循环流化燃烧法处理造纸、制革、印染工业废液的方法

摘要

一种循环流化燃烧法处理造纸、制革、印染工业废液的方法，属于环境保护领域，特别涉及到对造纸黑液、黑泥以及制革、印染工业尾液的治理综合利用，将生产过程中的废液、废水、黑泥与煤粉混合制成锅炉燃料——废液煤浆；废液煤浆作为循环流化床锅炉燃料燃烧，二个部分组成。如果处理生产中段废水，需先经过以煤粉和生石灰为过滤材料来吸附中段废水中的短纤维、木质素等可燃物质，过滤下来的煤滤泥再送去制作废液煤浆；实现了造纸、制革、印染工业企业生产过程中产生的中段废水的治理和回用；废液、尾液、蒸煮液、污泥的无害化处理和可燃部分的综合利用，产生的蒸汽(热水)用于生产，做到了既治理污染，又为企业创造了直接经济效益。

说明书

技术领域

属于工业生产污泥、废液、蒸煮液(黑液、红液)、尾液和废水治理及综合利用的环保技术领域，特别涉及到了造纸黑液、污泥以及制革、印染工业尾液、污水治理及综合利用。

背景技术

目前造纸、制革、印染行业生产过程中产生的蒸煮液(黑液、红液)、废水、尾液、污泥等治理方法都存在着一定的缺欠，特别是造纸厂黑液的治理成为了世界性的难题，甚至由于污染治理不了，使一些造纸厂只好停产。

目前我国造纸污染治理技术主要分为四大类：

(1)碱回收技术，该技术投资大、运行费用高，以及生产规模制约，2万吨/年以下规模的造纸厂无法采用，已建成的碱回收生产线大约55％没有投入使用。

(2)物化加生化技术，采用各种药剂进行沉淀、絮凝、气浮等物理及化学的方法加上活性污泥曝气或厌氧发酵等进行生化处理，此类技术投资多、占地面积大、运行费用高、污染治理效果不好。

(3)蒸发、浓缩技术，这种方法将黑液蒸发、浓缩、干燥转化成产品，但由于转化成的产品市场未开发，致使技术无法利用，也有企业将黑液蒸发、浓缩后，喷入锅炉燃掉，由于工艺复杂，处理成本高，技术无法推广。

(4)目前国内利用回收废纸进行造纸的企业，在生产过程产生大量的黑泥，目前大多数造纸企业都无法对黑泥进行处理利用，只能挖坑掩埋，从形式上看，这些黑泥已经处理，而这种掩埋处理方式实际上却对周围环境、土壤和地下水造成了长期的严重污染。

综合起来，目前典型的黑液、废水污染治理工艺存在着以下问题：

1、投资大、处理费用高、中小造纸厂承担不起。我国的造纸工业是在资金严重短缺，木材原料供应困难的条件下发展起来的，以发展小型草类制浆造纸厂为主，这些企业规模小、产品档次低、装备水平和人员素质差、利润低、产污系数高，治理污染受到处理成本制约。

2、已建成环保治理设施技术可靠性差，不能保证正常运行，更难保证达标排放，致使企业白白浪费了投入的资金。

3、生化处理过程不能正常运行，普遍靠加药絮凝剂来维持。

4、治污对企业缺乏综合利用价值，不能为企业带来直接效益，企业是被动治理，缺乏主动性。

发明内容

针对现有的造纸、制革、印染行业废液、废水污染治理环保技术普遍存在的问题，本发明提供了一种使用广泛，能为企业产生直接经济效益的污染治理环保技术。

本发明由以下两大部分组成：

一、制备废液煤浆

根据使用的原料不同又可分为以下三个方案：

(1)将中段废水经过滤、吸附、沉降后的有效能量物质制作废液煤浆，工艺流程如附图1所示，主要由以下设备组成：

1 循环流化床煤浆锅炉；2 除尘器；3 过滤池；4 处理水池；5 废水沉降池底流贮池；6 沉降池；7 制浆罐；8 黑泥贮罐；9 添加剂罐；10 煤粉仓；11 鼓风机；12 锅炉供浆泵；13 引风机；14-1 沉淀池下部煤浆体输送螺杆泵；14-2 螺杆泵；14-3 剪切输送泵；15 废液煤浆贮罐；16 防雨环保烟囱帽；17 黑液贮罐；

