用于控制回收锅炉的方法与流程

本发明所提出的方案涉及一种控制回收锅炉(recoveryboiler)的方法。

背景技术

由于回收锅炉技术和回收锅炉控制方法的发展而产生了越来越多的电力。然而，在黑液的燃烧过程中，非过程元素或npe的积聚会在回收锅炉中产生多个问题。特别是，氯(cl)和钾(k)会在回收锅炉的过热器区域和锅炉管束(boilerbank)中引起腐蚀、堵塞和结垢的问题。

调节回收锅炉中的cl和k的水平的最常用方法是在黑液被供给至回收锅炉之前清除静电集尘器(esp)中收集的飞灰(即，esp灰)，而不使飞灰再循环到黑液中。在清除esp灰方面所牵涉的主要经济缺陷在于，esp灰主要包括可回收的蒸煮(cooking，浆状)化学品，如钠(na)和硫(s)，在产生黑液的的硫酸盐制浆工艺中不得不用复合化学品来替代这些蒸煮化学品。而且，在清除esp灰时可能存在着与环境方面相关的问题。

此外，通常esp灰的cl和k水平并未经过足够频繁的测量或确定以便动态地应对与腐蚀、堵塞和结垢相关的风险。

技术实现要素：

在本公开中提出了根据该方案的控制回收锅炉的方法。在本公开中还给出了根据该方案的控制回收锅炉的方法。

本发明的方案是根据第一备选实施方案的控制回收锅炉的方法。该回收锅炉包括：用于燃烧黑液的炉膛(furnace)；以及具有一个或多个过热器的过热器区域，所述过热器从来自炉膛的废气流中回收热量。

回收锅炉可进一步包括从来自炉膛的废气流中回收热量的锅炉管束及至少一个节热器，以及从废气流中收集飞灰的静电集尘器。

该方法包括：估测沉积在过热器区域的传热表面上的飞灰的第一熔化温度t0，所述估测至少基于飞灰的钾(k)含量；测量或估测在过热器区域(或过热器中的一个或多个过热器)中循环的、或者从所述过热器区域或所述一个或多个过热器输出的过热蒸汽的温度tss；估算第一熔化温度t0与过热蒸汽的温度tss之间的温度差td1，该温度差td1提供对所述过热器区域或者所述一个或多个过热器处的腐蚀风险的评估；以及选择用于执行回收锅炉的控制并影响温度差td1的控制行为。

根据本发明的方案的一些示例，所述控制行为是清除飞灰、处理飞灰或降低温度tss，或者这些行为中的两种或更多种的组合。

本发明的方案为根据第二备选实施方案的控制回收锅炉的方法。该回收锅炉包括：用于燃烧黑液的炉膛；具有一个或多个过热器的过热器区域；以及从来自炉膛的废气流中回收热量的锅炉管束。

回收锅炉可进一步包括从来自炉膛的废气流中回收热量的至少一个节热器和从废气流中收集飞灰的静电集尘器。

该方法包括：估测沉积在锅炉管束及过热器区域的传热表面上的飞灰的粘性温度(stickytemperature)tstk，所述估测至少基于飞灰的钾(k)含量和氯(cl)含量；测量或估测在锅炉管束处、或在过热器区域或者所述过热器中的一个或多个过热器处流动的废气(fluegas，烟道气)的温度tfg；估算粘性温度tstk与废气的温度tfg之间的温度差td2；该温度差td2提供了对锅炉管束处、或者过热器区域或所述一个或多个过热器处的堵塞风险的评估；以及选择用于执行回收锅炉的控制并影响温度差td2的控制行为。

