黑夜的燃烧

3 黑液的燃烧
黑液燃烧就是将经过蒸发浓缩的黑液固形物在燃烧炉里燃烧裂解，以回收黑液中的碱和热,供再生产使用。

3.1 黑液燃烧的原理：黑液燃烧的过程可分为三个彼此相关联的价段。

第一价段，蒸发送来的黑液，在熔炉内受到高温幅射热和上升的高温烟气的直接加热，进一步干燥成含水分只有10—15%的棉花团样的黑灰。

第二价段，黑灰在高温下裂解，释放出甲醇、丙酮、酚、硫化氢等可燃有机气体，与进入炉内的二、三次风混合燃烧，产生大量的热。

还有一部分有机物发生碳化作用生成元素碳，在垫层中继续燃烧，也放出大量的热，为无机盐的熔融和芒硝的还原提供了条件。

第三价段，燃烧使炉温达到达1000℃左右，无机盐和芒硝熔融为流态，为芒硝的还原创造了条件。

从提高芒硝还原率来说，希望反应温度高一些，但温度过高会促使钠的升华和热分解，导致碱的损失。

3.2 黑液燃烧条件的控制：
3.2.1 黑液的性质：跟浆种有关。

要根据不同的浆种的黑液制定合适的工艺条件。

3.2.2 黑液浓度：太低，炉内的热量要去蒸发黑液中的水分，炉温低，燃烧不正常，这是导致闷黄牛的一个原因；太高，泵输送和雾化困难，流量不稳定，易堵塞，影响正常燃烧。

但在泵的性能允许的情况下，尽量提高黑液浓度，可改善炉子性能。

3.2.3 喷液量和黑液粒度：黑液燃烧中要求喷液量稳定、粒度适宜，垫层分布均匀。

喷液量过大，炉子超负荷运行，燃烧不完全，热效率低，烟气中臭气增加，不仅硫的损失大，还增加对空气的污染。

还会造成炉膛出口温度过高，锅炉生成熔融性积灰。

反之，碱回收效率低。

生产操作中要求控制好黑液浓度过温度的稳定，保证黑液泵的正常运行和喷液管、喷枪的畅通，以求得到稳定的喷液量。

喷出的粒度要适宜，粒度小，表面积大，易干燥。

但是，粒度小，飞失大，加重对过热器的腐蚀及锅炉管壁的积灰。

液粒小，垫层太干，黑灰呈粉末状，容易烧掉，垫层不易保持应有的高度。

粒度太大，干燥不好，也会影响炉子的正常运行。

3.2.4 燃烧空气量的供给：供风是为了给燃烧提供必须的氧气。

理论上说，燃烧1公斤黑液固物需要4—5公斤空气。

实际生产中，供风量是理论量的1。

05—1。

1倍。

入炉空气量必须空制适当，过小，有机物不能完全燃烧，热量损失，热效率低，炉温低，不利于正常操作。

风量过大，虽有利于燃烧，但烟气量大，流速大，碱灰飞失大，易于污染锅炉换热面，而且增加了动力消耗。

碱回收炉一般采取三次供风。

一次风，距炉底部450—1000处，主要作用是供给垫层中游离碳燃烧所需要的氧气，太大，垫层燃烧快，降低垫层高度，不利于芒硝还原，还促使钠盐升华分解，造成碱的损失。

