草漿造紙鹼回收方法
2023-06-06 22:07:46 1
專利名稱：草漿造紙鹼回收方法
技術領域：
本發明涉及造紙類，具體的講是涉及一種草漿造紙鹼回收方法。
背景技術：
我國的草類造紙原料蘊藏十分豐富，草類纖維原料是我國傳統的主要造紙原料，草漿和其它原料紙漿配抄，可以生產出不同品種的高檔次紙張，具有較高的性價比。草類漿中又以麥草漿產量比重最大。麥草漿相比木漿造紙成本降低1500～2000元。麥草漿造紙具有挺度高、緊度強、透明度低的優點。麥、稻草是我國農業的剩餘物資，用麥、稻草及其它草類製漿造紙也為「三農」做了大好事，變廢為寶增加了農民的收入，同時也提供了農村富餘勞動力的就業機會。但是小草造紙用水多、汙染環境嚴重，不適合我國可持續發展的方針。傳統的草漿造紙多為鹼法製漿，產生的廢液即黑液所造成的汙染到目前為止幾乎還無法解決。以河南省為例，共有400多家造紙企業，通過了幾十年的努力，但是已建回收處理製漿黑液的鹼回收只有八家十一套設備，其餘均因無法籌措巨資建造鹼回收，或者已建的企業終因運行成本太高而停產(如中牟造紙廠)。由於治理黑液汙染難度大、費用高、成效低，許多中小造紙廠黑液不經任何處理就任意排放，汙染江河湖海破壞生態環境。因此，在我國還沒有找到好辦法治理黑液汙染的情況下，政府只有採取勒令缺乏治汙能力的中小化學草漿造紙廠「關、停、並、轉」，轉而花費60多億美元進口木漿、廢紙等造紙原料，同時盡一切努力加速建造造紙原料林地。
發明內容
本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種草漿造紙鹼回收方法，該方法對傳統鹼回收技術進行了必要的工藝設備改進，是適合草漿造紙企業處理回收製漿廢液的草漿造紙鹼回收方法。
本發明目的實現由以下技術方案完成一種草漿造紙鹼回收方法，包括黑液提取、蒸發、燃燒和綠液苛化工序，首先進行黑液的提取工序是將原漿經過至少二套螺旋輸送機和螺旋擠漿機逆流洗漿和擠壓，獲得的稀黑液進入真空蒸發器進行蒸發，至半濃黑液，再經煙氣蒸發器蒸發至濃黑液，後經鹼爐燃燒，產生的熔融物經綠液苛化，將所獲得的白液蒸煮回用，其特徵在於黑液蒸發和燃燒以一體化循環的工作方式完成，該工作方式指的是使用熱風爐直接向鹼爐爐膛灌輸火焰，補充草漿黑液用於燃燒的熱量不足，並通過熱風爐把加熱過的風，經鼓風機輸送到鹼爐膛補充黑液燃燒所需要的氧氣，維持鹼爐的穩定燃燒，鹼爐產生的新蒸汽供應真空蒸發器。
鹼爐產生的煙氣供應煙氣蒸發器，該煙氣後經引風機送出煙囪排出。鹼爐的黑液噴槍口高度應該滿足黑液經爐膛補充蒸發後，落入墊層的黑灰達到90％的幹度。
真空蒸發器是由至少三個管式降膜真空蒸發器豎直重疊安裝而成的，其液膜分布器由外擋圈和內擋圈構成，其中外擋圈上開設有供黑液通過的孔洞，內擋圈中間是二次蒸汽向上通過的空腔。
煙氣蒸發器採用的是旋風噴淋蒸發器，該蒸發器在煙氣進口處安裝噴淋器，是既有噴淋蒸發裝置又有旋風蒸發裝置的煙氣直接接觸的順流蒸發器。
在黑液提取工序中，在逆流洗漿和擠壓的同時，還進行回流洗漿，該回流洗漿是將擠漿機排除黑液再次回流入該擠漿機內進行洗滌。
在黑液在蒸發之前，需要經過沉澱器沉澱。
在綠液苛化工序中，經沉澱去除綠泥、加石灰消化並經連續苛化後，先採用過濾機過濾苛化後的乳化液，再將去除了大部分的白泥後的白液進入沉澱器進行沉澱。
