WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 15 |
С.Н. Смородин, А.Н. Иванов, В.Н. Белоусов СОДОРЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ КОТЛОАГРЕГАТЫ Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров» _ С.Н. Смородин, А.Н. Иванов, В.Н. Белоусов СОДОРЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ КОТЛОАГРЕГАТЫ Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ ББК 35.77я7 С 516 УДК 676.05.013.6 Смородин С.Н., Иванов А.Н., Белоусов В.Н.

Содорегенерационные котлоагрегаты: учебное пособие / ГОУВПО СПб ГТУ РП. - СПб., 2010. -164 с.: ил. 50.

В пособии рассмотрены технологические схемы регенерационного цикла, конструктивные особенности СРК отечественного и зарубежного производства, вспомогательное оборудование. Приведены рекомендации по проектированию, эксплуатации и оптимизации процессов сжигания щелоков. Рассмотрены примеры расчетов материального и теплового балансов СРК.

Настоящее пособие предназначается для студентов всех форм обучения по специальностям 140104 «Промышленная теплоэнергетика» и 140105 «Энергетика теплотехнологий».

Рецензенты: д-р техн. наук, профессор кафедры теплотехники и теплоэнергетики Северо-Западного государственного технического университета Каримов З.Ф.;

канд. техн.наук, доцент, технический директор ООО «Гарант -Проект» Мишин О.Н.

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия.

© Смородин С.Н., Иванов А.Н., Белоусов В.Н., 2010 © ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров», 2010 НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Предисловие Учебное пособие «Содорегенерационные котлоагрегаты» предназначается для студентов всех форм обучения по специальностям 140104 «Промышленная теплоэнергетика» и «Энергетика теплотехнологий».

Основную направленность содержания учебного пособия авторы видят в раскрытии и анализе рабочих процессов, протекающих в СРК, что соответствует характеру подготовки специалистов как инженеров эксплуатационно – наладочного профиля.

В учебном пособии рассматриваются следующие разделы: место СРК в общем процессе производства сульфатной целлюлозы, теплофизические свойства черного щелока, технологические схемы регенерационного цикла, конструктивные особенности СРК отечественного и зарубежного производства, вспомогательное оборудование,  очистка газовых выбросов содорегенерационных котлоагрегатов.

Приведены рекомендации по проектированию, эксплуатации и оптимизации процессов сжигания щелоков. Рассмотрены примеры расчетов материального и теплового балансов СРК.

Значительная часть разделов пособия подготовлена на основе следующих изданий: Липовков И.З. «Содорегенерационные котлоагрегаты»; Глейзер И.Ш., Куклев Ю.И. «Повышение эффективности энерготехнологического оборудования целлюлознобумажного производства».

Учебное пособие сопровождается большим числом иллюстраций и принципиальных схем для лучшего усвоения материала.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Общая характеристика процесса сульфатного производства Природная целлюлоза, или клетчатка, является основным веществом, из которого построены стенки растительных клеток.

Поэтому растительное сырье разных видов служит единственным источником промышленного производства целлюлозы. Из древесных пород наибольшее применение имеют: хвойные – ель, сосна, пихта и лиственные – тополь, осина, береза, бук. Процесс производства сводится к химической обработке растительного сырья, целью которой является отделение целлюлозы от других содержащихся в растительной ткани веществ – лигнина, гемицеллюлоз, смол, жиров, танинов и т.п. При промышленном производстве наибольшее распространение получили сульфитный и сульфатный способы получения целлюлозы.

В сульфитном способе в качестве реагента используется, так называемая, сульфитная варочная кислота. Она представляет собой раствор сернистой кислоты H2SO3, содержащий некоторое количество бисульфитов кальция, магния, натрия или аммония.

Небеленая и беленая сульфитная целлюлоза являются одними из важнейших полуфабрикатов для получения искусственного волокна и выработки газетных, типографских, писчих и целого ряда других видов бумаги.

При сульфатном способе реагентом является смесь едкого натра NaOH и сульфида натрия Na2S. В настоящее время этот способ самый распространенный из всех промышленных способов получения целлюлозы. Сульфатным способом можно перерабатывать любые древесные породы и растения. По всем показателям механической прочности сульфатная целлюлоза превосходит сульфитную, полученную из той же древесины. Жесткая сульфатная целлюлоза из хвойной древесины за свою чрезвычайно высокую механическую прочность получила название крафт-целлюлозы. Сульфатная целлюлоза труднее отбеливается и размалывается, но легче проклеивается и характеризуется более высокой термостойкостью и долговечностью, чем сульфитная. Однако выход сульфатной целлюлозы из древесины при варке оказывается на 3-4 % ниже, чем сульфитной, и это обстоятельство является существенным недостатком этого способа. Общая схема производства целлюлозы из древесины по сульфатному способу (рис. 1) на современных предприятиях складывается из следующих отдельных стадий:



НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Рис.1. Схема производства сульфатной целлюлозы НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Подготовка древесины состоит из операций по выгрузке и хранению древесины, очистке ее от коры, распиловке и измельчению в щепу. Древесные отходы для утилизации направляются в корьевой котел.

