硫酸鹽漿廠黑液蒸發中冷水回用優化與改進研究

Abstract：Thispperitroducedtetizatioandimprovementetodofblacklquorevapoatiossteindomesticulfateulpillto provethereceofoldteerprnteeofieatedesateinackloeaoatia 100% ，the water used for pulp production was reduced to 7.9m³/Adt ，and the annual economic benefit was as high as 77 379 3Oo Yuan.

Key words： sulfate pulp mill; black liquor evaporation; intermediate condensate;improvement

近年來，我國制漿造紙工業迅速發展，許多大型制漿造紙企業紛紛擴大或新增木漿產能，不斷擴大生產規模。制漿造紙行業不斷探索、創新、發展低能耗清潔生產技術，實現能源高效利用[2-3]。

黑液蒸發過程中的中間冷凝水（中冷水）是指在黑液蒸發濃縮過程中，由黑液蒸發產生的二次蒸汽（氣態水）經過熱交換冷凝而形成的液態水，冷凝水產生于蒸發器的不同部位，并具有一定的特性和成分[45]。海南某漿廠自成立以來，通過不斷地技術革新，現生產運行已實現制槳耗水量 7.9m³/Adt ，處于行業生產水消耗較低水平。為實現更低水耗的工業生產目標，需進一步優化黑液蒸發工段中冷水回用技術；在此方面，海南某漿廠通過不斷優化改進，實現中冷水回用率達到 100% ，為公司創造巨大收益，同時對實現水資源循環利用、節能減排方面做出重大貢獻。

本研究海南某槳廠工業生產實際為例，介紹其在黑液蒸發過程的中冷水回用優化改進措施及相關收益。

1黑液蒸發系統簡介

海南某漿廠制漿工藝為硫酸鹽法制漿，生產線采用蒸煮設備為G2連續蒸煮塔，漂白工段采用5段漂（氧漂、 D₀ 、 E₀ 、 ΔD₁ 、 |ΔD₂| ），硫酸鹽漂白漿產量約5500Adt/d ，黑液產量 7700t/d （以溶解性總固體質量計）。制漿黑液蒸發處理系統配套HPD公司11體六效降膜式蒸發器，該蒸發器內部冷凝水采用分離設計（干凈側、臟側），可收集多種不同品質的蒸汽冷凝水。蒸發濃縮的黑液送往堿回收鍋爐燃燒，以回收熱量和化學藥品，黑液蒸發工段產生的冷凝水則需要進一步回收利用。

1.1 蒸發系統工藝流程

海南某漿廠的蒸發系統為11體六效管式降膜蒸發站，I效由5體構成、Ⅱ效由2個主體構成、其余效為1個主體。該套蒸發系統采用逆流式蒸發流程，制漿送來的黑液由VI效進人，經過各效蒸發器蒸發水分濃縮后由I效排出。新鮮蒸汽由I效進人（IⅢ效補少量新鮮蒸汽），黑液在換熱加熱后下降至蒸發器底部真空騰發室閃蒸并產生二次蒸汽，二次蒸汽作為下一效熱源進行加熱并冷凝為冷凝水。

根據海南某漿廠黑液蒸發冷凝水收集系統水質分類，冷凝水可分為蒸汽冷凝水、干凈冷凝水（干冷水）、中間冷凝水（中冷水）和重污冷凝水，根據水質指標，各類冷凝水回用于不同工段，改進前各冷凝水產生比例及用途見表1。冷凝水收集工藝流程圖1所示。由圖1可知，蒸汽冷凝水為新鮮蒸汽進入I效蒸發器冷凝收集，直接回用于堿回收鍋爐補給水。干冷水為II、IⅢI、IV效蒸發器干凈側冷凝水，全部用于制漿生產用水。中冷水收集主要有2個途徑： ① II、IⅢI、IV效蒸發器臟側和VI效干凈側的冷凝水經處理后進入V效干凈側收集而得的水； ②V 、VI臟側冷凝水（V、VI效臟側冷凝水稱為重污冷凝水）經汽提塔凈化處理后的水。

1.2中冷水現狀及其用途

蒸汽冷凝水和干冷水的產量相對較小且水質相對較優，蒸汽冷凝水回用于堿回收鍋爐補給水，干冷水則用于制漿洗滌。

中冷水是黑液蒸發工段產量最大且水質較差的冷凝水，海南某漿廠中冷水產量約2.3萬 m³/d ，占蒸發系統冷凝水的 70% 。其主要用于苛化白泥洗滌和制漿過程漿料洗滌。改進前，僅 63% 中冷水得到回用，其余部分只能以廢水形式處理后排放。中冷水利用率低，不僅需要補充更多水用于其他生產工段，導致紙漿生產用水增加；同時，未利用的中冷水排放還會給工廠廢水處理工段增加負荷，甚至有可能給企業帶來高污染的風險。

