Проект участка доупаривания черного щелока

1. Общая часть

1.1 Выпаривание щелоков, цели, задачи процесса

1.1.1 Решение экологических проблем, связанных с выпариванием и содорегенерацией

1.2 Требования к черному сульфатному щелоку — слабому, крепкому

2. Специальная часть

2.1 Выбор, обоснование участка доупаривания черного щелока

2.2 Расчет материального баланса выпарки

2.3 Расчёт теплового баланса выпарки

2.4 Расчет поверхности теплообмена

2.5 Выбор, расчет оборудования цеха для доупаривания щелока

2.6 Описание технологической схемы

3. Организация производства

3.1 Автоматический контроль и регулирование узла доупаривания

3.2 Порядок пуска выпарного аппарата

4 Экономическая часть

4.1 Расчёт себестоимости для выпарки 1 м³ щелока

4.2 Технико-экономические показатели

5. Мероприятия по техника безопасности и пожарной безопасности

5.1 Правила по технике безопасности при обслуживании оборудования участка доупаривания черного щелока

5.2 Средства индивидуальной защиты и первая помощь при поражающих факторах в данном цехе Список литературы

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Выпаривание щелоков, цели, задачи процесса Процесс получения целлюлозы требует значительных затрат пресной воды, электроэнергии, колоссальных затрат на дезодорацию и очистку сточных вод. Сульфатный методы варки целлюлозы позволяют регенерировать варочный щелок и повторно его использовать. Процесс регенерации весьма сложен. Условно его можно разделить на следующие этапы: отделение черного щелока от целлюлозы; удаление мыла и мелкого волокна из щелока; окисление черного щелока воздухом; выпаривание черного щелока; сжигание черного щелока в содорегенерационных котлоагрегатах; каустизация зеленого щелока известью с целью превращения карбоната натрия в активный гидроксид натрия. Процесса регенерации черного щелока самым энергоемким является процесс выпаривания. При сжигании щелоков в современных содорегенерационных агрегатах необходимо упаривать щелок до концентрации 60−65% сухого вещества. При обычных условиях выпарки имеющийся в щелоке сернистый натрий в больших количествах разлагается с выделением сероводорода, при этом происходят потери серы. При окислении щелока сернистый натрий превращается в другие стойкие вещества, при этом потери серы значительно сокращаются. Чтобы щелок можно было сжигать в печах, содержание сухого остатка в нем после выпаривания должно быть не менее 50%. Выпаривание черного щелока производят в многоступенчатых вакуум-выпарных аппаратах, работающих по прямоточной, противоточной, или смешанной системе питания. Переход щелока из одного корпуса в другой происходит самотеком, т.к. давление в корпусах постепенно понижается. Свежий пар подается только в первый корпус, а в остальные поступает вторичный пар, образующийся в результате испарения щелока. Сгущенный до 50−55% а.с. остатка щелок из первого корпуса направляется на сжигание.

Черный щелок, поступающий на сжигание, содержит 65−70% органических и 30−35% минеральных веществ. В процессе сжигания в СРК органическая часть щелока сгорает, а минеральная часть образует расправленный остаток — плав. При этом свободный и органически связанный едкий натр превращается в карбонат (кальцинированная сода) Na₂CO₃. Для восстановления потерь щелочи к сжигаемому щелоку добавляют сульфат натрия Na₂SO₄, который в печи восстанавливается в сернистый натрий Na₂SO₄ + 2C = Na₂S +2CO₂.

Плав с пода печи непрерывно стекает в бак с водой или со слабым щелоком, где почти полностью растворяется. Это зеленый щелок.

Для получения каустической соды зеленый щелок обрабатывают известью.

Цель каустизации щелока заключается в том, чтобы превратить малоактивную соду Na₂CO₃, находящуюся в зеленом щелоке, в активную каустическую соду NaOH.

Гашение извести

CaO + H₂O = Ca (OH)₂;

Каустизация соды

Na₂CO₃ + Ca (OH)₂ — 2NaOH + CaCO₃.

Образующийся при реакции CaCO₃ выпадает в осадок, называемый — каустизационный шлам. В растворе остается едкий и сернистый натрий — получается белый щелок, который направляется на варку целлюлозы.

1.1.1 Решение экологических проблем, связанных с выпариванием и содорегенерацией Отходы производства.

К отходам производства на концентраторной установке относиться конденсат греющего пара (чистый конденсат), который образуется при конденсации свежего пара в конденсаторе 1. Чистый конденсат от концентраторной установки откачивается на химводоочистку в количестве не менее 35,0 т/час для выработки пара.

Чистый конденсат должен отвечать качественным показателями:

— цвет — бесцветный, прозрачный;

— жесткость — не более 10 мг/л;

— общая щелочность — не более 100 мг экв/л;

— pH — 6,5−7,0;

— окисляемость — не более 3 мг экв/л.

2. Сточные воды.

Сточные воды подразделяются на два вида:

— загрязненные производственные сточные воды;

— условно чистые сточные воды.

К загрязненным производственным сточным водам относятся вода от сальниковых уплотнителей, охлаждения подшипников, смывы с полов, протечки щелока и т. п. Расход их составляет от 10 м³/час. Загрязненные сточные воды поступают в барометрический приямок выпарных станций № 1,2 и насосами откачиваются на биологическую очистку.

Качественные показатели загрязненных сточных вод:

— pH — 8−9,5;

— температура, ^оС — 10−25;

— растворимые органические вещества, мг/л — 600−700;

— растворимые минеральные вещества, мг/л — 140−180;

— общая щелочность, единиц Na₂O, мг/л — не более 0,12;

— биологическое потребление кислорода, БПК, мг О₂/л — 750−850.