将过滤池3中加入煤粉、煤质活性碳和生石灰，根据需要可建造多级过滤池3。过滤池3中加入的煤粉、煤质活性碳和生石灰，作为过滤材料，具有很强的吸附性、絮凝性，当中段废水流经过滤池3(或经过多级过滤)后，将中段废水中含有的细小纤维、木质素等物质大部分过滤出来，吸附在过滤池3的煤粉等过滤材料中，剩余部分与部分细小的煤粉以胶体的形式存在于过滤水中，流入沉降池6中，通过絮凝作用产生沉降效应，使中段废水中细小的短纤维、木质素等可燃物质同煤粉一起沉降，沉降池上部的水流入处理水池中，沉降池下部的煤浆体通过沉降池下部的螺杆泵14-1输送到废水沉降池底流贮池5中。

过滤池中的煤粉等过滤材料经过一段时间使用过饱和成为煤泥，将过滤池3中饱和的煤泥，通过螺杆泵14-1输送到废水沉降池底流贮池5中，废水沉降池底流贮池5作为二级沉淀池，废水沉降池底流贮池5上部的水排到处理水池4中，废水沉降池底流贮池5下部的煤泥，由螺杆泵14-2输送到制浆罐7中。

过滤池3中的过滤材料，含有一定量的煤质活性碳和氢氧化钙，在过滤的同时，还对中段废水起到脱氮、脱磷、脱色、除臭作用。

送入制浆罐7中的煤泥，每批加入前要进行化验，检验其中的水份等，然后按比例加入一定量的煤粉或废水，使煤和水份的比例在7∶3左右，加入分散剂启动制浆罐顶部的搅拌器，进行搅拌，再加入稳定剂继续搅拌，然后经剪切输送泵14-3剪切、熟化处理后，然后输送到废液煤浆贮罐15中贮存。

处理水池4中的水由泵输送到企业原有的废水处理设备中进行再一次处理后，返回生产系统使用。

每批废液煤浆制作前需进行小试，以确定各种成份的比例或数量。贮罐15中的废液煤浆根据需要，定期搅拌。

(2)用废液(蒸煮液)制作废液煤浆

工艺流程图如附图2所示，废液煤浆的燃烧部分的设备与附图1相同，之外制浆部分由下述主要部分组成。

7’制浆罐，8’黑泥贮罐，9’添加剂罐，10’煤粒贮罐，12’锅炉供浆泵，14’-2螺杆泵，14’-3剪切输送泵，15’废液煤浆贮罐，17’黑液贮罐，18废液贮罐，19破碎机，20球磨机。

根据使用煤不同又可分成两种不同制作方式：

a、如采用洗煤粒制作废液煤浆，将洗煤粒经破碎机19破碎称重后，通过输送设备送至球磨机20，将黑液贮罐8’中的黑液通过螺杆泵14-2，按比例送入球磨机20中，将煤粒磨至粒径在50～100μm的煤浆后，由螺杆泵14’-2输送到制浆罐7中，加入稳定剂进行搅拌，再经剪切输送泵14-3剪切并熟化后，输送到黑液贮存罐15中贮存。

b、如采用煤粉制作废液煤浆时，工艺流程也如附图2所示，但要去掉破碎机19球磨机20等设备，把煤粉仓(图中未示)，黑液贮罐17及添加剂罐9直接接到制浆罐7中，按比例将煤粉以及黑液贮罐8’中的黑液，通过输送设备送至制浆罐7中进行搅拌后，再加入添加剂罐9’输送来的稳定剂，再经剪切输送泵14’-3剪切、熟化处理后，输送到废液煤浆贮罐15’中贮存。

每批废液煤浆制作前，须对煤或煤粉、废液、黑液进行化验，并进行小试，确定煤、煤粉、废液、黑液以及添加剂的比例，废液煤浆贮罐15’中的废液煤浆须根据需要定期进行搅拌。

