硫酸鹽漿廠黑液蒸發(fā)中冷水回用優(yōu)化與改進(jìn)研究

Abstract：Thispperitroducedtetizatioandimprovementetodofblacklquorevapoatiossteindomesticulfateulpillto provethereceofoldteerprnteeofieatedesateinackloeaoatia 100% ，the water used for pulp production was reduced to 7.9m³/Adt ，and the annual economic benefit was as high as 77 379 3Oo Yuan.

Key words： sulfate pulp mill; black liquor evaporation; intermediate condensate;improvement

近年來(lái)，我國(guó)制漿造紙工業(yè)迅速發(fā)展，許多大型制漿造紙企業(yè)紛紛擴(kuò)大或新增木漿產(chǎn)能，不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。制漿造紙行業(yè)不斷探索、創(chuàng)新、發(fā)展低能耗清潔生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源高效利用[2-3]。

黑液蒸發(fā)過(guò)程中的中間冷凝水（中冷水）是指在黑液蒸發(fā)濃縮過(guò)程中，由黑液蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽（氣態(tài)水）經(jīng)過(guò)熱交換冷凝而形成的液態(tài)水，冷凝水產(chǎn)生于蒸發(fā)器的不同部位，并具有一定的特性和成分[45]。海南某漿廠自成立以來(lái)，通過(guò)不斷地技術(shù)革新，現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行已實(shí)現(xiàn)制槳耗水量 7.9m³/Adt ，處于行業(yè)生產(chǎn)水消耗較低水平。為實(shí)現(xiàn)更低水耗的工業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)，需進(jìn)一步優(yōu)化黑液蒸發(fā)工段中冷水回用技術(shù)；在此方面，海南某漿廠通過(guò)不斷優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)中冷水回用率達(dá)到 100% ，為公司創(chuàng)造巨大收益，同時(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用、節(jié)能減排方面做出重大貢獻(xiàn)。

本研究海南某槳廠工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為例，介紹其在黑液蒸發(fā)過(guò)程的中冷水回用優(yōu)化改進(jìn)措施及相關(guān)收益。

1黑液蒸發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

海南某漿廠制漿工藝為硫酸鹽法制漿，生產(chǎn)線采用蒸煮設(shè)備為G2連續(xù)蒸煮塔，漂白工段采用5段漂（氧漂、 D₀ 、 E₀ 、 ΔD₁ 、 |ΔD₂| ），硫酸鹽漂白漿產(chǎn)量約5500Adt/d ，黑液產(chǎn)量 7700t/d （以溶解性總固體質(zhì)量計(jì)）。制漿黑液蒸發(fā)處理系統(tǒng)配套HPD公司11體六效降膜式蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器內(nèi)部冷凝水采用分離設(shè)計(jì)（干凈側(cè)、臟側(cè)），可收集多種不同品質(zhì)的蒸汽冷凝水。蒸發(fā)濃縮的黑液送往堿回收鍋爐燃燒，以回收熱量和化學(xué)藥品，黑液蒸發(fā)工段產(chǎn)生的冷凝水則需要進(jìn)一步回收利用。

1.1 蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程

海南某漿廠的蒸發(fā)系統(tǒng)為11體六效管式降膜蒸發(fā)站，I效由5體構(gòu)成、Ⅱ效由2個(gè)主體構(gòu)成、其余效為1個(gè)主體。該套蒸發(fā)系統(tǒng)采用逆流式蒸發(fā)流程，制漿送來(lái)的黑液由VI效進(jìn)人，經(jīng)過(guò)各效蒸發(fā)器蒸發(fā)水分濃縮后由I效排出。新鮮蒸汽由I效進(jìn)人（IⅢ效補(bǔ)少量新鮮蒸汽），黑液在換熱加熱后下降至蒸發(fā)器底部真空騰發(fā)室閃蒸并產(chǎn)生二次蒸汽，二次蒸汽作為下一效熱源進(jìn)行加熱并冷凝為冷凝水。

