CN1912240A - 草浆造纸碱回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及造纸类，具体的讲是涉及一种草浆造纸碱回收方法，该方法将黑液蒸发和燃烧同时进行，使用热风炉直接向碱炉炉膛灌输火焰，补充草浆黑液用于燃烧的热量不足，并通过热风炉把加热过的风，经鼓风机输送到碱炉膛补充黑液燃烧所需要的氧气，维持碱炉的稳定燃烧，碱炉产生的新蒸汽供应真空蒸发器用于黑液蒸发，其优点是，提高了黑液的浓度，降低了碱回收的成本，精简了工艺设备，降低了投资。

Description

草浆造纸碱回收方法

技术领域

本发明涉及造纸类，具体的讲是涉及一种草浆造纸碱回收方法。

背景技术

我国的草类造纸原料蕴藏十分丰富，草类纤维原料是我国传统的主要造纸原料，草浆和其它原料纸浆配抄，可以生产出不同品种的高档次纸张，具有较高的性价比。草类浆中又以麦草浆产量比重最大。麦草浆相比木浆造纸成本降低1500～2000元。麦草浆造纸具有挺度高、紧度强、透明度低的优点。麦、稻草是我国农业的剩余物资，用麦、稻草及其它草类制浆造纸也为“三农”做了大好事，变废为宝增加了农民的收入，同时也提供了农村富余劳动力的就业机会。但是小草造纸用水多、污染环境严重，不适合我国可持续发展的方针。传统的草浆造纸多为碱法制浆，产生的废液即黑液所造成的污染到目前为止几乎还无法解决。以河南省为例，共有400多家造纸企业，通过了几十年的努力，但是已建回收处理制浆黑液的碱回收只有八家十一套设备，其余均因无法筹措巨资建造碱回收，或者已建的企业终因运行成本太高而停产(如中牟造纸厂)。由于治理黑液污染难度大、费用高、成效低，许多中小造纸厂黑液不经任何处理就任意排放，污染江河湖海破坏生态环境。因此，在我国还没有找到好办法治理黑液污染的情况下，政府只有采取勒令缺乏治污能力的中小化学草浆造纸厂“关、停、并、转”，转而花费60多亿美元进口木浆、废纸等造纸原料，同时尽一切努力加速建造造纸原料林地。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种草浆造纸碱回收方法，该方法对传统碱回收技术进行了必要的工艺设备改进，是适合草浆造纸企业处理回收制浆废液的草浆造纸碱回收方法。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种草浆造纸碱回收方法，包括黑液提取、蒸发、燃烧和绿液苛化工序，首先进行黑液的提取工序是将原浆经过至少二套螺旋输送机和螺旋挤浆机逆流洗浆和挤压，获得的稀黑液进入真空蒸发器进行蒸发，至半浓黑液，再经烟气蒸发器蒸发至浓黑液，后经碱炉燃烧，产生的熔融物经绿液苛化，将所获得的白液蒸煮回用，其特征在于黑液蒸发和燃烧以一体化循环的工作方式完成，该工作方式指的是使用热风炉直接向碱炉炉膛灌输火焰，补充草浆黑液用于燃烧的热量不足，并通过热风炉把加热过的风，经鼓风机输送到碱炉膛补充黑液燃烧所需要的氧气，维持碱炉的稳定燃烧，碱炉产生的新蒸汽供应真空蒸发器。

碱炉产生的烟气供应烟气蒸发器，该烟气后经引风机送出烟囱排出。碱炉的黑液喷枪口高度应该满足黑液经炉膛补充蒸发后，落入垫层的黑灰达到90％的干度。

真空蒸发器是由至少三个管式降膜真空蒸发器竖直重叠安装而成的，其液膜分布器由外挡圈和内挡圈构成，其中外挡圈上开设有供黑液通过的孔洞，内挡圈中间是二次蒸汽向上通过的空腔。