Условно — чистые воды от поверхностных конденсаторов 1 и 2. Расход воды составляет 720 м³/час. Эта вода практически не загрязняется, имеет температуру 53−55 ^оС и по отдельному трубопроводу подается в отбельный цех, где используется в технологических целях. При доупаривании черных щелоков образуется слабо — загрязненный конденсат в количестве 61,6 м³/час. Этот конденсат без дополнительной очистки используется в основном производстве для промывки известкового шлама в цехе каустизации и регенерации извести № 2.

Таблица 1. Характеристика сбросов сточных вод.

3. Газовые выбросы.

Источниками газовых выбросов на концентраторной установке являются:

1). Паровоздушная смесь из межтрубного пространства конденсатора 1 с температурой 143 ^оС и давлением 3 кгс/см² постоянно отводиться в атмосферу через дроссельную шайбу.

Состав 10% водяного пара, остальное воздух.

2). Вторичный пар из конденсатора 2, содержащий неконденсируемые газы, поступает на поверхностные конденсаторы, где водяной пар конденсируется, а газы через пароструйный инжектор поступают в барометрический приямок выпарных станций 1 и 2 и газовентилятором выбрасывают в атмосферу.

Таблица 2 Характеристика газовых выбросов.

Газовые выбросы идут в цех лесохимии на сжигание.

3). Воздушники концентраторов и поверхностных конденсаторов, используемые при опорожнении, заполнении и промывки водой, выведены в атмосферу.

Постоянное ужесточение норм по охране окружающей среды вынуждает применять новое экологически безопасное оборудование и искать новые технологии. Каждый этап технологического процесса связан с какими-то проблемами. В настоящий момент самым большим загрязнителем воздуха на СЛПК являются CРК, а именно каскадные испарители. В каскадных испарителях происходит непосредственный контакт щелока с дымовыми газами, которые уносят с собой легкие частицы минеральных солей натрия и содержат продукты неполного сжигания серы в виде SO₂ и H₂S, меркаптанов и т. п. Потери серы при сжигании щелоков составляет от 5 до 30 кг/тонну целлюлозы в ед. Na₂O. Поэтому приходиться отказываться от каскадных испарителей, а получать щелок высокой концентрации на выпарных станциях.

Для процесса выпарки основной задачей является получение щелока с высоким содержанием сухих веществ (70%). В связи с этим, многое фирмы, выпускающие оборудование для целлюлозной промышленности, начали разрабатывать программу по выпуску таких выпарных аппаратов, которые было-бы легко сохранять в чистоте, т.к. высокое содержание сухих веществ приводит к закупорке трубок выпарных аппаратов. К таким выпарным аппаратам относятся аппараты, работающие по принципу «падающей» пленки.

Этот принцип использовался при проектировании новых выпарных станций, концентраторов.

Аппараты по принципу «падающей» пленки имеют хорошие показатели теплопередачи, степени выпарки, не требуют мощных насосов, являются простыми в обслуживании, легко поддерживаются в чистом состоянии.

Задачей и целью введения в работу концентраторов, аппаратов по принципу «падающей» пленки являются получение плотного щелока с концентрацией 70% а.с.в. и уменьшение выбросов вредных веществ с дымовыми газами CРК в окружающую среду.

1.2 Требования к черному сульфатному щелоку — слабому, крепкому Таблица 3

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор, обоснование участка доупаривания черного щелока

Постоянное ужесточение норм по охране окружающей среды вынуждает применять новое экологически безопасное оборудование и искать новые технологии. В настоящее время самым большим загрязнителем воздуха на СЛПК является СРК, а именно каскадные испарители. В них происходит непосредственный контакт щелока с дымовыми газами, которые уносят с собой легкие частицы минеральных солей натрия и содержат продукты неполного сгорания серы, меркаптанов и т. п. Потери серы при сжигании щелоков составляют от 5 до 30 кг/т целлюлозы в ед. Na₂O. Поэтому приходиться отказываться от каскадных испарителей, а получать щелок высокой концентрации.

Высокое содержание сухого вещества уменьшает количество образующихся дымовых газов по отношению к высвобождающемуся объему тепла, что приводит к повышению температуры в нижней части топки и уменьшению количества дымовых газов. Повышение температуры способствует более стабильному горению, что облегчает работу оборудования и улучшает его эксплуатационные параметры. Повышение температуры позволяет повысить уровень восстановления.

Высокое содержание сухого вещества улучшает тепловую экономичность СРК и позволяет осуществлять в новых котлах предварительный нагрев воды при помощи РК — подогревателя, что приводит к экономии электроэнергии и повышению эффективности работы оборудования.

В связи с этим основной задачей стало реконструкция выпарных станций. Началась разработка по выпуску выпарных аппаратов, которые было бы легко сохранять в чистоте, т.к. высокое содержание сухих веществ приводит к закупорке труб выпарных аппаратов. К таким выпарным аппаратом относятся аппараты, работающие по принципу «падающей» пленки.

Концентраторная установка предназначена для увеличения содержания сухих веществ в черном щелоке от 49 до 70% а.с.в. с целью дальнейшего сжигания его в CРК (содорегенерационный котел). Повышение концентрации щелока происходит путем упаривания черного щелока в концентраторах ламельной конструкции и по типу «свободно падающей» пленки в две ступени.

Концентраторная установка состоит:

1. двух концентраторов ламельного типа со свободно падающей пленкой;

2. двух поверхностных конденсаторов — основного и вспомогательного;

3. баков плотного 70%-го и питательного 49%-го щелока;

4. Испарителя слабозагрязненного конденсата;

5. выравнивателя уровня чистого конденсата;

6. расширителя плотного щелока;

7. подогревателя щелока;

8. холодильника чистого конденсата;

9. насосов для перекачки черного щелока.

Концентраторы и поверхностные конденсаторы подключены последовательно.

Схема подачи пара и щелока на концентраторной установке является противоточной. Достоинства противоточной установки заключается в следующем: у раствора (черного щелока) при движении от последнего корпуса к первому, кроме концентрации, постепенно повышается вязкость и температура, благодаря чему значительно улучшается теплопередача; вследствие улучшения теплопередачи уменьшается общая поверхность выпарки; подогретый раствор свободно перекачивается на дальнейшую переработку.

