Жудро С.Г. Технологическое проектирование целлюлозно-бумажных предприятий

Подождите немного. Документ загружается.

для производства древесной массы — от устройств приема

баланса в дефибрер до буферного бассейна готовой древесной

массы включительно;

для производства всех видов бумаги и картона — от устрой-

ства приема исходных полуфабрикатов до оборудования сдачи

готовой продукции на склад.

Если в распоряжении проектировщика есть документация

на технологическую линию, полностью удовлетворяющую всем

требованиям проектируемого технологического процесса, то

выбор технологического оборудования сводится к поверочному

расчету и анализу соответствия отдельных установок и агрега-

тов требованиям и условиям проектируемых операций. Если

же,

что бывает чаще, документация на технологическую линию

еще отсутствует, то для каждой из технологических операций

проектировщик выбирает комплектные установки или агрегаты,

которые затем объединяет необходимыми связями и коммуни-

кациями в технологическую линию. В этих условиях выбрать

оборудование — это значит подобрать тип, техническую характе-

ристику (производительность, габарит, вес, стоимость и пр.),

а также количество агрегатов или комплектных установок для

каждой отдельной операции технологического процесса.

Каждая из единиц оборудования, помимо своего соответст-

вия необходимой производительности и технологическому на-

значению, должна быть выбрана с учетом местных условий

установки. Такими условиями могут быть: правое или левое ис-

полнение агрегата, сторона подвода коммуникаций и др.

При выборе оборудования одновременно определяют стати-

ческие и динамические нагрузки на опоры агрегата, влияющие

на условия сооружения фундамента в намечаемом месте уста-

новки и пр.

Особенно тщательно необходимо рассматривать условия ис-

полнения агрегатов при реконструкции действующих предприя-

тий, когда ограниченная производственная площадь и уже суще-

ствующие строительные конструкции здания нередко затруд-

няют возможность применения оптимального с технологической

точки зрения оборудования. Учет размещения выбираемого

оборудования и увязка со строительными конструкциями зда-

ния необходимы и при проектировании строительства новых

производственных зданий, вследствие чего обычно целесо-

образно выбирать оборудование параллельно с разработкой

предварительных компоновочных решений. Соблюдение этого

правила благоприятно влияет как на выбор оборудования, так

и на качество компоновочных решений.

Выбор оборудования обычно начинают с выбора ведущего

агрегата технологического процесса, определяющего производи-

тельность всего производственного потока. К таким агрегатам

относятся варочные установки, дефибреры, бумагоделательные

и картоноделательные машины, а в некоторых случаях и другие

134

агрегаты. После подбора ведущего агрегата по производитель-

ности потока все остальные агрегаты потока выбирают по

условию обеспечения выбранной производительности потока.

Во многих случаях выбор оборудования решается не одно-

значно, а сопоставлением возможных вариантов с выделением

из них наиболее технологически и экономически целесообраз-

ного.

В стоимости целлюлозно-бумажных предприятий стои-

мость оборудования всех видов составляет около 50%, и сниже-

ние затрат на приобретение оборудования непосредственно

влияет на первоначальные затраты строительства предприятия.

ВАРОЧНЫЕ КОТЛЫ И ВАРОЧНЫЕ УСТАНОВКИ

Для варки целлюлозы до недавнего времени применялись

только варочные котлы периодического действия. В последние

годы для производства сульфатной целлюлозы и полуцеллю-

лозы получили значительное распространение варочные уста-

новки непрерывного действия. В настоящее время начинают

внедряться варочные установки непрерывного действия также

и для кислой сульфитной варки и бисульфитной варки на маг-

ниевом основании. Все же обычные варочные котлы периодиче-

ского действия находят еще применение на действующих пред-

приятиях.

По мере развития целлюлозного производства конструкции

варочных котлов непрерывно совершенствовались. В началь-

ный период развития целлюлозного производства применялись

медленно вращающиеся горизонтальные варочные котлы. Од-

нако вследствие ряда их недостатков стали применять верти-

кальные котлы. Размеры котлов и их объем постепенно воз-

растали, изменялась форма котла, применялись более прочные

и стойкие материалы для изготовления котлов. Усовершенст-

вование варочных котлов в отдельных деталях продолжается и

в настоящее время, но конструкция современных котлов в ос-

новном достаточно определилась.

