我国的木浆和麦草浆黑液碱回收现状

张 楠 刘秉钺 韩 颖

(大连工业大学，辽宁大连，116034)

我国的木浆和麦草浆黑液碱回收现状

张 楠 刘秉钺 韩 颖

(大连工业大学，辽宁大连，116034)

简述了我国制浆黑液碱回收的现状，全面分析了我国木浆与麦草浆碱回收的不同。以我国木浆、麦草浆黑液典型碱回收为实例，对蒸发、燃烧、苛化系统的能耗进行了计算，并分析了碱回收产生的主要产品和副产品。我国木浆黑液碱回收处在世界领先的水平，麦草浆黑液的碱回收具有中国特色，在回收热能治理污染方面虽然发挥了巨大的作用，但与先进的木浆黑液碱回收相比，还有很大的差距，还需要继续努力，不断提高。

木浆黑液碱回收;麦草浆黑液碱回收;能耗

当今碱法制浆已基本占领整个化学浆生产领域，碱回收成为化学浆厂组成中不可分割、不可缺少的一部分。各种原料 (包括木材、蔗渣、芦苇、麦草)的碱法制浆均配有碱回收，碱回收在治理黑液污染、保护环境、节约资源和能源及实现我国造纸工业的可持续发展中起到了特别重要的作用。

碱回收工艺具有显著的节能效益。首先，燃烧有机污染物可生成大量热能，用于发电。化工厂每生产1 t烧碱，其平均能耗为1．6 t标准煤，而造纸厂每回收1 t烧碱，可形成0．5 t标准煤的节能能力，两项总计共形成2．1 t标准煤的节能能力，还可以节约大量的水资源［1］。

1 我国制浆黑液碱回收现状

我国的制浆黑液碱回收，不仅消化吸收了世界上先进的木浆黑液碱回收技术、设备和自动控制技术，而且研究、开发了适合我国非木浆黑液的碱回收。我国制浆黑液碱回收的现状如表1所示［2］。

表1 我国制浆黑液碱回收情况数据

目前造纸发达国家的木浆黑液碱回收向着大型、环保节能型、安全自控型的方向发展［3］。我国麦草浆黑液的碱回收在集中了碱回收技术进步的成果(包括干湿法备料、连续蒸煮、黑液提取)及几代人的实践经验的基础上，2000年由中国节能投资公司资助的一批75～100 t/d麦草浆黑液碱回收项目投产成功并基本达到预定的效果［3］。由于收购原料的路程及运输等因素的影响，尚无规模非常大的碱回收，下面就我国正在运行的麦草浆黑液碱回收与木浆黑液碱回收进行分析研究。

2 木浆与麦草浆黑液碱回收的区别

木浆黑液的碱回收通常分为四个阶段:黑液的蒸发、燃烧、苛化和白泥回收;而麦草浆黑液的碱回收由于白泥回收会造成硅积累等问题，故白泥一般随绿泥一起排出，不在本系统内循环。所以麦草浆黑液碱回收不包括白泥的回收，通常分为三个阶段。

下面就从这几个阶段来分析木浆与麦草浆黑液碱回收的区别。

2.1 黑液蒸发部分

2.1.1黑液提取

目前，世界上先进的木浆黑液提取率接近100%，而我国麦草浆黑液提取率偏低，一般仅为80%～88%，甚至更低。麦草浆黑液提取率低导致碱回收率低。

纸浆洗涤和黑液提取得到的黑液浓度:木浆黑液为14%～20%，麦草浆黑液为8%～13%。这是因为麦草化学浆具有滤水困难，而润胀、扩散又相对容易的特点，这与化学木浆正好相反［3］，这就导致了麦草浆黑液蒸发的能耗高。

2.1.2 出蒸发效黑液浓度

当温度一定时，每种原料黑液都有一个“临界浓度” (既可能达到的最大浓度)。超过这个浓度，黑液黏度急剧增加。黑液的黏度影响蒸发速率、传热速率和喷黑液的液滴粒度。90℃时，针叶木浆黑液的临界浓度约为55%，麦草浆的约为40%。

