黑液组成黑液碱回收.pdf

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1、黑液组成黑液碱回收 黑液的碱回收 黑液的组成 在碱法蒸煮过程中，将近有一半植物纤维原料成分溶解于蒸煮药液内而成为黑液。每生产一 吨纸浆可得黑液1012 米 3，其中约有一吨有机物质和四百公斤碱类、硫化物等。 黑液的组成决定于蒸煮时所用的蒸煮液、采用的植物纤维原料的品种以及采取的蒸煮方法 等。一般在黑液固形物中含有6570%的有机物和30 35%的无机物，并且有机物与无机 物含量的比值均在1.92.5 之间。在有机物中主要是碱化木素、硫化木素 （约占 3040%） 、 挥发性有机酸（约占1017%）以及其他反应生成物等。无机物主要是与有机物化合的钠、 游离的氢氧化钠、硫化钠、碳酸钠、硫酸钠和硫代

2、硫酸钠等，其中全碱量约占85%以上。 至于无机物中二氧化硅含量根据原料品种的不同，差别甚大， 如木、竹、 棉秆等纸浆的黑液 含硅量较低， 仅为 0.72.0%，而草类纸浆的黑液含硅量较高，有达 59%（蔗渣、 苇荻浆）， 甚至 1524%（稻麦草浆） 。 碱回收常用术语 黑液与黑灰： 蒸煮后所得的褐黑色液体称为黑液，将黑液蒸浓之后再进行煅烧所得黑色粉状 物称为黑灰。 绿液：用稀白液或水浸取黑灰或熔融物所得绿色的液体称为绿液，其主要成分为碳酸钠和硫 化钠等。 还原率：系指绿液中Na2S 占 Na2S+Na2SO4 重量的百分比。 苛化率：系指绿液被苛化的程度。 白液：指碱回收系统回收所得色泽浅淡

3、的碱液。 碱回收的流程 如图 4-30 为常规木浆黑液碱回收流程，主要包括黑液的蒸发、燃烧、苛化以及石灰回收。 图 4-30 木浆黑液碱回收流程图 （1）黑液的蒸发 黑液蒸发的目的 蒸发的目的在于除去黑液中多余的水分，以适应燃烧的需要。木浆稀黑液浓度一般为11 14 B（ 15） ，相当于含固形物14%19%；草浆稀黑液浓度为58B（ 15） ，约含 固形物7%10%。燃烧需要黑液的浓度达55%65%固形物。要获得较高浓度的黑液，通 常采用两段蒸发方法： 第一段在多效蒸发器中进行，可将黑液浓缩至含50%55%的固形物； 第二段采用直接接触蒸发，在烟气与黑液直接接触蒸发器中进行，可浓缩到含固形物

4、55% 65%的浓度。也可用增浓蒸发器获得含固形物65%左右的浓黑液。 碱回收的流程 （1）黑液的蒸发 蒸发前的预处理 过滤： 将稀黑液中夹带的细小纤维和残渣滤掉，防止蒸发器产生纤维性管垢。常用圆网过滤机和斜 筛等设备。使用真空洗浆机提取黑液时，因纤维流失少，黑液可不必过滤。 氧化： 硫酸盐浆黑液氧化的目的是为了减少黑液中硫的损失及其对环境的污染，降低黑液的腐蚀 性。因黑液中硫化钠未经氧化不稳定，在蒸发、燃烧过程中易生成硫化氢而损失掉。逸出的 硫化氢，不但污染环境，降低白液的硫化度，还会对蒸发设备起腐蚀作用，其化学反应氧化 后的黑液生成较稳定的硫代硫酸钠和硫酸钠，使硫的损失减少。 2Na2S

5、+ 2O2 + H2O Na2S2O3 + 2NaOH Na2S + 2O2 Na2SO4 黑液的氧化可采用接触法、泡沫法、喷淋法，促使黑液充分与空气接触进行氧化。另一种是 用分子氧在活塞式流动反应器中进行黑液氧化。氧化后的黑液浓度提高1.5% 2%，制得的 白液硫化度提高5%8%。 但是在黑液氧化过程中，已放出一部分热量，降低了黑液燃烧值， 且蒸发过程易结垢，草浆黑液因硫化度低，含硅量高不宜氧化。 除硅： 草类原料灰分较高，灰分中一半以上是二氧化硅。在蒸煮过程中二氧化硅溶于碱液，黑液中 的二氧化硅含量约为总固形物的2%12%。二氧化硅含量过高，易造成蒸发器结垢，使传 热系数降低； 燃烧时黑液

6、热值减小，熔物熔点升高， 纯度降低； 由于硅酸钙沉淀在石灰粒上， 使苛化率降低， 澄清速度缓慢。如果白泥中硅积累过多，则失去白泥回收价值。为了减少硅 干扰， 常在蒸发前在黑液中补加烧碱，使黑液中氧化硅全部处于游离状态，或者在蒸发前除 硅。目前国内黑液除硅还末普遍工业化，仅个别厂进行了工厂型试验。试验中除硅是二氧化 碳法。将二氧化碳或烟道气通入80稀黑液中生成硅酸沉淀，用NaOH 稀碱液洗涤沉渣， 回收沉淀木素，滤去H2SiO3 。 Na2SiO3 + 2 H2CO3 H2SiO3 + 2NaHCO3 另外一种除硅法是石灰法：在黑液中加入氧化钙，生成硅酸钙沉淀。 Na2SiO3 + Ca(OH)

