草浆造纸黑液循环流化床气化、燃烧碱回收处理装置及方法

摘要

草浆造纸黑液循环流化床气化、燃烧碱回收处理装置及方法，它涉及一种造纸黑液的碱回收处理装置及方法，以解决采用现有技术回收处理草浆造纸黑液困难，以及回收处理工艺需要添加辅助燃料，增加运行成本的问题，它包括多效蒸发器、圆盘蒸发器、浓黑液槽、泵、喷枪、气化室、返料阀、余热锅炉、空气预热器、布袋除尘器、引风机、锥形阀、热交换室、溶解池、苛化器、链板式捞渣机、干燥器、二次风机、第二气固分离器、焦油冷凝塔、喷淋脱水塔、污水处理厂、水环压缩机、储气罐、循环灰分配室和循环流化床，溶解池分别与苛化器和链板式捞渣机连通，链板式捞渣机的除渣口与干燥器连通。本发明用于草浆造纸黑液的碱回收处理。

说明书

技术领域

本发明涉及一种造纸黑液的碱回收处理装置及方法，具体涉及一种草浆造纸黑液的循 环流化床气化、燃烧碱回收处理装置及方法。

背景技术

近年来，造纸行业已经成为投资大、能耗高，对环境污染严重的行业之一。碱回收技 术是当前治理木浆造纸黑液的最有效的方法，碱回收法可以大幅降低黑液的高负荷污染， 还可以回收热能、化学品等。我国的草类造纸原料蕴藏十分丰富，草类纤维原料是我国传 统的主要造纸原料，草浆造纸黑液具有含硅量高，易发生硅堵现象，并且硅溶解在黑液中， 在碱回收蒸发时析出，堵塞蒸发器，容易造成事故，所以目前的碱回收法对草浆造纸黑液 处理的效果很差。因此，我国造纸行业产生的大部分草浆造纸黑液造成的污染到目前为止 还未很好解决。

经文献检索，中国专利号为ZL20031016916.7的发明专利提出了一种草浆造纸黑液碱 回收装置，该装置所需设备数量少，用煤燃烧得到的高温烟气为热源，虽然，黑液燃烧炉 内布置了灰尘沉降区，但垫层中仍会混有煤灰，存在结焦及分离困难的问题；中国专利号 为ZL200610030429.0的发明专利提出了一种草浆造纸碱回收方法，该方法能维持碱炉的稳 定燃烧，但由于以煤代油，会使碱炉内混有煤灰，存在结焦及分离困难的问题；中国专利 号为ZL201020185445.9的实用新型专利提出了一种制浆黑液气化与直接苛化碱回收装置， 该装置黑液气化所需的热量需要燃油(如柴油、重油等)燃烧提供，增加了处理黑液的成 本；中国专利申请号为201010549609.6的发明专利申请提出了一种处理纸浆厂黑液的方法 和设备，该专利虽然避免了昂贵的气化器，但所用的分离器难以将砂粒与其他固体分离， 热解反应器温度较高，黑液与砂粒容易粘结成团，热解反应难以正常进行；而且需要额外 的燃料供流化床锅炉正常运行，增加了运行成本。

发明内容

本发明的目的是为解决采用现有技术回收处理草浆造纸黑液困难，以及回收处理工艺 需要添加辅助燃料，增加运行成本的问题，进而提供一种草浆造纸黑液循环流化床气化、 燃烧碱回收处理装置及方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明的草浆造纸黑液循环流化床气化、燃烧碱回收处理装置包括多效蒸发器、圆盘 蒸发器、浓黑液槽、泵、喷枪、气化室、返料阀、余热锅炉、空气预热器、布袋除尘器、 引风机、第一锥形阀、热交换室、溶解池、苛化器、链板式捞渣机、干燥器、二次风机、 第二气固分离器、焦油冷凝塔、喷淋脱水塔、污水处理厂、水环压缩机、储气罐、第二锥 形阀、循环灰分配室和循环流化床，所述循环流化床包括炉膛、第一气固分离器、风室、 布风板、燃烧器、料仓、螺旋输送机和一次风机，炉膛的上部设置有第一气固分离器且二 者连通，炉膛的下部由上至下依次设置有二次风入口和气化气入口，炉膛的底端设置有布 风板，布风板的下方设置有风室，风室与燃烧器连通，燃烧器与一次风机连通，气化气入 口布置在布风板与二次风入口之间，料仓设置在螺旋输送机的入料口的上方，螺旋输送机 的出口与炉膛连通；