烟气蒸发器采用的是旋风喷淋蒸发器，该蒸发器在烟气进口处安装喷淋器，是既有喷淋蒸发装置又有旋风蒸发装置的烟气直接接触的顺流蒸发器。

在黑液提取工序中，在逆流洗浆和挤压的同时，还进行回流洗浆，该回流洗浆是将挤浆机排除黑液再次回流入该挤浆机内进行洗涤。

在黑液在蒸发之前，需要经过沉淀器沉淀。

在绿液苛化工序中，经沉淀去除绿泥、加石灰消化并经连续苛化后，先采用过滤机过滤苛化后的乳化液，再将去除了大部分的白泥后的白液进入沉淀器进行沉淀。

沉淀器包括外壳和内胆，其中外壳和内胆之间的空间为贮存室，内胆的内部表面空间为沉淀工作室，该工作室自下而上又分为泥层过滤区、澄清区和清液区三个区域。

本发明的优点是，提高了黑液的浓度，降低了碱回收的成本，精简了工艺设备，进一步降低了碱回收的成本，降低投资，是一种生产稳定的、适合我国国情的处理的回收草类纤维造纸制浆废液的生产系统，对于根治我国的造纸污染、解决我国的造纸原料供应问题、把我国建成世界上的造纸强国具有决定性的意义。

附图说明

附图1为本发明高浓提取黑液工艺流程图I；

附图2为本发明高浓提取黑液工艺流程图II；

附图3为本发明蒸发燃烧一体化工艺流程图；

附图4为本发明苛化后先过滤再沉淀工艺流程图；

附图5为本发明沉淀器工作结构示意图；

附图6为本发明叠装蒸发器工作结构示意图；

附图7为本发明叠装蒸发器液膜分布器结构示意图；

附图8为现有技术中传统蒸发器液膜分布器结构示意图；

附图9为本发明草浆黑液喷射炉(碱炉)工作结构示意图；

附图10为本发明旋风喷淋蒸发器工作结构示意图；

附图11为现有技术喷淋蒸发器工作结构示意图；

附图12为现有技术文丘里旋风蒸发器工作图；

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-12所示，标号1-37分别表示：上液室1、分离室2、分布器3、挡液环4、汽室5、列管6、下液室7、泵8、下液室9、液面10、过滤网11、清液管12、泥层过滤区13、澄清区14、清液区15、液膜分布器16、外挡圈17、内挡圈18、液面19、蒸发器孔板20、泄压器21、水冷壁22、炉衬23、耐火砖24、波纹管25、防爆门26、液面27、喷淋器28、碱灰碎解器29、文丘里30、I效蒸发器31、II效蒸发器32、III效蒸发器33、喷枪34、外壳35、内胆36、外挡圈17上的孔洞37。

本实施例方法，主要包括稀黑液提取、稀黑液蒸发、浓黑液燃烧、绿液苛化工序。

首先进行的稀黑液提取工序是将原浆经过三套(如图2)、或四套(如图1)螺旋输送机和螺旋挤浆机串联逆流洗浆和挤压，其中逆流洗涤是将下游挤浆机排出的黑液再逆流入上游挤浆机内，再次洗涤，同时，还进行回流洗浆，该回流洗浆是将挤浆机排出的黑液再次回流入该挤浆机内进行洗涤，以减少洗浆用水量来提高黑液的提取浓度。洗涤过程中用3吨或少于3吨的热水洗浆，提取出7吨或少于7吨的稀黑液，黑液的提取浓度将达到或高于16.8％。麦草原浆如果通过了四套螺旋输送机和双螺旋挤浆机的四段逆流洗涤和挤压，洗净浆的残碱含量将小于0.15g/l。麦草原浆如果通过了三套螺旋输送机和双螺旋挤浆机的三段逆流洗涤和挤压，洗净浆的残碱含量将小于0.397g/l。在黑液主流程中稀黑液在蒸发之前，经过沉淀器沉淀，用以清除泥沙、纤维等杂物，防止蒸发器结垢、结焦和堵塞，保持碱回收系统的长期稳定的运行。