7、2 CaSiO3 + 2NaOH 最近还有将铝土矿在燃烧前加入黑液中，生成铝酸钠。 当碱灰溶解时， 硅就呈硅酸铝钠的形 式沉淀下来，但铝土矿不能过量，以防绿液中有过多的铝离子。 2Al(OH)3 + Na2CO3 2NaAlO2 + CO2 + 3H2O Na2O Al2O3 4SiO2 + 8NaOH 除皂： 在硫酸盐木浆黑液里，有树脂酸和脂肪酸的钠盐，这些钠盐称为硫酸盐皂。松木浆的黑液硫 酸盐皂较多， 草类及杉木原料中较少。为了综合利用和排除皂化物对生产过程的干扰，黑液 除皂较适宜的浓度是（25%35%） 。皂化物与黑液的分离一般认为是盐析过程，皂粒在电 解质作用下凝聚，因相对密度小而浮在

8、黑液面上。除皂的方法多用静置法和充气法等。回收 硫酸盐皂可以制取松香酸、脂肪酸等。经过除皂后，可提高蒸发能力，但也使黑液的燃烧值 下降。 蒸发流程 黑液的蒸发一般可分两阶段进行。第一阶段是在多效蒸发器中把稀黑液从10B（ 15） 左右蒸发浓缩到3337B （ 15） ，固形物含量约达4754%左右。 第二阶段是在直接蒸 发器中进行， 使黑液再浓缩至53 65% （固形物含量） ，一般对木浆黑液要求达到6065%， 而草类浆黑液应达5055%，以便在碱回收炉中进行燃烧。 多效蒸发器通常是由几个串联的蒸发器组成；同时以前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸 汽，提高热能利用，减少蒸汽用量。 为了防止高

9、温加速结垢和低温增大粘度，加热蒸汽温度 不宜超过140，而末效温度也不应低于50，总温差不超过90。因此效数多寡也要适 当，一般大型厂可达5 7 效，而中小型厂约为34 效。 蒸发工艺流程主要包括黑液、蒸汽和冷凝水三个系统。 黑液系统： 黑液系统工艺流程一般有三种方式：顺流式、逆流式和混流式。 顺流式供液流程就是将经过预热后的黑液首先送至第一效，然后按照顺序流入下一效，最后 一效出来的浓黑液送入贮槽。这样黑液流向与蒸汽流向完全一致。其优点在于设备简单，操 作方便，泡沫较少，工艺稳定； 但由于黑液浓度逐渐增高而其温度却又逐效下降，因而增大 黑液粘度，恶化传热条件，降低蒸发效率，需较大加热面积，也

10、增加蒸汽消耗量。目前国内 外各厂已较少采用这种顺流式供液流程。 逆流式供液流程是先将黑液送进最后一效，然后逆向逐效而上，这样黑液流向与蒸汽流向完 全相反。 其优点在于随黑液浓度的提高而得相应较高的温度从而传热条件好，可以减少加热 面积 3040%（与顺流式比较） ；但由于各效之间均需用泵和预热器而增加了辅助设备及其 动力消耗，况且泡沫较多，操作复杂，工艺条件变动较大。 混流式供液流程尚有几种不同方式，如以或等供 流方式。 蒸汽系统： 蒸汽流向一般均按各效的顺序，即新蒸汽先送入第一效，而第一效产生的二次蒸汽则进入第 二效， 依此向后按次序移送。也有用新蒸汽同时送入第一效和第二效，而此两效出来的二

11、次 蒸汽合并送至第三效，然后再按次序移送，这样可以增加蒸发的热源。 冷凝水系统： 新蒸汽出来的冷凝水一般泵送锅炉，回收利用或供纸浆洗涤之用。二次蒸汽出来的冷凝水可 通过回收热量后用泵排出。 蒸发系统工艺流程： 分离器在外的升膜蒸发器组成的五效真空蒸发系统工艺流程如图4-31 所示。 这个蒸发系统采用混流式供液流程；同时还采取出浓黑液和半浓黑液交替进行的方式。一般 小循环时出浓黑液， 即利用高温半浓黑液和稀黑液来调整进效浓度，以高浓和小流量的条件， 经过后三效蒸发，而效出来的半浓黑液送至中间槽，然后再送至前两效蒸发，这样最后出 来的浓黑液送至贮槽。另外大循环时出半浓黑液，这样最后出来的浓黑液送至

12、贮槽。另外大 循环时出半浓黑液， 即利用低温半浓黑液和稀黑液来调整进效浓度，以低浓和大流量的条件， 经过后三效蒸发，而效出来的半浓黑液送至中间槽（或皂化物分离槽），然后再送至前效 蒸发， 这样出效的高温半浓黑液送至贮槽。在生产上大循环和小循环交替进行，从而改善传 热条件，但转换操作比较麻烦，而且不很稳定。 蔗渣浆的黑液蒸发采用由外循环式短管蒸发器组成的四效真空蒸发系统，如图4-32 所示。 这个蒸发系统采用混流式供液流程出浓黑液，以顺流式供液流程出半浓黑液，通常是混流式 和顺流式交替使用，以提高蒸发强度，有利于粘度大的草类浆的黑液蒸发。 图 4-31 真空蒸发系统工艺流程 （2）黑液燃烧 黑液

