制漿洗液堿回收狀況
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當(dāng)今堿法制漿已基本占領(lǐng)整個化學(xué)漿生產(chǎn)領(lǐng)域，堿回收成為化學(xué)漿廠組成中不可分割、不可缺少的一部分。各種原料(包括木材、蔗渣、蘆葦、麥草)的堿法制漿均配有堿回收，堿回收在治理黑液污染、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源和能源及實現(xiàn)我國造紙工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中起到了特別重要的作用。堿回收工藝具有顯著的節(jié)能效益。首先，燃燒有機(jī)污染物可生成大量熱能，用于發(fā)電。化工廠每生產(chǎn)1t燒堿，其平均能耗為1.6t標(biāo)準(zhǔn)煤，而造紙廠每回收1t燒堿，可形成0.5t標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能能力，兩項總計共形成2.1t標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能能力，還可以節(jié)約大量的水資源［1］。
我國的制漿黑液堿回收，不僅消化吸收了世界上先進(jìn)的木漿黑液堿回收技術(shù)、設(shè)備和自動控制技術(shù)，而且研究、開發(fā)了適合我國非木漿黑液的堿回收。我國制漿黑液堿回收的現(xiàn)狀如表1所示［2］。目前造紙發(fā)達(dá)國家的木漿黑液堿回收向著大型、環(huán)保節(jié)能型、安全自控型的方向發(fā)展［3］。我國麥草漿黑液的堿回收在集中了堿回收技術(shù)進(jìn)步的成果(包括干濕法備料、連續(xù)蒸煮、黑液提取)及幾代人的實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，2000年由中國節(jié)能投資公司資助的一批75～100t/d麥草漿黑液堿回收項目投產(chǎn)成功并基本達(dá)到預(yù)定的效果［3］。由于收購原料的路程及運輸?shù)纫蛩氐挠绊懀袩o規(guī)模非常大的堿回收，下面就我國正在運行的麥草漿黑液堿回收與木漿黑液堿回收進(jìn)行分析研究。
2木漿與麥草漿黑液堿回收的區(qū)別
木漿黑液的堿回收通常分為四個階段:黑液的蒸發(fā)、燃燒、苛化和白泥回收;而麥草漿黑液的堿回收由于白泥回收會造成硅積累等問題，故白泥一般隨綠泥一起排出，不在本系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。所以麥草漿黑液堿回收不包括白泥的回收，通常分為三個階段。下面就從這幾個階段來分析木漿與麥草漿黑液堿回收的區(qū)別。
2.1黑液蒸發(fā)部分
2.1.1黑液提取
目前，世界上先進(jìn)的木漿黑液提取率接近100%，而我國麥草漿黑液提取率偏低，一般僅為80%～88%，甚至更低。麥草漿黑液提取率低導(dǎo)致堿回收率低。紙漿洗滌和黑液提取得到的黑液濃度:木漿黑液為14%～20%，麥草漿黑液為8%～13%。這是因為麥草化學(xué)漿具有濾水困難，而潤脹、擴(kuò)散又相對容易的特點，這與化學(xué)木漿正好相反［3］，這就導(dǎo)致了麥草漿黑液蒸發(fā)的能耗高。
2.1.2出蒸發(fā)效黑液濃度
