我國的木漿和麥草漿黑液堿回收現狀

張 楠 劉秉鉞 韓 穎

(大連工業大學，遼寧大連，116034)

我國的木漿和麥草漿黑液堿回收現狀

張 楠 劉秉鉞 韓 穎

(大連工業大學，遼寧大連，116034)

簡述了我國制漿黑液堿回收的現狀，全面分析了我國木漿與麥草漿堿回收的不同。以我國木漿、麥草漿黑液典型堿回收為實例，對蒸發、燃燒、苛化系統的能耗進行了計算，并分析了堿回收產生的主要產品和副產品。我國木漿黑液堿回收處在世界領先的水平，麥草漿黑液的堿回收具有中國特色，在回收熱能治理污染方面雖然發揮了巨大的作用，但與先進的木漿黑液堿回收相比，還有很大的差距，還需要繼續努力，不斷提高。

木漿黑液堿回收;麥草漿黑液堿回收;能耗

當今堿法制漿已基本占領整個化學漿生產領域，堿回收成為化學漿廠組成中不可分割、不可缺少的一部分。各種原料 (包括木材、蔗渣、蘆葦、麥草)的堿法制漿均配有堿回收，堿回收在治理黑液污染、保護環境、節約資源和能源及實現我國造紙工業的可持續發展中起到了特別重要的作用。

堿回收工藝具有顯著的節能效益。首先，燃燒有機污染物可生成大量熱能，用于發電。化工廠每生產1 t燒堿，其平均能耗為1．6 t標準煤，而造紙廠每回收1 t燒堿，可形成0．5 t標準煤的節能能力，兩項總計共形成2．1 t標準煤的節能能力，還可以節約大量的水資源［1］。

1 我國制漿黑液堿回收現狀

我國的制漿黑液堿回收，不僅消化吸收了世界上先進的木漿黑液堿回收技術、設備和自動控制技術，而且研究、開發了適合我國非木漿黑液的堿回收。我國制漿黑液堿回收的現狀如表1所示［2］。

表1 我國制漿黑液堿回收情況數據

目前造紙發達國家的木漿黑液堿回收向著大型、環保節能型、安全自控型的方向發展［3］。我國麥草漿黑液的堿回收在集中了堿回收技術進步的成果(包括干濕法備料、連續蒸煮、黑液提取)及幾代人的實踐經驗的基礎上，2000年由中國節能投資公司資助的一批75～100 t/d麥草漿黑液堿回收項目投產成功并基本達到預定的效果［3］。由于收購原料的路程及運輸等因素的影響，尚無規模非常大的堿回收，下面就我國正在運行的麥草漿黑液堿回收與木漿黑液堿回收進行分析研究。

2 木漿與麥草漿黑液堿回收的區別

木漿黑液的堿回收通常分為四個階段:黑液的蒸發、燃燒、苛化和白泥回收;而麥草漿黑液的堿回收由于白泥回收會造成硅積累等問題，故白泥一般隨綠泥一起排出，不在本系統內循環。所以麥草漿黑液堿回收不包括白泥的回收，通常分為三個階段。

下面就從這幾個階段來分析木漿與麥草漿黑液堿回收的區別。

2.1 黑液蒸發部分

2.1.1黑液提取

目前，世界上先進的木漿黑液提取率接近100%，而我國麥草漿黑液提取率偏低，一般僅為80%～88%，甚至更低。麥草漿黑液提取率低導致堿回收率低。

紙漿洗滌和黑液提取得到的黑液濃度:木漿黑液為14%～20%，麥草漿黑液為8%～13%。這是因為麥草化學漿具有濾水困難，而潤脹、擴散又相對容易的特點，這與化學木漿正好相反［3］，這就導致了麥草漿黑液蒸發的能耗高。

2.1.2 出蒸發效黑液濃度

當溫度一定時，每種原料黑液都有一個“臨界濃度” (既可能達到的最大濃度)。超過這個濃度，黑液黏度急劇增加。黑液的黏度影響蒸發速率、傳熱速率和噴黑液的液滴粒度。90℃時，針葉木漿黑液的臨界濃度約為55%，麥草漿的約為40%。

按照常規方法，經過多效真空蒸發系統，首先利用蒸汽間接加熱的方法加熱黑液再通過直接蒸發設備，利用堿回收爐尾部煙氣直接加熱增濃黑液最后得到的黑液濃度:木漿黑液一般為60%～65%，麥草漿黑液一般為50%～55%。

