竹浆浓黑液贮槽循环系统的优化改进措施

杨笃明 邓天文

(贵州省赤天化纸业股份有限公司,贵州赤水,564707)

竹浆浓黑液贮槽循环系统的优化改进措施

杨笃明 邓天文

(贵州省赤天化纸业股份有限公司,贵州赤水,564707)

介绍大型竹浆厂浓黑液贮槽循环系统的原始设计概况及投用后存在的问题,提出优化改进的措施并予以实施,在实际生产运行过程取得良好效果。

浓黑液;贮槽;循环系统;钠盐沉析;优化改进;实践

现代化浆厂中,蒸发站的浓黑液贮槽循环系统并非技术的关键或核心,仅仅是整个蒸发站中附属的一个小系统,其作用是保证送出黑液的浓度均一并尽量减少因钠盐沉析导致的污垢与管道堵塞。但是,随着结晶蒸发技术的普遍应用及浓黑液浓度的逐渐提高,浓黑液贮槽循环系统运行情况的好坏在很大程度上会制约或影响蒸发及碱炉装置的运行,特别是在非木原料浆厂其黑液硅含量及黏度均较高的情况下。纵观世界先进的浓黑液贮槽循环系统设计,不外乎搅拌器或循环泵方式,或两者共用方式。具体的实践应用中采用何种循环设计,与蒸发工艺、浓黑液性状及设计者的理念等不无关系[1]。

本文介绍了贵州赤天化纸业股份有限公司 (以下简称赤天化纸业)浓黑液贮槽循环系统的原始设计概况及投用后存在的问题,并提出优化改进的措施且予以实施,在实际生产运行过程取得良好效果。

1 系统原始设计概况及投用后存在的问题

赤天化纸业蒸发装置采用西班牙 HPD公司六效九体管式降膜结晶蒸发技术,设计产品浓黑液浓度为70% (不含碱灰和补充芒硝)[2]。浓黑液贮槽循环系统设计采用中部抽出底部送入单泵循环方式;贮槽采用圆锥形底部加圆柱形直段及椭圆形顶部设计,总高23.9 m,锥形底部高度为 8.85 m,圆柱形直段直径10 m,高度 9.28 m,循环泵入口中心线位于圆柱形直段以上 0.51 m;循环泵设计流量 240 m3/h、扬程10 m、功率 30 kW。整个系统工艺流程简图见图 1。

该循环系统自 2008年 4月整个装置试车投用以来,逐渐暴露出一些问题,主要表现在：①送碱炉的浓黑液管道及黑液喷枪出现间或性的堵塞,特别是在系统停机后再开机或蒸发系统故障停出浓黑液期间,严重影响碱炉的稳定运行。②在入炉黑液温度、压力和流量均稳定的情况,碱炉产汽量急剧大幅波动,比如产汽量急剧下降甚至出现黑炉现象,而炉底并未出现明显的黑液拉稀或干燥不好的现象。③循环泵进出口手动阀选型为蝶阀,当循环泵出现故障 (如机械封泄漏或轴承更换)时,该蝶阀无法确保关严而使检修安全难以保证。④当循环泵故障检修时,上述第①、②现象明显加剧。⑤因循环泵入口位于贮槽锥底以上直段,循环泵入口以下容积约为 250 m3。长期停机浓黑液贮槽排空后再开机时,在循环建立以前,进贮槽黑液浓度按 HPD设计应控制在 40%左右,待循环建立后方可按正常浓度出浓黑液进行置换,以防止因浓度过高钠盐沉析而导致管道结垢或堵塞。因此,从贮槽进黑液、蒸发系统出正常浓度浓黑液、黑液置换提浓,至整个贮槽黑液浓度达碱炉最低可投运的浓度 (60%)时,整个过程将至少耗时近 20 h,严重制约和影响了整个系统的开机进度。⑥浓黑液槽设计容积为 1100 m3,除去循环泵入口以下锥底部分,且正常运行时还需保证液位在循环泵入口以上一定距离,实际可用容积仅有 750～800 m3,严重影响了系统的缓冲能力。