按照常规方法，经过多效真空蒸发系统，首先利用蒸汽间接加热的方法加热黑液再通过直接蒸发设备，利用碱回收炉尾部烟气直接加热增浓黑液最后得到的黑液浓度:木浆黑液一般为60%～65%，麦草浆黑液一般为50%～55%。

2.1.3 污冷凝水的清浊分流

二次蒸汽产生的污冷凝水含有的热量，经扩容减压产生的闪蒸蒸汽作为次一效的补充热源，热量得到了一定程度的回收。同时，还可以回用冷凝水，达到节水节能的目的。但是污冷凝水中又往往含有TRS(总还原硫化物)，且BOD含量高。要想达到节水节能的目的，就必须对其进行处理。可以对二次蒸汽冷凝水采用清浊分流的方法进行处理，从而减轻废水的处理负荷。

目前，先进的木浆厂一般都采用污冷凝水处理装置。一是进效稀黑液的蒸发采用带有自身汽提的低BOD蒸发器，实现污冷凝水清浊分流;二是利用汽提塔对浊污冷凝水进行汽提处理。经处理后的清污冷凝水可用于纸浆或者白泥的洗涤。

麦草浆黑液的碱回收一般都没有采用污冷凝水的清浊分流措施。

2.1.4 对不凝气的处理

不凝气中往往含有TRS，直接排空会污染环境;尤其是硫酸盐法制浆产生的臭气更为严重，随着环保意识的增强，对臭气的处理更为紧迫［3］。先进的木浆黑液蒸发系统一般将臭气引入石灰回转窑或者碱回收炉烧掉。而麦草浆黑液蒸发系统产生的臭气的处理还没有列入日程，所以基本没有处理。

2.2 黑液燃烧部分

2.2.1 提高黑液入炉浓度的措施

普通的降膜板式蒸发器能较容易得到浓度65%～67%的木浆黑液，如果浓度提高到70%以上就会出现传热面结垢的问题，严重影响蒸发器的蒸发能力。可采用结晶蒸发技术来提高木浆黑液的蒸发浓度，同时解决高浓蒸发时蒸发器结垢的问题。该系统把浓度约65%的浓黑液泵送至碱回收炉混合槽内，添加芒硝和碱灰，用芒硝和碱灰的无机盐颗粒作为晶核，然后再送回Ⅰ效蒸发器重新进行结晶蒸发，能产生浓度为73%～75%的超浓黑液。这是因为沉淀和污垢发生在晶核粒子上，不在传热面上。同时，液体在高速循环时，由于剪切力的作用，可以降低黑液黏度，从而可以提高传热系数。

麦草浆黑液的碱回收多利用碱回收炉自带的圆盘蒸发器来提高进炉黑液的浓度和温度。圆盘蒸发器是利用碱回收炉尾部排烟的热能，对蒸发站送来的黑液进行直接蒸发，使黑液浓度达到入炉要求，同时降低了排烟温度。直接蒸发是利用燃烧炉的烟道气作为热源，直接接触废液而蒸发，废液还吸收烟道气中的碱灰。经过直接蒸发后，麦草浆黑液固形物含量可达到50%～55%，基本上可满足下一阶段的燃烧要求。

2.2.2 碱回收炉结构

麦草浆黑液碱回收炉是在吸收木浆黑液碱回收炉经验的基础上，根据麦草浆黑液的特点发展而来的，所以其在设计上有很多特殊的地方。新型麦草浆黑液碱回收炉的设计具有如下特点:

(1)采用了适合麦草浆黑液的瘦高形炉膛，并且提高了黑液喷枪的高度，延长了干燥行程。由于麦草浆黑液的入炉状态达不到着火燃烧条件，需要先脱水干燥，而这一过程要在炉内进行。麦草浆黑液干燥所需的热量份额为木浆黑液的3倍，而黑液的蒸发干燥又是在下落的过程中完成的，所以在炉膛结构上要有足够的高度来保证所需的干燥时间。