2.2 Расчет материального баланса выпарки Производительность варочно-промывного цеха 2500 т/сут целлюлозы по варке.

Количество черного щелока, получаемого после промывки целлюлозной массы, составляет 8,5 м³/т воздушно сухой целлюлозы.

Для расчета плотности поступающего черного щелока используем формулу:

с= 1000*(1−0.5*(b/100)), кг/м³

где с — плотность черного щелока, кг/м³;

bконцентрация сухого остатка в щелоке, %

с= 1000*(1−0,5*(14/100)) = 1075 кг/м³

Масса щелока, поступающего на выпарку

m = с*V, кг

m = 1075*8.5 = 9137.5 кг?

m = 2500*9137.5/24*1000 = 951.8 т/ч, А = 951,8*(1-(16/50)) = 646,7

951,8−646,7 = 305,1 т/ч Для расчета принимаем производительность концентраторной установки по щелоку 300 т/ч.

Таблица 4 Исходные данные.

Общее количество испаряемой воды находим по формуле:

?W = G*(1-(X_n/X_k)), кг/ч (1)

?W = 300 000*(1-(50/70)) = 85 714.28 кг/ч

1. Для расчета коэффициентов теплопередачи задаемся ориентировочным значением удельного паросъема, характерного для пластинчатых аппаратов.

W_уд = 8ч25 кг/м²*ч, принимаем W_уд = 10 кг/м²*ч Находим поверхность каждого аппарата.

Fi = ?W/W_уд*n, м²

где n — число корпусов выпарной установки, шт.

F= 85 714,28/20 = 4285,714 м²

Выбираем концентратор фирмы Альстром.

Высота пластин 9 м Ширина пластин 1,5 м Толщина пластин 0,05 м Для распределения общего количества испаряемой воды по корпусам принимаем:

W₁: W₂ = щ₁: щ₂ (2)

W₁: W₂ = 1: 1.17

Тогда количество испаряемой воды в корпусах будут равны :

W₁ = ?W*щ₁/(щ₁+щ₂)

W₂ = ?W*щ₂/(щ₁+щ₂) (3)

W₁ = 85 714.28*1.0/(1.0+1.17) = 39 499.7 кг/ч

W₂ = 85 714,28*1,17/(1,0+1,17) = 46 214,6 кг/ч

2. Конечная концентрация щелока в корпусах определяют по формуле:

Хк₁ = G*X_n/(G-(W₁+W₂))

Xk₂ = G*X_n/(G-W₂) (4)

Хк₁ = 300 000*50/(300 000-(39 499.7+46 214.6)) = 70,0%

Xk₂ = 300 000*50/(300 000−46 214.6) = 59,1%

Средние концентрации будут равны:

Х₁ = (Xk₁+ Xk₂)/2

X₂ = (Xk₂+ X_n)/2 (5)

X₁ =(70+59,1)/2 = 64,55%

X₂ = (59,1+50)/2 = 54,55%

3. Для определения температурных депрессий воспользуемся справочными данными. [Б.с 251]

Концентрация щелока 35 63 70

Температура кипения 103 112 116

Температура кипения при Х₁ = 64,55%

64,55 Т_кип1 = 112+((116−112)/(70−63)*(64,55−63)) = 112,88 ^оС

??₁ = Т_кип1 — 100 = 112,88 — 100 = 12,88 ^оС Температура кипения при Х₂ = 54,55%

54,55 Т_кип2 = 103+((112−103)/(63−35)*(54,55−35)) = 109,28 ^оС

??₂ = Т_кип2 — 100 = 109,28 — 100 = 9,28 ^оС

??₁ = 12,88^о; ??₂ = 9,28^о

Гидростатической депрессией для аппаратов данного типа можно пренебречь. Гидравлическую депрессию ??? примем по 1^о на каждый корпус.

Тогда полезная разность температур будет равна:

t_пол = t_n-(t_k+??+??+???) (6)

где t_k — температура в конденсаторе, ^оС

t_r = 82 ^oC

_?t_пол = 142-(82+12,88+9,28+2*1) = 35,84 ^оС Эту величину необходимо распределить по корпусам.

Для этого нужно предварительно оценить термическое сопротивление теплопередачи, и прежде всего — сопротивление накипи.

Относительное термическое сопротивление накипи находим по формуле:

R_нi = R_н*((X_i/X)^3,4*(W_i/W)), (7)

где X_i — концентрация черного щелока в данном корпусе, %

Х — средняя концентрация в первом по ходу щелока корпусе, %

W_i— количество испаряемой воды в данном корпусе, кг/ч

W — количество испаряемой воды в первом по ходу щелока корпусе, кг/ч

R_н1/R_н2 = (Х₁/Х₂)^3,4*(W₁/W₂) = (64,55/54,55)^3,4*(39 499,7/46 214,6) = 1,51

Предельное термическое сопротивление накипи, когда аппараты останавливают на промывку, примем R_н1 = 0,85 м²град/Вт.

R_н2 = 0,85/1,51 = 0,5 629 м²град/Вт Термическое сопротивление стенок ламели равно:

R_c = д/л, м²град/Вт (8)

где д — толщина стенки ламели, м л — теплопроводность материала, Вт/град м Для нержавеющей стали л = 14ч23; принимаем л = 23 Вт/м град

R_c = 0,0015/23 = 0,65 м²град/Вт Суммарное сопротивление стенок и накипи будут равны:

?R₁ = R_н1+R_c

?R₂ = R_н2+Rc (9)

? R₁ = 0,85+0,65 = 0,915 м²град/Вт

?R₂ = 0,5 629+0,65 = 0,6 279 м²град/Вт Зададимся сопротивлением тепловых потоков в корпусах. В корпусах нет самоиспарения и подогрева раствора до кипения, следовательно, тепловые потоки пропорциональны количеству испаряемой воды.