(3)用污泥、黑泥制作废液煤浆

根据使用煤不同又可分成两种不同制作方式：

a、工艺流程也如附图2所示，如采用洗煤粒制作黑泥(污泥)煤浆，将洗煤粒经破碎机19破碎称重后，通过输送设备送至球磨机20，将黑泥(污泥)通过螺杆泵14’-2、废水及分散剂按比例加到球磨机20中，将煤粒磨成50～100μm粒径的煤浆后，由螺杆泵14’-2送至制浆罐7’中，加入稳定剂进行搅拌，再经剪切输送泵14’-3剪切、熟化后，送至贮罐15’中贮存。

b、如采用煤粉制作黑泥(污泥)废液煤浆时，工艺流程也如附图2所示，但要去除破碎机19球磨机20等设备。把煤粉仓(图中未示)黑泥贮罐8’以及添加剂罐9’直接接到制浆罐7’上，将煤粉、黑泥贮罐8’中的黑泥(污泥)通过螺杆泵14’-2、废水和添加剂罐9’输送来的分散剂按需要比例加到制浆罐7’中，进行搅拌，再加进稳定剂继续搅拌，再经剪切输送泵14’-3剪切、熟化后，输送到贮罐15’中贮存。

每批黑泥(污泥)煤浆制作前，须对煤或煤粉、黑泥(污泥)进行化验，并进行小试，确定煤或煤粉、黑泥(污泥)、废水、添加剂的比例。贮罐15’中的用黑泥制作的废液煤浆须根据需要定期搅拌。

二、废液煤浆燃烧

为了适用废水、废液(黑液)、黑泥等制作的废液煤浆作为燃烧本发明对循环流化床锅炉1进行了改造。

目前国内国外的循环流化床锅炉都是以干煤粉为燃料，在锅炉下部采用螺旋输送机，将煤送入炉膛。燃烧废液煤浆的循环流化床锅炉1在原锅炉设计基础上，在锅炉顶部或中部加装废液煤浆供浆口，如果循环流化床锅炉1仅以废液煤浆为燃料，则取消螺旋给煤设备，如果锅炉采用煤和废液煤浆两种燃料，则保留螺旋给煤机。

燃废液煤浆的循环流化床锅炉1采用热风流态点火，将柴油经点火枪雾化后，在预燃筒内燃烧，产生的高温烟气送入等压风室加热送风道中的空气，被加热的高温空气经由布风板进入流态化的床料层中，当床料加热超过450℃时，向循环流化床锅炉1内加入少量废液煤浆，此时炉温上升较快，当循环流化床锅炉1内温度达到600℃时，可逐步加大供浆量，炉温很快上升，废液煤浆已正常燃烧，这时停止供油，切断预燃室，完成点火，增加废液煤浆的供应，把鼓风机11和引风机13调到正常负荷运行需要的风量。

循环流化床锅炉1采用高位负压供浆，中大型锅炉(35吨29MW以上的功率)在前墙中部，设有二至三个供浆口，将废液煤浆输入炉膛，中小型锅炉采用炉顶供浆，这种供浆方式充分利用了锅炉的高度，加快了废液煤浆中的水份和挥发份的析出，有利于燃烧点火。

废液煤浆由贮罐15’经螺杆输浆泵12以0.3Mpa左右的压力直接送至循环流化床锅炉1，中间没有过滤器、喷咀和雾化等装置，废液煤浆经供浆口进入循环流化床锅炉1后，变成滴状，滴状废液煤浆在炉膛内，由于炉膛内的流化热气流扰动，变成更细小的颗粒，在850～950℃温度的炉膛中向下翻腾、坠落，在坠落过程，浆滴被加热、分解并开始燃烧，再进入由石英砂和石灰石构成的流化床中，在炽热的流化床料的继续加热过程中，迅速完成析出水分、挥发份，并着火燃烧及焦碳燃烧，并在流化状态下颗粒状的废液煤浆团进一步解体的细颗粒，被热烟气带出密相区，进入悬浮室继续燃烧，在燃烧室出口或后部设有飞灰分离和回送装置，被热烟气带出的媒体物料和较大的未燃尽颗粒被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回送装置，送回燃烧室密相区，进行循环燃烧，燃烧效率达98％。

废液煤浆在炉膛内850～950℃低温燃烧，有效地抑制了燃料在燃烧过程中热力型NOx的生成，由于炉膛内加石英砂和石灰石作为媒体物料，石灰石在高温下分解生成CaO与废液煤浆中的煤粉中的硫燃烧后生成的SO₂反应生成CaSO₄。其反应是：

抑制了烟气中SO₂的排放，实现了在循环流化床锅炉1内直接脱硫。循环流化床锅炉1加入的石灰石(脱硫剂)的粒径选择在1～2mm左右，在达到85％～95％脱硫效率时钙/硫摩尔比为1.5～2.5。废液中所含的木质素、半纤维素等可燃物质在炉膛内燃烧后转化成热能，碱等其它物质在燃烧过程中生成钠盐、钠钙等物质，混合在飞灰中排出。

