圆盘蒸发器结垢的预防和治理.docx

圆 盘 蒸 发 器 结 垢 的 预 防 和 治 理林 先 存（福建南纸股份有限公司，福建南平，*+）摘 要：介绍了圆盘蒸发器的结垢原因，预防措施及治理办法。关键词：直接接触蒸发器；结垢原因；预防措施中图分类号：34$*561文献标识码：7文章编号：+,/8+9:（,+,）+8+/,8+圆 盘 蒸 发 器 作 为 一 种直 接 接 触 式 的 蒸 发 设 备 因 操 作 简 单 、投 资 省 ，目 前 仍 在 国 内 碱 回 收 系 统 广 泛 应 用。它是将蒸发站送来的半 浓 黑 液 与 碱 炉 烟 气 进 行 直 接 接 触 增 浓 ， 达 到 入 炉 要 求，并起到烟气的预除尘作作者简介：林先存先生，工学学士，现为陕西科技 大学在职硕士研究生；主 要 从 事 碱 回 收 的 生 产 和 管理工作。图 !圆盘蒸发器的结构用。目前国内取消圆盘蒸发器低臭炉的只有青州纸业、佳木斯纸厂等为数不多的厂家。对于绝大多数草 浆碱炉，由于黑液热处理降粘技术尚未得到工业化应 用，蒸发站出来的黑液浓度不能达到碱炉的喷液要 求，仍要设置圆盘蒸发器，利用直接接触蒸发以提高 浓度。但用于木浆及草浆黑液的圆盘蒸发器均存在结 垢包芯问题，严重时造成停炉，影响生产。因此应该分 析造成结垢包芯的原因，以便采取相应的防范措施， 防止或减缓其发生。烟气进口温度：,*+#,+2烟气出口温度：!/+#!+2 液位控制：中心线下 *+ 工作原理圆盘蒸发器是燃烧工段的主要辅机，工作原理!$是圆盘旋转时，黑液粘附在管壁上，当转出黑液液面时与通入的高温烟气接触，黑液吸收热而使水分蒸 发，达到增浓的目的，碱尘也被黑液粘附而起到除尘 的作用，若与静电除尘器串联使用，可起到预除尘 作用。!圆盘蒸发器结构及工作原理设备结构圆盘蒸发器的结构（见图 !），是在转轴上装有圆 盘 ，整 个 圆 盘 装 在 ! 个 密 闭 的 半 圆 形 槽 中 ，以 # $% & () 的速度旋转。在圆盘与圆盘之间垂直方向装有 许多短管，短管在圆盘面上，圆盘上装有密度为 *+ 根 & ,， 规格为 ! $-.* 的管子，短管在圆盘面上排成同 心圆。圆盘结垢现象与危害当管壁的黑液受热增浓过热，造成结焦或角质化， 便逐渐在外管形成坚硬的黑色垢层。随着碱炉一次运 行中、后期的引风机负荷（即指抽力）增加，使得烟气流 速提高，蒸发强度加大，结垢速度也加快，最后管与管 之间的垢层相互搭接，使碱炉本体与电除尘间的烟气 通道堵塞。这样势必造成圆盘蒸发器的运行电流升高， 炉膛负压下降，甚至出现严重的正压，引风机的开度就 要不断增加，其负荷也急剧上升，致使碱炉无法进行正 常生产，甚至停炉。!%&技术参数以南纸为例： 入口黑液浓度：/0#+0 出口黑液浓度：0#-+0 黑液温度：1+#12/, !#收稿日期; ,+,8+8,/（修改稿）!#$% &() * &%)+, !#$% &!技术报告结垢过程及原因由于圆盘转动后粘附在管壁上的黑液受到高温气 流冲击，使管壁上黑液中的水分迅速蒸发，造成粘附在 管壁的黑液局部蒸干或结焦；另一方面，烟气中的碱尘 与黑液中的钠盐组成的碱尘亲水性强，使碱尘较为容 易地粘附在黑液上，造成管间缝隙由内层到外层逐渐 变小，最后与管间垢层相互搭接。因此，结垢产生的原 因基本上可归纳为：!因粘度上升而产生粘管抱管：从 结垢物质的成分分析得知，垢层物质中除了具有黑液 特有成分外，还包含一定数量的 $%!