Q₁: Q₂ = W₁: W₂ = 1,0: 1,17

Принимаем удельный тепловой поток в первом корпусе q₁ = 8000Вт/м²

При равных поверхностях корпусов получим:

q₂ = q₁*Q₂ (10)

q₂ = 8000*1,17 = 9360 Вт/м²

Температурные напоры, которые затрачиваются на преодоление термических сопротивлений стенок и накипи будут равны по формуле:

tc?- tc? = q*(Rс+Rн), (11)

где q — удельный тепловой поток в корпусе, Вт/м²;

Rc, Rн — термическое сопротивление стенки и накипи, м²град/Вт

tc? — температура стенки со стороны пара, ^оС;

tc? — температура стенки со стороны раствора, ^оС.

(tc?- tc?)₁ = 0,915*8000 = 7,32 ^о

(tc?- tc?)₂ = 0,6 279*9360 = 5,88 ^о

?(tc?- tc?) = 13,2 ^о

Температурные напоры на преодоление термических сопротивлений при переходе тепла от стенки к кипящей жидкости равны:

tc? — t_кип = (q/510*(1−0,845*X))^2/3? (12)

где Х — средняя концентрация, кг/кг

(tc? — t_кип)₁ = (q₁/510*(1−0,845*X₁))^2/3 = (8000/510*(1−0,845*0,6455))^2/3 = 10,6 ^о

(tc? — t_кип)₂ = (q₁/510*(1−0,845*X₂))^2/3 = (8000/510*(1−0,845*0,5455))^2/3 = 10,5 ^о

?(tc? — t_кип) = 21,1 ^оС На преодоление термических сопротивлений переходу тепла от пара к стенке расходуется напор:

_?t_пол — ?(tc?- tc?) — ?(tc? — t_кип), (13)

35,84 — 13,2 — 21,1 = 1,54 ^о

5. Распределим его по корпусам и определим температурный режим выпаривания, где приняты следующие обозначения:

t_n — температура греющего пара, ^оС;

tc? и tc? — температуры стенок со стороны пара и щелока, ^оС;

_?t — полезная разность температур, ^оС;

t_кип — температура кипения щелока, ^оС;

t_с.п. — температура сокового пара, ^оС;

?? и ??? — температурная и гидравлическая депрессия, ^о;

r — теплота парообразования, определяемая по tn, кДж/кг;

В — величина, определяемая в зависимости от температуры пленки конденсатора t_пл.

Таблица 5

Таблица 6

6. Коэффициенты теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя находим по формуле:

б=C*B*⁴v (r/l*(tn-tc)), Вт/м²град (14)

где С — постоянная, равная 2,04 для вертикальных пластин;

l — определяющий линейный размер, равный высоте ламели.

б₁₋₁= 2,04*194,22*⁴v2143700/(9*0,84)= 9142,91 Вт/м²град б₁₋₂= 2,04*183,05*⁴v2236100/(9*0,7)= 9114,6 Вт/м²град

7. Для расчета расхода пара на выпарку и уточнения количества испаряемой воды определим тепловые характеристики пара, конденсата и щелока.

Таблица 7

Теплоемкость начального щелока 2,97 кДж/кг*град Коэффициенты испарения равны:

б_n=(In-tkn*Cк)/(in-tn*Cn), (15)

где in — теплосодержание сокового пара в данном корпусе, кДж/кг;

In — теплосодержание греющего пара в данном корпусе, кДж/кг;

Cn — теплоемкость щелока, кДж/кг*град;

Cк — постоянная, равная 4,19.

б₁= (2742,74−132,62*4,19)/(2695,39−123,24*2,68)= 0,925

б₂= (2693,8−100,82*4,19)/(2645,65−92,28*2,88) = 0,954

Коэффициенты использования тепла равны:

г₁=г₂=0

Коэффициенты самоиспарения равны:

в₁=в₂=0

Величину тепловых потерь в расчетной практике выражают через тепловой коэффициент полезного действия (е), который равен отношению полезно затраченного тепла к общему его расходу. Приняв е= 0,93, выражаем количество испаряемой воды в корпусах через расход первичного пара в первом корпусе.

Wn = е*Dn*бn (16)

где Dn — расход греющего пара в данном корпусе, кг/ч.

W₁ = 0,93D₁*0,925 =0,86025D₁

W₂ = 0,93W₁*0,954 = 0,93*0,86025D₁*0,954 = 0,7632D₁

Сложив левые и правые части, получим:

W₁+W₂= 0,86025D₁+0,7632D₁

?W = 1,62345D₁

D₁= ?W/1,62 345 = 58 571/1,62 345 = 42 237,8 кг/ч Количество испаряемой воды по корпусам будут равны:

W₁ = 0,86 025*42237,8 = 36 335,067 кг/ч

W₂ = 0,7632*42 237,8 = 52 235,88 кг/ч

?W = 68 571 кг/ч

2.3 Расчет теплового баланса выпарки целлюлоза выпаривание щелок

1. Определим общие тепловые нагрузки.

Теплоотдача — перенос тепла за счет конвекции и теплопроводности от движущегося теплоносителя к стенке и от стенки к теплоносителю.

Q₁=D₁(I₁-tк₁*4,19)е, кДж/кг

Q₂=W₁(I₂-tк₂*4,19)е, кДж/кг (17)

Q₁ = 42 237,8*(2742,74−132,62*4,19)*0,93 = 85 910 326 кДж/кг

Q₂ = 36 335,067*(2693,9−100,82*4,19)*0,93 = 76 756 436 кДж/кг

2. Коэффициенты теплоотдачи от стенки к кипящему раствору равны по формуле:

б= 510(1−0,845*Х)?t^0,5, (18)

где Х — концентрация раствора, кг/кг раствора;

?t — разность температур стенки и раствора.