沉澱器包括外殼和內膽，其中外殼和內膽之間的空間為貯存室，內膽的內部表面空間為沉澱工作室，該工作室自下而上又分為泥層過濾區、澄清區和清液區三個區域。
本發明的優點是，提高了黑液的濃度，降低了鹼回收的成本，精簡了工藝設備，進一步降低了鹼回收的成本，降低投資，是一種生產穩定的、適合我國國情的處理的回收草類纖維造紙製漿廢液的生產系統，對於根治我國的造紙汙染、解決我國的造紙原料供應問題、把我國建成世界上的造紙強國具有決定性的意義。
附圖1為本發明高濃提取黑液工藝流程圖I；附圖2為本發明高濃提取黑液工藝流程圖II；附圖3為本發明蒸發燃燒一體化工藝流程圖；附圖4為本發明苛化後先過濾再沉澱工藝流程圖；附圖5為本發明沉澱器工作結構示意圖；附圖6為本發明疊裝蒸發器工作結構示意圖；附圖7為本發明疊裝蒸發器液膜分布器結構示意圖；附圖8為現有技術中傳統蒸發器液膜分布器結構示意圖；附圖9為本發明草漿黑液噴射爐(鹼爐)工作結構示意圖；附圖10為本發明旋風噴淋蒸發器工作結構示意圖；附圖11為現有技術噴淋蒸發器工作結構示意圖；附圖12為現有技術文丘裡旋風蒸發器工作圖；具體實施方式
以下結合附圖通過實施例對本發明特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解如圖1-12所示，標號1-37分別表示上液室1、分離室2、分布器3、擋液環4、汽室5、列管6、下液室7、泵8、下液室9、液面10、過濾網11、清液管12、泥層過濾區13、澄清區14、清液區15、液膜分布器16、外擋圈17、內擋圈18、液面19、蒸發器孔板20、洩壓器21、水冷壁22、爐襯23、耐火磚24、波紋管25、防爆門26、液面27、噴淋器28、鹼灰碎解器29、文丘裡30、I效蒸發器31、II效蒸發器32、III效蒸發器33、噴槍34、外殼35、內膽36、外擋圈17上的孔洞37。
本實施例方法，主要包括稀黑液提取、稀黑液蒸發、濃黑液燃燒、綠液苛化工序。
首先進行的稀黑液提取工序是將原漿經過三套(如圖2)、或四套(如圖1)螺旋輸送機和螺旋擠漿機串聯逆流洗漿和擠壓，其中逆流洗滌是將下遊擠漿機排出的黑液再逆流入上遊擠漿機內，再次洗滌，同時，還進行回流洗漿，該回流洗漿是將擠漿機排出的黑液再次回流入該擠漿機內進行洗滌，以減少洗漿用水量來提高黑液的提取濃度。洗滌過程中用3噸或少於3噸的熱水洗漿，提取出7噸或少於7噸的稀黑液，黑液的提取濃度將達到或高於16.8％。麥草原漿如果通過了四套螺旋輸送機和雙螺旋擠漿機的四段逆流洗滌和擠壓，洗淨漿的殘鹼含量將小於0.15g/l。麥草原漿如果通過了三套螺旋輸送機和雙螺旋擠漿機的三段逆流洗滌和擠壓，洗淨漿的殘鹼含量將小於0.397g/l。在黑液主流程中稀黑液在蒸發之前，經過沉澱器沉澱，用以清除泥沙、纖維等雜物，防止蒸發器結垢、結焦和堵塞，保持鹼回收系統的長期穩定的運行。
