книги из ГПНТБ / Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник

(12+16-2 = 44);

На + 0 = Ня0 (1-2 + 16=18);

S + 0 2 = S02

(32+16-2 = 64).

Из этих формул следует, что на сжигание 1 кг углерода расходуется

В формуле (11-9) Ор стоит со знаком минус, так как количество кислорода Ор содержится в самом топливе. Количество кислорода О20 называется теоретическим. Для того чтобы топливо сгорало полностью, приходится давать кислорода несколько больше. Количество кисло­ рода, требующееся для полного горения, должно составлять

После сжигания топлива останется свободный кислород в следую­ щем количестве:

1 кг воздуха состоит из 0,23 кг кислорода и 0,77 кг азота, поэтому теоретическое количество кислорода О20 будет содержаться в следую­ щем количестве воздуха:

где а — коэффициент избытка воздуха, колеблющийся в зависимости от топлива и способа его сжигания в пределах 1,15—1,6.

В L кг воздуха содержится азота

В самом топливе содержится Np кг азота, поэтому общее его коли­ чество составит

227

В результате сжигания углерода, серы и водорода (как следует из приведенных выше химических формул) получатся следующие коли­ чества продуктов горения:

углекислого газа

Поскольку в топливе содержится шр кг влаги, общее количество

ОСОБЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВ, ПОТРЕБЛЯЕМЫХ В ЦЕЛЛЮЛОЗНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Помимо обычных топлив, получивших в технике широкое приме­ нение, в целлюлозном производстве потребляются специфические топ­ лива, которые сжигают для получения не столько тепла, сколько нужных химических продуктов. Выделяемое при этом тепло является побочным продуктом и не всегда используется. Основными из таких топлив являются сера, серный колчедан и черный сульфатный щелок.

Серу сжигают для получения сернистого газа S 0 2. Используемая для этого сера содержит от 0,2 до 2% посторонних примесей. При сжи­ гании 1 кг чистой серы выделяется 9250 кдж тепла.

Сернистый колчедан также служит для получения S 0 2. В чистом виде его химический состав FeS2, содержание серы 53,5%, железа 46,5%. Применяемый для получения сернистого газа колчедан в су­ хой массе содержит 12—25% примесей; влажность его до 3%. Про­ цесс горения колчедана происходит по формуле

4 Fe S2 + 11 0 2 = 2 Fe20 3 + 8 S02

480 + 352 = 320 + 512.

При соединении 1 кг серы с кислородом выделяется 9250 кдж тепла, при соединении 1 кг железа — 7350 кдж. Разложение 1 кг FeS2 на же­ лезо и серу происходит с поглощением 1230 кдж тепла. Ввиду того что 1 кг FeS2 содержит 64/120 кг серы и 56/120 кг железа, при его сжига­ нии выделится тепла:

Qr = — • 9250 + — 7350— 1230 = 7720 кдж.

120 120

Черный сульфатный щелок получается в процессе сульфатной варки целлюлозы и содержит в себе минеральные и органические ве­

228

щества. Минеральные вещества используются в процессе варки как химикаты. Органические вещества образуются в результате частичного , растворения древесины, из которой получают целлюлозу. Для повтор­ ного использования минеральной части щелок выпаривают, а затем сжигают. При этом органическая часть выгорает, образуя газообраз­ ные продукты горения. Горение сопровождается значительным выде­ лением тепла, используемого для получения пара в паровых котлахутилизаторах.

Черный щелок, поступающий на сжигание, после выпаривания приблизительно имеет следующий процентный состав и теплотворность

кдж/ісг):

впечь. Давление пара или воздуха

вфорсунке регулируется вентилем, установленным на трубопроводе 10. Серу расплавляют в отдельном резервуаре, имеющем паровой обогрев.

Благодаря распылению и хорошему перемешиванию с воздухом горение серы в печах этого типа проходит с незначительным избытком воздуха а = 1,05 -ч- 1,15; содержание S 0 2 в отходящих газах состав­ ляет 18—20% их объема.

229

Часовая производительность печи в килограммах сожженной серы может быть определена по формуле

данная печь. Цилиндрический кожух 1 из листовой стали с внутрен­

которой поступивший колчедан подсушивается и начинает загораться. По мере продвижения колчедана к центру печи он проваливается через отверстия в полке и попадает на следующий под. Гребки над этим подом установлены также под углом, но таким образом, что при движении они сгребают колчедан в обратном направлении, т. е. от

центра печи к периферии.

Колчедан, начинающий гореть, на второй полке окончательно раз­ горается. Под действием гребков горящий колчедан постепенно пере­ мещается и, проваливаясь через отверстия во второй полке, поступает на третью, гребки на которой перемещают его к центру.

Таким образом, гребки каждой полки установлены так, что колче­ дан проходит по всем подам печи от верхнего пода до нижнего. За это время сера, содержащаяся в колчедане, выгорает и оставшийся ога­ рок выходит из печи через отверстие 8.

230

Внутри печи поддерживается некоторое разрежение, вследствие чего воздух, необходимый для горения, подсасывается через отвер­ стие 9. Вместе с образующимся при горении S 0 2 воздух проходит сни­ зу вверх через отверстия в полках в направлении, противоположном движению колчедана. При этом кислород воздуха постепенно расхо­ дуется, и его объем замещается сернистым газом, поэтому в газе, вы­ ходящем из печи, содержится незначительное количество свободного кислорода. Образовавшиеся продукты горения отсасываются [из печи вентилятором через отверстие 12.

Часовая производительность полочной печи (в килограммах сож-

в камере печи. Образующийся огарок выпадает в нижний конус, от­ куда удаляется по рукаву 5. Горячие газы, получившиеся от сгорания колчедана, направляются в. котел-утилизатор 6, где отдают свое тепло.

