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碱回收

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发表于 2010-7-18 13:57:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
碱回收知识讲座
一、概述
碱回收是一个伴随着近、现代制浆造纸事业发生、发展的生产技术措施,至今也有100多年的历史。 我们知道,在碱法制浆过程中,根据不同的原料,要加入总碱量达10--25%的碱,这些碱在蒸煮过程中,同原料中的木素、半纤维素、纤维素的降解物发生化学作用,并一起溶解在蒸煮液中,形成黑液。在没有碱回收时,这些黑液都当作废物排放掉了。后来人们从N.吕布兰制碱的方法中得到启示(吕布兰是法国人,他在1788年发明了第一个工业制纯碱的方法,即碳酸钠法——并在1791年取得专利。此法包括:用海盐与硫酸反应,生成硫酸钠、再与石灰石和煤一起煅烧而成纯碱),试着采用浓缩黑液、燃烧、苛化的方法,逐步发展成从碱法制浆的废液中回收碱的技术。 德国人达尔( C.F.Dahl)将硫酸钠(芒硝)加入到回收炉中,硫酸盐就在炉内被还原成硫化物,硫化物进入药液系统。达尔随后发现,蒸煮液中的硫化物大大地加速了脱木质素作用,并生产出了强韧的纸浆,他在1884年获得了发明专利权。1885年,新制浆方法在瑞典首次获得了商业应用,其卓越的强度性能获得公认,这种新生产的纸张被形象地称为牛皮纸(Kraft papers)。此后,许多用烧碱法制浆的厂家都纷纷改为硫酸盐法。 硫酸盐法制浆投产后﹐碱回收技术引起了人们的关注。开始,只是简单的燃烧炉、回转炉,单纯的回收黑液里的碱。1927年﹐美国 人瓦格纳设计并建成了第一台比较完整的喷雾式碱回收炉,使之发展成碱回收工程,不仅回收碱,还回收黑液里的热能。1934年,大型汤姆逊(Momlinson)炉在美国问世,它成为现代碱回收炉的基本炉型,奠定了现代碱回收工程的基础。目前,世界上有成百上千套碱回收炉在运行,其中规模最大的已经达到日处理黑液固形物5500吨,日回收碱几千吨。
我们国家由于工业基础薄弱,五十年代才有碱回收装置出现。先是在前苏联援建的佳木斯造纸厂安装了回转式燃烧炉。继后在几个大的纸厂照搬了佳木斯的碱回收炉的模式,安装了几套碱回收炉。其中,汉阳造纸厂的那套直到达1984年都还在使用着。1965年上海浆厂的碱回收工程开始立项,经3年的建设,于1969年建成投产,拉开了日处理35吨浆级的可移动式圆形碱回收工程大步发展的序幕。从1970-1980的十年间,先后有十多家纸厂上了碱回收项目。计有苏州华盛造纸厂、华丰造纸厂、民丰造纸厂、徐州造纸厂、冷水滩造纸厂、剀里造纸厂等;云南有两家,云丰造纸厂和大理造纸厂。后来陆续有开远糖厂、陆良造纸厂。九十年代有临沧造纸厂、双江造纸厂、昌宁造纸厂。迪庆是建成试车后就卖了。这些碱回收项目有的开得好,有的开不好。总体说,木材纤维浆开得好,非木纤维浆开得不好。原因是木材纤维黑液的发热量大,炉子温度高,不需要另外喷油助燃。非木纤维则相反,不喷油助燃就不行。这无疑影响了碱回收工程的发展,先后有很多草浆厂的碱回收建好后成为一个样子工程。随着我国造纸工业的向前发展,在广大工程技术人员的努力下,非木纤维制浆造纸厂的碱回收技术也得到发展提高,不用喷油助燃也能正常运行。山东晨鸣纸厂已建成日处理280吨浆的碱回收炉,目前是麦草浆厂规模最大的碱炉了。
为什么一下子建了这么多碱回收炉呢?这要从环境保护说起。
上世纪六十年代,美国、英国、日本等工业发达国家,先后出现因环境污染而引发的环境疾病。(1952年12月5-8日,一场灾难降临了英国伦敦。地处泰晤士河河谷地带的伦敦城市上空处于高压中心,一连几日无风,风速表读数为零。大雾笼罩着伦敦城,又值城市冬季大量燃煤,排放的煤烟粉尘在无风状态下蓄积木散,烟和湿气积聚在大气层中,致使城市上空连续四五天烟雾弥漫,能见度极低。在这种气候条件下,飞机被迫取消航班,汽车即便白天行驶也须打开车灯,行人走路都极为困难,只能沿着人行道摸索前行。
由于大气中的污染物不断积蓄,不能扩散,许多人都感到呼吸困难,眼睛刺痛,流泪不止。伦敦医院由于呼吸道疾病患者剧增而一时爆满,伦敦城内到处都可以听到咳嗽声。仅仅4天时间,死亡人数达4000多人。就连当时举办的一场盛大的得奖牛展览中的350头牛也惨遭劫难。一头牛当场死亡,52头严重中毒,其中14头奄奄待毙。2个月后,又有800多人陆续丧生。这就是骇人听闻的"伦敦烟雾事件"。
