地熱如何用于造紙工業

  新西蘭塔斯曼(Tasman)造紙有限公司的木材、紙漿和紙張加工制造總廠是世界上最大的應用地熱的工業應用實例。該廠選在Kawerau是由于該地區有豐富的高溫地熱資源。Kawerau地熱勘探始于1952年，至1995年塔斯曼公司已擁有6眼高溫地熱井，壓力分別為1.38MPa和0.69MPa，總開采量為224t/h，地熱流體的溫度分別為各井壓力下的飽和溫度。

 

  地熱流體通過閃蒸產生地熱蒸氣用于下列三方面。

 

  ①在木材場驅動原木拋擲機、干燥木材和在鍋爐的空氣預熱器內加熱空氣。

 

  ②在管殼式換熱器中產生潔凈蒸氣用于造紙設備。因為地熱流體中含有少量不凝氣體，它的存在會使蒸氣溫度波動，這是造紙生產工藝所不允許的。因此，該換熱器成為塔斯曼公司最重要的地熱蒸氣用戶。

 

  ③驅動一臺10MW的渦輪發電機組。該機組建于1960年，設計時廢氣排向大氣。1968年，又安裝了一臺單效蒸發器，利用地熱廢汽為黑堿液的蒸發提供能量。

 

  塔斯曼公司利用地熱解決了該廠26%的工藝用蒸氣需求和4%的當地電力需求。下面介紹的是一個典型的利用地熱的造紙廠及其工藝流程（Homburg and Lindal，1978）。

 

  木材先去皮，皮作為生產工藝蒸氣的燃料。去皮后的木材切成一定大小的碎片送入消化器，在器內與堿液混合，兩者的質量比例必須保持2.50-3.51kg堿液：1kg木屑。燒煮的堿液主要含硫化鈉和燒堿(氫氧化鈉)。

 

  將蒸氣通入消化器底部直接加熱，或用蒸氣間接加熱。燒煮時間取決于紙漿的用途。最高燒煮溫度為168-175℃（蒸氣壓力分別為0.655MPa和0.793MPa）。燒煮完畢后，消化器內的壓力降到0.55MPa，此時，開啟器底的排泄閥，紙漿即被排出，隨后被送至閃蒸器。閃蒸器上有一個特殊蒸氣口，可從蒸氣中回收熱量。

 

  然后，紙漿過篩，除去未燒煮好的小木片，再在旋轉式真空洗凈器中清洗掉燒煮堿液，清洗率可達98%-99%。洗出的稀薄黑色堿液經濃縮并加入新化學配料，經強堿溶解去除有機物后再形成白色燒煮堿液。

 

  紙漿漂白是通過1-5級或更多級處理完成的。方法是將化學藥品與紙漿混合后加熱至要求溫度并維持一定時間，然后清洗掉紙漿內殘留的化學藥品即成。漂白所用的藥物為二氧化氯。

 

  制備好紙漿就可用來造紙。造紙過程是在一個細網上沉淀稀薄的紙漿懸浮液，水流過細網將纖維層留在細網上，取下后加壓并干燥即成紙。

 

  工藝用熱大多要求在121-177℃之間。供熱是通過蒸氣通入管殼式換熱器來實現的。地熱流體能部分完成水的加熱和用來干燥紙張的熱空氣的加熱。圖1所示，有兩臺洗滌水加熱器（第6和13框），其中一臺使用100.6℃的地熱流體；另一臺使用0.17MPa的蒸氣加熱水至最終溫度98.9℃。同樣，第15框中使用一個空氣干燥器預熱干燥用的空氣。為了擴大地熱工業應用的范圍和提高工藝用地熱能的品質，地熱流體常采用這里所說的地熱升級系統，升級的辦法包括：①將地熱流體閃蒸，然后用礦物燃料加熱；②用礦物燃料加熱地熱流體后再閃蒸；③用機械加壓的辦法，即使用高位能源提升低位熱能溫度和壓力的辦法。

 

  如圖1所示，地熱系統被設計用來提供所需的能量。在該系統中，燒樹皮的鍋爐和燃油鍋爐均被取消，改由一個地熱升級系統使用121℃的地熱流體來提供熱能，但回收鍋爐仍被保留以便回收工藝用化學藥品并提供高壓蒸氣。這些蒸氣可生產工廠所需電能的50%。一個典型的造紙廠約有30%的能量可由121℃的地熱流體提供。如果地熱流體溫度達到200℃，那么造紙廠100%的能量都可由地熱來提供。