2.1.3 污冷凝水的清濁分流

二次蒸汽產生的污冷凝水含有的熱量，經擴容減壓產生的閃蒸蒸汽作為次一效的補充熱源，熱量得到了一定程度的回收。同時，還可以回用冷凝水，達到節水節能的目的。但是污冷凝水中又往往含有TRS(總還原硫化物)，且BOD含量高。要想達到節水節能的目的，就必須對其進行處理。可以對二次蒸汽冷凝水采用清濁分流的方法進行處理，從而減輕廢水的處理負荷。

目前，先進的木漿廠一般都采用污冷凝水處理裝置。一是進效稀黑液的蒸發采用帶有自身汽提的低BOD蒸發器，實現污冷凝水清濁分流;二是利用汽提塔對濁污冷凝水進行汽提處理。經處理后的清污冷凝水可用于紙漿或者白泥的洗滌。

麥草漿黑液的堿回收一般都沒有采用污冷凝水的清濁分流措施。

2.1.4 對不凝氣的處理

不凝氣中往往含有TRS，直接排空會污染環境;尤其是硫酸鹽法制漿產生的臭氣更為嚴重，隨著環保意識的增強，對臭氣的處理更為緊迫［3］。先進的木漿黑液蒸發系統一般將臭氣引入石灰回轉窯或者堿回收爐燒掉。而麥草漿黑液蒸發系統產生的臭氣的處理還沒有列入日程，所以基本沒有處理。

2.2 黑液燃燒部分

2.2.1 提高黑液入爐濃度的措施

普通的降膜板式蒸發器能較容易得到濃度65%～67%的木漿黑液，如果濃度提高到70%以上就會出現傳熱面結垢的問題，嚴重影響蒸發器的蒸發能力。可采用結晶蒸發技術來提高木漿黑液的蒸發濃度，同時解決高濃蒸發時蒸發器結垢的問題。該系統把濃度約65%的濃黑液泵送至堿回收爐混合槽內，添加芒硝和堿灰，用芒硝和堿灰的無機鹽顆粒作為晶核，然后再送回Ⅰ效蒸發器重新進行結晶蒸發，能產生濃度為73%～75%的超濃黑液。這是因為沉淀和污垢發生在晶核粒子上，不在傳熱面上。同時，液體在高速循環時，由于剪切力的作用，可以降低黑液黏度，從而可以提高傳熱系數。

麥草漿黑液的堿回收多利用堿回收爐自帶的圓盤蒸發器來提高進爐黑液的濃度和溫度。圓盤蒸發器是利用堿回收爐尾部排煙的熱能，對蒸發站送來的黑液進行直接蒸發，使黑液濃度達到入爐要求，同時降低了排煙溫度。直接蒸發是利用燃燒爐的煙道氣作為熱源，直接接觸廢液而蒸發，廢液還吸收煙道氣中的堿灰。經過直接蒸發后，麥草漿黑液固形物含量可達到50%～55%，基本上可滿足下一階段的燃燒要求。

2.2.2 堿回收爐結構

麥草漿黑液堿回收爐是在吸收木漿黑液堿回收爐經驗的基礎上，根據麥草漿黑液的特點發展而來的，所以其在設計上有很多特殊的地方。新型麥草漿黑液堿回收爐的設計具有如下特點:

(1)采用了適合麥草漿黑液的瘦高形爐膛，并且提高了黑液噴槍的高度，延長了干燥行程。由于麥草漿黑液的入爐狀態達不到著火燃燒條件，需要先脫水干燥，而這一過程要在爐內進行。麥草漿黑液干燥所需的熱量份額為木漿黑液的3倍，而黑液的蒸發干燥又是在下落的過程中完成的，所以在爐膛結構上要有足夠的高度來保證所需的干燥時間。

(2)選取了較寬的水冷壁管節距，降低了爐膛的水冷程度。麥草漿黑液與其他漿種黑液相比，其液滴的表面張力較大，不利于水分蒸發。而表面張力與液滴所處的環境溫度成反比。因此，可以通過選取較寬的水冷壁節距來減少水冷壁面積以實現較高的環境溫度。

(3)選用了新型煙氣-板式空氣預熱器，提高供風溫度。由于麥草漿黑液墊層的黑灰體積質量比較大，再加上需要更高的爐溫來干燥黑液液滴，因此一次風、二次風的溫度不宜小于250℃。麥草漿黑液的一次風、二次風，由鼓風機先送進蒸汽-空氣預熱器，加熱到150℃后，進入堿回收爐的煙氣-空氣預熱器加熱，風溫可達250℃以上。

2.2.3 產熱參數

由于麥草漿黑液的含硅量高、黏度高、不易蒸發、熱值低、含灰量大，屬于劣質燃料，再加上黑液進爐時固形物含量低，這樣產生的蒸汽質量也會明顯下降。只能生產壓力為1．3 MPa、溫度為191．5℃左右的中壓飽和蒸汽。