可悲的是,烟雾事件在伦敦出现并不是独此一次,相隔10年后又发生了一次类似的烟雾事件,造成1200人的非正常死亡。直到70年代后,伦敦市内改用煤气和电力,并把火电站迁出城外,使城市大气污染程度降低了80%,骇人的烟雾事件才未在伦敦再度发生。这些事件的发生,引起了各个国家的高度重视,相继成立官方的环境保护机构来监督工厂企业,在生产的同时必须重视保护环境,不然,必将危及到人类自生的健康,甚至生命。
我国虽未发生过大的污染事件,但也有了污染事故的苗头。我们省个旧地区,肺癌的发病率比其他地区都高,不能说与锡的冶炼无关。作为造纸企业来说,它是除化工、钢铁之外的第三大环境污染企业,其污染源就是黑液。
1997年底,中央电视台“焦点访谈”节目披露了我国首宗造纸厂因环境污染而被追究刑事责任的案件。由于对企业排污所造成的经济损失负有主要责任,山西省天马造纸厂厂长作为法人代表,因犯“破坏环境资源保护罪”被收审,并被判处有期徒刑两年,罚款5万元。此事在国内造纸行业引起了极大的震动。这是我国造纸厂排污犯罪的首例。它说明我国的环境污染已经到了不可不治的地步。而解决造纸厂环境污染问题的最好的技术手段目前就是碱回收。
1999年,国家环保局〈273〉号文说:“根据发展和环保相统一的原则,结合非木纤维制浆废水治理特点,非木纤维制浆造纸企业污染治理应具备一定规模,新建麦草制浆造纸企业3.4万吨浆/年以上,其它非木浆厂5万吨浆/年以上;1.7万吨/年碱法化学草浆厂是建碱回收的最小规模。 坚决取缔5千吨/年以下的化学制浆厂(车间);对现有1.7万吨/年以下的小型化学浆企业,2000底前采取治、关、停、并、转等方式完成环境治理任务。”这就是说,纸厂必须搞碱回收,不搞碱回收,造纸厂就只有关门。
我国搞碱回收初期,不分木浆或是草浆,通通一个炉型。由于国外的造纸厂都是用木浆造纸,对于木浆厂来说,是合适的,但对草浆厂来说,就不适应了。一是提取率低,二是燃烧时要喷油助燃,否则就会因炉温低,熔融物淌不出来,形成“闷黄牛”的现象。这是因为草浆黑液固形物的发热量低的原因。喷油助燃无疑又加大了碱的回收成本。作为工厂来说这是接受不了的。
碱回收从其发生发展的过程说明它是一个变废为宝、化害为利、增加效益、防治污染的综合利用工程,它有三个最明显的好处:1、环境效益:在黑液固形物中约有2/3是有机物,1/3是无机物。有机物是纸厂污水中的BOD、COD、SS和色度的主要来源。无机物中主要是碱。回收一吨碱,大约要烧掉两吨以上的污染物,可以大大减轻纸浆厂对江河水质的污染。2、社会效益:有资料显示,电解法制烧碱,1吨碱要耗电2700度电、食盐1。6-1。7吨。而回收1吨碱,大厂耗电仅400-600度,小厂1000度,不用食盐,只用石灰。两者比较,约可节电1700-2300度。且不用由外厂运来之不易30%-40%的液碱,1吨固碱可节约运力255吨以上。3、经济效益:外购碱厂价约在2500元/吨,而回收碱成本也就在1000多元/吨,经济效益比较显著。

二、碱回收过程

碱回收工程包括四个生产过程:提取、蒸发、燃烧、苛化。在有的书中,提取不在碱回收的生产过程内,但作为碱回收原料来源的前置工序,碱回收的很多经济技术指标都跟提取息息相关。下面分别作一简单介绍。
1、提取:
提取工段是碱回收的原料来源地,它的生产,原则上是要获得高浓、高温、量大的黑液,以保证有高的提取率
高浓:是要使黑液的浓度在保证洗净度的情况下,尽可能的高。高浓度的黑液可以减少蒸发工段的负荷。
高温:黑液温度也是要尽量高,在提取过程中不能加冷水,只能加蒸发工段的温冷却水,如水温低时,要加温。
量大:大量的黑液当然是碱回收所需要的。
带有碱回收装置的洗浆过程,就不能象以往一样,它的生产产品只是纸浆,现在它的产品有两个,一是浆,二是黑液。我们在生产中,就要兼顾两个产品的生产指标,不能有偏见。做到以上三点,就给碱回收创造了好的条件。有高的提取率,就会有高的回收率。一般情况下,合格的十个立的方稀黑液,可以浓缩一立方浓黑液;一立方浓黑液可以生产一吨碱。
就碱回收来说,对提取工段的考核指标就是浓度和温度。浓度:8°Be;温度:70—80℃。实际生产中对回收量没作硬性规定。在保证质量的前提下,愈多愈好。
黑液提取设备:
提取状况的好坏,很大程度上取决于提取设备的适用与否。不同的浆种,有不同的设备选型。目前工厂应用得最多的是四段串连鼓式真空洗浆机。它的技术成熟,操作简便,从进浆到出浆,基本就完成了浆与黑液的分离,提取率也高。浆的洗净度与黑液的生产指标也基本能满足,选择应用的厂家比较多。缺点是投资大,动力消耗大。
其他的提取设备还有:双辊挤浆机、螺旋挤浆机、水平带式真空洗浆机,以及由水平带式真空洗浆机派生出来的胶带水平带式真空洗浆机、不锈钢螺旋网带式洗浆机、长网水平真空洗浆机、双长网挤浆机等,型式大同小异,各有优缺点。
?