Варка щепы. Варка происходит в периодически или непрерывно действующих варочных котлах под давлением 0,8–1,2 МПа и при температуре 170–180 °С. В котел подаются щепа и варочный белый щелок, содержащий в качестве активного реагента смесь едкого натра и сульфида натрия (NaOH + Na2S). После варки полученная масса направляется на промывку (на рис.1 не показана), где происходит отделение от сваренной целлюлозы отработанного черного щелока.

Целлюлозная масса затем проходит стадии очистки (от непровара и минеральных загрязнений), облагораживания, отбелки, обезвоживания и сушки.

Отбелка целлюлозы проводится только в тех случаях, когда вырабатывается беленая целлюлоза, а облагораживание – только при производстве специальных видов целлюлозы, предназначенных для химической переработки.

Если целлюлозный завод входит в состав целлюлозно-бумажного комбината, то отпадает необходимость в обезвоживании и сушке целлюлозы, поскольку она в этом случае передается для переработки на бумажную или картонную фабрику в виде жидкой массы.

Регенерация щелочи. Неотъемлемой составной частью сульфатного производства является регенерация щелочи из отработанных черных щелоков. Организация этого процесса является значительным шагом в развитии сульфатного производства целлюлозы, так как происходит утилизация сточных вод и контроль над ними, повышается экономичность производства за счет регенерации химикатов и использования теплоты органических компонентов черного щелока в содорегенерационном котлоагрегате (СРК).

СРК – это основной объект системы регенерации, поэтому решение вопросов, связанных с его надежной, экономичной и экологически чистой работой, является важнейшей задачей.

Процесс регенерации щелочи состоит из трех операций:

1. Выпаривание черного щелока до концентрации 45–60 % сухого вещества в многокорпусных выпарных аппаратах или до 65–75 % при использовании концентраторов.

2. Сжигание сгущенного щелока в содорегенерационных котлах с получением регенерированного минерального продукта в виде плава. При сжигании щелока происходят реакции карбонизации НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ едкого натра (NaOH) и сульфида натрия ( Na2S) и восстановления сульфата натрия ( Na2SO4 ), которые входят в состав минеральной части черного щелока. Поэтому плав состоит в основном из карбоната ( Na2CO3 – 70 % ), и сульфида натрия ( Na2S – 20 25 %). Из СРК плав поступает в бак-растворитель, где растворяется слабым белым щелоком, образуя зеленый щелок.

3. Каустизация раствора плава (зеленого щелока) осуществляется известью (CaO) с целью перевода карбоната натрия в едкий натр. При этом протекают следующие химические реакции:

CaO + H2O = Ca(OH)2, Na2CO3 +Ca(OH)2= 2NaOH + CaCO3.

Полученный в каустизационных установках крепкий белый щелок откачивается в варочный цех, а образовавшийся шлам (CaCO3) направляется в известеобжигательную печь для регенерации извести.

В процессе регенерации щелоков производится возмещение потерь щелочи за счет добавки в щелок перед его сжиганием сульфата натрия ( Na2SO4 ).

Теплофизические свойства черного щелока С энергетической точки зрения черный щелок следует рассматривать как низкокалорийное, влажное, высокозольное топливо. Особенно важными характеристиками для организации процессов его горения и восстановления являются: плотность, вязкость, теплота сгорания, теплоемкость.

Состав щелока. Сульфатный щелок представляет собой раствор различных органических веществ и натриевых соединений.

Органическая часть включает преимущественно щелочной лигнин, имеющий полидисперсный состав, и продукты разрушения углеводов.

Минеральная часть сухого остатка включает свободный гидроксид натрия (едкий натр) NaOH и натриевые соли (сульфид Na2S, сульфат Na SO4 и карбонат Na2CO3), а также натриевую щелочь, преобладающую в минеральной части щелока и химически сведенную с органическими веществами.

Состав сухого остатка черного щелока зависит от вида перерабатываемого сырья, выхода целлюлозы, расхода щелочи на варку и ее потерь в цикле.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Элементный состав органической части сухого остатка (в % от массы):

- углерод Сd - 35 - 40 % ;

- водород Hd - 1,6 - 4,5 % ;

- сера органическая Sd - 0,4 - 1,5 % ;

о - кислород Od - 16 - 21 % ;

- азот Nd - 0,1 - 0,3 %.

Состав минеральной части, в % от массы сухого остатка:

- едкий натр, связанный с органической частью NaOHd - 15 - 24 % ;

d - карбонат натрия Na2CO3 - 7 - 19 % ;

- сульфид натрия Na2Sd - 1,5 - 7,5 % ;

d - сульфат натрия Na SO4 - 1,2 - 6,5 % ;





- едкий натр NaOHd - 0,5 - 3 %.

Таким образом, в состав сухой массы черного щелока входит 37 - 44 % минеральных и 56 - 63 % органических веществ.