В подавляющем большинстве случаев применяются непод-

вижные вертикальные варочные котлы. Отступления от этого

единичны. Так, например, при строительстве в 1960 г. в Румын-

ской Народной Республике целлюлозного комбината в г. Бра-

ила, использующего в качестве сырья придунайский тростник,

установлены вращающиеся вертикальные котлы емкостью 90 м

изготовленные в ГДР. Так же редки случаи применения вароч-

ных котлов, имеющих шаровую форму. Такие котлы имеют не-

большую емкость и находят применение только для варки

тряпья, линта или при каких-либо специальных технологиче-

ских требованиях. За последние 5 лет завод Уралхиммаш для

действующих предприятий изготовил 12 шаровых варочных

котлов емкостью 11,5 ж

каждый.

135

У котлов сульфитной варки, имеющих внутреннюю обму-

ровку, объемом, или емкостью, котла брутто считают объем

кожуха котла, а объемом, или емкостью, нетто (полезным объе-

мом) считают объем брутто минус объем обмуровки. У би-

металлических котлов сульфитной варки и котлов сульфатной

варки объем брутто практически совпадает с объемом нетто.

При более точном определении в понятие «емкость котла нетто»

входит свободный объем котла, а в «емкость котла брутто» —

свободный объем котла плюс объем, занимаемый арматурой

(нижняя и средняя циркуляционные сетки и др.).

Максимальный объем котла нетто, примененный на наших

предприятиях для сульфитной варки,— 320 м

, а для сульфат-

ной— 160—200 м

. Предельные емкости котлов зарубежных

предприятий за редким исключением примерно такие же. Швед-

ская фирма «Авеста» изготовила котел для варки бисульфит-

ной целлюлозы объемом 420 м

, являющийся самым крупным

в мире*. Отношение высоты к диаметру для различных котлов

изменяется в некоторых пределах, при этом для котлов суль-

фатной варки, имеющих более вытянутую форму, это значение

выше.

Рабочее давление для котлов сульфитной варки обычно бы-

вает до 10 атм, для сульфатной

—

до 12 атм. Толщина стенки

котлов около 35 мм.

Увеличение объема варочных котлов по мере совершенство*

вания их конструкции проходило постепенно. Одним из сдер-

живающих факторов при этом являлось опасение увеличения

неравномерности нагрева содержимого котла, вызывающего не-

одинаковый провар массы в котле и понижение качества полу-

чаемой целлюлозы. Однако объем котла не единственный и

даже не главный фактор возможной неравномерности провара.

Не менее важна форма котла и способ подвода греющего пара.

На равномерность провара влияет также степень уплотнения

щепы, неравномерное по плотности расположение щепы в котле,

неоднородность ее размеров. Все эти факторы могут обуслов-

ливать неравномерную по сечению котла циркуляцию варочной

жидкости.

В целях улучшения равномерности провара применяют раз-

личные системы принудительной циркуляции варочной жид-

кости.

Принудительная циркуляция сначала была освоена при ще-

лочном способе варки, так как в этом случае для изготовления

устройства принудительной циркуляции (насосов, трубопрово-

дов,

теплообменников) во многих случаях возможно было при-

менение обычной стали. Кроме того, при щелочной варке обра-

зование осадков на поверхности нагрева подогревателей про-

исходит значительно меньше, чем при сульфитном способе.

* „La Papeterie", 1968, N 12.

136

После получения возможности применения стали высокой

кислотостоикости принудительная циркуляция стала находить

применение и при сульфитной варке.

Современные устройства для принудительной циркуляции

при всем их разнообразии могут быть разделены на два основ-

ных вида: с непрямым обогревом циркулирующей жидкости

в особых подогревателях и с прямым нагревом, подачей пара не-

посредственно в варочный котел.

Отечественной промышленностью выпускаются варочные

котлы, указанные в табл. 24.