(2)选取了较宽的水冷壁管节距，降低了炉膛的水冷程度。麦草浆黑液与其他浆种黑液相比，其液滴的表面张力较大，不利于水分蒸发。而表面张力与液滴所处的环境温度成反比。因此，可以通过选取较宽的水冷壁节距来减少水冷壁面积以实现较高的环境温度。

(3)选用了新型烟气-板式空气预热器，提高供风温度。由于麦草浆黑液垫层的黑灰体积质量比较大，再加上需要更高的炉温来干燥黑液液滴，因此一次风、二次风的温度不宜小于250℃。麦草浆黑液的一次风、二次风，由鼓风机先送进蒸汽-空气预热器，加热到150℃后，进入碱回收炉的烟气-空气预热器加热，风温可达250℃以上。

2.2.3 产热参数

由于麦草浆黑液的含硅量高、黏度高、不易蒸发、热值低、含灰量大，属于劣质燃料，再加上黑液进炉时固形物含量低，这样产生的蒸汽质量也会明显下降。只能生产压力为1．3 MPa、温度为191．5℃左右的中压饱和蒸汽。

相比之下，木浆黑液碱回收采用结晶蒸发，提高进炉黑液浓度，可以减去圆盘蒸发等直接蒸发设备，采用大面积省煤器回收烟气的热量，提高热量的利用率。同时，在木浆黑液碱回收炉的炉膛上面，锅炉管束的前面装有过热器。它可以利用烟气加热从汽包中来的饱和蒸汽，提高蒸汽温度使之成为过热蒸汽。通常可以生产出压力为6．8 MPa、温度为480℃的高压过热蒸汽，同时可以降低烟气的温度。生产过热蒸汽可以更有效地利用蒸汽，使之通过汽轮发电机发电。

2.2.4 碱灰处理

木浆的蒸煮基本采用硫酸盐法。在燃烧前要往黑液芒硝混合槽中补加芒硝。同时，把收集到的碱灰与黑液混合，再送到芒硝黑液混合槽，与补充芒硝和浓黑液一起送去结晶蒸发效增浓，再送入碱回收炉燃烧。

麦草浆基本采取烧碱法或烧碱-蒽醌法制浆。不需补加芒硝，并且碱灰基本上是碳酸钠，所以可将收集到的碱灰直接送入熔融物溶解槽，进而送入到苛化系统。

2.3 黑液苛化部分

2.3.1 对白泥的处理

生产1 t纸浆所产生的黑液在碱回收过程中可产生0．50～0．65 t的白泥。采用回转炉煅烧法回收石灰，虽然成本有时会高于商品石灰，但由于其第一解决了固体废物排放的污染问题，第二保证了回收石灰的质量，所以木浆黑液碱回收的白泥可以采用煅烧石灰的方法进行回收，这是木浆黑液碱回收特有的阶段。

而麦草浆黑液碱回收产生的白泥中硅含量较高，烧出的石灰难以进行良好的消化，还会造成硅积累等问题。因此一般随绿泥、绿砂一起直接排出系统外。这样虽然暂时解决了碱回收的问题，但留下了固体废物的积累问题，这是麦草浆黑液碱回收面临的严峻的环境问题。

2.3.2 白泥的回收

木浆黑液碱回收的白泥采用煅烧石灰的方法进行回收，在系统内循环使用。

麦草浆黑液碱回收的白泥由于上述原因不能在系统内回收，只能考虑在系统外回收。例如:用作水泥生产的原料［4］;制备轻质碳酸钙［5］;在农业领域中作为树木增壮剂、林区道路稳定剂、渔业用石灰原料以及土壤调理剂等使用［6］。2005年泰格林纸集团岳阳纸业公司兴建了新的碱回收苛化工序，并在原有苛化工序上建立了1条100 t/d白泥精制填料级碳酸钙新工艺生产线［7］。