Одновременно с горением органической части щелока в его минеральной части протекают следующие основные реакции:

– карбонизация свободного и органически связанного едкого натра 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O;

– карбонизация сульфида натрия Na2S+CO2+H2O=Na2CO3+H2S;

– регенерация серы 2SO2+O2+2Na2CO3=2Na2SO4+2CO2;

– восстановление сульфата натрия Na2SO4+2C=Na2S+2CO2.

В результате горения органической массы щелока и преобразования минеральной части сжигаемого щелока в топке содорегенерационного котла образуются дымовые газы, состоящие из продуктов полного сгорания (CO2, SO2, H2O) и продуктов неполного НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ сгорания (CO, CH4, H2, H2S, CH3SH), а также плав, состоящий в основном из карбоната ( Na2CO3), сульфида ( Na2S), сульфата ( Na SO4 ) натрия и едкого натра ( NaOH ). Сульфат натрия и едкий натр образуются в плаве в результате неполного восстановления сульфида натрия и неполной карбонизации едкого натра.

В процессе карбонизации едкого натра часть углекислого газа, образовавшегося при сгорании органического углерода, переходит в плав, и, наоборот, из минеральной части щелока в газовую среду выделяются водяные пары.

В результате карбонизации сульфида натрия часть углекислого газа переходит в плав, при этом образуется сероводород, который, сгорая, образует воду и сернистый ангидрид в газовой фазе H2S+ O2 SO2 + H2O.

При регенерации серы часть сернистого ангидрида (SO2 ), образовавшегося при сгорании органической серы, переходит в плав, при этом выделяется углекислый газ.

При восстановлении сульфата из минеральной части щелока в газовую фазу выделяется часть кислорода, принимающего участие в окислении органических веществ щелока.

Все эти изменения, а также разница условий лабораторного и промышленного сжигания щелока должны быть учтены при определении элементарного состава органической массы щелока и теплоты его сгорания. Поэтому содержание в щелоке минеральной части (М) несколько отличается от зольности щелока (А), полученной при лабораторных исследованиях. Для определения содержания минеральных веществ пробу щелока высушивают, сжигают и прокаливают в муфельных печах. В условиях неограниченного доступа воздуха в минеральной части происходят химические преобразования. При определении зольности щелока почти вся органическая сера, содержащаяся в щелоке, и значительное количество углекислого газа, образовавшегося вследствие сгорания органического углерода, превращаются в сульфат и карбонат натрия.

Поэтому масса образовавшейся золы больше массы минеральной части. Разница между зольностью Ad сухой массы щелока и содержанием минеральной части Md может доходить до 10%.

Теплота сгорания щелока. Теплота сгорания щелока, как и других органических топлив, определяется с помощью НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ калориметрической установки, где щелок сжигается в атмосфере кислорода.

d Высшая теплота сгорания Qs, кДж/кг, подсчитывается по следующей формуле:

d Qs = Qd - 94,3 Sd - 301,2 Sd S - 0,006Qd - 0,385(100 - к) (CO2)d o Na б б ре, где Qdб - теплота сгорания сухой массы щелока, определенная в калориметрической установке, кДж/кг;

Sd, Sd S- содержание органической и сульфидной серы, в % от o Na сухой массы щелока;

к - степень карбонизации едкого натра, %;

(CO2)d - количество углекислого газа, расходуемого на полную ре карбонизацию едкого натра, в % от сухой массы щелока.

Методика определения степени карбонизации к и комплекса (CO2)d изложена в разделах «Определение состава минеральной ре части и особенности определения элементного состава органической части щелока» и «Материальный баланс СРК по натрию и сере».

Высшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

100 - Wtr r d Qs = Qs, кДж/кг, где Wtr - общая влажность щелока.

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива:

r r Qi = Qs - 25(Wtr + 9Hr + 0,00408к(CO2)r ), кДж/кг.

ре Теплота сгорания щелока меняется в широком диапазоне, что вызвано влиянием на нее таких факторов, как породный состав древесины, режим варки, качество щепы, расход химикатов, соотношение в щелоке лигнина и продуктов разрушения углеводов, величина потерь органических компонентов в цикле и других, которые могут меняться в течение времени случайным образом. При таком подходе становится ясным разброс данных, полученных на различных предприятиях при определении теплоты сгорания щелоков.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Поскольку на теплоту сгорания оказывает влияние множество случайных факторов, эффект которых по отдельности учесть сложно, то представляется возможным рассматривать изменение теплоты сгорания щелока как совместный эффект действия указанных факторов и применять к изучению этого вопроса метод математической статистики. В результате статистического анализа отработанного сульфатного щелока среднее значение низшей теплоты сгорания сухой массы сульфатного щелока, которое следует применять для расчетов при проектировании СРК, составляет d Qi = 13250 кДж/кг.

Состав черного сульфатного щелока по результатам анализов некоторых предприятий приведен в табл.1.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 15 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.