfinningen baserar sig pà en återvinningspanna, i vilken àngtrycket är sådant att överflödig korrosion inte förekommer, dvs. mättningstemperaturen i emulsionen av vatten och ånga plus temperaturskillnaden på grund av det inkommande värmeflödet fràn tubytan till vatten underskrider 400 - 500°C som är tubytans temperatur. Ångtemperaturen kan förhöjas över de typiska siffrorna genom att integrera en speciell förbrännings- och värmeöverföringskammare eller -kavitet 2 med den konventionella àtervinningspannan 1. Angan överhettas i den konventionella överhettardelen 12 i en sådan grad att högtemperaturskorrosion inte förekommer, till exempel till 480 - 520°C, optimalt till 480 - 500°C, och resten av överhettningen upp till 500 - 600°C, optimalt till 520 - 560°C äger rum i en/flera överhettare 24 i en speciell förbrännings- och värmeöverföringskavitet 2 som år integrerad med âtervinningspannan, där bränslet som skall förbrännas i en/flera brännare 22 med en låga eller lågor 23 är sà rent att det inte förorsakar högtemperaturskorrosion.

Rökgaserna 26 fràn kaviteten 2 matas till àtervinningspannans rökgasflöde 27.

Företrädesvis leds rökgaserna från kaviteten genom ett flertal öppningar i àtervinningspannans vägg.

Kaviteten 2 utgör en del av en konventionell återvinningspanna så att kavitetens väggar är vattenkylda såsom i eldstadens konventionella del, hos konvektionsytan och på andra heta områden, och denna kylning integreras med trumman 18 eller med trummorna av den konventionella pannan med naturlig cirkulation. l panntyperna med genomströmning betyder denna integrering att kavitetens väggar kyls med genomströmningssystemets vatten- eller àngflöden. Samma slags integrering med cirkulationsvatten gäller också ätervinningspannor med tvingad cirkulation, om detta arrangemang används. Den huvudsakliga fördelen är värmetillförseln fràn kylningen av kaviteten till samma trycksatt vatten- eller àngflöde eller -flöden som i huvudflödet av àtervinningspannans "konventionella" del. Luft för förbränningen kan uttas från àtervinningspannans "konventionella" del eller kaviteten kan vara försedd med egna fläktar eller kompressorer.

Enligt en föredragen utföringsform produceras en förbränningsgas 30 för kaviteten i en förgasare 29 genom att förgasa biomassmaterial 28. Därefter används en del av gaserna i kaviteten som rent bränsle 30 i brännaren 22 för att överhetta àngan i överhettaren 24 (lV) och även för àtervärmningsändamàl. En del av gaserna 33 används för andra ändamål på massafabriken. Om detta slags bränsle inte är tillgängligt, kan andra bränslen, till exempel naturgas, gasol, olja, metanol, flytande biomassa osv., användas. Kriteriet pà bränslet är dess icke-korroderande karaktär i kavitetsförhallandena. Den icke-korroderande karaktären kan åstadkommas hos gasen som kommer fràn förgasningen 29 genom att rena gasen vid en behandling 31 eller 32.

Avsikten är inte att begränsa uppfinningen till den i det ovanstående illustrerade och beskrivna utföringsformen, utan den kan modifieras och varieras inom uppfinningens skyddsomfàng och ram som definieras av de bifogade patentkraven.

Användningen av systemet enligt uppfinningen är inte begränsad till förbränning av en bestämd avlut, utan systemet kan utnyttjas i samband med flera avluter, till exempel avluter fràn kraftmassaprocessen och sodamassaprocessen.

Claims (4)

10 15 20 25 59? 390 I fl l PÅTENTKRÅV

1. Återvinningspannsystem för avlut innefattande: - en panna som har ett vatten-långcirkulationssystem med överhettare och en eldstad för återvinning av energi och kemikalier ur en avlut som förbränns däri, väggarna av vilken panna utgörs av ett flertal vattenkylda tuber som anslutits till vatten-/ångclrkulationssystemet, kännetecknat av att systemet är försett med åtminstone en kavitet som har väggar som bildats av vattenkylda tuber som anslutits till vatten-/ångcirkulationssystemet, medel för att förbränna ett bränsle och åtminstone ett utlopp för att utmata förbränningsgaser till pannan, den inre delen av vilken åtminstone en kavitet är försedd med värmevâxlingsmedel för slutlig överhettning av ångan som producerats i pannan, vilka värrneväxlingsmedel är anslutna till pannans överhettare.

2. System enligt patentkravet 1, kännetecknat av att en del av väggama av nämnda åtminstone en kavitet utgörs av pannans väggar.

3. System enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat av att nämnda åtminstone en kavitet är belägen på pannans frontvägg.

4. System enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknat av att nämnda åtminstone ett utlopp för förbränningsgaser är ansluten till pannan så att förbränningsgaserna fràn nämnda åtminstone en kavitet utmatas omedelbart uppströms om pannans överhettare.