根据本发明的方案的一些示例，所述控制行为是清除飞灰、处理飞灰、降低温度tfg、控制黑液的燃烧、清洁传热表面，或者这些行为中的两种或更多种的组合。

此外，本发明的用于控制回收锅炉的方案的第一和第二备选实施方案可以相组合或者同时执行以提供更全面的方法。

附图说明

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明所提出的方案。

图1示出了应用根据本发明的方案的方法的回收锅炉的示意图。

图2示出了带有根据一示例的粘性区域的近似位置的图1的示意图。

图3示出了带有根据另一示例的粘性区域的近似位置的图1的示意图。

具体实施方式

来自硫酸盐制浆工艺的黑液具有高能量值，使其成为能源生产(energyproduction，发电)的来源。由于黑液含有过程化学品(processchemicals,工艺化学品)，因此期望将其回收并使其再循环到硫酸盐制浆工艺中。这是在包括黑液在回收锅炉中的化学回收循环中完成的。在回收锅炉的炉膛内燃烧黑液的目的是提取黑液的有机材料中的潜热并在回收锅炉中形成的熔化物中以碳酸钠(na2co3)和硫化钠(na2s)的形式回收钠(na)和硫(s)的化合物。在该化学回收循环中，不发挥有效作用的元素被归类为非过程元素(npe)。非过程元素的示例包括氯(cl)、钾(k)、磷(p)、钙(ca)、镁(mg)和锰(mn)。

具有约70-80％重量比的干固体含量的黑液在回收锅炉中被燃烧，并且热量从热废气传递到蒸汽产生系统(steamgeneratingsystem)。然后蒸汽被用于通过蒸汽涡轮机发电。

图1示出了回收锅炉10的示例，其具有向蒸汽涡轮机系统28提供蒸汽的蒸汽产生系统。回收锅炉10还提供灰收集和输送系统36。

回收锅炉10可包括：炉膛12，即反应器部分；过热器区域14，具有一个或多个过热器16；蒸汽产生锅炉管束18；以及例如具有至少一个节热器20的节热器区域，用以对在回收锅炉10的壁中循环的介质进行预热。过热器区域14(即所述一个或多个过热器16)和锅炉管束18，以及节热器20，为回收锅炉10提供能够热传递的传热表面。锅炉管束18可具有颗粒收集容器(即斗形部)，用以收集废气中夹带的粉尘。同样，节热器20可具有颗粒收集容器(即斗形部)，用以收集废气携带的粉尘。

炉膛12被回收锅炉10的壁包围。回收锅炉10的壁至少部分地由通过焊接连接在一起的多个管制成。在所述管内进行介质循环，所述介质循环基本上为水-蒸汽循环。回收锅炉10的壁包括喷嘴22，黑液通过所述喷嘴供给到炉膛12以供燃烧。另外，回收锅炉10的壁包括空气喷嘴24，用以供给燃烧所需的空气。可在炉膛12中的不同位置中进行空气供给。熔化物管口位于在炉膛12的下部，用以将熔化物输送到溶解槽38。

在回收锅炉10中，具有一个或多个过热器16的过热器区域14可以位于回收锅炉10的顶部部分中及炉膛12的上部部分内。锅炉管束18和节热器20可位于废气通道30(即，第二通路)中，来自炉膛12的废气34通过该废气通道流至静电集尘器26。静电集尘器26(esp)从废气流中除去粉尘(即，飞灰)。优选地，锅炉管束18位于过热器区域14的下游，并且节热器20位于锅炉管束18的下游。

在过热器16中流动的蒸汽借助流过过热器16的热废气以及借助热对流而被转变为过热蒸汽。从过热器16和过热器区域14输出的高压过热蒸汽被引导至例如具有蒸汽涡轮机28的蒸汽涡轮机系统。在过热器区域14中，来自一个过热器16的蒸汽可以被引导至另一个过热器16。在节热器20中流动的水借助流过节热器20的废气以及借助热对流而被预加热。被预加热的水被供至炉膛12和回收锅炉10的介质循环中。在锅炉管束18中流动的水借助流过锅炉管束18的冷却废气以及借助热对流而被转变为水-蒸汽混合物。饱和蒸汽从水-蒸汽混合物中分离出来，并且饱和蒸汽被引导至过热器16和过热器区域14。回收锅炉10可包括用于水-蒸汽混合物的至少一个储存器32(即，筒部)。饱和蒸汽的分离可在筒部中发生。

