设计年产20万吨杨木硫酸盐法浆碱回收分厂.docx
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设计年产20万吨杨木硫酸盐法浆碱回收分厂
毕业设计（论文）
题目：
设计年产20万吨杨木硫酸盐法浆碱回收分厂
子题：
重点设计燃烧工段
2013年6月
大连工业大学本科毕业设计（论文）
设计年产20万吨杨木硫酸盐法浆碱回收分厂
设计（论文）完成日期2013年6月7日
2013年6月
摘要
现代造纸企业通过碱回收新技术的应用，提高化学药品回收率和燃烧热效率，以减少对环境的污染。
本设计特点是工艺成熟、稳定，设备先进且操作性和稳定性强，国内有关企业得到证实。
从蒸煮出来的黑液用鼓式置换洗浆机洗涤使黑液的提取率达到98%,燃烧工段的补充加入的芒硝为每吨风干浆补充纯度为90%的芒硝量为32㎏，碱回收率高达96.5%，自给率为100%，燃烧热效率68%。
蒸发工段采用先进的黑液高浓结晶技术，使黑液由洗涤工段的17%升至72%，直接进炉燃烧，无须再蒸发，环保，节能。
碱喷射炉采用单汽包无臭技术，采用大面积的省煤器，静电除尘率为98%，防止烟气二次污染。
通过碱回收新技术的应用，明显的提高了化学药品的回收率，减少了对环境的污染，并且对燃烧热量的回收，达到良好的环境效益，社会效益和经济效益。
关键词：
碱回收；黑液高浓结晶技术；大面积省煤器。
Abstract
Themodernpapermakingbusinessimprovethenewtechnicalofthechemistryrecoveryreducetheenvironmentalpollutionthroughraisingthechemicalsrecoveryrateandhotefficiencies.Thisdesign，scharactersismature、stability,theequipmentsarerumrunnersandoperabilityandthestabilitiesarestrong,theconfirmationhasbeenprovebythebusinessenterprise.
Theblackliquidwithdrawtheratetoattainwiththedrumtypedisplacementfromtheblackliquidthatsteamtoboilout98%,Inburningsectionthepuredegreemeasuresto32㎏for90%longgrassnitric,thechemistryrecoveryrateisupto96.5%,theself-sufficientrateis100%,theburnablehotefficiency68%.Inevaporationsection,theblackliquidfromwashawaydirt17%oftheworksegmentrisesto72%,directenterstovecombustion,neednottoevaporateagain,environmentalprotectionandeconomizeonenergy.Staticelectricityinadditiontothedustratefor98%,keepsmokefromannoystopollutetwotimes.
Throughthenewtechnicalapplicationofthechemistryrecovery,ithasraisedtherecoveryrateofthechemicalsobviously,reducetheenvironmentalpollution,andattainthegoodenvironmentperformance,socialperformanceandeconomicperformance.