Кипятильные трубы котла для предохранения от коррозии закры­ вают плотно надетыми на них чугунными кольцами.

Вцелом весь агрегат, печь и котел, имеет тепловой к. п. д. 60—70%

идает газ с концентрацией S 0 2 около 12%.

Печь для сжигания колчедана в кипящем слое. На рис. 11-4 схема­ тически показана печь для сжигания колчедана в кипящем слое. Печь имеет металлический кожух 1 в виде цилиндра с конусом 2 внизу и 3 вверху. Внутренняя поверхность кожуха покрыта футеровкой 4 из огнеупорного кирпича. Нижний конус печи закрыт колосниковой ре­ шеткой 5 в виде перфорированной перегородки, на которую подается по трубопроводу 6 колчеданная пульпа.

Пульпа представляет собой измельченный колчедан, перемешан­ ный с водой до концентрации около 80%, которую можно перекачи­

231

вать насосом. Из поданной пульпы вода стекает, а измельченный кол­ чедан остается на решетке, образуя слой, толщина которого поддер­ живается примерно на уровне 1,5 м. Под решетку по воздуховоду 7 подается воздух с давлением 0,3 кГ/см2. Проходя через решетку и слой колчедана, воздух увлекает его частицы, поддерживая их в полувзвешенном состоянии, что создает впечатление кипящего слоя.

Возникшие при горении газы поднимаются вверх и по газоходу 8 направляются к циклонам 9 для очистки от огарка, так как около 60% всего огарка уносится газами.

Преимуществом этих печей является хорошее перемешивание колчеданной пыли с воздухом, в результате чего концентра­ ция S 0 2 в газах достигает 14—15%.

утилизатором 5, являясь его топкой.

Сгущенный черный щелок подают в печь через форсунку 6, кото­ рая особым механизмом, приводимым от электродвигателя, медленно поворачивается, совершая колебательные движения в вертикальном и горизонтальном направлениях. Благодаря этому щелок, выходя­ щий из форсунки, поочередно направляется в разные места пояса 4. Форсунка устроена так, что щелок выходит из нее в виде крупных ка­ пель, которые, попадая на пояс, прилипают к его поверхности. При этом происходит интенсивная сушка вещества капель, а также выго­ рание более горючей его части. Оставшаяся часть щелока образует на поясе пористую рыхлую массу. По мере нарастания слоя масса об­ валивается и падает на под печи, на котором окончательно сгорает органическая часть щелока и восстанавливается минеральная. Восста­ новленная минеральная часть щелока в виде плава стекает через летку 9.

232

Воздух, необходимый для горения, подается в двух местах: внизу через отверстия 7 в количестве, при котором в нижне.й части печи со­ здается недостаток кислорода на 5—10%, и вверху через отверстия 8

снекоторым избытком. В общем печь работает с избытком воздуха

а= 1,2 -г- 1,25. Такое распределение воздуха способствует восстанов-

Рис. 11-5. Схема устройства содорегенерационной печи впрыски­ вающего типа (печь Томлинсона):

1 — обмуровка; 2 — экраповые трубы; 3 — под печн; 4 — пояс из плиток Бейля;

5 — котел-утнлнзатор; 6 — форсунка; 7 , 8 — отверстия для ввода первичного воздуха; 9 — летка *

лению минеральной части щелока в низу печи и полному сгоранию органических веществ вверху.

Печь впрыскивающего типа обладает высокой степенью восстанов­ ления, высоким тепловым к. п. д., компактностью, простотой уста­ новки. Принцип действия такой печи дает возможность построить аг­ регат большой производительности. Благодаря своим преимуществам печь описанного типа вытесняет другие печи.

233

Материальный и тепловой балансы серной печи

напишем равенство

1000 = 60 (3 D + 0,25 D) D = 60 • 3,25 D2.

Отсюда внутренний диаметр печи

Расчет материального баланса на 1 кг серы

Теоретическое количество кислорода для горения по формуле (11-9):

О20 = Sp = 1 кг.

То же, при избытке воздуха а = 1,1 по формуле (11-10):

0 2 = а О20 = 1,1 • 1= 1,1 кг.

Избыток кислорода по формуле (11-11):

где Cg — теплоемкость серы, равная 0,75 кдж/кг-град.

Тепло, внесенное с воздухом при его температуре t2 — 20° С,

234

Материальный и тепловой балансы колчеданной печи

Производительность печи 1000 кг в час, число полок п = 8; d = 0,7 м. По формуле (11-22) имеем

1000 = 2,5 (D2— 0,73)-8.

Отсюда внутренний диаметр печи 7 м. Состав сжигаемого колчедана еле"

235

Теоретическое количество воздуха по формуле (11-12):

Количество воздуха при избытке а = 2,1 по формуле (11-13): L = а L0 = 2,1 • 2,57 = 5,4 кг.

Количество азота в воздухе по формуле (11-14):

у № = 0,77 L = 0,77-5,4 = 4,16 кг.

Количество сернистого газа по химической формуле горения:

Количество водяных паров по формуле (11-19):

Количество продуктов горения по формуле (11-20):

= ^О, + V + 17SO; + ’V o = ° '65 + 4,16 -!- 0,86 + 0,02 = 5,68 кг.

Количество полученного Fe,03 по химической формуле горения:

, 320 80 (Ре20 3) ---- — = 0,53 кг.

480 100

Расчет теплового баланса на 1 кг колчедана

Тепло, внесенное сухой массой колчедана при его температуре tx= 20° С,

где съ — теплоемкость огарка, равная 0,75 кджікг-град.

Тепло, уносимое с воздухом, охлаждающим вал печи: расход воздуха на

Qe = cBGB( — Q = 1,0-6,5 (250 —20) = 1500 кдж.

236