&( 和 $%!)*，它 们主要来自碱炉灰斗和电除尘回收的碱灰，由于这些物质的存在，使黑液固形物含量增加，造成黑液粘度上 升。黑液贮存时间长或在圆盘内停留时间过长都会造 成黑液的有效碱浓度下降。有效碱下降不但会造成黑 液粘度上升，而且还会发生沉淀现象。另外 $%!&( 和$%!)* 都具有很强的亲水性，它们的存在还会使黑液的吸附能力不断提高。因此，一旦黑液和碱灰被粘附于 管子表面，在较高的烟气环境中是极易凝固的，同时这 种作用经不断曼延扩散，最终发生架桥堵塞，即粘结抱 管；是因烟气温度过高、黑液超温过热或是粘附在管 子上的黑液较长时间暴露在烟气中发生结焦结皮。个因素的影响：首先，加强对黑液的使用管理，避免长时间存放，尽量做到即产即用；同时对黑液贮存槽增设 加热设备及循环装置，确保浓黑液温度保持恒定。其次 要稳定工艺，减少波动，尽量避免碱炉较长时间的低负 荷运行或频繁临时焖炉。以免黑液不在圆盘内停留时 不断吸收烟气中的 )! 等酸性气体，使有效碱含量下 降，粘度增大；同时黑液与烟气接触时间越长，也越易产生盐析和沉淀。另一方面，由于新旧黑液置换慢，在 高温烟气冲击下，黑液浓度增大，粘度也增大。此时操 作人员要严密监视圆盘蒸发器的负荷变化，必要时要 加入适量温水稀释，以免发生严重的结垢或结焦。切记 进行这样的操作时，在恢复喷液前要确保入炉黑液浓 度控制在合格的范围之内。$%$圆盘液位 从圆盘蒸发器工作原理分析，在黑液进一步蒸发过程中，粘附在圆盘蒸发器液面之上管子表面及从管 壁淋下的黑液与高温烟气发生热交换。为了达到最佳 的热效率，从理论上说，圆盘蒸发器内的液位应控制在 其中心线下约 *22 处。液位过高，烟气阻力加大，蒸 发能力下降；液位过低，黑液不能充分润湿管壁，易结 焦结垢而产生抱管。但在实际生产中液位波动在所难 免，例如对于圆盘蒸发器与芒硝混合器连通的工艺流 程，圆盘的液位是通过芒硝混合器的液位来控制的，一 旦仪表发生故障就会造成圆盘液位的波动，或是由于 工作人员的经验不足引起。近年来，一些设计者对上述缺陷作了一些改进，采 用圆盘溢流至芒硝混合器以稳定圆盘液位及稳定圆盘 蒸发器的工作环境，对于防止发生局部凝固和结焦具 有一定的作用。$%& 供风方式和风量配比南纸 3#4 的喷射炉，自 3566 年投产以来，因种种 原因未能将一、二、三次风的流量计投入使用，造成供 风量及其配比的工艺控制存在盲点。原设计的风量配 比为 #7*#73#，而今主要是靠生产经验调节，加上碱炉 运行多年，风嘴挡扳无法调节，二、三次风风压偏小，为 了降低飞失，强化燃烧，二、三次风供风量往往偏大。这 样，对于控制飞失本身就存在很大的缺陷，类似的情况 在其他的碱回收炉同样存在。因此，做好供风方式和风 量配比的优化，有益于抑制碱灰过多地进入圆盘系统。 前些年美国的 .+8 公司对多台碱回收炉成功地进行 了供风系统改造，其中成功的范例就是采用冷三次风 系统。通过降低炉膛出口的高峰温度和高峰流速，有效 地改善了炉内温度场的分布，消除了“象鼻子”下面的 逆环流现象，因而减少了机械飞失和流速层流化现象。(* !#圆盘结垢包芯的前期预防$圆盘结垢包芯现象带有普遍性，且有一定的周期性。从南纸等多家纸厂碱回收的生产实践看，圆盘运行! 天左右就得进行一次水洗，这对延长碱炉的运行周 期或是正常生产都带来不利的影响。通过对生产过程 调查及理论分析得出，造成圆盘结垢包芯的主要因素 有：黑液粘度、圆盘液位、转速；次要因素有：供风风式 及风量配比、炉膛负压等。