Таблица 24

Варочные котлы

Назначение

Для варки сульфитной целлюлозы

» » сульфатной »

» » » »

с водным предгидролизом . . .

Для варки сульфитной целлюлозы

» » » »

Емкость,

ж*

по

140

160

250

320

\Марка стали

Сткиь 20К

»\20К

20К + ОХ17Н16МЗТ

20К+Х17Н13М2Т

20К+ОХ17Н16МЗТ

Вес,

64,6

100

Для варки сульфатной целлюлозы применяют котлы, изго-

товляемые из углеродистой стали. Для варки сульфатной цел-

люлозы с водным предгидролизом и для сульфитной целлюлозы

корпус котла биметаллический: наружный слой из углеродистой

стали, внутренний

—

из высоколегированной коррозионностой-

кой стали сложного химического состава. Этот состав отражает

марка стали, состоящая из буквенных обозначений элементов и

следующих за ними цифр, указывающих среднее содержание

элемента в процентах, кроме элементов, присутствующих в стали

в малых количествах, например Т — титан. Цифры перед бук-

венным обозначением указывают содержание углерода в стали

в десятых долях процента. Если же количество углерода в стали

не ограничено нижним пределом при верхнем пределе 0,09% и

более, то цифру впереди не ставят; при содержании углерода до

0,08% ставят знак 0. Химические элементы в марках стали обо-

значаются следующими буквами: X — хром; Н — никель, М —

молибден.

С целью унификации варочных котлов при дальнейшем их

применении отечественными машиностроительными организа-

циями разработана нормаль, предусматривающая основные

конструктивные характеристики, указанные на рис. 25 и

в табл. 25.

Пример 50. Определить количество варочных котлов при производи-

тельности целлюлозного завода 441

т/сутки

брутто по варке. Вид целлюлозы —

вискозная. Намечаются к установке варочные котлы емкостью 320 м

137

<и

я)

о.

га

„5S

Ца

со со со со ^ со

о о о о о о

ООО

ОО О

СМ

—I

CM CM СМ СМ СМ

о о о

CD СО CD СО СО

*Ф

со со со со со со

о о

00 СО "Ф ^Ф ^Ф

см см см

см см

о о о

СО

Г- О

СМ

—*

СП ОО -ф СО —1

(^ Г^,

СО

00 О

ОЭ

о о о о о

СО

—<

Г^

CM,

*Ф

СО

rt<

СО

1Л

СО СО

i-'J

~ч|'

^'J

lij

Vb^

L'J -NT L'J LLJ Ч-*

CO CO CO CO

о о о о о

О0 00

О О О

СМ

CM CM CM

о о о о о о

со со со со со ^

*ф

'Ф

*ф

СЛ>

со со со со со со

о о о о о о

оо оо

*Ф

о те оо

СМ СМ СМ СМ СМ СМ

О О Q О О

СО

[-- О

СМ

ОО

СЛ

ОО

-Ф

СО

—I

г~- г^ со со сп сп

о о о о о о

СО

-—<

Г-^

СМ

-ф О!

СО

*ф

СО

СО СО

о о о о о

CDCDOO

О Ю

СО СО

-sh ^ф *Ф *ф

СМ

СО

СМ СМ СМ

о о о о

ОО

О О

см см см со

со

о о о оо

ио ю оо

—<

-ф -Ф

СО

•ф *ф *ф LO

о о о о

^ф ^Ф

СМ

^ф

СО

СО СО СО СО СО

ООО

0:0

СО

0:-Ф

СО СО

I^-iO

^ф со со сооо

о о о о о

2 CNOIOIOO

К 0OCOIONCO

СМ

^ФЮ

СО

•е-

КС

о о

о о о

СО со

О О О LO

СО СО ^ф

^Ф

^ф

ГИ

см

арочные

ОО О О О

О О О О О

О О СОО СО

СО

со

см

О ОЮ О О О

СЭ-~ CJ ^P ZD О

" —

—•

—

СМ

О Ю О О О

—<

СМ

'Ф

СО

1Х(

p—i

нм £ч ни Рм

о ю о о о

О Ю О О О

^-"

^—

—<

—' —'

СМ

CQCQCQP3CQCQ

о о

со

о ю

см

*-<

см см

со

«Ф

о о

со

^-<

см см

со

*Ф

CQCQKQPQCQ

ьй

Нм

н^ч нм км

138

Принимаем выход целлюлозы брутто из 1 м

при уплотнении 25% 85 кг.