13、燃烧的工艺流程 喷射炉燃烧工艺流程： 硫酸盐法和烧碱法黑液的燃烧过程基本一样，只是烧碱法没有与芒硝有关的工艺。硫酸盐法 黑液使用喷射炉燃烧的工艺流程。大致可分为8 个系统， 即供液系统、 燃烧炉及熔融物溶解 系统、锅炉系统、芒硝给料系统、送风系统，助燃油系统、锅炉给水处理系统、烟气排出系 统，图 4-39 是喷射炉黑液燃烧的工艺流程。 供液系统：流程为从多效蒸发器来的黑液直接蒸发器浓黑液槽碱灰和黑液混合槽 芒硝混合槽黑液喷枪燃烧炉。多效蒸发器来的黑液首先经直接蒸发器增浓，与燃烧炉 中的碱灰、补充的芒硝进行均匀混合后，使用特制的喷枪将黑液均匀地喷洒到燃烧炉中去。 燃烧炉及熔融物溶解系统：燃烧炉是

14、黑燃烧过程的主体设备。入炉黑液在燃烧炉内经过进一 步干燥后进行燃烧，并产生一系列的化学反应。有机物燃烧产生的高温烟气在炉内上升，被 引入锅炉系统；无机物熔融，同时补加的芒硝在高温下还原生成Na2S 接着无机熔融物从燃 烧炉下方的溜槽流入溶解槽中，苛化工段来的稀白液或清水中溶解形成绿液。 图 4-39 喷射炉黑液燃烧工艺流程 1燃烧室2蒸汽过热器3蒸汽锅炉4水冷屏5上水预热器6空气预热器 7圆盘蒸发器8电除尘器9排烟机10黑液喷嘴11次风口 12二次、三次风口13熔融物馏槽14溶解槽15黑液、芒硝、碱尘混合器 锅炉系统：现代燃烧炉都配有锅炉以回收燃烧热能。锅炉系统和黑液燃烧的热能产生蒸汽， 可供

15、多效蒸发器蒸发系统或蒸煮系统以及生产过程中使用，也有用回收锅炉产生过热蒸汽供 气轮机组发电的。 碱回收锅炉系统的配置基本上和常规的动力锅炉相似，但结构更为复杂， 运行环境更为恶劣， 比常规锅炉发生爆炸等事故的危险性更大，所以，设备及操纵技术要求更高。 锅炉系统一般由上汽包、下汽包、 水冷壁管、 锅炉管束、 水冷屏或凝渣管、过热器、 省煤器、 吹灰器等部分组成。 上汽包与主要的给水管道、出汽管道以及蒸发受热面的管道等相连接。水冷壁构成燃烧炉的 四壁， 吸收高温辐射热量同时降低炉墙的温度。锅炉管束也叫对流管束，与上汽包和下汽包 相连接。分为上升管和下降管，将靠近燃烧室处于高温烟气中受热较强的部分称

16、为上升管； 而将离燃烧室较运处在降温烟气中受热较弱的管束称为下降管。凝渣管构成燃烧室的炉顶并 与完全燃烧室紧联接，此处烟气温度高且含灰量大，它使烟气温度降到积灰的熔点以下再进 入过热器。 凝渣管最好使用由下汽包直接来的低温水，以便能更好地降低烟气温度。过热器 是将从上汽包出来的饱和蒸汽加热并到一定过热温度，根据传热方式的不同可分为对流式、 辐射式和半辐射式三种。省煤器是利用烟气的余热加热锅炉给水的热交换器，省煤器一般由 上、下联箱和省煤器管束组成，可分为立式和卧式两种，立式省煤器由于吹灰方便被现代燃 烧炉所采用。 吹灰器有固定式和伸缩式两种，其作用主要是除去沉积在锅炉管束及炉墙等处 的飞灰。飞

17、灰中还含有较多的钠盐及其硫的分解升华物，被吹落的飞灰一般要进行回收。 芒硝给料系统：补充芒硝是为了平衡生产过程中造成的硫损失，在燃烧过程中还原生成 Na2S，芒硝给料系统的主要流程为： 芒硝螺旋输送机斗式提升机圆筛芒硝仓圆盘给料器芒硝黑液混合器 送风系统： 送风系统由鼓风机和空气预热器组成，预热器是将入炉的空气加热到150左右。 燃烧炉需要的空气一般分为一次风、二次风和三次风，为此，有的燃烧炉系统其一、二次风 公用一个送风系统，而有的则一、二、三次风采用各自的送风系统。 助燃油系统：燃烧炉在开炉、停炉或燃烧不正常时，使用助燃油进行辅助燃烧，另外，鉴于 草浆黑液含硅量较高及燃烧值较低，其燃烧性能