之後進入蒸發器進行稀黑液蒸發，並將蒸發燃燒一體化，是用燃燒產生的熱量把稀黑液蒸發成濃黑液，供繼續燃燒，直接產鹼，消除黑液汙染。如圖3所示，用草漿黑液噴射爐生產100℃的新蒸汽，供應由I、II、III效列管降膜真空蒸發器31、32、33組成的疊裝蒸發器蒸發稀黑液產生半濃黑液；疊裝蒸發器排出的二次蒸汽，經冷凝器的水冷卻後變為汙冷凝水，和蒸發器產生的汙冷凝水一起排出；二次蒸汽中的不凝氣由真空泵帶出排入大氣；疊裝蒸發器生產的半濃黑液在旋風噴淋蒸發器中經噴射霧化後，受到黑液噴射爐過來的600℃的高溫煙氣的直接蒸發濃縮產生了濃黑液，儲備到濃黑液槽後送黑液噴射爐燃燒；從旋風噴淋蒸發器排出的煙氣，經由引風機送出煙囪排入大氣。由於草漿黑液發熱量低，本實施例設置了燃煤熱風爐直接向黑液噴射爐爐膛灌輸1000℃的火焰，補充草漿黑液用於燃燒的熱量不足，同時通過熱風爐把一、二次風加熱到300℃的溫度，經鼓風機輸送到爐膛補充黑液燃燒所需要的氧氣，維持黑液噴射爐的穩定燃燒，維持了蒸發燃燒的熱平衡。熱平衡是產生蒸發燃燒一體化的基礎。蒸發燃燒一體化改變了傳統生產工藝，縮短了生產線，減少了項目投資，提高了熱效率，降低了生產成本。
疊裝蒸發器是由I效、II效、III效列管降膜真空蒸發器31、32、33豎直重疊安裝而成的如圖6所示。稀黑液由外部進入，經過黑液泵送至I效蒸發器上液室，沿著擋液環下部的縫隙流到液膜分布器如圖7所示，由於分布器外擋圈17的阻擋，使黑液形成了一定的液面高度，黑液便從每個分布器孔洞37依照相同的壓力進入內部，又受到內擋圈18的阻擋，促使形成了液膜，液膜被分布器16內壁吸附並因重力而下降，當液膜過度到列管6以後，受到管外汽室的蒸汽加熱和管內真空度的影響，由此發生了降膜蒸發。由降膜蒸發分離出的二次蒸汽向上升騰，經分布器16進入分離室2輸出後供下一效蒸發器作熱源使用如圖6所示。降膜經蒸發後匯集到下液室，又成為供下一效繼續蒸發的黑液。
本實施例的降膜分布器(如圖7)與傳統的降膜真空蒸發器的分布器(如圖8)不一樣，傳統的降膜蒸發器的分布器浸沒在黑液裡，擋住了二次蒸汽上升，迫使二次蒸汽與黑液一起進入下液室，然後通過汽液分離器分開。因此傳統的降膜蒸發器是不能進行疊裝的，如果疊裝的話必然會造成汽液分離困難而跑黑液。
進行蒸發器的疊裝目的是，因為本發明蒸發的汽源是鹼爐產生的不帶壓力的飽和蒸汽，如果不進行疊裝，汽室和液室的溫度差非常小，不具備蒸發作用。在疊裝的情況下，就可以用黑液的位能換算成的高度製造出相應長度的U形管來控制蒸發器的真空度，使I效、II效、III效蒸發器31、32、33的真空度分別等於0.02MPa、0.04MPa和0.09MPa。黑液經過了III效蒸發器33的0.09MPa的真空蒸發，溫度下降到45℃，泵入I效蒸發器31後與汽室100℃的蒸汽產生了55℃的溫度差，溫度差越大，傳熱效果越好。疊裝蒸發器I效31的汽室與上液室的溫度差相當於傳統蒸發器的5倍。I效蒸發器31列管中的黑液液膜在受到汽室的加熱的同時，還受到0.02MPa的真空蒸發，當液膜到達下液室聚集成黑液時還達到了93℃。這是因為列管6內壁的液膜吸收了汽室的大量的熱量，使鹼爐產生的蒸汽變成了冷凝水的緣故。反過來又由於蒸發產生了大量的冷凝水才滿足了燃燒的產汽需要。這時黑液在一瞬間又進入II效32，通過0.04MPa的真空蒸發變成86℃，再回到III效33又通過0.09MPa的真空蒸發，產生了大量的二次蒸汽，排入冷凝器冷卻成汙冷凝水排放(見附圖2)，達到了高效蒸發的目的。疊裝式蒸發器為什麼會產生高效蒸發呢？原因是黑液在效與效的互循環中，滿足了最高溫度差條件下的熱交換和最高真空度條件下的蒸發。傳統的蒸發工藝是黑液在單效進行自循環，汽室與液室的溫度差恆定在幾度或十幾度的範圍中進行熱交換，在同一真空度的條件下進行蒸發。