3 碱回收的能耗分析

3.1 木浆与麦草浆黑液典型碱回收的实例

对我国国内以阔叶木和麦草为制浆原料的黑液碱回收的能源消耗进行了调查，考察的范围包括碱回收的蒸发、燃烧、苛化三个阶段。这两种原料制浆黑液碱回收的主要参数见表2。

该木浆生产属于我国大型制浆企业，碱回收系统规模大，设备先进，原料优质，可以代表国内最优秀的木浆黑液碱回收生产技术。该麦草浆生产所属为我国中型制浆厂，设备、技术都具有普遍性，代表着国内普遍的碱回收技术水平。

3.2 木浆与麦草浆黑液碱回收能耗的分析

3.2.1 蒸发系统能耗

以平衡1 t绝干浆为基准，对上述木浆、麦草浆黑液碱回收蒸发系统能耗的分析见表3。

表2 我国不同原料制浆黑液碱回收系统参数对比

表3 不同浆种黑液碱回收蒸发系统能耗对比

蒸发所消耗的水不包括清洁用水，主要消耗在表面冷凝器真空泵处，这是为了吸移热的不凝气，补充少量的冷清水来降低工作水的温度。热耗主要是进Ⅰ效的新鲜蒸汽。表3中提到的电耗为系统内部用电设备的电耗，一般不包括照明、采暖、空调和仪表自动化的用电。

由于麦草浆黑液在进效时稀黑液浓度低、含水量高，所以单位蒸发的水量高于木浆。木浆的生产规模要大于麦草浆，故热耗和电耗便会适当地减少。

3.2.2 燃烧系统能耗

以平衡1 t绝干浆为基准，对木浆、麦草浆黑液碱回收燃烧系统能耗的分析见表4。

燃烧系统的汽耗包括空气预热器、除氧、吹灰等的蒸汽，这些蒸汽来自于碱回收炉，故称作自用气;表4中提到的自用电是系统内部用电设备的电耗，一般不包括照明、采暖、空调和仪表自动化的用电。

表4 不同浆种黑液碱回收燃烧系统能耗对比

其中毛效率指供给热量 (不含电耗)中有效热量 (没有考虑系统自用热量)的百分比。净效率是扣除系统自用热量后供给热量 (不含电耗)与有效热量的百分比。纯效率是扣除系统自用热量后的有效热量与供给能量 (包括电量)的百分比。

燃烧系统的热效率很高，能够生产大量蒸汽，尤其是木浆黑液燃烧，可以生成大量过热蒸汽，不仅可以满足本工段的需求，而且很多热量还可以用到其他工段。如果安装热电联产装置，即可自己发电，使更多的热能转化成电能，能够更大程度地利用热量。

由表4可以看出，木浆黑液的各种效率都高于麦草浆黑液。这是由于木浆和麦草浆黑液的碱回收存在着前述的差异，而且木浆黑液碱回收的工艺较麦草浆相比也更为成熟。

平衡1 t绝干浆，木浆黑液燃烧可产生7．5 t、压力为6．8 MPa、温度为480℃的高压过热蒸汽。拟用背压式汽轮机发电，背压的蒸汽参数为压力0．5 MPa、温度270℃时，当汽轮机的机械效率 (η1)为94%、内效率 (η2)为80%、发电机效率 (η3)为94%时，可发电为:

式中，Q高为进入汽轮机的高压过热蒸汽带入的热量，MJ;Q低为出汽轮机的低压过热蒸汽带出的热量，MJ。

3.2.3 苛化系统能耗

对木浆、麦草浆黑液碱回收苛化系统能耗的分析见表5。

苛化系统产生的用水量，主要是清洗绿砂、绿泥、白泥的洗涤水，不包括清洁用水;而热耗主要是苛化器的加热蒸汽;表5中提到的电耗为系统内部用电设备的电耗，一般不包括照明、采暖、空调和仪表自动化的用电。