国内提倡低风量，高垫层稳定炙法。

一般一次风风量为总风量的45—50%。

二次风，位置在黑液喷枪口上下点，作用是加速黑液水分汽化和固形物干燥，并保持垫层高度使之完整成型。

有的大型碱炉的二次风风管分布在不同的横切面上。

三次风位置在黑液喷枪以上。

主要是用于可燃的挥发性气体及少量未完全燃烧产物的进一步燃烧，以提高烟气含热量，同时起到封闭炉膛口捕集烟气中所带的碱尘的作用。

为稳定操作，燃烧均匀，充分发挥各次风的作用，入炉空气温度要进行加热，一般加热到达150℃，最好由单独的风机控制风压和风量。

一次风压力可低些，一般在0。

8—1。

2千帕；而二、三次风要送到炉膛中心空间与上升的烟气强烈混合并在炉内产生旋转，使黑液干燥和气体燃烧一致，因此人质压要高一些，一般在1。

5—2。

5千帕。

由于不同浆种黑液的性质各有不同，在实际操作中的控制数据会有不同。

现在设计的针对草浆黑液的燃烧炉，一、二次风已经由一台单独的风机供气，空气经空气预热器加热后，再经过省煤器进一步加热，达到250℃以上；三次风由另一台风机供风，空气不预热（有的厂家也加装空气预热器），直接进入炉内。

这样做的好处是1）大大提高了一、二次风风温，改善了炉子的燃烧工况，炉子更好烧，可以做到不用加入油枪助燃，减少碱回收的成本。

2）三次风用冷风，不仅节约设备投资，减少运转费用，也还可以调节烟温。

3.3 燃烧温度的控制：
对燃烧影响较大的是垫层温度。

此温度应保证使无机盐和芒硝熔融以及更好地进行芒硝还原反应，同时使熔融物能畅通流出。

一般控制在1000℃左右，过低，碱飞失少，但增加了硫的损失，同时易使无机物凝固，熔融物排不出来，甚至被迫停产。

过高，钠升华损失大，也不利于生产。

3.4 炉床垫层的控制：
所谓垫层是固形物经过干燥和热分解后剩余的无机物及游离碳落到炉床上形成的高湿多孔性黑灰碳层。

其主要作用是使无机物不断熔融，芒硝还原成硫化钠，部分有机物热裂解气化并排出；使游离碳不断燃烧，稳定炉湿。

因此燃烧过程应保持适当高度和完整均匀的垫层。

垫层高度应保持在1。

0—1。

5米左右，其外形是均匀的丘形，如发现垫层不匀整，或偏向一边，要及时调整喷液角度和供风。

3.5 碱回收炉及其辅助设备：
碱回收炉可分为碱炉和锅炉两部分。

碱炉是黑液干燥、燃烧和放出热量的设备。

锅炉则是吸收燃烧所排出的高温烟气的热量产生蒸汽的设备。

碱回收炉可分为：
1）转炉：由转炉、熔炉、余热锅炉、圆盘蒸发器、溶解槽等部分组成。

优点是结构简单，易操作，比较稳定，但碱回收率、芒硝还原率和热效率都比较低，而且劳动强度大，条件差，也被淘汰。

2）喷射炉：又可分为三种：一、简易喷射炉：投资小，上马快，但运行周期短，
热效率低，随着小造纸厂的消失，已淘汰了。

二、移动式圆型夹套半水冷壁喷射炉（又称TW炉）：它是可移动的外有水冷夹套，内有炉衬的熔炉和半水冷壁锅炉两部分组成的碱回收炉。

它具有投资小，结构和平共处五项原则操作比较简单，设有备用熔炉，检修时间短，炉膛喷液燃烧均匀，运行比较稳定等优点。

但是，从现在的发展看来，它仅适用于小型木浆厂，草浆厂就不行了。

而且它热效率低，铬镁砖消耗大，加上国家不再审批小的制浆厂的投产，它已逐步淘汰。

3）全水冷壁喷射炉：又称方型喷射炉。

它是由燃烧室和锅炉两部分构成。

燃烧室的炉壁、炉顶和炉底都是由带有翅片的水冷壁管组成，所以叫全水冷壁喷射炉。

它的燃烧室呈方形，大致分为三个区：喷枪上下摆动的一段为干燥区，喷枪以下至一次风嘴为燃烧区（氧化区），一次风附近至以下部位是熔融区（还原区）。

燃烧室与锅炉连成一体，由上下汽包、对流管束、水冷屏管束或凝渣管、省煤器等组成。

厂里要投产的也就是炉子。

它的设计很灵活，可大可小。

目前国外最大的可以达到日处理5500吨固形物，小的，小到日处理22吨。

3.6 辅助系统及设备
从锅炉出来的烟气含有碱尘和热，为回收它，碱回收系统配置了相应的回收设备。

文丘里旋风蒸发器：用它来进一步浓缩黑液。

兼有回收热和碱尘的作用。

烟气余热利用率高，烟气温度可由270℃左右降临90℃左右，但碱尘飞失大，除尘效果差，达不到环保要求，与圆盘蒸发器和静电除尘器的配合形式相比，电耗大（吨浆耗电67KW），新建的碱回收已很少采用。

