堿回收過程中蒸發(fā)器鈣結(jié)垢及其控制

李海龍 詹懷宇 柴欣生 付時(shí)雨 劉夢(mèng)茹

(1.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640;2.華南理工大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究總院,廣東廣州,510640)

堿回收過程中蒸發(fā)器鈣結(jié)垢及其控制

李海龍1詹懷宇1柴欣生1付時(shí)雨1劉夢(mèng)茹2

(1.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640;2.華南理工大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究總院,廣東廣州,510640)

介紹了制漿造紙堿回收過程中蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的分類及其來源,闡述了鈣結(jié)垢形成的機(jī)理及其影響鈣結(jié)垢形成的因素。探討了鈣結(jié)垢在堿回收過程中的產(chǎn)生和對(duì)安全生產(chǎn)的影響,介紹了控制和減少堿回收過程中蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的幾種方法。

堿回收;蒸發(fā)器;鈣結(jié)垢;碳酸鈣;草酸鈣

在制漿造紙工業(yè)中,堿回收具有資源再回收利用、減少環(huán)境污染的雙重效益。燃燒法是目前應(yīng)用最為廣泛的回收利用方法。在堿回收過程中,為了滿足堿回收爐燃燒的要求,需要對(duì)黑液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。在鍋爐燒水過程中由于結(jié)垢會(huì)產(chǎn)生安全隱患,同樣在黑液蒸發(fā)濃縮過程中的結(jié)垢也會(huì)對(duì)蒸發(fā)器產(chǎn)生很大的影響。

蒸發(fā)器結(jié)垢是黑液蒸發(fā)濃縮過程中普遍存在的問題[1-2]。它會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器傳熱阻力增大,傳熱系數(shù)大幅下降,大大降低蒸發(fā)能力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響生產(chǎn),甚至造成停產(chǎn)。蒸發(fā)器結(jié)垢主要分為以下幾類[1,3-5]:①硬性結(jié)垢,該類結(jié)垢為水不溶性結(jié)垢,主要是指鈣、硅和鎂等不溶性無機(jī)鹽。其中,鈣結(jié)垢是最主要的硬性結(jié)垢,主要是指碳酸鈣和草酸鈣結(jié)垢。②水溶性結(jié)垢,主要是指溶解性無機(jī)鹽例如硫酸鈉、碳酸鈉和一些黑液固形物。該類結(jié)垢是在黑液中濃度超過溶解度極限時(shí),從過飽和溶液中結(jié)晶生成。③纖維和皂化物結(jié)垢。④硅酸鋁結(jié)垢。⑤其他類型結(jié)垢。

由鈣鹽沉淀所引起的硬性結(jié)垢是蒸發(fā)器最主要的結(jié)垢[6-7]。在黑液濃縮和蒸發(fā)過程中,蒸發(fā)器加熱表面的兩側(cè)均會(huì)形成結(jié)垢。其中,鈣結(jié)垢在黑液一側(cè)。鈣結(jié)垢溶解度低,一旦形成就很難除去。特別是近年來,隨著現(xiàn)代制漿技術(shù)的發(fā)展,許多造紙廠使用水封閉循環(huán)系統(tǒng)。高度的系統(tǒng)封閉導(dǎo)致結(jié)垢離子的大量積累,從而使得鈣結(jié)垢問題越來越嚴(yán)重。本文主要介紹了蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的分類、形成機(jī)理以及防治方法。

1 鈣結(jié)垢的分類及形成

鈣結(jié)垢是蒸發(fā)器的主要結(jié)垢,是導(dǎo)致蒸發(fā)能力降低的主要原因。鈣結(jié)垢的類型與黑液的性質(zhì)有密切的關(guān)系。不同的黑液組成,其形成的鈣結(jié)垢也是不同的。鈣結(jié)垢主要包括以下兩種:

(1)碳酸鈣結(jié)垢

碳酸鈣是蒸發(fā)器結(jié)垢的主要組成部分。制漿造紙廠的鈣結(jié)垢主要是指碳酸鈣結(jié)垢。碳酸鈣以及碳酸鈣與碳酸鈉的復(fù)鹽是堿法制漿黑液蒸發(fā)濃縮過程中形成的主要鈣鹽結(jié)垢[6]。這是因?yàn)閴A法制漿黑液 pH值較高時(shí),碳酸鈣是以結(jié)垢的形式存在的。當(dāng) pH值較低時(shí),由于碳酸氫根的形成,碳酸鈣就變成可溶性物質(zhì),因此酸法制漿過程中不存在碳酸鈣結(jié)垢的問題。表1列出了不同造紙廠的結(jié)垢類型分布[8]。

表1 不同造紙廠的結(jié)垢類型分布

(2)草酸鈣結(jié)垢

在蒸煮過程中,由于原料本身含有一定量的草酸、草酸根及部分木素和碳水化合物降解生成的草酸根[9-11],從而使草酸根成為制漿黑液的組成成分之一[12-13]。筆者對(duì)堿法制漿過程中的草酸根形成規(guī)律進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)在堿法制漿過程中草酸根的形成是隨著蒸煮過程的進(jìn)行而逐漸增加的。在堿法蒸煮的早期階段,草酸根含量隨時(shí)間增加的速率較快。初始有效堿的濃度越高,蒸煮初期形成的草酸根的含量越多。相思木與南方松在相同的條件下進(jìn)行堿法蒸煮,相思木所產(chǎn)生的草酸根的量要高于南方松。在氧脫木素過程中也可以產(chǎn)生草酸根,隨著氧脫木素的進(jìn)行,草酸根的含量逐漸增加。氧脫木素溫度和用堿量都會(huì)對(duì)草酸根的形成產(chǎn)生影響,而氧壓對(duì)草酸根的形成影響不大。氧脫木素過程中產(chǎn)生的草酸根會(huì)隨著黑液進(jìn)入到蒸發(fā)系統(tǒng)中造成蒸發(fā)器草酸鈣結(jié)垢。草酸根能與鈣離子形成草酸鈣沉淀。在蒸煮器以及高固含量流體輸送管道的加熱表面形成的草酸鈣結(jié)垢,嚴(yán)重影響了設(shè)備的傳熱效率,甚至影響到正常的生產(chǎn)運(yùn)行[5,14]。由于草酸鈣的溶解度很低,在蒸發(fā)器的表面一旦形成結(jié)垢就很難去除[15]。此外,草酸鈣與蒸發(fā)器的主要結(jié)垢 (碳酸鈣結(jié)垢)也有著一定的關(guān)系。

黑液中碳酸根的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈣離子的含量,因此蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的程度取決于黑液中鈣離子的含量。研究表明[6,8],鈣結(jié)垢與黑液中的總鈣含量并沒有直接的關(guān)系,影響鈣結(jié)垢的主要是黑液中的可溶性鈣離子,因此,可溶性鈣離子的存在對(duì)鈣結(jié)垢有著重要的影響。堿法黑液蒸發(fā)過程中鈣鹽結(jié)垢的來源主要是黑液。Grace和 Frederick等人認(rèn)為[8],黑液中的某些溶解木素能夠和鈣離子結(jié)合形成復(fù)雜的木素-鈣離子復(fù)合體;在低溫下和正常的 pH值范圍內(nèi),這種復(fù)合體增加了鈣離子在黑液中的溶解度。而這些木素-鈣離子復(fù)合體具有熱不穩(wěn)定性,在高溫條件下,這種鈣離子和木素衍生物之間形成的復(fù)合體就會(huì)發(fā)生破裂,并在接近傳熱表面處釋放出鈣離子,鈣離子在熱表面可與碳酸根離子或者草酸根離子形成結(jié)晶體,從而產(chǎn)生鈣結(jié)垢。黑液蒸發(fā)過程中鈣結(jié)垢形成的機(jī)理如圖1所示[8]。

