制漿造紙排放的污染物是我國(guó)較大的水污染源之一。以l萬(wàn)t/a的制漿廠為例，如果不進(jìn)行污染治理，
排出廢水中的污染物（折算成絕干物）每年達(dá)l萬(wàn)余t。這樣大量的污染物進(jìn)入水系是任何河流都難以承受的。
    造紙生產(chǎn)過(guò)程中按工序排出3種廢水：①蒸煮廢液，通稱造紙黑液；②分離黑液后紙漿的洗、選、漂廢水，也稱中段廢水；③抄紙機(jī)白水，是處理后可以回用的。中段廢水是黑液提取不完全而剩下的部分，占總量的10%以內(nèi)。黑液中所含的污染物占全廠污染排放總量的90%以上。因此，黑液排放是造紙廠污染的主要根源。
    堿回收就是利用堿回收鍋爐燃燒蒸發(fā)工段來(lái)的黑液，堿回收爐有兩大功能，即回收用于制漿過(guò)程中的蒸煮無(wú)機(jī)化學(xué)品，以及利用黑液中有機(jī)物部分的化學(xué)能燃燒產(chǎn)生蒸汽，滿足發(fā)電或廠用蒸汽的目的。
    本文介紹了450t/d木漿堿回收鍋爐的總體優(yōu)化設(shè)計(jì)情況，比較了以往同類堿爐設(shè)計(jì)中的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)制造運(yùn)行中的反饋意見(jiàn)，介紹了設(shè)計(jì)中的改進(jìn)措施。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、450 t/d木漿堿回收鍋爐設(shè)計(jì)
1.1堿爐運(yùn)行參數(shù)確定
    堿爐的運(yùn)行參數(shù)主要包括蒸汽出口溫度、蒸汽出口壓力、給水溫度、排煙溫度、入爐空氣溫度，確定這些參數(shù)應(yīng)根據(jù)黑液性質(zhì)和蒸發(fā)系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)狀況下能達(dá)到的黑液濃度，并保持穩(wěn)定的過(guò)熱汽溫以利于蒸汽發(fā)電和確保過(guò)熱器安全運(yùn)行。
    主要設(shè)計(jì)參數(shù)，絕干固形物的處理量：450 t/d；漿種：針葉木漿；黑液干固形物高位發(fā)熱值：14650kj/kg；入爐黑液濃度：約為63%；入爐黑液溫度：約為105℃；產(chǎn)汽量（產(chǎn)量為450 t/d時(shí)）：65 t/h;額定蒸汽壓力：4.02 MPa;額定蒸汽溫度：45℃；給水溫度（設(shè)計(jì)負(fù)荷）：120℃；人爐空氣溫度：150℃/室溫；離開(kāi)省煤器煙氣溫度：約為175℃；出口蒸汽溫度為450℃，故選用過(guò)熱器管材質(zhì)為12CrlMoVG，其最高允許壁溫為56℃；并采用噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫，避免高溫過(guò)熱器超溫，影響過(guò)熱器壽命；壓力選用4.02MPa，考慮到鍋爐距離汽輪機(jī)較遠(yuǎn)，主蒸汽管道壓降較大，進(jìn)汽輪機(jī)蒸汽壓力能保證到3.45MPa。
    給水采用高壓除氧并控制除氧水溫度約12℃，提高給水與煙氣之間溫差，降低了省煤器的受熱面積，從而減少省煤器制造過(guò)程中的金屬材料耗量。該堿爐采用低臭爐型，排煙溫度選定在180℃左右，取消了煙氣與圓盤蒸發(fā)器黑液直接接觸，消除了臭氣排放對(duì)環(huán)境的污染。一、二次風(fēng)采用外來(lái)蒸汽加熱到150℃，三次風(fēng)為常溫，一、二、三次風(fēng)均采用獨(dú)立的風(fēng)機(jī)配置。
1.2爐型選擇
    本堿爐（結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1）選用單汽包低臭型，與傳統(tǒng)雙汽包（下帶水包，對(duì)流管束連接）相比有如下優(yōu)點(diǎn)：