根據(jù)海南某漿廠黑液蒸發(fā)冷凝水收集系統(tǒng)水質(zhì)分類，冷凝水可分為蒸汽冷凝水、干凈冷凝水（干冷水）、中間冷凝水（中冷水）和重污冷凝水，根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)，各類冷凝水回用于不同工段，改進(jìn)前各冷凝水產(chǎn)生比例及用途見(jiàn)表1。冷凝水收集工藝流程圖1所示。由圖1可知，蒸汽冷凝水為新鮮蒸汽進(jìn)入I效蒸發(fā)器冷凝收集，直接回用于堿回收鍋爐補(bǔ)給水。干冷水為II、IⅢI、IV效蒸發(fā)器干凈側(cè)冷凝水，全部用于制漿生產(chǎn)用水。中冷水收集主要有2個(gè)途徑： ① II、IⅢI、IV效蒸發(fā)器臟側(cè)和VI效干凈側(cè)的冷凝水經(jīng)處理后進(jìn)入V效干凈側(cè)收集而得的水； ②V 、VI臟側(cè)冷凝水（V、VI效臟側(cè)冷凝水稱為重污冷凝水）經(jīng)汽提塔凈化處理后的水。

1.2中冷水現(xiàn)狀及其用途

蒸汽冷凝水和干冷水的產(chǎn)量相對(duì)較小且水質(zhì)相對(duì)較優(yōu)，蒸汽冷凝水回用于堿回收鍋爐補(bǔ)給水，干冷水則用于制漿洗滌。

中冷水是黑液蒸發(fā)工段產(chǎn)量最大且水質(zhì)較差的冷凝水，海南某漿廠中冷水產(chǎn)量約2.3萬(wàn) m³/d ，占蒸發(fā)系統(tǒng)冷凝水的 70% 。其主要用于苛化白泥洗滌和制漿過(guò)程漿料洗滌。改進(jìn)前，僅 63% 中冷水得到回用，其余部分只能以廢水形式處理后排放。中冷水利用率低，不僅需要補(bǔ)充更多水用于其他生產(chǎn)工段，導(dǎo)致紙漿生產(chǎn)用水增加；同時(shí)，未利用的中冷水排放還會(huì)給工廠廢水處理工段增加負(fù)荷，甚至有可能給企業(yè)帶來(lái)高污染的風(fēng)險(xiǎn)。

表1改進(jìn)前各冷凝水產(chǎn)生比例及用途

Table1 Proportions and uses of condensate water generated before improvement

圖1多效蒸發(fā)器工藝流程圖

Fig.1Process flow diagram of the multi-effect evaporator

1.3中冷水回用存在問(wèn)題

根據(jù)海南某漿廠的生產(chǎn)情況，中冷水利用率低可歸因于水質(zhì)，限制因素主要包括COD含量高、中冷水溫度高和中冷水可回用差。

1.3.1 COD含量高

中冷水回用于漂白工段，主要用于洗滌漂后漿料，洗滌水COD含量越高，洗后漿料COD含量則越高，后續(xù)漂白氧化劑用量會(huì)隨之增加?？刂葡礈煊盟瓹OD在一定范圍，不僅可降低漂白氧化劑用量，還可合理有效回用水資源，對(duì)提高成本效益具有重要意義。海南某槳廠改進(jìn)前中冷水水質(zhì)情況和制漿用水標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。由表2可知，改進(jìn)前中冷水COD_crgt;1300g/L ，遠(yuǎn)高于制槳用水標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法直接用于漿料洗滌，需要補(bǔ)加一定量更高水質(zhì)的水，混合后使用，會(huì)增加生產(chǎn)用水量。同時(shí)，未被回用的中冷水只能以廢水形式進(jìn)行處理后排放，增加廢水處理成本。

表2改進(jìn)前中冷水水質(zhì)情況和制漿用水標(biāo)準(zhǔn)

