首台APMP制浆废液碱回收锅炉的设计与运行

史建波 魏 君

(1.武汉锅炉集团特种锅炉工程有限责任公司，湖北武汉，430000;2.金东纸业 (江苏)有限公司，江苏镇江，212132)

化学机械浆是一种高得率浆，得率高达80%～95%，并且废水中的COD仅为化学浆的1/10～1/6。据有关文献介绍［1］，我国已成为世界上化学机械浆发展最快的国家，短短20多年，引进了TMP、BCTMP、APMP［2］等生产线，在建、拟建的产能已达150万t/a。近年随着化学机械浆技术的不断发展，用水量逐渐减少，废水浓度逐年升高，高浓化学机械浆废水不易治理的难题逐渐突显［3-5］。在这样的情况下，武汉锅炉集团特种锅炉工程有限责任公司 (以下简称武汉特锅公司)，经过多年的跟踪、研究，设计制造了国内第一台燃烧硫酸盐 (KP)法制浆黑液掺入APMP制浆废液的碱回收锅炉，并取得了成功。通过此台碱回收锅炉的成功运行，武汉特锅公司初步掌握了化学机械浆制浆废液的特性，总结了一些该种废液的燃烧特性和配风措施。凭借这台锅炉的经验，于2010年为金东纸业 (江苏)有限公司 (以下简称金东纸业)设计制造了一台日处理固形物125 t的燃烧APMP制浆废液碱回收锅炉。本文介绍该碱回收锅炉的设计特点与运行效果，以供参考。

1 设计条件

金东纸业的APMP制浆生产线生产规模为年产25万t。为确保设计成功，对该碱回收锅炉进行方案设计之初，金东纸业对速生阔叶木 (杨木、桉木等)原料进行了APMP制浆废液物化性能分析，根据分析结果，武汉特锅公司对已掌握的情况进行了综合分析(结果见表1)。从表1的数据对比可见，金东纸业APMP制浆黑液的热值最低、有机物与无机物的质量比最低，而热值低，将直接导致碱回收锅炉炉膛中心区域温度低，碱回收锅炉燃烧不稳定易熄火;并且从太阳纸业的KP制浆黑液掺入APMP制浆废液碱回收锅炉的运行实践中得到的启示是，APMP制浆废液燃烧时的显著特点就是废液膨润指数 (VIE)低于碱法麦草浆黑液。而废液膨润指数越低，废液干固物黑灰的多孔性和透风性越差，接触面积越小，越不易干燥及燃烧。为了使APMP制浆废液能正常稳定地燃烧，且正常运行时不使用辅助燃料助燃，武汉特锅公司的技术人员认为在此碱回收锅炉上使用烟气-空气预热器来大幅度提高碱回收锅炉炉膛中心区域的温度，帮助废液更好地蒸发干燥，热解出挥发性物质，从而提高废液燃烧的稳定性。

表1 废液物化性能对比

2 技术特点

武汉特锅公司为金东纸业设计制造的APMP制浆碱回收锅炉采用的是单锅筒、自然循环、全悬吊、膜式壁锅炉形式，碱回收锅炉的烟气流程为炉膛、水冷屏、凝渣管、沸腾管屏、高温省煤器、烟气-空气预热器、低温省煤器;汽水流程为低温省煤器、高温省煤器、汽包、炉膛水冷壁、沸腾管屏、汽包等。本碱回收锅炉额定蒸汽压力为1.8 MPa，额定蒸汽温度为210℃，蒸发量为11 t/h，排烟温度为 (180±10)℃，本碱回收锅炉有以下6大特点:

(1)为低臭型碱回收锅炉

对于低热值、低浓度废液 (如碱法麦草浆制浆黑液)，在为其设计碱回收锅炉时，为了能使其正常稳定地燃烧，通常在碱回收锅炉本体之外还配套一台圆盘蒸发器 (它是通过烟气与废液的直接接触达到提高废液浓度的设备)，以求进一步提高废液浓度，减少为使废液中水分蒸发所需消耗的热量，保证碱回收锅炉炉膛中心区域温度在一个较高的水平，维持碱回收锅炉的稳定燃烧。但这种形式的碱回收锅炉因为圆盘蒸发器的存在，会使进入电除尘器的烟气含湿量过高，极易造成结露，影响电除尘器正常运行，同时对于KP法木浆制浆黑液会产生大量的臭气，严重污染环境，故业内称之为非低臭型碱回收锅炉。与之对应的就是低臭型碱回收炉，即不使用圆盘蒸发器，入炉黑液浓度的提升是依靠蒸发站间接蒸浓实现。由于本碱回收锅炉使用的废液热值低于麦草浆制浆黑液，浓度高于麦草浆制浆黑液，考虑到本碱回收锅炉已使用热空气助燃，且浓度高于麦草浆制浆黑液，其能满足稳定燃烧的需要，故本碱回收锅炉有条件采用低臭型炉型。

(2)使用“烟气-空气预热器”