如圖10所示本實施例採用的旋風噴淋蒸發器與現有技術中的土鹼回收的噴淋蒸發器(如圖11)不同，其既有噴淋蒸發裝置又有旋風蒸發裝置的煙氣直接接觸的順流蒸發器。旋風蒸發裝置是指黑液由蒸發器頂部噴到帶斜度的擋板上，順縫隙流下成為厚度均勻的潤壁黑液，與切線方向的旋風熱流發生直接熱交換的蒸發裝置；噴淋蒸發裝置是指經過許多噴頭向高溫煙氣噴灑大量的黑液液滴，而發生直接熱交換的裝置。現有技術中的噴淋蒸發器(圖11)是只有噴淋蒸發裝置沒有旋風蒸發裝置的煙氣直接接觸的逆流蒸發器，因此噴淋蒸發器的蒸發效果和除塵效果都不理想。
本實施例的旋風噴淋蒸發器和傳統鹼回收的文丘裡旋風蒸發器(如圖12)比較相像，都有旋風蒸發裝置，都是在煙氣進口處安裝噴頭順流直接接觸蒸發黑液。不同之處是文丘裡旋風蒸發器在煙氣進口處安裝文丘裡30，本實施例在煙氣進口處安裝噴淋器28。現有技術中文丘裡依靠消耗數倍的引風動力產生的壓力降霧化黑液提高蒸發效率，產生壓力降的裝置是非常縮小的喉管，在500℃以上的高溫條件下，高度霧化的黑液微粒會在喉管積聚從而產生不可避免的結焦和堵塞，引發經常性的停產，所以本實施例採用噴淋器而不取文丘裡。
由於噴淋器28的霧化的效果遠遠不如文丘裡，所以本實施例用三組噴淋器28每組至少十九個噴頭同時進行工作，實踐證明了多噴頭的噴淋器的蒸發效果和除塵效果遠遠高於一個噴頭的文丘裡，其斷面蒸發強度達到了1000kg水/m2h，除塵效率達到了96％以上。旋風噴淋蒸發器設置了碎解器29回收鹼灰，增加了10％以上的鹼回收率，消除了鹼灰引起的設備堵塞，消除了鹼灰引起的二次環境汙染。
本實施例採用的草漿黑液噴射爐，如圖9所示，草漿黑液噴射爐的直接產品是熔融物，加稀白液(苛化副產品，主要成分是水)後變為綠液(碳酸鈉溶液)，供應苛化生產白液(氫氧化鈉溶液)回收鹼；草漿黑液噴射爐生產100℃的飽和蒸汽，供應疊裝蒸發器蒸發黑液中的水分；草漿黑液噴射爐排出的煙氣中含有600℃的熱量，供應燃燒直接蒸發濃縮黑液之用。草漿黑液噴射爐安全穩定的生產保障體系有水冷壁22給爐體降溫，防止鋼結構的燒損與變形，爐襯23防止向火面過度的熱量散失，保護爐膛正常穩定的燃燒，波紋管25補償爐體在燃燒過程中熱脹冷縮的位移偏差，消除熱應力，黑液熱裂解產生的可燃性氣體在不完全燃燒的條件下有可能發生爆炸，防爆門26用於消除隱患、釋放爆炸壓力、保護人員和設備安全。洩壓器21釋放蒸汽產生的壓力，保護鹼爐安全。
草漿黑液的特點是粘度高蒸發比較困難，超過40％的濃度就很難蒸發。由於草漿黑液蒸發後的濃度低，黑液本身的發熱量又低，所以燃燒時的發熱量就更低。
第一，把黑液噴槍口34提高到適當的高度，40％濃度的黑液噴射霧化後經過在該高度行程的爐膛高溫的補充蒸發，使落到墊層變為保持90％幹度的黑灰能參與穩定燃燒。
第二，提高爐膛溫度。墊層下部去除水冷壁砌上耐火磚，讓墊層保持足夠高的溫度，使熔融物順暢流通；升高鉻礦砂爐襯，減少向火面散熱面積，提高爐膛溫度。
