способ сжигания черного щелока в котле утилизации и котел утилизации

Формула изобретения

1. Способ сжигания черного щелока в котле утилизации для получения газообразных продуктов с низким содержанием окисей азота, включающий подачу черного щелока в нижнюю часть котла утилизации, подачу воздуха на заданных уровнях по высоте котла в виде первой, второй и третьей порций воздуха и проведение реакции восстановления газообразных продуктов горения черного щелока в зоне восстановления, отличающийся тем, что часть воздуха подают как четвертую порцию воздуха на уровне выше уровня подачи третьей порции воздуха и увеличивают зону восстановления по высоте котла до уровня подачи четвертой порции воздуха таким образом, что время проведения реакции восстановления составляет по меньшей мере 3 5 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что четвертая порция воздуха составляет часть третьей порции воздуха.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что четвертая порция воздуха составляет 5 50% предпочтительно 5 10% от общего количества подаваемого воздуха.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество окисей азота в газообразных продуктах регулируют изменением расхода подаваемого воздуха.

5. Котел утилизации для сжигания черного щелока, содержащий корпус, имеющий в верхней части область сужения, средства для разбрызгивания черного щелока, расположенные в нижней части корпуса котла, средства для подачи первой порции воздуха, расположенные ниже средств для разбрызгивания черного щелока, средства для подачи второй порции воздуха, расположенные выше средств для разбрызгивания черного щелока, и средства для подачи третьей порции воздуха, расположенные выше средств для подачи второй порции воздуха, отличающийся тем, что он имеет в верхней части корпуса средства для подачи четвертой порции воздуха.

6. Котел по п.5, отличающийся тем, что средства для подачи четвертой порции воздуха расположены на одном или более уровнях на 10 20 м выше уровня расположения средств для разбрызгивания черного щелока.

7. Котел по пп.5 и 6, отличающийся тем, что средства для подачи четвертой порции воздуха расположены в два ряда на уровнях около 13 м и около 19 м выше уровня расположения средств для разбрызгивания черного щелока.

8. Котел по пп.5 7, отличающийся тем, что самый верхний ряд средств для подачи четвертой порции воздуха расположен в верхней части котла, имеющей область сужения.

9. Котел по пп.5 8, отличающийся тем, что имеет систему автоматического управления расходом подаваемого воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу сжигания черного щелока в котле утилизации и котлу утилизации для сжигания черного щелока.

Известны способ сжигания черного щелока и котел утилизации. Они предусматривают как получение энергии в процессе сжигания, так и утилизацию химических веществ, используемых при производстве целлюлозы, которые расщепляются в процессе горения и отводятся из нижней части котла утилизации.

Известный способ включает подачу черного щелока в нижнюю часть котла утилизации, подачу воздуха на заданных уровнях по высоте котла в виде первой, второй и третьей порций воздуха и проведение реакции восстановления газообразных продуктов горения черного щелока в зоне восстановления (пат. США N 3625186, F 22 В 1/18,1971).

Известен также котел утилизации, включающий корпус, имеющий в верхней части область сужения, средства для разбрызгивания черного щелока, расположенные в нижней части корпуса котла, средства для подачи первой порции воздуха, расположенные ниже средств для разбрызгивания черного щелока, средства для подачи второй порции воздуха, расположенные выше средств для разбрызгивания черного щелокам, и средства для подачи третьей порции воздуха, расположенные выше средств для подачи второй порции воздуха (пат. США N 3625186, F 22 В 1/18, 1971).

Котлы утилизации это большие установки, и кроме большого количества энергии и утилизации химических веществ они также вырабатывают большое количество паров. Эти пары содержат смесь окисей азота, появляющихся при сжигании щелока. Эти окиси появляются как из азотсодержащих материалов в щелоке, так и из азота в сгорающем воздухе. Сжигание в котле утилизации происходит при сравнительно низкой температуре, около 1200^oC, и предполагается, что основная часть азота появляется из черного щелока.