  高效率黑液提取设备国内发展较快,其品种、规格和制造能力已接近国际先进水平。其关键技术和设备为中浓大型鼓式真空洗浆机(带波纹滤板、平面阀),最大面积已达100m2。双辊挤浆机是国内企业重点发展的产品。目前国产设备能力100t/d。在国外,鼓式真空洗浆机最大面积达110m2以上,提取率、制造精度和自控程度都较高,但价格昂贵。双辊挤浆机挤出浓度可达30%,能力300t/d。为了追求更高运行效率和低成本运行,国外已发展鼓式置换洗浆机(DD洗浆机)并已投人应用,可在1台洗浆机上完成四段洗涤,国内已有引进。

国内鼓式真空洗浆机能力
浆种名称
生产能力/t/m2。d 进浆浓度/% 出浆浓度/%
木浆 4.5—6。0 0.8—1。5 10--16
竹浆 3.0—3。5 1—2.5 10--14
蔗渣浆 1.8—2。8 1.2—3。5 10--12

2、黑液的蒸发
2。1、黑液蒸发
目的,是除去稀黑液中多余的水分,以适应燃烧的需要。从提取工段送来的黑液含水分达80%以上,这样的稀黑液是不能燃烧的,必须将其蒸发浓缩。
2。2、蒸发的基本原理:
是借助加热作用把黑液中的水分汽化逸出,使黑液浓缩。蒸发方法有两种:间接蒸发和直接蒸发。黑液的间接蒸发就象制糖一样,这是大家都理解的。但它只能把黑液浓缩到含固形物50%以下,再要提高浓度就很困难了。还要进行直接蒸发。生产中,是用碱炉出来的热烟气与黑液直接接触,提高黑液浓度过的。
2。3、蒸发工艺
多效蒸发流程包括黑液、蒸汽、冷凝水三个系统。
黑液流程:有三种形式。
2。3。1、顺流:黑液流动的方向同蒸汽流动的方向一致。这种流程具有设备少、操作简便、黑液的效间输送不用泵效间不需要加热等优点,但由于黑液逐效蒸浓的同时,黑液温度也逐渐降低,粘度上升,给生产操作带来困难,也不能生产较高浓度过的黑液,很少采用。
2。3。2、逆流:与顺流相反。此流程传热条件好,生产能力高,黑液温度随浓度升高而升高,粘度增加不会太大,可严重破坏产较高浓度过的黑液。缺点是黑液由低压效向高压效输送需要泵,效间需要加热器,操作较复杂。
2。3。3、混流:有顺流,也有逆流。应用比较多,常用的流程有以下几种:
2 3 4 分皂槽 预热器 1
3 4 分皂槽 预热器 1 2
3 4 5 分皂槽 预热器 1 2
在黑液蒸发过程中,有直接出浓黑液和间接出浓黑液两种运行方式。间接出浓黑液是稀黑液经第一次蒸发得到半浓黑液,半浓黑液或半浓黑液与稀黑液混合经第二次蒸发最后得到浓黑液。国内多采用这种方法。
出半浓黑液时,叫大循环,出浓黑液时叫小循环。大小交替进行。该流程的优点是大循环时可使小循环时粘附管壁的浮垢及时除去,改善传传热条件。缺点是操作麻烦,小循环不能进行皂化物的分离。
2。3。4、蒸汽流程:
都与各效流程一致,新蒸汽进入1效,产生的二次汽进入Ⅱ效,最后效的二次汽进入冷凝系统。
2。3。5、冷凝水流程:
新蒸汽的冷凝水回收使用,各效的冷凝水一般进各自的闪急蒸发罐,冷凝水排出,产生的二次蒸汽进入下一效汽室,作为下一效的热源。
2。3。6、不凝气体流程:
不凝气包括空气和二次蒸汽中的有机蒸汽(如 甲硫醇、乙硫醇、二甲硫醚)有机蒸汽比空气重,所以加热室有上下两根不凝气排出管,各效不凝气集中接至混合冷凝器由真空泵抽走。
2。4、蒸发设备:
蒸发器是蒸发系统的主体设备,由加热室和分离室组成。有的两室组合一起,有的单独分开。按结构分,有列管式和平板式。列管式又有短管、长管、超长管的。按黑液在管内的流动方向,又有升膜、降膜、升降膜式。板式降膜蒸发器是近年来发展起来的一种蒸发器,它有传热效率高、不易结垢、造价低的优点。缺点是加热原件属不良受热构件,焊接部分易开裂,损坏后不易更换或维修。但由于它的不易结垢的优点很突出,现广泛用于草浆黑液的蒸发作业。
2。5、辅助设备:
2。5。1、预热器:用于提高入效黑液的温度。使之预热到接近沸点的温度,再进入蒸发器。形式有列管式和螺旋式两种。
2。5。2、冷凝器:作用是将最后一效的二次汽全部冷凝成水后再排出,由于蒸汽冷凝成水时体积极大地缩小,便产生了系统所必须的真空。常见的冷凝器有两种,表面冷凝器,可回收热量;混合式冷凝器,不能回收热量,或能回收,但温度低,量大,有臭味。
2.5.3、真空泵:用于抽出冷凝器内的不凝汽。常用的是水环式喷射泵。
2。6、蒸发工艺操作:
2。6。1、蒸汽温度;140℃,太高,温差大,易结垢。供热、液要稳定,反之,系统产生脉动,效率降低,易结垢;供液温度:黑液温度合适,过低,预热区延长,效率降低,一般应该接近该效的沸腾温度,比沸点低成本2--3℃。进效浓度:太低,易跑液。
2。6。2、真空度:是决定系统温差的主要因素之一。而温差作为蒸发黑液的主要动力,直接影响蒸发的能力。真空度高时,虽然温差加大,但黑液温度降低,粘度增大,传热系数减小,同时由于二次汽流速增加,分离器能力不足时,二次汽夹带的黑液泡沫增多。末效真空度为686毫米汞柱。草浆还应适当降低。
为达到稳定的真空度,还应保证有充足的冷凝水。冷凝器排水温度越低,真空度过越稳定。但排水温度太低,水的消耗量大,不经济。排水温度以42--45℃为好。
2。7、管垢及处理:
黑液蒸发过程中,黑液中的杂质,如纤维、皂化物及钙、镁、铁、铝的盐类物质,会沉淀在管壁上,形成管垢。它使蒸发能力下降,严重时会造成系统生产停机。因此,生产中要尽量防止产生管垢,产生后要及时处理。