    (1)減少了大量的對(duì)流管束，可提高工廠組裝化程度，減少安裝周期，并減少了汽包上大量開(kāi)孔對(duì)其強(qiáng)度的破壞。
    (2)鍋爐啟、停速度快，在同一壓力下，單汽包爐啟動(dòng)時(shí)間比雙汽包爐縮短1/2以上。
    (3)水循環(huán)界限明確，運(yùn)行更可靠。
    (4)避免了上下鍋筒與對(duì)流管柬脹接而帶來(lái)泄漏的可能性。
    (5)采用立式沸騰管屏及立式省煤器，煙氣縱向沖刷，可減少受熱面的積灰與堵塞，克服了雙汽包爐下汽包上方及煙氣折流處易積灰的弊端。
    由于出蒸發(fā)站黑液濃度較高，不用再經(jīng)過(guò)圓盤蒸發(fā)器的直接接觸，有效避免了煙氣與黑液接觸干燥過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣，改善了空氣環(huán)境，減少了硫的損失。
1.3下部爐膛設(shè)計(jì)
    下部爐膛設(shè)計(jì)中，爐膛斷面面積是最重要的參數(shù)，可按下式作粗略計(jì)算：
    爐膛斷面熱負(fù)荷HHRR=黑液干固形物量(kg/h)×HHV(黑液于固形物高位發(fā)熱值，J/kg)/[爐膛寬度(m)×爐膛深度(m)]
    HHRR典型設(shè)計(jì)值為2480000·2790000 kW/m2；考慮到入爐黑液濃度偏低，本爐設(shè)計(jì)HHRR值為
2、165000 kW/m2。
    由于黑液燃燒時(shí)產(chǎn)生的Na2C03、Na2S04和Na2S呈熔融狀態(tài)，高溫狀態(tài)下對(duì)爐膛下部有極強(qiáng)的腐蝕作用，因此本堿爐下部水冷壁管采用∮60 mm×6.5mm．比上部加厚1.5mm。另外在下部爐膛增加銷釘和鉻質(zhì)耐火涂料作為衛(wèi)燃帶，可以保護(hù)水冷壁管并有利于黑液燃燒；衛(wèi)燃帶高度根據(jù)黑液濃度確定，若黑液含水量大，則水分蒸發(fā)時(shí)間增加，衛(wèi)燃帶相應(yīng)提高；本臺(tái)堿爐黑液濃度較高，達(dá)到63%，故衛(wèi)燃帶距離爐底約4m左右。
    爐膛下部設(shè)左右2個(gè)帶水冷的熔物溜槽，與溶解槽相連；下部爐底水冷壁管保持傾角> 50，保證熔物順利流入溶解槽。下部爐膛中還設(shè)置了三次四層送風(fēng)口及黑液噴槍口。
1.4上部爐膛設(shè)計(jì)
    上部爐膛中設(shè)置水冷屏和高低溫過(guò)熱器，因煙氣上升氣流中含有一定量的因黑液飛失形成的未燃盡顆粒及已燃盡的大量細(xì)小飛灰，一方面極易堵塞管子，另一方面如管壁溫度接近飛灰熔點(diǎn)，則可能黏結(jié)在管子上，形成結(jié)焦，導(dǎo)致水冷屏和過(guò)熱器傳熱下降。
    所以上部爐膛設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)考慮如何減少積灰，如何更有效地保護(hù)過(guò)熱器；因此本設(shè)計(jì)中采用了如下措施：
    (1)設(shè)置合理的折焰角，適當(dāng)提高飛灰流速，既能及時(shí)吹走暫時(shí)積灰，又能避免對(duì)過(guò)熱器造成沖擊，并且特定的角度使氣流能順?biāo)�冷壁流�?dòng)，避免形成局部氣流循環(huán)，降低了積灰的可能性；
    (2)設(shè)置合理的吹灰位置和數(shù)量，在上部爐膛過(guò)熱器區(qū)域設(shè)置11臺(tái)吹灰器，采用單面吹灰。