之后进入蒸发器进行稀黑液蒸发，并将蒸发燃烧一体化，是用燃烧产生的热量把稀黑液蒸发成浓黑液，供继续燃烧，直接产碱，消除黑液污染。如图3所示，用草浆黑液喷射炉生产100℃的新蒸汽，供应由I、II、III效列管降膜真空蒸发器31、32、33组成的叠装蒸发器蒸发稀黑液产生半浓黑液；叠装蒸发器排出的二次蒸汽，经冷凝器的水冷却后变为污冷凝水，和蒸发器产生的污冷凝水一起排出；二次蒸汽中的不凝气由真空泵带出排入大气；叠装蒸发器生产的半浓黑液在旋风喷淋蒸发器中经喷射雾化后，受到黑液喷射炉过来的600℃的高温烟气的直接蒸发浓缩产生了浓黑液，储备到浓黑液槽后送黑液喷射炉燃烧；从旋风喷淋蒸发器排出的烟气，经由引风机送出烟囱排入大气。由于草浆黑液发热量低，本实施例设置了燃煤热风炉直接向黑液喷射炉炉膛灌输1000℃的火焰，补充草浆黑液用于燃烧的热量不足，同时通过热风炉把一、二次风加热到300℃的温度，经鼓风机输送到炉膛补充黑液燃烧所需要的氧气，维持黑液喷射炉的稳定燃烧，维持了蒸发燃烧的热平衡。热平衡是产生蒸发燃烧一体化的基础。蒸发燃烧一体化改变了传统生产工艺，缩短了生产线，减少了项目投资，提高了热效率，降低了生产成本。

叠装蒸发器是由I效、II效、III效列管降膜真空蒸发器31、32、33竖直重叠安装而成的如图6所示。稀黑液由外部进入，经过黑液泵送至I效蒸发器上液室，沿着挡液环下部的缝隙流到液膜分布器如图7所示，由于分布器外擋圈17的阻挡，使黑液形成了一定的液面高度，黑液便从每个分布器孔洞37依照相同的压力进入内部，又受到内擋圈18的阻挡，促使形成了液膜，液膜被分布器16内壁吸附并因重力而下降，当液膜过度到列管6以后，受到管外汽室的蒸汽加热和管内真空度的影响，由此发生了降膜蒸发。由降膜蒸发分离出的二次蒸汽向上升腾，经分布器16进入分离室2输出后供下一效蒸发器作热源使用如图6所示。降膜经蒸发后汇集到下液室，又成为供下一效继续蒸发的黑液。

本实施例的降膜分布器(如图7)与传统的降膜真空蒸发器的分布器(如图8)不一样，传统的降膜蒸发器的分布器浸没在黑液里，挡住了二次蒸汽上升，迫使二次蒸汽与黑液一起进入下液室，然后通过汽液分离器分开。因此传统的降膜蒸发器是不能进行叠装的，如果叠装的话必然会造成汽液分离困难而跑黑液。

进行蒸发器的叠装目的是，因为本发明蒸发的汽源是碱炉产生的不带压力的饱和蒸汽，如果不进行叠装，汽室和液室的温度差非常小，不具备蒸发作用。在叠装的情况下，就可以用黑液的位能换算成的高度制造出相应长度的U形管来控制蒸发器的真空度，使I效、II效、III效蒸发器31、32、33的真空度分别等于0.02MPa、0.04MPa和0.09MPa。黑液经过了III效蒸发器33的0.09MPa的真空蒸发，温度下降到45℃，泵入I效蒸发器31后与汽室100℃的蒸汽产生了55℃的温度差，温度差越大，传热效果越好。叠装蒸发器I效31的汽室与上液室的温度差相当于传统蒸发器的5倍。I效蒸发器31列管中的黑液液膜在受到汽室的加热的同时，还受到0.02MPa的真空蒸发，当液膜到达下液室聚集成黑液时还达到了93℃。这是因为列管6内壁的液膜吸收了汽室的大量的热量，使碱炉产生的蒸汽变成了冷凝水的缘故。反过来又由于蒸发产生了大量的冷凝水才满足了燃烧的产汽需要。这时黑液在一瞬间又进入II效32，通过0.04MPa的真空蒸发变成86℃，再回到III效33又通过0.09MPa的真空蒸发，产生了大量的二次蒸汽，排入冷凝器冷却成污冷凝水排放(见附图2)，达到了高效蒸发的目的。叠装式蒸发器为什么会产生高效蒸发呢？原因是黑液在效与效的互循环中，满足了最高温度差条件下的热交换和最高真空度条件下的蒸发。传统的蒸发工艺是黑液在单效进行自循环，汽室与液室的温度差恒定在几度或十几度的范围中进行热交换，在同一真空度的条件下进行蒸发。