Оборот котла при освобождении его вымывкой составляет 14,5 ч. Рассчи-

тываем количество котлов ^ .

п = ,

Vy2A

где Q

—

количество неВеленой целлюлозы по варке, кг,

г — оборот котла, ч;

V — объем котла, м

;

у — выход целлюлозы брутто из 1 м

, кг.

Подставляем данные в формулу

441-1000-14,5

320-85-24

9,9 котлов.

Принимаем, что должно быть установлено 10 котлов. Определяем выход

целлюлозы с одной варки: 320

•

85=27 200 гсг = 27,2 т и количество варок

в сутки

441

27,2

15,2.

Пример 51. Требуется выбрать насос по произво-

дительности и необходимому напору к циркуляционно-по-

догревательному устройству варочного котла емкостью

320 м

. Количество закачиваемой в котел варочной кис-

лоты определено 240 ж

. Варочная кислота забирается на-

сосом внизу котла, прокачивается через подогреватель

и вводится в верх котла. Производительность насоса дол-

жна обеспечить четыре оборота кислоты в 1 ч.

К. установке принимаем насос производительностью

1000 м

/ч, обеспечивающий четырехкратный оборот кис-

лоты.

Для нашего случая напор насоса

яао

(см. расчет

трубопроводов) должен преодолеть сопротивление, опре-

деляемое соотношением

^нас = Z "Г JLl ^пот

где Z — геометрическая высота;

2Яц

ОТ

— сумма потерь в трубопроводе и подогревателе;

„ /

скоростной напор при/входе кислоты в котел.

2£ /

Геометрическая высота, в нашем случае, будет равна

разнице между отметками ввода Жидкости в котел и воз-

можным самым низким уровнем жидкости в котле после

перепуска. Для котла 320 ж

, имеющего высоту около 17 м,

эта разница отметок составляет обычно около 10 м. По-

тери в трубопроводе должны быть подсчитаны подобно

тому, как это делается для технологических трубопроводов. Обычно суммар-

ные потери в трубопроводе и подогревателе составляют потерю напора при-

мерно 10 м. Скоростным напором в виду незначительной величины в нашем

случае можно пренебречь. Таким образом, может быть выбран насос с на-

пором 20 м.

Как указано выше, в последнее время варочные котлы заме-

няются установками непрерывной варки. Технологические про-

цессы, которые ведутся на основе принципа непрерывности,

имеют ряд преимуществ: они наиболее удобны для автомати-

зации, применение которой позволяет сократить трудозатраты,

упростить управление и контроль за процессом, осуществлять

жесткие условия его неизменности и, следовательно, обеспечить

Ос-

кон-

Рис.

25.

новные

структивные

характеристи-

варочных

котлов

ки

139

стабильность процесса и высокое качество получаемой про-

дукции.

В последнее десятилетие в целлюлозно-бумажном производ-

стве все большее количество технологических операций осуще-

ствляется непрерывно.

По разработке технологии непрерывного процесса варки

целлюлозы и при его аппаратурно-конструктивном оформлении

возникало много трудностей. Над решением этих проблем еще

до начала второй мировой войны работали в разных странах.

В Советском Союзе много сделал в этой области проф. Л. П. Же-

ребов, теоретически развивший идею непрерывной высоко-

температурной быстрой варки. Из зарубежных фирм наиболь-

ших результатов в разработке и аппаратурном оформлении

процесса непрерывной варки достигла фирма Камюр, упорно

работавшая в этом направлении с 1937 г. Первая промышлен-

ная установка системы Камюр была пущена в эксплуатацию

в 1950 г. С тех пор эта система непрерывно совершенствовалась.