表1改進前各冷凝水產生比例及用途

Table1 Proportions and uses of condensate water generated before improvement

圖1多效蒸發器工藝流程圖

Fig.1Process flow diagram of the multi-effect evaporator

1.3中冷水回用存在問題

根據海南某漿廠的生產情況，中冷水利用率低可歸因于水質，限制因素主要包括COD含量高、中冷水溫度高和中冷水可回用差。

1.3.1 COD含量高

中冷水回用于漂白工段，主要用于洗滌漂后漿料，洗滌水COD含量越高，洗后漿料COD含量則越高，后續漂白氧化劑用量會隨之增加。控制洗滌用水COD在一定范圍，不僅可降低漂白氧化劑用量，還可合理有效回用水資源，對提高成本效益具有重要意義。海南某槳廠改進前中冷水水質情況和制漿用水標準如表2所示。由表2可知，改進前中冷水COD_crgt;1300g/L ，遠高于制槳用水標準，無法直接用于漿料洗滌，需要補加一定量更高水質的水，混合后使用，會增加生產用水量。同時，未被回用的中冷水只能以廢水形式進行處理后排放，增加廢水處理成本。

表2改進前中冷水水質情況和制漿用水標準

Table2 Quality of intermediatecondensatebefore improvement and the standards for water used in pulping

1.3.2 中冷水溫度高

溫度同樣是限制中冷水回用的重要因素。換熱冷凝的中冷水依舊保持較高的溫度，溫度過高會影響苛化工段洗滌白泥效率。在實際生產應用中，溫度過高易造成渾濁，還會產生堿性熱汽，飄散至設備表面會造成腐蝕問題，還會導致排式過濾器過濾白泥效果下降速度過快，增加過濾器的清洗頻率，增加運行成本，影響白泥干度穩定性。

1.3.3中冷水可回用性較差

根據前期中冷水回用設計，中冷水僅用于制漿及苛化工段。在改進后，中冷水水質得到大幅度提升，水質達到其他工段使用要求，其他工段對中冷水的利用也需要進一步擴展，使其能夠充分利用。

2 優化與改進措施

2.1 降低中冷水COD

2.1.1 中冷水COD影響因素分析

對海南某漿廠黑液蒸發系統中冷水產生和來源進行分析，影響中冷水品質主要包括以下3點原因。

2. 1. 1. 1 黑液性質

黑液性質對中冷水COD的影響主要表現在黑液中的纖維含量、無機鹽含量、黑液溫度等方面。黑液纖維含量高、無機鹽含量不穩定等因素，均會影響黑液流動性。黑液流動性差，會使加熱管束易結垢、堵塞嚴重加劇、換熱效率低、蒸發效率下降，導致黑液在效罐內多次循環蒸發，效罐真空騰發室液位上升，二次蒸汽攜帶黑液增多，影響冷凝水COD含量。進蒸發器的黑液溫度過高會導致黑液沸騰劇烈，黑液夾帶增多，高溫還會導致更多有機物分解，隨二次蒸汽進人冷凝水。

2. 1. 1. 2 蒸發器影響

黑液蒸發器是蒸發工段的主要設備，包含加熱器、真空騰發室、除霧器

加熱器為立式管式換熱器，蒸汽（二次蒸汽）與黑液換熱在換熱器的殼程進行，換熱完成后，蒸汽冷凝成冷凝水。殼程清潔度是影響冷凝水品質的重要因素，殼程污垢不僅污染換熱后的冷凝水品質，形成的結垢層還會造成熱阻增加，導致換熱器傳熱效率降低。這不但會增加能耗，還會影響整個生產系統穩定性和效率。

除霧器是二次蒸汽氣液分離裝置。除霧器的工作效率直接影響黑液冷凝水品質，除霧器運行過程中，若設備污垢嚴重，還會造成通道堵塞、變小，導致背壓增大、二次蒸汽流速上升、氣液分離效果變差、黑液夾帶問題嚴重。

在蒸發器的運行過程中，效罐壓差是重要參數。效罐壓差影響各設備運行效率，在運行過程中，合適的效罐壓差可以提高蒸發器整體處理效率。

2. 1.1. 3 汽提塔處理

汽提塔的作用是處理重污冷凝水，使其達到中冷水品質，然后進行回用。汽提塔處理過程中，重污冷凝水在塔內的分布和換熱是影響氣液傳質和分離效率的主要原因。塔盤和浮閥是重污冷凝水分布的關鍵；同時，處理后的水經塔底排出，對進塔的重污冷凝水預熱效果也十分重要。

2.1.2 降低中冷水COD改進措施

針對上述問題，海南某漿廠做了相應改進措施，其中改進前后詳細對比如表3所示。

在控制黑液性質方面，主要從穩定黑液無機鹽含量、控制黑液溫度、降低黑液纖維含量進行改進，具體措施如下。

（1）黑液中的無機鹽主要來源為蒸煮白液，為了穩定蒸煮黑液無機鹽含量，在生產過程中進行原料替換時，以實驗室蒸煮用堿量較為接近的數值進行替換，避免生產蒸煮白液加人量波動過大，導致無機鹽含量不穩定。

