Теоретическая сторона процесса сжигания щелоков

В процессе сжигания в печах, органическая часть сухого вещества сгорает до простейших газообразных продуктов: CO₂, H₂O, а минеральная часть образует зольный или расплавленный осадок под зол или плав.

Количество тепла, выход и состав продуктов сгорания определяется количеством и составом сухого остатка щелока поступающего на сжигание. Количество сухого остатка колеблется в пределах 1000…2000 кг на 1 т целлюлозы в отношении органических и минеральных веществ 7:3.

Минеральный остаток щелока составляет: Na₂S, Na, SO₄, Na₂CO₃/

Органическая часть сухого остатка включает лигнин 30…35 % и органические кислоты, оксикислоты и др.Для прцоесса сжигания имеет значение элементарный состав горючей смеси. Т.е. содержание серы, углерода и водорода. Примерно можно считать, что количество углерода в сухом остатке – 40…45 %, водорода – 3…5 %, серы 2…4 %, и остальное – кислород.

Процесс сжигания сульфитных щелоков можно разделить на 3 последовательные стадии:

1. Сушка щелока.

2. Коксование органического остатка.

3. Выжигание кокса и плавление минерального остатка.

Химические реакции при процессе подсушивания приводит к взаимодействию.

В результате этих реакций весь свободный едкий натр и значительная часть сернистого натра переходит в карбонат, сульфит и сульфат натрия. Во второй стадии выделяются различные сернистые соединения (сероводорот, мтилмеркоптан и другие летучие продукты), образуя и . В отходящих газах могут быть обнаружены следы неполного сгорания, особенно сероводорода, поэтому дымовые газы могут иметь очень неприятный запах.

За время 3-ей стадии происходит выжигание кокса и расплавление всех оставшихся солей. При сжигании сульфатного щелока 3-ья стадия является обязательной, т.к. только в жидком плаве достаточно полно происходит восстановление сульфата, добавляемого для восполнения потерь. Для полного сжигания во время 3-ей стадии требуется избыток воздуха, поэтому в современных котлоагрегатах имеется 2 зоны подачи воздуха. Первичный воздух в зону горения, а вторичный – в верхнюю зону для сжигания газообразных продуктов. Общее количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания органической части до и можно подсчитать исходя их элементарного состава сухого щелока по формуле

где – содержание в долях углерода, водорода, серы и кислорода.

При теоретическом расходе воздуха добиться полного сгорания невозможно, поэтому нормативный избыток составляет от 1,1 до 1,5. Основной реакцией протекающей во время 3-ей стадии является реакция воссановления сульфата в сернистый натрий за счет остаточного органического кокса.

Скорость и состояние равновесия всех этих реакций зависит от температуры. При температуре 1000 К все реакции имеют одинаковые константы равновесия. Для расплавления минеральных солей затрачивается заметное количество тепла, потому как теплота плавления чистого сульфата составляет , сульфида – , карбоната – .

Сульфатный плав, вытекающий из печи в результате реакции карбонизации и восстановления в качестве основных компонентов содержит карбонат и сульфид натрия. Нормальный сульфатный плав в застывшем состоянии имеет оранжево-красный цвет, при хранении быстро окисляется и поглощает воду.

В тепловом отношении, черный щелок можно рассматривать как высокозольное малокаллорийное топливо. Теплотворая способность сухого щелока зависит от зольности. Общее количество тепла, получаемое в агрегате достаточно для обеспечения работы целлюлозного завода без дополнительного топлива.

СРК можно рассматривать как тепловой котел с теплотехническим КПД и технологическим КПД. КПД теплотехнический котельный представляет количество тепла затраченого на получение пара. КПД технологический – полезно затраченое тепло на испарение воды и плавление солей.

Для уменьшения затрат тепла на испарение воды следует стремиться подавать щелок в печь с возможно большей концентрацией. При этом, увеличивается расход пара на выпарку, но это значительно меньше, чем выпаривание этой влаги в печном агрегате. При сжигании абсолютно сухого щелока, съем пара достигает 5,5 тонн на тонну сжигаемого вещества, а КПД – 76%. Величина потерь зависит от избытка воздуха для повышения тепловой эффективности следует устранять нерегулируемый подсос воздуха.