專利名稱：造紙廠用來產(chǎn)生能量的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在化學紙漿廠中，制漿過程的蒸煮化學藥品是通過在回收鍋爐中單獨或者與“廢”汽一起燃燒黑液而從黑液中回收的。燃燒過程是放熱的，釋放的能量作為加壓過熱蒸汽而被回收。蒸汽能量在汽渦輪中以電動力和過程所需的低壓蒸汽的形式被回收。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在紙漿廠中能量是通過在回收鍋爐中燃燒黑液，在副鍋爐中燃燒木材廢料和樹皮而產(chǎn)生。木材原料的樹皮和所產(chǎn)生黑液中的有機物質(zhì)通常一起供應紙漿廠需要的全部能量。如果在紙漿廠中需要更多的能量，可以購買附加的燃料。該附加的燃料在副鍋爐中與木材的樹皮一起被燃燒。通常，在紙漿廠中，通過以下方式產(chǎn)生能量回收鍋爐和副鍋爐，其中來自于工廠的廢木材樹皮被燃燒以產(chǎn)生過熱的高壓蒸汽。所述產(chǎn)生的蒸汽通過一個(或多個)反壓力蒸汽汽渦輪被加壓，釋放的蒸汽被用來給工廠提供熱量。該汽渦輪和其連接的發(fā)電機產(chǎn)生電流以給工廠提供需要的動力。
木材含有少量的鉀(K)和氯(Cl)。這些元素在蒸煮過程中殘留在黑液中。在回收鍋爐中，這些元素被富集于飛灰中，并增加廢氣尤其在過熱器中的腐蝕性。Cl和K的腐蝕性隨著溫度增加。Cl和K的腐蝕性對在鍋爐中所產(chǎn)生的蒸汽的最高溫度將產(chǎn)生影響。過熱蒸汽的溫度根據(jù)氯和鉀的含量限制在典型的400℃至490℃。具有非常低的氯和鉀含量的特殊材料或液體，使用的蒸汽溫度可達到520℃。因為Cl和K的腐蝕性一般需要過熱蒸汽的溫度保持相對低，因此蒸汽的壓力也低。當與用煤、天然氣或油燃燒的正常動力鍋爐相比，這些溫度限制導致從在所述回收鍋爐中產(chǎn)生的熱量中獲取低的動力。
這些關(guān)于回收鍋爐中蒸汽的溫度限制對于來自于木頭的樹皮不是嚴格的，但是在樹皮鍋爐中由樹皮燃燒產(chǎn)生的飛灰可能也含有氯和鉀。當樹皮的含硫量極低時，鉀和氯在樹皮鍋爐中反應形成KCl，K和Cl，它們又可以引起過熱器腐蝕。由于低得多的質(zhì)量流，樹皮中的熱量流比黑(“廢”)液流中的熱量流低得多。
發(fā)展替換傳統(tǒng)回收鍋爐和汽輪機循環(huán)的新動力循環(huán)已經(jīng)被研究，“廢”液和樹皮的加壓氣化看起來具有發(fā)展的可能性。然而，在這些技術(shù)具有必要的可靠性和性能之前，更多的發(fā)展好象是必須的。
總之，就我們所知，用來增加在制漿廠的回收鍋爐廠中以沒有腐蝕發(fā)生或者腐蝕率處于可接受水平的方式所產(chǎn)生的過熱蒸汽的溫度和壓力的有效體系還沒有被發(fā)現(xiàn)。因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在制漿廠的能量生產(chǎn)中增加電力效率的系統(tǒng)以便可以最小化腐蝕問題。本發(fā)明更進一步的目的是提供一種緊湊系統(tǒng)，其中當高溫和高壓蒸汽產(chǎn)生時熱量被有效地回收。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種廢液回收鍋爐系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有含有過熱器的水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)和從廢液燃燒中回收能量和化學物料的高爐的鍋爐，其中由很多水冷管形成的鍋爐墻壁連接到所述水/蒸氣循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，該系統(tǒng)的特征在于該系統(tǒng)裝備有至少一個空腔，所述空腔具有由與水/蒸氣循環(huán)系統(tǒng)相連接的水冷管形成的墻壁，用于燃燒燃料的裝置和至少一個用于排放燃燒氣體到鍋爐的出口，所述至少一個空腔的內(nèi)部裝備有用于在所述鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽過熱的熱交換裝置，所述熱交換裝置與該鍋爐的過熱器相連接。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，提供至少一個燃燒空腔，所述空腔與用于最終過熱在回收鍋爐過熱器部分產(chǎn)生的氣體的回收鍋爐相連接。本發(fā)明的系統(tǒng)允許在回收鍋爐的傳統(tǒng)傳熱部分(也就是，省煤器、鍋爐管束和過熱器)將蒸汽加熱至高溫腐蝕不會實質(zhì)發(fā)生的程度，也就是，低于520℃，最佳為480℃-500℃，然后蒸汽在燃燒空腔被最終過熱到500℃-600℃，最佳地到520-560℃，所述空腔充當末級過熱器。該回收鍋爐系統(tǒng)可以裝備有一個或多個末級過熱器(空腔)。這樣在一個(或多個)末級過熱器中燃燒的燃料就不會引起高溫腐蝕。