18、较差，也需要助燃油助燃。助燃油系统一般 采用重油为燃料，其主要流程为： 重油贮油槽重油过滤器工作油箱流量计重油喷枪燃烧炉 锅炉给水系统： 为了防止锅炉系统的受热面上结垢和氧化腐蚀以及酸性腐蚀，锅炉给水一般 要经过原水软化处理、除氧处理及磷酸盐处理等，以达到规定的质量指标。原水软化的目的 是除去原水中的钙、镁离子，可采用离子交换器；除氧过程是除去水中的氧气和二氧化碳， 以防腐蚀， 一般采用混合式除氧器；而炉水中加入磷酸盐，平衡水中 PO43-、 SO42-和 SiO32- 的浓度比例，以防止钙镁盐类物质如 CaSO4、CaSiO3 和 Mg3(PO4)2 在锅炉管壁上结垢。 烟排出系统：烟气排出

19、系统，回收烟气中的化学药品（及碱尘）和热能，烟气净化后排入大 气。该系统一般由黑液增浓设备、烟气净化设备、引风机、烟道及烟囱等组成。 除臭式碱回收工艺流程： 黑液直接接触式蒸发系统，产生大量的臭气污染空气。为此， 采用高效增浓的间接蒸发设备 代替直接蒸发设备，同时采用大面积的立管式高压省煤器来回收烟气余热，即为现代除臭式 碱回收工艺的主要特点。图4-40 中给出了除臭式碱回收工艺流程简图。 图 4-40 除臭式碱回收工艺流程 流化床燃烧工艺流程：流化床燃烧的基本工艺过程是：浓黑液由流化床燃烧炉的顶部均匀喷 入后， 在炉内呈悬浮状蒸发干燥，降落到炉内燃烧层进行沸腾状燃烧。燃烧层由布风板和其 上面

20、沉积的黑液固形物颗粒及其燃烧生成物组成，黑液在流化床燃烧过程中产生的热烟气经 旋风分离器除尘后， 进入烟气排出系统， 而生成的无机物产品则为颗粒状的碳酸钠和硫化钠， 不像喷射炉那样形成熔融物。与喷射炉相比，流化床的燃烧温度较低（可低于850） ，入 炉黑液的浓度要求也较低（35%即可），因此比较适合于低浓黑液或燃烧值较低的黑液燃烧， 粉尘污染也较少。为粘度大、热值低的草浆黑液实现碱回收提供了新的途径。图4-41 中给 出了烧碱法黑液流化床燃烧工艺的流程简图。 图 4-41 烧碱法黑液流化床燃烧工艺流程 1黑液2蒸发器3洗气塔4文丘里5平衡罐6旋风分离器7流化床反 应器 8空气预热器9鼓风机10

21、计量和冷却螺旋11斗式提升机12碳酸钠贮料仓 2）黑液燃烧 黑液燃烧过程及其影响因素 黑液燃烧过程： 硫酸盐法黑液的燃烧过程可分为三个阶段，黑液干燥段有机物的热分解和炭化以及无机物 的碳酸盐化段有机物充分燃烧和无机物熔融以及补加芒硝的还原段。 在第一阶段中， 入炉黑液在热炉气的作用下进一步干燥至水分含量达10%15%时，形成黑 灰。烟气中所含的SO2、SO3 以及 CO2 与黑液中的活性碱及有机结合钠等起化学反应；黑 液中的游离NaOH 和大部分的Na2S 都转变为Na2SO3、Na2S2O3 等。化学反应为： 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O 2NaOH + SO2 =

22、Na2SO3 + H2O 2NaOH + SO3= Na2SO4 + H2O Na2S + CO2 + H2O= Na2CO3 + H2S 2Na2S + 2SO2 + O2 = 2Na2S2O3 Na2S + SO3 + H2O = Na2SO3 + H2S 2RCOONa + SO2 + H2O= Na2SO3 + 2RCOOH 2RCOONa + SO2 + H2O = Na2SO4 + 2RCOOH 在第二阶段中，黑灰最后剩下的水分逐渐被蒸发掉，温度迅速升高到400左右时，有机物 快速分解为的CH3OH 、CH3COOH 、CH3SH 、H2S、酚、低分子的醛酸以及结构复杂的烷 基硫化

23、物等有机气体，并与进入炉膛的二次风和三次风混合后发生气相燃烧，生成CO2、 H2O、CO、H2S、SO2、SO3 等气体。还有一部分有机物发生碳化作用，变成元素碳，供芒 硝还原用。另外，与有机物结合生成的钠化合物也发生分解反应，生成Na2CO3。有机物结 合的分解反应为： 2NaOR + O2 Na2O + CO2 + H2O Na2O + CO2 Na2CO3 热解后的剩余无机物中主要成分是Na2CO3 和 Na2S，部分有机物结合钠和硫经反应后变成 Na2S、Na2CO3、Na2S2O3 等。燃烧过程中，即使操作工艺条件控制合适，也约有50%的 有机物结合硫可能在热分解时转化为无机硫化物。