2。7。1、水溶性管垢:
主要是黑液中的硫酸钠含量超过固形式物的5—6%时,在较高的温度下沉淀在管壁上。可用水洗的方法除去。
2。7。2、不溶于水但不太硬的管垢:
白液澄清不好或苛化时石灰过量而形成的碳酸钙垢,常采用盐酸和硝酸处理。为防止对设备的腐蚀,在酸洗时应加缓蚀剂,如若丁、乌洛托品等。
2。7。3、很硬不溶于水的管垢:
这是一种较难处理的管垢,主要成分是氧化铝和二氧化硅生成的化合物。这类管垢只能用机械方法除去。
2。7。4、汽室的管垢:二次蒸汽所含的硫化氢与管壁起化学反应生成硫化铁,这种垢常在后面的几效形成。这类管垢可用70℃的白液或15%的氢氧化钠溶液循环煮沸24—30小时,放出碱液后再用高压水冲洗。
2。8、生产过程主要故障及处理:
多效蒸发系统灵敏性较高,任一效的条件变化都会影响整个系统条件的变化,生产中要注意异常现象的发生,并及时调整处理。常见有以下几种情况:
2。8。1、压力变化:
压力突然升高,多在前几效液位不正常时发生。加热室液位升高时,单液相对流换热区延长,总传热系数变小,蒸汽不能及时冷凝,造成压力突然升高。反之液位降低时,液膜不能覆盖管内全部表面,有效加热面减少;同时由于黑液粘度加大,流速减慢,加热蒸汽不能充分冷凝,因而压力突然升高。分离器液位过高时,二次汽不能充分分离,除影响质几效的真空度外,也会造成压力突然升高。在同一供汽量下,压力逐步升高时,如供液量未变动,主要是由于加热管形成管垢,或由于冷凝水和不凝结气体排出不良,影响加热蒸汽冷凝使压力逐步升高。 压力降低:除主汽管压力波动外,只有漏汽或黑液浓度突然降低才会邮现压力突然降低。
2。8。2、真空度波动:
2。8。2。1、冷凝器或真空泵运行异常:
真空度大小主要取决于冷凝器运行是否正常。冷却水量变化、设备损坏或其他原因降低冷凝效果,使排出水温变化,或从损坏处漏入空气等,都会造成真空度波动。真空泵不能及时排出不凝气,也会出现波动。液位波动;冷凝水排出不良,汽室水位升高,蒸汽冷凝速度减慢,或冷凝水排空、管内水流间断、从阀门等处漏入空气造成真空波动。后几效结垢加热管外壁,总温差不够,系统压力和真空度同时增高;前几效的加热管内壁结垢,温度差增大压力和真空度逐渐降低。
2。8。2。2、冷凝水位升高,冷凝水泵不上液:
2。8。2。3、阀门有毛病或开关错误;真空收集槽平衡阀未开或开的过小;系统真空和压力突然遭到破坏等。
2。8。3、断液或干罐,在蒸发系统运行中,任一效的黑液供给中断都会造成严重的干罐事故。如黑液泵不上液,泵掉闸未及时发现。
2。8。4、效振,开机时由于条件不稳定,在各效压力和真空未平衡时,易发生效振;由于蒸发水量减少,冷凝水量不足,或由于末效冷凝水入口阀门开度过大,使其与上效水封破坏,造成末效蒸发器振动;末效汽室不凝气排出不良,或有断管使汽液串通,以及分离室抽空,均能造成效振。
3、黑液的燃烧
黑液燃烧就是将经过蒸发浓缩的黑液固形物在燃烧炉里燃烧裂解,以回收黑液中的碱和热。供再生产使用。
3。1、黑液燃烧的原理:黑液燃烧的过程可分为三个彼此相关联的价段。
第一价段,蒸发送来的黑液,在熔炉内受到高温幅射热和上升的高温烟气的直接加热,进一步干燥成含水分只有10—15%的棉花团样的黑灰。
第二价段,黑灰在高温下裂解,释放出甲醇、丙酮、酚、硫化氢等可燃有机气体,与进入炉内的二、三次风混合燃烧,产生大量的热。还有一部分有机物发生碳化作用生成元素碳,在垫层中继续燃烧,也放出大量的热,为无机盐的熔融和芒硝的还原提供了条件。
第三价段,燃烧使炉温达到达1000℃左右,无机盐和芒硝熔融为流态,为芒硝的还原创造了条件。从提高芒硝还原率来说,希望反应温度高一些,但温度过高会促使钠的升华和热分解,导致碱的损失。
3。2、黑液燃烧条件的控制:
3。2。1、 黑液的性质:跟浆种有关。要根据不同的浆种的黑液制定合适的工艺条件。
3。2。2、 黑液浓度:太低,炉内的热量要去蒸发黑液中的水分,炉温低,燃烧不正常,这是导致闷黄牛的一个原因;太高,泵输送和雾化困难,流量不稳定,易堵塞,影响正常燃烧。但在泵的性能允许的情况下,尽量提高黑液浓度,可改善炉子性能。
3。2。3、 喷液量和黑液粒度:黑液燃烧中要求喷液量稳定、粒度适宜,垫层分布均匀。喷液量过大,炉子超负荷运行,燃烧不完全,热效率低,烟气中臭气增加,不仅硫的损失大,还增加对空气的污染。还会造成炉膛出口温度过高,锅炉生成熔融性积灰。反之,碱回收效率低。生产操作中要求控制好黑液浓度过温度的稳定,保证黑液泵的正常运行和喷液管、喷枪的畅通,以求得到稳定的喷液量。
喷出的粒度要适宜,粒度小,表面积大,易干燥。但是,粒度小,飞失大,加重对过热器的腐蚀及锅炉管壁的积灰。液粒小,垫层太干,黑灰呈粉末状,容易烧掉,垫层不易保持应有的高度。粒度太大,干燥不好,也会影响炉子的正常运行。
3。2。4、 燃烧空气量的供给:供风是为了给燃烧提供必须的氧气。理论上说,燃烧1公斤黑液固物需要4—5公斤空气。实际生产中,供风量是理论量的1。05—1。1倍。
入炉空气量必须空制适当,过小,有机物不能完全燃烧,热量损失,热效率低,炉温低,不利于正常操作。风量过大,虽有利于燃烧,但烟气量大,流速大,碱灰飞失大,易于污染锅炉换热面,而且增加了动力消耗。