б₂₋₁= 510*(1−0,845*0,6455)*10,6^0,5= 733 Вт/м²град б₂₋₂= 510*(1−0,845*, 5 455)*10,5^0,5= 869 Вт/м²град

3. Общие коэффициенты теплопередачи находим по формуле:

К= 1/(1/б₁)+(?д/л)+(1/б₂), (19)

где б₁ и б₂ — коэффициенты теплоотдачи, определяемые по средним температурам теплоносителей;

?д/л — термическое сопротивление многослойной стенки.

К₁ = 1/(1/9142,91)+0,915+(1/733) = 419 Вт/м²град К₂ = 1/(1/9114,6)+0,6 279+(1/869) = 526 Вт/м²град

2.4 Расчет поверхности теплообмена Поверхность теплообмена концентраторов находим по формуле:

Fn= Qn/(Kn*?tn*Cn), (20)

F₁ = Q₁/(K₁*?t₁*Cn) = 85 910 326/(419*18,76*2,97) = 3679,9? 3680 м²

F₂ = Q₂/(K₂*?t₂*Cn) = 7 675 436/(526*17,08*2,97) = 2876,6? 2877 м²

Принимаем поверхность нагрева.

F₁ = 3500 м²

F₂ = 2873 м²

2.5 Выбор, расчет оборудования цеха, для доупаривания щелока Концентраторы № 1 и № 2:

Выпарной аппарат (концентратор) пластинчатого типа с падающей пленкой предназначен для упаривания черного щелока путем испарения из него части воды с целью получения 70%-го щелока.

Тепловая поверхность концентратора состоит из двухлистовых ламелей. Пар, подаваемый на выпарку, конденсируется внутри ламелей, а щелок стекает по наружной поверхности ламелей.

Черный щелок подается в нижнюю часть аппарата, из которого транспортируется циркуляционным насосом в верхнюю часть.

Система распределения щелока направляет его равномерно на наружную поверхность всех ламелей. Щелок падает тонкой пленкой свободно вниз и кипит на поверхностях ламелей.

Образовавшийся вторичный пар отделяется немедленно от щелока и уходит в окружающее паровое пространство. Потери щелока с паром исключаются каплеотделителем типа Эуроформ, предусмотренным в верхней части концентратора.

Таблица 8 Техническая характеристика.

Поверхностный конденсатор — предназначен для конденсации вторичного пара. В межтрубное пространство поверхностных конденсаторов подается вторичный пар с концентратора № 2 и пары вскипания с расширителя плотного щелока, где отдавая свое тепло воде, конденсируется. В конденсаторах создается разряжение (вакуум).

Таблица 9 Техническая характеристика.

Подогреватель черного щелока — предназначен для нагрева питательного щелока за счет тепла чистого конденсата.

В межтрубное пространство подогревателя подается чистый конденсат. Щелок подогревается за счет конденсата до температуры примерно 114 ^оС.

Таблица 10 Техническая характеристика.

Холодильник чистого конденсата — предназначен для охлаждения чистого конденсата за счет теплой воды с поверхностных конденсаторов.

В трубное пространство подается чистый конденсат, а в межтрубное — теплая вода после ПК -1,2. Чистый конденсат охлаждается до 70 ^оС.

Таблица 11 Техническая характеристика.

Выравниватель уровня чистого конденсата — предназначен для выравнивания уровня чистого конденсата.

Чистый конденсат из греющей камеры концентратора № 1 поступает в выравниватель уровня чистого конденсата. Уровень поддерживается регулятором уровня LICA-3.

Таблица 12 Техническая характеристика.

Испаритель слабозагрязненного конденсата — предназначен для испарения конденсата вторичного пара концентратора № 2.

Таблица 13 Техническая характеристика.

Расширитель плотного щелока — предназначен для повышения концентрации щелока за счет сброса давления в расширителе, вскипания щелока и отвода вторичных паров из расширителя.

Таблица 14

Одноступенчатый пароэжектор — предназначен для отсоса неконденсируемых газов и поддержания разряжения (вакуума) на концентраторной установке.

Таблица 15

Рабочий пар поступает в сопло и истекает из него со сверхзвуковой скоростью. За счет турбулентного перемешивания вихревых масс паровой струи с частичками окружающего струю газа в камере смешения происходит захват и увлечение газа в суживающий насадок, служащий для обеспечения более плотного перемешивания пара с газом. Камера смешивания заканчивается цилиндрической горловиной.

Из горловины поток пара, смешанный с газом, поступает в диффузор, предназначенный для уменьшения скорости и увеличения давления газа.

Парогазовая смесь из диффузора поступает в барометрический приямок и далее на сжигатель на лесохимию.

Центробежные насосы — предназначены для перекачки щелока, воды и конденсата.

Таблица 16

2.6 Описание технологической схемы Поток щелока.

Питательный щелок с сухостью 50% и температурой 108 ^оС и расходом 24 м³/час из бака питательного щелока насосами 11 и 12 прокачивается через подогреватель щелока, где за счет тепла чистого конденсата, питательный щелок нагревается до 114 ^оС и поступает в нижнюю часть концентратора 2.

Из нижней части концентратора 2, насосом 2 щелок непрерывно подается на распределительное устройство, расположенное в верхней части концентратора 2. Распределительное устройство направляет поток щелока к верхнему краю пластин, откуда он стекает в виде тонкой пленки по внешней поверхности каждой пластины в нижнюю часть концентратора 2.

За счет тепла греющего пара щелок на поверхности ламельных пластин вскипает, повышая этим свою сухость. Циркуляционный насос 2 осуществляет постоянную циркуляцию щелока в концентраторе 2.