24、所以，在燃烧过程中硫损失量是很大的， 这些损失的硫也成为黑液燃烧过程中硫污染的主要来源。 在第二阶段中，有机物继续燃烧，在高温下无机物熔融，同补加的芒硝发生以下还原反应： Na2SO4+2C = Na2S + CO2 Na2SO4+4C = Na2S + 2CO Na2SO4+4CO = Na2S + 4CO2 以第二个反应为主。 足够高的反应和足量的元素碳的存在，是保证芒硝还原反应顺利进行的重要条件。还原1kg 的芒硝，约消耗7120kJ 的热量和2.4kg 的元素碳。一次风量不能太大，使黑灰在还原条件 下充分燃烧。在空气量不足的情况下，碳主要燃烧成CO，而 CO2 也会还原成CO，这也为

25、芒硝还原创造了条件。值得注意的是，当温度较高和空气量不足时，Na2CO3 分解成 Na2O 的同时，还会还原出元素钠来。Na2O 和元素钠在高温下挥发性较强，因此会造成碱逸失。 影响黑液燃烧过程的主要因素： 黑液的组成和性质：黑液固形物中有机物与无机物比例、燃烧值、 粘度、 含硅量等都影响黑 液燃烧过程，一般说来，与草浆黑液相比较，木浆黑液燃烧值较高，含硅量较小，在相同浓 度下粘度值较低，流动性较好，所以其燃烧性能较好。 黑液浓度：浓度低的黑液中固形物含量低，在燃烧时发热量也低；水分在蒸发时消耗热量， 也影响了炉温和炉的热效率；当浓度过低时，还会引起炉衬脱落、熄火甚至爆炸事故。黑液 浓度高，粘

26、度也高，黑液流动性差，输送困难；对流量稳定性和喷液雾化有影响。在保证入 炉黑液流量稳定和喷液良好的前提下，采用高浓度黑液有利于燃烧过程和炉的热效率。 入炉喷液： 入炉喷液量要合适和稳定，与供风量成比例。如果喷液量过高，则会使炉子超负 荷运行，燃烧不完全，热效率低。同时烟气中臭气增加，造成硫损失和大气污染，还会造成 锅炉中生成的熔融性积灰量增加及排烟温度过高。如果喷液量过低， 则会影响碱回收炉的回 收效率。 造成喷液量不稳定的原因可能是黑液输送泵或管路不畅，以及由于温度过高而造成 黑液沸腾，在输送管路中出现气喘现象等。 喷液颗粒大小要适当。颗粒太小，容易被炉内烟气带走，使机械性飞失增加，从而加重

27、对过 热器的腐蚀及锅炉管壁的积灰，难以保持应有的垫层高度。喷液颗粒过大， 黑液难以快速干 燥，会使燃烧垫层的水分过高，使黑液在垫层上燃烧不充分以致有时会产生死灰层，同样会 影响燃烧过程。一般认为，较为合适的喷液颗粒直径为45mm。喷液颗粒的大小可通过控 制喷枪喷液压力及喷孔大小来实现。当喷液量及喷孔大小一定时，喷液压力越大， 则喷液颗 粒越小。 送风： 燃烧过程中所需要的总空气量与黑液的种类、黑液的组成有关。可根据黑液固形物的 元素分析结果进行计算，即： L0= 4.31(2.67C + 8H + S - O) 式中L0燃烧 1kg 黑液固形物所需要的理论空气量，kg/kg C、H、S、O 4

28、 种元素在黑液固形物中的含量，% 4.31氧气换算空气的系数 2.67 1kg 的碳完全燃烧时的需氧量 8 1kg 氢完全燃烧时的需氧量 实际生产过程中使用的空气量通常为理论空气量的1.051.10 倍。 一般把总空气量的45% 50%加入到燃烧炉的还原区（即炉床上黑灰区），叫做一次风，是保证黑液固形物在还原条 件下充分燃烧。 一次风量过大，使垫层温度过高而燃烧过快，难以保持适当的垫层高度，同 时会导致供给芒硝还原用的碳量和CO 量减少， 不利于芒硝还原，还会促使钠盐的分解和升 华，降低芒硝的还原率和碱回收率。一次风量过低时会引起炉温降低及挥发性硫损失增大， 也不利于芒硝的还原。二次风通常在还

29、原区的上方及黑液喷入口附近加入，其主要作用是使 还原条件下产生的CO 等充分燃烧， 同时使入炉黑液快速干燥和保持炉床上黑灰层的完整成 形。三次风在黑液喷枪上方加入，使炉膛内的可燃气体进一步充分燃烧，并封闭炉膛出口和 捕集烟气中的碱尘。一、二、三次风的风量分配比在不同的燃烧条件下有差异，大致上为 50/20/30。 入炉空气需预先加热到150左右，且最好采用单独的鼓风机控制风量和风压。一次风压力 可低一些，为0.81.2kPa；二、三次风的压力要高一些，为1.53kPa。另外，燃烧炉在燃 烧过程中，其炉膛内通常保持着1020Pa的负压，使燃烧炉能够在负压状态下安全运行。 燃烧温度：垫层保持较高的