該過熱器空腔的墻壁被設(shè)計為水冷卻的傳熱面，所述傳熱面通過連接管與回收鍋爐的自來水/蒸氣循環(huán)系統(tǒng)相連接，所述連接管用于引入水/汽水混合物和流出水/汽水混合物。因此，該熱表面形成該回收鍋爐的自來水系統(tǒng)的一部分。因此該自來水系統(tǒng)和隨后該過熱器空腔產(chǎn)生的供水系統(tǒng)可以是自然循環(huán)類型或者強制循環(huán)或者所謂的單程的，最后所述的典型地用于最高蒸汽/水壓力。自然循環(huán)鍋爐是指冷卻水通過下水管從汽包降至聯(lián)管箱裝入空腔的墻壁或空腔，水-蒸汽混合物從這些墻壁被收集并裝入汽包。該空腔可以具有它自己的分離墻壁，但是該一個空腔墻壁的一部分或該多個空腔墻壁的一部分可以和鍋爐的傳統(tǒng)部分相同。
該空腔的內(nèi)部裝備有熱交換器，所述熱交換器用于將空腔中產(chǎn)生的燃燒氣體的熱量傳到在熱交換器裝置中流動的蒸汽。該熱交換器裝置充當用于該蒸汽的末級過熱器，所述蒸汽來自于回收鍋爐的過熱器部分。
適合于該空腔的最佳位置是前墻，所述前墻與“牛鼻部(bullnose)”墻壁相對，但是該空腔也可以被建立在側(cè)壁上，或者作為一個空腔，或者作為若干空腔。該一個或多個空腔者的一個或多個位置，就傳統(tǒng)鍋爐的一部分而言，可以在任何地方的垂直方向，空腔的位置僅僅受冷卻水循環(huán)的限制。
用于回收鍋爐蒸汽最終過熱的過熱器空腔通過燃燒燃料來加熱。用于該燃料的一個或多個燃燒器位于該空腔的頂端、在該空腔的底部、或者該空腔的墻壁上。該空腔還可以位于水平位置，屆時適合于該一個或多個燃燒器的最優(yōu)選位置是在該空腔墻壁的一端。
該過熱器空腔的燃燒空氣系統(tǒng)是回收鍋爐的燃燒空氣系統(tǒng)的一部分。它也可以具有含有自己的風扇的分離空氣系統(tǒng)，在該風扇和該一個(或多個)燃燒器之間的連接管，和用于控制空氣燃燒的任何必要設(shè)備。
用于回收鍋爐蒸汽最終過熱的該過熱器空腔通過燃燒燃料以保證在該過熱器空腔無腐蝕性條件的方式被加熱。該燃料可以是由氣化生物資源產(chǎn)生的氣體。熱表面的腐蝕可以通過輔助燃燒含硫燃料來避免。此外在該過熱器空腔燃燒以前凈化氣體可以保證在較高溫度下的無腐蝕性條件。代替由生物資源產(chǎn)生的氣體，可以使用其它的燃料，例如天然氣、液化天然氣、液化生物資源、甲醇等等。適合于該燃料的標準是在該空腔的條件下無腐蝕性。在該空腔中用最佳量的過量空氣正常完成燃料的燃燒，但是如果優(yōu)選，理想配比或者還原條件也是可能的。
該過熱器空腔的廢氣被引入該回收鍋爐，優(yōu)選被引入主過熱器的入口，在那里它們與來自該鍋爐高爐的主氣流混合。用于氣體連接的其它位置也是可能的從該高爐的中下部到該省煤器入口的整個區(qū)域。通過該鍋爐墻壁的廢氣連接優(yōu)選包括一個孔以上。
來自該過熱器空腔的廢氣可以用來形成廢氣流式樣，來自該回收鍋爐高爐的在牛鼻部(bull nose)之上的廢氣用來改善進入過熱器的氣體分配和熱傳遞，或者來產(chǎn)生排放控制所需的條件，例如適合于選擇性非催化還原(SNCR)以便減少NOx的排放量，或者適合于粒徑生長以便減少細小顆粒(粒徑小于2.5微米)排放量的最佳溫度窗。另一個可能性是使用用于在該高爐形成廢氣流式樣的這些廢氣以改善混合，例如，通過如歐洲專利668,983和WO02/081971描述的垂直地定位口引入這些氣體代替空氣或者與空氣混合。在該過熱器空腔中的燃燒也可以在亞理想配比的條件下進行。由此產(chǎn)生的還原氣體可以被引入來自高爐的廢氣中以減少在來自高爐的廢氣中氧化氮的排放。
利用本發(fā)明，從廢液回收過程回收的蒸汽的壓力和操作溫度通過過熱器空腔被增加，從而該工廠的全部的電效率被改善，即，通過回收該蒸汽中的熱量來產(chǎn)生更多的功率。根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)優(yōu)選與描述在國際專利申請PCT/FI03/00358中的方法結(jié)合使用。