Из нижней части концентратора 2 щелок с сухостью 54,55% а.с.в. и с температурой 117 ^оС насосом 3 подается в нижнюю часть концентратора 1. Из нижней части концентратора 1 циркуляционный насос 1 осуществляет перекачку щелока на верхнее распределительное устройство концентратора 1. Щелок распределяется по наружной поверхности каждой пластины, стекает вниз в виде тонкой пленки в нижнюю часть концентратора 1. на поверхности ламелей стекающий щелок вскипает за счет тепла греющего пара. Сухость щелока повышается. Пары вскипания отводятся из корпуса концентратора 1 и используются в качестве греющего пара в концентраторе 2. Циркуляционный насос 1 обеспечивает также постоянную циркуляцию щелока в концентраторе 1 и подачу щелока в расширитель щелока.

В расширитель щелок поступает с температурой 133 ^оС и сухостью 64,55% а.с.в. За счет самоиспарения сухость щелока в расширителе достигает до 70% а.с.в., а температура снижается до 115 ^оС.

Пары вскипания из него отводятся через регулирующий клапан на дополнительный поверхностный конденсатор для конденсации.

Из расширителя насосами 4 и 5 щелок откачивается в бак плотного 70% щелока. Щелок, выходящий из расширителя щелока можно подать в бак хранения плотного щелока только при достижении 70% сухости. До достижения 70% сухости, его направляют на смеситель щелока выпарных станций № 1 и № 2.

От нагнетательного трубопровода насосов 4 и 5 отходит линия, через которую небольшой поток плотного щелока подается в концентратор 2 так называемый «кристаллизационный возврат». Назначение — снизить образование накипи на горячих поверхностях ламелей, сдвигая точку кристаллизации щелока.

Подача плотного щелока по линии «кристаллизации» регулируется клапаном, количество определяется опытным путем во время работы концентраторов.

Из бак плотного щелока 70%-ный щелок насосами 6 и 7 перекачивается на содорегенерационные котлы для сжигания.

Насыщение питательного щелока золой (сульфатом натрия).

Для уменьшения образования накипи на горячих поверхностях ламельных пластин предусматривается насыщение питательного щелока золой, образуемой на содорегенерационных котлах. Для этой цели предусматривается подача питательного щелока насосами для растворения золы в CРК, откуда обогащенный золой щелок подается в бак питательного щелока, а затем насосами 11 и 12 перекачивается на концентраторную установку. Обогащение золой питательного щелока увеличивает концентрацию сульфита натрия в нем, в результате чего увеличение сульфатом щелока будет выше температура кипения щелока в концентраторах и образование накипи на поверхностях ламельных пластин будет минимальным.

Для перемешивания питательного щелока в баке предусмотрен циркуляционный насос.

Поток пара.

Свежий пар используется в концентраторе 1, для пароэжекторной установки и для продувки щелоковых трубопроводов и насосов. С ТЭЦ он подается под избыточным давлением 4,3 кгс/см² и температурой 142 ^оС в количестве 35,0 т/час в верхнюю часть концентратора к пакету ламельных пластин. Пар поступает внутрь пластин, конденсируется, отдавая свое тепло через стенку пластин щелоку. Образовавшийся конденсат собирается в сборнике конденсата, расположенном в нижней части пакета ламельных пластин, и отводится из концентратора. Свежий пар не соприкасается со щелоком, поэтому его конденсат называется чистым. Он отводится и используется отдельно. Получив тепло свежего пара, щелок стекая по ламелям вскипает, образуя пар, который называется вторичным (соковым). Он поднимается вверх внутри корпуса концентратора 1 между ламельными пластинами и выводится из концентратора через пластинчатый каплеуловитель. Соковый пар концентратора 1 является греющем паром концентратора 2.

Вторичный пар концентратора 1, имеющий температуру 109,36 ^оС, с расходом 30,44 т/час поступает в распределительную трубу внутреннего пространства ламельных пластин концентраторов. Разделившись внутри пластин, вторичный пар нагревает через стенки щелок и конденсируется. Конденсат собирается в нижней части ламельного пакета в сборнике конденсата. Он является слабозагрязненным конденсатом, так как образовался от конденсации вторичного пара. Щелок стекающий по наружной поверхности ламелей концентратора 2, вскипает, образуя пар, который из верхней части корпуса через пластинчатый каплеуловитель с расходом 28,72 т/час и температурой 110 ^оС отводится на поверхностные конденсаторы для конденсации. Поверхностные конденсаторы (основной и дополнительный) подключены последовательно.

Вторичные пары из концентратора 2 и испарителя слабозагрязненного конденсата поступают в межтрубное пространство основного конденсатора.

В трубки подается фильтрованная вода после дополнительного конденсатора.

По воде основной поверхностный конденсатор двухходовой. Соприкасаясь с холодными стенками трубок, соковые пары конденсируются. По наружным стенкам трубок конденсат стекает в нижнюю часть межтрубного пространства и отводится на откачивающие насосы 18 и 19. На основном поверхностном конденсаторе конденсируется 85% парогазов и поддерживается постоянный небольшой вакуум в пределах от -5 кПа (-37 мм.рт.ст.) до -10 кПа (-75 мм.рт.ст.).

Несконденсировавшиеся на основном поверхностном конденсаторе газы поступают в межтрубное пространство дополнительного конденсатора. На дополнительный конденсатор поступают так же пары вскипания из расширителя щелока. В трубки конденсатора подается холодная свежая фильтрованная вода, которая охлаждает стенки трубок и на их наружной поверхности происходит дополнительная конденсация несконденсировавшихся газов. По наружным стенкам трубок конденсат стекает в нижнюю часть межтрубного пространства дополнительного конденсатора и отводится на откачивающие насосы 18 и19. На дополнительном конденсаторе конденсируется примерно 15% парогазов.

Несконденсировавшиеся пары из дополнительного конденсатора отсасываются одноступенчатым пароэжекторным вакуум-насосом, на который для обеспечения эжекции подается свежий пар давлением 4,3 кгс/см² с расходом 0,18 т/час. Парогазовая смесь от пароэжекторного вакуум-насоса подается в барометрический приямок выпарных станций № 1 и № 2, откуда газовентиляторами газы выбрасываются в атмосферу. Имеется ручная арматура для подачи парогазовой смеси после пароэжекторной установки непосредственно, а атмосферу.