Keywords：
Thechemistryrecovery;Highandthicktechniqueofblackliquid;Thesavingcoalmachineofbigareas
引言
目前，造纸行业迅速发展，随之而来的是环境问题。
因此，造纸过程中碱回收工段就显得至关重要，而且碱回收技术的不断改进也为企业创造了利润。
本设计根据山东日照森博浆纸有限公司的设计理念，采用新型的八体六效蒸发器，不仅节约了成本，而且很好地控制了污染问题。
第一章总论
1.1设计依据
本设计为《年产20万吨杨木硫酸盐法浆碱回收分厂（重点燃烧工段）》。
设计过程中相关参数以及设备的选定均是参照山东日照森博浆纸有限责任公司碱回收车间的工艺技术方案。
该厂的碱回收设备全部是由国外引进，代表了当今世界先进的碱回收技术水平和发展方向，且该套设备自投产至今，运行稳定，相对于其他企业的碱回收分厂，热效率明显提高，而且污染较小，经济环保，很适合目前国内“人文环保发展造纸事业”的行情[1]。
1.2设计范围
本设计主要是对碱回收车间进行设计，包括蒸发，燃烧，苛化和石灰回收四个工段，重点设计燃烧工段。
设计内容包含对重点车间的设备布置，人员编制，环境保护，各工段的自动化控制进行说明和以及成本核算。
1.3厂址选择说明
本设计依据设计任务书，考虑到原料来源，动力资源，水、煤、汽的来源，以及产品销售和交通情况，并兼顾企业间的合作，自然条件和建材供应等诸方面因素，将厂址选定在河南省南阳市西峡县。
1.3.1地理位置
南阳市西峡县位于河南省西南部，西邻陕西省，地处八百里伏牛山，树林广袤，林木资源丰富，312国道直通城关，交通便利，四通八达。
1.3.2气象条件
南阳市西峡县属暖温带大陆性季风气候，年平均气温15.2°C，年降水量为830毫米，无霜期220天，非常适合轻工业的发展。
1.3.3原料供应方面
八百里伏牛山，原始森林，林木资源十分丰富，且乡村非木材类资源也漫山遍野，原料供给充足。
1.3.4水源方面
西峡县为古时候的吴越之地，主要河流为淅水，并且有错综复杂的各种小河流，能为造纸提供足够的水源。
1.3.5动力、燃料来源
西峡县北临山西省，兼具交通便利，来自山西的煤资源可以源源不断的供应过来，且本身有很多的水电站，动力来源丰富，很容易满足大型工厂的动力方面的要求。
第二章生产方法及生产流程论述
2.1生产方法论述
备料车间：
采用杨木为原料，机械剥皮，削片，贮存。
制浆车间：
采用连续蒸煮的方法，选用卡米尔式连续蒸煮器，采用采用压力扩散洗浆机，黑液提取率达到98%以上。
本设计采用燃烧法对黑液进行回收。
燃烧法的过程是：
把黑液提取出来，经过蒸发浓缩到一定浓度后，送入碱回收炉燃烧，燃烧后的熔融物，经溶解澄清后成为绿液，加入石灰，使碳酸钠苛化成为氢氧化钠，并将苛化所生成的碳酸钙（白泥）沉淀分离，最后得到氢氧化钠和硫化钠的混合溶液，即为可供制浆用的蒸煮液。
苛化后的白泥，可送至回转炉进行煅烧回收石灰[2]。
2.1.1蒸发工段
采用六效八体自流降膜蒸发器，并且采用黑液结晶增浓蒸发技术，稀黑液进站浓度为20%，送往碱炉的黑液浓度为68%。
2.1.2燃烧工段
采用除臭式碱回收燃烧流程，为提高热效率，充分回收烟气热量，采用大面积省煤器，由于不采用直接蒸发，黑液虽未经氧化，只要控制得当，由碱回收散发出来的恶臭气体，也可以降到很低的浓度，能有效地减轻环境污染。
而且利用现代喷射炉进行碱回收，具有生产效率高，劳动强度小，芒硝还原率高，锅炉热效率高，适应自动化控制等优点。
熔融物溶解槽是一个常压搅拌槽，当熔融物同稀白液混合时将产生大量水蒸汽，并由排气管排出。
