75t/h摻燒亞銨黑液循環流化床鍋爐技術分析
摘要：介紹了利用循環流化床鍋爐燃燒技術處理亞按法制漿所帶來的黑液污染問題的可行性分析及其應用價值，對我國造紙行業的制污技術具有一定的推廣應用價值。
關鍵詞：亞按黑液,循環系統,技術改造,循環流化床鍋爐設計
1 引言
目前，中小造紙企業污水的達標排放，是我國環境保護工作中涉及面最大、國家投資最多、全社會都關注的一個熱點難點問題，也是中小造紙企業能否依法生存的重要問題。在全麥草堿法制漿的企業中，有許多企業已經成功地利用燃燒法，即堿回收工藝技術，較好地解決了嚴重的黑液污染問題。利用鍋爐燃燒技術解決全麥草亞按法制漿所帶來的黑液污染問題就是行之有效的途徑。因為亞按法制漿提取的黑液中具有一定量的可燃物質，經過濃縮后黑液的可燃物熱值很高，因此采用鍋爐燃燒技術處理亞錢法制漿黑液，就能使企業較好地做到污水排放達標，同時能回收可觀的熱能，創造一定的經濟效益，而帶來的社會效益也是巨大的。
2 亞按黑液分析
亞錢法制漿黑液從洗滌段出來時，黑液濃度(20r -）約Me'，固形物濃度約11%，此時固形物中元素干燥基分析見表1:
表一 固形物中元素干燥基成分分析 ／％
注：硫酸鹽灰分為11.29%,高位發熱值為15.85MJ/kg（以上數據來源于山東淄博貴和紙業分析報告表）。
從表1中可以看出，只要把亞鉸黑液低濃度濃縮，即可滿足鍋爐燃燒的需要。當亞按黑液濃縮至30%（固形物的濃度）時，黑液的元素分析見表2:
表2 亞錢黑液濃縮至30％時的元素分析 ／％
高位發熱值為4755kj/kg，換算成低位發熱量
Q dw＝Q，一25 (9H＋W)2775kj/kg
也就是說燃燒lkg低濃縮黑液所產生的熱量除了用于黑液本身蒸發外，還能為鍋爐提供部分熱量，相當于25120. 8k1/kg的煤0.llkgo
3 可行性分析
(1)循環流化床燃燒是一種在爐內使高速運動的煙氣與其攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸，并具有大量顆粒返混的流態化燃燒反應過程；同時，在爐外將絕大部分高溫固體顆粒捕集，并將它們送回爐內再次參與燃燒的過程。在循環流化床鍋爐中，按重量計，燃料僅占床料的1％一3%，其余是不可燃的固體顆粒，熱容量很大。由于流化床鍋爐獨特的流體動力特性和結構，使它可以燃用各種超低發熱值的燃料。我公司為山東煙臺華魯熱電廠生產的75t/h循環流化床鍋爐，在燃用含水（應用基水分）37.99％的洼里褐煤時，各項指標都達到設計要求，且運行平穩。當摻燒亞氨黑液時，煤和固硫劑（石灰石）在爐膛下部密相區加入，使煤先著火，循環起來；弱堿性的亞氨黑液經濃縮加熱增濃后在稀相區一定高度通過特殊的噴槍霧化噴入爐內，霧化成2--4mm大小的亞錢黑液顆粒，水分先汽化，可燃物在高溫下（900`10）與氧混合充分燃燒。未燃盡的隨循環物料一起參與爐內、爐外循環燃燒，直至燃盡。亞錢黑液噴進來之后，由于水的蒸發，局部床溫會有所下降，但馬上又會隨著固形物中可燃成分的著火升至900℃左右，噴入的水分對燃燒效率沒有不利的影響。因為水分可以同時促進揮發分的析出和焦炭的燃盡。