Теплая вода, выходящая из дополнительного конденсатора с расходом 720 м³/час, имеющая температуру 35 ^оС, используется в качестве охлаждающей воды на основном конденсаторе. Из основного конденсатора она выходит с температурой 45 ^оС и за счет давления насоса-повысителя, установленного на линии свежей фильтрованной воды перед дополнительным конденсатором подается в бак теплой воды отбельного цеха. Для визуального контроля параметры температуры и давления свежей фильтрованной воды, вынесены на монитор. Температура свежей фильтрованной воды не должна превышать 20 ^оС (в летний период).

Поток конденсатов.

Чистый конденсат образуется от конденсации свежего пара на концентраторе 1, он стекает по внутренним стенкам ламельных пластин и собирается в нижней части сборника конденсата. Далее поступает на выравниватель уровня чистого конденсата. Для удаления воздуха из выравнивателя уровня предусмотрена дроссельная шайба, через которую воздух вместе с небольшим количеством пара постоянно выбрасывается в атмосферу. Из выравнивателя уровня насосами 9 и 10 чистый конденсат, имеющий температуру 145 ^оС, с расходом примерно 35,0 т/час откачивается через подогреватель щелока трубчатого типа. Чистый конденсат подается в межтрубное пространство подогревателя и его тепло через стенки трубок передается щелоку, нагревая его от 108 ^оС до 114 ^оС. Отдав свое тепло щелоку, чистый конденсат охлаждается до температуры 116 ^о С и поступает на холодильник чистого конденсата, в трубное пространство, а в межтрубное пространство подается теплая вода, использованная на поверхностных конденсаторах и имеющая температуру 45 ^о С и расход 134 м³/час. Чистый конденсат через стенки трубок нагревает воду, которая возвращается в общий трубопровод теплой воды. Общий ее поток с температурой 53 — 55 ^о С подается в отбельный цех для технологических нужд. Чистый конденсат, отдав свое тепло воде, охлаждается до температуры 70 ^о С и подается в химцех ТЭЦ на химводоочистку.

В качестве греющего пара в концентраторе 2 используется пар, полученный в результате вскипания щелока в концентраторе 1. Так как этот пар непосредственно соприкасался со щелоком, то он кроме чистого водяного пара содержит и некоторое количество дурнопахнущих газов, которые улетучились из щелока при выпаривании. Поэтому этот конденсат называется слабозагрязненным и образуется от конденсации греющего пара в концентраторе 2 и в межтрубном пространстве основного и дополнительного поверхностных конденсаторов от паров вскипания из расширителя щелока и испарителя слабозагрязненного конденсата.

В концентраторе 2 греющий пар, отдав тепло щелоку, конденсируется на внутренних стенках ламельных пластин и стекает вниз пакета пластин в сборник конденсата концентратора 2. Из сборника слабозагрязненный конденсат поступает в испаритель слабозагрязненного конденсата. Пары вскипания из испарителя, через дроссельную шайбу вместе с соковым паром концентратора 2 поступают последовательно в основной и дополнительный поверхностные конденсаторы. На дополнительный конденсатор поступают пары вскипания из расширителя щелока. Слабозагрязненный конденсат из основного и дополнительного поверхностных конденсаторов и испарителя слабозагрязненного конденсата поступают на всасывающий патрубок насосов 18 и 19, откачивающих его в ЦКРИ — 2 в бак горячей воды для использования в технологии для промывки шлама.

Система отвода неконденсируемых газов.

Вместе со свежим паром в концентратор 1 поступает и некоторое количество неконденсируемых газов, а именно, воздуха. Эти газы из нижней части пакета пластин концентратора 1 через дроссельную шайбу отводятся в атмосферу вместе с парогазами из выравнивателя уровня чистого конденсата. Возможность подачи этих газов в атмосферу объясняется тем, что они не имеют запаха, так как содержат в основном только воздух и водяной пар.

При кипении щелока вместе с паром из него выделяются и неконденсируемые газы. К таким газам относятся сероводород (H₂S), Метилмеркаптан (ММ), диметилсульфид (ДМС), метанол. Из концентратора 2 эти газы отводятся из сборника конденсата в нижней части концентратора и вместе с парами вскипания слабозагрязненного конденсата поступают на основной поверхностный конденсатор. На поверхностных конденсаторах конденсируется только водяной пар, а неконденсируемые газы с температурой 82 ^оС и в количестве 0,36 т/час отсасываются пароэжекторным вакуум-насосом и отводятся в барометрический приямок выпарных станций № 1 и № 2. Из него газы газовентиляторами выбрасываются в атмосферу. На пароэжекторный вакуум-насос для создания эжекции подается свежий пар под давлением 4,3 кгс/см² с температурой 145 ^оС и расходом 0,18 т/час. Общее количество парогазовой смеси, поступающей в барометрический приямок от концентраторной установки, составляет 0,54 т/час.

Температура смеси — 100 ^оС.

Дурнопахнущие газы из барометрического приямка направляются на сжигание в цех лесохимии.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

3.1 Автоматический контроль и регулирование узла доупаривания Основной задачей упаривания является удаление из черного щелока воды до степени, позволяющей сжечь его в топке СРК. Система должна обеспечить упаривание щелока до заданной концентрации (70% а.с.в.).

Процесс выпаривания обеспечивается автоматическим контролем и регулированием процесса САУ (система автоматического управления) в заданном технологическом режиме.

Автоматизация процесса выпаривания позволяет повысить производительность установки; повысить качество выпускаемой продукции; снизить расход энергоносителей; улучшить, облегчить условия труда.