如图10所示本实施例采用的旋风喷淋蒸发器与现有技术中的土碱回收的喷淋蒸发器(如图11)不同，其既有喷淋蒸发装置又有旋风蒸发装置的烟气直接接触的顺流蒸发器。旋风蒸发装置是指黑液由蒸发器顶部喷到带斜度的挡板上，顺缝隙流下成为厚度均匀的润壁黑液，与切线方向的旋风热流发生直接热交换的蒸发装置；喷淋蒸发装置是指经过许多喷头向高温烟气喷洒大量的黑液液滴，而发生直接热交换的装置。现有技术中的喷淋蒸发器(图11)是只有喷淋蒸发装置没有旋风蒸发装置的烟气直接接触的逆流蒸发器，因此喷淋蒸发器的蒸发效果和除尘效果都不理想。

本实施例的旋风喷淋蒸发器和传统碱回收的文丘里旋风蒸发器(如图12)比较相像，都有旋风蒸发装置，都是在烟气进口处安装喷头顺流直接接触蒸发黑液。不同之处是文丘里旋风蒸发器在烟气进口处安装文丘里30，本实施例在烟气进口处安装喷淋器28。现有技术中文丘里依靠消耗数倍的引风动力产生的压力降雾化黑液提高蒸发效率，产生压力降的装置是非常缩小的喉管，在500℃以上的高温条件下，高度雾化的黑液微粒会在喉管积聚从而产生不可避免的结焦和堵塞，引发经常性的停产，所以本实施例采用喷淋器而不取文丘里。

由于喷淋器28的雾化的效果远远不如文丘里，所以本实施例用三组喷淋器28每组至少十九个喷头同时进行工作，实践证明了多喷头的喷淋器的蒸发效果和除尘效果远远高于一个喷头的文丘里，其断面蒸发强度达到了1000kg水/m²h，除尘效率达到了96％以上。旋风喷淋蒸发器设置了碎解器29回收碱灰，增加了10％以上的碱回收率，消除了碱灰引起的设备堵塞，消除了碱灰引起的二次环境污染。

本实施例采用的草浆黑液喷射炉，如图9所示，草浆黑液喷射炉的直接产品是熔融物，加稀白液(苛化副产品，主要成分是水)后变为绿液(碳酸钠溶液)，供应苛化生产白液(氢氧化钠溶液)回收碱；草浆黑液喷射炉生产100℃的饱和蒸汽，供应叠装蒸发器蒸发黑液中的水分；草浆黑液喷射炉排出的烟气中含有600℃的热量，供应燃烧直接蒸发浓缩黑液之用。草浆黑液喷射炉安全稳定的生产保障体系有：水冷壁22给炉体降温，防止钢结构的烧损与变形，炉衬23防止向火面过度的热量散失，保护炉膛正常稳定的燃烧，波纹管25补偿炉体在燃烧过程中热胀冷缩的位移偏差，消除热应力，黑液热裂解产生的可燃性气体在不完全燃烧的条件下有可能发生爆炸，防爆门26用于消除隐患、释放爆炸压力、保护人员和设备安全。泄压器21释放蒸汽产生的压力，保护碱炉安全。