（排气管应垂直布置，不允许有水平管段），溶解槽散发的污染气体量一般不多，因为有机硫化物不可能在高温熔融物中存在。
但当熔融物溶解槽排气气流因水蒸汽骤然增加而增加时，将夹带一定数量溶解或未溶解的氢氧化钠、碳酸钠、和硫化钠，但其数量不大，可以直接排放，不会造成大气的严重污染。
从燃烧室出来的烟气，经锅炉和大面积省煤器降温后，送入静电除尘器回收碱灰，碱灰一部分与黑液芒硝混合进入燃烧炉再次燃烧，另一部分可去蒸发工段作为黑液结晶的晶核。
最后烟气由引风机引入烟囱排空，静电除尘器除尘效率可达98%。
供风系统主要是通过共用一个预热器，两台送风机串联使用的方法实现，风由送风机通过预热器加热到一定温度后，用两个风道送风，一个风道直接送入一次风风嘴，另一风道再通过一个送风机，送入二次风嘴。
一、二、三次风的比例为60：
30：
10。
供水系统的水要先经过软化，但是还是会残留硬度，为了防止锅炉受热面上结垢，在锅炉用水中要加入药剂，使之形成松软的水渣，可以通过定期排污排掉。
为防止产生泡沫，造成汽水共沸现象，要进行连续排污，同时给锅炉补充清洁水。
2.1.3苛化工段
采用先进的连续苛化流程。
主要设备是三大过滤机（绿泥真空过滤机，白泥真空过滤机和压力圆盘过滤机）和新式超短石灰窑。
本设计方法较传统的连续苛化优越之处在于，采用循环方式而不是应用传统的辅助苛化器进行二次苛化，可以缩短苛化时间。
2.1.4白泥回收工段
采用回转炉煅烧工艺流程来回收白泥。
主要分为三个阶段，即干燥阶段，预热阶段和煅烧阶段。
它运行稳妥可靠，操作简单，技术上比较成熟，是造纸工业碱回收中回收白泥的主要方法。
2.2生产流程论述
2.2.1蒸发工段
2.2.1.1黑液流程
从洗涤工段来的稀黑液浓度为17%左右，其被送入碱回收车间后，进入稀黑液槽内贮存，利用II效浓黑液将供料的黑液浓度调节到20%。
用黑液泵将黑液送入IV效，由IV效出来进入V效，出V效后，再送入
效,从
效出来经过1#换热器流入半浓黑液槽静置除皂，此时黑液的浓度为30%～35%。
除皂后的黑液进入2#热交换器，并且由泵送入III效，从III效出来的黑液由泵送至II效，出II效后由泵送至I效，I效分为加热面积相等的A、B、C三体，IB和IC互为出浓黑液的效体，蒸发时由自动控制系统进行调节，定期相互切换，保持加热元件表面的清洁，防止结垢，保证正常出液。
A体在其二次蒸汽的出口加装了一个自动调节阀用于控制体内的压力，并且作为结晶蒸发效。
I效的B、C体产生的浓黑液加入燃烧时的碱灰，用碱灰的无机盐颗粒作为晶核，送入A体进行结晶蒸发，从A体出来的黑液浓度为72%，称为“超浓黑液”。
超浓黑液要用一个压力槽进行贮存，用低压蒸汽维持槽内的压力以保持黑液有合适温度，便于输送。
2.2.1.2蒸汽流程
新蒸汽供给I效，产生的二次蒸汽作为热源供给II效，依次类推，在
效产生的二次蒸汽进入表面冷凝器冷凝，产生污冷凝水进入污冷凝水槽。
2.2.1.3冷凝液流程
I效产生的清洁冷凝水进入1#扩容旋风分离器，产生的二次蒸汽进入II效，产生的冷凝水进入2#扩容旋风分离器，产生的二次蒸汽进入III效，产生的冷凝水进入清洁冷凝水槽，此时的冷凝水可以送到苛化工段，也可以回送锅炉进行重复利用，节省用水量，减少水污染。
III效生的污冷凝水进入IV效，IV效产生的污冷凝水进入3#扩容旋风分离器，产生的二次蒸汽进入V效，产生的污冷凝水与最后表面冷凝器产生的污水一起进入污冷凝水收集槽。
V效产生的污冷凝水进
效，
效出来进表面冷凝器，最后进入污冷凝水槽。