30、温度，才能保证无机物的熔融和芒硝的还原。一般在950 1050。草浆黑液由于燃烧值低且含硅量较高，其无机熔融物熔点较高，所以在其燃烧过程 中以不补充芒硝为好，以免降低炉温。 垫层：垫层由黑液干燥后下落到炉床上的高温多孔性黑灰组成，要求有10%15%的水分， 以保持垫层应有的高度。垫层蓄热量大，可以稳定炉温，所以要保持1.01.5M 高度。黑 液燃烧过程中， 无机物的熔融和芒硝的还原等，都在有一定高度的垫层进行的。有时由于黑 液粘度较大、干燥不良等原因，形成燃烧不良的死垫层，遇到这种情况，要通过减少入炉黑 液量和喷加助燃油的办法，提高炉温，尽快处理死垫层，以保证燃烧过程的顺利进行。 2）黑液燃烧

31、 烟气的净化和黑液增浓 从锅炉排出来的烟气，一般温度为250350，有的甚至高达400，每吨纸浆的黑液燃烧 时的烟气还会带出约4090kg 的 Na2CO3 和 Na2S 以及 15 22kg 的具有恶臭气味的硫化物 气体。如果将这些物质随烟气直接排入大气，势必会造成化学药品的损失及较为严重的环境 污染。 因此，对锅炉烟气进行处理，以回收利用其中的热能及化学药品，对于碱回收过程的 经济效益及减轻环境污染负荷具有重要的意义。 对于烟气中化学药品及热能的回收，目前一般采用接触式直接蒸发黑液的方法进行，再通过 进一步的除尘处理，达到净化烟气的目的。 基本工艺流程： 几种烟气净化和黑液增浓的流程为：

32、锅炉烟气文丘里系统引风机烟囱锅炉烟气圆盘蒸发器静电除尘器引 风机烟囱锅炉烟气静电除尘器引风机烟囱 图 4-43 中表示了文丘里系统黑液直接蒸发工艺流程简图。 图 4-43 文丘里系统黑液直接蒸发工艺流程 1收缩管2喉管3扩散管4旋风分离器5循环泵6浮动阀 前两种流程， 属于黑液直接蒸发型的烟气净化和黑液增浓系统，不但利用烟气中的余热进一 步对黑液进行直接蒸发，同时回收了烟气中的化学药品，但这两种流程中会散发出H2S、 CH3SH 等恶臭气体，对大气的污染较为严重。后一种流程属于除臭式碱回收工艺的烟气净 化系统， 只除去碱尘并进行回收利用，而锅炉烟气中的热量则通过适当增加炉内省煤器面积 的办法进

33、行回收。 主要设备特征： 文丘里管和旋风分离器：文丘里管由收缩管、喉管及扩散管三部分组成。当黑液从喉管部径 向进入文丘里管并与轴向来的高温烟气接触后充分混合，黑液吸收高温烟气中的热量直接蒸 发，然后与烟气一道进入旋风分离器。从文丘里管出来的烟气、蒸汽及黑液的混合物，在靠 近旋风分离器底部的位置上，沿切线方向进入，然后沿内壁螺旋状上升，粘附了碱尘的黑液 在离心力的作用下沿筒壁运动，在重力及由分离器顶部喷下的润壁黑液的作用下流向分离器 底部， 通过过滤器排出。排出的黑液一部分送燃烧炉，一部分再循环到文丘里管喉管部。影 响文丘里系统效果的主要因素有黑液粘度、烟气流速、黑液与烟气的流量比以及烟气温度等

34、。 圆盘蒸发器：主要由蒸发圆盘、圆盘槽、圆盘、密封盖及传动装置等组成。蒸发圆盘通常是 由安装在轴上的圆盘组以及圆盘组间的短管组等组成，蒸发圆盘安装在圆盘槽中。整个圆盘 蒸发器除了黑液进出口和烟气进出口外，处于全密封状态。 黑液由其入口进入圆盘槽中，烟气则以蒸发圆盘轴垂直的方向通过蒸发圆盘。当蒸发圆盘转 动时， 其短管上粘附着一定量的黑液，在高温烟气的作用下直接蒸发，这些增浓后的黑液又 进入到圆盘槽中，这样循环往复，使进入圆盘槽黑液的浓度进一步提高。图7-25 表示了圆 盘蒸发器的结构示意图。与文丘里蒸发系统相比较，由于烟气和黑液的接触不是很充分，所 以无论除尘、 降温还是黑液增浓，其效果均不如

35、文丘里蒸发系统，但由于圆盘蒸发器结构较 为简单， 动耗较低， 使用管理较方便，所以在采用静电除尘器进行补充除尘的工艺流程中仍 较广泛应用。 影响圆盘蒸发器操作的主要因素除了与文丘里系统的主要因素外，蒸发圆盘上单位面积的短 管数以及圆盘的转速等，也直接影响着操作效果。 静电除尘器：除尘效率可达90%98%。由电场和电源两部分组成，电场由正、负极组成， 电源采用可自动控制的高压整流器。根据电场的结构形式，静电除尘器分为立式和卧式两种， 碱回收过程中大多采用卧式。 静电除尘器的除尘原理是：首先在除法器的负极上加上负的高压直流电源，而将正极接地。 当含尘烟气通过除尘器电场时，负极产生的“电晕”，将灰法

