Новикова А.И. Модернизированная сульфатная варка целлюлозы: учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 13. Схема непрерывной варки целлюлозы:

1-загрузочная воронка; 2-роторный дозатор; 3-питатель низкого давления; 4-пропарочная камера; 5-бак постоянного

уровня; 6-стержневые сита; 7-циклон; 8-насос для циркуляции щелока на очистку; 9-насос высокого давления для

подачи промывного черного щелока; 10-насос высокого давления для подачи варочного раствора; 11-

циркуляционный насос зоны загрузки и питателя высокого давления; 12-питатель высокого давления; 13-узел про-

мывки щепы щелоком; 14-выносная пропиточная камера; 15-теплообменники; 16-циркул. насос зоны загрузки; 17-

терпентинный конденсатор; 18-варочный аппарат; 19-циркуляционный насос зоны охлаждения; 20-циркуляционный

насос зоны диффузионной промывки; 21-узел сепарирования целлюлозы; 22-верхний расширительный циклон; 23-

нижний расширительный циклон; 24-циклон для отделения паров и газов от щелока; 25-отстойник конденсата; 26 -

циклон используемого щелока

Рис. 14. Система подачи щепы Lo-Level

На рис. 13 приведена схема непрерывной варки сульфатной целлю-

лозы в двухсосудном варочном аппарате с зоной диффузионной промывки

массы в варочном котле, а на рис. 14 – 17 показаны модернизированные

системы пропарки щепы, подачи щепы и щелока в варочные аппараты,

системы отбора отработанных щелоков в циклоны.

В последнее время большой вклад в модернизацию варочных уста-

новок внесли фирмы “Квернер” и “Андритц”.

Рис. 15. Современные технологии варки с применением Lo-Level

Рис. 16. Система подачи щепы TurboFeed

Рис. 17. Современные технологии варки с применением TurboFeed

Фирма «Андритц» направила большие средства на упрощение кон-

струкции и снижение стоимости установок непрерывной варки [7, 8] и

внедрила пропарку щепы в бункере «Diamondback» при атмосферном дав-

лении. Этот бункер при вводе его в эксплуатацию позволил равномерно и

достаточно полно (в течение 20 мин. вместо 3…5 мин. в пропарочной ка-

мере) пропаривать щепу в любой период года при температуре 100 °C.

Устройство бункера предотвращает зависание щепы и ее механическое по-

вреждение, так как отсутствуют подвижные части. При варке снизилось на

30 % количество отходов; качественная пропарка позволила снизить тем-

пературу на 5…6 °C и уменьшить разброс показателя жесткости целлюло-

зы на 50 %. Увеличилась эксплуатационная надежность варочного обору-

дования.

Успешная работа бункера для пропарки щепы при 100 °C в течение

20 мин. позволила не только прогреть щепу, но и эффективно удалить за-

хваченный воздух, содержащийся внутри поступающей щепы. В отличие

от нагрева щепы, удаление воздуха из щепы – не очень быстрый процесс.

Для удаления 90…95 % воздуха из щепы время контакта щепы с паром

должно быть не менее 20 мин., поэтому главным фактором для успешной

пропарки является время, а не повышенная температура. Первые системы

для пропарки при атмосферном давлении были разработаны в качестве до-

полнения к пропарочным камерам, работающим при давлении пара

0,14 МПа. Но ранние конструкции бункеров создавали воронкообразную

картину перемещения щепы с образованием ям, каналов, что порождало

эксплуатационные проблемы. Появление бункера пропарки

«Diamondback» устранило эти недостатки.

В дополнение к бункеру пропарки появилась новая система подачи

щепы из расходомера в питатель высокого давления насосом Lo-Level.

Первая система подачи Lo-Level в сочетании с бункером «Diamond-

back» была введена в действие в 1995 г. Эта система позволила надежно

обеспечить закачку смеси щепы и щелока в питатель высокого давления

(рис. 14) и в варочный аппарат (рис. 15).