    (3)設(shè)置水冷屏，采用一定間距的水冷屏，既可適當(dāng)提高煙氣流速，又可保護(hù)高溫過(guò)熱器免受煙氣流直接沖刷，還能防止大塊堿灰從爐頂落下直接沖擊爐底，造成嚴(yán)重破壞；同時(shí)增加了受熱面，有效降低過(guò)熱器區(qū)域的煙氣溫度，降低鍋爐成本；停爐時(shí)還可以作為過(guò)熱器檢修平臺(tái)；對(duì)經(jīng)常發(fā)生的管子被大塊堿灰砸彎的問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)在兩邊增加彈簧支吊架，水冷壁開(kāi)孔留足夠的膨脹余量，且在上部增加不銹鋼鰭片進(jìn)行保護(hù)。
1.5過(guò)熱器設(shè)計(jì)
    過(guò)熱器采用三級(jí)布置。如果過(guò)熱器區(qū)域中煙氣的最高溫度與出口蒸汽的最高溫度相重疊，很容易造成過(guò)熱蒸汽超溫，從而對(duì)過(guò)熱器管需更高的材質(zhì)要求；采用三級(jí)布置的過(guò)熱器，就可避免這些問(wèn)題，同時(shí)還可以有效降低高溫?zé)煔鈪^(qū)域內(nèi)過(guò)熱器管壁溫度，減少因積灰形成熔融狀而對(duì)管子產(chǎn)生的堿熔融破壞。在三級(jí)布置過(guò)熱器中，將出口級(jí)過(guò)熱器布置在沿?zé)煔饬鞒谭较虻闹胁浚�并設(shè)置兩級(jí)減溫器，分別設(shè)置在低溫級(jí)過(guò)熱器出口和I級(jí)高溫過(guò)熱器出口。過(guò)熱器在保證傳熱面積的同時(shí)，保證合理的間距，同時(shí)兼顧檢修、制造和減少積灰等問(wèn)題。
    高溫過(guò)熱器的設(shè)計(jì)要充分考慮其處于爐膛出口部位，煙溫高、易積灰的特性，且要充分考慮過(guò)熱器壓降問(wèn)題；特別是高溫過(guò)熱器，管束與集箱管接頭焊接處和管子彎曲減薄處都極易破裂，導(dǎo)致泄漏。以往中壓堿爐高溫過(guò)熱器曾出現(xiàn)過(guò)爆管現(xiàn)象，故針對(duì)這種情況采用了如下改進(jìn)：
    (1)采用了三級(jí)過(guò)熱器，將高溫過(guò)熱器分為兩級(jí)，二級(jí)高溫過(guò)熱器置于中間，避開(kāi)了煙氣最高溫區(qū)域和直接沖刷區(qū)域（折焰角沒(méi)有遮擋）；
    (2)過(guò)熱器下部及迎風(fēng)處管束用半圓不銹鋼管包裹，防止煙氣直接沖刷管束。
    (3)過(guò)熱器集箱管接頭采用長(zhǎng)管接頭，盡可能增大管接頭彎管半徑，增加彎曲起點(diǎn)到集箱角焊縫的距離，有效防止應(yīng)力集中，避免爆管。
    (4)過(guò)熱器中間管束與集箱采用單獨(dú)支吊，防止進(jìn)出口集箱由于熱膨脹量不一致而對(duì)管束形成拉扯，破壞管束接頭。
    (5)采用自制冷凝水噴水減溫，更有效地控制氣溫和保證減溫水水質(zhì)。
1.6尾部受熱面（省煤器及沸騰屏）設(shè)計(jì)
    在煙氣由爐膛出口進(jìn)省煤器之前，設(shè)計(jì)了與省煤器布置高度一致的沸騰屏，用≠42 mm的管子配以扁鋼制成膜式壁，設(shè)計(jì)高度時(shí)應(yīng)考慮使其下方的灰斗及堿灰輸送設(shè)備布置更為方便合理。
    尾部受熱面立式布置，煙氣沿管子縱向流動(dòng)，傳熱效率較低，但有利于減輕積灰。為了防止吹灰器在吹灰時(shí)對(duì)省煤器管子的損害，設(shè)計(jì)中在吹灰位置處增加不銹鋼半圓管保護(hù)管子。省煤器設(shè)計(jì)時(shí)兩排之間的間隙應(yīng)考慮檢修空間，高度設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)考慮到安裝運(yùn)輸�，F(xiàn)大型堿爐省煤器都傾向于兩級(jí)布置。