表5 不同浆种黑液碱回收苛化系统能耗对比

3.3 木浆与麦草浆黑液碱回收产品的分析

3.3.1 木浆与麦草浆黑液碱回收主要产品

碱回收的主要目的就是产生蒸汽和回收碱。

由表2、表4可知，木浆黑液碱回收产生6．8 MPa、480℃的高压过热蒸汽23476．43 MJ/t浆。这些过热蒸汽可以通过汽轮机用以发电，满足碱回收系统自用能量。剩余能量还可用在制浆系统;麦草浆黑液碱回收产生 1．3 MPa、191．5℃ 中压饱和蒸汽19145．57 MJ/t浆。由于麦草浆黑液燃烧产生的蒸汽热量少、质量差，往往不用于发电。

平衡1 t绝干浆，木浆黑液碱回收产生100℃、96 g/L的浓白液，碱量为0．550 t。这些碱液可用于制浆生产中蒸煮液的配制。木浆黑液碱回收回收吨碱的成本为517．30元，碱自给率可以达到100%。

平衡1 t绝干浆，麦草浆黑液碱回收产生100℃、70 g/L的浓白液，碱量为0．257 t。麦草浆黑液碱回收回收吨碱的成本为1074元。麦草浆碱自给率约为80%，回收的碱量不能全部满足蒸煮用碱量的需求，需要另购商品碱以满足蒸煮需求。

3.3.2 木浆与麦草浆黑液碱回收副产品

3.3.2.1 污冷凝水

在蒸发段会产生二次蒸汽冷凝水。木浆黑液碱回收蒸发段二次蒸汽依次经Ⅰ效、Ⅱ效、Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效、Ⅵ效蒸发器后进入表面冷凝器，排出75℃轻污冷凝水、60℃轻污冷凝水和60℃重污冷凝水。60℃重污冷凝水进入汽提塔，与来自结晶蒸发器和Ⅰ效蒸发器的部分二次蒸汽进行汽提，排出70℃轻污冷凝水。重污冷凝水经过汽提之后污染负荷大幅度降低，CODCr值从进口的5619．7 mg/L减少到出口的522．9 mg/L，去除了 90．7%;BOD5从进口的 1177．1 mg/L减少到出口的92．83 mg/L，去除了92．1%，从而减轻了废水处理的负荷;麦草浆黑液碱回收蒸发段二次蒸汽经Ⅱ效、Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效蒸发器后进入表面冷凝器，排出65℃冷凝水。

这些冷凝水可以用于纸浆和白泥的洗涤，从而减少了清水的使用量。又由于其温度较高，同时还可以达到节能的目的。

3.3.2.2 冷却水

平衡1 t木浆绝干浆，需要52．35 t冷却水，进入表面冷凝器后温度可从20℃升高到40℃;平衡1 t麦草浆绝干浆，需要55．96 t冷却水，进入表面冷凝器后温度可从33℃升高到45℃。

这些冷却水的数量非常大但温度却不高，可以导入冷却塔循环使用。但由于冷却塔的水可能含有杂质，如果用于供给漂白车间作为工艺热水使用，则需要用原水作为冷却水。

3.3.2.3 不凝气

木浆大多采用硫酸盐法制浆，不凝气的臭气污染更为严重。根据不凝气的成分含量可以将其分为:高浓度小容积不凝气 (HCLV)、低浓度大容积不凝气(LCHV)和汽提塔气体。

不凝气通常在石灰回转窑、动力锅炉和碱回收炉中燃烧，也可用独立的燃烧器燃烧。有所不同的是LCHV的TRS含量比较低，可作为燃烧用的空气使用。HCLV和汽提塔气体的TRS和甲醇含量比较高，存在爆炸的危险，所以在输送、洗涤和燃烧时应注意防止出现爆炸。

