碱处理炉处理黑液的发展历程

碱处理炉处理黑液的发展历程

1碱回收炉的发展1.1碱回收炉的性能特点1880年，国外开始采用回转炉，生产能力为每天处理20.50吨纸浆的黑液。1925年，wagner开发了一个垂直射击炉，并从顶部分配黑液。在此基础上，1929年，tonion设计了垂直射击炉。20世纪40年代末,北欧制造了炉尾不同设备流程的JMW型喷射炉。这一时期的特点是尽量减少碱尘飞失、充分提高锅炉热效率以及利用烟气中的热来直接蒸发黑液,减轻间接蒸发的负担。1940年一般单台碱炉能力为日处理100t浆的黑液,1948年已达到日处理350t浆的黑液。到了20世纪50年代中期,碱回收炉处理黑液的能力随着纸厂规模的扩大而增加,结构和防爆措施都有改进,如改进了水冷壁管、过热器、油燃烧系统、紧急排水设施、采用静电除尘等。规模从日处理300~400t浆的黑液,扩大到可日处理500、700、800、1000、1500t浆的黑液。1.2我国碱回收技术的成果1956年四川中元纸厂使用反射炉回收碱,日产碱2.4~2.6t。只是设备太简陋,劳动强度高,回收效率较低;1956年佳木斯造纸厂引进了转炉,其后国内有些大中型纸厂的碱回收车间也相继采用。但转炉运行不稳定,劳动强度高,车间环境差,余热锅炉吹灰困难。20世纪六七十年代,很多小型纸厂采用小型土喷射炉。但因多数设备简陋,碱回收率和热效率低;后来,又设计出了圆形碱回收炉,后经实践证明,这些圆形喷射炉存在黑液干燥不良、热损失大、经济性差等问题;武汉锅炉厂为佳木斯造纸厂设计制造了平衡100t/d浆的WGZ100-26/39-Ⅰ型方形喷射炉,于1967年投产;此外,平衡50t/d浆的WGZ50-12/13-Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅳ型喷射炉又先后在宜宾、岳阳、汉阳等纸厂投产。但仍存在干燥不良、飞(集)灰严重、碱灰黏结、省煤器腐蚀快、熔融物流动性差等问题。后来,引进了当时西方较为先进的碱炉及电除尘等,使我国的碱回收技术装备上了一个新台阶。草类制浆及碱回收,由于环保及纸浆质量方面的原因,先后在20世纪70~80年代放弃(包括西方一些发达国家、日本及我国台湾省在内)。20世纪50年代初,北京制浆造纸试验厂采用回转炉回收碱;1970年,河南密县纸厂建成土喷射炉,碱回收率为50%;1974年,河南中牟纸厂采用QJP4.6/13-Ⅱ喷射炉进行碱回收,日处理黑液固形物40t,黑液提取率75%,碱回收率60%。2当前碱回收装置的发展2.1国外碱炉的大型化20世纪80年代,TampellaPower和Rosenlew公司联合开发了高浓黑液技术。20世纪90年代芬兰MetsaBotnia造纸集团公司Kemi纸浆厂利用高浓黑液技术,使得入炉黑液浓度达80%以上。并配备1套臭气控制系统,提高了碱炉的运行效率,而且减少了环境污染,这是世界上首台无污染碱回收炉。近几年,国际上碱回收技术主要向高浓和超高浓黑液技术方向发展,相应地碱回收炉也向大型和超大型方向迈进。印尼Riau-Andalan浆厂于1997、1998年分别安装了2台日处理3800t高浓黑液固形物的碱回收炉。高浓黑液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下降到接近零。世界著名的碱回收炉制造商瑞典哥德维肯、芬兰汤培拉公司(已并入卡瓦那公司)及奥斯龙公司都先后制造、投运了数十台日产2000t以上的碱回收炉,其中,最大的日产3800t木浆黑液的碱回收炉由卡瓦那公司供货,并于1998年投运。国外碱炉的大型化发展势头强劲,并形成了很多新的设计特点:(1)单汽包低臭型取代双汽包型。(2)采用全焊接结构的膜式水冷壁,炉膛下部的水冷壁管采用复合钢管,管外喷镀高铬不锈钢或栽大型销钉和涂耐腐蚀炉衬,进一步提高了其耐腐蚀性能。(3)采用长流型全焊接锅炉管束和省煤器,不会胀管,减少了漏水的可能,避免了下汽包和烟气挡墙附近的积灰。(4)采用固定式黑液喷嘴,并分布在四周炉墙上。黑液喷嘴的型式可以为折流板型、涡旋锥型、CEU型、V型。