相比之下，木漿黑液堿回收采用結晶蒸發，提高進爐黑液濃度，可以減去圓盤蒸發等直接蒸發設備，采用大面積省煤器回收煙氣的熱量，提高熱量的利用率。同時，在木漿黑液堿回收爐的爐膛上面，鍋爐管束的前面裝有過熱器。它可以利用煙氣加熱從汽包中來的飽和蒸汽，提高蒸汽溫度使之成為過熱蒸汽。通常可以生產出壓力為6．8 MPa、溫度為480℃的高壓過熱蒸汽，同時可以降低煙氣的溫度。生產過熱蒸汽可以更有效地利用蒸汽，使之通過汽輪發電機發電。

2.2.4 堿灰處理

木漿的蒸煮基本采用硫酸鹽法。在燃燒前要往黑液芒硝混合槽中補加芒硝。同時，把收集到的堿灰與黑液混合，再送到芒硝黑液混合槽，與補充芒硝和濃黑液一起送去結晶蒸發效增濃，再送入堿回收爐燃燒。

麥草漿基本采取燒堿法或燒堿-蒽醌法制漿。不需補加芒硝，并且堿灰基本上是碳酸鈉，所以可將收集到的堿灰直接送入熔融物溶解槽，進而送入到苛化系統。

2.3 黑液苛化部分

2.3.1 對白泥的處理

生產1 t紙漿所產生的黑液在堿回收過程中可產生0．50～0．65 t的白泥。采用回轉爐煅燒法回收石灰，雖然成本有時會高于商品石灰，但由于其第一解決了固體廢物排放的污染問題，第二保證了回收石灰的質量，所以木漿黑液堿回收的白泥可以采用煅燒石灰的方法進行回收，這是木漿黑液堿回收特有的階段。

而麥草漿黑液堿回收產生的白泥中硅含量較高，燒出的石灰難以進行良好的消化，還會造成硅積累等問題。因此一般隨綠泥、綠砂一起直接排出系統外。這樣雖然暫時解決了堿回收的問題，但留下了固體廢物的積累問題，這是麥草漿黑液堿回收面臨的嚴峻的環境問題。

2.3.2 白泥的回收

木漿黑液堿回收的白泥采用煅燒石灰的方法進行回收，在系統內循環使用。

麥草漿黑液堿回收的白泥由于上述原因不能在系統內回收，只能考慮在系統外回收。例如:用作水泥生產的原料［4］;制備輕質碳酸鈣［5］;在農業領域中作為樹木增壯劑、林區道路穩定劑、漁業用石灰原料以及土壤調理劑等使用［6］。2005年泰格林紙集團岳陽紙業公司興建了新的堿回收苛化工序，并在原有苛化工序上建立了1條100 t/d白泥精制填料級碳酸鈣新工藝生產線［7］。

3 堿回收的能耗分析

3.1 木漿與麥草漿黑液典型堿回收的實例

對我國國內以闊葉木和麥草為制漿原料的黑液堿回收的能源消耗進行了調查，考察的范圍包括堿回收的蒸發、燃燒、苛化三個階段。這兩種原料制漿黑液堿回收的主要參數見表2。

該木漿生產屬于我國大型制漿企業，堿回收系統規模大，設備先進，原料優質，可以代表國內最優秀的木漿黑液堿回收生產技術。該麥草漿生產所屬為我國中型制漿廠，設備、技術都具有普遍性，代表著國內普遍的堿回收技術水平。

3.2 木漿與麥草漿黑液堿回收能耗的分析

3.2.1 蒸發系統能耗

以平衡1 t絕干漿為基準，對上述木漿、麥草漿黑液堿回收蒸發系統能耗的分析見表3。

表2 我國不同原料制漿黑液堿回收系統參數對比

表3 不同漿種黑液堿回收蒸發系統能耗對比

蒸發所消耗的水不包括清潔用水，主要消耗在表面冷凝器真空泵處，這是為了吸移熱的不凝氣，補充少量的冷清水來降低工作水的溫度。熱耗主要是進Ⅰ效的新鮮蒸汽。表3中提到的電耗為系統內部用電設備的電耗，一般不包括照明、采暖、空調和儀表自動化的用電。

