堿回收爐積灰的控制及延長(zhǎng)運(yùn)行周期的技術(shù)

劉超鋒 王振保 劉建秀 紀(jì)蓮清 孫新義 張立國(guó) 羅廣賓

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院河南省表界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南鄭州,450002;2.河南銀鴿實(shí)業(yè)投資股份有限公司,河南漯河,462000;3.開(kāi)封市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所,河南開(kāi)封,475001;4.廣西建工集團(tuán)第一安裝有限公司第二分公司,廣西南寧,530031)

堿回收爐積灰的控制及延長(zhǎng)運(yùn)行周期的技術(shù)

劉超鋒1王振保1劉建秀1紀(jì)蓮清1孫新義2張立國(guó)3羅廣賓4

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院河南省表界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南鄭州,450002;2.河南銀鴿實(shí)業(yè)投資股份有限公司,河南漯河,462000;3.開(kāi)封市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所,河南開(kāi)封,475001;4.廣西建工集團(tuán)第一安裝有限公司第二分公司,廣西南寧,530031)

介紹了對(duì)威脅造紙堿回收爐安全運(yùn)行的鍋爐積灰的控制措施及延長(zhǎng)運(yùn)行周期的技術(shù)。對(duì)入爐黑液的成分、濃度和負(fù)荷加以控制,改善供風(fēng)系統(tǒng),采取減少積灰的受熱面結(jié)構(gòu),先進(jìn)的在線吹灰設(shè)備的設(shè)置,采用循環(huán)流化床堿回收技術(shù),都可以延長(zhǎng)堿回收爐的運(yùn)行周期。

堿回收爐;積灰;運(yùn)行周期

制漿過(guò)程產(chǎn)生的黑液中含有機(jī)物和大量的無(wú)機(jī)物。燃燒濃縮后的黑液,經(jīng)苛化回收 NaOH和 Na2S,重新用于制漿,同時(shí)利用燃燒黑液中的有機(jī)物質(zhì)所放出的熱產(chǎn)生蒸汽,供生產(chǎn)使用。堿回收爐是蒸煮化學(xué)品回收的重要設(shè)備。堿回收爐常常是整個(gè)漿廠最貴的單臺(tái)設(shè)備[1]。但是,由于燃燒黑液產(chǎn)生大量含塵較高的煙氣,所以尾部受熱面積灰嚴(yán)重。在維修費(fèi)用預(yù)算中,堿回收爐占很大比例,而且極難預(yù)計(jì);堿回收爐停機(jī)時(shí)間不可預(yù)計(jì),對(duì)生產(chǎn)的影響最大。受熱面(水冷壁、過(guò)熱器)積灰過(guò)多[2]會(huì)使通過(guò)降流管區(qū)的煙氣溫度急劇上升,水循環(huán)變得緩慢甚至處于停滯狀態(tài),使堿回收爐在十分危險(xiǎn)的狀態(tài)下運(yùn)行。因此,運(yùn)行中清除受熱面煙氣的堿灰和結(jié)渣是堿回收爐重要的輔助運(yùn)行操作[3]之一。但有時(shí)用吹灰器也無(wú)法清除干凈爐內(nèi)的部分死角,要定期停產(chǎn)清灰[4-5]。如果堿回收爐停爐清灰,會(huì)使油耗增多,而且給爐襯保養(yǎng)及爐管保護(hù)帶來(lái)困難,影響堿回收爐壽命,堿的流失增大。因此,應(yīng)設(shè)法解決積灰障礙,以保持堿回收爐長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