圖1 黑液蒸發(fā)過程中鈣結(jié)垢形成的機(jī)理

黑液蒸發(fā)過程中鈣結(jié)垢的形成機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜,但最根本的一點(diǎn)是其組分超過溶解極限造成的[16]。碳酸鈣、草酸鈣等鹽類的飽和溶解度都比較低,且是反溶解度鹽,當(dāng)溫度升高,系統(tǒng)中的結(jié)晶體物質(zhì)溶解度降低,超過飽和溶解度時(shí)會(huì)結(jié)晶析出,當(dāng)流體的流速比較小或表面比較粗糙時(shí),結(jié)晶物會(huì)沉積附著在蒸發(fā)器表面。碳酸鈣晶體和結(jié)晶沉淀形成的整個(gè)過程如圖2所示[7]。當(dāng)蒸發(fā)器表面上的晶核和沉積物的數(shù)量增加到形成一個(gè)整體垢層時(shí),污垢熱阻將迅速增加,熱量傳遞受阻,傳熱效率下降,壁溫升高。而壁溫的升高又使得器壁附近的反溶解度鹽的過飽和度增加,結(jié)垢更加嚴(yán)重。

圖2 碳酸鈣晶體和結(jié)晶沉淀的形成過程

2 影響蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的因素

蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的形成速率和嚴(yán)重程度與溫度、生產(chǎn)用水、制漿原料種類、蒸發(fā)設(shè)備類型、黑液性質(zhì)和蒸發(fā)工藝等有關(guān)。影響鈣結(jié)垢形成的因素主要有以下幾個(gè)方面:

(1)溫度

溫度是影響蒸發(fā)器鈣結(jié)垢形成的重要因素。在溫度低于 120～130℃時(shí),蒸發(fā)器的鈣結(jié)垢現(xiàn)象并不會(huì)成為大問題[13]。當(dāng)溫度高于 120～130℃時(shí),鈣結(jié)垢的速率是隨著溫度的升高而迅速增加的,溫度每升高 4～5℃,鈣結(jié)垢形成速率就加倍,鈣結(jié)垢現(xiàn)象就變得非常嚴(yán)重。與黑液接觸的傳熱表面上的溫度的影響最大。

(2)黑液性質(zhì)

蒸發(fā)器的鈣結(jié)垢與黑液性質(zhì)也有密切關(guān)系。鈣結(jié)垢形成的速率與黑液固形物含量成正比。黑液固形物對(duì)鈣結(jié)垢形成速率的影響要小于溫度的影響。同時(shí),黑液中殘堿的濃度對(duì)蒸發(fā)器的鈣結(jié)垢也有一定的影響。研究表明,黑液中堿濃度 (以 Na2O計(jì))高于1% (對(duì)固形物)時(shí),堿濃度對(duì)結(jié)垢速率影響不大。而當(dāng)堿濃度低于 1%時(shí),隨著黑液中堿濃度的降低,蒸發(fā)器的結(jié)垢速率急劇增加。這可能與堿對(duì)黑液黏度的影響有關(guān)。

(3)制漿原料種類

制漿原料是引起蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的鈣的主要來源。蒸發(fā)器鈣結(jié)垢問題的嚴(yán)重程度與制漿原料的品種有密切關(guān)系。木材原料中的鈣離子大部分存在于形成層和樹皮中,其含量大約為 1000 mg/kg[17]。不同原料的鈣離子含量有所不同。一般來說,針葉木中的鈣離子含量要小于闊葉木;而樹皮中的鈣離子含量要多于樹本,大約是樹本中的 5～10倍,甚至更高[18]。因此,通常闊葉木制漿黑液的鈣結(jié)垢問題比針葉木制漿黑液嚴(yán)重。