36、粒子充电。被充电后的灰尘粒 子在电场的作用下向正极方向运动，最终沉积在正极板上，经震打装置震打后落下而收集起 来。影响静电除尘器除尘效果的主要因素有电源电压、烟气温度、 烟气水分以及烟气含尘量 等。 （3）绿液的苛化 黑液燃烧后的熔融物，溶解于稀白液或水中，称为绿液， 硫酸盐法中其主要成分为碳酸钠与 硫化钠，烧碱法则为碳酸钠，并含有少量的氢氧化铁，呈绿色，故称为绿液。将石灰加入绿 液中使碳酸钠转化为氢氧化钠的过程称为苛化。 苛化原理 苛化过程分为两步，第一步为石灰的消化，反应式如下： CaO + H2O Ca(OH)2 + 1.12MJ/kg 第二步为碳酸钠的苛化： Ca(OH)2 + Na2

37、CO3 2NaOH + CaCO3 综合反应式： CaO + H2O + Na2CO3 2NaOH + CaCO3 苛化后澄清的液体称为白液，即蒸煮用的碱液，沉淀出的碳酸钙称为白泥。白泥需要洗涤以 回收其中的残碱，经过滤，脱水后送白泥回收工序。 苛化为可逆反应，在苛化反应过程中，由于NaOH 浓度增加， Na2CO3 浓度逐渐下降，即增 加了 OH - ，减少CO3 - 2-。根据共同离子效应理论，使Ca(OH)2 溶解度下降， CaCO3 溶解度上升，当二者溶解度趋于相等时，苛化反应达到平衡。理论的苛化平衡常数K 计算 如下： 当温度一定时，Ca(OH)2 和 CaCO3 的溶度各为一常数：

38、 Ca(OH)2 溶度积 L1= Ca2+ OH 2 CaCO3 溶度积 L2= Ca2+ CO23- 达到平衡时，平衡常数K 为： （3）绿液的苛化 影响苛化的因素 溶液浓度： 由于在较高的溶液浓度下，Na2CO3 和 NaOH 的电离度减小， 因此参加苛化的离子浓度亦小， 苛化反应不易进行。反之，如溶液浓度较稀，虽有利于苛化率的提高，但又必须增大苛化设 备的容积，而所获得白液浓度较低，难以适应蒸煮操作的要求。 在实际生产中，绿液浓度一般为100 120g/L（Na2O） ，在这种情况下，苛化率一般可达到 85 90%。 温度： 温度的增加对平衡状态影响不大，但却能加速反应的进行，试验证明在

39、95100以下的范 围内， 温度每提高10，反应速度常数平均增加1.2 倍，使反应时间缩短。苛化温度一般控 制在 90105，苛化时间约为1.52h。 石灰用量： 实际生产中，一般采用5%10%的过量石灰。过多增加石灰用量，使澄清困难，造成跑浑 现象， 而且并不能显著提高苛化效果。石灰粒度对苛化有显著影响，粒度小反应迅速，为此 在生产中先将石灰消化成熟石灰最好，实际是将石灰直接加入绿液中。石灰中的CaO 含量 要求在 85%以上，否则会降低苛化效果。 绿液成分： 绿液的组成一般除Na2CO3 外，还有 Na2S、NaOH、Na2SO4、Na2SiO3、Na2SO3 等，其中 的 Na2S 能水

40、解生成NaOH，Na2SiO3 和 Na2SO3 能与 Ca(OH)2 作用，产生NaOH ，从而 增加 OH-离子浓度，对苛化作用具有阻滞影响。 （3）绿液的苛化 苛化工艺流程 绿液苛化有连续法和间断法两种。所谓连续苛化， 就是将绿液、 石灰同时连续不断地加入消 化器中，经过在一系列设备中进行反应、加工过程，最后连续得到蒸煮所用的碱液。 连续苛化常用的连续苛化过程 绿液澄清：借重力作用沉淀除掉绿液中的杂质，例如炉衬材料、炭粒、铁化物等，有利提高 苛化率，便于石灰回收。 绿泥洗涤：用清水洗涤绿液沉淀下来的绿泥，以回收残碱，这残碱叫稀绿液。 消化：将澄清的绿液与石灰混合，在消化的同时，也开始了苛

41、化反应。 苛化：碳酸钠与氢氧化钙的反应生成氢氧化钠的过程。 白液澄清： 使苛化后的乳液进入澄清器，沉淀出碳酸钙， 得到澄清的碱液，这就是用于蒸煮 的白液。 白泥洗涤：沉淀的碳酸钙叫白泥，经过清水洗涤，提出其中残碱，叫稀白液，送去溶解槽， 溶解喷射炉流出的熔融物。洗涤后的白泥送去煅烧，回收石灰。图4-44 是连续苛化流程。 图 4-44 连续苛化流程图 另外，还有连续苛化新工艺流程： 图 4-45 是连续苛化新工艺流程，与前面的流程比较具有生产过程和操作管理简单，节约投 资和钢材， 占地面积小等优点。利用带式过滤机代替白液澄清器、白泥洗涤器，可提高白液 的澄清度，降低碱损失，适合处理草浆含硅量高