草浆黑液的特点是粘度高蒸发比较困难，超过40％的浓度就很难蒸发。由于草浆黑液蒸发后的浓度低，黑液本身的发热量又低，所以燃烧时的发热量就更低。

第一，把黑液喷枪口34提高到适当的高度，40％浓度的黑液喷射雾化后经过在该高度行程的炉膛高温的补充蒸发，使落到垫层变为保持90％干度的黑灰能参与稳定燃烧。

第二，提高炉膛温度。垫层下部去除水冷壁砌上耐火砖，让垫层保持足够高的温度，使熔融物顺畅流通；升高铬矿砂炉衬，减少向火面散热面积，提高炉膛温度。

第三，向炉膛灌热。安装一台燃煤火炉(即热风炉)直接向黑液喷射炉灌输1000℃的火焰提高炉膛温度；同时加热一、二次风使风温达到300℃时向炉膛送风，补充黑液燃烧所必须的高温氧气。向炉膛灌热有两大作用：一是去除了油枪，以煤代油，节约燃烧的生产成本；二是维持了蒸发燃烧热平衡，节约蒸发黑液的生产成本。

草浆黑液喷射炉通过以上三项重大改进最终保证了40％的低浓黑液入炉后的稳定燃烧。

草浆黑液喷射炉又通过采用旋风喷淋蒸发器回收烟气余热、回收碱灰，去除了传统黑液喷射炉的凝渣管、对流管束、省煤器、板式空气预热器、圆盘蒸发器、吹灰器、静电除尘器、碱灰溶解器等许多回收余热、回收碱灰的设备：还通过运用波纹管消除热胀冷缩应力把悬吊式方形炉体改为落地式圆形炉体，节约了钢材，节省了数倍的设备投资，简化了工艺操作。

之后的熔融物经绿液苛化工序，苛化后先过滤后沉淀，因为草浆造纸碱回收苛化后的乳化液粘度高、澄清难。如图4的绿液经沉淀去除绿泥、加石灰消化并经连续苛化后，先采用一台予挂式过滤机过滤苛化后的乳化液，再对去除了95％以上的白泥后的白液进行沉淀，就可以比较方便地去除了白液中残留的稀白泥，由此解决了澄清难。在图4的生产流程中，在主流程的右边对白泥加热水搅拌进行二次、三次的逆流洗涤与过滤沉淀回收稀白液，使最终排出的白泥残碱含量降低到1％以下。

苛化后先过滤后沉淀的生产工艺解决了澄清难，去除了大量的澄清设备，节省了苛化工段一半的设备投资。

在本实施例中采用的沉淀器，有黑液沉淀器，绿液沉淀器，白液、稀白液沉淀器。

如图5所示，其构造简单：外壳35是圆柱体，内胆36是圆锥体，圆柱体与圆锥体的夹层之间用于贮存清液，为贮存室，其余的内部空间叫做工作室。工作室才是设备主体，工作室自下而上又分为泥层过滤区13、澄清区14和清液区15三个区域。

泥层过滤区13是沉淀器最重要的区域，它又分进液、泥层过滤和排泥三个部位。进液部有一根进液管与流程相通。为了防止跑浑，进液管通过二次扩大和阻力减速，口径扩大到150倍，流速减小到0.02米/秒。进液管以上的过滤部是厚厚的泥浆层，输送来的液体中的泥浆通过泥层过滤而被阻留，向下沉淀到底部的直管段排泥部，被一根排泥管排出桶外。

澄清区14在圆锥体的上部。澄清区14的断面积逐渐扩大到最大化，液体上升的速度降低到在小化，成了“一潭静水”，导致微粒杂质的下沉，使液体澄清。

清液区15在澄清区以上的圆柱体部位，它可以起到进一步澄清的作用。清液依靠清液管12输送到贮存室。

黑液沉淀器还在清液管的入口的外围，安装了不锈钢过滤网11用以阻挡浮浆。

以下对草浆碱回收的各项技术指标与相关技术立表进行比较：

(一)、造价低(包括蒸发、燃烧、苛化四个工段的设备、仪表、管道的设计、制造安装调试；但是不包括提取工段的设施)：

造价(万元)	50吨浆/日	75吨浆/日	100吨浆/日	150吨浆/日
					草浆造纸碱回收系统	1000	1230	1420	1740
传统碱回收系统	4000	4900	5650	6950