草酸根也是引起蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的主要化合物之一。除了蒸煮過程中形成的草酸根,制漿原料本身也含有一定量的草酸和草酸根。這部分草酸和草酸根隨著蒸煮的進(jìn)行逐漸釋放出來進(jìn)入到黑液中,從而增加黑液中草酸根的含量。不同原料中的草酸根含量是不同的,闊葉木及松木中草酸鹽的含量分別為 0.1～0.3 kg/t木材和 0.1～0.4 kg/t木材,這兩種材種的樹皮中分別含有 9～15 kg/t及 4～10 kg/t的草酸鹽[19]。

同時(shí),木材生長(zhǎng)的土壤性質(zhì)和剝皮是否干凈也很重要。因此,制漿原料的種類對(duì)蒸發(fā)器鈣結(jié)垢有重要影響,通過對(duì)制漿原料的優(yōu)選和備料質(zhì)量的控制可降低黑液中鈣離子和草酸根的濃度,從而降低蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的程度。

(4)無機(jī)物

黑液中某些無機(jī)物的存在對(duì)蒸發(fā)器鈣結(jié)垢也有重要影響。例如碳酸鈉和硫酸鈉在生成可溶性結(jié)垢的同時(shí),對(duì)鈣結(jié)垢的產(chǎn)生也有一定影響[6]。此外,草酸鈣雖然在蒸發(fā)器鈣結(jié)垢中占的比例很少,但它的存在對(duì)蒸發(fā)器鈣結(jié)垢卻有著重要影響。草酸鈣不但本身就是一種極難除去的鈣結(jié)垢,它在碳酸鈣結(jié)垢過程中也發(fā)揮著重要作用。它的存在為黑液蒸發(fā)過程中碳酸鈣結(jié)垢提供了鈣源,增加了蒸發(fā)器碳酸鈣結(jié)垢的趨勢(shì)。但是,增加黑液中的鈣離子含量 (例如:黑液中添加溶解性的鈣鹽——氯化鈣或者醋酸鈣等),只能輕微增加蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的程度,增加的程度要遠(yuǎn)小于添加草酸鈣對(duì)鈣結(jié)垢的影響。而在黑液中添加草酸鈉則不會(huì)增加蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的趨勢(shì)。碳酸鈣是堿回收過程中蒸發(fā)器結(jié)垢最主要的成分,但是在黑液中添加碳酸鈣顆粒并不會(huì)增加鈣結(jié)垢的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)樘砑拥奶妓徕}是穩(wěn)定的顆粒,并不會(huì)參與到鈣結(jié)垢過程中,從而并不會(huì)增加鈣結(jié)垢的趨勢(shì)。相反,碳酸鈣顆粒的添加可能為鈣結(jié)垢提供晶核,使部分結(jié)垢與其結(jié)合,存在于黑液中,減少了蒸發(fā)器表面的鈣結(jié)垢[8]。

(5)有機(jī)物

大量實(shí)驗(yàn)表明,用無機(jī)鹽溶液模擬黑液組成的實(shí)驗(yàn)中,在蒸發(fā)過程中并不會(huì)產(chǎn)生鈣結(jié)垢。這說明,在黑液蒸發(fā)過程中鈣結(jié)垢的形成與黑液中有機(jī)物有著緊密的關(guān)系。黑液中的有機(jī)物主要有溶解木素、聚糖、羧酸以及抽提物等。這些有機(jī)物的存在使得在蒸煮過程中部分鈣離子能夠與其結(jié)合,例如木素與鈣離子結(jié)合形成木素-鈣離子復(fù)合體,這些復(fù)合體在黑液蒸發(fā)過程中為鈣結(jié)垢提供了大量的鈣源。降低黑液中有機(jī)物-鈣離子復(fù)合體,可以減少黑液中溶解鈣離子的含量,從而降低蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的程度。因此,如何控制和減少黑液中有機(jī)物與鈣離子形成復(fù)合體對(duì)黑液蒸發(fā)過程鈣結(jié)垢的形成有重要影響。

3 鈣結(jié)垢的危害

黑液蒸發(fā)濃縮過程中形成的鈣結(jié)垢對(duì)堿回收的正常運(yùn)行有著嚴(yán)重影響,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[2,5,7]:

(1)增大能耗損失。蒸發(fā)管內(nèi)壁鈣結(jié)垢后,由于鈣結(jié)垢層導(dǎo)熱系數(shù)非常小,傳熱壁面加厚,使得傳熱的阻力大大增加,傳熱量明顯降低。從而導(dǎo)致蒸發(fā)器傳遞效率大為降低,蒸發(fā)能力迅速下降,蒸汽用量增加 30%～50%,造成能源浪費(fèi)。

(2)蒸發(fā)受熱面管子結(jié)垢后,由于吸熱量減少,流通截面減少,流動(dòng)阻力增大,對(duì)蒸發(fā)器造成不利的影響。結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞管子,造成停產(chǎn),從而影響生產(chǎn)。這就增大了非計(jì)劃停機(jī)次數(shù),造成生產(chǎn)間斷,影響裝置的生產(chǎn)效率。同時(shí)也會(huì)因停產(chǎn)給企業(yè)帶來損失。

(3)結(jié)垢嚴(yán)重時(shí),會(huì)導(dǎo)致管路堵塞,造成生產(chǎn)事故,減少設(shè)備壽命。

(4)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的清除,需要大量的人力、物力、財(cái)力,增加維修費(fèi)用和額外的勞動(dòng)負(fù)荷。

4 鈣結(jié)垢去除的方法

蒸發(fā)器鈣結(jié)垢問題嚴(yán)重影響著黑液的堿回收過程,如何控制和除去蒸發(fā)器鈣結(jié)垢引起了廣泛的關(guān)注,為此人們進(jìn)行了大量的研究。在去除蒸發(fā)器鈣結(jié)垢方面主要有以下幾種方法[7,20]:

(1)水煮法

通過水煮可以控制部分鈣結(jié)垢。這主要?dú)w功于蒸煮時(shí)所產(chǎn)生的熱沖擊,同時(shí)也與水溶性結(jié)垢組分的除去有關(guān)。碳酸鈣和碳酸鈉在一定的溫度和濃度條件下可以形成復(fù)合鹽。在蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),鈣結(jié)垢形成過程中包含了大量的碳酸鈉。碳酸鈉是水溶性的,在水煮過程中它的溶解導(dǎo)致結(jié)垢母體上產(chǎn)生很多孔隙,使得垢層松動(dòng),有利于鈣結(jié)垢的除去。但硬度過高的清水,如我國(guó)北方使用的地下水,不宜用于水煮,用硬度過高的水進(jìn)行水煮不僅無效,反而加重結(jié)垢。一般用稀黑液煮洗濃效,以緩和結(jié)垢。

(2)機(jī)械除垢法

機(jī)械除垢法一般采用動(dòng)力鍋爐除垢用的電動(dòng)軟軸刷管器進(jìn)行,效果明顯,但費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此外,在機(jī)械除垢過程中加熱管壁不免產(chǎn)生麻面,這不僅導(dǎo)致液膜傳熱系數(shù)減小,而且給再結(jié)垢創(chuàng)造了條件,以致形成惡性循環(huán),使除垢周期逐步縮短。由于此法易損壞管壁,勞動(dòng)強(qiáng)度大,國(guó)內(nèi)外已普遍不予采用。除非特殊結(jié)垢時(shí),如整根管被垢纖維、碳渣堵住,非用此法不可時(shí)才用。

(3)化學(xué)除垢法

化學(xué)除垢法是目前較為普遍采用的方法。當(dāng)蒸發(fā)器的鈣結(jié)垢嚴(yán)重時(shí),常規(guī)的水煮法不能將其有效地除去,一般采用化學(xué)除垢法。該法一般以硝酸或鹽酸作為除垢劑,為了防止酸對(duì)加熱管和設(shè)備的腐蝕,在酸洗液中必須加入一定量的緩蝕劑。此法省時(shí)省力,除垢效果較好,但成本較高,緩蝕劑選擇不當(dāng),會(huì)造成蒸發(fā)器腐蝕。在 20世紀(jì) 70至 80年代,國(guó)內(nèi)普遍使用酸洗加緩蝕劑,由于該方法易腐蝕金屬,且操作危險(xiǎn),一般情況下不使用。只在整個(gè)蒸發(fā)站結(jié)垢嚴(yán)重,要請(qǐng)專業(yè)清洗公司除垢時(shí)才使用。