第三，向爐膛灌熱。安裝一臺燃煤火爐(即熱風爐)直接向黑液噴射爐灌輸1000℃的火焰提高爐膛溫度；同時加熱一、二次風使風溫達到300℃時向爐膛送風，補充黑液燃燒所必須的高溫氧氣。向爐膛灌熱有兩大作用一是去除了油槍，以煤代油，節約燃燒的生產成本；二是維持了蒸發燃燒熱平衡，節約蒸發黑液的生產成本。
草漿黑液噴射爐通過以上三項重大改進最終保證了40％的低濃黑液入爐後的穩定燃燒。
草漿黑液噴射爐又通過採用旋風噴淋蒸發器回收煙氣餘熱、回收鹼灰，去除了傳統黑液噴射爐的凝渣管、對流管束、省煤器、板式空氣預熱器、圓盤蒸發器、吹灰器、靜電除塵器、鹼灰溶解器等許多回收餘熱、回收鹼灰的設備還通過運用波紋管消除熱脹冷縮應力把懸吊式方形爐體改為落地式圓形爐體，節約了鋼材，節省了數倍的設備投資，簡化了工藝操作。
之後的熔融物經綠液苛化工序，苛化後先過濾後沉澱，因為草漿造紙鹼回收苛化後的乳化液粘度高、澄清難。如圖4的綠液經沉澱去除綠泥、加石灰消化並經連續苛化後，先採用一臺予掛式過濾機過濾苛化後的乳化液，再對去除了95％以上的白泥後的白液進行沉澱，就可以比較方便地去除了白液中殘留的稀白泥，由此解決了澄清難。在圖4的生產流程中，在主流程的右邊對白泥加熱水攪拌進行二次、三次的逆流洗滌與過濾沉澱回收稀白液，使最終排出的白泥殘鹼含量降低到1％以下。
苛化後先過濾後沉澱的生產工藝解決了澄清難，去除了大量的澄清設備，節省了苛化工段一半的設備投資。
在本實施例中採用的沉澱器，有黑液沉澱器，綠液沉澱器，白液、稀白液沉澱器。
如圖5所示，其構造簡單外殼35是圓柱體，內膽36是圓錐體，圓柱體與圓錐體的夾層之間用於貯存清液，為貯存室，其餘的內部空間叫做工作室。工作室才是設備主體，工作室自下而上又分為泥層過濾區13、澄清區14和清液區15三個區域。
泥層過濾區13是沉澱器最重要的區域，它又分進液、泥層過濾和排泥三個部位。進液部有一根進液管與流程相通。為了防止跑渾，進液管通過二次擴大和阻力減速，口徑擴大到150倍，流速減小到0.02米/秒。進液管以上的過濾部是厚厚的泥漿層，輸送來的液體中的泥漿通過泥層過濾而被阻留，向下沉澱到底部的直管段排泥部，被一根排泥管排出桶外。
澄清區14在圓錐體的上部。澄清區14的斷面積逐漸擴大到最大化，液體上升的速度降低到在小化，成了「一潭靜水」，導致微粒雜質的下沉，使液體澄清。
清液區15在澄清區以上的圓柱體部位，它可以起到進一步澄清的作用。清液依靠清液管12輸送到貯存室。
黑液沉澱器還在清液管的入口的外圍，安裝了不鏽鋼過濾網11用以阻擋浮漿。
以下對草漿鹼回收的各項技術指標與相關技術立表進行比較(一)、造價低(包括蒸發、燃燒、苛化四個工段的設備、儀表、管道的設計、製造安裝調試；但是不包括提取工段的設施)
(二)、壽命長
(三)、黑液提取率高，鹼回收率高，節約資源(提取黑液用水少、蒸發燃燒用煤少、洗後漿殘鹼低、中段水負荷低)
(四)、經濟效益好
權利要求
1.一種草漿造紙鹼回收方法，包括黑液提取、蒸發、燃燒和綠液苛化工序，首先進行黑液的提取工序是將原漿經過至少二套螺旋輸送機和螺旋擠漿機逆流洗漿和擠壓，獲得的稀黑液進入真空蒸發器進行蒸發，至半濃黑液，再經煙氣蒸發器蒸發至濃黑液，後經鹼爐燃燒，產生的熔融物經綠液苛化，將所獲得的白液蒸煮回用，其特徵在於黑液蒸發和燃燒以一體化循環的工作方式完成，該工作方式指的是使用熱風爐直接向鹼爐爐膛灌輸火焰，補充草漿黑液用於燃燒的熱量不足，並通過熱風爐把加熱過的風，經鼓風機輸送到鹼爐膛補充黑液燃燒所需要的氧氣，維持鹼爐的穩定燃燒，鹼爐產生的新蒸汽供應真空蒸發器。
