堿液回收鍋爐空氣預熱器選型探討

肖瑞新

(新疆中泰集團工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830028)

當今堿法制漿工藝已基本占領整個化學漿生產領域，堿法制漿工藝中的堿回收也成為不可或缺的重要組成部分。實施堿回收在保護環、境治理污染、節約資源，實現我國造紙工業的可持續性發展中起到了特別重要的作用。對生產企業而言堿回收工藝中回收的堿液可以循環使用，燃燒黑液中有機污染物生成大量的蒸汽可用于發電、供熱等，在節能增效方面的效果是十分明顯的。而堿爐作為堿回收工藝的主要設備，如何能保證其正常連續運行就顯得十分重要。采用各種不同原料的堿法制漿生產均配有堿回收裝置。本文就新疆某造紙企業的WDLZ58/3.82-1型堿回收爐空氣預熱器變形，煙氣結節致使煙道堵塞的問題進行分析探討，為鍋爐空氣預熱器設計和修理改造提供建議。

1 堿回收鍋爐的燃燒機理

正規造紙企業多以燒堿蒸煮木材或植物桔梗，使其中的木質素融入堿液中，木質素融入堿液后形成黑液，然后再將黑液中的纖維素分離出來制成紙漿。早期的黑液基本是直接排放或經過簡單處理直接排放，這會對環境造成極大污染破壞。現在對于黑液廢水的治理，是采用多效蒸發器對它進行濃縮，使其成為柏油狀物質作為燃料送入鍋爐內燃燒。黑液中的有機物作為燃料在鍋爐中燒掉，無機物成熔融物從爐底排出回收(Na2SO2,Na2CO3)，再經過苛化后還原成堿，回收后供制漿蒸煮重復使用。黑液中含有多種有機物和無機物，這些組分的數量和成分取決于制漿時所用的材種和蒸煮方法。由于黑液中存在大量的無機鹽、含水分高、熱值低、灰分高等特點，這些因素都給鍋爐正常燃燒帶來了困難。相對于燃煤或燃油鍋爐來說，由于燃料本身存在差異，堿回收爐的運行穩定性和燃燒效率與燃煤、燃油鍋爐都存在著一定差距。

2 鍋爐故障發生及采取的應急措施

2018年4月，我們現場詢問實操人員了解堿回收鍋爐故障發生過程大致情況，鍋爐在安裝試運行后運行一月左右的時間，從看火孔往外冒煙、冒火，爐膛出現正壓情況，同時煙道引風機負載過大等現象。經過對煙氣通道檢查發現造成爐膛正壓的原因是板式空氣預熱器煙道側煙灰過多，煙道被煙灰堵塞；清理煙灰后發現板式空氣預熱器的鋼板均有向煙道側鼓脹變形現象，造成煙氣通道道變窄、易于結灰。根據實際情況用戶單位采取在空氣預熱器煙道側插入鋼管將鼓脹變形的鋼板頂回原位的修復措施，恢復煙道通行截面。處理后情況見圖1所示。

采用這種臨時的應急處理方法可以基本修復和避免空氣預熱器鋼板鼓脹變形的問題，但通過實際運行后發現，由于在煙道內加塞了鋼管使得煙灰很容易在鋼管周圍結節，鍋爐運行一個月左右的時間，煙道再次因煙灰結節而堵塞，爐膛正壓的情況又會出現，由于煙道內插有鋼管，煙灰結節在鋼管周圍使得清理煙灰的工作難度增加很多。

圖1 鍋爐板式空氣預熱器煙氣側鼓脹變形修復后狀況

3 空氣預熱器變形故障原因分析

依據現場問詢了解到的情況，該預熱器共分五組，煙氣是從頂部進入板式空氣預熱器的，其溫度在400℃以上，煙氣經過五組換熱器與空氣換熱，溫度逐步升高，最后從底部出預熱器的溫度在200℃左右，再經過引風機、布袋除塵裝置后經煙囪排入大氣。而冷空氣是從底部經鼓風機加壓至1000～2000Pa之間進入空氣預熱器，在五組換熱器內與煙氣逆向流動進行熱量交換，溫度由環境溫度逐步上升到300℃以上，后經風管進入鍋爐爐膛。空氣的壓力在1000～2000Pa之間，忽略能量損耗和泄露，在整個空氣預熱器中空氣的壓力是保持不變的。檢查空氣預熱器鋼板變形情況發現，在預熱器頂部煙氣溫度400℃以上處，鋼板鼓脹變形大，而在最后第五組預熱器煙氣溫度相對低，鋼板變形就相對比較小。

根據板式空氣預熱器在使用過程中產生變形的結果以及我們了解到的鍋爐運行參數分析，造成這種變形的主要原因是煙氣側的溫度和空氣側的壓力聯合作用的結果。

通過以上分析我們得出結論是，目前使用的板式空氣預熱器在使用一個月左右產生變形，是預熱器強度不能夠滿足本堿爐的使用工況要求的結果。

4 板式空氣預熱器和管式空氣預熱器的比較

表1 板式換熱器和管式換熱器的比較

間壁式換熱器在造紙印染行業的應用最廣泛，間壁式換熱器分為板式和管式換熱器，其中管式換熱器是最典型的間壁式換熱器。按傳熱面形狀分管式換熱器可分為管殼式、套管式、蛇管式及翅片式換熱器；板式換熱器可分為平板式、螺旋板式及板翅式換熱器等。兩種換熱器的性能比較見表1。

從表1比較結果看出，雖然板式換熱器在設備體積、傳熱效率和節約熱能量熱回收效率等方面有優勢，但對燃料要求比較高，不能處理帶顆粒和纖維的物料，連續工作時間短，清洗次數多，不能保證鍋爐的連續性運行。管式換熱器對燃料的適應能力卻很強，比較適合目前該鍋爐所使用的蘆葦制漿所形成的黑液。另外，由于結構形式的原因，目前使用的板式換熱器在產生鼓脹變形后只能采取本文前述的在空氣預熱器煙道側加塞鋼管的方法進行修復。管板式換熱器的修理比較簡單易行。

5 故障修復的建議

2018年4月10日至12日，我們對新疆某造紙企業WDLZ58/3.82-1型鍋爐板式空氣預熱器煙氣側鼓脹變形情況進行檢查，現場詢問實操人員鍋爐的運行情況，綜合分析了故障發生的內因外患，針對性提出了空氣預熱器修復建議。

從現有板式預熱器的結構形式出發，目前使用單位采取的在空氣預熱器煙道插鋼管，使變形頂復回位修復鋼板鼓脹變形的方式進行修復處理，作為一種臨時性的應急措施是比較合理適用的，但是要想徹底解決煙道堵塞這個問題，維持鍋爐的連續有效運行，必須從根本上解決空氣預熱器鋼板變形的問題。我們的建議如下：

(1)依據用戶實際運行參數(主要是空氣壓力和煙氣溫度等)重新設計、定制板式空氣預熱器，同時考慮把預熱器前的空氣鼓風機換成預熱器后的空氣引風機，以達到降低預熱器內空氣壓力減少變形的目的。

(2)依據用戶實際運行參數(主要是空氣壓力和煙氣溫度等)重新設計、定制管板式空氣預熱器。