(4)高壓水射流清洗

這種清洗方法就是將水流的壓力升到數(shù)十兆帕,甚至達(dá)到 100MPa以上,直接射向被清洗的垢層,將垢層擊碎以達(dá)到除垢的目的。目前,國(guó)內(nèi)外普遍采用堿煮再用高壓水射流清洗的綜合方法除垢。

5 預(yù)防鈣結(jié)垢的方法

在生產(chǎn)實(shí)踐過程中,人們一般關(guān)心的是怎樣減少鈣結(jié)垢、怎樣快速除垢,并沒有考慮如何有效地預(yù)防鈣結(jié)垢的形成。定期清洗蒸發(fā)器和恢復(fù)傳熱系數(shù),是處理鈣結(jié)垢的有效措施。但是,這只能延長(zhǎng)除垢周期,而且除垢時(shí)的停機(jī)影響了正常生產(chǎn)。因此,有效地預(yù)防蒸發(fā)器鈣結(jié)垢成為控制蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的重要舉措。目前,預(yù)防蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的方法主要有如下幾種[13,20-24]:

(1)熱去活性法

熱去活性法是通過將黑液加熱到約 150℃,并在此溫度下保持 10～15 min,使得黑液中鈣離子失去活性,以減少或消除黑液中的鈣結(jié)垢傾向。這種處理過程實(shí)際上就是通過升高黑液溫度和為結(jié)晶作用過程提供充足的時(shí)間,使得大部分黑液中易結(jié)垢的鈣離子生成碳酸鈣。這種方法可減少甚至完全消除蒸發(fā)器中的鈣結(jié)垢。該法可使碳酸鈣結(jié)垢減少 85%～90%。早在 1998年,芬蘭就有造紙廠開始使用了。但熱去活性法成本較高,只有在蒸發(fā)器嚴(yán)重結(jié)垢成為生產(chǎn)瓶頸時(shí)才使用。處理?xiàng)l件在經(jīng)濟(jì)可行的范圍內(nèi)。

(2)化學(xué)助劑法

化學(xué)助劑已應(yīng)用于控制鈣結(jié)垢上,如利用乙二胺四乙酸 (EDTA)螯合鈣離子降低黑液中鈣離子的活性?；瘜W(xué)助劑法的有效性 (特別是在鈣結(jié)垢嚴(yán)重時(shí))尚未得到證實(shí)。在有鈣結(jié)垢傾向的黑液中,含有的鈣離子量很多,若用助劑完全結(jié)合所有的鈣結(jié)垢,則需用大量助劑,這將導(dǎo)致防垢成本過高。利用能干擾結(jié)晶物生長(zhǎng)過程的化學(xué)助劑,如氨基三甲叉膦酸 (ATMP)、氨基亞甲膦酸鹽 (AMP)、羥基乙叉二膦酸(HEDP)和二乙烯三胺五甲叉膦酸 (DTPMPA)等,也可以預(yù)防和減少鈣結(jié)垢的形成?；瘜W(xué)助劑阻垢的機(jī)理如圖3所示[7,25]。圖4為添加化學(xué)阻垢劑前后碳酸鈣晶體的掃描電鏡圖[25]。

(3)超聲波預(yù)防法

超聲波處理是指通過超聲波作用來減少鈣結(jié)垢晶體的沉積量,降低鈣結(jié)垢速率,使晶粒大量存在于黑液中隨液流流走,從而起到防止結(jié)垢的作用。同時(shí),超聲波與機(jī)械作用也可使管壁上的鈣結(jié)垢溶解脫落,起到除垢的作用。