1 入爐黑液參數(shù)的控制

1.1 黑液成分及噴液

對(duì)于黑液,通過(guò)控制入爐黑液顆粒的大小、成分、濃度可以減少堿回收爐的積灰。例如,如果堿回收爐噴液壓力與噴嘴孔徑[6]的選擇匹配欠佳,會(huì)使噴液顆粒過(guò)細(xì),過(guò)早被干燥并燃燒,飛出爐膛,加重水冷屏及爐膛出口[7]的結(jié)灰。四川某紙廠 1臺(tái) 225 t/d(干固物)竹漿黑液堿回收爐投運(yùn)不久就由于入爐黑液噴液顆粒比木漿黑液顆粒細(xì)而造成飛灰[8]黏結(jié)在高溫過(guò)熱器管壁上,產(chǎn)生熔蝕作用。經(jīng)中國(guó)制漿造紙研究院分析發(fā)現(xiàn),該廠竹漿黑液含鉀量高達(dá) 5.7%也是造成堿回收爐積灰的原因之一。國(guó)外研究[9]表明,堿灰中氯、鉀的增多會(huì)增加堿灰的黏著性,造成堿灰熔點(diǎn)下降和過(guò)熱器管結(jié)焦掛灰,甚至發(fā)生熔蝕作用。因此,如果能對(duì)堿回收爐黑液的成分加以調(diào)整,也可以減少積灰。例如,廣西貴糖 (集團(tuán))股份有限公司日處理 80 t固形物的噴射爐,能連續(xù)運(yùn)行半年以上才停爐清灰 1次。經(jīng)驗(yàn)表明,向噴射爐內(nèi)投入一種特制的除渣劑[10]與黑液一起燃燒,它能使附于凝渣管、水冷屏管上的堿焦疏松甚至脫落,從而延長(zhǎng)爐子的運(yùn)行周期。另外,燃燒濃度[11]為 73%～75%的超濃木漿黑液,也可以減少堿回收爐煙氣通道的積灰。如日照森博漿紙責(zé)任有限公司的六效蒸發(fā)系統(tǒng) (奧斯龍)進(jìn)行超濃黑液的燃燒,采用Anderitz的單汽包堿回收爐連續(xù) 7個(gè)月運(yùn)行,管束和省煤器非常 “干凈”,效益非常明顯。需要指出的是,目前麥草漿超濃黑液堿回收爐運(yùn)行效果尚未見(jiàn)報(bào)道。

表1 各紙業(yè)公司堿回收爐防止積灰的供風(fēng)系統(tǒng)及其改進(jìn)

1.2 黑液負(fù)荷

堿回收爐超負(fù)荷運(yùn)行[12]時(shí),鍋爐管束、過(guò)熱器、省煤器的加熱面上會(huì)迅速沉積堿塵。如云南云景林紙股份有限公司的國(guó)產(chǎn) 2#中壓堿回收爐,設(shè)計(jì)允許長(zhǎng)期在 120%的負(fù)荷下運(yùn)行。但該爐投運(yùn)后,多次出現(xiàn)高溫過(guò)熱器進(jìn)出口集箱下部連接管 (爐外過(guò)熱器管)角焊縫和彎頭部裂紋泄漏事故[13]。為此,采取的措施之一是將負(fù)荷控制在允許的范圍內(nèi),通過(guò)減少積灰解決該問(wèn)題。

2 供風(fēng)系統(tǒng)的完善

堿回收爐供風(fēng)系統(tǒng)不完善會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛上升煙氣速度過(guò)高、煙氣攜帶堿塵量及爐膛出口溫度提高,加重積灰。因此,為滿(mǎn)足黑液在爐膛內(nèi)燃燒所需的空氣量,一般在爐周?chē)贾肹14]三層風(fēng)嘴,分別用于燃燒墊層中的有機(jī)物,墊層中揮發(fā)可燃?xì)怏w和飛失黑灰,以及揮發(fā)性可燃?xì)怏w的完全燃燒。不同堿回收爐的供風(fēng)系統(tǒng)也不同。如果堿回收爐發(fā)生積灰,其供風(fēng)系統(tǒng)也可能成為誘因。例如,美國(guó)佐治亞州拉斯波羅的英特斯梯造紙廠曾經(jīng)因?yàn)閴A回收爐經(jīng)常堵塞,請(qǐng)安東尼公司[15]用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD)進(jìn)行評(píng)估?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和 CFD模型證實(shí)堿回收爐左側(cè)未被完全利用,在右側(cè)發(fā)生堵塞;右側(cè) CO含量很高,煙氣短路使右側(cè)的氧氣就不足。對(duì)此,安東尼公司的 CFD模型指出,只需簡(jiǎn)單地改變二次風(fēng)和三次風(fēng)的風(fēng)口尺寸和位置,所構(gòu)成的立體多層供風(fēng)系統(tǒng) (SAS) (多層二次風(fēng)和三次風(fēng)開(kāi)口)可使問(wèn)題解決。該項(xiàng)改造完成 4年多,效益可達(dá) 100萬(wàn)美元 /a。另外,加拿大東部某漿廠的堿回收爐的黑液處理能力原為 1200 t/d,后來(lái)需要提高處理量到 1556 t/d,堿回收爐每 2～3個(gè)月被迫停機(jī)水洗。該公司對(duì)堿回收爐供風(fēng)比例修改為一次風(fēng) 35.3%、二次風(fēng) 28.7%、三次風(fēng) 36%以后,運(yùn)行周期提高了 3倍左右。國(guó)內(nèi)各紙業(yè)公司堿回收爐防止積灰的供風(fēng)系統(tǒng)及其應(yīng)用效果見(jiàn)表1。

