Конструкции варочных котлов

Для варки сульфатной древесной целлюлозы применяются сварные вертикальные варочные котлы, имеющие сигарообраз­ную форму с отношением высоты к диаметру (Н:D) в пределах от 2,8 до 4,5. Угол при вершине верхнего конуса равен 90°, что соответствует углу естественного откоса щепы. Иногда верхний конус выполняется в форме полусферы. Угол при вершине ниж­него конуса 60° считается оптимальным для опоражнивания котла. Наиболее крупные сульфатцеллюлозные котлы вместимо­стью 200...250 м³ работают на некоторых зарубежных заводах. На новых отечественных предприятиях устанавливали сварные котлы вместимостью 110 и 140 м³. В настоящее время нет осо­бых препятствий для дальнейшего увеличения размеров и произ­водительности сульфатцеллюлозных варочных котлов.

Корпус котла изготавливается из обычной углеродистой стали, имеет толщину стенки 25...30 мм и рассчитана на рабочее давление до 1,25 МПа. Котлы старых конструкций, предназна­чавшиеся для варки при сравнительно низкой степени сульфидности, не имели защиты от коррозии. С переходом на варку при высокой сульфидности наблюдаются случаи повышенной скоро­сти коррозии корпуса. Присутствие сульфида в варочном щелоке усиливает коррозию вследствие образования сернистых соедине­ний железа в окалине, поэтому на, сульфатцеллюлозных заводах коррозия варочных котлов наблюдается в гораздо большей сте­пени, чем на натронноцеллюлозных. Значительно ускоряет кор­розию наличие в щелоке тиосульфата и полисульфидов (что име­ет место при полисульфидной варке), а также варка с добавкой в котел элементной серы. Полисульфид ослабляет защитное дей­ствие катодной поляризации стали за счет реакции с электрона­ми, ведущей к образованию сульфида: S₂^2- + 2 е = 2 S^2-. Нор­мальная скорость коррозии при сульфатной варке составляет ме­нее 1 мм за год, но отмечены случаи, когда она возросла до 7 мм в год. Кроме первичной коррозии, происходящей от действия химических реагентов, наблюдается вторичная коррозия, которая
в значительной степени вызывается эрозией или механическими воздействиями. Эрозия вызывает частичное или полное разъеда­ние стенок в местах подачи щелока и пара. В местах соприкосно­вения стенок котла с арматурой из нержавеющей стали может
возникать гальваническая коррозия.

Наиболее совершенным способом защиты сульфатцеллюлозных котлов от коррозии является изготовление их из биме­талла. Биметалл (двухслойную сталь) получают путем совмест­ной горячей прокатки основного листа углеродистой стали и тонкого (3...6 мм)листа нержавеющей стали, содержащей в сво­ем составе хром, никель, молибден, титан (марки Х18Н12М2Т, ОХ17Н16МЗТ и др.).

Для закрытия загрузочного отверстия служит крышка ва­рочного котла. На современных варочных котлах устанавлива­ются автоматические дистанционно управляемые плоские или шаровые крышки.

Корпус плоской крышки (рисунок 3.3) на стационарных котлах крепится болтами к горловине котла. В верхней части корпуса прикреплена болтами горловина диаметром 900 мм,в нижней части которой устанавливается уплотнительное кольцо. Внутри корпуса на кронштейне закрепляется стальной диск. Диск прижимается к уплотнительному кольцу сжатым воздухом давлением 0,6 МПа с помощью пневматического устройства. Герметичность обеспечивается давлением, создаваемым в котле в процессе варки. Крышка рассчитана на давление 1,2 МПа и тем­пературу 180 °С.Привод крышки управляется с пульта или вруч­ную.

Сферическая крышка с шаровым затвором (рисунок 3.4) от­личается надежностью и способствует увеличению производи­тельности котла.

Рисунок 3.3 - Механизированная плоская крышка: 1 - цилиндр механизма
подъема; 2- шток; 3 - рычаг поворота диска; 4 - цилиндр механизма пово­рота; 5 - корпус с карманом; 6 - рычаги подъема диска; 7 — кольцо с уплотнительным выступом; 8 - диск

Рисунок 3.4 - Сферическая крышка с шаровым затвором:

1 - крышка; 2 - телескопическая воронка

Корпус крышки из кислотоупорной или не­ржавеющей стали крепится при помощи фланца и болтов к верхней горловине котла. К верхней час­ти корпуса прикреплена воронка или телескопиче­ская труба, которая соединяет котел с нижней ча­стью загрузочной воронки бункера. В стенке тру­бы расположено сито с патрубком для удаления воздуха. Запорный шаровой затвор имеет проходное отверстие и снабжен цап­фой с приводным валом. При вертикальном положении проход­ного отверстия щепа проваливается в котел, а при повороте за­твора на 90° поверхность шара плотно закрывает горловину. Привод управления шаровым затвором может быть электриче­ским, пневматическим или гидравлическим. В любом случае предусматривается также и ручное управление.