(4)其他措施

盡量減少蒸煮過程中鈣離子的引入。例如,充分澄清白液,減少鈣離子的含量,在蒸煮過程中盡可能除去含鈣離子較多的樹皮。

此外,國(guó)內(nèi)不少麥草漿廠,因僅采用干法備料,黑液中泥沙過多 (易造成硅鈣結(jié)垢),造成蒸發(fā)器嚴(yán)重結(jié)垢,有時(shí)運(yùn)行一周就要除垢。為此,這些廠采用了以下辦法:①在稀黑液中連續(xù)加入阻垢劑,可延緩鈣結(jié)垢;②稀黑液采用重力沉降部分泥渣,通過離心機(jī)分離出泥渣,黑液回到系統(tǒng)。

6 結(jié) 語

目前,關(guān)于制漿造紙堿回收過程中蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的研究主要集中在如何除垢以及鈣結(jié)垢如何形成上。但由于成本和技術(shù)問題,在預(yù)防蒸發(fā)器鈣結(jié)垢方面效果較為顯著的熱去活性法和化學(xué)助劑法還沒有得到廣泛的應(yīng)用。因此,需要通過進(jìn)一步深入研究來降低預(yù)防鈣結(jié)垢的成本,提高預(yù)防效果,為預(yù)防蒸發(fā)器鈣結(jié)垢提供有效的手段。此外,還可以通過改進(jìn)堿法制漿工藝,建立結(jié)合生物質(zhì)精煉的制漿新模式來有效地控制制漿廢液中容易引起蒸發(fā)器鈣結(jié)垢的物質(zhì)產(chǎn)生。這對(duì)于控制和降低蒸發(fā)器的鈣結(jié)垢程度,提高生產(chǎn)的能源利用效率,以及保證生產(chǎn)正常運(yùn)行,將具有重要的意義。

蒸發(fā)器鈣結(jié)垢會(huì)給制漿造紙堿回收帶來危害,企業(yè)必須提高對(duì)蒸發(fā)器鈣結(jié)垢帶來危害的認(rèn)識(shí),盡可能地減少蒸發(fā)器的鈣結(jié)垢,及時(shí)清洗蒸發(fā)器的鈣結(jié)垢,從而達(dá)到節(jié)能降耗,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

[1] Gourdon M,Str?mblad D,Olausson L,et al.Scale formation and growth when evaporating black liquorwith high carbonate to sulphate ratio[J].Nordic Pulp and Paper Research Journal,2008,23(2):231.

[2] 張繼玲.化學(xué)法控制草漿黑液蒸發(fā)器的結(jié)垢[J].中華紙業(yè),2008,29(22):80.

[3] Grace TM.A Studyof Evaporator Scaling in theAlkaline Pulp Industry,Project 3234,Progress Report 1[R].Atlanta,GA:The Institute of Paper Chemistry,1975.

[4] Gullichsen J,Paulapuro H.Papermaking Science and Technology,Book 6B:Chemical Pulping[M].Helsinki:FapetOy,2000.

[5] Schrnidl W,Frederick W J.Current trends in evaporator fouling[C]//1998 TAPPI International Chemical Recovery Conference Proceeding,Vol.1.Atlanta:TAPPI PRESS,1998.

[6] Siren K.Calcium carbonate scaling in black liquor evaporation[C]//International Chemical Recovery Conference.Quebec City,Canada,2007.

[7] Severtson S J,Duggirala P Y,Carter P W,et al.Mechanis m and chemical control of CaCO3scaling in the kraft process[J].Tappi Journal,1999,82(6):167.

[8] Frederick W J,Grace TM.A Study of Evaporator Scaling Calcium Carbonate Scales,Project 3234,Report 3[R].Atlanta,GA:The Institute of Paper Chemistry,1977.

[9] Ulmgren P,R?destr?m R.On the formation of oxalate in bleach plant filtrates on hot storage[J].Nordic Pulp and PaperResearch Journal,2000,15(2):128.