为了有效地延缓结垢速度， 有必要针对性地对上述各个因素进行逐个分析，以便 采取有效的防范措施。黑液粘度黑液粘度与黑液温度、浓度具有双重关系，温度低 或浓度高，则粘度大。一般来说，为了确保碱炉安全运 行，蒸发站出浓黑液浓度大都维持在一个较为固定的 范围，以南纸为例，蒸发站出浓黑液浓度控制在 *!+,*+#-./0（!1），但是由于场地原因，* 个浓黑液槽却分两地布置。由于生产平衡等原因，经常造成浓黑液在! 个新槽中贮存时间过长，黑液经过一段时间的贮存 之后，有效碱及其温度都会发生不同程度的下降。研究 表明，有效碱降低，会使黑液粘度相应提高，还会使黑 液发生沉淀。另外黑液温度下降，造成粘度上升，而黑 液粘度升高会加速圆盘的结垢速度。为了有效抑制这中国造纸! 年第 # 期$%!技术报告上述改造思路值得国内一些超负荷运行、过热器长期超温、高积灰及高飞失的碱回收炉借鉴。!#炉膛负压 根据大多数碱回收炉的实际操作经验，炉膛压力一般是微负压或微微正压，这对于稳定燃烧和降低飞 失都是有利的。要求炉子在运行周期的不同时段加强 引风调节，以防炉膛负压升高，造成燃烧区后移，炉膛 出口烟气温度升高，碱灰飞失增加，圆盘管壁结垢状况 加剧的情况发生。同时在碱炉吹灰时更需控制好引风 机抽力，因为此时的碱灰干燥、量轻，吹落后易被抽走， 致使通过圆盘上方通道烟气的碱尘数量成倍增加，黑 液的固形物含量上升，结垢速度加快。即：必须要求其所配套的蒸发站具备生产高浓黑液的能力（木浆黑液浓度3!4），否则，出蒸发站的低浓度 黑液直接入炉极易使碱炉发生进稀、灭火，甚至爆炸的 危险。要严格控制炉膛负压，防止水洗期间产生的泡 沫进入电除尘器。#水洗时会造成一定的碱流失，要尽 可能进行回收，做到零排放。如果不具备上述临时生产流程或蒸发站不具备生 产高于 !4（木浆）以上的浓黑液，则需采用焖炉或停 炉处理。$!焖炉处理 碱炉停喷黑液可靠烧油维持一段时间，以便对圆盘进行水洗。可用锅炉给水或温水对圆盘结垢进行高 压冲洗，在圆盘内保持一定液位进行浸泡，整个过程约 需几个小时至 个班的时间。但这种处理方法不够彻 底，在水洗过程中还要严格控制炉膛负压，避免水洗期 间黑液泡沫进入电除尘器。这种方式一般是在系统不 允许碱炉长时间停机的情况下采取的。否则，可配合系 统停机定期进行较长时间的水洗。在实际生产中，采取 何种方法，应依具体情况而定。$圆盘发生结垢后的处理一旦发生了严重的圆盘包芯结垢现象，就得进行焖炉处理或停机水洗。$%隔离圆盘南纸的生产流程如图 !，水洗程序如下：（）关闭 # 及 $ 阀门，打开 % 阀，使蒸发增浓器生 产的约 &()&*(+,-.（!/0）的高浓黑液进入碱灰混合 槽与碱灰混合后直接进芒硝混合器管线，用增浓器产 出高浓黑液供碱炉燃烧，以达到隔离圆盘并对其进行 水洗的目的。（!）利用锅炉给水（或温水）对圆盘进行高压清洗， 至少 1。（&）高压清洗后保持 )! 1 的浸泡。（2）圆盘排空，再次重复清洗、浸泡、排空程序直至 结垢被洗净为止。此种方式的优点为：无须进行停、焖炉处理，可边 水洗边生产。缺点为：长时间生产高浓黑液，可能会给蒸发站的 生产带来一定的压力，如加速蒸发器结垢等问题。同时 在水洗期间，泡沫进入电除尘器，也会造成多孔板堵塞 等障碍。要求：!采取这种处理方式对一般纸厂有局限性，#圆盘蒸发器结垢的治理改进黑液工艺流程南纸碱回收炉现有的黑液工艺流程见图 &。