肖瑞新

(新疆中泰集團(tuán)工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830028)

當(dāng)今堿法制漿工藝已基本占領(lǐng)整個(gè)化學(xué)漿生產(chǎn)領(lǐng)域，堿法制漿工藝中的堿回收也成為不可或缺的重要組成部分。實(shí)施堿回收在保護(hù)環(huán)、境治理污染、節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)我國(guó)造紙工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展中起到了特別重要的作用。對(duì)生產(chǎn)企業(yè)而言堿回收工藝中回收的堿液可以循環(huán)使用，燃燒黑液中有機(jī)污染物生成大量的蒸汽可用于發(fā)電、供熱等，在節(jié)能增效方面的效果是十分明顯的。而堿爐作為堿回收工藝的主要設(shè)備，如何能保證其正常連續(xù)運(yùn)行就顯得十分重要。采用各種不同原料的堿法制漿生產(chǎn)均配有堿回收裝置。本文就新疆某造紙企業(yè)的WDLZ58/3.82-1型堿回收爐空氣預(yù)熱器變形，煙氣結(jié)節(jié)致使煙道堵塞的問(wèn)題進(jìn)行分析探討，為鍋爐空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)和修理改造提供建議。

1 堿回收鍋爐的燃燒機(jī)理

正規(guī)造紙企業(yè)多以燒堿蒸煮木材或植物桔梗，使其中的木質(zhì)素融入堿液中，木質(zhì)素融入堿液后形成黑液，然后再將黑液中的纖維素分離出來(lái)制成紙漿。早期的黑液基本是直接排放或經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理直接排放，這會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大污染破壞?，F(xiàn)在對(duì)于黑液廢水的治理，是采用多效蒸發(fā)器對(duì)它進(jìn)行濃縮，使其成為柏油狀物質(zhì)作為燃料送入鍋爐內(nèi)燃燒。黑液中的有機(jī)物作為燃料在鍋爐中燒掉，無(wú)機(jī)物成熔融物從爐底排出回收(Na2SO2,Na2CO3)，再經(jīng)過(guò)苛化后還原成堿，回收后供制漿蒸煮重復(fù)使用。黑液中含有多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，這些組分的數(shù)量和成分取決于制漿時(shí)所用的材種和蒸煮方法。由于黑液中存在大量的無(wú)機(jī)鹽、含水分高、熱值低、灰分高等特點(diǎn)，這些因素都給鍋爐正常燃燒帶來(lái)了困難。相對(duì)于燃煤或燃油鍋爐來(lái)說(shuō)，由于燃料本身存在差異，堿回收爐的運(yùn)行穩(wěn)定性和燃燒效率與燃煤、燃油鍋爐都存在著一定差距。

2 鍋爐故障發(fā)生及采取的應(yīng)急措施

2018年4月，我們現(xiàn)場(chǎng)詢(xún)問(wèn)實(shí)操人員了解堿回收鍋爐故障發(fā)生過(guò)程大致情況，鍋爐在安裝試運(yùn)行后運(yùn)行一月左右的時(shí)間，從看火孔往外冒煙、冒火，爐膛出現(xiàn)正壓情況，同時(shí)煙道引風(fēng)機(jī)負(fù)載過(guò)大等現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)對(duì)煙氣通道檢查發(fā)現(xiàn)造成爐膛正壓的原因是板式空氣預(yù)熱器煙道側(cè)煙灰過(guò)多，煙道被煙灰堵塞；清理煙灰后發(fā)現(xiàn)板式空氣預(yù)熱器的鋼板均有向煙道側(cè)鼓脹變形現(xiàn)象，造成煙氣通道道變窄、易于結(jié)灰。根據(jù)實(shí)際情況用戶(hù)單位采取在空氣預(yù)熱器煙道側(cè)插入鋼管將鼓脹變形的鋼板頂回原位的修復(fù)措施，恢復(fù)煙道通行截面。處理后情況見(jiàn)圖1所示。

采用這種臨時(shí)的應(yīng)急處理方法可以基本修復(fù)和避免空氣預(yù)熱器鋼板鼓脹變形的問(wèn)題，但通過(guò)實(shí)際運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，由于在煙道內(nèi)加塞了鋼管使得煙灰很容易在鋼管周?chē)Y(jié)節(jié)，鍋爐運(yùn)行一個(gè)月左右的時(shí)間，煙道再次因煙灰結(jié)節(jié)而堵塞，爐膛正壓的情況又會(huì)出現(xiàn)，由于煙道內(nèi)插有鋼管，煙灰結(jié)節(jié)在鋼管周?chē)沟们謇頍熁业墓ぷ麟y度增加很多。