在冷凝水系统中实现了清浊分流。
既节省用水又降低了污染。
2.2.1.4不凝气流程
前三效的二次蒸汽中含有的黑液易挥发物含量低，后三效二次蒸汽中BOD含量较高，从各效引出不凝气体，与
效的二次蒸汽一起进入补充表面冷凝器，气提后有90%以上的污冷凝水变成较清污水，可作为洗涤工段和苛化工段的用水，剩下的不足10%的重污水由泵进入预热器，再经气提塔处理，产生的臭气可由蒸汽喷入石灰回收工段燃烧。
2.2.1.5皂化物
稀黑液槽（黑液浓度为17%）和半浓黑液槽（黑液浓度为30%）中除去的皂化物进入皂化物收集槽，再用泵送入塔罗油回收工段进行副产品的回收。
2.2.2燃烧工段
2.2.2.1黑液系统
蒸发工段送来的黑液浓度为72%，由于其浓度较大，黏度较大，应贮存于具有一定压力的黑液槽中，并且有自身黑液循环系统，保证其具有一定的黏度和流动性。
此时黑液由泵送入芒硝黑液混合槽与芒硝及回收的碱灰在搅拌器的作用下，充分混合，由泵输送，由喷枪喷入炉内进行燃烧，产生的熔融物经溜子槽冷却，进入溶解槽。
在溶解槽内，熔融物与苛化送来的稀白液充分混合，成为绿液，送到苛化工段进行苛化。
为减轻熔融物流出时产生的噪音，促使熔融物和稀白液混合均匀，经过滤器，用消音泵对槽内液体进行循环，过滤器中的杂质定期排除。
而消音泵的另一个作用就是防止大块熔融物与稀白液接触不充分而引起的爆炸。
2.2.2.2芒硝系统
芒硝首先经过粉碎机粉碎后，达到一定的粒度，用螺旋输送机送至斗式提升机，由斗式提升机送到芒硝筛内，符合要求的芒硝进入芒硝料仓，而大块芒硝则送回粉碎机，重新处理。
芒硝料仓中的芒硝，由圆盘给料器送入芒硝黑液混合槽。
2.2.2.3供风系统
燃烧所需空气，由一.二.三次风二个风道分别送入。
首先，由一次风机引入的风，经过空气预热器，使风温达到150℃，分为两部分，一部分直接由一次风道送入系统，另一部分再经过二次风机加压后，由二次风道送入炉内。
三次风温度为80℃，主要是补充炉内的氧气。
一.二.三次风的比例为60：
30：
10[4]。
2.2.2.4燃油系统
由重油槽来的重油，通过滤网过滤除去杂质，再用油泵输送，经过重油加热器加热，由油枪喷入炉内。
2.2.2.5供水系统
为防止炉内加热面结垢和氧化腐蚀以及酸性腐蚀，在锅炉内给水要经过软化处理、除氧处理和磷酸盐处理。
锅炉用水先用泵送到省煤器进行预热，然后进入气包，水在对流管束中循环，高温条件下产生的汽水混合物在气包了分离，水继续循环，并且不断有软化水从锅炉外供入，产生的蒸汽经汽管排出锅炉。
虽然供水经过处理后，在高温情况下产生大量蒸汽，在汽包水平面盐分浓度较大，当达到一定浓度后，会产生泡沫，形成汽水共沸现象，因而要进行连续排污。
而锅炉运转一定时期后要进行间歇排污，去除污垢，减少管壁污垢对传热率和设备的影响。
汽包中排出的循环水送入送扩容器中，然后送到温水槽，供厂内使用。
2.2.2.6烟气系统
燃烧产生的烟气中，夹带着一定的碱灰，要进行回收，由省煤器排出的烟气，经静电除尘器回收碱灰后，由引风机送入烟囱，直接排空。
在碱炉内，由于烟气通过，在过热器，锅炉管束和省煤器表面，会附着碱灰，长期积累，不仅会造成药品的浪费，而且会影响传热，腐蚀设备，因此采用横跨炉体的长伸缩式的吹灰枪进行在线吹灰，这种吹灰器有一条丝杠装在碱炉外面，不吹灰时停留在炉外，工作时吹灰杆由计算机控制，自动插入并且沿着炉体断面往复运动，并且绕本身轴线旋转，吹灰能力强，耐高压，耐高温。
被吹下来的碱灰进入灰斗，大部分进入芒硝黑液混合器，跟随黑液进炉再次燃烧，一少部分到蒸发工段，作为黑液晶核。
2.2.3苛化工段