由于麥草漿黑液在進效時稀黑液濃度低、含水量高，所以單位蒸發的水量高于木漿。木漿的生產規模要大于麥草漿，故熱耗和電耗便會適當地減少。

3.2.2 燃燒系統能耗

以平衡1 t絕干漿為基準，對木漿、麥草漿黑液堿回收燃燒系統能耗的分析見表4。

燃燒系統的汽耗包括空氣預熱器、除氧、吹灰等的蒸汽，這些蒸汽來自于堿回收爐，故稱作自用氣;表4中提到的自用電是系統內部用電設備的電耗，一般不包括照明、采暖、空調和儀表自動化的用電。

表4 不同漿種黑液堿回收燃燒系統能耗對比

其中毛效率指供給熱量 (不含電耗)中有效熱量 (沒有考慮系統自用熱量)的百分比。凈效率是扣除系統自用熱量后供給熱量 (不含電耗)與有效熱量的百分比。純效率是扣除系統自用熱量后的有效熱量與供給能量 (包括電量)的百分比。

燃燒系統的熱效率很高，能夠生產大量蒸汽，尤其是木漿黑液燃燒，可以生成大量過熱蒸汽，不僅可以滿足本工段的需求，而且很多熱量還可以用到其他工段。如果安裝熱電聯產裝置，即可自己發電，使更多的熱能轉化成電能，能夠更大程度地利用熱量。

由表4可以看出，木漿黑液的各種效率都高于麥草漿黑液。這是由于木漿和麥草漿黑液的堿回收存在著前述的差異，而且木漿黑液堿回收的工藝較麥草漿相比也更為成熟。

平衡1 t絕干漿，木漿黑液燃燒可產生7．5 t、壓力為6．8 MPa、溫度為480℃的高壓過熱蒸汽。擬用背壓式汽輪機發電，背壓的蒸汽參數為壓力0．5 MPa、溫度270℃時，當汽輪機的機械效率 (η1)為94%、內效率 (η2)為80%、發電機效率 (η3)為94%時，可發電為:

式中，Q高為進入汽輪機的高壓過熱蒸汽帶入的熱量，MJ;Q低為出汽輪機的低壓過熱蒸汽帶出的熱量，MJ。

3.2.3 苛化系統能耗

對木漿、麥草漿黑液堿回收苛化系統能耗的分析見表5。

苛化系統產生的用水量，主要是清洗綠砂、綠泥、白泥的洗滌水，不包括清潔用水;而熱耗主要是苛化器的加熱蒸汽;表5中提到的電耗為系統內部用電設備的電耗，一般不包括照明、采暖、空調和儀表自動化的用電。

表5 不同漿種黑液堿回收苛化系統能耗對比

3.3 木漿與麥草漿黑液堿回收產品的分析

3.3.1 木漿與麥草漿黑液堿回收主要產品

堿回收的主要目的就是產生蒸汽和回收堿。

由表2、表4可知，木漿黑液堿回收產生6．8 MPa、480℃的高壓過熱蒸汽23476．43 MJ/t漿。這些過熱蒸汽可以通過汽輪機用以發電，滿足堿回收系統自用能量。剩余能量還可用在制漿系統;麥草漿黑液堿回收產生 1．3 MPa、191．5℃ 中壓飽和蒸汽19145．57 MJ/t漿。由于麥草漿黑液燃燒產生的蒸汽熱量少、質量差，往往不用于發電。

平衡1 t絕干漿，木漿黑液堿回收產生100℃、96 g/L的濃白液，堿量為0．550 t。這些堿液可用于制漿生產中蒸煮液的配制。木漿黑液堿回收回收噸堿的成本為517．30元，堿自給率可以達到100%。

平衡1 t絕干漿，麥草漿黑液堿回收產生100℃、70 g/L的濃白液，堿量為0．257 t。麥草漿黑液堿回收回收噸堿的成本為1074元。麥草漿堿自給率約為80%，回收的堿量不能全部滿足蒸煮用堿量的需求，需要另購商品堿以滿足蒸煮需求。

3.3.2 木漿與麥草漿黑液堿回收副產品

3.3.2.1 污冷凝水

在蒸發段會產生二次蒸汽冷凝水。木漿黑液堿回收蒸發段二次蒸汽依次經Ⅰ效、Ⅱ效、Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效、Ⅵ效蒸發器后進入表面冷凝器，排出75℃輕污冷凝水、60℃輕污冷凝水和60℃重污冷凝水。60℃重污冷凝水進入汽提塔，與來自結晶蒸發器和Ⅰ效蒸發器的部分二次蒸汽進行汽提，排出70℃輕污冷凝水。重污冷凝水經過汽提之后污染負荷大幅度降低，CODCr值從進口的5619．7 mg/L減少到出口的522．9 mg/L，去除了 90．7%;BOD5從進口的 1177．1 mg/L減少到出口的92．83 mg/L，去除了92．1%，從而減輕了廢水處理的負荷;麥草漿黑液堿回收蒸發段二次蒸汽經Ⅱ效、Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效蒸發器后進入表面冷凝器，排出65℃冷凝水。

