板式五效蒸发器工艺设计

中国造纸
CHINA PULP AND PAPER
1999年 第18卷 第5期 Vo1.18 No.5 1999
国内第一套管/板式五效蒸发器工艺设计
袁汝镜
摘　要　介绍了国内第一套管/板式五效蒸发器的工艺技术，硫酸盐木浆黑液蒸发工艺流程的设计依据，主要设备特征及工作原理。

关键词　管/板式蒸发器工艺　设计依据　设备　原理
Design of the Domestic First Set of 5 Effect Tube/Plate Evaporator
Yuan Rujing
(Yalujiang Paper Mill,Liaoning Province,118001)
ABSTRACT　Design basis of the domestic first set of 5 effect tube/plate evaporator which is used for the evaporation of wood kraft pulping black liquor,the feature and working principle of the equipment are introduced.
KEYWORDS　tube/plate evaporator,wood kraft pulping black liquor
鸭绿江造纸厂新增150t/d硫酸盐木浆黑液碱回收工程项目中，黑液蒸发站的工艺设计采用了国内第一套总蒸发面积为2650m2管/板结合式的五效蒸发站。

笔者参与了设计，在此就其工艺流程作一简单介绍。

1　黑液管/板式五效蒸发站的工艺流程
黑液五效蒸发站采用的是混流式供液流程，即Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅱ→Ⅰ，Ⅰ、Ⅱ效为外流自由降膜板式蒸发器，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ效为长管升膜蒸发器。

黑液管/板式五效蒸发站工艺流程如附图所示。

图1　管/板式五效蒸发站工艺流程图
1—稀黑液预热器　2—半浓黑液预热器　3—板式冷凝器　4，5—浓黑液槽　6，7—稀
黑液槽　8—供液槽　9—半浓黑液槽
10—皂化物槽　11—温水槽　12—配酸槽　13—酸洗泵　14—清冷凝水泵　15—浓黑液
泵　16—混合泵　17—出Ⅰ效泵
18—Ⅰ效C室循环泵　19—B室循环泵　20—A室循环泵　21—Ⅱ效循环泵　22—供料液
泵　23—进Ⅱ效泵　24—出Ⅴ效泵
25—真空泵　26—水封槽　27—凝结水泵　28—皂化物泵　29—温水泵　30—加压水泵1.1　黑液流程
洗选工段送来的稀黑液到稀黑液槽，由供料液泵送入稀黑液预热器，进Ⅲ效经Ⅳ、Ⅴ效蒸发器，然后送入半浓黑液槽，控制浓度在32%左右，在槽内分离皂化物后，进Ⅱ效泵送到3台串联的螺旋换热器再进半浓黑液预热器，经Ⅱ效、Ⅰ效送至浓黑液槽，控制浓度在50%～55％以上，再由浓黑液泵送至燃烧工段。

1.2　蒸汽流程
由燃烧工段来的0.4MPa饱和蒸汽进稀黑液预热器和半浓黑液预热器及Ⅰ效蒸发器，Ⅰ效蒸发器产生的二次蒸汽进Ⅱ效蒸发器，Ⅱ效蒸发器产生的二次蒸汽进Ⅲ效蒸发器，依此类推。

Ⅴ效抽真空，Ⅴ效产生的二次蒸汽进板式冷凝器，不凝性气体由真空泵抽出放空。

1.3　冷凝水流程
稀黑液预热器、半浓黑液预热器、Ⅰ效蒸发器产生的清冷凝水，经清冷凝水泵送至燃烧工段软化水槽。

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ效蒸发器产生的污冷凝水，分别经污冷凝水扩容器，产生的二次蒸汽进螺旋换热器，自扩容器出来的污冷凝水和板式冷凝器的污冷凝水经污冷凝水泵排地沟。

板式冷凝器的冷却水温度在45℃左右，可送职工浴池或作为生产用温水。

1.4　蒸发器除垢
为了除去黑液在蒸发过程中蒸发器产生的垢层，在设计上除考虑了定期水洗以外，还设置了酸洗系统，供半浓黑液预热器和蒸发器的定期酸洗。

2　黑液蒸发工艺流程设计依据
2.1　板式蒸发器与管式蒸发器的比较
2.1.1　板式蒸发器属于降膜性质的传热原理，蒸发面积和自由空间大，可以在黑液降膜加热过程自由蒸发，亦可在温差很小的情况下运行，传热面的利用率为100%。

而长管升膜蒸发器加热面积的利用率仅为75%～80％。

2.1.2　板式蒸发器的加热元件为大面积的平面，被加热的黑液在板片上沉积的结垢疏松，容易被降膜冲刷去除。

因此一般情况它的热效率比管式的高出15%～30％，使单位成品的耗汽(能源)大为下降。

2.1.3　板式蒸发器热效率高，在相同产量下，单位成品的耗电量比管式降低10%～15％。

2.1.4　板式蒸发器蒸发能力强，因为降膜蒸发器靠液体自身的重力在加热面上成膜状流动，这比靠汽液两相间的粘滞力布膜要容易得多，因此，板式降膜蒸发器处理高粘度液体的能力比长管升膜蒸发器要大得多，比管式蒸发器要高出10％～15％，但板式降膜蒸发器需配备循环泵以保证黑液自上而下循环流动，因此要消耗一定的动力，而自然升膜蒸发器则无此项消耗。