多效蒸发器的出液口与圆盘蒸发器的进液口连通，圆盘蒸发器的出液口与浓黑液槽的 进液口连通，浓黑液槽通过泵与布置在气化室的顶部的喷枪连通，气化室通过返料阀与炉 膛连通，气化室的顶部设置有气化气出口，气化气出口与第二气固分离器连通，第二气固 分离器的气体出口与焦油冷凝塔连通，焦油冷凝塔的气体出口与喷淋脱水塔连通，焦油冷 凝塔的焦油污水口和喷淋脱水塔的焦油污水口分别用于与污水处理厂连通，喷淋脱水塔的 气体出口通过水环压缩机与储气罐连通，储气罐的气体出口与气化气入口连通；

第一气固分离器的出烟气口与余热锅炉连通，余热锅炉的出气口与空气预热器连通， 空气预热器的底部设有排灰口，一次风机与空气预热器连通，空气预热器与风室连通，空 气预热器的下部的烟气出口与圆盘蒸发器连通，圆盘蒸发器与布袋除尘器连通，布袋除尘 器与引风机连通；

第一气固分离器的底部与循环灰分配室连通，循环灰分配室与炉膛连通，循环灰分配 室通过第二锥形阀与气化室相连通，炉膛的下部通过第一锥形阀与热交换室相连通，热交 换室分别与溶解池、二次风入口和二次风机连通，溶解池分别与苛化器和链板式捞渣机连 通，链板式捞渣机的除渣口与干燥器连通，干燥器的出料口与料仓连通。

本发明的草浆造纸黑液循环流化床气化、燃烧碱回收处理方法的具体步骤为：

步骤一、将含固形物的重量百分比为8％～10％的稀黑液经多效蒸发器浓缩到固形物的 重量百分比为25％～30％的黑液；

步骤二、将多效蒸发器浓缩得到的固形物的重量百分比为25％～30％的黑液经圆盘蒸 发器浓缩到固形物的重量百分比为40％～45％的浓黑液，然后，将浓黑液储存在浓黑液槽 中；

步骤三、用泵将经步骤二浓缩得到的浓黑液打入喷枪，经蒸汽粒化后的浓黑液送入气 化室中，该浓黑液在气化室中进行气化；

步骤四、浓黑液经步骤三气化得到的气化气经气化气出口依次进入第二气固分离器、 焦油冷凝塔和喷淋脱水塔进行净化处理，经第二气固分离器分离下来的固体重新送入炉膛， 焦油冷凝塔和喷淋脱水塔净化后得到的含有焦油的污水送入污水处理厂处理，焦油冷凝塔 和喷淋脱水塔净化后得到的气化气通过水环压缩机被储存到储气罐中；

步骤五、首先将床料投放至料仓中，料仓中的床料经螺旋输送机送入炉膛中，浓黑液 经步骤三气化后得到的含碳半焦通过返料阀送入炉膛燃烧，炉温控制在650℃～900℃；炉 温小于650℃时，步骤二中的浓黑液槽中的部分浓黑液经浓黑液入口直接进入炉膛内助燃和 /或步骤四中储气罐储存的气化气的部分通过气化气入口直接进入炉膛内助燃，实现能量自 给，提供炉膛所需的热量，使步骤三气化后得到的含碳半焦能充分燃烧；

步骤六、经步骤五燃烧后的剩余的无机钠盐和床料通过第一锥形阀的调节进入热交换 室，在热交换室内与二次风机送入的空气进行热交换；换热后得到的温度为200℃～400℃ 的热空气作为二次风经二次风入口送入炉膛内；