废气含有大量的粉尘。当蒸汽温度升高时，传热表面的温度也升高。如果温度变得足够高，则粉尘就会熔化并粘到传热表面上，从而导致传热表面的腐蚀和堵塞。

被供至回收锅炉10的炉膛12的黑液中的非过程元素c1和k进入回收锅炉10中。在炉膛12的高温下，cl和k的化合物蒸发，并且最终在静电集尘器26中所收集的且被锅炉管束18和节热器20的斗形部所捕获的粉尘(即，esp灰)中cl和k变得富集，且沉积在传热表面上。

沉积物的堆积导致传热表面上和过热器区域14及锅炉管束18的废气通路中的堵塞和腐蚀。沉积物中cl和k的存在对回收锅炉10中沉积物的热性能具有很大的影响。

作为化合物的混合物的沉积物在可能为数百摄氏度的温度范围(temperatureinterval，温度间隔)内逐渐熔化。存在两种不同的沉积物熔化温度。第一熔化温度t0是液相最初出现时的温度。在高于第一熔化温度t0时沉积物具有高腐蚀性。与之不同的第二熔化温度是沉积物完全熔化时的温度，即熔化温度t100。在这两个温度之间至少具有两个另外的重要温度。粘性温度tstk是这样的温度：即，在高于此温度时，沉积物包含足够的液相从而变得具有粘性。粘性温度tstk是这样的温度：即，在此温度时，沉积物中液相的比例超过10-30％，通常为15％。自由基变形温度(radicaldeformationtemperature)trd(即，流动温度)是这样的温度：在高于此温度时，液相的量足以形成沉积流体。变形温度trd是这样的温度，即，在此温度时，沉积物中液相的比例通常超过70％。沉积物的粘性是决定传热表面上的沉积速率的最重要因素之一。

粘性温度tstk和自由基变形温度trd对于沉积物的积聚速率而言很重要。低于tstk沉积物相对干燥且不易于积聚。高于trd由于沉积物流失而导致沉积物的积聚减少。对于典型沉积物而言，cl对tstk和trd的影响为，随着沉积物的cl含量的增大tstk和trd两者都降低。当cl含量低时，k含量的影响要小得多。然而，沉积物的高k浓度降低了第一熔化温度t0。较低的第一熔化温度t0倾向于使过热器16的易受腐蚀性增加。因此，增大沉积物的第一熔化温度t0降低了腐蚀的风险。最容易受到腐蚀的区域位于过热器16处或过热器区域14中，因为发现最高的蒸汽温度出现在那里。特别容易受到腐蚀的是具有最高蒸汽温度的过热器16，通常是一组四个过热器中位于下游的第二过热器。

由于废气中飞灰的粘性，沉积物积聚在锅炉管束18和过热器区域14的传热表面上，导致废气通路的结垢和堵塞。锅炉管束18的具有相对较窄的废气通路的入口是最常见的堵塞位置。过热器区域14的一个过热器16可具有比过热器区域14的其它过热器16更窄的废气通路，因此也可能会堵塞。通常，所述一个过热器16位于所有其它过热器16的下游。此外，该入口处和该过热器16处的废气的温度通常落在粘性温度tstk与自由基变形温度trd之间的温度范围内，该温度范围限定一粘性区域。

因此，在废气进入具有相对较窄的废气通路的过热器16或锅炉管束18之前，将废气保持在低于粘性温度tstk的温度下是至关重要的。另一个方法是使得粘性区域最小化，因为它会导致更窄的温度范围，在此更窄的温度范围中飞灰可能导致堵塞。可以通过降低飞灰的cl含量和k含量而使粘性区域最小化。还有一种方法是尽可能快速地降低废气的温度，因为缓慢的温度下降的后果是使得由废气携带的飞灰长时间保持粘性。废气温度的迅速降低是通过减少炉膛12和回收锅炉10的负荷来实现的，或者是当传热表面为清洁(例如在清洁过传热表面之后)时实现的，但由于形成的沉积物，其(降低)会逐渐减慢。