碱回收炉一般采取三次供风。一次风,距炉底部450—1000处,主要作用是供给垫层中游离碳燃烧所需要的氧气,太大,垫层燃烧快,降低垫层高度,不利于芒硝还原,还促使钠盐升华分解,造成碱的损失。国内提倡低风量,高垫层稳定炙法。一般一次风风量为总风量的45—50%。
二次风,位置在黑液喷枪口上下点,作用是加速黑液水分汽化和固形物干燥,并保持垫层高度使之完整成型。有的大型碱炉的二次风风管分布在不同的横切面上。
三次风位置在黑液喷枪以上。主要是用于可燃的挥发性气体及少量未完全燃烧产物的进一步燃烧,以提高烟气含热量,同时起到封闭炉膛口捕集烟气中所带的碱尘的作用。
为稳定操作,燃烧均匀,充分发挥各次风的作用,入炉空气温度要进行加热,一般加热到达150℃,最好由单独的风机控制风压和风量。一次风压力可低些,一般在0。8—1。2千帕;而二、三次风要送到炉膛中心空间与上升的烟气强烈混合并在炉内产生旋转,使黑液干燥和气体燃烧一致,因此人质压要高一些,一般在1。5—2。5千帕。由于不同浆种黑液的性质各有不同,在实际操作中的控制数据会有不同。现在设计的针对草浆黑液的燃烧炉,一、二次风已经由一台单独的风机供气,空气经空气预热器加热后,再经过省煤器进一步加热,达到250℃以上;三次风由另一台风机供风,空气不预热(有的厂家也加装空气预热器),直接进入炉内。这样做的好处是1)大大提高了一、二次风风温,改善了炉子的燃烧工况,炉子更好烧,可以做到不用加入油枪助燃,减少碱回收的成本。2)三次风用冷风,不仅节约设备投资,减少运转费用,也还可以调节烟温。
3。3、燃烧温度的控制:
对燃烧影响较大的是垫层温度。此温度应保证使无机盐和芒硝熔融以及更好地进行芒硝还原反应,同时使熔融物能畅通流出。一般控制在1000℃左右,过低,碱飞失少,但增加了硫的损失,同时易使无机物凝固,熔融物排不出来,甚至被迫停产。过高,钠升华损失大,也不利于生产。
3。4、炉床垫层的控制:
所谓垫层是固形物经过干燥和热分解后剩余的无机物及游离碳落到炉床上形成的高湿多孔性黑灰碳层。其主要作用是使无机物不断熔融,芒硝还原成硫化钠,部分有机物热裂解气化并排出;使游离碳不断燃烧,稳定炉湿。因此燃烧过程应保持适当高度和完整均匀的垫层。垫层高度应保持在1。0—1。5米左右,其外形是均匀的丘形,如发现垫层不匀整,或偏向一边,要及时调整喷液角度和供风。
3。5、碱回收炉及其辅助设备:
碱回收炉本全可分为碱炉和锅炉两部分。碱炉是黑认干燥、燃烧和放出热量的设备。锅炉则是吸收燃烧所排出的高温烟气的热量产生蒸汽的设备。
碱回收炉可分为1)转炉:由转炉、熔炉、余热锅炉、圆盘蒸发器、溶解槽等部分组成。优点是结构简单,易操作,比较稳定,但碱回收率、芒硝还原率和热效率都比较低,而且劳动强度大,条件差,也被淘汰。2)喷射炉:又可分为三种:一、简易喷射炉:投资小,上马快,但运行周期短,热效率低,随着小造纸厂的消失,已淘汰了。二、移动式圆型夹套半水冷壁喷射炉(又称TW炉):它是可移动的外有水冷夹套,内有炉衬的熔炉和半水冷壁锅炉两部分组成的碱回收炉。它具有投资小,结构和平共处五项原则操作比较简单,设有备用熔炉,检修时间短,炉膛喷液燃烧均匀,运行比较稳定等优点。但是,从现在的发展看来,它仅适用于小型木浆厂,草浆厂就不行了。而且它热效率低,铬镁砖消耗大,加上国家不再审批小的制浆厂的投产,它已逐步淘汰。3)全水冷壁喷射炉:又称方型喷射炉。它是由燃烧室和锅炉两部分构成。燃烧室的炉壁、炉顶和炉底都是由带有翅片的水冷壁管组成,所以叫全水冷壁喷射炉。它的燃烧室呈方形,大致分为三个区:喷枪上下摆动的一段为干燥区,喷枪以下至一次风嘴为燃烧区(氧化区),一次风附近至以下部位是熔融区(还原区)。燃烧室与锅炉连成一体,由上下汽包、对流管束、水冷屏管束或凝渣管、省煤器等组成。厂里要投产的也就是炉子。它的设计很灵活,可大可小。目前国外最大的可以达到日处理5500吨固形物,小的,小到日处理22吨。4)单汽包除臭碱回收炉:
3。6、辅助系统及设备
从锅炉出来的烟气含有碱尘和热,为回收它,碱回收系统配置了相应的回收设备。
3。6。1文丘里旋风蒸发器:用它来进一步浓缩黑液。兼有回收热和碱尘的作用。烟气余热利用率高,烟气温度可由270℃左右降临90℃左右,但碱尘飞失大,除尘效果差,达不到环保要求,与圆盘蒸发器和静电除尘器的配合形式相比,电耗大(吨浆耗电67KW),新建的碱回收已很少采用。
3。6。2、圆盘蒸发器:作用同上。工艺上都与静电除尘器配合使用。
3。6。3、静电除尘器:是一种高效除尘设备。达96%以上,但投资大,技术要求高,要求进口烟温严格,不能小于是150℃,出口烟温不小于是116℃,即比类气露点高40—50℃。
3。7、碱中收炉事故的预防和处理
碱回收炉不仅处在高温高压条件下,而且又处于强碱、高碱尘的碱性介质中,因此比一般锅炉更易发生爆炸事故。爆炸原因有:
3。7。1、水和熔融物接触发生爆炸:这是由于水蒸汽快速膨胀所引起的。有一种观点认为,当水和低浓度的黑液在碱炉中与800多度高温的熔融物接触,水便和熔融物内的硫化钠可能发生如下的反应:
3。7。2、未燃烧气体爆炸:碱炉在运行中由于喷油助燃器灭火、炉温下降、黑液浓度太低喷液雾化不好、突然中断喷液、供风不足以及烟道堵塞等等各种原因使碱炉灭火。如在灭火期间仍继续送入大量的油类,由于垫层的作用,使积存于炉内的油类汽化或裂解为气体,很容易与炉中的有机约挥发性气体构成混合气体,这些气体在浓度和温度合适的条件下,与火接触,便发生爆炸。另外,烟道不畅或空气量不足,使未燃有机气体大量积存,也不例外会引起爆炸。