    由于省煤器運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)角焊縫泄漏，所以本堿爐省煤器直接在上下小集箱焊接管接頭，并且小集箱與管排焊接后出廠（減少現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量）。設(shè)計(jì)時(shí)高低省煤器管屏錯(cuò)排，增大檢修空間。
    省煤器和沸騰屏都采用全懸吊結(jié)構(gòu)，每排由小吊桿支吊在連接梁上，再由大吊桿支承于爐頂梁上。
1.7送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    采用了三次四層送風(fēng)系統(tǒng)，其中二次風(fēng)分上、下二層風(fēng)。主要做法是將二次風(fēng)以黑液噴槍為中心分成上、下兩層。實(shí)踐證明，黑液噴槍下的下二次風(fēng)主要是燃燒墊層頂上的可燃性氣體，并形成高溫區(qū)，黑液噴槍上的上二次風(fēng)具有比三次風(fēng)更有效地抑制黑液小顆粒飛失和迅速燃盡的作用。
    三次風(fēng)供冷風(fēng)，能使上升煙氣流均勻并進(jìn)一步完全燃燒，還能調(diào)節(jié)爐膛上部出口煙氣溫度，減少或延遲爐膛上部區(qū)域受熱面（水冷屏或過(guò)熱器）結(jié)焦。
    一、二次風(fēng)應(yīng)各配1臺(tái)風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)風(fēng)嘴采用相對(duì)密集對(duì)稱布置，保證均勻地對(duì)墊層擾動(dòng)供風(fēng)；二次風(fēng)和三次風(fēng)交錯(cuò)布置，避免氣流對(duì)沖后形成局部渦流，影響燃燒和飛絮粒子的正常流動(dòng)。
    雙調(diào)風(fēng)門裝置上有2組調(diào)節(jié)手柄，單調(diào)只裝1組手柄，上二次風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)由上、下二次風(fēng)之間連接風(fēng)道的擋板開(kāi)度來(lái)控制，運(yùn)行中處于全開(kāi)或全關(guān)狀態(tài)。
1.8鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    總體結(jié)構(gòu)采用堿爐與廠房鋼結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)俗稱堿爐緊身封閉。除電除塵和控制室以外的所有輔機(jī)均布置在廠房?jī)?nèi)，可極大減少土建工作量并加快施工進(jìn)度。
    鍋爐本體構(gòu)架、吹灰構(gòu)架和緊身封閉構(gòu)架組合在一起，按7度地震烈度，Ⅱ類場(chǎng)地土類別設(shè)計(jì)，構(gòu)架基礎(chǔ)為- 500 mm，系整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
    鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層設(shè)在10 m標(biāo)高(根據(jù)黑液噴槍的高度10.9 m)，爐頂板梁標(biāo)高42.5 m，采用全懸吊結(jié)構(gòu)，保證所有受熱面向下自由膨脹，吹灰構(gòu)架在爐右側(cè)，左側(cè)為緊身封閉構(gòu)架。
    包括爐本體平臺(tái)扶梯和吹灰平臺(tái)扶梯，采用內(nèi)走道布置形式。堿爐主平臺(tái)分為兩層，即4.6 m標(biāo)高和10 m標(biāo)高處。4.6 m平臺(tái)需經(jīng)常有人操作，采用花紋鋼板，其余平臺(tái)及扶梯均采用熱浸鋅鋼格板。10 m處運(yùn)轉(zhuǎn)層鋪設(shè)鋼筋混凝土，荷載由爐本體鋼架承載。