例如通过使用吹灰器进行的蒸汽吹扫来防止传热表面的堵塞。另一种避免堵塞的方法是减小携带的沉积物的量，这是通过调整回收锅炉的不同工艺参数(特别是与黑液的燃烧相关的工艺参数)而实现的。携带的沉积物包含夹带在废气中的黑液固体或熔化颗粒。

可以通过分析飞灰(例如esp灰、或由斗形部捕获的飞灰、或由废气流携带且利用例如采样探头收集的飞灰)的cl和/或k含量来估测传热表面上的沉积物的cl和/或k含量。沉积物的cl和/或k含量应当保持在适当的水平以避免腐蚀和堵塞。另外，过热蒸汽的温度和压力应当被提高或保持在较高的水平，从而提供(相对于发电而言)经济可行的方案。

在黑液被供至回收锅炉10的炉膛12中之前，飞灰可被再循环到黑液中。控制供至回收锅炉10的黑液的cl和k的水平的方式是清除飞灰(例如esp灰)而不是使其循环，或减少或改变再循环的飞灰的量，或增大或改变所清除的飞灰的量。但是，这在经济上可能是不可行的，因为所清除的物质包括碳酸钠(na2co3)和硫酸钠(na2so4)形式的钠(na)和硫(s)化合物，钠(na)和硫(s)是可回收的，并且是硫酸盐制浆工艺中所需要的。因此，为了补偿清除飞尘时工艺化学品的损失，必须向硫酸盐制浆工艺的液体循环中加入补充化学品。

可以在灰处理工艺中将cl和/或k从飞灰中除去，在所述灰处理工艺中例如通过淋滤来处理飞灰。然后将处理过的飞灰再循环到黑液中。

在本发明的方案中，通过分析来测量或确定飞灰中的k含量。飞灰可以是esp灰，或者源自于废气流、锅炉管束18或节热器20的斗形部。这可通过已知的、现有可利用的方法来实现。根据飞灰的k含量，能够计算或确定与锅炉管束18和/或过热器区域14的传热表面上的沉积物相关的第一熔化温度t0的估测值，以便评估腐蚀的风险。该估测值可基于显示k含量与第一熔化温度t0之间的关系的已知研究结果和图表。优选地，(连同k含量一起)通过分析来测量或确定飞灰的cl含量、和/或飞灰的na含量和/或飞灰中的碳酸盐(即co3)和/或飞灰中的硫酸盐(即so4)，从而评估腐蚀风险。

锅炉管束18和/或过热器区域14的传热表面设置有管，飞灰的沉积物形成在所述管上，并且蒸汽或水-蒸汽混合物在所述管的内部流动。当在管的表面与第一熔化温度t0之间具有足够大的温度差时，在管上形成固体沉积物的厚保护层，其保持管的安全以免受沉积物的腐蚀性液相的影响。可基于管的材料来选择保护层的优选厚度或所需的温度差。当管表面的温度升高到等于第一熔化温度t0时，管会被严重腐蚀。

可基于管中流动的蒸汽或水-蒸汽混合物的温度来估测上面所提到的温度差。因此，测量或确定在过热器区域14的一个或多个过热器16中循环或从过热器输出的过热蒸汽的温度tss，这种确定是基于与包括所述一个或多个过热器16或回收锅炉10的蒸汽产生系统相关的其它工艺数据。

在本发明的方案的第一示例中，基于所估测的第一熔化温度t0与过热蒸汽的温度tss之间的温度差td1而评估过热器区域14中或过热器区域14中的一个或多个过热器16中的管的腐蚀风险。当温度差td1减小时腐蚀风险增大。

图1显示了近似位置的一个示例，在该位置处，废气34的温度对应于第一熔化温度温度t0。在该位置的上游，废气34的温度升高。

优选地，当温度差td1减小到低于预定水平(即，温度差tdmin1)时，或者稳定在一预定温度范围(即，温度范围tr1)内时，执行一个或者多个控制行为来控制回收锅炉10的操作，以使得温度差td1将再次增大到预定水平以上或离开该预定温度范围。该预定水平和/或该预定温度范围可以是待设定的参数并且可基于过热器16或过热器区域14的材料来选择。

