竹漿濃黑液貯槽循環系統的優化改進措施

楊篤明 鄧天文

(貴州省赤天化紙業股份有限公司,貴州赤水,564707)

竹漿濃黑液貯槽循環系統的優化改進措施

楊篤明 鄧天文

(貴州省赤天化紙業股份有限公司,貴州赤水,564707)

介紹大型竹漿廠濃黑液貯槽循環系統的原始設計概況及投用后存在的問題,提出優化改進的措施并予以實施,在實際生產運行過程取得良好效果。

濃黑液;貯槽;循環系統;鈉鹽沉析;優化改進;實踐

現代化漿廠中,蒸發站的濃黑液貯槽循環系統并非技術的關鍵或核心,僅僅是整個蒸發站中附屬的一個小系統,其作用是保證送出黑液的濃度均一并盡量減少因鈉鹽沉析導致的污垢與管道堵塞。但是,隨著結晶蒸發技術的普遍應用及濃黑液濃度的逐漸提高,濃黑液貯槽循環系統運行情況的好壞在很大程度上會制約或影響蒸發及堿爐裝置的運行,特別是在非木原料漿廠其黑液硅含量及黏度均較高的情況下。縱觀世界先進的濃黑液貯槽循環系統設計,不外乎攪拌器或循環泵方式,或兩者共用方式。具體的實踐應用中采用何種循環設計,與蒸發工藝、濃黑液性狀及設計者的理念等不無關系[1]。

本文介紹了貴州赤天化紙業股份有限公司 (以下簡稱赤天化紙業)濃黑液貯槽循環系統的原始設計概況及投用后存在的問題,并提出優化改進的措施且予以實施,在實際生產運行過程取得良好效果。

1 系統原始設計概況及投用后存在的問題

赤天化紙業蒸發裝置采用西班牙 HPD公司六效九體管式降膜結晶蒸發技術,設計產品濃黑液濃度為70% (不含堿灰和補充芒硝)[2]。濃黑液貯槽循環系統設計采用中部抽出底部送入單泵循環方式;貯槽采用圓錐形底部加圓柱形直段及橢圓形頂部設計,總高23.9 m,錐形底部高度為 8.85 m,圓柱形直段直徑10 m,高度 9.28 m,循環泵入口中心線位于圓柱形直段以上 0.51 m;循環泵設計流量 240 m3/h、揚程10 m、功率 30 kW。整個系統工藝流程簡圖見圖 1。

該循環系統自 2008年 4月整個裝置試車投用以來,逐漸暴露出一些問題,主要表現在：①送堿爐的濃黑液管道及黑液噴槍出現間或性的堵塞,特別是在系統停機后再開機或蒸發系統故障停出濃黑液期間,嚴重影響堿爐的穩定運行。②在入爐黑液溫度、壓力和流量均穩定的情況,堿爐產汽量急劇大幅波動,比如產汽量急劇下降甚至出現黑爐現象,而爐底并未出現明顯的黑液拉稀或干燥不好的現象。③循環泵進出口手動閥選型為蝶閥,當循環泵出現故障 (如機械封泄漏或軸承更換)時,該蝶閥無法確保關嚴而使檢修安全難以保證。④當循環泵故障檢修時,上述第①、②現象明顯加劇。⑤因循環泵入口位于貯槽錐底以上直段,循環泵入口以下容積約為 250 m3。長期停機濃黑液貯槽排空后再開機時,在循環建立以前,進貯槽黑液濃度按 HPD設計應控制在 40%左右,待循環建立后方可按正常濃度出濃黑液進行置換,以防止因濃度過高鈉鹽沉析而導致管道結垢或堵塞。因此,從貯槽進黑液、蒸發系統出正常濃度濃黑液、黑液置換提濃,至整個貯槽黑液濃度達堿爐最低可投運的濃度 (60%)時,整個過程將至少耗時近 20 h,嚴重制約和影響了整個系統的開機進度。⑥濃黑液槽設計容積為 1100 m3,除去循環泵入口以下錐底部分,且正常運行時還需保證液位在循環泵入口以上一定距離,實際可用容積僅有 750～800 m3,嚴重影響了系統的緩沖能力。