表3降低COD詳細改進措施

Table3Detailed improvementmeasurestoreduceCOD

（2）蒸煮完成后，蒸煮塔底部抽出的黑液通過加裝換熱器與進蒸煮塔白液進行熱交換，使送人蒸發工段的黑液降低至 88～90^°C （此溫度為海南某漿廠蒸發系統黑液最宜進效罐溫度），同時回收熱值。

（3）進效罐前，黑液采用過濾器過濾纖維，降低黑液纖維含量。

在蒸發器優化方面，提高換熱效率和降低黑液二次蒸汽夾帶是需解決的主要問題。改進方式體現在蒸發器的清潔和I效蒸汽的利用，蒸發器清潔包括清洗頻率和相應部件的清洗方式升級。在蒸發器清洗頻率上，由1次/a增加至2次/a，時間分別在年中和年底。在功能部件的清洗方式上，殼程結垢清洗液由清水清洗方式優化為化學藥品清洗，同時除霧器在機械沖洗的基礎上增加化學藥品浸泡和在線清洗設備，清洗期間除霧器先進行化學浸泡后進行機械沖洗，在線清洗設備可在蒸發器日常運行過程中，通過觀察冷凝水品質，控制洗滌設備，短暫洗滌除霧器，提高除霧器處理效率。在控制蒸發器的蒸汽運行壓力方面，對I效二次蒸汽進行分流，降低I效壓力，進而降低蒸發系統整體運行壓差。

汽提塔的改進措施主要為塔盤維護和換熱器升級。如在停車檢修期間，對塔盤進行全面檢查，更換損壞配件，對塔盤進行清洗置換。為提高出塔水與進塔重污冷凝水的換熱效率，對換熱器進行升級，由板式換熱器升級為螺旋板式換熱器。

2.2 降低中冷水溫度

圖2為中冷水熱量回收示意圖。如圖2所示，具有收集存儲作用的中冷水槽溫度約 95^°C ，送往苛化工段過程中，高溫中冷水通過換熱器與鍋爐補給水進行熱交換，鍋爐補給水溫度升高了 21^°C ，大幅度降低了鍋爐補給水蒸發的熱量消耗，達到節降能耗的作用。同時，換熱使供苛化用的中冷水溫度降至73^°C ，苛化用水溫度得到改進，用水量增加了3000m³/d 。

圖2中冷水回收熱量示意圖

Fig.2Heat recovery diagram of intermediate condensate

2.3優化中冷水利用率及途徑

圖3為改進前后中冷水回用情況。如圖3所示，改進前僅有漂白和苛化工段運用到中冷水，其余以廢水形式進行處理排放。經過上述方法對中冷水品質優化后，中冷水的回用率達到了 100% 。這主要為改進后的中冷水在原有工段利用量上得到大幅增加，漂白和苛化工段分別增加了 53.8% 和 37.5% 。同時還新增了堿回收鍋爐對中冷水約 2000m³/d 的利用途徑，這部分的中冷水用于取代溶解槽噴淋的清水和CRP堿灰溶解的純水，達到降低耗水的作用。

3優化成果及效益分析

表4為根據海南某漿廠生產運行統計數據核算各項目相應成本。由表4計算可得，各改進措施完成后，蒸汽用量、廢水處理成本和生產紙漿用水量均得到優化。鍋爐補給水蒸汽消耗降低了 50t/h ，節能降耗達 27.8% ，創造年化效益6468.00萬元。中冷水回用率達 100% ，廢水處理費用節約年效益達361.94萬元。中冷水回用率提升，降低生產用水，生產紙漿清水用量減少了 0.5m³/Adt ，按年產值180萬t計算，每年可節約130.50萬元相關支出。綜合分析，每年總計可以創造7737.93萬元的經濟效益，同時實現了資源的充分利用、污染的最低排放，有利于保護環境。

圖3改進前后中冷水回用情況

Fig.3Reuse of intermediate condensate before and after improvement

表4改進后的成果及經濟效益

Table4 Resultsand economicbenefitsafter improved

注蒸汽單價為154.0元，中冷廢水為3.83元，清水單價為1.45元；一年按350天計。

4結語

硫酸鹽制漿廠中，黑液蒸發系統中間冷凝水（中冷水）的回用率是影響生產用水量的重要工段。中冷水的優化改進，對降低生產用水總量和提升企業節能減排具有重要作用。本文介紹了海南某漿廠投產多年以來，在中冷水優化改進上的重點措施實例，使中冷水回用率達到 100% ，創造年經濟效益高達7737.93萬元。

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（責任編輯：楊苗秀）