由溶解槽送来的绿液，进入稳定槽，经绿液澄清器后，沉淀的绿泥，送入绿泥真空过滤机中进行过滤，绿泥用泵送到堆渣厂进行后续处理，过滤的稀绿液返回稳定槽。
澄清器的绿液用泵送到消化分离器，在消化分离器中加入石灰进行消化，其杂质由提渣机经洗涤后排出，消化后的乳液则由泵送到苛化器进行苛化，苛化好的乳液进入压力圆盘过滤机，澄清后的白液送到浓白液槽，供蒸煮使用。
白泥用膜泵送入到白泥搅拌槽加入热水并且与回流的白泥一起稀释，经搅拌稀释后的白泥进入白泥真空过滤器，洗涤后，稀白液送回溶解槽与熔融物混合，白泥由螺旋输送机送到石灰回收工段[5]。
2.2.4白泥回收工段
从苛化工段送来的白泥由螺旋输送机送入白泥干燥器，进入石灰窑进行煅烧，煅烧好的石灰，进入冷却筒。
在冷却筒内被二次风冷却，冷却后的石灰通过埋刮板式输送机进入粉碎机粉碎到一定的粒度，经过斗式提升机进入石灰仓贮存，以供使用。
燃烧用的一次风，经送风机送到空气预热器，加热到150℃后，进入炉内，二次风则利用炉内所形成的抽力经冷却器进入炉内。
燃油则从工作油槽送到加热器，加热后，送到炉内燃烧器进行燃烧。
新补充的石灰石，先经过粉碎，再送入石灰仓。
回转炉产生的烟气，经过旋风除尘器收集粉尘入石灰炉再次燃烧，烟气再进入静电除尘器，除掉其中的绝大部分粉尘，最后通过引风机机排入烟囱。
第三章物料平衡及热量衡算
3.1蒸煮工段物料衡算
以杨木为主要造纸原料，硫酸盐法制浆，以1T风干浆为单位基准。
表3-1燃烧炉物料平衡计算有关定额及工艺技术数据
编号
指标名称
单位
定额
备注
1
蒸发用碱量（Na2O计）
Kg/T浆
288
2
液比
1：
4
3
硫化度
%
24
4
浆的干度
%
90
5
粗浆得率
%
50
6
芒硝还原率
%
91
7
苛化度
%
84
8
蒸煮碱损失率
%
1.30
对用碱量
9
洗涤提取黑液浓度
%
14
固形物含量
10
洗涤后浆料浓度
%
13
11
洗涤碱损失
%
0.25
对用碱量
12
蒸发后黑液浓度
%
68
13
蒸发碱损失
%
0.82
对用碱量
14
苛化碱损失
%
1.20
对用碱量
15
燃烧碱损失
%
2.9
对用碱量
16
补充芒硝浓度
%
90
17
空气湿含量
%
2
重量百分数
80
每公斤干空气含氧
%
22.0
重量百分数
19
每公斤干空气含氮
%
76.0
重量百分数
20
空气过剩系数
1.11
已知：
用碱量（以Na2O计）=288㎏液比=1:
4
硫化度=24%粗浆得率=50%
芒硝还原率=91%苛化度=84%
蒸煮碱损失率=1.30%（对用碱量）
3.1.1蒸煮用绝干木片量的计算
绝干木片量=
㎏
3.1.2蒸煮实际用碱量的计算
用碱量（以Na2O计）=16%×1800=288㎏
根据硫化度和用碱量的定义
硫化度=Na2S/Na2S＋NaOH=24%
Na2S＋NaOH=288㎏（用碱量）
Na2S=硫化度×用碱量
=288×24%=69.12㎏（以Na2O计）
=86.9574㎏（以Na2S计）
NaOH=（1－硫化度）×用碱量
=288×76%=218.88㎏（以Na2O计）
=282.4258㎏（以NaOH计）
用碱总量=Na2S＋NaOH=369.3832㎏
3.1.3蒸煮液中无机物含量的计算
根据苛化度的定义:
苛化度=NaOH/（NaOH＋Na2CO3）
Na2CO3=
×NaOH=
=41.6914㎏（以Na2O计）
=71.2789㎏（以Na2CO3计）
根据芒硝还原率的定义:
还原率=Na2S/（Na2S＋Na2SO4）
Na2SO4=
×Na2S=