圖1 原始設計工藝流程簡圖

2 原因分析及優化改進措施探討

經過長期的運行及對暴露出的問題進行深入分析與摸索總結,認為原始設計對采用結晶蒸發技術的竹漿濃黑液黏度、密度等性狀估計不足,未充分考慮濃度達 70%左右 (不含堿灰和補充芒硝)的竹漿濃黑液因鈉鹽沉析導致的污垢與管道堵塞的問題,其循環泵的流量與揚程設計偏小,黑液循環僅在整個貯槽錐形底部段進行,實際運行過程中導致黑液循環混合不好,整個濃黑液貯槽存在黑液濃度分布不均和鈉鹽沉析分層問題。特別是在系統停機或蒸發裝置故障停出濃黑液期間,由于黑液循環僅在貯槽錐形底部段進行,貯槽上部黑液處于靜置狀態,其中所含有的不溶解鈉鹽及從堿爐加入的芒硝和堿灰 (設計約占總固形物的 10%)將慢慢沉析并逐漸富集于貯槽錐形底部。而黑液濃度分布不均與鈉鹽沉析分層則可能是產汽量急劇大幅波動甚至黑爐的主要原因。由于鈉鹽沉析極易在貯槽錐形底部斜壁上形成鈉鹽垢層,而底部黑液循環的沖擊則可能導致鈉鹽垢層的不時脫落,脫落的鈉鹽垢層經過黑液輸送泵后形成渣子狀顆粒,這些顆粒極易在管道拐彎及黑液噴槍縮徑處沉積,導致濃黑液管道及黑液噴槍出現間或性的堵塞。

對于單循環泵設計及其進出口蝶閥選型,筆者認為設計過程中未充分考慮設備故障檢修問題。循環泵進出口蝶閥選型難以確保將泵完全隔離,給安全檢修帶來極大影響。當循環泵故障停運時,濃黑液貯槽因無循環其濃度分布不均及鈉鹽沉析分層現象必然加劇,甚至導致嚴重的污垢與管道堵塞問題。若將該循環泵安排在計劃檢修期間檢修,如果此時未排空濃黑液貯槽,黑液循環及送出黑液的停止,整個貯槽內濃黑液將處于完全靜置狀態,70%的竹漿濃黑液所產生的鈉鹽沉析及結晶堵塞將可能導致無法估計的嚴重后果。如前面所述,濃黑液貯槽的排空將導致重新開車時耗時增加近20 h,嚴重制約和影響整個系統的開機進度。

通過深入分析上述問題,認為必須優化改進循環系統原始設計,改善濃黑液循環效果。增設錐底攪拌器,除投資較大、維護檢修困難及改造施工難度較大外,筆者認為不會對循環效果產生根本性的改觀。增設一臺備用循環泵可解決故障檢修問題,但對于改善濃黑液循環效果并無作用,且現場布置及改造施工難度較大。現有循環泵改型增大流量及揚程看似一個較好的方案,但因涉及現場管線、泵基礎及配電等一系列改造,施工周期較長又成為一個難題。經過綜合考慮各種因素,認為應從以下幾個方面著手優化改進：①利用現有濃黑液輸出泵,增設濃黑液貯槽頂部循環管,增強循環效果,降低濃黑液濃度分布不均與鈉鹽沉析分層的影響;②將循環泵進出口手動閥改型為帶渦輪蝸桿球閥,解決檢修安全問題;③增設濃黑液貯槽錐形段中部循環泵進口管,可有效縮短濃黑液貯槽排空后再開車時黑液循環建立與置換提濃時間 10 h左右,并可增加濃黑液貯槽可用容積近 200 m3。

3 改造實施與投用運行情況

分別于 2008—2009年對上述 3項優化改進措施予以實施并相繼投入使用。優化改進細節如圖 2所示。

(1)增設從黑液輸出泵 A出口至濃黑液貯槽頂部DN100的循環管線。兩端均設置手動閥門,頂部設置低壓蒸汽吹掃,底部設置排放管線;當該管線循環停運時,關閉兩端手動閥,用低壓蒸汽吹掃排放干凈。黑液輸出泵設計打量為 100 m3/h,揚程為50 m,額定功率 75 kW,采用變頻調速。該改造實施完成后投入使用,通過摸索總結,僅設定 60%變頻器轉速,經估算循環量可達 80～100 m3/h,現場泵運行平穩,管路流動通暢,無異常沖擊或振動,此時對應的電機電流僅為額定電流的 25%左右,功率消耗不足20 kW。

圖2 優化改進后工藝流程簡圖

(2)將圖 1中閥 1和閥 2更換為帶渦輪蝸桿硬質密封球閥。因為大口徑球閥僅用手柄開關難度較大,且易用力過猛導致密封面損傷;而四氟密封在濃黑液溫度 120～130℃的條件下長期使用也易老化變形,嚴重時甚至導致閥芯卡住無法動作。此項改造完成投用后,經數次試用檢驗,開關動作輕便,密封性能良好,可完全隔離循環泵。