(2)在環保方面，由于循環流化床采用低溫燃燒和分段燃燒技術，脫硫劑和燃料經多次循環，反復地進行低溫燃燒和脫硫反應，且爐內湍流運動強烈，因而可在低鈣硫摩爾比的情況下，具有90％的脫硫效率，摻燒亞氨黑液后，已中和成弱堿性的亞錢黑液也起到部分固硫作用。因此S02的升成量比不摻燒的要低。在循環流化床鍋爐中，燃料型NOX占總排放量的95％以上，由于采用了分段燃燒方式，合理的二次風分配和布置，可使NOX生成量降低到最低。而且亞按黑液也采用分段燃燒方式，因此采用循環流化床燃燒方式，可以使S02和NOX均達到環保排放標準。
(3)造紙廠（指以麥草為原料，采用亞按法制漿的企業）一般位于中小城市近郊，對一個產漿8萬t以下的造紙企業，日產亞錢黑液600t(固形物的濃度約11%)蒸發濃縮至固形物濃度30％時，亞氨黑液為220t，每小時需處理9t左右的黑液，因此造紙廠可以建1.2萬kW的熱電廠，鍋爐可選75 t/ h的循環流化床鍋爐。因其容量參數不僅非常適應目前各地熱電聯產的要求，而且單臺摻燒亞按黑液的能力也能滿足要求。這樣企業可集造紙、供熱、供電為一體，使企業向多產業化發展。
4 黑液的循環系統
由于亞鐵黑液呈弱酸性，而弱酸腐蝕是非常嚴重的。因此必須把黑液預先中和成弱堿性，以避免造成對燃燒系統的腐蝕破壞。由于亞按黑液只是輕微濃縮至固形物濃度30％左右，里邊含有大量的水(70％左右）。一般鍋爐的排煙溫度設計為150℃左右，如果讓這部分熱量排空會造成大量的能源浪費，因水的汽化潛熱為2680kj/kg，按75t/h次高溫次高壓的循環流化床鍋爐摻燒黑液來算，鍋爐lh可摻燒9t黑液，lh帶入爐內的水約為6.3t/h，再加上燃煤帶入的水及燃燒產生的水約7一8t/h，不計溫差換熱，僅考慮水蒸氣帶走的汽化潛熱為：
Q= (7一8) x 103 x 2680＝（1．88一2．1）x 107 kJ/kg換算成25120. 8kj/kg的煤為（748一835) kg。因此可以在尾部出口加設帶不銹鋼裝置的換熱設備，利用回收的水蒸氣的汽化潛熱作熱源來加熱濃縮黑液。具體工藝流程如圖1所示。
5 鍋爐設計中的注意事項
本體設計除按常規循環流化床設計外還應注意以下事項（見圖2):
(1)鍋爐應選帶高溫渦殼式旋風分離器的中倍率（20一25）循環流化床鍋爐。因再循環的熱物料溫度高，有利于黑液的干燥燃燒，且反復循環的熱物料量也大，不易滅火，分離效率高。
圖1利用回收的水蒸氣來加熱
濃縮黑液的工藝流程圖
圖2循環流化床設計示意圖
(2)二次風應分四層布置，下面三層為煤的分段燃燒及負荷調整用，上面一層為亞錢黑液完全燃盡用。二次風量應占45％一55％左右。
(3)黑液噴槍宜采用帶旋流空腔長螺旋通道的噴槍，其高度應和爐膛統籌考慮。使亞錢黑液的干燥、燃燒、燃盡全部在爐膛內完成，以提高黑液的燃盡率。噴嘴直徑既不能太大，以保證霧化；又不能太小，以防止黑液中夾帶的雜質Siq等造成堵塞。
(4)為了防止亞鉸黑液的硫酸鹽熔化粘連，影響返料，旋風分離器的灰倉及立管建議增設水冷裝置（自然循環或強制循環）。
(5)由于水蒸氣的輻射換熱能力比三原子氣體強，再加上分離不下來的細灰比較多，因此過熱器的受熱面積應比不摻燒亞按黑液時要少10％左右，且調溫手段應用調溫比較敏感的噴水調溫方式。為了減小積灰，相應的受熱面節距應比不摻燒時大。清灰系統宜采用壓縮空氣清灰裝置。
(6)亞按黑液屬弱酸性液體燃料，因此低溫受熱面宜采用抗低溫硫酸露點腐蝕能力強的金屬材料、非金屬材料、墻體材料等。
作者簡介：蔡祥義（1975一），男，助理工程師，從事鍋爐設計
工作。