當(dāng)溫度一定時，每種原料黑液都有一個“臨界濃度”(既可能達(dá)到的最大濃度)。超過這個濃度，黑液黏度急劇增加。黑液的黏度影響蒸發(fā)速率、傳熱速率和噴黑液的液滴粒度。90℃時，針葉木漿黑液的臨界濃度約為55%，麥草漿的約為40%。按照常規(guī)方法，經(jīng)過多效真空蒸發(fā)系統(tǒng)，首先利用蒸汽間接加熱的方法加熱黑液再通過直接蒸發(fā)設(shè)備，利用堿回收爐尾部煙氣直接加熱增濃黑液最后得到的黑液濃度:木漿黑液一般為60%～65%，麥草漿黑液一般為50%～55%。
2.1.3污冷凝水的清濁分流
二次蒸汽產(chǎn)生的污冷凝水含有的熱量，經(jīng)擴(kuò)容減壓產(chǎn)生的閃蒸蒸汽作為次一效的補(bǔ)充熱源，熱量得到了一定程度的回收。同時，還可以回用冷凝水，達(dá)到節(jié)水節(jié)能的目的。但是污冷凝水中又往往含有TRS(總還原硫化物)，且BOD含量高。要想達(dá)到節(jié)水節(jié)能的目的，就必須對其進(jìn)行處理。可以對二次蒸汽冷凝水采用清濁分流的方法進(jìn)行處理，從而減輕廢水的處理負(fù)荷。目前，先進(jìn)的木漿廠一般都采用污冷凝水處理裝置。一是進(jìn)效稀黑液的蒸發(fā)采用帶有自身汽提的低BOD蒸發(fā)器，實現(xiàn)污冷凝水清濁分流;二是利用汽提塔對濁污冷凝水進(jìn)行汽提處理。經(jīng)處理后的清污冷凝水可用于紙漿或者白泥的洗滌。麥草漿黑液的堿回收一般都沒有采用污冷凝水的清濁分流措施。
2.1.4對不凝氣的處理
不凝氣中往往含有TRS，直接排空會污染環(huán)境;尤其是硫酸鹽法制漿產(chǎn)生的臭氣更為嚴(yán)重，隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)，對臭氣的處理更為緊迫［3］。先進(jìn)的木漿黑液蒸發(fā)系統(tǒng)一般將臭氣引入石灰回轉(zhuǎn)窯或者堿回收爐燒掉。而麥草漿黑液蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的臭氣的處理還沒有列入日程，所以基本沒有處理。
2.2黑液燃燒部分
2.2.1提高黑液入爐濃度的措施
普通的降膜板式蒸發(fā)器能較容易得到濃度65%～67%的木漿黑液，如果濃度提高到70%以上就會出現(xiàn)傳熱面結(jié)垢的問題，嚴(yán)重影響蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力。可采用結(jié)晶蒸發(fā)技術(shù)來提高木漿黑液的蒸發(fā)濃度，同時解決高濃蒸發(fā)時蒸發(fā)器結(jié)垢的問題。該系統(tǒng)把濃度約65%的濃黑液泵送至堿回收爐混合槽內(nèi)，添加芒硝和堿灰，用芒硝和堿灰的無機(jī)鹽顆粒作為晶核，然后再送回Ⅰ效蒸發(fā)器重新進(jìn)行結(jié)晶蒸發(fā)，能產(chǎn)生濃度為73%～75%的超濃黑液。這是因為沉淀和污垢發(fā)生在晶核粒子上，不在傳熱面上。同時，液體在高速循環(huán)時，由于剪切力的作用，可以降低黑液黏度，從而可以提高傳熱系數(shù)。麥草漿黑液的堿回收多利用堿回收爐自帶的圓盤蒸發(fā)器來提高進(jìn)爐黑液的濃度和溫度。圓盤蒸發(fā)器是利用堿回收爐尾部排煙的熱能，對蒸發(fā)站送來的黑液進(jìn)行直接蒸發(fā)，使黑液濃度達(dá)到入爐要求，同時降低了排煙溫度。直接蒸發(fā)是利用燃燒爐的煙道氣作為熱源，直接接觸廢液而蒸發(fā)，廢液還吸收煙道氣中的堿灰。經(jīng)過直接蒸發(fā)后，麥草漿黑液固形物含量可達(dá)到50%～55%，基本上可滿足下一階段的燃燒要求。