圆盘蒸发器：作用同上。

工艺上都与静电除尘器配合使用。

静电除尘器：是一种高效除尘设备。

达96%以上，但投资大，技术要求高，要求进口烟温严格，不能小于是150℃，出口烟温不小于是116℃，即比类气露点高40—50℃。

4. 绿液的苛化
熔融物溶解于稀白液或水中称绿液。

它的主要成分是碳酸钠和硫化钠。

将石灰加入绿液中，使碳酸钠转化为氢氧化钠的过程称为苛化。

苛化的化学反应方程式如下：
Ca(OH)2+Na2CO3=2NaOH+CaCO3
或CaO+H2O+Na2CO3=2NaOH+CaCO3↓
苛化原理及影响因素
4.1 苛化原理：
石灰消化：生石灰中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，并放出热量。

CaO+H2O= Ca(OH)2
酸钠的苛化：
苛化反应是个可逆反应，故苛化反应不能进行到底，生产上以苛化度来表示苛化的程度：
4.2 影响苛化的因素：
石灰加入量：为加速苛化过程，提高苛化度，石加入量为105—110%，太多造成浪费，并且难于澄清。

绿液浓度与组成：一般总碱浓度控制在100—110克/升。

温度：温度的影响可以从化学平衡和反速度两个方面分析。

石灰消化是放热反应，温度越高，氢氧化钙的溶解度越小；苛化反应中，温度越高，碳酸钙溶解度越大。

因此，从化学平衡角度来看，低温比高温利。

总的说，温高能提高反应速度，因此消化温度控制在92—95℃。

苛化反应进行到后期，一般在100℃以上，这样，1。

5—2。

0小时就能达到接**衡的最高苛化度。

影响澄清的因素：绿液苛化得到了白液和白泥的乳液，生产上用澄清和过滤的方法来分离。

影响澄清的主要因素：
石灰质量：石中有效氧化钙含量低是杂质多，会影响碳酸钙的沉淀。

特别是氧化镁含量大时，形成高分散的氢氧化镁吸附在碳酸钙表面上，使细小颗粒不能凝聚成大颗粒，减慢了白泥的沉降。

生产中要求石灰中的有效氧化钙含量≥82%，氧化镁含量＜1。

5%。

4.4 苛化工艺流程
绿液用泵送到绿注销澄清器，除去绿液中的杂质，清液流入消化系统，绿泥用用膜泵抽送到洗涤器，得到的稀绿液送辅助苛化器，泥渣堆渣场。

澄清的绿液在消化器内与石灰进行消化反应，然后进入三台串连的苛化器进行苛化反应，苛化后的乳液进入白液澄清器，沉淀的白泥用膜泵抽出送到辅助苛化器。

澄清的白液流入白液槽，供蒸煮用。

白泥在辅助苛化器内进一步苛化，得到的乳液流入澄清器，澄清得到的稀白液入稀白液槽，供燃烧工段溶解熔融物。

白泥由膜泵抽出，经真空洗渣机，提取白泥中的残碱，滤液送辅助苛化器，滤渣送白泥回收。

制浆造纸企业进行碱回收，既是环保的要求，也符合企业自身经济利益的需要。

目前，我国拟建的规模较大的制浆造纸企业都将要建设碱回收项目。

从设备层面讲，它同当前造纸行业的发展趋势是一致的，碱回收会逐渐向大型、自动化、高效率的方向发展。