В последние годы постоянно возрастают требования к выбросу в атмосферу окиси азота. Известно, что окиси азота способствуют подкислению окружающей среды и оказывают дальнейшее нежелательное влияние на природу. Содержание окисей азота, которые выпускаются из котлов утилизации лесной промышленности, низкое по сравнению с тем, что вырабатывается автомобилями. Нормальное содержание находится в пределах 40-70 мгм NO₂/MT, но эти величины должны быть значительно снижены в будущем.

Факторы, влияющие на формирование окисей азота, включают: количество азота в топливе, как азот связан, скорость нагревания, время выдержки, температуру и количество кислорода. Более важным параметром оказывается, однако, количество подаваемого кислорода. Путем снижения избытка воздуха и тем самым снижения содержания кислорода в области сжигания можно снизить образование окисей азота. В то время как содержание кислорода падает до уровня, возможно, меньше, чем 2-3% на объем, содержание окиси углерода будет, однако, возрастать до очень больших величин ввиду неполного сгорания углерода. Поэтому сначала было предложено сохранить низкое содержание кислорода в нижней части котла утилизация для формирования малого количества окисей азота и сочетать это низкое содержание кислорода с конечным сжиганием оставшейся окиси углерода в избытке воздуха на верхнем уровне котла утилизации. Важно, что окись углерода окисляется до двуокиси углерода при получении достаточного количества энергии, но при этом последнем окислении содержание окисей азота еще больше возрастает.

Также было предложено добавить восстанавливающий газ, такой как аммоний, или городской газ, выше уровня ввода щелока для уменьшения образования окисей азота. Далее добавляется воздух для окончательного сжигания компонентов в газах, которые могут сгорать с выделением энергии. Несмотря на попытки осуществить сжигание таким образом, чтобы образовывалось малое количество окисей азота, способ удовлетворительного сжигания еще не получен. Содержание окисей азота остается еще очень большим.

На решение этих задач направлено данное изобретение.

Изобретение предусматривает способ сжигания черного щелока в котле утилизации для получения газообразных продуктов с низким содержанием окисей азота, который отличается тем, что часть воздуха для сжигания подают как четвертую порцию воздуха на уровне выше уровня подачи третьей порции воздуха и увеличивают зону восстановления по высоте котла до уровня подачи четвертой порции воздуха таким образом, что время проведения реакции восстановления составляет по крайней мере 3-5 с.

Четвертая порция воздуха для сгорания согласно изобретению составляет часть третьей порции воздуха.

Четвертая порция воздуха составляет 5-50% предпочтительно 5-10% от общего количества подаваемого воздуха.

Способ согласно изобретению также предусматривает, что количество окисей азота в газообразных продуктах регулируют изменением расхода подаваемого воздуха.

Изобретение также включает в себя котел утилизации для сжигания черного щелока согласно описываемому способу. Он характеризуется тем, что имеет в верхней части корпуса средства для подачи четвертой порции воздуха.

Котел утилизации согласно изобретению может иметь средства для подачи четвертой порции воздуха, расположенные на одном или более уровнях на 10-20 м выше уровня расположения средств для разбрызгивания черного щелока. Он может иметь средства для подачи четвертой порции воздуха, расположенные в два ряда на уровнях около 13 м и около 19 м выше уровня расположения средств для разбрызгивания черного щелока. Самый верхний ряд средств для подачи четвертой порции воздуха расположен в верхней части котла, имеющей область сужения. Наконец, котел утилизации имеет систему автоматического управления расходом подаваемого воздуха.

На фиг.1 схематично показан котел утилизации в сечении в соответствии с изобретением; на фиг. 2 диаграмма.

Котел утилизации в соответствии с фиг.1 обычного типа имеет отверстия 1, разбрызгивающие черный щелок, расположенные в нижней части котла утилизации. Ниже отверстий 1, разбрызгивающих черный щелок, расположены отверстия 2 для подачи вторичного воздуха. Начальное горение также происходит на этом уровне. Отверстия 3 для первичной подачи воздуха расположены ниже отверстий для вторичного воздуха. Отверстия 4 для подачи третьей порции воздуха расположены выше отверстий 1, разбрызгивающих черный щелок. Котел также включает в себя обычные средства, такие как узкая часть 5 в верхней части котла, называемая "горлышком" и теплообменник 6 обычного типа. Наконец, ниже котла имеется собирающий резервуар (приемник) 7 для расплавленных и утилизованных химических веществ, которые падают вниз вдоль стен приемника, имеют значительное содержание известных солей натрия.