步骤七、经步骤六进行热交换后的剩余的无机钠盐和床料送入溶解池中进行沉淀分离， 分离后的溶液送入苛化器进行苛化碱回收，分离后的沉淀物通过链板式捞渣机送入干燥器 干燥；将经干燥器干燥后的混合固体物料依次送入料仓和螺旋输送机，然后送入炉膛作为 床料循环使用；

步骤八、经步骤五燃烧得到的烟气进入第一气固分离器进行气固分离，经第一气固分 离器分离得到的温度为650℃～900℃的烟气，依次进入余热锅炉，经余热锅炉换热后得到 的气体进入空气预热器与一次风机送入空气预热器内的空气进行热交换，回收热量，经空 气预热器换热后的烟气依次经过圆盘蒸发器、布袋除尘器和引风机后排入大气，经空气预 热器换热后的温度至少为300℃的热空气作为一次风送入风室；经第一气固分离器分离得到 的循环灰进入循环灰分配室，进入循环灰分配室的循环灰一部分通过管路送入炉膛中，另 一部分通过第二锥形阀的调节送入气化室中，提供黑液气化所需的热量。

本发明的有益效果是：本发明有效地解决了草浆造纸黑液处理难题，床料可循环利用， 装置运行后不需要添加辅助燃料，根据需要可将浓黑液和/或气化气送到炉膛内助燃，有 效的提供循环流化床的炉膛所需热量，实现装置内能量自给，降低了运行成本，运行成本 降低了20％以上；处理造纸黑液的同时还可生产出气化气，可用于其他用途，提高了产品 的附加值，经济效益增加25％以上；利用循环流化床优势，进行分级燃烧，可以有效的降 低NO_x的排放，减少环境污染，NOx排放可减少50％以上，NO_x的排放量符合国家相应 标准，具有良好的环保效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明装置及回收处理工艺的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的草浆造纸黑液循环流化床 气化、燃烧碱回收处理装置包括多效蒸发器1、圆盘蒸发器2、浓黑液槽3、泵4、喷枪5、 气化室6、返料阀7、余热锅炉10、空气预热器11、布袋除尘器13、引风机14、第一锥形 阀19、热交换室20、溶解池22、苛化器23、链板式捞渣机24、干燥器25、二次风机28、 第二气固分离器30、焦油冷凝塔31、喷淋脱水塔32、污水处理厂33、水环压缩机34、储 气罐35、第二锥形阀36、循环灰分配室38和循环流化床，所述循环流化床包括炉膛8、第 一气固分离器9、风室17、布风板18、燃烧器16、料仓26、螺旋输送机27和一次风机15， 炉膛8的上部设置有第一气固分离器9且二者连通，炉膛8的下部由上至下依次设置有二 次风入口21和气化气入口29，炉膛8的底端设置有布风板18，布风板18的下方设置有风 室17，风室17与燃烧器16连通，燃烧器16与一次风机15连通，气化气入口29布置在布 风板18与二次风入口21之间，料仓26设置在螺旋输送机27的入料口的上方，螺旋输送 机27的出口与炉膛8连通；

多效蒸发器1的出液口与圆盘蒸发器2的进液口连通，圆盘蒸发器2的出液口与浓黑 液槽3的进液口连通，浓黑液槽3通过泵4与布置在气化室6的顶部的喷枪5连通，气化 室6通过返料阀7与炉膛8连通，气化室6的顶部设置有气化气出口37，气化气出口37 与第二气固分离器30连通，第二气固分离器30的气体出口与焦油冷凝塔31连通，焦油冷 凝塔31的气体出口与喷淋脱水塔32连通，焦油冷凝塔31的焦油污水口和喷淋脱水塔32 的焦油污水口分别用于与污水处理厂33连通，喷淋脱水塔32的气体出口通过水环压缩机 34与储气罐35连通，储气罐35的气体出口与气化气入口29连通；