Пропаренная щепа через расходомер роторного типа смешивается в

трубе с циркулирующим варочным раствором и насосом Lo-Level закачи-

вается в питатель высокого давления. Насос Lo-Level в системе подачи

щепы выдерживает крупные предметы, а открытая форма его камеры пре-

пятствует его засорению. Давление насоса рассеивает пузыри пены и пре-

дотвращает резкие перепады давления при перемешивании щепы под дав-

лением варочного котла. Степень наполнения ротационного питателя вы-

сокого давления заметно улучшается благодаря насосу, а температура цик-

ла снижается, повышая безопасность в линии подачи и циркуляции.

В России новая система пропарки щепы в бункере «Diamondback»

запущена в работу в сентябре 2004 г. на Сегежском ЦБК.

Дальнейшее совершенствование схем варочных цехов связано с за-

меной питателя высокого давления на систему «Turbofeed». Разработки

были начаты в 2000 г. Необходимо было спроектировать совершенно но-

вый насос. Насосы для щепы в системах подачи Lo-Level представляют со-

бой насосы Wemco Hydrostal с вихреобразующими открытыми рабочими

колесами. Эти насосы не рассчитаны для работы под напором варочного

котла (1…1,2 МПа).

Система подачи «Turbofeed» (рис. 16) состоит из ряда низкоскорост-

ных низкоударных насосов так же нечувствительных, как и Lo-Level, к

смеси щепы и щелока. Компьютерное моделирование комбинаций рабоче-

го колеса и корпуса различных типов позволило оптимизировать конст-

рукцию насоса. Одним из условий при проектировании было использова-

ние низкоударных насосов с целью предотвращения вредного воздействия

на качество подаваемой щепы, а, следовательно, и на качество волокни-

стой массы. При работающих последовательно трех насосах (рис. 17) низ-

кая интенсивность ударного воздействия была признана необходимой для

сохранения качества волокон целлюлозы. После пуска системы

«Turbofeed» были отобраны образцы щепы из дозатора щепы и после каж-

дого насоса для щепы. В процессе лабораторных варок и после определе-

ния физико-механических свойств целлюлозы оказалось, что свойства во-

локнистой массы остаются высокими, как и при использовании системы

Lo-Level.

Система «Turbofeed» значительно сокращает капитальные и эксплуа-

тационные затраты на техобслуживание, а также упрощает систему подачи

щепы на непрерывную варку. Сочетание системы пропарки щепы в бунке-

ре «Diamondback» и системы «Turbofeed» намного упрощает управление

линией подачи щепы в варочную установку. Напор, создаваемый насосом

№1, который помещается в трубе щепы, удовлетворяет условиям, соответ-

ствующим стороне всасывания насоса №2, что позволяет запустить этот

насос, который в свою очередь, создает необходимые условия для пуска

насоса №3. Происходит последовательное повышение давления. Повыше-

ние давления в варочном котле, а также в подающей линии и в линии

верхней циркуляции позволяет открыть главные запорные клапаны в верх-

ней части варочного котла. В этот момент оператор должен удостоверить-

ся, что давление на стороне нагнетания насоса №3 равняется давлению в

варочном котле (1…1,2 МПа). При открытии этого двухпозиционного кла-

пана автоматически открывается клапан регулирования расхода на обрат-

ной линии к трубе для щепы, определяющей расход на загрузочной цирку-

ляции. Когда эта циркуляция установится, система будет готова к началу

подачи щепы из дозатора щепы. Весь процесс пуска системы подачи мо-

жет быть завершен за одну минуту, что упрощает работу оператора и по-

зволяет ему сосредоточить внимание на других участках варочной уста-

новки.

В Северной Америке установлена уже вторая система “Turbofeed”

производительностью 900 т/сут. Намечено продолжить установку анало-

гичных систем производительностью 1200 и 3000 т/сут.