与所执行的控制行为相关的经济或技术方面可能不是将温度差td1增大到过高水平的正当理由。尤其是，清除飞灰未必经济可行。

优选地，当温度差td1增大到预定水平(即，温度差tdmax1)以上时，或者稳定在预定温度范围(即，温度范围trm1)内时，执行一个或者多个控制行为来控制回收锅炉10的操作，以使得温度差td1将再次减小到预定水平以下或离开该预定温度范围。该预定水平和/或该预定温度范围可以是待设定的参数并且可基于过热器16或过热器区域14的材料来选择。

控制行为可以是：第一，完全或部分地清除飞灰，而不使其再循环或者仅部分地使其再循环；第二，在灰处理工艺中完全地或部分地处理飞灰；第三，例如通过将水喷入蒸汽中来降低过热器区域14的一个或多个过热器16中的、或者从该过热器输出的过热蒸汽的温度tss；第四，控制炉膛12中黑液的燃烧；以及第五，一个或多个上述控制行为的组合。

优选地，所选择的控制行为是过热蒸汽的温度tss的降低或飞灰的清除，或者两者。

在本发明的方案的第二示例中，通过分析来测量或确定飞灰的cl含量和k含量。这可以用已知的、现有可用的方法来实现。该飞灰可以是esp灰或源自于废气流、锅炉管束18或节热器20的斗形部。基于飞灰中的k和cl含量，能够计算或确定与锅炉管束18和/或过热器区域14的传热表面和/或节热器区域(如有必要)上的沉积物相关的粘性温度tstk的估测值，以评估堵塞的风险。该估测值可能基于显示k和cl含量与粘性温度tstk之间的关系的已知研究和图表。优选地，通过分析而与(测量)k和cl含量一起来测量或确定飞灰的na含量、和/或飞灰中的碳酸盐(即，co3)和/或硫酸盐(即，so4)，以评估堵塞的风险。

如上文所述，在粘性温度tstk下，飞灰部分地熔化而变得粘稠，并趋向于积聚并保留在锅炉管束18和过热器区域14的传热表面上。飞灰保持粘性，直到熔化部分通常超过70％为止，在这之后，(飞灰)为足以从传热表面流下的流体。因此由粘性温度tstk和自由基变形温度trd决定的粘性区域应当位于锅炉管束18或过热器16的上游，在此位置处，与过热器区域14中或其它过热器16处相比，管之间的距离更小并且废气通路更窄。

因此，流过锅炉管束18的废气的温度tfg被测量或者通过例如与热平衡有关的计算而被估测。测量锅炉管束18处、锅炉管束18的下游或锅炉管束18内的温度tfg。优选地，测量或确定锅炉管束18的入口处或锅炉管束18的直接上游(immediatelyupstream，正上游)处的温度tfg。在过热器区域14的一过热器16具有相对较窄的废气通路的情况下，测量或确定该过热器16的入口处或该过热器16的直接上游处的温度tfg。

图2示出了近似位置的一个示例，在所述近似位置处废气34的温度对应于粘性温度tstk和自由基变形温度trd。这些位置提供了一相对狭窄的易于结垢的区域。在粘性温度tstk位置的下游，废气34的温度降低。

图3示出了近似位置的另一个示例，在所述近似位置处废气34的温度对应于粘性温度tstk和自由基变形温度trd。这些位置提供了一个易于结垢的、并且在锅炉管束18处直接面临堵塞风险的一相对宽泛的区域，在该区域。在粘性温度tstk位置的下游，废气34的温度降低。

在本发明的方案中，根据所估测的粘性温度tstk与废气温度tfg之间的温度差td2来评估锅炉管束18中堵塞的风险。当温度差td2减小时堵塞的风险增大。优选地，锅炉管束18或过热器16处的温度tfg应该低于粘性温度tstk。

优选地，当温度差td2减小到预定水平(即，温度差tdmin2)之下时，或者稳定在预定温度范围(即，温度范围tr2)内时，执行一个或者多个控制行为来控制回收锅炉10的操作，以使得温度差td2将再次增大到预定水平以上或离开该预定温度范围。该预定水平和/或该预定温度范围可以是待设定的参数并且可基于锅炉管束18或过热器16的结构来选择。