(5)供风系统:调整一、二、三次风的风量分配,提高二、三次风的风压和风速,加强二、三次风的穿透混合能力;采用可调风嘴,每个风嘴装有风压计,并可单独调整风速;二、三次风改旋转吹风为交错吹风,防止产生中心烟柱。(6)采用计算机控制,提高碱回收炉的自动化水平。2.2不同来源的烧碱回收利用据2003年的统计,我国造纸工业制浆碱回收企业有70家,回收烧碱94.88万t,其中木材制浆碱回收企业24家,年回收烧碱48.82万t;竹子制浆碱回收企业8家,年回收烧碱14.16万t;芦苇、芒秆制浆碱回收企业9家,年回收烧碱11.70万t;蔗渣制浆碱回收企业7家,年回收烧碱5.10万t;麦草制浆碱回收企业21家,年回收烧碱15.10万t。我国山东日照森博浆纸有限责任公司的木浆碱回收率为98.2%,吨碱成本517.30元,已经达到世界先进水平。非木材制浆的碱回收也已经达到比较先进的水平,例如山东华泰纸业集团股份有限公司草浆的黑液提取率为88%,碱回收率达到79.1%,吨碱成本973元。2.2.1单汽包低臭型碱回收炉近几年,随着环保要求的不断提高,碱回收技术在我国得到了很大发展,特别是木浆黑液的回收技术,通过引进国外先进技术装备,使得我国的碱回收炉得到日益完善,各项指标达到了较高水平。黑液提取率基本上都达到95%,最高达到98%;碱回收率超过93%,有的甚至高达98%;有些企业碱自给率达到100%,基本上实现碱自给。青山纸业股份有限公司从芬兰Tampella公司引进的单汽包低臭型碱回收炉,是国内目前运行的第2大碱回收炉,65%黑液直接进炉燃烧,将来还可适应80%浓黑液进炉燃烧,处理能力可达1100t黑液干固物,并在国内首次采用三列每列三电场静电除尘机组。该公司2003年碱回收率93.8%,碱自给率100%,年回收烧碱量32629t,吨碱成本654元。山东日照森博浆纸有限责任公司于2002年7月投产运行的单汽包碱回收炉,处理能力为1204t/d黑液固形物,设计工作压力6.8MPa,工作温度480℃。采用三次供风,二次风占总风量的50%~60%,供风风嘴分布采用左右侧墙交叉供风,这样能减少飞灰,又能在炉膛底部形成一调温区,使燃烧稳定;装备8只黑液喷枪和6只油枪;蒸发采用结晶蒸发黑液增浓技术,入炉黑液浓度达到73%,使得碱回收炉热效率提高3%~6%;SO2、TRS排放量大大减少;芒硝还原率提高到97%以上;碱炉运行更安全,稳定性有了很大提高。金光集团APP海南洋浦浆纸业有限公司从AkerKvaerner公司引进5000~5500t/d黑液干固物碱回收炉,是世界上超大型碱回收炉,这台碱回收炉产量高、环保好、尾气排放少,能够处理高、低浓臭气。2.2.2碱回收炉的利用近几年,我国草浆碱回收炉有了很大改进,多数企业都采用了以高温供风为特点的碱回收炉,整个炉型的结构及供风设计都基本符合草浆黑液的特点,从理论上解决了草浆黑液燃烧的技术问题,从而形成具有中国特色的草浆黑液碱炉,主要特点有:(1)合理设置送风系统,三次风用单独风机供风,并合理调整供风分配比率,一次风占50%,二次风占40%,三次风占10%。保持较高的热风温度,一、二次风温为280℃,三次风温为150℃。(2)控制出口蒸汽温度,采用喷水减温系统,克服了过热器超温的现象,并能进行有效调节,如武汉晨鸣、广宁纸厂等的碱回收炉采用该系统,都取得了较好的效果。(3)省煤器氧腐蚀基本得到控制,中压碱回收炉采用130℃高压除氧给水,由氧腐蚀引起的泄漏已很少在省煤器立管中出现,对于小集箱与管子焊缝根部泄漏问题,可通过改进加工工艺和焊接方法解决。(4)调整黑液喷枪角度,减小黑液雾化粒度,减少了黑液粘壁落挂,黑液入炉量由9m3/h提高到14m3/h。(5)结构上,①开发了单汽包低臭型碱回收炉,取消了圆盘蒸发器黑液直接蒸发系统;②增加卫燃带敷设面积,以保证低浓度、高水分的草浆黑液点火和稳定燃烧;③碱回收炉采用瘦高形炉膛。炉膛上部受热面布置有3种形式:水冷屏、汽冷屏和既无水冷屏又无汽冷屏。只要设计合理,这3种形式都是可行的;④锅炉管束与省煤器在布置高度上趋于一致,并尽可能在运转层上方,且有足够的空间。这将使设置其下方的灰斗及碱灰系统设备布置更为方便合理。有些企业的碱回收炉使用了卧管翅片省煤器,它使其尾部结构十分紧凑,同时也便于吹灰。