Фирма “Андритц” предлагает варочные установки Lo-Solids высокой

производительности. Варку Lo-Solids проводят в однососудном варочном

котле, усовершенствованном по системе подачи и отбора щелоков по всей

продолжительности варки с оптимизацией профиля концентрации щелочи,

с целью получения целлюлозы высокого качества. Улучшение условий

варки может быть только лишь при уменьшении растворенных компонен-

тов древесины на протяжении всей фазы делигнификации. При варке Lo-

Solids применяют периодические добавления белого щелока и всюду, где

возможно варку ведут в противотоке. Новая технология использует мно-

жество этапов экстракции и добавлений промывочной жидкости с целью

минимизации концентрации растворенных компонентов древесины в про-

цессе варки.

Усовершенствование конструкций варочных котлов делает варку

длиннее, но позволяет снизить температуру варки и повысить качество и

выход целлюлозы. В настоящее время предлагается новейшая модифика-

ция Lo-Solids – это варочный котел Downflow (рис. 15, 17). В этом котле

вместо зоны промывки противотоком расположена зона варки прямото-

ком. В этом котле практически прямоточная варка, что повышает его экс-

плуатационную надежность и производительность. Противоток использу-

ют только при легком вытеснении Lo-Solids и при мощной промывке вы-

теснением на самом дне варочного котла. Давление в варочном котле

(1…1,1 МПа) поддерживается с помощью пневматического компрессора. В

этих котлах столб щепы равномерно движется, расход пара снижается. Ос-

новная масса щелочи, т.е. в избыточном количестве, подается в среднюю

зону, из которой варочная жидкость циркуляционным насосом подается в

зону пропитки, что позволяет снизить подачу щелочи в зону пропитки и

быстро повысить температуру в верхней зоне варки.

Варочная установка оснащена контрольно-измерительными прибо-

рами, выведенными на центральный пульт управления процессом.

7. МЕТОДИКА РАСЧЕТА МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

НЕПРЕРЫВНОЙ ВАРКИ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

7.1.Рекомендации по выполнению расчетов

Для выполнения расчетов материальных [10], тепловых балансов и

основного технологического оборудования необходимо изучить теорию и

основные факторы варки, назначение вырабатываемой целлюлозы, схемы

варочных цехов, оборудование для комплектования варочного цеха; озна-

комиться с существующими нормами технологического проектирования

целлюлозно-бумажных предприятий [1, 5, 9].

Исходные данные для выполнения расчетов должны быть согласова-

ны с руководителем проекта.

Вначале вычерчивается технологическая схема варочного цеха с ука-

занием всего технологического оборудования.

Выбирается температурный режим варки с указанием на схеме тем-

ператур и продолжительности операций. Остальные данные в виде табли-

цы на отдельном листе должны, наряду со схемой, постоянно сопутство-

вать расчету.

Исходные данные для расчета выбирают в литературе [1, 9], на про-

изводстве, на основании исследований.

1. ГОСТ или ТУ на целлюлозу.

2. Удельный расход активной щелочи, % от массы абс. сух. древе-

сины (R

) или в кг/т целлюлозы, ед. Na

3. Выход целлюлозы из древесины, В, % от древесины.

4. Влажность щепы, W′, %.

5. Порода дерева.

6. Плотность древесины, ρ

, кг/м

[1, 18].

7. Коэффициент для определения насыпной массы щепы (коэффи-

циент объемного заполнения), q

, q

= 0,35…0,42 [1, 18].

8. Состав белого щелока (степень сульфидности, степень каустиза-

ции, степень восстановления).

9. Концентрация белого щелока, C

БЩ

, г/л активной щелочи, ед. Na

10. Плотность слабого оборотного черного щелока, направляемого на

варку целлюлозы для установления гидромодуля варки (табл. 29),

1 ЧЩ

, кг/м

11. Плотность белого щелока, ρ

, кг/м

, по концентрации из табл. 11.

12. Гидромодуль варки, Г.

13. Средняя температура варки в зимний и летний периоды, t

ЗИМ

, t

ЛЕТ

°C.

14. Температура пропаривания щепы, °C.

15. Температура в зонах аппарата, °C.

16. Параметры технологического пара (температура, °C; давление,

МПа; энтальпия, кДж/кг) [11] и табл. 16.