在過去幾年期間，制漿廢液在分離的耐火材料襯里的燃燒室中被燃燒，所述燃燒室與回收鍋爐連接。來自該燃燒室的廢氣流進入該回收鍋爐的高爐內(nèi)，所述高爐配備有油或燃氣噴嘴或配備有用于樹皮和煤炭等等的爐柵。在這些鍋爐中分隔式燃燒室用來穩(wěn)定燃燒，不是用來將來自鍋爐高爐上部過熱器的蒸汽過熱到最終高溫。本發(fā)明的本質(zhì)特征是燃燒空腔和回收鍋爐具有公共的水循環(huán)系統(tǒng)。US專利2,606,103描述一種系統(tǒng)，其中分隔的高爐的墻壁是通過空氣冷卻的。


現(xiàn)在參考附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中本發(fā)明的一個實施方案在圖1中用示意圖舉例說明。
附圖標記參考如下1.傳統(tǒng)回收鍋爐2.空腔3.回收鍋爐的高爐4.傳統(tǒng)鍋爐的爐床5.傳統(tǒng)鍋爐的炭床6.一次風口7.二次風口
8.黑液噴射裝置9.三次風口10.水冷爐壁11.牛鼻部(Bullnose)12.傳統(tǒng)鍋爐中的過熱器13.鍋爐管束(boiler bank)14.省煤器15.離開鍋爐的廢氣16.進入鍋爐的給水17.進入所述自然循環(huán)鍋爐中汽包(drum)的鍋爐給水18.汽包(drum)19.進入鍋爐傳統(tǒng)部分過熱器的飽和蒸汽20.從鍋爐傳統(tǒng)部分進入空腔中的一個(或多個)過熱器的過熱蒸汽21.離開鍋爐的新鮮蒸汽22.空腔中的一個或多個燃燒爐23.空腔中的一簇火焰或多簇火焰24.空腔中的一個或多個過熱器25.用于從汽包(18)向空腔墻壁供給冷卻水的空腔聯(lián)管箱26.來自空腔的廢氣流27.來自傳統(tǒng)鍋爐高爐的廢氣流28.供給氣化器的燃料29.氣化器30.用于一個或多個空腔燃燒器的氣體31.對用于其它用途而不是空腔(2)的離開氣化器的氣體進行氣體凈化或其它類型的處理32.對用于在鍋爐傳統(tǒng)部分中的空腔I-III過熱器和空腔中的IV過熱器的離開氣化器的氣體進行氣體凈化或其它類型的處理。
具體實施例方式
用來燃燒黑液的典型的回收鍋爐(如堿回收鍋爐)的高爐3，具有由水冷底4和水冷壁10形成的結(jié)構(gòu)，水冷壁10是由緊湊的膜結(jié)構(gòu)制成的，以便水-蒸汽混合物在壓力下流入管中。以這種方式產(chǎn)生的水-蒸汽在高爐的下游被過熱，典型地在位于高爐上方的“鼻”罩中的傳統(tǒng)過熱器12中被過熱。在過熱器中回收燃燒過程中產(chǎn)生的廢氣27的熱量。典型地，鍋爐管束和省煤器充當鍋爐中的后熱面，在過熱器之后廢氣被引入鍋爐管束13和省煤器14。為了生產(chǎn)工廠所需的電力和生產(chǎn)用蒸汽，典型地將產(chǎn)生的高壓蒸汽引入汽渦輪。
高爐的底部和堿回收鍋爐的底部4是由水冷管制成的，所述水冷管構(gòu)成鍋爐加壓部分的一部分。由于高爐底部和下部的結(jié)構(gòu)，在底部管中有水自然循環(huán)，即所述循環(huán)通過密度差進行。這樣，鍋爐水在高壓和溫度例如約300℃下被引入高爐底部之下的分配聯(lián)管箱(沒有示出)，水從分配聯(lián)管箱被分配到底部和側(cè)壁的管子。在高爐的下部，水首先幾乎水平地或者傾斜地在底部管中向上朝著墻壁流動，然后更進一步通過壁管向上流至鍋爐的上部。
本發(fā)明基于一種回收鍋爐，在所述鍋爐中的蒸汽壓力不會令到過度腐蝕發(fā)生，即在水-蒸汽乳液中的飽和溫度加上由于從管表面引入熱量流至水中所致的溫差小于400-500℃，這個溫度是管的表面溫度。
通過在傳統(tǒng)回收鍋爐1中并入專門燃燒室和傳熱室或者空腔2，該蒸汽溫度可以增加超過典型數(shù)值。該蒸汽在傳統(tǒng)的過熱器部分12被過熱到高溫腐蝕不會發(fā)生的程度，例如480℃-520℃，最佳到為480℃-500℃，而其余高達500℃-600℃，最佳到520℃-560℃的過熱發(fā)生在并入回收鍋爐的專門燃燒室和傳熱空腔2中的一個或多個過熱器24中，在所述空腔中的一個或多個燃燒器22中燃燒的具有一簇或多簇火焰23的燃料如此凈化以致于不會產(chǎn)生高溫腐蝕。來自空腔2的廢氣26被引入回收鍋爐的廢氣流27中。優(yōu)選來自空腔的廢氣被引導通過回收鍋爐墻壁中的若干個孔。