河南新乡新亚集团股份有限公司于2003年投产了日处理130t黑液固形物的草浆碱回收炉,一次试车成功,点火后甩掉油枪,不用油助燃。碱回收率80%,黑液提取率88%~90%,日平均回收碱32t,回收成本在800元/t左右。山东华泰纸业集团股份有限公司130t/d浆使用WGZ14-1.27-1型160t/d黑液固形物碱回收炉,采用低臭型单汽包,取消了圆盘蒸发器黑液直接蒸发系统,使用三电场静电除尘器,除尘效率99.2%。2004年碱自给率82%,年回收烧碱16728t。3碱回收炉的发展趋势3.1碱回收炉设计特点随着碱法制浆造纸企业规模的扩大,碱回收炉的生产能力也不断增大。(1)我国在20世纪60年代末最大的木浆碱回收炉生产能力为日处理黑液固形物150t;20世纪80年代初达到450t;20世纪90年代初达到1000t。20世纪70年代初,我国草浆碱回收炉生产能力为日处理黑液固形物5~15t;20世纪80年代初达到50t;20世纪90年代达到75~100t。(2)国外的制浆造纸厂,20世纪50—60年代碱回收炉生产能力小于1000t/d黑液固形物;20世纪80年代,新碱回收炉的设计能力为3000t/d黑液固形物,这在当时被视为是最大生产能力;而到了20世纪90年代,有超过10%的碱回收炉以日处理2500~3500t黑液固形物在运转。3.2提高碱回收利用标准由于碱法制浆造纸厂对动力的需要量越来越大,为了取得热电平衡,碱回收炉不断提高过热蒸汽参数和燃烧黑液浓度。这一趋势在能源不足的北欧国家更为明显。(1)烧黑液浓度MPa,过热蒸汽温度450℃,燃烧黑液浓度55%;20世纪90年代达到6.7MPa,450℃或480℃,燃烧黑液浓度65%~68%。(2)热蒸汽燃烧黑液的研究MPa,过热蒸汽温度460℃,燃烧黑液浓度65%;20世纪90年代碱回收炉过热蒸汽压力达到8.5MPa,过热蒸汽温度480℃,燃烧黑液浓度75%。美国在20世纪90年代的碱回收炉过热蒸汽压力8.5MPa,过热蒸汽温度480℃,燃烧黑液浓度75%。3.3提高黑液浓度的影响为了使烟气排放符合国家对环境保护的要求,需提高入炉黑液浓度,提高黑液浓度可使黑液稳定和无故障地燃烧,控制H2S的形成和使之氧化成SO2;取消传统的圆盘蒸发器,这样可减少烟气中H2S、SO2等有害气体的排放,以便达到环境保护的要求。3.4自动发布可达报报器及要求在碱回收系统中采用自动控制系统,不但会节省人力,而且有利于安全生产。(1)装有水位自动调节器,同时装设黑液浓度警报器,当黑液浓度连续20s低于55%时能自动发出警报。(2)装设监视燃烧的红外线扫描装置。当燃烧的火焰不正常时,火焰熄减警报器能在3s内发出提示,通过连锁装置在5s内快速关闭油阀门。(3)装有紧急停车和炉子放水系统连锁装置。在发出紧急停车讯号后,按预先拟定的程序开启或关闭各种有关的阀门与设备,在26min内完成停炉操作。(4)采用电子计算机控制上述自控装置和程序控制吹灰装置。3.5膜式水冷壁(1)碱回收炉的汽包趋向采用单汽包在碱回收炉的结构中,单汽包的设计比双汽包要安全得多,开机、停机速度快,并且单汽包碱回收炉的水循环系统比双汽包更可靠,同时因为单汽包锅炉管束无堵灰,吹灰次数比双汽包次数大为减少。(2)省煤器设计趋向于立管翅片式结构,其主要优点是易于清理和减轻堵塞。(3)新式碱回收炉炉墙水冷壁趋于采用焊接的膜式水冷壁。这样管间没有缝隙,不会漏熔融物和烟气,水冷壁管背面也不会受腐蚀。由于不漏气,炉子的热效率较高;管间距小,对同样宽的水冷壁,管子数量可以增加,从而可以提高炉子的热负荷,安装、拆换、检修方便。(4)最新的碱回收炉水冷壁管趋向于采用复合钢管或铬喷涂管。一次投资费用虽高一些,但维修费用低。(5)碱回收炉炉底采用膜式水冷壁并且向溜槽侧倾斜,这样有利于熔融物的流出,并且提高了碱炉的安全性,减少了维修工作量。(6)在一面的炉壁角装有一个薄弱环节,它在某种炉内压力下会自行裂开定向减放炉内气压,以预防由于可燃性气体爆炸而引起大面积损坏,保护炉子整体的安全。(7)圆盘蒸发器产生的二次汽是造成电除尘器部件腐蚀的主要因素,因此,取消圆盘蒸发器会使电除尘器寿命延长;(8)改进供