3。7。3、设备事故或操作不当引起爆炸:设备腐蚀、结垢等损坏而漏水,或仪表控制失灵,或操作不当使锅炉严重缺水或超压等,如不及时处理,将会促成爆炸。
上述三种原因不能绝对分开,它们是有连锁性的,我们在碱炉操作中一定要小心 ,一点也马虎不得。
3。8、事故的预防和处理:
3。8。1、水和熔融物接触爆炸的 预防和处理:除一般的安全措施外,必须注意以下几点:
锅炉的下汽包,省煤器水冷壁下联 箱应有膨胀指示阀。
熔物溜槽及不助燃器等都必须牢固的支承在炉本体上,而且碱炉系统保温不应与工艺管道和厂房接触。
经常检查水冷壁管、凝渣管、炉衬、销钉及溜槽等腐蚀情况,发现问题及是处理。
定期进行水冷壁管测厚度或截管检查。
保证进记浓度稳定,稀黑液不准进炉。
严禁水进入黑液管,如果必须接通水管或蒸汽管,必须安置两道阀门及疏水阀,中间加测试阀。
当操作不当或设备损坏,发 现稀黑液或水与熔融物接触,或熔融物流量过大及因溜口堵塞后大量熔融物流入溶解槽等,都必须妥善处理,特别是炉膛内局部漏水,要作紧急停炉处理。
3。8。2、可燃气体爆炸的预防与处理:
启动油助燃器或雾化系统,必须认真疏水。
油助燃器灭火,来不及关闭油枪阀们时,应即停油泵后再行处理。
严格控制控制碱炉操作条件,防止炉温波动过大,控制风量比例,以利可燃气体完全燃烧。
临时停炉后,又重新开炉时,要先启动引风机排掉炉内的可燃气体,再行点火。
3。8。3、设备腐蚀、结垢引起爆炸的预防和处理:
除定期检查炉体部件外,必须贯彻定期和经常维修制度;及时修理或更换损坏部件;如因腐蚀、经垢传热不良,烧坏而在爆炸危险时,应紧急停炉处理 。
3。9、锅炉其它事故的处理:
3。9。1、锅炉缺水的预防和处理:锅炉缺水是指汽包水位低于规定的最低水位和给水量不正常地小于蒸汽产量。当锅炉汽压和给水压力正常而汽包水位降至最低水位以下时,首先进行汽包水位计的对照和冲洗。确认水位计无误,开大给水阀,加强给水。上述处理无效,应关闭锅炉所有的放水阀、排污阀,发现漏水部件,应停炉抢修。如水位继续降低或不见水位时,应采用叫水法检查水位,其程序是:首先打开水位计的放不阀,关闭汽阀使水管得到冲洗,再慢慢关闭放水阀注意水产计是否有水位显示,如有水位则谨慎地加强给水,并注意水们计上升情况。如无水位出现,应立即紧急停炉。
3。9。2、锅炉满水的预防和处理:锅炉满水是汽包内的水位超过规定的最高水位,蒸汽含盐量增大和给水流量不正常地大于蒸汽产量。锅炉满水严重时,蒸汽管内发生冲击、振动和法兰联接处向外冒汽等现象。处理措施是:当汽压及给水压力正常时,水位过高,首先对照和冲洗水位计,改变给水方式,减少给水量。如继续上升,立即开启蒸汽母管及主汽管的疏水门排水。如水们超过水位计可见部分,应即停止锅炉给水,开大主汽管疏水门和下汽包排水门,大量放水,并注意水位情况。
3。9。3、锅炉汽水共腾现象的处理:汽水共腾的现象(即起泡沫)是蒸汽含盐量增大,汽包水位计水位急剧波动,看不清水位。遇此情况要降低锅炉的蒸发量,开大连续排污门和汽包排水门,同时加强给水,防止水位过低。检查并改善炉水质量。
3。10、关于碱炉安全运行的问题,轻工部造纸局于1981年,在福建青州纸厂召开碱炉安全生产经验交流会,会上各个厂交流了自己在生产中遇到的安全问题,归纳起来有:1、炉体下沉。2、过热器管破裂。原因是汽水分离不良,管内积盐。3、省煤器腐蚀,漏水。5、锅炉缺水,原因是仪表失灵,判断错误。6、重油串入汽包,原因是用于吹扫重油的汽管掉压,而管路中又没有安装止回阀,重油就串入汽管,再进到汽包内。7、水冷壁漏水,地点在一次风口弯管处,这是属于应力裂纹。8、风机叶轮飞脱,原因是烟气温度偏低,出现露点,造成风机叶片挂灰,形成动不平衡造成。
云南原云丰造纸厂的碱回收也发生过两次安全问题。一次是溜子口堵塞,熔炉内熔融物太多,淹过一次风口,从一次风与炉壁的缝隙处浸出来,当时还以为是炉子烧穿了,就作紧急停炉处理。事后,等炉内熔融物冷却后,人再进到炉内把凝固的熔物取出来。一次是引风机叶片挂碱灰,产生动不平衡,风机水泥基础振裂崩塌,风机从基座上掉到地上。
碱炉的安全问题比较多,要引起我们的重视,一定要按操作规程的规定进行,工作中,随时检查设备的运行情况,发现异常,及时处理。绝对不能粗心大意。
4、绿液的苛化
熔融物溶解于稀白液或水中称绿液。它的主要成分是碳酸钠和硫化钠。将石灰加入绿液中,使碳酸钠转化为氢氧化钠的过程称为苛化。
苛化的化学反应方程式如下:
Ca(OH)2+Na2CO3=2NaOH+CaCO3
或CaO+H2O+Na2CO3=2NaOH+CaCO3↓
苛化原理及影响因素
4。1、苛化原理:
4。1。1、石灰消化:生石灰中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙,并放出热量。
CaO+H2O= Ca(OH)2
4。1。2、碳酸钠的苛化:
苛化反应是个可逆反应,故苛化反应不能进行到底,生产上以苛化度来表示苛化的程度:
4。2、影响苛化的因素:
石灰加入量:为加速苛化过程,提高苛化度,石加入量为105—110%,太多造成浪费,并且难于澄清。
4。2。1、绿液浓度与组成:一般总碱浓度控制在100—110克/升。
