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的工业应用实例。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。