3.2. Энерготехнологическое комбинирование в целлюлозно-бумажной промышленности

При производстве целлюлозы широко применяют ЭТА, в которых осуществляется технологический процесс, сжигание так называемого черного щелока с восстановлением сульфата натрия. Одновременно в ЭТА вырабатывается водяной пар. Схема регенерации химикатов при производстве целлюлозы сульфатным способом [5] показана на рис. 28.

Древесная щепа поступает в варочный котел 1, в котором обрабатывается под давлением водяным паром в растворе едкого натрия NaOH и сульфида натрия Na₂S, известного под названием белого щелока. Во время варки лигнин древесины растворяется в щелоке. Целлюлозная масса отделяется от варочного раствора и после промывки в баке 9 направляется в очистительное устройство и бумагоделательные установки. Варочный раствор, отмытый от целлюлозной массы, образует так называемый черный щелок, имеющий влажность W₁ = 70 %. Для возврата в производство черный щелок, основными компонентами минеральной части которого являются Na₂S, NaOH и Na₂SO₄, подлежит регенерации. Для этой цели он упаривается в многокорпусной выпарной установке 8 до содержания влаги W₂ = 45 %. В каскадном испарителе 7 его влажность снижается до W₃ = 33 %.

В данной установке применен каскадный испаритель, который обогревается горячим воздухом с температурой 300 °С, поступающим из вращающегося регенеративного подогревателя 6. После каскадного испарителя упаренный черный щелок и воздух поступают в топку содорегенерационного агрегата 5. Перед подачей в топку черный щелок предварительно подогревается в подогревателе 3 до 110 °С. Нижняя часть топки ошипована и покрыта хромитовой массой. Жидкий щелок подается в специальные форсунки, установленные выше уровня пода примерно на 5 м. Форсунки качающиеся с грубым распылом. Размер основной массы капель составляет 3-5 мм. Крупные капли подсушиваются на лету горячими

Рис. 28. Энерготехнологический содорегенерационный агрегат

1 – варочный котел; 2 – установка каустизации; 3 – подогреватель; 4 – бак;

5 – содорегенерационный агрегат; 6 – регенеративный воздухоподогреватель;

7 – испаритель; 8 – выпарной аппарат; 9 – промывочный бак

дымовыми газами и падают на под, образуя горящий слой подсушенного щелока. Сгорание щелока происходит в двух зонах: частично в слое и частично в объеме. Основной процесс сушки и сгорания органических веществ происходит в объеме топки, расположенном между подушкой огарка и щелоковыми форсунками. В этом объеме интенсивно выделяется теплота, используемая для получения пара. В связи с этим большая часть первичного воздуха подается в объем, расположенный ниже уровня щелоковых форсунок. Во время сжигания щелока сложные органические вещества распадаются и сгорают с образованием СО₂, Н₂О и SО₂, а минеральные — выделяются в виде расплава, состоящего из Na₂CO₃ (80 %), и Na₂S (18 %), небольшого количества Na₂SO₄, NaOH и др.

Жидкий расплав с температурой около 1000 °С поступает в бак 4, в котором растворяется промывочной водой из установки каустизации, образуя так называемый зеленый щелок. В установке каустизации 2 зеленый щелок обрабатывается гашеной известью, в результате происходит реакция между карбонатом натрия и гидроксидом кальция по уравнению

Nа₂СОз + Са(ОН)₂ = 2NaOH + СаСО₃.

Сульфид натрия остается без изменения. Полученный белый щелок после отстаивания и промывки снова возвращается в производственный цикл.

Рис. 29.Однобарабанный содорегенерационный агрегат СРК-700:

1 – топочная камера с радиационными поверхностями нагрева; 2 – цельносварной под;

3 – защитный ширмовый фестон; 4 – двухступенчатый ширмовый пароперегреватель;

5 – экономайзер

Однобарабанный содорегенерационный агрегат СРК-700 (рис. 29) производительностью 700 т/сут абсолютно сухих веществ черного щелока рассчитан на параметры D = 27,7 кг/с, Р = 3,92 МПа и t_пп = 444 °С. Топочная камера полностью экранирована. Под 2 выполнен из сварных плавниковых панелей, являющихся продолжением переднего и заднего экранов. Удаление расплава происходит с помощью трех леток, установленных на фронтовой стене. На боковых экранах 3 размещены шесть механических форсунок для распыления черного щелока и вспомогательные мазутные горелки. Воздух для горения подается через три группы сопел. Компоновка котла П-образная, все конвективные поверхности нагрева 4 в ширмовом исполнении.

Паропроизводительность котла обеспечивает расход пара на варочный котел (D₁), на выпарную установку (D₂) и на подогреватель (D₃). Расходы черного щелока с влажностью W₂ и W₃ связаны с исходным расходом щелока G₁ при влажности W₁ соотношением

. (34)

При расходе черного щёлока G₁ при влажности W₁ затраты теплоты в выпарной установке для уменьшения влажности щёлока до значения W₂ составят

, (35)

где r – теплота парообразования, кДж/кг.

Затраты теплоты на подогрев черного щелока (после каскадного испарителя с влажность W₃) в подогревателе 3 составит

, (36)

где с_р – теплоемкость осушенного черного щелока;  разница температур после и до подогревателя (обычно до подогревателя 70 °С после подогревателя 110 °С).

Затраты теплоты на испарение во влагокаскадном испарителе, который обогревается горячим воздухом, составят

. (37)