[10] ElsanderA,EkM,Gellerstedt G.Oxalic acid formation during ECF and TCF bleachingof kraftpulp[J].TappiJournal,2000,83(2):73.

[11] FiskariJ,Gullichsen J.Laboratory experimentson oxalic acid formation in hardwood pulp TCF bleaching[C]//10thInternational symposium on wood and pulping chemistry-10thBiennial.Yokohama,Japan,1999.

[12] Ulmgren P,R?destr?m R.Deposition of sodium oxalate in black liquor evaporation[C]//International Chemical Recovery Conference.Whistler,British Columbia,Canada,2001.

[13] DeMartiniN A,Verrill C L.Evaporator foulingmitigation-Case studies[C]//Proceeding to TAPPI Engineering,Pulping and Environmental Conference.Philadelphia,PA,USA,2005.

[14] Ulmgren P,R?destr?m R.Deposition of sodium oxalate in black liquor evaporation[J].Nordic Pulp and Paper Research Journal,2002,17(3):275.

[15] Correia FM,Henrique PM,CostaM M,et al.Chemical Removal of calcium oxalate scale:the industrial experience from cenibra's ECF bleaching plant[C]//Intl.Pulp Bleaching Conf.,PAPTAC,Poster Presentation,2000.

[16] 孫萍萍,秦夢(mèng)華,傅英娟.制漿造紙系統(tǒng)中無機(jī)鹽垢的控制[J].造紙化學(xué)品,2008,20(3):20.

[17] Rudie A.Calcium in pulping and bleaching[J].Tappi Journal,2000,83(12):36.

[18] Magnusson H,M?rk K,WarnqvistB.Non-Process Elements in the Kraft Recovery System[C]//Proc.1979 TAPPI Pulping Conference,Atlanta,GA:TechnicalAssociation of the Pulp and Paper Industry,1979.

[19] Krasowski J A,Marton J.The formation of oxalic acid during bleaching of kraft pulp[J].J.Wood Chem.Technol.,1983,3(4):443.

[20] 陸海勤,楊日福,丘泰球,等.超聲波處理防除黑液蒸發(fā)器積垢的研究[J].中國(guó)造紙,2004,23(6):18.

[21] Nishida I.Precipitation of calcium carbonate by ultrasonic irradiation[J].Ultrasonic Sonochemistry,2004,11(6):423.

[22] Guo J H,Severtson S J.Inhibition of calcium carbonate nucleation with aminophonates at high temperature,pH,and ionic strength[J].Ind.Eng.Chem.Res.,2003,43:5411.

[23] Brouillette R,Kerridge R,Millette G.On-line EDTA de-scalingof a continuous digester[J].Pulp&Paper Canada,1990,91:39.

[24] Felissia F E,AreaM C,Barboza O M,et al.Anti-scaling agents in kraft pulping[J].Bioresources,2007,2(2):252.

[25] Nalco Company Operations.Trends and Advances in Scale Control[EB/OL].http://www.nalco.com/pdf/PaperIndustryPdf/B-346.pdf,2004-05.

Evaporator Calcium Scaling and Its Control during Alkali Recovery Processes

L IHai-long1,＊ZHAN Huai-yu1CHA IXin-sheng1FU Shi-yu1L IU Meng-ru2
(1.State Key Lab of Pulp&paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640;2.Industrial Technology Research Institute,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640)

In this paper,the origin and classification of evaporator calcium scaling were introduced.The for mation mechanis m and influencing factors of calcium scaling were described.The formation of calcium scaling and its influence on the production safety were also discussed.The solutions of control and reduction of evaporator calcium scaling during alkali recovery processwere presented.

alkali recovery;evaporator;calcium scaling;calcium carbonate;calcium oxalate

TX793

A

0254-508X(2010)04-0067-06

李海龍先生,在讀博士研究生;主要研究方向:制漿化學(xué)與生物化學(xué)。

(＊E-mail:lihailong1979@gmail.com)

2009-11-03(修改稿)

(責(zé)任編輯:趙旸宇)