В концентраторной установке в основном контролируют и регулируют расходы щелока, пара, воды; температуры щелока, чистого и слабозагрязненного конденсата, их уровни в соответствующих емкостях; давление и температуру свежего пара, поступающего на концентраторную установку; давление и температуру вторичного пара, поступающего на концентратор 2; сухость поступающего и выходящего щелока.

Питательный черный щелок с бака 49%-ого щелока, пройдя первоначально подогреватель, поступает в концентратор 2 по трубопроводу через регулирующий клапан, управляемый системой автоматического регулирования САР расхода FIC-1. Расход щелока задается оператором. В качестве греющего пара в концентраторе 2 используется вторичный пар с концентратора 1, где поддерживается уровень с помощью САР уровня LICA-1.

На линии подачи щелока в концентратор — 2 и на линии выхода слабозагрязненного из испарителя установлены соответственно вторичный прибор температуры щелока TIA-2 и вторичный прибор слабозагрязненного конденсата

TIA-1. При помощи вычислителя TDI-1 (в компьютер заложена программа) находится разность температур между конденсатом греющего пара и циркулирующим щелоком. По разности температур можно судить об увеличении образования накипи на поверхности ламельных пластин.

Уровень в концентраторе-2 поддерживается с помощью САР уровня LICA-2. Если в автоматическом режиме уровень возрастает, то клапан регулятора уровня открывается. Если уровень в концентраторе падает, клапан автоматически прикрывается.

Щелок перекачивается насосом в концентратор-1. Уровень в нем поддерживается САР уровня LICA-4. Принцип действия LICA-4 тот же, что и у LICA-2 концентратора-2.

На линии подачи черного щелока в концентратор-1 установлен вторичный прибор температуры TIA-5, также установлен вторичный прибор температуры TIA-4 на линии выхода чистого конденсата из выравнивателя уровня чистого конденсата. Между этими температурами находиться разность температур при помощи вычислителя TDI-3 (показывает степень загрязнения ламелей).

На линии выхода сокового пара из концентратора-1 установлены вторичный прибор температуры сокового пара TIA-3 и вторичный прибор давления PIA-1. Вычислитель TDI-2 находит разность температур между температурой кипения черного щелока TIA-5 и температурой вторичного пара TIA-3, т. е. температурную депрессию, по которой можно судить о сухости черного щелока в концентраторе-1.

Далее черный щелок поступает в расширитель щелока, где его концентрация достигает 70%. В расширителе уровень поддерживается САР уровня LICA-5.

На линии подачи вторичного пара из расширителя установлен регулятор давления PIC-1. На клапан установлена блокировка, т. е. минимальное открытие клапана 15%, максимальное 100%. С помощью PIC-1 поддерживается определенное давление внутри расширителя и регулируется температура выходящего щелока (для того, чтобы он не вскипал в баке плотного щелока).

На линии подачи щелока в бак плотного щелока установлены термометр для измерения температуры TI-1, расходомер для измерения расхода щелока FI-1. С помощью рефрактометра DRA-1 измеряется сухость щелока.

Плотность щелока можно регулировать объемом подаваемого на выпарную станцию свежего пара, расходом щелока на установку.

Свежий пар подается в паровое пространство внутрь ламельных пластин концентратора-1 и на пароэжекторный вакуум-насос для создания разряжения. Расход пара на концентраторную установку регулируются САР расход FIC-2. Такой регулятор работает по расходу (подача количества пара зависит от расхода щелока на станцию). Расход пара регулируется так, чтобы были достигнуты необходимые температуры для нормального процесса выпаривания щелока.

На линии подачи свежего пара в концентратор-1 установлен вторичный прибор PIA-2, который показывает давление свежего пара, поступающего в концентратор-1.

Показания приборов могут быть выведены на монитор. Недопустимо нарушать параметры технологического режима.

3.2 Порядок пуска выпарного аппарата Пуск на щелоке.

Пуск и останов концентраторной установки является одним из основных процессов ее технической эксплуатации и должны осуществляться в строгом соответствии с инструкцией и технологическим регламентом, разрабатываемыми для каждой конкретной установки.

Концентраторная установка запускается на щелоке при наличии 50% щелока не менее 300 м³ в баке питательного щелока.

Пуск концентраторной установки на щелоке производиться следующим образом:

— Подать питательный щелок из бака питательного щелока. Для этого запустить насос питательного щелока. Установить расход питательного щелока 80 м³/час. Через подогреватель щелока питательный щелок будет поступать в нижнюю часть концентратора-2.

— Когда уровень в нижней щелоковой камере концентратора-2 достигнет 70% объема пустить циркуляционный насос.

— Когда уровень в концентраторе-2 вновь поднимется до 50% пустить перекачивающий насос.

— Когда уровень в нижней щелоковой камере концентратора-1 достигнет примерно 70−80%, запустить циркуляционный насос.

— Когда уровень в нижней щелоковой камере концентратора-1 вновь достигнет 50%, установить задание регулятора уровня на 50% и перевести его в автоматический режим.

— Когда уровень в расширителе щелока будет показывать больше 30%, запустить перекачивающий насос.

— Перевести поток питательного щелока, выходящего из концентраторной установки на смеситель щелока выпарных станций № 1 и № 2.

— Уменьшить расход питательного щелока на концентратор-2 до 15 м³/час.

— Подготовиться к приему свежего пара на концентраторную установку.

Позвонить начальнику смены котлотурбинного цеха № 2 ТЭЦ и попросить поставить под давление трубопровод свежего пара.

— После того, как из дренажных труб паропровода вместо конденсата будет выходить пар, дренажные вентили закрыть и приступить к подаче пара на концентратор-1.

(Свежий пар поступает в пакет ламельных пластин, обогревает щелок и конденсируется).

— Следить за уровнем чистого конденсата в выравнивателе уровня чистого конденсата. (Во время пуска чистый конденсат может идти только в канал). Запустить насос чистого конденсата.

— Приготовиться к пуску пароэжектора. Медленно подать свежий пар к пароэжектору.