麦草浆大多采用烧碱-蒽醌或烧碱法制浆，臭气的污染较轻，所以对其的处理还没有列入日程，基本没有处理。

3.3.2.4 绿泥、绿砂、白泥

绿泥是绿液中的杂质，绿砂是苛化时石灰中的杂质。以平衡1 t绝干浆计算:麦草浆黑液碱回收产生干度为10%的绿泥0．11 t，送辅助苛化器与后白泥混合排出系统外;木浆黑液碱回收产生干度为45%的绿泥0．039 t，由于木浆白泥在系统内循环利用，所以木浆绿泥直接排出系统外。

由于数量不大，目前木浆和麦草浆黑液碱回收产生的绿泥、绿砂都是送至堆场或作填埋处理。但是这些措施都有潜在的环境问题，都是目前急需解决的问题。

以平衡1 t绝干浆计算:木浆黑液碱回收产生干度为75%的白泥0．985 t，可采用煅烧石灰的方法进行回收，在系统内循环使用;麦草浆黑液碱回收产生干度为60%的白泥0．578 t，麦草浆黑液碱回收产生的白泥由于2．1．3所述原因不能在系统内回收，只能考虑在系统外回收。

4 结语

我国目前运行的较先进的木浆黑液碱回收系统基本上都是从国外引进的项目，从能耗的分析、污染物的治理等各方面均处在世界领先的水平;麦草浆黑液的碱回收具有中国特色，是我国业界人士在消化吸收国外先进设备和技术的基础上，根据麦草浆黑液的特点逐步发展而来的，麦草浆黑液碱回收在回收热能治理污染方面虽然发挥了巨大的作用，但与国外先进的木浆黑液碱回收相比，还有很大的差距，还需要继续努力，不断提高。

［1］ 刘秉钺，平清伟．制浆造纸节能新技术［M］．北京:中国轻工业出版社，2010．

［2］ 林文耀．我国造纸工业碱回收概况［J］．造纸信息，2009(2):34．

［3］ 刘秉钺．制浆黑液的碱回收［M］．北京:化学工业出版社，2006．

［4］ 缪建通．一种采用造纸废渣白泥生产水泥熟料方法:CN，200810157063．2［P］．2009-02-04．

［5］ 王东升，王小四，王随全．一种利用造纸工业碱回收白泥制备轻质碳酸钙:CN，200910172727．7［P］．2010-05-05．

［6］ 李 永，唐 玲，刘秉钺，等．造纸碱回收白泥农业资源化应用［J］．中国造纸，2009，28(2):57．

［7］ 潘桂华，陈金山，李望南．草浆碱回收白泥高效碳化制碳酸钙填料生产实践［J］．湖南造纸，2009，(1):3． CPP

Alkali Recovery of Wood Pulping and Wheat Straw Pulping in China

ZHANG Nan LIU Bing-yue*HAN Ying
(Dalian Polytechnic University，Dalian，Liaoning Province，116034)

The current status of alkali recovery in China was briefly introduced and the difference between the alkali recovery of the wood pulping and the wheat straw pulping in China was analyzed in this paper．The energy consumptions of evaporation，burning and causticizing systems were calculated according to the typical alkali recovery systems of wood and wheat straw pulping．The primary product and byproduct of alkali recovery were also discussed．The alkali recovery technology of wood pulping was in leading position in the world．The alkali recovery of wheat straw pulping in china plays a very important role in the heat recycle and the pollution control．However，comparing with the alkali recovery of wood pulping，more work is needed for further upgrading of the alkali recovery of wheat straw pulping．

alkali recovery of wood pulping;alkali recovery of the wheat straw pulping;energy consumption

X793

A

0254-508X(2012)04-0067-06

张 楠女士，硕士;主要研究方向:制浆造纸节能。

(*E-mail:liubingyue1948@yahoo．com．cn)

2011-12-21(修改稿)

本课题得到国家标准委员会综合［2008］168号项目的资助。

(责任编辑:常 青)