На верхнем уровне котла в области расположения узкой части 5 расположены отверстия 8 для последней подачи воздуха. Их может быть несколько, желательно восемь, хотя точное количество не так важно. Через эти отверстия подачи воздуха добавляется часть третьей подачи воздуха, которая обычно должна подаваться с позиции 4 в котле. Количество, которое обычно вводится с позиции 4, уменьшается, и это количество вводится через отверстия 8, расположенные на самом высоком уровне подачи воздуха. Количество воздуха, которое добавляется на этой самой верхней отметке, составляет 5-10% от общей подачи, воздуха. Этими средствами достигается в области между позициями 4-8 восстановление газовой атмосферы, которая содержит окись углерода и малые количества водорода и сероводорода как восстанавливающие агенты. Окись углерода менее эффективна для восстановления окиси азота, чем, например, городской газ или подобный ему, но его малая способность к восстановлению компенсируется выдерживанием окиси углерода в течение длительного времени, около 3-5 с, то время, которое требуется для прохождения газа от позиции 4 к позиции 8. На уровне 8 и сразу после него восстанавливающие газы сжигаются до двуокиси углерода, воды и др. и, возможно, происходит диссипация большого количества энергии. Это сжигание происходит при температуре порядка 900-1200^oС, при которой образуется очень малое количество окисей азота. С помощью этих средств получено значительное восстановление количества окисей азота. Это показано на прилагаемой диаграмме, которая отображает содержание окисей азота (NO_x) в парах в частях на миллион и восстановление его в процентном отношении в зависимости от расстояния в метрах от отверстий подачи черного щелока. Это понятно само собой, и можно увидеть, что во время этих испытаний достигнуто восстановление окисей азота до 40% При благоприятных условиях может быть получено даже более высокое восстановление. Во время проверок количество добавляемого воздуха на уровне 8 составляло 5,8,6 и 2,5%

На фиг.1 следующий ряд для подачи воздуха для верхнего сгорания воздуха показан позицией 9. Их может и не быть, но они могут быть также дополнительными к входам воздуха, обозначенными позицией 8. Количество входов воздуха под позицией 9 может быть тем же самым, что и под позицией 8, подходящим является восемь.

Располагая верхний вход воздуха для горения на таком высоком уровне в котле, подавая часть воздуха на этом уровне, того воздуха, что в других случаях должен был подаваться на третьем уровне, чтобы получить низкое содержание окисей азота, можно управлять содержанием окисей азота в газообразных продуктах, изменяя поток через воздушные входы. Согласно изобретению это может быть достигнуто автоматически с помощью измерения содержания окисей азота в газообразных продуктах и через компьютер в соответствии c измеренными значениями можно управлять подачей воздуха как на первом, втором, третьем, так и на четвертом уровнях. Таким образом, можно компенсировать изменения в количестве топлива и др. и в каждый момент времени получать минимальное содержание окисей азота в парах.

Основной чертой изобретения является, как сказано выше, то, что последняя часть воздуха добавляется на очень высоком уровне котла утилизации, и количество воздуха на нижних уровнях восстанавливается до такой степени, что восстанавливающая среда сохраняется в течение длительного времени, приблизительно 3-5 с, в обычном котле утилизации. Этот период времени сравнивался с периодом времени, когда последняя подача воздуха осуществлялась на уровне 4, который на 3 м выше отверстий подачи черного щелока. Этот период составлял около 0,5 с, а теперь он продлен до 5 с.

Описанное изобретение связано с котлом утилизации нормальной длины около 70 м, при этом самая верхняя подача воздуха производится из входов, расположенных на 19 м выше отверстий подачи черного щелока. В больших котлах присутствует то же самое отношение между длиной и расстоянием, которое выше отверстий подачи черного щелока. Для коротких котлов может быть подходящим другое отношение, поскольку в таких котлах время содержания при всех обстоятельствах может быть слишком коротким для сокращения содержания окисей азота.

Изобретение не ограничено исполнением, отображенным и описанным, но может меняться различными путями в пределах объема патентной формулы.