×69.12=6.8360㎏（以Na2O计）
=15.6567（以Na2SO4计）
蒸煮液中无机物总重量
=Na2CO3＋Na2SO4＋Na2S＋NaOH
=71.2789＋15.6567＋86.9574＋282.4258
=456.3188㎏
3.1.4全部蒸煮液中水分的计算
全部蒸煮液中水分=绝干木片量×4=7200㎏
3.1.5蒸煮碱损失量的计算
碱损失量=用碱量×蒸煮碱损失率
=288×1.30%=3.744㎏（以Na2O计）
Na2S损失量=碱损失量×78/62
=4.7102㎏（以Na2S计）
3.1.6蒸煮过程平衡计算
木片水无机物已知:
绝干木片量=1800㎏
水=7200㎏
有机物无机物量=456.3188㎏
浆料碱损失=4.7102㎏
喷放冷凝液量=1100㎏
假定蒸煮不直接加热则:
浆液量=（绝干木片＋水＋无机物）－碱损失
=（1800＋7200＋456.3188）－4.7102
=9451.6086㎏
绝干纤维量=绝干木片量×粗浆得率
=1800×50%=900㎏
有机物=绝干木片量－绝干纤维量
=1800－900
=900㎏
无机物=蒸煮液中无机物总量－蒸煮碱损失
=456.3188－4.7102
=451.6086㎏
3.2洗涤工段物料衡算
已知条件:
提取黑液浓度=14%（固形物含量）
洗涤后浆浓度=13%
洗涤后碱损失率=0.25%（对用碱量）
洗涤纤维损失率=0.3%
3.2.1洗涤段碱损失的计算
实际生产中在洗涤段提取黑液的过程中,不但有有效碱的损失,而且有NaCO3和Na2SO4的损失,此计算中,NaCO3和Na2SO4损失忽略不记。
洗涤碱损失量=用碱量×损失率
=288×0.25%
=0.72㎏（以Na2O计）
Na2S损失量=洗涤碱损失量×78/62
=0.72×78/62
=0.9058㎏（以Na2S计）
3.2.2提取黑液量的计算
转入黑液中的纤维=绝干纤维量×纤维损失率
=900×0.3%=2.7㎏
黑液中固形物的量=有机物＋无机物＋洗涤纤维损失－碱损失
=900＋451.6086＋2.7－0.9058
=1353.4028㎏
提取黑液量=黑液固形物÷黑液浓度
=1353.4028÷14%=9667.1629㎏
黑液中水量=黑液量－固形物量
=8313.7601㎏
黑液中有机物、无机物看成溶于水中的,所以每吨风干浆约提取8.3m³黑液。
3.2.3洗涤段出浆量的计算
洗涤后绝干纤维量=900－洗涤段纤维损失
=900－2.7=897.3㎏
由于洗涤损失的碱进入浆液中,所以:
洗后浆料量=
＋碱损失
=897.3/13%＋0.9058
=6903.2135㎏
3.2.4洗涤段的平衡计算
浆液已知:
进入洗涤段浆液量=9451.6086㎏
提取黑液量=9667.1629㎏
热水黑液洗后浆料量=6903.2135㎏
洗后浆
加入洗涤段的热水量
=洗后浆量＋提取黑液量－进入浆液量
=6903.2135＋9667.1629－9451.6086
=7118.7678㎏
所以洗涤段用水量约为7.1m³
3.3蒸发工段的物料衡算
已知:
浓黑液浓度=68%
蒸发碱损失率=0.82%（对用碱量）
3.3.1蒸发中碱损失的计算
碱损失量=用碱量×损失率=288×0.82%=2.3616㎏（以Na2O计）
Na2S损失量=洗涤碱损失量×78/62
=2.3616×78/62
=2.9710㎏（以Na2S计）
3.3.2浓黑液固形物含量的计算
浓黑液固形
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