Table2 Quality of intermediatecondensatebefore improvement and the standards for water used in pulping

1.3.2 中冷水溫度高

溫度同樣是限制中冷水回用的重要因素。換熱冷凝的中冷水依舊保持較高的溫度，溫度過(guò)高會(huì)影響苛化工段洗滌白泥效率。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，溫度過(guò)高易造成渾濁，還會(huì)產(chǎn)生堿性熱汽，飄散至設(shè)備表面會(huì)造成腐蝕問(wèn)題，還會(huì)導(dǎo)致排式過(guò)濾器過(guò)濾白泥效果下降速度過(guò)快，增加過(guò)濾器的清洗頻率，增加運(yùn)行成本，影響白泥干度穩(wěn)定性。

1.3.3中冷水可回用性較差

根據(jù)前期中冷水回用設(shè)計(jì)，中冷水僅用于制漿及苛化工段。在改進(jìn)后，中冷水水質(zhì)得到大幅度提升，水質(zhì)達(dá)到其他工段使用要求，其他工段對(duì)中冷水的利用也需要進(jìn)一步擴(kuò)展，使其能夠充分利用。

2 優(yōu)化與改進(jìn)措施

2.1 降低中冷水COD

2.1.1 中冷水COD影響因素分析

對(duì)海南某漿廠黑液蒸發(fā)系統(tǒng)中冷水產(chǎn)生和來(lái)源進(jìn)行分析，影響中冷水品質(zhì)主要包括以下3點(diǎn)原因。

2. 1. 1. 1 黑液性質(zhì)

黑液性質(zhì)對(duì)中冷水COD的影響主要表現(xiàn)在黑液中的纖維含量、無(wú)機(jī)鹽含量、黑液溫度等方面。黑液纖維含量高、無(wú)機(jī)鹽含量不穩(wěn)定等因素，均會(huì)影響黑液流動(dòng)性。黑液流動(dòng)性差，會(huì)使加熱管束易結(jié)垢、堵塞嚴(yán)重加劇、換熱效率低、蒸發(fā)效率下降，導(dǎo)致黑液在效罐內(nèi)多次循環(huán)蒸發(fā)，效罐真空騰發(fā)室液位上升，二次蒸汽攜帶黑液增多，影響冷凝水COD含量。進(jìn)蒸發(fā)器的黑液溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致黑液沸騰劇烈，黑液夾帶增多，高溫還會(huì)導(dǎo)致更多有機(jī)物分解，隨二次蒸汽進(jìn)人冷凝水。

2. 1. 1. 2 蒸發(fā)器影響

黑液蒸發(fā)器是蒸發(fā)工段的主要設(shè)備，包含加熱器、真空騰發(fā)室、除霧器

加熱器為立式管式換熱器，蒸汽（二次蒸汽）與黑液換熱在換熱器的殼程進(jìn)行，換熱完成后，蒸汽冷凝成冷凝水。殼程清潔度是影響冷凝水品質(zhì)的重要因素，殼程污垢不僅污染換熱后的冷凝水品質(zhì)，形成的結(jié)垢層還會(huì)造成熱阻增加，導(dǎo)致?lián)Q熱器傳熱效率降低。這不但會(huì)增加能耗，還會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和效率。

除霧器是二次蒸汽氣液分離裝置。除霧器的工作效率直接影響黑液冷凝水品質(zhì)，除霧器運(yùn)行過(guò)程中，若設(shè)備污垢嚴(yán)重，還會(huì)造成通道堵塞、變小，導(dǎo)致背壓增大、二次蒸汽流速上升、氣液分離效果變差、黑液夾帶問(wèn)題嚴(yán)重。

在蒸發(fā)器的運(yùn)行過(guò)程中，效罐壓差是重要參數(shù)。效罐壓差影響各設(shè)備運(yùn)行效率，在運(yùn)行過(guò)程中，合適的效罐壓差可以提高蒸發(fā)器整體處理效率。