4。2。2、温度:温度的影响可以从化学平衡和反速度两个方面分析。石灰消化是放热反应,温度越高,氢氧化钙的溶解度越小;苛化反应中,温度越高,碳酸钙溶解度越大。因此,从化学平衡角度来看,低温比高温利。总的说,温高能提高反应速度,因此消化温度控制在92—95℃。苛化反应进行到后期,一般在100℃以上,这样,1。5—2。0小时就能达到接近平衡的最高苛化度。
4。3、影响澄清的因素:
绿液苛化得到了白液和白泥的乳液,生产上用澄清和过滤的方法来分离。影响澄清的主要因素:
4。3。1、石灰质量:石中有效氧化钙含量低是杂质多,会影响碳酸钙的沉淀。特别是氧化镁含量大时,形成高分散的氢氧化镁吸附在碳酸钙表面上,使细小颗粒不能凝聚成大颗粒,减慢了白泥的沉降。生产中要求石灰中的有效氧化钙含量≥82%,氧化镁含量<1。5%。
4。3。2、石灰剩余量:采用5—10%的过量石灰。
4。3。4、绿液浓度与成分:浓度高,粘度大,不利于沉降。
4。3。5、温度:提高温度可以降低粘度,有利于沉降,但温度太高,大于是105℃,会使碳酸钙浓度增大,对沉降不利,同时温度高了,对泥渣颗粒有破坏作用,也不利于沉淀。
4。3。6、搅拌:长时间和激烈的搅拌会破坏泥渣颗粒,降低沉降速度。
4。3。7、加沉淀剂:书上说可以加入淀粉以加速沉淀,但还不有听到有那家厂家用过。
4。4、苛化工艺流程:
4。4。1、连续苛化:顾名思义,主产过程是连续的。绿液用泵送到绿注销澄清器,除去绿液中的杂质,清液流入消化系统,绿泥用用膜泵抽送到洗涤器,得到的稀绿液送辅助苛化器,泥渣堆渣场。澄清的绿液在消化器内与石灰进行消化反应,然后进入三台串连的苛化器进行苛化反应,苛化后的乳液进入白液澄清器,沉淀的白泥用膜泵抽出送到辅助苛化器。澄清的白液流入白液槽,供蒸煮用。白泥在辅助苛化器内进一步苛化,得到的乳液流入澄清器,澄清得到的稀白液入稀白液槽,供燃烧工段溶解熔融物。白泥由膜泵抽出,经真空洗渣机,提取白泥中的残碱,滤液送辅助苛化器,滤渣送白泥回收工段,经锻烧后回收石灰。
4。4。2、间歇苛化:设备比连续苛化简单得多。消化、苛人、澄清同时在一个容器内完成后,用容器内的摇头管抽出澄清液,供蒸煮用。余下的白泥加入少量稀白液,充分搅拌,再澄清,抽出的白液可混入浓白液中供燃烧使用。白泥加入适量清水,搅拌混合、澄清,得到稀白液,白泥经洗渣机或叶片式过滤机,滤液当稀白液使用,白泥排放。产量低、回收率低、劳动强度大、白泥残碱含量高是其缺点,目前已很少用。
4。5、苛化设备:
4。5。1石灰消化提渣机:
4。5。2、连续苛化器:
4。5。3、澄清器:
4。5。4、洗涤器:
4。5。5、真空过滤机:
4。5。6、膜泵:
4。5。7、真空洗渣机:
4。5。8、预挂式白泥过滤机:
5、白泥的处理:
碱回收过程到最后,会产生数量同投入的石灰相当的白泥。大型的、经济实力强的厂家,建有转窑,可以把白泥送去锻烧成石灰,再循环使用。小一点的厂家,就找个地方,拉出去倒掉。河南大学有一个叫董学芝的教授,发明了一个专利,名称是“造纸黑液碱回收过程中生产轻质碳
酸钙的方法”,据说山东晨鸣、湖南沅江、广西贵港等已在运用该专利生产轻质碳酸钙做造纸时的填料。这是一个综合利用的方向,值得关注。


6、碱回收工程的发展趋势
搞碱回收既是环保的要求,也是企业自身追逐最大经济利益的自发行为,将来只要条件许可,工厂搞碱回收的将会越来越多。

今后搞碱回收,从设备层面说, 它同当前造纸行业的发展趋势是一致的,都从大型、自动化、高效率方向发展,以期获得更大的经济效益。
高效率黑液提取设备国内发展较快,其品种、规格和制造能力已接近国际先进水平。其关键技术和设备为中浓大型鼓式真空洗浆机(带波纹滤板、平面阀),最大面积已达100m2。双辊挤浆机是国内企业重点发展的产品。目前国产设备能力100t/d。在国外,鼓式真空洗浆机最大面积达110m2以上,提取率、制造精度和自控程度都较高,但价格昂贵。双辊挤浆机挤出浓度可达30%,能力300t/d。为了追求更高运行效率和低成本运行,国外已发展鼓式置换洗浆机(DD洗浆机)并已投入应用,可在1台洗浆机上完成四段洗涤,国内已有引进。
蒸发推广板式降膜蒸发器,提高蒸发效率 为减少草浆黑液蒸发过程中易结垢的困难,现有草浆黑液的蒸发设备多采用落后的短管蒸发器。目前,国内由北京轻工业规划设计院设计,天津轻机厂和张家港沙工化机厂均开发生产板式降膜蒸发器,蒸发效率和蒸发强度均比传统蒸发器提高20%以上,且蒸发元件不易结垢,浓黑液浓度也可由传统管式蒸发的65%(木浆)提高至70%,从而明显提高热效率。这一新技术不但应在新建草浆碱回收项目中推广,对现有蒸发能力不足的老碱回收系统,也可通过增加板式蒸发器增浓,形成板管结合的流程。
碱炉趋向大型化和实施高浓燃烧,印尼Riau-An-dalan浆厂于1997、1998年分别安装了2台日处理固形物3800t的大碱炉(折日产纸浆2000t左右)。高浓燃烧可使蒸发量提高8%-10%,吹灰蒸汽节省2%-4%,芒硝还原率达到97%,SO2、H2S的排放分别由100-400mg/L,5-10mg/L下降到接近0,NOxS有65-100mg/L,CO为0-20mg/L。1996年安装在瑞典Monsteras浆厂的新型RB2000型碱炉,日处理固形物3200t,其单汽包与众不同地置于炉体正上方,使整体结构紧凑。八角形的熔炉分布,整体结构更趋合理,但该炉造价稍高,有待改进后推广。大型碱炉的蒸汽参数不同于一般动力炉,其压力选用在6.4-8.4Mpa,汽温450-480℃。无臭KP浆厂的低浓、大体积臭气收集后送至碱炉三次风(常温)入炉烧却。大型碱炉通常配3台静电除尘器,每台设计能力为总负荷的50%,即3台正常运行时每台的负荷率为33.3%可达到较好的除尘效率。而当其中1台停运检修时,仍能保证合格的烟气排放。引风机、入炉黑液泵、电动给水泵、供风机等均采用变频调速电机。锅炉给水的备用泵设有1台用碱炉自产汽驱动的透平泵,用于开停炉或特殊用途。