2.1.5　从以上分析中可知，两种蒸发器相比，处理高粘度液体的能力由大到小的顺序：板式降膜蒸发器、长管升膜蒸发器；蒸发面积利用率由高到低的顺序为：板式降膜蒸发器、长管升膜蒸发器；正常运行时(不考虑粘度影响时)，蒸发能力从高到低的顺序依次是：板式降膜蒸发器、长管升膜蒸发器。

需要动力消耗的只有板式降膜蒸发器。

2.2　黑液性质分析
2.2.1　黑液的粘度在蒸发过程中是一项很重要的物理指标。

粘度愈大，黑液流动性愈差。

温度增高，粘度下降，浓度增高，粘度上升。

因此保证浓黑液的高温蒸发状态很重要。

提高黑液中残碱的含量也可降低黑液的粘度。

以设备的性能分析可知长管升膜蒸发器对低粘度液体的蒸发能力较强，最适宜粘度在50厘泊以下，超过100厘泊则不宜选用。

2.2.2　木浆黑液由稀黑液蒸发至半浓黑液，从换热面的利用率和热效率考虑，宜优先选用板式降膜蒸发器。

由于板式降膜蒸发器需配备循环泵，有动力消耗，运行费用增加，因此在热效率要求不高，生产负荷变化不大时，则选用长管蒸发器来完成黑液由稀到半浓的蒸发。

当黑液浓度增至23%(16Bé，20℃)时，木浆黑液粘度显著影响黑液的蒸发强度。

因此木浆黑液由半浓黑液到浓黑液的蒸发不宜选用长管升膜蒸发器，尤其是出浓黑液效不能选用长管蒸发器，只有板式降膜蒸发器可满足木浆黑液蒸发出浓黑液的要求。

2.3　主要设备特征及工作原理
为提高黑液浓度，蒸发器Ⅰ、Ⅱ效选用板式蒸发器，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ效选用管式蒸发器。

2.3.1　Ⅰ效为外流自由降膜板式蒸发器
型号：JBZ1100
蒸发面积：三室(A、B、C)共1008m2（336×3)
规格：φNC0283224×11604
材质：1Cr18Ni9Ti(外壳为碳钢A3）
A、B、C三室：A、B室工作，C室清洗循环。

对黑液流程来说，三室增浓器相当于三效串联的蒸发器功能，但对二次蒸汽来说，增浓器只相当于一效蒸发器。

2.3.2　Ⅱ效为外流自由降膜板式蒸发器
型号：JBZ700
蒸发面积：单室702m2
规格：φNC0282620×11300
材质：1Cr18Ni9Ti(外壳为碳钢A3)
2.3.3　Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ效为长管升膜蒸发器
型号：BM840
蒸发面积：每效均为840m2
规格：φNC0282124/NC0283624×16700
材质：全部碳钢
2.3.4　外流自由降膜板式冷凝器
型号：JBL470
冷凝面积：468m2
规格：φNC0282316×10480
材质：1Cr18Ni9Ti(外壳为碳钢)
冷凝器需为污水处理创造条件，并回收热量、节约能源。

板式表面冷凝器的工作原理：真空状态下的二次蒸汽从冷凝器底部进入冷凝板片内腔，在板片内经过3次迂ND157被冷凝成水，未凝结的不凝性气体在冷凝器上部被真空泵抽出。

清洁水从上端进入分配器，在板片上形成液膜，沿板片自由降落到底部，冷凝水排出温度40～45℃。

整个工艺系统的装置互为连续自动控制，板式降膜蒸发器与长管升膜蒸发器相结合的五效蒸发站中，板式蒸发器用以蒸浓。

3台长管蒸发器采用顺流流程；2台板式蒸发器采用逆流流程。

这种方式充分考虑了黑液的性能和不同类型设备的能力，具有较高的热效率且能保证出浓黑液的要求，同时由于部分流程为顺流，靠效间压差输送黑液，减少了输运泵，降低了运行费用和投资。

这种管/板混合式的蒸发站，由于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ效均为普通碳钢制造，与五效板式自由降膜蒸发器相比，可大大节省其总投资。

管/板结合式混流五效蒸发站的工艺设计目前正在施工阶段，该工艺流程是否成功还有待于实践的检验。

作者单位：袁汝镜(鸭绿江造纸厂，辽宁省丹东市，118001)
收稿日期：1999-04-09（修改稿)
国内第一套管/板式五效蒸发器工艺设计
作者：袁汝镜
作者单位：
刊名：
中国造纸
英文刊名：CHINA PULP AND PAPER
年，卷(期)：1999,18(5)
本文链接：/Periodical_zgzz199905004.aspx。