42、、难以澄清的白液。 除连续苛化外，还有间断苛化工艺，常用的间断苛化过程如下 将绿液送入间断苛化器，同时加入石灰， 在石灰消化的同时进行苛化反应，在同一苛化器内 进行白液澄清， 上层清白液送蒸煮使用。沉淀的白泥排入吸滤槽，用叶片真空吸滤机进行吸 滤，滤出的浓白液与苛化器出来的浓白液混合一起。滤泥在滤布上达到相当厚度以后，将叶 片真空吸滤机吊出，放入洗涤槽，用热水进行洗涤。洗涤分二次进行，第一次吸出的滤液， 平均含碱量60g/L 以上，可以混入浓白液槽；第二次吸出的滤液含碱较低，平均 40g/L 以下， 作为稀白液，供溶解喷射炉流出的熔融物之用。最后残碱达到0.51.5%的白泥，随同叶片 真空吸滤

43、机吊往白泥稀释槽内，关闭真空阀门，排除真空，白泥依靠本身重力脱落，用水稀 释，搅拌均匀后，用泵排出。图4-46 是间断苛化工艺流程。 此流程国内小厂用的多，对于含硅量高、 沉淀澄清困难的一些草浆黑液回收，有较好的适应 性。 图 4-45 连续苛化新工艺流程 硫酸盐木浆连续苛化工艺条件示例 绿液要求： 总碱浓度（ Na2O）100110g/L 硫化度22% 温度80 石灰要求： 有效氧化钙75% 酸不溶物80 苛化度82% 硫化度32% 澄清度35?B 稀白液澄清度30?B 真空洗渣机上网浓度1318?B 滤饼厚度5mm 真空泵真空度23.4kPa （3）绿液的苛化 石灰的回收 白泥经过洗涤，脱

44、掉大部分水后，再煅烧成石灰，反应如下： CaCO3 CaO+CO2 - 177.8 KJ/mol 进行白泥回收，可以减少污染，利于环境保护，节约新石灰用量。 转炉煅烧白泥机理： 煅烧白泥主要是通过3 个阶段，即干燥、预热和煅烧。 干燥：白泥进入转炉后，首先在干燥区去掉水分，进入转炉的白泥水分一般控制在40%左 右。由于炉体安装有一定的的斜度，前倾斜度为1/61/40。当炉体转动时，白泥缓缓向热 端滚动而形成颗粒，在干燥区，受炉头来的热烟气作用，而蒸发掉水分。 预热：干燥后的白泥， 受高温烟气预热到分解的温度，当加热到600时，CaCO3 开始分解。 煅烧： CaCO3 在 825时，开始迅速分

45、解，一般要求在尽可能低的温度下进行，这样烧出的 石灰易消化。 但温度过低， 煅烧时间长， 或者不能分解。 煅烧温度经常控制在10501250 温度过高，石灰有过烧现象，影响回收石灰质量，石灰表面硬化，反应能力差。图4-55 是 转炉煅烧白泥生产流程。 图 4-55 转炉石灰回收流程 1石灰转炉2熟料粉碎机3熟料螺旋输送机4斗式提升机5仓顶螺旋输送机6 石灰贮仓7圆盘给料机8工作油槽9油泵10油加热器11鼓风机12空气预 热器13生料螺旋输送机14补充石灰石螺旋输送机15石灰石贮仓16圆盘给料机 17沉降室18皮带运输机19粉碎机20皮带输送机21粉碎机22旋风除尘器 23水膜除尘器24排烟机2

46、5砂罐（排渣槽）26砂泵27真空洗渣机28烟囱 影响白泥煅烧的因素： 白泥质量： 白泥要求含碱（Na2O）在 0.5%1%，过高的含碱量，易和耐火材料中的Al2O3 、 Fe2O3、 及 SiO2 等起化学反应，腐蚀炉衬，而且容易在转炉的出料端产生结圈，造成操作困难，烧 出的石灰不利消化。反之，含碱在0.5%以下时，则不利于结球，粉尘多。活性氧化钙含量 过高时，也易造成炉内结圈。白泥水分含量越低越省燃料。 炉体： 回转炉长径比大， 热效率高， 物料在炉内停留时间长，煅烧石灰质量好。 根据炉子的长径比， 可以调节炉子的转速，一般为0.6% 1.3r/min ，保证物料在炉内有足够通过时间，短炉约

47、 90min，长炉要2.54h。 煅烧温度： 白泥不易高温快速煅烧，高温快速煅烧易造成煅烧不均匀或局部过烧，物料表面硬而发微黑 色，或烧成表面有玻璃状光泽复覆层，很难消化或完全不能消化。温度过低，白泥欠烧，呈 土黄色，粉末较多。在长炉中物料停留时间短，白泥的分解温度要高些，约在1250。炉 尾温度一般控制在150 205， 最高不得超过260， 否则在转炉内干燥区的链条容易烧毁。 燃料为重油。 转炉主体结构： 转炉用20 25mm 厚的钢卷成的圆筒，内衬耐火砖，外有钢圈支于几对承重滚子上，炉体 转动是由变速电机通过减速器齿轮系统而带动的。炉前有多筒式单筒冷却器，为冷却炉内出 来的热石灰用。 炉体长度一般3075m，直径为 1.82.7m，长径比例30 40：1，生产能力约为22110t/d （石灰）。转炉内干燥区挂有许多链条，起到加速成白泥干燥的作用。近代回转炉长已达到 100m 以上。