3 受熱面設(shè)計(jì)

草漿低壓堿回收爐管束之前的部分稱(chēng)為爐膛,包括水冷壁、水冷屏、凝渣管等受熱面,之后部分稱(chēng)為尾部受熱面,包括省煤器和煙氣-空氣預(yù)熱器。對(duì)堿回收爐受熱面進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可以減輕積灰,具體設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表2。各紙業(yè)公司堿回收爐防止積灰的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表3。

4 清除積灰的措施

適度而有效地清灰對(duì)提高換熱效率是很重要的。各紙業(yè)公司堿回收爐清灰的措施及其應(yīng)用效果見(jiàn)表4。

為了避免和減輕堿回收爐在長(zhǎng)期運(yùn)行后被迫停機(jī)清灰、水洗造成的受熱面腐蝕及潮濕煙氣對(duì)下游設(shè)備的不利影響,目前國(guó)內(nèi)外大型堿回收爐爐膛均已采用復(fù)合鋼管。

在線 “干”吹灰[33]不僅可以避免蒸汽 “濕”吹或鍋爐水洗造成的受熱面腐蝕及潮濕煙氣對(duì)下游設(shè)備的不利影響,而且能克服長(zhǎng)伸縮機(jī)械式吹灰器因吹損受熱面而引起的爆管等事故。沖擊波吹灰就是一種在線“干”吹灰,鑒于上述優(yōu)點(diǎn),新疆博湖葦業(yè)股份有限公司 3臺(tái)堿回收爐采用乙炔和空氣混合產(chǎn)生沖擊波吹灰系統(tǒng),安裝 J S R型沖擊波吹灰器后,每年可節(jié)約維護(hù)費(fèi)約 50萬(wàn)元;沖擊波式吹灰器潔凈度高,延長(zhǎng)了堿回收爐的運(yùn)行時(shí)間,運(yùn)行時(shí)不用水洗,多創(chuàng)造綜合效益約 500萬(wàn)元。其原理是:氫氣、天然氣、乙炔或丙烷等可燃?xì)怏w在特殊的袋式裝置和特定條件下與空氣混合,混合氣體充滿(mǎn)火焰導(dǎo)管及沖擊波發(fā)生器后被點(diǎn)燃,火焰的燃燒速度每秒可達(dá)近千米,火焰陣面高的動(dòng)能激發(fā)射管?chē)姵龅乃查g沖擊波作用于積灰表面時(shí),使灰粒子與黏結(jié)表面分離而脫落。

表2 堿回收爐防止積灰的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

表3 各紙業(yè)公司堿回收爐防止積灰的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用效果

海南金海漿紙業(yè)有限公司 (JHPP)120萬(wàn) t/a漂白化學(xué)木漿生產(chǎn)線是目前世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的。該公司的 5000～5500 t(DS)/d堿回收爐RB1由瑞典 KVAERNER公司供貨,是此前全球最大的堿回收爐,與制漿能力 100萬(wàn) t/d相匹配。隨著金海漿紙制漿能力的不斷提升,使得 RB1長(zhǎng)期處于超負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài),使 RB1的鍋爐積灰比較嚴(yán)重。該公司比同等規(guī)模的進(jìn)口堿回收爐價(jià)格低 30%的 2200 t(DS)/d堿回收爐 RB2工程[34]由武漢鍋爐廠供貨,中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司承擔(dān)全部工程詳細(xì)設(shè)計(jì),是此前規(guī)模最大的國(guó)產(chǎn)大型堿回收爐。金海漿紙 RB2已投入正式生產(chǎn)。采取的積灰控制主要措施是:在鍋爐尾部布置兩級(jí)立式膜式結(jié)構(gòu)省煤器;靜電除塵器每一列 ESP的第一點(diǎn)場(chǎng)都安裝 3套 SQ-75型聲波清灰器。