第一气固分离器9的出烟气口与余热锅炉10连通，余热锅炉10的出气口与空气预热 器11连通，空气预热器11的底部设有排灰口12，一次风机15与空气预热器11连通，空 气预热器11与风室17连通，空气预热器11的下部的烟气出口与圆盘蒸发器2连通，圆盘 蒸发器2与布袋除尘器13连通，布袋除尘器13与引风机14连通；

第一气固分离器9的底部与循环灰分配室38连通，循环灰分配室38与炉膛8连通， 循环灰分配室38通过第二锥形阀36与气化室6相连通，炉膛8的下部通过第一锥形阀19 与热交换室20相连通，热交换室20分别与溶解池22、二次风入口21和二次风机28连通， 溶解池22分别与苛化器23和链板式捞渣机24连通，链板式捞渣机24的除渣口与干燥器 25连通，干燥器25的出料口与料仓26连通。

本实施方式的返料阀7的作用为，一是将黑液气化后的含碳半焦和床料顺利送入循环 流化床的炉膛8中，其二是防止循环流化床的炉膛8内的气体反窜入气化室6内，以保证 黑液在气化室6中气化顺利进行。

本实施方式的储气罐35有两个出口，其中一个用于产生的气化气排出进行再利用，另 一个与气化气入口29连通(储气罐35通过阀门与气化气入口29相连通)。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述气化室6为鼓泡床。如 此设置，运行平稳，满足实际需要。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的位于二次风入口21上部的 炉膛8上设置有浓黑液入口39，浓黑液槽3的出液口与浓黑液入口39连通。如此设置，根 据实际需要能有效的提供循环流化床的炉膛所需热量，实现装置内能量自给，不需要添加 其它辅助燃料。本实施方式浓黑液槽3的出液口通过阀门与浓黑液入口39连通。其它与具 体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的喷枪5上设有蒸汽入口和 浓黑液进口，浓黑液槽3通过泵4与布置在气化室6的顶部的喷枪5上的浓黑液进口连通。 如此设置，通过通入蒸汽入口的蒸汽对浓黑液进行颗粒化，使浓黑液均匀喷到床料上，有 利于浓黑液气化，用于粒化的蒸汽可以来自于余热锅炉10或其它蒸汽发生器。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的草浆造纸黑液循环流化床 气化、燃烧碱回收处理方法的具体步骤为：

步骤一、将含固形物的重量百分比为8％～10％的稀黑液经多效蒸发器1浓缩到固形物 的重量百分比为25％～30％的黑液；

步骤二、将多效蒸发器1浓缩得到的固形物的重量百分比为25％～30％的黑液经圆盘 蒸发器2浓缩到固形物的重量百分比为40％～45％的浓黑液，然后，将浓黑液储存在浓黑 液槽3中；

步骤三、用泵4将经步骤二浓缩得到的浓黑液打入喷枪5，经蒸汽粒化后的浓黑液送入 气化室6中，该浓黑液在气化室6中进行气化；

步骤四、浓黑液经步骤三气化得到的气化气经气化气出口37依次进入第二气固分离器 30、焦油冷凝塔31和喷淋脱水塔32进行净化处理，经第二气固分离器30分离下来的固体 重新送入炉膛8，焦油冷凝塔31和喷淋脱水塔32净化后得到的含有焦油的污水送入污水处 理厂33处理，焦油冷凝塔31和喷淋脱水塔32净化后得到的气化气通过水环压缩机34被 储存到储气罐35中；

步骤五、首先将床料投放至料仓26中，料仓26中的床料经螺旋输送机27送入炉膛8 中，浓黑液经步骤三气化后得到的含碳半焦通过返料阀7送入炉膛8燃烧，炉温控制在650 ℃～900℃；炉温小于650℃时，步骤二中的浓黑液槽3中的部分浓黑液经浓黑液入口39直 接进入炉膛8内助燃和/或步骤四中储气罐35储存的气化气的部分通过气化气入口29直接 进入炉膛8内助燃，实现能量自给，提供炉膛所需的热量，使步骤三气化后得到的含碳半 焦能充分燃烧；