2.2.2堿回收爐結(jié)構(gòu)
麥草漿黑液堿回收爐是在吸收木漿黑液堿回收爐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)麥草漿黑液的特點發(fā)展而來的，所以其在設(shè)計上有很多特殊的地方。新型麥草漿黑液堿回收爐的設(shè)計具有如下特點:(1)采用了適合麥草漿黑液的瘦高形爐膛，并且提高了黑液噴槍的高度，延長了干燥行程。由于麥草漿黑液的入爐狀態(tài)達(dá)不到著火燃燒條件，需要先脫水干燥，而這一過程要在爐內(nèi)進(jìn)行。麥草漿黑液干燥所需的熱量份額為木漿黑液的3倍，而黑液的蒸發(fā)干燥又是在下落的過程中完成的，所以在爐膛結(jié)構(gòu)上要有足夠的高度來保證所需的干燥時間。(2)選取了較寬的水冷壁管節(jié)距，降低了爐膛的水冷程度。麥草漿黑液與其他漿種黑液相比，其液滴的表面張力較大，不利于水分蒸發(fā)。而表面張力與液滴所處的環(huán)境溫度成反比。因此，可以通過選取較寬的水冷壁節(jié)距來減少水冷壁面積以實現(xiàn)較高的環(huán)境溫度。(3)選用了新型煙氣-板式空氣預(yù)熱器，提高供風(fēng)溫度。由于麥草漿黑液墊層的黑灰體積質(zhì)量比較大，再加上需要更高的爐溫來干燥黑液液滴，因此一次風(fēng)、二次風(fēng)的溫度不宜小于250℃。麥草漿黑液的一次風(fēng)、二次風(fēng)，由鼓風(fēng)機(jī)先送進(jìn)蒸汽-空氣預(yù)熱器，加熱到150℃后，進(jìn)入堿回收爐的煙氣-空氣預(yù)熱器加熱，風(fēng)溫可達(dá)250℃以上。
2.2.3產(chǎn)熱參數(shù)
由于麥草漿黑液的含硅量高、黏度高、不易蒸發(fā)、熱值低、含灰量大，屬于劣質(zhì)燃料，再加上黑液進(jìn)爐時固形物含量低，這樣產(chǎn)生的蒸汽質(zhì)量也會明顯下降。只能生產(chǎn)壓力為1.3MPa、溫度為191.5℃左右的中壓飽和蒸汽。相比之下，木漿黑液堿回收采用結(jié)晶蒸發(fā)，提高進(jìn)爐黑液濃度，可以減去圓盤蒸發(fā)等直接蒸發(fā)設(shè)備，采用大面積省煤器回收煙氣的熱量，提高熱量的利用率。同時，在木漿黑液堿回收爐的爐膛上面，鍋爐管束的前面裝有過熱器。它可以利用煙氣加熱從汽包中來的飽和蒸汽，提高蒸汽溫度使之成為過熱蒸汽。通常可以生產(chǎn)出壓力為6.8MPa、溫度為480℃的高壓過熱蒸汽，同時可以降低煙氣的溫度。生產(chǎn)過熱蒸汽可以更有效地利用蒸汽，使之通過汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2.2.4堿灰處理
木漿的蒸煮基本采用硫酸鹽法。在燃燒前要往黑液芒硝混合槽中補(bǔ)加芒硝。同時，把收集到的堿灰與黑液混合，再送到芒硝黑液混合槽，與補(bǔ)充芒硝和濃黑液一起送去結(jié)晶蒸發(fā)效增濃，再送入堿回收爐燃燒。麥草漿基本采取燒堿法或燒堿-蒽醌法制漿。不需補(bǔ)加芒硝，并且堿灰基本上是碳酸鈉，所以可將收集到的堿灰直接送入熔融物溶解槽，進(jìn)而送入到苛化系統(tǒng)。
2.3黑液苛化部分
2.3.1對白泥的處理