(3)增設濃黑液貯槽錐形段中部循環泵進口管,主線設置氣動開關球閥 (閥 3、DN200),旁路設置一個手動常開球閥 (閥 4、DN50)。該段新增管道現場實際長度僅為 2 m左右,主線氣動開關球閥正常生產中保持關閉狀態,但每周需開關一次以確認是否可正常運作,旁路手動閥保持常開以防止主線出現結晶堵塞。此項改造完成投用后,經 2009年和 2010年兩次大修后開車檢驗,每次可有效縮短開機時間約10 h,同時在制漿生產線短期故障時增加濃黑液緩沖量近 200 m3,大大提高了系統緩沖能力。

對新增的濃黑液貯槽頂部循環管線,通過在實際生產過程中的運行摸索總結,為降低消耗不采用連續運行方式。一般情況,在短期停車或計劃中小修后的堿爐開車投黑液前 8 h,或因蒸發裝置短期故障停出濃黑液時,建立此循環以盡量混合均勻整個濃黑液貯槽內黑液,使濃黑液濃度均一并盡量降低因貯槽上部黑液靜置導致的鈉鹽沉析所帶來的不利影響;待堿爐運行正常無明顯的黑液管道或噴槍堵塞現象,且蒸發裝置連續產出濃黑液后,停用該循環管線并吹掃排放干凈。正常生產中,在入爐黑液溫度、壓力和流量均穩定的情況,出現堿爐產汽量急劇大幅波動甚至黑爐現象,或因堿爐本身負荷較高導致堿灰量偏大,以及為維持系統硫化度平衡芒硝補充較多時,應投用濃黑液貯槽頂部循環管線,改善黑液循環效果,降低因濃黑液中芒硝堿灰過多鈉鹽沉析加劇所導致的影響。

新增的濃黑液貯槽錐形段中部循環泵進口管,除在排空貯槽的檢修后開機時投用以縮短開機時間外,當制漿生產線故障停機時間過長導致黑液存量不足時,打開此新增管線閥,建立循環泵中部進口管黑液循環,此時還應投用新增的濃黑液貯槽頂部循環管線建立貯槽頂部黑液循環,有效提高濃黑液緩沖能力。

4 結 語

針對赤天化紙業蒸發裝置濃黑液貯槽循環系統生產投用后存在的黑液管道和噴槍堵塞、堿爐產汽量無故大幅波動甚至黑爐、循環泵無法完全隔離檢修以及排空貯槽檢修后開機時黑液循環建立與置換提濃耗時過長等問題,通過在生產實踐過程中深入分析原因所在,不斷摸索和總結,從改造實施便捷、投資較省和投用實效等方面綜合考慮各種因素,提出了增設濃黑液貯槽頂部循環管、循環泵進出手動閥改型為帶渦輪蝸桿球閥以及增設濃黑液貯槽錐形段中部循環泵進口管等優化改進措施并逐步予以實施。這些優化改進措施實施并投用后,通過近兩年的實際運行情況來看,黑液管道和噴槍堵塞、堿爐產汽量無故大幅波動甚至黑爐的問題已基本消除,在正常生產中已可實現循環泵完全隔離檢修,排空貯槽的檢修后開機時間縮短約10 h。從一定意義上說,這些優化改進措施合理、有效,在實際生產實踐過程中已取得良好效果。

[1] R.P.格林,G.霍夫.堿法制漿化學藥品的回收[M].3版.北京：中國輕工業出版社,1998.

[2] 表迎凱,楊篤明,陳啟明.高溫鈍化技術在竹漿黑液蒸發中的應用[J].中國造紙,2010,29(1)：64.

(責任編輯：馬 忻)

Improving Measures of Concentrated Black Liquor Storage Tank Circulation System in a Bamboo Pulp Mill

YANG Du-ming＊DENG Tian-wen
(Guizhou Chitianhua Paper Industry Co.,Ltd.,Chishui,Guizhou Province,564707)
( ＊ E-mail：ydmzy@tom.com)

The original design and the existing problems in operation of the concentrated black liquor storage tank circulation system in a large scale bamboo pulp mill were introduced,the improving measures were put for ward and implemented,good result was achieved in practice.

concentrated black liquor;storage tank;circulation system;sodium salt precipitation;optimizing and improving

TS749+.3

B

0254-508X(2011)04-0052-03

楊篤明先生,工程師;主要從事堿回收車間的生產管理工作。

2011-03-01(修改稿)