#%图 & 南纸碱回收炉现有黑液工艺流程图从图 & 可看到，由于电除尘器回收的大量碱灰进入碱灰混合器，造成进入圆盘黑液固形物含量增加，结 垢速度加快。（）改进之一：将蒸发来的黑液先送入圆盘蒸发器 内，再次进入碱灰、芒硝混合器，如图 2 所示。改进后，碱灰改为由圆盘蒸发器之后进入黑液系 统，可降低圆盘蒸发器内黑液的固形物含量，有利于降 低圆盘运行负荷及结垢速度；另外炉前黑液还要回流 至碱灰、芒硝混合槽，以免发生黑液的二次固形物负荷 积累。目前使用这种流程的有邵武制浆有限公司等。同 样在木浆系统，邵武制浆有限公司碱回收系统圆盘结 垢包芯现象就比南纸轻得多。但是采取上述流程也有!#$% &() * &%)+, !#$% &图 ! 南纸碱回收生产流程22 !技术报告图 - 改进的工艺流程图一定的的缺点，即黑液进入圆盘后靠溢流进碱灰、芒硝混合器，因碱灰、芒硝混合器的液位是靠进入圆盘蒸发 器的黑液量大小来控制的，因此反馈的信号将严重滞 后，会造成黑液浓度周期性的波动，影响碱炉黑液燃 烧。（!）改进之二：使用新流程，改善圆盘运行环境。近 年来，麦草浆碱回收炉设计出一种可改善圆盘运行环 境的生产流程，这种流程把电除尘回收的尘灰和碱炉 本体的碱灰溶解后，送入绿液系统，减少了因碱灰进入 黑液系统而导致黑液的固形物含量增加，使圆盘运行 环境得以改善。!# 降低黑液粘度黑液进入圆盘蒸发器经增浓后浓度可提高 $% 左右。因此，如能有效降低黑液粘度，一则可大大改善 圆盘的结垢状况，同时也可使蒸发站出站黑液浓度达 到入炉要求，从而达到取消圆盘蒸发器的目的。$&# 年芬兰奥斯龙公司开发了黑液有机大分子 热裂解的方法，使黑液粘度明显下降。目前全世界正在 运行的多套木浆黑液高温热处理系统，均收到良好的 效果。近年来国内对于降低黑液粘度做了大量的研究， 并已取得实质性的进展。兰州节能环保工程公司已开 发出麦草浆黑液的降粘技术，并申请了国家专利。未进 行 降 粘 处 理 的 麦 草 浆 黑 液 浓 度 #% 时 其 粘 度 高 达 ()*+, 以上，而经过处 理 后 可 降 至 !)*+, 以 下，从而使降粘处理后 #%以上的浓黑液可以得到良 好的雾化，便于燃烧控制。由天津科技大学等研究出 麦草浆黑液湿法裂解降低黑液粘度的新技术，于 $& 年在山东泰山造纸厂进行了工业性试验，并取得了成 功，使黑液粘度降低幅度达 % ，同时还可大量除去 黑液中的硅。此项技术对于木浆黑液也同样适用。带 热处理降粘装置的麦草浆黑液板式降膜蒸发站流程 见图 #。!$ 采用低臭炉，取消圆盘蒸发器!$% 取消圆盘的可行性图 # 带热处理降粘装置的麦草浆黑液板式降膜蒸发站流程草浆碱回收炉技术逐渐成熟，武汉锅炉集团研制出了多种型式的麦草浆碱回收炉，尤其是第三代麦草浆碱 回收炉取得重大突破，先后在山东、河南等多家纸厂稳 定运行，锅炉容量不断扩大，入炉黑液浓度可降低至-#%.-%而无需喷油助燃。（!）板式降膜蒸发器可望得到广泛的应用江苏 华机集团、兰州节能环保工程公司、天津轻机厂生产的 板式蒸发器在国内碱回收系统得到了广泛的应用：用 于麦草浆碱回收的有山东华泰集团碱回收 /! 蒸发站， 河南银鸽公司 ! 套碱回收蒸发站；用于木浆蒸发站的 有青山纸业老系统 /! 蒸发站以及出口印尼的大型 & 体 0 效的板式降膜蒸发器等。无论是生产技术还是设 备性能已达到进口同类产品的水平，蒸发站生产的浓 黑液完全达到直接入炉的要求，而不必经过圆盘蒸发 器再增浓。