1.9水冷系統(tǒng)支持設(shè)備的設(shè)計(jì)
水冷系統(tǒng)支持設(shè)備包括剛性梁和吊桿。爐膛共設(shè)
    此外，爐底有6道支承梁連接兩側(cè)水冷壁，使得爐體成為整個(gè)剛性結(jié)構(gòu)，以抵抗堿爐常規(guī)運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)／外壓力。堿爐一旦發(fā)生事故，發(fā)生強(qiáng)烈內(nèi)爆時(shí)，巨大氣流可通過(guò)設(shè)置在爐后角部，標(biāo)高13.6 m和19.3 m的兩道剛性梁薄弱環(huán)節(jié)處的連接板和水冷壁密封焊縫產(chǎn)生斷裂，將爐內(nèi)氣流定向釋放出來(lái)以減少爐體的破壞。
    本爐吊桿選用35CrMoA的合金鋼吊桿，包括汽包整體懸掛；2個(gè)自制冷凝器放置于頂板梁之上。
2、改進(jìn)建議
    本臺(tái)堿爐雖然屬于中壓中型木漿堿回收爐，但是其中許多設(shè)計(jì)都采用了次高壓鍋爐的設(shè)計(jì)，比如過(guò)熱器的三級(jí)布置等；考慮到之前同類堿爐運(yùn)行中反應(yīng)出來(lái)的問(wèn)題，本堿爐在設(shè)計(jì)中已經(jīng)做了相應(yīng)的改動(dòng)，比如過(guò)熱器、水冷屏的懸吊方式等。但就堿爐特別是木漿堿爐的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，筆者提出以下建議。
    (1)堿爐上部爐膛容易在前水冷壁和爐頂水冷壁交接處形成積灰，單汽包堿爐在布置時(shí)，如將前后水冷壁上級(jí)箱置于鍋爐中部，將煙氣轉(zhuǎn)角處直接設(shè)計(jì)成水冷壁彎管排（或增加過(guò)渡集箱），這樣可以避免在煙氣轉(zhuǎn)角處的嚴(yán)重積灰現(xiàn)象。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
    (2)就堿爐大型化中產(chǎn)生的省煤器問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用膜式管排，煙氣沿管排縱向流動(dòng)，傳熱效率低，省煤器的設(shè)備投資極大；在國(guó)外的部分大型木漿堿爐中，已采用省煤器兩級(jí)布置，低溫級(jí)省煤器采用臥管鰭片省煤器，這樣可大大增加傳熱效率，減少設(shè)備一次性投資。同時(shí)高溫級(jí)和低溫級(jí)省煤器兩級(jí)設(shè)置，也降低了嚴(yán)重積灰的風(fēng)險(xiǎn)。
    (3)出于安全及可操作性的考慮，設(shè)計(jì)中采用國(guó)際流行的HAZOP REVIEW來(lái)審核有關(guān)的設(shè)計(jì)是否存在安全和可操作性方面的隱患；這在國(guó)內(nèi)的堿爐本體及其燃燒工段的工藝設(shè)計(jì)中還沒(méi)被廣泛采用。
    (4)采用進(jìn)風(fēng)口自動(dòng)清除系統(tǒng)(Air Port roddingmaster system)，使堿爐能在高生產(chǎn)負(fù)荷下有效運(yùn)行，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少停機(jī)時(shí)間，改善進(jìn)風(fēng)穩(wěn)定性。
    (5)在爐膛下部安裝墊層探測(cè)器，對(duì)下?tīng)t膛墊層進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀測(cè)，消除了許多操作的不確定因素，便于采取對(duì)策，穩(wěn)定墊層，并能在限制的沉淀速度內(nèi)保持最大的燃燒量。