2. 1.1. 3 汽提塔處理

汽提塔的作用是處理重污冷凝水，使其達(dá)到中冷水品質(zhì)，然后進(jìn)行回用。汽提塔處理過(guò)程中，重污冷凝水在塔內(nèi)的分布和換熱是影響氣液傳質(zhì)和分離效率的主要原因。塔盤(pán)和浮閥是重污冷凝水分布的關(guān)鍵；同時(shí)，處理后的水經(jīng)塔底排出，對(duì)進(jìn)塔的重污冷凝水預(yù)熱效果也十分重要。

2.1.2 降低中冷水COD改進(jìn)措施

針對(duì)上述問(wèn)題，海南某漿廠做了相應(yīng)改進(jìn)措施，其中改進(jìn)前后詳細(xì)對(duì)比如表3所示。

在控制黑液性質(zhì)方面，主要從穩(wěn)定黑液無(wú)機(jī)鹽含量、控制黑液溫度、降低黑液纖維含量進(jìn)行改進(jìn)，具體措施如下。

（1）黑液中的無(wú)機(jī)鹽主要來(lái)源為蒸煮白液，為了穩(wěn)定蒸煮黑液無(wú)機(jī)鹽含量，在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行原料替換時(shí)，以實(shí)驗(yàn)室蒸煮用堿量較為接近的數(shù)值進(jìn)行替換，避免生產(chǎn)蒸煮白液加人量波動(dòng)過(guò)大，導(dǎo)致無(wú)機(jī)鹽含量不穩(wěn)定。

表3降低COD詳細(xì)改進(jìn)措施

Table3Detailed improvementmeasurestoreduceCOD

（2）蒸煮完成后，蒸煮塔底部抽出的黑液通過(guò)加裝換熱器與進(jìn)蒸煮塔白液進(jìn)行熱交換，使送人蒸發(fā)工段的黑液降低至 88～90^°C （此溫度為海南某漿廠蒸發(fā)系統(tǒng)黑液最宜進(jìn)效罐溫度），同時(shí)回收熱值。

（3）進(jìn)效罐前，黑液采用過(guò)濾器過(guò)濾纖維，降低黑液纖維含量。

在蒸發(fā)器優(yōu)化方面，提高換熱效率和降低黑液二次蒸汽夾帶是需解決的主要問(wèn)題。改進(jìn)方式體現(xiàn)在蒸發(fā)器的清潔和I效蒸汽的利用，蒸發(fā)器清潔包括清洗頻率和相應(yīng)部件的清洗方式升級(jí)。在蒸發(fā)器清洗頻率上，由1次/a增加至2次/a，時(shí)間分別在年中和年底。在功能部件的清洗方式上，殼程結(jié)垢清洗液由清水清洗方式優(yōu)化為化學(xué)藥品清洗，同時(shí)除霧器在機(jī)械沖洗的基礎(chǔ)上增加化學(xué)藥品浸泡和在線清洗設(shè)備，清洗期間除霧器先進(jìn)行化學(xué)浸泡后進(jìn)行機(jī)械沖洗，在線清洗設(shè)備可在蒸發(fā)器日常運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)觀察冷凝水品質(zhì)，控制洗滌設(shè)備，短暫洗滌除霧器，提高除霧器處理效率。在控制蒸發(fā)器的蒸汽運(yùn)行壓力方面，對(duì)I效二次蒸汽進(jìn)行分流，降低I效壓力，進(jìn)而降低蒸發(fā)系統(tǒng)整體運(yùn)行壓差。

汽提塔的改進(jìn)措施主要為塔盤(pán)維護(hù)和換熱器升級(jí)。如在停車檢修期間，對(duì)塔盤(pán)進(jìn)行全面檢查，更換損壞配件，對(duì)塔盤(pán)進(jìn)行清洗置換。為提高出塔水與進(jìn)塔重污冷凝水的換熱效率，對(duì)換熱器進(jìn)行升級(jí)，由板式換熱器升級(jí)為螺旋板式換熱器。