目前世界最大规模的碱回收炉是海南省金海浆纸公司的碱炉,报道说日处理固形物业500吨。这是APP的杰作。 就国内来说燃烧炉也越造越大,象前文说的,目前木浆最大的也到3800吨固形物/日,竹浆则是贵州省赤天化的1500吨固形物/日炉子。云南省内规模最大的就数云景林纸公司。云南云景林纸股份有限责任公司从国外引进的360 吨/日固形物低臭型单气包碱回收炉(3.82 千帕,23.5 吨/小时黑液,并配有静电除尘器),配有Φ2430×3050 毫米白泥过滤机,Φ2.6 ×62米石灰回转窑。该生产线于1999年6月投入生产。
当然,规模大资金投入也大,这也不是一般的厂家能够承受的。中小厂家或资金结累不多的私营企业,就很少投资搞碱回收,这也制约了碱回收的发展。为此,一些大学、科研单位也在研究其他的碱回收技术,其中一种叫膜法处理碱回收工艺的,自称“可以大幅度降低一次性投资,其一次性固定资产投资约为碱回收的44%,能耗约为碱回收的1/4;在其他技术经济
指标方面与1.7万吨制浆能力的燃烧法碱回收相近”。但到目前为止,还没有实际应用的例子。
连续苛化工艺 连续苛化新工艺是在原工艺的基础上改进而成的。主要包括:将三台串联苛化器改为一台分为三室的立式苛化器;将绿液槽与绿液澄清器合并为绿液澄清贮存槽;用带式过滤机代替白液澄清器和白泥洗涤器等。改进之后,过程更简单,另外带式过滤机也较适合处理草浆厂含硅量高、难以澄清的白液。针对绿泥、白泥中含残碱高的现实,苛化工艺中增加了绿泥、白泥的洗涤强度,使用了过滤效果好的预挂式过滤机,绿、白泥中的残碱可以大为减少。
7、碱回收车间对生产管理的要求
碱回收车间在有的造纸厂里,不叫碱回收车间,而是叫化学车间,这是有一定道理的。原因很简单,它的生产过程就是一个化工生产的过程。因此,它同造纸厂的其他车间相比较,就有一定的特殊性。这表现在1。它的整个生产方式基本上是在封闭容器里连续进行,容器装满了就不能再装,就要停产;2。生产过程中产生的“产品”有一定的危险性,人不能直接接触它。黑液不能接触,绿液不能接触,白液更不能接触,接触了,就会对人体造成伤害;3。燃烧工段的燃烧炉从开炉到正常运行所需时间过长,停炉时也一样,从投料到出产品大约要四个来小时。从接到停车命令到完全停下来,也要四个多小时。开停炉的物质消耗大。特别是燃烧炉开停机频繁将会严重影响炉子的寿命,在生产管理过程中是要努力避免的。
碱回收车间有以上特点,这就要求我们的生产管理工作者,了解碱回收生产的特点,在工作中,贯彻均衡、连续生产的思想,使碱回收炉能长期连续的运转,做到不停机、或少停机,以获得更大的经济效益。
生产过程要做到“均衡、连续”,这也可以看做是一个系统工程,是需要全厂职工的积极配合,在各自的岗位上努力工作才能做到的。制浆车间,必须源源不断的供给合格的黑液,保证蒸发工段的原料供应;蒸发工段则要消化掉提取送来的黑液,并注意黑液桶留有一定的空间,随时接纳黑液。碱回收车间内部也要相互协调,保证生产物流系统的畅通,不要因为物流堵塞而导致停机。操作工人要提高操作技能,不 要发生操作失误性的停机事故。机修部门要有巡回检查制度,把机械故障消除在萌芽状态。有备用设备的,要确保备用的设备随时处于良好的状态。生产调度部门,也要做好全厂的生产调度,既要保证车间各部门“原料”的供应,更要避免因供应过多,发生“埂阻”,造成停产。在各个造纸厂的生产实践中,有太多由于种种原因而停机的例子,最后导致燃烧炉开机没几天,就要重新筑炉给生产造成很大的损失。这是我们要引以为戒的。
发表于 2010-7-18 23:12:01 | 显示全部楼层
发表于 2010-11-7 11:22:43 | 显示全部楼层
不错,谢谢
发表于 2011-3-22 20:54:28 | 显示全部楼层
太有帮助了,谢谢了
发表于 2011-4-2 15:36:39 | 显示全部楼层
我是97年就在碱回收工作,从燃烧的圆盘工干起,一直到工段长。大家有什么好的建议可以交流下。或者加我的球球好也行。447462508、碱炉工艺是关键,但喷枪的选型也很重要
发表于 2012-2-20 13:15:05 | 显示全部楼层
谢谢楼主的分享
发表于 2012-2-21 10:08:57 | 显示全部楼层
多谢,开卷有益!
发表于 2012-3-29 16:11:43 | 显示全部楼层
非常不错,感谢楼主
发表于 2012-3-29 21:34:48 | 显示全部楼层
非常不错,学习了。
发表于 2012-4-7 10:31:06 | 显示全部楼层
资料不错,就是有点乱,排版也没弄好,对于新手来说,可能太过于复杂了些。
发表于 2012-12-28 17:57:59 | 显示全部楼层
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