因此对于新建或扩建的木浆厂来说，只要条 件许可，可考虑采用全板蒸发器，取消圆盘蒸发器，从 而保证电除尘器的正常运行。这对于回收碱尘提高碱 产量，减少大气污染都是有利的。在木浆厂中，国内已 经采用低臭炉的有青州纸业（进口）、佳木斯造纸厂（进 口）、凤凰纸业（进口）、思茅浆厂（国产）、贺县浆厂（国 产）。目前我国碱回收蒸发系统大致可以分为 ( 类：一 是管式蒸发器系统，大多数老厂广为使用，这种配置的 蒸发站生产出的浓黑液其浓度无法直接达到入炉的要 求，一般要配套圆盘蒸发器进一步提浓；二是板管结 合，典型的组合方式为“两板三管”，这种方式组合的 # 体 # 效的蒸发近年来得到广泛的使用，主要用于麦草 浆、苇浆碱回收。这种型式组合用于麦草浆碱回收，其 出浓黑液浓度也可达到 -#% 左右，对苇浆、木浆碱回 收，出效浓度还会进一步提高。特别值得指出的是，近 年来还涌现了多家全板降膜蒸发站，如邵武制浆有限 公司、青纸扩建系统、凤凰纸业等，对于木浆黑液，其浓 度可以达到 0%以上，对于苇浆黑液，浓度也可达到#%。因此，采用先进的蒸发系统，使入炉黑液浓度达-# （$）碱回收炉制造技术日趋成熟中国造纸! 年第 # 期近年来，我国麦!技术报告到碱炉的要求，从而使取消圆盘蒸发器成为可能。!#$对现行运行设备进行改造 对于带圆盘蒸发器的现有的碱回收炉来说，要取消圆盘蒸发器，可采取多种应对措施：如在碱炉的尾部 增加一级省煤器，以降低碱炉的尾部温度，烟温由!#$降至 %&#$；二是对草浆碱炉进行改造，可增加烟 气空气预热器。这样就可有效降低进电除尘的烟气 温度，以满足电除尘的正常运行要求。!#展望 由于圆盘蒸发器在运行过程中存在诸多问题，如：易产生结垢、包芯、沉淀、结块等，需定期水洗、清渣，由 于启动转矩大，还易发生机械故障；直接接触蒸发热效 率低，运行过程会散发具有恶臭的气体，而低臭炉由于 加大受热面积，降低排烟温度，可多产汽、多发电，利用 蒸发站直接生产入炉浓黑液热效率比直接蒸发高。因此，国外绝大多数碱回收已取消圆盘蒸发器，采用低臭炉生产工艺。随着我国综合国力的提高，环保意识不断 增强，加上近年来我国制造业通过吸收、引进国外先进 技术，完全有能力生产出适合低臭炉生产的蒸发设备。 相信在不远的将来，低臭炉生产工艺也会在我国广泛 使用。%结束语总之，造成圆盘蒸发器包芯结垢的根本原因是高浓黑液在圆盘蒸发器管子表面发生结焦、结皮及抱管， 并在运行过程中这种作用不断加强，使管子表面的结 垢物质桥架作用不断扩散所致。为了有效控制结垢现 象的发生，除了加强对工艺控制调节外，最根本的途径 就是要进行技术改造和技术更新。&()(*+,-* .*/ 0(.+1(*+ -2 34.5,*6 -2 7,(4+ 8).9-.+-() *(+),-)（-%$)#$. &%)+, !/0，1230，-%$)#$.，45#%$ &,/6#$7+ ，.#）/0123+,2：456 7+763 ()2389-,69 256 36+18)1 8: 1,+;()6 736,+-2(8)+3? 6+1-361 () 6+3;(63 12+6，+)9 1,+;() 8:9(36,2 6=+783+283 () +15() 12+61 +1 +;18 (),;-969a b()+;?， +,839()6)2 8: +;c+;( 36,8=63? 26,5)8;86)2 0?