生產(chǎn)1t紙漿所產(chǎn)生的黑液在堿回收過程中可產(chǎn)生0.50～0.65t的白泥。采用回轉(zhuǎn)爐煅燒法回收石灰，雖然成本有時會高于商品石灰，但由于其第一解決了固體廢物排放的污染問題，第二保證了回收石灰的質(zhì)量，所以木漿黑液堿回收的白泥可以采用煅燒石灰的方法進(jìn)行回收，這是木漿黑液堿回收特有的階段。而麥草漿黑液堿回收產(chǎn)生的白泥中硅含量較高，燒出的石灰難以進(jìn)行良好的消化，還會造成硅積累等問題。因此一般隨綠泥、綠砂一起直接排出系統(tǒng)外。這樣雖然暫時解決了堿回收的問題，但留下了固體廢物的積累問題，這是麥草漿黑液堿回收面臨的嚴(yán)峻的環(huán)境問題。
2.3.2白泥的回收
木漿黑液堿回收的白泥采用煅燒石灰的方法進(jìn)行回收，在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。麥草漿黑液堿回收的白泥由于上述原因不能在系統(tǒng)內(nèi)回收，只能考慮在系統(tǒng)外回收。例如:用作水泥生產(chǎn)的原料［4］;制備輕質(zhì)碳酸鈣［5］;在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中作為樹木增壯劑、林區(qū)道路穩(wěn)定劑、漁業(yè)用石灰原料以及土壤調(diào)理劑等使用［6］。2005年泰格林紙集團(tuán)岳陽紙業(yè)公司興建了新的堿回收苛化工序，并在原有苛化工序上建立了1條100t/d白泥精制填料級碳酸鈣新工藝生產(chǎn)線［7］。
3堿回收的能耗分析
3.1木漿與麥草漿黑液典型堿回收的實例
對我國國內(nèi)以闊葉木和麥草為制漿原料的黑液堿回收的能源消耗進(jìn)行了調(diào)查，考察的范圍包括堿回收的蒸發(fā)、燃燒、苛化三個階段。這兩種原料制漿黑液堿回收的主要參數(shù)見表2。該木漿生產(chǎn)屬于我國大型制漿企業(yè)，堿回收系統(tǒng)規(guī)模大，設(shè)備先進(jìn)，原料優(yōu)質(zhì)，可以代表國內(nèi)最優(yōu)秀的木漿黑液堿回收生產(chǎn)技術(shù)。該麥草漿生產(chǎn)所屬為我國中型制漿廠，設(shè)備、技術(shù)都具有普遍性，代表著國內(nèi)普遍的堿回收技術(shù)水平。
3.2木漿與麥草漿黑液堿回收能耗的分析
3.2.1蒸發(fā)系統(tǒng)能耗
以平衡1t絕干漿為基準(zhǔn)，對上述木漿、麥草漿黑液堿回收蒸發(fā)系統(tǒng)能耗的分析見表3。蒸發(fā)所消耗的水不包括清潔用水，主要消耗在表面冷凝器真空泵處，這是為了吸移熱的不凝氣，補(bǔ)充少量的冷清水來降低工作水的溫度。熱耗主要是進(jìn)Ⅰ效的新鮮蒸汽。表3中提到的電耗為系統(tǒng)內(nèi)部用電設(shè)備的電耗，一般不包括照明、采暖、空調(diào)和儀表自動化的用電。由于麥草漿黑液在進(jìn)效時稀黑液濃度低、含水量高，所以單位蒸發(fā)的水量高于木漿。木漿的生產(chǎn)規(guī)模要大于麥草漿，故熱耗和電耗便會適當(dāng)?shù)販p少。
3.2.2燃燒系統(tǒng)能耗
以平衡1t絕干漿為基準(zhǔn)，對木漿、麥草漿黑液堿回收燃燒系統(tǒng)能耗的分析見表4。燃燒系統(tǒng)的汽耗包括空氣預(yù)熱器、除氧、吹灰等的蒸汽，這些蒸汽來自于堿回收爐，故稱作自用氣;表4中提到的自用電是系統(tǒng)內(nèi)部用電設(shè)備的電耗，一般不包括照明、采暖、空調(diào)和儀表自動化的用電。其中毛效率指供給熱量(不含電耗)中有效熱量(沒有考慮系統(tǒng)自用熱量)的百分比。凈效率是扣除系統(tǒng)自用熱量后供給熱量(不含電耗)與有效熱量的百分比。