本碱回收锅炉燃烧的废液其废液膨润指数低、热值低、有机物含量低，为保证碱回收锅炉炉膛燃烧中心区域的温度，在本碱回收锅炉的尾部烟道中设置了“烟气-空气预热器”，此处的“烟气-空气预热器”将外部空气预热器加热到160℃左右的热空气进一步加热到320℃左右，此“烟气-空气预热器”为武汉特锅公司的专利产品——板式空气预热器，这种“烟气-空气预热器”极大地改善了管式空气预热器的堵灰和密封问题。

(3)使用了卧式屏管省煤器

为了提高热效率，本碱回收锅炉在“烟气-空气预热器”后设置了一组低温卧式省煤器，通过设置这组省煤器，将碱回收锅炉排烟温度降至180℃左右，使本碱回收锅炉的热效率提高了3%以上，节约了能源。为了提高卧式省煤器的效率，卧式省煤器还采用了膜式结构，即蛇形管管间使用扁钢连接，使之形成屏管，此举使卧式省煤器的吸热能力提高25%左右，并有效地防止了积灰和堵灰。

(4)使用了更合理的布风

本碱回收锅炉使用了大型碱回收锅炉中常用的大风嘴、前后墙交错布置的方案，并且一次、二次、三次风均使用独立鼓风机，保证各层风有足够的压力，并避免各层风之间相互干涉，使碱回收锅炉炉膛内能够形成理想的空气动力场，同时再结合高温一次、二次风，确保化学机械浆制浆废液碱回收锅炉的成功燃烧。

(5)使用了漩流式黑液喷枪

传统KP法化学木浆制浆黑液碱回收锅炉使用的是反射板式黑液喷枪进行喷液，此次考虑到化学机械浆的黏度大、热值低、废液膨润指数低，只有使其很好地雾化，在喷洒过程中形成较大的接触面，废液才能得到最好的干燥，更容易析出挥发分，更容易着火。同时为了降低由于废液雾化效果好而导致的飞失现象，在设计三次风时，将三次风的风量和风压都进行了相应的提高，通过三次风的混合作用降低飞失，三次风采用冷风。

(6)将臭气引入炉内燃烧

在以往的小型碱回收锅炉上还没有燃烧工厂臭气的先例，此次为了满足环保要求，改善厂区的环境，降低污染，将苛化、蒸发等工段的臭气收集后送入本碱回收锅炉内进行燃烧。这种尝试为日后制浆厂碱回收的改造提供了可以参考的案例。

3 运行效果

金东纸业日处理废液固形物125 t的APMP制浆废液碱回收锅炉，于2011年8月建成投运。试运转阶段，碱回收锅炉点火后3 h即可撤掉辅助燃烧器，所有参数均能达到设计要求。试运转过程中，发现如下情况:

(1)本碱回收锅炉设置的“烟气-空气预热器”作用重大，当入炉空气温度降低时，炉内燃烧急剧恶化，当入炉热空气温度降低到240℃左右时，碱回收锅炉极易熄火。

(2)本碱回收锅炉使用的漩流式废液喷枪，使炉内废液雾化好，干燥达到要求，燃烧强烈且稳定。

(3)APMP制浆废液的废液膨润指数极低，炉底垫层高度低于KP法化学浆制浆黑液，若强行提高垫层高度，易形成死垫层，不利于垫层燃烧。

(4)APMP制浆废液黏度大。浓度越高，黏度越大，当废液浓度到达65%以上时，废液雾化效果急剧恶化，炉内燃烧困难，实际操作时废液浓度宜控制在60%左右。

(5)APMP制浆废液热值低，虽是木材原料，但由于APMP制浆得率高，废液中有机物的含量很低，废液燃烧时，产生的热量低，如果浓度再低，其在炉内就不易燃烧。

4 结语

APMP制浆废液碱回收锅炉的实际运行情况反映出APMP制浆废液的特性近似于碱法麦草浆制浆黑液，但APMP制浆废液蒸发后浓度能够达到60%左右，高于碱法麦草浆制浆黑液的浓度水平，这也是本碱回收锅炉能使用低臭型炉型的关键因素。武汉特锅公司此次设计的碱回收锅炉可以满足燃烧APMP制浆废液的需要，能够使化学机械浆制浆废液稳定地燃烧，并且不必使用辅助燃料进行助燃。

［1］ 杨伯钧．有关化机浆机理论述的介绍［J］．中国造纸，1998，17(2):20．

［2］ 张美云，董和滨，王 建．高低游离度化机浆配抄对成纸性能的影响［J］．中国造纸，2011，30(1):1．

［3］ 房桂干．我国化机浆废水处理技术的发展［J］．江苏造纸，2010(1):11．

［4］ 胡伟婷．BCTMP浆厂使用蒸发器实现废水零排放［J］．国际造纸，2011(2):24．

［5］ Michael Paice．加拿大高得率浆厂用水量及废水处理［J］．国际造纸，2007(6):48．