2.2 降低中冷水溫度

圖2為中冷水熱量回收示意圖。如圖2所示，具有收集存儲(chǔ)作用的中冷水槽溫度約 95^°C ，送往苛化工段過(guò)程中，高溫中冷水通過(guò)換熱器與鍋爐補(bǔ)給水進(jìn)行熱交換，鍋爐補(bǔ)給水溫度升高了 21^°C ，大幅度降低了鍋爐補(bǔ)給水蒸發(fā)的熱量消耗，達(dá)到節(jié)降能耗的作用。同時(shí)，換熱使供苛化用的中冷水溫度降至73^°C ，苛化用水溫度得到改進(jìn)，用水量增加了3000m³/d 。

圖2中冷水回收熱量示意圖

Fig.2Heat recovery diagram of intermediate condensate

2.3優(yōu)化中冷水利用率及途徑

圖3為改進(jìn)前后中冷水回用情況。如圖3所示，改進(jìn)前僅有漂白和苛化工段運(yùn)用到中冷水，其余以廢水形式進(jìn)行處理排放。經(jīng)過(guò)上述方法對(duì)中冷水品質(zhì)優(yōu)化后，中冷水的回用率達(dá)到了 100% 。這主要為改進(jìn)后的中冷水在原有工段利用量上得到大幅增加，漂白和苛化工段分別增加了 53.8% 和 37.5% 。同時(shí)還新增了堿回收鍋爐對(duì)中冷水約 2000m³/d 的利用途徑，這部分的中冷水用于取代溶解槽噴淋的清水和CRP堿灰溶解的純水，達(dá)到降低耗水的作用。

3優(yōu)化成果及效益分析

表4為根據(jù)海南某漿廠生產(chǎn)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)核算各項(xiàng)目相應(yīng)成本。由表4計(jì)算可得，各改進(jìn)措施完成后，蒸汽用量、廢水處理成本和生產(chǎn)紙漿用水量均得到優(yōu)化。鍋爐補(bǔ)給水蒸汽消耗降低了 50t/h ，節(jié)能降耗達(dá) 27.8% ，創(chuàng)造年化效益6468.00萬(wàn)元。中冷水回用率達(dá) 100% ，廢水處理費(fèi)用節(jié)約年效益達(dá)361.94萬(wàn)元。中冷水回用率提升，降低生產(chǎn)用水，生產(chǎn)紙漿清水用量減少了 0.5m³/Adt ，按年產(chǎn)值180萬(wàn)t計(jì)算，每年可節(jié)約130.50萬(wàn)元相關(guān)支出。綜合分析，每年總計(jì)可以創(chuàng)造7737.93萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用、污染的最低排放，有利于保護(hù)環(huán)境。

圖3改進(jìn)前后中冷水回用情況

Fig.3Reuse of intermediate condensate before and after improvement

表4改進(jìn)后的成果及經(jīng)濟(jì)效益

Table4 Resultsand economicbenefitsafter improved

注蒸汽單價(jià)為154.0元，中冷廢水為3.83元，清水單價(jià)為1.45元；一年按350天計(jì)。

4結(jié)語(yǔ)

硫酸鹽制漿廠中，黑液蒸發(fā)系統(tǒng)中間冷凝水（中冷水）的回用率是影響生產(chǎn)用水量的重要工段。中冷水的優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)降低生產(chǎn)用水總量和提升企業(yè)節(jié)能減排具有重要作用。本文介紹了海南某漿廠投產(chǎn)多年以來(lái)，在中冷水優(yōu)化改進(jìn)上的重點(diǎn)措施實(shí)例，使中冷水回用率達(dá)到 100% ，創(chuàng)造年經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)7737.93萬(wàn)元。

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（責(zé)任編輯：楊苗秀）