空腔2是傳統(tǒng)回收鍋爐的一部分，因此，空腔墻壁如同高爐的傳統(tǒng)部分、鍋爐管束和其它加熱面積一樣是水冷卻的，這些冷卻被并入汽包18或進入自然循環(huán)傳統(tǒng)鍋爐的汽包中。在單流程類型鍋爐中這些結(jié)合是指空腔的墻壁通過單流程系統(tǒng)的水或汽流被冷卻。如果使用這些裝置，與循環(huán)水同類型的結(jié)合也對強制循環(huán)類型回收鍋爐有效。主要的優(yōu)點是將來自空腔冷卻的熱量引入相同的承壓水或者一個或多個氣流作為回收鍋爐“傳統(tǒng)”部分的主流。用于燃燒的空氣可以取自回收鍋爐的“傳統(tǒng)”部分或空腔可以配備有自己的風扇或壓縮機。
根據(jù)優(yōu)選方案，用于空腔的燃燒氣體30在氣化器29中由生物原料28氣化被生產(chǎn)。然后氣體的一部分在空腔中用作燃燒器22中的凈化燃料30用來在過熱器24(IV)中過熱蒸汽，也可用于重新加熱目的。氣體33部分用于工廠的其它目的。如果這類燃料是不可利用的，可以使用其它的燃料如天然氣、液化天然氣、油、甲醇、液化生物資源等等。適合于該燃料的標準是在該空腔的條件下無腐蝕性。這些無腐蝕性可以通過在處理31或者32中凈化來自氣化器29的氣體中被產(chǎn)生。
本發(fā)明不是限于舉例說明和上述的實施方案，但是它可以在本發(fā)明正如下列權(quán)利要求所定義的范圍和精神之內(nèi)被修改和改變。本發(fā)明所述系統(tǒng)的用途不局限于某種廢液的燃燒，但是它可以與若干種廢液結(jié)合使用，例如由硫酸鹽制漿和堿法制漿產(chǎn)生的廢液。
權(quán)利要求
1.一種廢液回收鍋爐系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)和高爐的鍋爐，所述水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)配備有過熱器，所述高爐用于從其中燃燒的廢液中回收能量和化學物料，其中鍋爐的墻壁由很多與水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)相連接的水冷管形成，其特征在于，所述系統(tǒng)配備有至少一個空腔、用來燃燒燃料的裝置和至少一個用來排放燃燒氣體到鍋爐的出口，所述空腔具有與水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)連接的水冷管形成的墻壁，所述至少一個空腔的內(nèi)部裝有用于使鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽最終過熱的熱交換裝置，所述熱交換裝置與所述鍋爐的過熱器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個空腔的墻壁部分是由鍋爐壁形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個空腔位于鍋爐的前壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個燃燒氣體出口與鍋爐連通，以致于來自所述至少一空腔的燃燒氣體被立即排放到鍋爐過熱器的上游。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢液回收鍋爐系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有含有過熱器的水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的鍋爐和用來從燃燒的廢液中回收能量和化學藥品的高爐，其中鍋爐的墻壁是由很多與水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)相連接的水冷管形成的。該系統(tǒng)配備有至少一個空腔，所述空腔具有與水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)連接的水冷管形成的墻壁，用來燃燒燃料的裝置和至少一個用來排放燃燒氣體到鍋爐的出口，所述至少一個空腔的內(nèi)部裝有用于鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽最終過熱的熱交換裝置，所述熱交換裝置與所述鍋爐的過熱器連接。
文檔編號F23G7/04GK1659332SQ03812974
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月7日
發(fā)明者K·薩維哈于, J·西莫寧, O·阿帕拉蒂, L·科伊維斯托 申請人:安德里茲公司