图1 原始设计工艺流程简图

2 原因分析及优化改进措施探讨

经过长期的运行及对暴露出的问题进行深入分析与摸索总结,认为原始设计对采用结晶蒸发技术的竹浆浓黑液黏度、密度等性状估计不足,未充分考虑浓度达 70%左右 (不含碱灰和补充芒硝)的竹浆浓黑液因钠盐沉析导致的污垢与管道堵塞的问题,其循环泵的流量与扬程设计偏小,黑液循环仅在整个贮槽锥形底部段进行,实际运行过程中导致黑液循环混合不好,整个浓黑液贮槽存在黑液浓度分布不均和钠盐沉析分层问题。特别是在系统停机或蒸发装置故障停出浓黑液期间,由于黑液循环仅在贮槽锥形底部段进行,贮槽上部黑液处于静置状态,其中所含有的不溶解钠盐及从碱炉加入的芒硝和碱灰 (设计约占总固形物的 10%)将慢慢沉析并逐渐富集于贮槽锥形底部。而黑液浓度分布不均与钠盐沉析分层则可能是产汽量急剧大幅波动甚至黑炉的主要原因。由于钠盐沉析极易在贮槽锥形底部斜壁上形成钠盐垢层,而底部黑液循环的冲击则可能导致钠盐垢层的不时脱落,脱落的钠盐垢层经过黑液输送泵后形成渣子状颗粒,这些颗粒极易在管道拐弯及黑液喷枪缩径处沉积,导致浓黑液管道及黑液喷枪出现间或性的堵塞。

对于单循环泵设计及其进出口蝶阀选型,笔者认为设计过程中未充分考虑设备故障检修问题。循环泵进出口蝶阀选型难以确保将泵完全隔离,给安全检修带来极大影响。当循环泵故障停运时,浓黑液贮槽因无循环其浓度分布不均及钠盐沉析分层现象必然加剧,甚至导致严重的污垢与管道堵塞问题。若将该循环泵安排在计划检修期间检修,如果此时未排空浓黑液贮槽,黑液循环及送出黑液的停止,整个贮槽内浓黑液将处于完全静置状态,70%的竹浆浓黑液所产生的钠盐沉析及结晶堵塞将可能导致无法估计的严重后果。如前面所述,浓黑液贮槽的排空将导致重新开车时耗时增加近20 h,严重制约和影响整个系统的开机进度。

通过深入分析上述问题,认为必须优化改进循环系统原始设计,改善浓黑液循环效果。增设锥底搅拌器,除投资较大、维护检修困难及改造施工难度较大外,笔者认为不会对循环效果产生根本性的改观。增设一台备用循环泵可解决故障检修问题,但对于改善浓黑液循环效果并无作用,且现场布置及改造施工难度较大。现有循环泵改型增大流量及扬程看似一个较好的方案,但因涉及现场管线、泵基础及配电等一系列改造,施工周期较长又成为一个难题。经过综合考虑各种因素,认为应从以下几个方面着手优化改进：①利用现有浓黑液输出泵,增设浓黑液贮槽顶部循环管,增强循环效果,降低浓黑液浓度分布不均与钠盐沉析分层的影响;②将循环泵进出口手动阀改型为带涡轮蜗杆球阀,解决检修安全问题;③增设浓黑液贮槽锥形段中部循环泵进口管,可有效缩短浓黑液贮槽排空后再开车时黑液循环建立与置换提浓时间 10 h左右,并可增加浓黑液贮槽可用容积近 200 m3。

3 改造实施与投用运行情况

分别于 2008—2009年对上述 3项优化改进措施予以实施并相继投入使用。优化改进细节如图 2所示。

(1)增设从黑液输出泵 A出口至浓黑液贮槽顶部DN100的循环管线。两端均设置手动阀门,顶部设置低压蒸汽吹扫,底部设置排放管线;当该管线循环停运时,关闭两端手动阀,用低压蒸汽吹扫排放干净。黑液输出泵设计打量为 100 m3/h,扬程为50 m,额定功率 75 kW,采用变频调速。该改造实施完成后投入使用,通过摸索总结,仅设定 60%变频器转速,经估算循环量可达 80～100 m3/h,现场泵运行平稳,管路流动通畅,无异常冲击或振动,此时对应的电机电流仅为额定电流的 25%左右,功率消耗不足20 kW。

图2 优化改进后工艺流程简图

(2)将图 1中阀 1和阀 2更换为带涡轮蜗杆硬质密封球阀。因为大口径球阀仅用手柄开关难度较大,且易用力过猛导致密封面损伤;而四氟密封在浓黑液温度 120～130℃的条件下长期使用也易老化变形,严重时甚至导致阀芯卡住无法动作。此项改造完成投用后,经数次试用检验,开关动作轻便,密封性能良好,可完全隔离循环泵。