(二)、寿命长

草浆造纸碱回收黑液喷射炉	传统碱回收黑液喷射炉	土碱回收黑液喷射炉
			30年以上	20年以上	3～6个月

(三)、黑液提取率高，碱回收率高，节约资源(提取黑液用水少、蒸发燃烧用煤少、洗后浆残碱低、中段水负荷低)

项目	草浆造纸碱回收系统	传统碱回收系统	土碱回收系统
				黑液提取率％	95	90	92.5
碱回收率％	73	70	57
				提取黑液浓度°Bé	9.4	5～6	8
提取黑液温度℃	80	60	80
				提取黑液量吨/吨浆	7	13	8
黑液固形物含量％	16.8	9.6	14.8

提取黑液用水量吨/吨浆	3	9	4
				蒸发燃烧耗煤量吨/吨浆	0.17	0.51	0.35
洗后浆残碱含量g/l	0.150	0.64	0.397
				减轻中段水负荷％	83	77	80

(四)、经济效益好

项目	草浆造纸碱回收系统		传统碱回收系统
					每吨碱成本	消耗	金额(元)	消耗	金额(元)
煤	1.058吨	529	1.780吨	890
					电	380度	198	900度	468
油	-	-	50公斤	150
					石灰	1.1吨	132	1.1吨	132
工资	3.4工日	204	5工日	300
					合计	-	1063	-	1940
烧碱价格	-	2000	-	2000
					折旧	10年	196	10年	784
盈利	-	741	-	-724

Claims (10)

1、一种草浆造纸碱回收方法，包括黑液提取、蒸发、燃烧和绿液苛化工序，首先进行黑液的提取工序是将原浆经过至少二套螺旋输送机和螺旋挤浆机逆流洗浆和挤压，获得的稀黑液进入真空蒸发器进行蒸发，至半浓黑液，再经烟气蒸发器蒸发至浓黑液，后经碱炉燃烧，产生的熔融物经绿液苛化，将所获得的白液蒸煮回用，其特征在于黑液蒸发和燃烧以一体化循环的工作方式完成，该工作方式指的是使用热风炉直接向碱炉炉膛灌输火焰，补充草浆黑液用于燃烧的热量不足，并通过热风炉把加热过的风，经鼓风机输送到碱炉膛补充黑液燃烧所需要的氧气，维持碱炉的稳定燃烧，碱炉产生的新蒸汽供应真空蒸发器。

2、根据权利要求2所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于所述碱炉产生的烟气供应烟气蒸发器，该烟气后经引风机送出烟囱排出。

3、根据权利要求1所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于所述碱炉的黑液喷枪口高度应该满足黑液经炉膛补充蒸发后，落入垫层的黑灰达到90％的干度。

4、根据权利要求1所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于所述真空蒸发器是由至少三个管式降膜真空蒸发器竖直重叠安装而成的。

5、根据权利要求4所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于所述真空蒸发器的液膜分布器由外挡圈和内挡圈构成，其中外挡圈上开设有供黑液通过的孔洞，内挡圈中间是二次蒸汽向上通过的空腔。

6、根据权利要求1或2所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于所述烟气蒸发器采用的是旋风喷淋蒸发器，该蒸发器在烟气进口处安装喷淋器，是既有喷淋蒸发装置又有旋风蒸发装置的烟气直接接触的顺流蒸发器。

7、根据权利要求1所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于所述的黑液提取工序中，在逆流洗浆和挤压的同时，还进行回流洗浆，该回流洗浆是将挤浆机排除黑液再次回流入该挤浆机内进行洗涤。

8、根据权利要求1所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于所述的黑液在蒸发之前，需要经过沉淀器沉淀。

9、根据权利要求1所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于在绿液苛化工序中，经沉淀去除绿泥、加石灰消化并经连续苛化后，先采用过滤机过滤苛化后的乳化液，再将去除了大部分的白泥后的白液进入沉淀器进行沉淀。

10、根据权利要求8所述的一种草浆造纸碱回收方法，其特征在于所述沉淀器包括外壳和内胆，其中外壳和内胆之间的空间为贮存室，内胆的内部表面空间为沉淀工作室，该工作室自下而上又分为泥层过滤区、澄清区和清液区三个区域。

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