純效率是扣除系統(tǒng)自用熱量后的有效熱量與供給能量(包括電量)的百分比。燃燒系統(tǒng)的熱效率很高，能夠生產(chǎn)大量蒸汽，尤其是木漿黑液燃燒，可以生成大量過熱蒸汽，不僅可以滿足本工段的需求，而且很多熱量還可以用到其他工段。如果安裝熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，即可自己發(fā)電，使更多的熱能轉(zhuǎn)化成電能，能夠更大程度地利用熱量。由表4可以看出，木漿黑液的各種效率都高于麥草漿黑液。這是由于木漿和麥草漿黑液的堿回收存在著前述的差異，而且木漿黑液堿回收的工藝較麥草漿相比也更為成熟。平衡1t絕干漿，木漿黑液燃燒可產(chǎn)生7.5t、壓力為6.8MPa、溫度為480℃的高壓過熱蒸汽。擬用背壓式汽輪機(jī)發(fā)電，背壓的蒸汽參數(shù)為壓力0.5MPa、溫度270℃時，當(dāng)汽輪機(jī)的機(jī)械效率(η1)為94%、內(nèi)效率(η2)為80%、發(fā)電機(jī)效率(η3)為94%時，可發(fā)電為:
3.2.3苛化系統(tǒng)能耗
對木漿、麥草漿黑液堿回收苛化系統(tǒng)能耗的分析見表5。苛化系統(tǒng)產(chǎn)生的用水量，主要是清洗綠砂、綠泥、白泥的洗滌水，不包括清潔用水;而熱耗主要是苛化器的加熱蒸汽;表5中提到的電耗為系統(tǒng)內(nèi)部用電設(shè)備的電耗，一般不包括照明、采暖、空調(diào)和儀表自動化的用電。
3.3木漿與麥草漿黑液堿回收產(chǎn)品的分析
3.3.1木漿與麥草漿黑液堿回收主要產(chǎn)品
堿回收的主要目的就是產(chǎn)生蒸汽和回收堿。由表2、表4可知，木漿黑液堿回收產(chǎn)生6.8MPa、480℃的高壓過熱蒸汽23476.43MJ/t漿。這些過熱蒸汽可以通過汽輪機(jī)用以發(fā)電，滿足堿回收系統(tǒng)自用能量。剩余能量還可用在制漿系統(tǒng);麥草漿黑液堿回收產(chǎn)生1.3MPa、191.5℃中壓飽和蒸汽19145.57MJ/t漿。由于麥草漿黑液燃燒產(chǎn)生的蒸汽熱量少、質(zhì)量差，往往不用于發(fā)電。平衡1t絕干漿，木漿黑液堿回收產(chǎn)生100℃、96g/L的濃白液，堿量為0.550t。這些堿液可用于制漿生產(chǎn)中蒸煮液的配制。木漿黑液堿回收回收噸堿的成本為517.30元，堿自給率可以達(dá)到100%。平衡1t絕干漿，麥草漿黑液堿回收產(chǎn)生100℃、70g/L的濃白液，堿量為0.257t。麥草漿黑液堿回收回收噸堿的成本為1074元。麥草漿堿自給率約為80%，回收的堿量不能全部滿足蒸煮用堿量的需求，需要另購商品堿以滿足蒸煮需求。
3.3.2木漿與麥草漿黑液堿回收副產(chǎn)品
3.3.2.1污冷凝水
在蒸發(fā)段會產(chǎn)生二次蒸汽冷凝水。木漿黑液堿回收蒸發(fā)段二次蒸汽依次經(jīng)Ⅰ效、Ⅱ效、Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效、Ⅵ效蒸發(fā)器后進(jìn)入表面冷凝器，排出75℃輕污冷凝水、60℃輕污冷凝水和60℃重污冷凝水。60℃重污冷凝水進(jìn)入汽提塔，與來自結(jié)晶蒸發(fā)器和Ⅰ效蒸發(fā)器的部分二次蒸汽進(jìn)行汽提，排出70℃輕污冷凝水。