В 1958 г. фирма Камюр внедрила метод холодной выдувки

массы с охлаждением ее перед выгрузкой из котла, в резуль-

тате чего механическая прочность волокна целлюлозы, получен-

i ной таким методом, достигла прочности волокна целлюлозы,

\ получаемой при периодической варке. В 1962 г. фирма внед-

рила новый метод промывки массы — противоточную горячую

диффузионную промывку в нижней части варочного котла, что

позволяет на одну-две ступени сократить последующую про-

мывку массы на вакуум-фильтрах.

В последнее время появилась установка непрерывной варки

Раума-Репола-Эско, показанная на рис. 26. По данным фирмы-

изготовителя, установка проверена на опыте, надежна в экс-

плуатации. Ниже приводится характеристика режима работы

данной установки.

Пусковое время установки от начала загрузки варочного

котла до начала выдувки составляет приблизительно 2,5 ч. Про-

паривается щепа в установке в две ступени, что гарантирует

удаление воздуха из щепы и быстрое поглощение варочного ще-

лока. Первая ступень пропарки проходит при температуре

120° С в горизонтальной пропарочной камере низкого давления,

расположенной над варочным котлом. Воздух из щепы вытес-

няется паром и удаляется через питатель низкого давления

в выхлопную трубу. Вторая ступень пропарки происходит в верх-

ней части варочного котла между вертикальным загрузочным

шнеком и зоной пропитки. Время пропарки незначительно, его

можно изменять от нескольких секунд до 2 мин, регулируя уро-

вень варочного щелока в котле. Горячая пропаренная щепа

очень быстро впитывает в себя более холодный варочный щелок.

Зона пропитки варочной щепы показана на рис. 26. Время

пропитки щепы равно приблизительно 20 мин. Смесь белого и

черного щелока подается непрерывно в верхнюю часть этой

140

^r~

Рис.

26. Установка непрерывной варки фирмы Раума-Репола-Эско:

I _ дозирующий шнек; 2 — ротационный питатель низкого давления; 3 — го-

ризонтальная пропарочная камера низкого давления; 4 — ротационный пи-

татель высокого давления; 5 — магистраль пара; 6 — вертикальный загрузоч-

ный шнек; 7 — трубы возврата циркуляционного щелока; 8 — самоочищаю-

щиеся сетки циркуляционного щелока; 9 — самоочищающиеся сетки черного

щелока; 10 — донный скребок; //— выдувной вентиль;

— расширительный

•бак; 13 — бак хранения промежуточного черного щелока;

— насос белого

.щелока; 15 — циркуляционный насос варочного щелока; 16 — циркуляционный

насос черного щелока;

— насос охладительного щелока

зоны. В зоне пропитки варочный щелок не циркулирует, а только

перемещается вместе со щепой в зону варки.

Зона варки состоит из двух частей. Щелок циркулирует

в верхней части, в первой зоне варки. Циркуляционный щелок

отбирается из котла при варочной температуре через самоочи-

щающиеся сетки и возвращается в верхнюю часть котла. Щепа

и варочный щелок, продвигаясь из зоны пропитки в верхнюю

часть зоны варки, подогреваются до варочной температуры.

30-минутная варка в зоне циркуляции, достаточная для много-

кратного обмена циркуляционного щелока, гарантирует равно-

мерность провара массы. Во второй зоне варки, т. е. в нижней

части котла, щелок не циркулирует. В этой зоне варочный ще-

лок и щепа перемещаются вниз вместе. Общее время варки

колеблется от 45 до 90 мин в зависимости от требований к цел-

люлозе. Зона варки кончается у зоны охлаждения.

В зоне охлаждения используется черный щелок из расшири-

теля, отбираемый через нижние отсасывающие сетки, и черный

щелок, поступающий от промывки, при этом температура вы-

дуваемой массы понижается до 95° С. Охлаждающий щелок

подается через четыре сопла, расположенные на вращающемся

донном скребке, чем достигается равномерное охлаждение

массы и разбавление ее до требуемой концентрации. Произво-

дительность установки регулируется изменением количества

щепы, подаваемой в котел питательным шнеком измерителя

щепы.