(3)增设浓黑液贮槽锥形段中部循环泵进口管,主线设置气动开关球阀 (阀 3、DN200),旁路设置一个手动常开球阀 (阀 4、DN50)。该段新增管道现场实际长度仅为 2 m左右,主线气动开关球阀正常生产中保持关闭状态,但每周需开关一次以确认是否可正常运作,旁路手动阀保持常开以防止主线出现结晶堵塞。此项改造完成投用后,经 2009年和 2010年两次大修后开车检验,每次可有效缩短开机时间约10 h,同时在制浆生产线短期故障时增加浓黑液缓冲量近 200 m3,大大提高了系统缓冲能力。

对新增的浓黑液贮槽顶部循环管线,通过在实际生产过程中的运行摸索总结,为降低消耗不采用连续运行方式。一般情况,在短期停车或计划中小修后的碱炉开车投黑液前 8 h,或因蒸发装置短期故障停出浓黑液时,建立此循环以尽量混合均匀整个浓黑液贮槽内黑液,使浓黑液浓度均一并尽量降低因贮槽上部黑液静置导致的钠盐沉析所带来的不利影响;待碱炉运行正常无明显的黑液管道或喷枪堵塞现象,且蒸发装置连续产出浓黑液后,停用该循环管线并吹扫排放干净。正常生产中,在入炉黑液温度、压力和流量均稳定的情况,出现碱炉产汽量急剧大幅波动甚至黑炉现象,或因碱炉本身负荷较高导致碱灰量偏大,以及为维持系统硫化度平衡芒硝补充较多时,应投用浓黑液贮槽顶部循环管线,改善黑液循环效果,降低因浓黑液中芒硝碱灰过多钠盐沉析加剧所导致的影响。

新增的浓黑液贮槽锥形段中部循环泵进口管,除在排空贮槽的检修后开机时投用以缩短开机时间外,当制浆生产线故障停机时间过长导致黑液存量不足时,打开此新增管线阀,建立循环泵中部进口管黑液循环,此时还应投用新增的浓黑液贮槽顶部循环管线建立贮槽顶部黑液循环,有效提高浓黑液缓冲能力。

4 结 语

针对赤天化纸业蒸发装置浓黑液贮槽循环系统生产投用后存在的黑液管道和喷枪堵塞、碱炉产汽量无故大幅波动甚至黑炉、循环泵无法完全隔离检修以及排空贮槽检修后开机时黑液循环建立与置换提浓耗时过长等问题,通过在生产实践过程中深入分析原因所在,不断摸索和总结,从改造实施便捷、投资较省和投用实效等方面综合考虑各种因素,提出了增设浓黑液贮槽顶部循环管、循环泵进出手动阀改型为带涡轮蜗杆球阀以及增设浓黑液贮槽锥形段中部循环泵进口管等优化改进措施并逐步予以实施。这些优化改进措施实施并投用后,通过近两年的实际运行情况来看,黑液管道和喷枪堵塞、碱炉产汽量无故大幅波动甚至黑炉的问题已基本消除,在正常生产中已可实现循环泵完全隔离检修,排空贮槽的检修后开机时间缩短约10 h。从一定意义上说,这些优化改进措施合理、有效,在实际生产实践过程中已取得良好效果。

[1] R.P.格林,G.霍夫.碱法制浆化学药品的回收[M].3版.北京：中国轻工业出版社,1998.

[2] 表迎凯,杨笃明,陈启明.高温钝化技术在竹浆黑液蒸发中的应用[J].中国造纸,2010,29(1)：64.

(责任编辑：马 忻)

Improving Measures of Concentrated Black Liquor Storage Tank Circulation System in a Bamboo Pulp Mill

YANG Du-ming＊DENG Tian-wen
(Guizhou Chitianhua Paper Industry Co.,Ltd.,Chishui,Guizhou Province,564707)
( ＊ E-mail：ydmzy@tom.com)

The original design and the existing problems in operation of the concentrated black liquor storage tank circulation system in a large scale bamboo pulp mill were introduced,the improving measures were put for ward and implemented,good result was achieved in practice.

concentrated black liquor;storage tank;circulation system;sodium salt precipitation;optimizing and improving

TS749+.3

B

0254-508X(2011)04-0052-03

杨笃明先生,工程师;主要从事碱回收车间的生产管理工作。

2011-03-01(修改稿)