К фланцу нижней горловины присоединено на болтах вы­дувное кольцо, за которым установлен выдувной клапан. Одна из конструкций выдувного клапана показана на рисунке 3.5.

Варочный котел обязательно снабжается устройствами для принудительной циркуляции раствора. Существует много раз­личных систем принудительной циркуляции. Наиболее харак­терны системы типа Эско и Мортеруда.

Рисунок 3.5 - Выдувной клапан плунжерного типа с электроприводом: 1 - фланец; 2 - выдувной трубопровод; 3 - полый плунжер; 4 - винтовой шток; 5 - электродвигатель; 6 - ручной маховичок; 7 - внутренняя перего­родка; 8 - входное отверстие выдувного трубопровода; 9 - проходное от­верстие патрубка; 10 - внутренняя втулка из кислотоупорной стали; 11 -...уплотнительные кольца; 12 - стопорный винт

В системе Эско (рисунок 3.6) щелок забирается из-под кру­говой сетки 1, расположенной посредине высоты котла, через два диаметрально противоположных штуцера и нагнетается центро­бежным насосом 2 в вертикальный трубчатый подогреватель 3. Подогретый щелок после подогревателя делится примерно поровну и по двум циркуляционным трубам 4 подается в верхнюю и нижнюю части котла.

Рисунок 3.6 - Варочный котел с циркуляцией щелока системы Эско

Для выпуска щелока в верхней части котла расположены два сопла 5; в низ котла щелок попадает через штуцер 6 в ниж­ней горловине. Подачу насоса рассчитывают таким образом, что­бы щелок успел 12...15 раз пройти через подогреватель за время подъема температуры. Потребный напор ограничивается преодо­лением динамических сопротивлений в трубопроводах и подог­ревателе и составляет 12...15 м. Подогреватель типа Эско пред­ставляет собой двухходовой вертикально-трубчатый теплооб­менник.

В системе циркуляции типа Мортеруда (рис. 3.7) засос ще­лока из котла происходит через защищенный круговой сеткой 1 штуцер 2, расположенный в месте перехода цилиндрической час­ти котла в нижний конус. Центробежный насос 3 нагнетает ще­лок в подогреватель 4,откуда большая часть подогретого щелока (примерно 2/3) по трубопроводу 5 направляется в верхний конус котла и разбрызгивается соплом 6. Оставшаяся часть подогретого щелока подается в нижнюю горловину котла по трубопроводу 7.

Производительность циркуляционного насоса обеспечивает 8...10-кратное прохождение жидкости через подогреватель в те­чение часа. Подогреватель представляет собой вертикально-трубчатый трехходовой теплообменник с так называемыми фильдовыми (двойными) трубками.

Рисунок 3.7 - Варочный котел с циркуляцией щело­ка по системе Мортеруда

При оборудовании котла системой цир­куляции Мортеруда для разбрызгивания ще­лока в верхнем конусе устанавливаются сопла, размещенные таким образом, что они не ме­шают загрузке в котел щепы. Щелок подво­дится одновременно к четырем соплам, каж­дое из которых снабжено отражательным кольцевым зонтом и распределительным ко­нусом для равномерного орошения щепы ще­локом. При щелочной варке котел никогда не заполняется щелоком доверху (щелок обычно не покрывает верхних слоев щепы в начале варки), поэтому устройство раз­брызгивающих приспособлений в верхней части котла является обязательным. Чаще, однако, ограничиваются установкой одного разбрызгивающего сопла в форме лейки с крупными отверстиями.

Наружную поверхность котла, подогревателя для щелока и циркуляционные трубопроводы покрывают тепловой изоляцией. В качестве теплоизоляционных материалов применяют стеклова­ту кизельгур, магнезию и асбест с различными примесями.

Все большее распространение получает воздушная тепловая изоляция. Простейшим типом такой изоляции является устройст­во вокруг котла на расстоянии 80...100 мм от его стенки метал­лического каркаса с прикрепленными к нему асбестовыми циновками. В качестве наружного покрытия применяют также лис­товой алюминий. Последний имеет очень небольшой коэффици­ент излучения, что способствует снижению потерь теплоотдачей. При толщине воздушной прослойки между стенкой котла и алю­миниевым листом в 30...40 мм потери тепла в 10 раз меньше, чем при обычных типах тепловой изоляции.

Операции варки