2.根據權利要求2所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於所述鹼爐產生的煙氣供應煙氣蒸發器，該煙氣後經引風機送出煙囪排出。
3.根據權利要求1所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於所述鹼爐的黑液噴槍口高度應該滿足黑液經爐膛補充蒸發後，落入墊層的黑灰達到90％的幹度。
4.根據權利要求1所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於所述真空蒸發器是由至少三個管式降膜真空蒸發器豎直重疊安裝而成的。
5.根據權利要求4所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於所述真空蒸發器的液膜分布器由外擋圈和內擋圈構成，其中外擋圈上開設有供黑液通過的孔洞，內擋圈中間是二次蒸汽向上通過的空腔。
6.根據權利要求1或2所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於所述煙氣蒸發器採用的是旋風噴淋蒸發器，該蒸發器在煙氣進口處安裝噴淋器，是既有噴淋蒸發裝置又有旋風蒸發裝置的煙氣直接接觸的順流蒸發器。
7.根據權利要求1所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於所述的黑液提取工序中，在逆流洗漿和擠壓的同時，還進行回流洗漿，該回流洗漿是將擠漿機排除黑液再次回流入該擠漿機內進行洗滌。
8.根據權利要求1所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於所述的黑液在蒸發之前，需要經過沉澱器沉澱。
9.根據權利要求1所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於在綠液苛化工序中，經沉澱去除綠泥、加石灰消化並經連續苛化後，先採用過濾機過濾苛化後的乳化液，再將去除了大部分的白泥後的白液進入沉澱器進行沉澱。
10.根據權利要求8所述的一種草漿造紙鹼回收方法，其特徵在於所述沉澱器包括外殼和內膽，其中外殼和內膽之間的空間為貯存室，內膽的內部表面空間為沉澱工作室，該工作室自下而上又分為泥層過濾區、澄清區和清液區三個區域。
全文摘要
本發明涉及造紙類，具體的講是涉及一種草漿造紙鹼回收方法，該方法將黑液蒸發和燃燒同時進行，使用熱風爐直接向鹼爐爐膛灌輸火焰，補充草漿黑液用於燃燒的熱量不足，並通過熱風爐把加熱過的風，經鼓風機輸送到鹼爐膛補充黑液燃燒所需要的氧氣，維持鹼爐的穩定燃燒，鹼爐產生的新蒸汽供應真空蒸發器用於黑液蒸發，其優點是，提高了黑液的濃度，降低了鹼回收的成本，精簡了工藝設備，降低了投資。
文檔編號D21C11/12GK1912240SQ200610030429
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月25日 優先權日2006年8月25日
發明者王性仁 申請人:王性仁