這些冷凝水可以用于紙漿和白泥的洗滌，從而減少了清水的使用量。又由于其溫度較高，同時還可以達到節能的目的。

3.3.2.2 冷卻水

平衡1 t木漿絕干漿，需要52．35 t冷卻水，進入表面冷凝器后溫度可從20℃升高到40℃;平衡1 t麥草漿絕干漿，需要55．96 t冷卻水，進入表面冷凝器后溫度可從33℃升高到45℃。

這些冷卻水的數量非常大但溫度卻不高，可以導入冷卻塔循環使用。但由于冷卻塔的水可能含有雜質，如果用于供給漂白車間作為工藝熱水使用，則需要用原水作為冷卻水。

3.3.2.3 不凝氣

木漿大多采用硫酸鹽法制漿，不凝氣的臭氣污染更為嚴重。根據不凝氣的成分含量可以將其分為:高濃度小容積不凝氣 (HCLV)、低濃度大容積不凝氣(LCHV)和汽提塔氣體。

不凝氣通常在石灰回轉窯、動力鍋爐和堿回收爐中燃燒，也可用獨立的燃燒器燃燒。有所不同的是LCHV的TRS含量比較低，可作為燃燒用的空氣使用。HCLV和汽提塔氣體的TRS和甲醇含量比較高，存在爆炸的危險，所以在輸送、洗滌和燃燒時應注意防止出現爆炸。

麥草漿大多采用燒堿-蒽醌或燒堿法制漿，臭氣的污染較輕，所以對其的處理還沒有列入日程，基本沒有處理。

3.3.2.4 綠泥、綠砂、白泥

綠泥是綠液中的雜質，綠砂是苛化時石灰中的雜質。以平衡1 t絕干漿計算:麥草漿黑液堿回收產生干度為10%的綠泥0．11 t，送輔助苛化器與后白泥混合排出系統外;木漿黑液堿回收產生干度為45%的綠泥0．039 t，由于木漿白泥在系統內循環利用，所以木漿綠泥直接排出系統外。

由于數量不大，目前木漿和麥草漿黑液堿回收產生的綠泥、綠砂都是送至堆場或作填埋處理。但是這些措施都有潛在的環境問題，都是目前急需解決的問題。

以平衡1 t絕干漿計算:木漿黑液堿回收產生干度為75%的白泥0．985 t，可采用煅燒石灰的方法進行回收，在系統內循環使用;麥草漿黑液堿回收產生干度為60%的白泥0．578 t，麥草漿黑液堿回收產生的白泥由于2．1．3所述原因不能在系統內回收，只能考慮在系統外回收。

4 結語

我國目前運行的較先進的木漿黑液堿回收系統基本上都是從國外引進的項目，從能耗的分析、污染物的治理等各方面均處在世界領先的水平;麥草漿黑液的堿回收具有中國特色，是我國業界人士在消化吸收國外先進設備和技術的基礎上，根據麥草漿黑液的特點逐步發展而來的，麥草漿黑液堿回收在回收熱能治理污染方面雖然發揮了巨大的作用，但與國外先進的木漿黑液堿回收相比，還有很大的差距，還需要繼續努力，不斷提高。

［1］ 劉秉鉞，平清偉．制漿造紙節能新技術［M］．北京:中國輕工業出版社，2010．

［2］ 林文耀．我國造紙工業堿回收概況［J］．造紙信息，2009(2):34．

［3］ 劉秉鉞．制漿黑液的堿回收［M］．北京:化學工業出版社，2006．

［4］ 繆建通．一種采用造紙廢渣白泥生產水泥熟料方法:CN，200810157063．2［P］．2009-02-04．

［5］ 王東升，王小四，王隨全．一種利用造紙工業堿回收白泥制備輕質碳酸鈣:CN，200910172727．7［P］．2010-05-05．

［6］ 李 永，唐 玲，劉秉鉞，等．造紙堿回收白泥農業資源化應用［J］．中國造紙，2009，28(2):57．

［7］ 潘桂華，陳金山，李望南．草漿堿回收白泥高效碳化制碳酸鈣填料生產實踐［J］．湖南造紙，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

張 楠女士，碩士;主要研究方向:制漿造紙節能。

(*E-mail:liubingyue1948@yahoo．com．cn)

2011-12-21(修改稿)

本課題得到國家標準委員會綜合［2008］168號項目的資助。

(責任編輯:常 青)