Промывка в котле отсутствует, поэтому высота котла сокра-

щается. Высота варочного котла установки Камюр с диффузи-

онной промывкой производительностью 900 т в сутки достигает

примерно 70 ж, при диаметре котла около 6 м.

Первая в Советском Союзе установка системы Камюр вы-

пуска 1954 г. производительностью 100 т в сутки была закуп-

лена за рубежом и по проекту Гипробума установлена на Ма-

рийском целлюлозно-бумажном комбинате. Установка пущена

в эксплуатацию в 1958 г. В конце 1964 г. введена в действие на

Котласском ЦБК первая, а в середине 1965 г. вторая установка

непрерывной варки мощностью 430 т в сутки сульфатной цел-

люлозы с выходом 50—55%. С начала 1965 г. эксплуатируется

установка непрерывной варки Камюр мощностью 365 г в сутки

сульфатной целлюлозы с выходом 48% на Сегежском комби-

нате,

где пущена уже также вторая такая установка.

На стадиях монтажа, освоения или эксплуатации находятся

варочные установки системы Камюр и на других комбинатах:

Архангельском — три установки производительностью по 300 т

в сутки сульфатной целлюлозы, в том числе две установки с вы-

ходом 53—54% для тарного картона и одна — для целлюлозы

с выходом 48—507о; Братском — две установки производитель-

542

ностью по 420 т в сутки сульфатной целлюлозы с выходом до

55%

для тарного картона; Сыктывкарском—две установки

производительностью по 500 т в сутки сульфатной целлюлозы,

предназначенной для последующей отбелки, с выходом 47—50%

из хвойной и лиственной древесины; Соломбальском — две уста-

новки производительностью по 300

в сутки каждая. Все пере-

численные установки системы Камюр не имеют диффузионной

промывки в нижней части котла.

В 1967 г. для дальнейшего расширения Архангельского, Кот-

ласского и Братского комбинатов закуплены установки непре-

рывной варки с диффузионной промывкой, отвечающие послед-

ним достижениям фирмы Камюр. Каждая из варочных устано-

вок рассчитана на обеспечение производственного потока

мощностью 250 тыс. т в год товарной сульфатной беленой цел-

люлозы. Одновременно для Братского комбината закуплена

установка системы Камюр, предназначенная для потока про-

изводства 200 тыс. т в год сульфатной вискозной целлюлозы

с паровым предгидролизом..

Считается, что впервые внедряемое на предприятиях СССР

производство вискозной целлюлозы методом непрерывной

варки имеет преимущество, заключающееся в следующем.

Максимальный объем варочных котлов периодической варки,

применяемых при производстве вискозной целлюлозы сульфат-

ным способом, составляет 200 м

. При современной мощности

производственных потоков, даже при использовании котлов

такой большой емкости, потребуется до 50 варок в сутки. Основ-

ное и главное требование, предъявляемое к вискозной целлю-

лозе—

это ее однородность, достичь которую при варке в кот-

лах стремятся усреднением показателей при смешении целлю-

лозы, полученной от разных варок. При большом числе варок,

когда каждая варка в периодически действующих котлах, не-

смотря на самые современные методы автоматизации и конт-

роля процесса, все же имеет разные технические показатели

целлюлозы, достигнуть полной однородности качества волокон

смешением продукции разных варок очень трудно. При приме-

нении же аппаратов непрерывной варки, снабженных совре-

менными системами автоматизированного контроля и управле-

; ния процессом, может быть обеспечена наивысшая степень

однородности вискозной целлюлозы.

Возможность внедрения в производственный поток устано-

: вок непрерывной варки большой производительности открывает

реальную возможность организации непрерывного производст-

венного потока большой мощности с минимальным количеством

агрегатов для каждой технологической операции. Такой круп-

ный . поток может быть оснащен следующими современными

установками большой производительности. Один варочный ап-

парат непрерывного действия с диффузионной промывкой про-

изводительностью до 1000

в сутки, дополнительная промывка

143