循环流化床锅炉1烟气中含有已燃尽的飞灰，用静电除尘器或布袋除尘器2收集，除尘率可达99.9％，使烟气中的烟尘排放浓度＜80mg/m³。烟气中SO₂排放浓度＜100mg/m³，NO_x排放浓度＜150mg/m³，烟气林格曼黑度＜1，达到国家标准的大气环保要求。

循环流化床锅炉1可采用热水锅炉、低压蒸汽锅炉或中温中压蒸汽锅炉，生产的蒸汽可供企业生产用汽，也可以用来供暖或发电，形成废水治理、用汽和发电一体化，为企业节省大量的能源费用、废水处理费用，增加了收入，造纸业每烧去1吨黑液(造纸黑液中的热值为8.37～10.04MJ/kg)相当于为企业节省0.28～0.34吨标准煤。

废液煤浆燃烧后经除尘器2收集下来的粉煤灰可以被利用，废液煤浆经循环流化床锅炉1悬浮洁净燃烧后，产生的飞灰由除尘器2收集，由密封的输送装置输送到密封的灰仓5内，达到一定数量后，由煤粉灰车运走，完全避免了飞灰对环境的污染，并且飞灰具有很高的综合利用价值。主要可以有两大类用途：

a、飞灰具有胶凝性，含有CaSO₄，是制造水泥所需的矿渣和石膏的替代品，补充矿渣资源不足，是制造水泥的原料，与水泥熟料各50％，即可制成325#水泥，CaSO₄含量高的飞灰可制作特种水泥和膨胀剂。

b、由于废液煤浆中含有大量的碱、木质素、聚糖、钙盐等物质，在850～950℃的炉膛中燃烧时，上述物质转化成钠盐、钙盐、氮、磷酸钙等高活性物质，随飞灰一起排出，含有钠盐、钙盐、氮、磷酸钙等高活性物质的飞灰，不仅是制作有机肥的良好基料，也可以作为酸性土壤改良剂。

附图说明

附图1：采用循环流化燃烧法处理造纸、制革、印染工业中段废水制备废液煤浆及其燃烧废液煤浆的工艺流程图。

附图2：采用循环流化燃烧法处理造纸、制革、印染工业废液(蒸煮液)、污泥、黑泥制备废液煤浆及其燃烧废液煤浆的工艺流程图。

具体实施方式

以年产1.5万吨草浆造纸厂为例，每天排出黑液100吨，采用循环流化悬浮洁净燃烧法对其生产过程中产生的黑液进行治理和综合利用。

安装一台75吨/小时循环流化床废液煤浆蒸汽锅炉，选用大同发热值29.3MJ/kg，灰份≤6％，粒径50～100μm的煤粉，按煤粉：黑液＝6∶4比例通过计量装置后输入到制浆罐7。制浆罐7上安装有搅拌器，为双螺带杆式结构，其转数为M＝5～50r/min，周边线速度为2m/s，由于黑液就起到了分散剂的作用，无需再加入分散剂，经过搅拌后，再加入适量的稳定剂，再搅拌，然后经剪切、熟化后，制成废液煤浆，其固含为65～70％，水份35～30％。将废液煤浆用螺杆泵送入循环流化床蒸汽锅炉，锅炉每小时燃烧废液煤浆10.5吨，每小时生产75吨(压力为1.6Mpa～3.82Mpa，温度240～450℃)蒸汽供造纸厂使用。燃烧后的烟气经静电除尘器除尘后排出。

采用循环流化燃烧法处理该造纸厂的黑液工程，投资费用约为1020万元，年处理黑液3万多吨，每年可为企业节约燃料煤3万吨，折成燃料费为840万元。煤粉出厂价格约为240～280元/吨，根据资料测算，在煤粉发热值33.47MJ/kg，价格260元/吨时做成的水煤浆成本为260元/吨，其发热值为23.9MJ/kg。按使用发热值33.47MJ/kg的煤粉价格260元/吨，加上造纸黑液生成的废水煤浆发热值为24.38MJ/kg，成本只有228元/吨。如使用上述同等价格的煤粉，加上造纸黑泥生产同热值的废水煤浆，其成本只有186元/吨。本发明生产的废液煤浆的成本比水煤浆的成本至少要低15～28％。黑液处理工程投资1020万元，仅每年节约燃料费840万元一项就可在工程投产的1.21年回收全部收资。