与所执行的控制行为相关的经济或技术方面可能不是将温度差td2增大到过高水平的正当理由。尤其是，清除飞灰未必是经济可行的。

优选地，当温度差td2增大到预定水平(即，温度差tdmax2)以上时，或者稳定在预定温度范围(即，温度范围trm2)内时，执行一个或者多个控制行为来控制回收锅炉10的操作，以使得温度差td2将再次减小到预定水平以下或离开该预定温度范围。该预定水平和/或该预定温度范围可以是待设定的参数并且可基于锅炉管束18的结构来选择。

控制行为可以是：第一，完全地或部分地清除飞灰，而不使其再循环或者仅使其部分地再循环；第二，在灰处理工艺中完全地或部分地处理飞灰；第三，例如通过控制回收锅炉10的装载(例如黑液供给到炉膛12中)而降低锅炉管束18处的废气的温度tfg；第四，控制炉膛12中黑液的燃烧；第五，清洁锅炉管束18和/或过热器区域14中的一个或多个过热器16的传热表面；以及第六，一个或多个上述行为的组合。

优选地，所选择的控制行为是锅炉管束18或过热器区域14的关键位置处的温度tfg的降低，或者传热表面的清洁，或者飞灰(例如esp灰)的清除或处理。例如通过与锅炉管束18和过热器区域14中的一个或多个过热器16的传热表面相关的清洁行为的控制和定时来实现对温度tfg的控制。清洁行为可包括吹灰。

与第一示例和第二示例两者均相关地，通过包括静电集尘器26的灰收集和输送系统来执行与所收集的飞灰的清除相关的的控制行为。该控制行为被执行以使得根据温度差td1和/或温度差td2来可控地选择被清除或被供给到灰处理工艺的飞灰的量。例如，以连续的方式控制所清除的飞灰相对于所收集的飞灰的比例，同时未被清除的飞灰被供给到灰处理工艺。为了增大温度差td1，提高所清除的飞灰的比例，反之亦然。为了增大温度差td2，提高所清除的飞灰的比例，反之亦然。

借助基于例如微处理器、控制软件以及能够实现自动控制和通过操作者的人机互动的输入/输出装置的电子控制系统，掌管回收锅炉10、沉积物清洁系统和灰收集和输送系统的控制。电子控制系统可具有两个或更多个独立单元，它们具有不同功能并且彼此连接。与上文所述的温度相关的信息、信号或测量数据可被接收在控制系统中并由控制系统处理。电子控制系统可连接至提供上述信息、信号或测量数据的传感器装置或者包括所述传感器装置。优选地，电子控制系统包括用于测量或确定飞灰的k和/或cl含量的分析系统。或者，由电子控制系统接收与飞灰的k和/或cl含量有关的信息或数据。在电子控制系统中存储和运行的控制算法被配置为用以确定上文所述各种温度差。控制单元或是操作者决定所需的控制行为。该决定可基于控制单元的一优化程序以便选择最适于该情况的一个或多个控制行为。

优选的是，本发明的方案的一个或所有方法步骤(包括飞灰的取样和/或确定(建立)k和/或cl含量)被以不间断方式或者以定期的方式，每天一次或两次(优选每天数次)来执行，从而能够不间断地或定期地(优选每天数次)执行控制行为，以便主动地降低腐蚀和/或堵塞的风险。根据一些示例，例如，可以每隔1小时或每隔4或8小时进行取样和/或确定k和/或cl含量，而根据另一示例，每隔6或12小时进行此操作。在本发明的方案中使用的k和/或cl含量可以是基于数次测量结果的平均值、估测值或分析值。

本发明所提出的方案并不局限于仅在上文中说明的这些示例和替代方案。例如，上文提及的本发明的方案的两个示例可以全部或部分地进行组合以提供一更全面的方案。因此，上文所说明的示例和替代方案不应被视为限制。随附的权利要求限定了本发明的方案的范围。