重污冷凝水經(jīng)過汽提之后污染負(fù)荷大幅度降低，CODCr值從進(jìn)口的5619.7mg/L減少到出口的522.9mg/L，去除了90.7%;BOD5從進(jìn)口的1177.1mg/L減少到出口的92.83mg/L，去除了92.1%，從而減輕了廢水處理的負(fù)荷;麥草漿黑液堿回收蒸發(fā)段二次蒸汽經(jīng)Ⅱ效、Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效蒸發(fā)器后進(jìn)入表面冷凝器，排出65℃冷凝水。這些冷凝水可以用于紙漿和白泥的洗滌，從而減少了清水的使用量。又由于其溫度較高，同時還可以達(dá)到節(jié)能的目的。
3.3.2.2冷卻水
平衡1t木漿絕干漿，需要52.35t冷卻水，進(jìn)入表面冷凝器后溫度可從20℃升高到40℃;平衡1t麥草漿絕干漿，需要55.96t冷卻水，進(jìn)入表面冷凝器后溫度可從33℃升高到45℃。這些冷卻水的數(shù)量非常大但溫度卻不高，可以導(dǎo)入冷卻塔循環(huán)使用。但由于冷卻塔的水可能含有雜質(zhì)，如果用于供給漂白車間作為工藝熱水使用，則需要用原水作為冷卻水。
3.3.2.3不凝氣
木漿大多采用硫酸鹽法制漿，不凝氣的臭氣污染更為嚴(yán)重。根據(jù)不凝氣的成分含量可以將其分為:高濃度小容積不凝氣(HCLV)、低濃度大容積不凝氣(LCHV)和汽提塔氣體。不凝氣通常在石灰回轉(zhuǎn)窯、動力鍋爐和堿回收爐中燃燒，也可用獨立的燃燒器燃燒。有所不同的是LCHV的TRS含量比較低，可作為燃燒用的空氣使用。HCLV和汽提塔氣體的TRS和甲醇含量比較高，存在爆炸的危險，所以在輸送、洗滌和燃燒時應(yīng)注意防止出現(xiàn)爆炸。麥草漿大多采用燒堿-蒽醌或燒堿法制漿，臭氣的污染較輕，所以對其的處理還沒有列入日程，基本沒有處理。
3.3.2.4綠泥、綠砂、白泥
綠泥是綠液中的雜質(zhì)，綠砂是苛化時石灰中的雜質(zhì)。以平衡1t絕干漿計算:麥草漿黑液堿回收產(chǎn)生干度為10%的綠泥0.11t，送輔助苛化器與后白泥混合排出系統(tǒng)外;木漿黑液堿回收產(chǎn)生干度為45%的綠泥0.039t，由于木漿白泥在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，所以木漿綠泥直接排出系統(tǒng)外。由于數(shù)量不大，目前木漿和麥草漿黑液堿回收產(chǎn)生的綠泥、綠砂都是送至堆場或作填埋處理。但是這些措施都有潛在的環(huán)境問題，都是目前急需解決的問題。以平衡1t絕干漿計算:木漿黑液堿回收產(chǎn)生干度為75%的白泥0.985t，可采用煅燒石灰的方法進(jìn)行回收，在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用;麥草漿黑液堿回收產(chǎn)生干度為60%的白泥0.578t，麥草漿黑液堿回收產(chǎn)生的白泥由于2.1.3所述原因不能在系統(tǒng)內(nèi)回收，只能考慮在系統(tǒng)外回收。
4結(jié)語
我國目前運行的較先進(jìn)的木漿黑液堿回收系統(tǒng)基本上都是從國外引進(jìn)的項目，從能耗的分析、污染物的治理等各方面均處在世界領(lǐng)先的水平;麥草漿黑液的堿回收具有中國特色，是我國業(yè)界人士在消化吸收國外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)麥草漿黑液的特點逐步發(fā)展而來的，麥草漿黑液堿回收在回收熱能治理污染方面雖然發(fā)揮了巨大的作用，但與國外先進(jìn)的木漿黑液堿回收相比，還有很大的差距，還需要繼續(xù)努力，不斷提高。