為了保證堿回收爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行,蒸汽吹灰時(shí)還要采取措施防止蒸汽流吹蝕管壁。某公司省煤器就因?yàn)楦g漏水而成為堿回收爐安全運(yùn)行的一大隱患。原因[35]是:當(dāng)吹灰槍工作時(shí),吹掃用蒸汽工作壓力≥1.27MPa,出噴嘴的流速高達(dá)每秒幾十米。為此,安裝吹灰器時(shí),應(yīng)保證吹灰槍管與受熱面的最小距離大于 200 mm,避免高速的蒸汽流吹蝕管壁。

5 循環(huán)流化床堿回收爐

黑液流化床堿回收技術(shù)具有超低溫度、超低黑液濃度、超低投入成本、超低運(yùn)行成本和堿回收率高的特點(diǎn)。如印度思來(lái)亞公司低溫低濃燃燒爐堿回收系統(tǒng)的核心是流化床低溫燃燒爐,控制爐溫達(dá)到 550～600℃ (炭粒在 2 mm左右)。如果爐溫過(guò)高[36],則停止噴液和降低供風(fēng)溫度,還可以增加上部噴淋水,使溫度基本恒定,保證它的溫度維持在比灰熔點(diǎn)低許多的范圍,否則會(huì)引起反應(yīng)器床區(qū)結(jié)焦和爐墻積累過(guò)多的灰垢。還有資料[37]報(bào)道,哈爾濱工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的草漿黑液流化床堿回收技術(shù),徹底解決了傳統(tǒng)堿回收爐積灰問(wèn)題,草漿黑液堿回收率高達(dá) 90%,投資費(fèi)用為常規(guī)堿回收爐的 1/3。山東三融集團(tuán)有限公司和濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司的經(jīng)驗(yàn)表明,采用帶高溫旋風(fēng)分離器的中倍率循環(huán)流化床鍋爐來(lái)?yè)綗谝哄仩t的設(shè)計(jì)[38]中,為了減小積灰,相應(yīng)的受熱面節(jié)距應(yīng)比不摻燒時(shí)大,同時(shí)應(yīng)采用壓縮空氣清灰。

6 結(jié) 語(yǔ)

黑液堿回收爐延長(zhǎng)運(yùn)行周期技術(shù)是個(gè)永恒的主題。紙廠更傾向于選擇入爐黑液原料的成分和黑液量波動(dòng)范圍寬一些而又不致于積灰的堿回收爐。如何通過(guò)完善通風(fēng)系統(tǒng)、改進(jìn)受熱面的結(jié)構(gòu)、甚至采取流化床技術(shù),最大限度地滿(mǎn)足防止積灰又不犧牲熱效率的要求,是堿回收爐研發(fā)人員應(yīng)重點(diǎn)思考的問(wèn)題。北美和歐洲的鍋爐公司都應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬[39]指導(dǎo)堿回收爐設(shè)計(jì),國(guó)外專(zhuān)業(yè)性堿回收爐的研究和開(kāi)發(fā)公司把先進(jìn)的 CFD技術(shù)用于分析堿回收爐的最佳通風(fēng)系統(tǒng)的布置的研究方法值得參考。

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M easures for Controll ing Ash Deposition and Extending the Operation Cycle of Recovery Boilers

L IU Chao-feng1,＊WANG Zhen-bao1L IU Jian-xiu1J ILian-qing1SUN Xin-yi2ZHANGLi-guo3LUO Guang-bin4
(1.Departm ent of Process Equipment and Control Engineering of Zhengzhou University of Light Industry,He'nan Provincial Key Laboratory of Surface&Interface Science,Zhengzhou,He'nan Province,450002;2.He'nan Yin'ge Industrial Investment Co.,Ltd.,Luohe,He'nan Province,462000;3.Kaifeng Institute of Boiler&Pressure Vessel Supervisory Inspection,Kaifeng,He'nan Province,475001;4.The Second B ranch of First Consturction Co.of Guangxi Construction Engineering Group,Naning,Guangxi Zhuang Autonom ous Region,530031)

Ash deposition in recovery boilers affects its safe operation.Measures including controlling the composition,concentration and amount of feeding black liquor,using a reasonable configuration of blowing system,adopting less ash deposition structure of heating surface,applying advanced online soot blowers and circulating fluidized bed for recovery can extend the operation cycle of recovering boilers.

recovery boilers;ash deposition;cause;preventingmeasures

TS733+.9

A

0254-508X(2010)01-0070-05

劉超鋒先生,碩士,副教授;主要從事材料與化學(xué)工程技術(shù)的研究。

(＊ E-mail:zhryng@yahoo.com.cn)

2009-06-26(修改稿)

(責(zé)任編輯:王 巖)