步骤六、经步骤五燃烧后的剩余的无机钠盐和床料通过第一锥形阀19的调节进入热交 换室20，在热交换室20内与二次风机28送入的空气进行热交换；换热后得到的温度为200 ℃～400℃的热空气作为二次风经二次风入口21送入炉膛8内；

步骤七、经步骤六进行热交换后的剩余的无机钠盐和床料送入溶解池22中进行沉淀分 离，分离后的溶液送入苛化器23进行苛化碱回收，分离后的沉淀物通过链板式捞渣机24 送入干燥器25干燥；将经干燥器25干燥后的混合固体物料依次送入料仓26和螺旋输送机 27，然后送入炉膛8作为床料循环使用；

步骤八、经步骤五燃烧得到的烟气进入第一气固分离器9进行气固分离，经第一气固 分离器9分离得到的温度为650℃～900℃的烟气，依次进入余热锅炉10，经余热锅炉10 换热后得到的气体进入空气预热器11与一次风机15送入空气预热器11内的空气进行热交 换，回收热量，经空气预热器11换热后的烟气依次经过圆盘蒸发器2、布袋除尘器13和引 风机14后排入大气，经空气预热器11换热后的温度至少为300℃的热空气作为一次风送入 风室17；经第一气固分离器9分离得到的循环灰进入循环灰分配室38，进入循环灰分配室 38的循环灰一部分通过管路送入炉膛8中，另一部分通过第二锥形阀36的调节送入气化室 6中，提供黑液气化所需的热量。

本实施方式中当气化室6的温度小于200℃时，黑液中的水分在气化室6内进行蒸发， 而不进行裂解或气化反应，蒸发出来的蒸汽通过管路直接进入喷淋脱水塔32去除水分，喷 淋脱水塔32出来的污水进入污水处理厂33处理，以免污染环境，除水后的气体进入大气， 而不进入储气罐35中。经过干燥浓缩后的黑液直接送入循环流化床的炉膛8燃烧，进行碱 回收。

本实施方式的一次风机15连接的风道分为三路：第一路为启动流化风，空气通过管路 送入燃烧器16中，提供燃烧器16燃烧所需空气并加热空气；第二路为启动流化风的二次 混合风，目的是降低启动流化风的风温，第一路和第二路混合后送入风室17中，第一、二 路风在循环流化床的炉膛8冷态启动时使用，正常运行时关闭；第三路风通过管路送入空 气预热器11中，常温空气经空气预热器11预热后作为一次风通过管路送入风室17。

本实施方式的步骤五中储气罐35储存的气化气的部分通过调节管道上的阀门通过气化 气入口29直接进入炉膛8内助燃；浓黑液槽3中的部分浓黑液通过调节管道上的阀门经浓 黑液入口39直接进入炉膛8内助燃。

具体实施方式六：本实施方式的床料为Na₂CO₃或沸石。如此设置，是因为黑液燃烧产 物主要成分是Na₂CO₃颗粒；本实施方式中沸石为床料时，炉温可达到900℃，有利于提高 气化室气化温度。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式的步骤三中气化室6的气化温度为200℃～800℃。本实 施方式的气化室6的流化介质可为蒸汽或气化气，蒸汽来自于余热锅炉10或其它蒸汽，气 化气来自于储气罐35。如此设置，有利于提高气化气的热值，满足后续利用需要。其它与 具体实施方式五相同。

具体实施方式八：本实施方式的步骤五中炉温控制在660℃～900℃。如此设置，满足 实际需要。其它与具体实施方式五、六或七相同。

具体实施方式九：本实施方式的步骤八的循环灰分配室38采用的流化介质为蒸汽，蒸 汽来自于余热锅炉10或其它蒸汽。如此设置，为了防止空气进入气化室导致爆炸。其它与 具体实施方式五相同。