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1、碱回收技术 (一) 1、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
2、，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
3、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
4、 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
5、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 58 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
6、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
7、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
8、 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，
9、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
10、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
11、-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。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。
12、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
13、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
14、入效，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
15、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。253、真空泵：用于抽出冷凝器内的不凝汽。常用
16、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
