地热资源开发利用

地热如何用于造纸工业

  新西兰塔斯曼(Tasman)造纸有限公司的木材、纸浆和纸张加工制造总厂是世界上最大的应用地热工业应用实例。该厂选在Kawerau是由于该地区有丰富的高温地热资源。Kawerau地热勘探始于1952年,至1995年塔斯曼公司已拥有6眼高温地热井,压力分别为1.38MPa和0.69MPa,总开采量为224t/h,地热流体的温度分别为各井压力下的饱和温度。
 
  地热流体通过闪蒸产生地热蒸气用于下列三方面。
 
  ①在木材场驱动原木抛掷机、干燥木材和在锅炉的空气预热器内加热空气。
 
  ②在管壳式换热器中产生洁净蒸气用于造纸设备。因为地热流体中含有少量不凝气体,它的存在会使蒸气温度波动,这是造纸生产工艺所不允许的。因此,该换热器成为塔斯曼公司最重要的地热蒸气用户。
 
  ③驱动一台10MW的涡轮发电机组。该机组建于1960年,设计时废气排向大气。1968年,又安装了一台单效蒸发器,利用地热废汽为黑碱液的蒸发提供能量。
 
  塔斯曼公司利用地热解决了该厂26%的工艺用蒸气需求和4%的当地电力需求。下面介绍的是一个典型的利用地热的造纸厂及其工艺流程(Homburg and Lindal,1978)。
 
  木材先去皮,皮作为生产工艺蒸气的燃料。去皮后的木材切成一定大小的碎片送入消化器,在器内与碱液混合,两者的质量比例必须保持2.50-3.51kg碱液:1kg木屑。烧煮的碱液主要含硫化钠和烧碱(氢氧化钠)。
 
  将蒸气通入消化器底部直接加热,或用蒸气间接加热。烧煮时间取决于纸浆的用途。最高烧煮温度为168-175℃(蒸气压力分别为0.655MPa和0.793MPa)。烧煮完毕后,消化器内的压力降到0.55MPa,此时,开启器底的排泄阀,纸浆即被排出,随后被送至闪蒸器。闪蒸器上有一个特殊蒸气口,可从蒸气中回收热量。
 
  然后,纸浆过筛,除去未烧煮好的小木片,再在旋转式真空洗净器中清洗掉烧煮碱液,清洗率可达98%-99%。洗出的稀薄黑色碱液经浓缩并加入新化学配料,经强碱溶解去除有机物后再形成白色烧煮碱液。
 
  纸浆漂白是通过1-5级或更多级处理完成的。方法是将化学药品与纸浆混合后加热至要求温度并维持一定时间,然后清洗掉纸浆内残留的化学药品即成。漂白所用的药物为二氧化氯。
 
  制备好纸浆就可用来造纸。造纸过程是在一个细网上沉淀稀薄的纸浆悬浮液,水流过细网将纤维层留在细网上,取下后加压并干燥即成纸。
 
  工艺用热大多要求在121-177℃之间。供热是通过蒸气通入管壳式换热器来实现的。地热流体能部分完成水的加热和用来干燥纸张的热空气的加热。图1所示,有两台洗涤水加热器(第6和13框),其中一台使用100.6℃的地热流体;另一台使用0.17MPa的蒸气加热水至最终温度98.9℃。同样,第15框中使用一个空气干燥器预热干燥用的空气。为了扩大地热工业应用的范围和提高工艺用地热能的品质,地热流体常采用这里所说的地热升级系统,升级的办法包括:①将地热流体闪蒸,然后用矿物燃料加热;②用矿物燃料加热地热流体后再闪蒸;③用机械加压的办法,即使用高位能源提升低位热能温度和压力的办法。
 
  如图1所示,地热系统被设计用来提供所需的能量。在该系统中,烧树皮的锅炉和燃油锅炉均被取消,改由一个地热升级系统使用121℃的地热流体来提供热能,但回收锅炉仍被保留以便回收工艺用化学药品并提供高压蒸气。这些蒸气可生产工厂所需电能的50%。一个典型的造纸厂约有30%的能量可由121℃的地热流体提供。如果地热流体温度达到200℃,那么造纸厂100%的能量都可由地热来提供。