圖1 鍋爐板式空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)鼓脹變形修復(fù)后狀況

3 空氣預(yù)熱器變形故障原因分析

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)詢(xún)了解到的情況，該預(yù)熱器共分五組，煙氣是從頂部進(jìn)入板式空氣預(yù)熱器的，其溫度在400℃以上，煙氣經(jīng)過(guò)五組換熱器與空氣換熱，溫度逐步升高，最后從底部出預(yù)熱器的溫度在200℃左右，再經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)、布袋除塵裝置后經(jīng)煙囪排入大氣。而冷空氣是從底部經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓至1000～2000Pa之間進(jìn)入空氣預(yù)熱器，在五組換熱器內(nèi)與煙氣逆向流動(dòng)進(jìn)行熱量交換，溫度由環(huán)境溫度逐步上升到300℃以上，后經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入鍋爐爐膛?？諝獾膲毫υ?000～2000Pa之間，忽略能量損耗和泄露，在整個(gè)空氣預(yù)熱器中空氣的壓力是保持不變的。檢查空氣預(yù)熱器鋼板變形情況發(fā)現(xiàn)，在預(yù)熱器頂部煙氣溫度400℃以上處，鋼板鼓脹變形大，而在最后第五組預(yù)熱器煙氣溫度相對(duì)低，鋼板變形就相對(duì)比較小。

根據(jù)板式空氣預(yù)熱器在使用過(guò)程中產(chǎn)生變形的結(jié)果以及我們了解到的鍋爐運(yùn)行參數(shù)分析，造成這種變形的主要原因是煙氣側(cè)的溫度和空氣側(cè)的壓力聯(lián)合作用的結(jié)果。

通過(guò)以上分析我們得出結(jié)論是，目前使用的板式空氣預(yù)熱器在使用一個(gè)月左右產(chǎn)生變形，是預(yù)熱器強(qiáng)度不能夠滿(mǎn)足本堿爐的使用工況要求的結(jié)果。

4 板式空氣預(yù)熱器和管式空氣預(yù)熱器的比較

表1 板式換熱器和管式換熱器的比較

間壁式換熱器在造紙印染行業(yè)的應(yīng)用最廣泛，間壁式換熱器分為板式和管式換熱器，其中管式換熱器是最典型的間壁式換熱器。按傳熱面形狀分管式換熱器可分為管殼式、套管式、蛇管式及翅片式換熱器；板式換熱器可分為平板式、螺旋板式及板翅式換熱器等。兩種換熱器的性能比較見(jiàn)表1。

從表1比較結(jié)果看出，雖然板式換熱器在設(shè)備體積、傳熱效率和節(jié)約熱能量熱回收效率等方面有優(yōu)勢(shì)，但對(duì)燃料要求比較高，不能處理帶顆粒和纖維的物料，連續(xù)工作時(shí)間短，清洗次數(shù)多，不能保證鍋爐的連續(xù)性運(yùn)行。管式換熱器對(duì)燃料的適應(yīng)能力卻很強(qiáng)，比較適合目前該鍋爐所使用的蘆葦制漿所形成的黑液。另外，由于結(jié)構(gòu)形式的原因，目前使用的板式換熱器在產(chǎn)生鼓脹變形后只能采取本文前述的在空氣預(yù)熱器煙道側(cè)加塞鋼管的方法進(jìn)行修復(fù)。管板式換熱器的修理比較簡(jiǎn)單易行。

5 故障修復(fù)的建議

2018年4月10日至12日，我們對(duì)新疆某造紙企業(yè)WDLZ58/3.82-1型鍋爐板式空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)鼓脹變形情況進(jìn)行檢查，現(xiàn)場(chǎng)詢(xún)問(wèn)實(shí)操人員鍋爐的運(yùn)行情況，綜合分析了故障發(fā)生的內(nèi)因外患，針對(duì)性提出了空氣預(yù)熱器修復(fù)建議。

從現(xiàn)有板式預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)形式出發(fā)，目前使用單位采取的在空氣預(yù)熱器煙道插鋼管，使變形頂復(fù)回位修復(fù)鋼板鼓脹變形的方式進(jìn)行修復(fù)處理，作為一種臨時(shí)性的應(yīng)急措施是比較合理適用的，但是要想徹底解決煙道堵塞這個(gè)問(wèn)題，維持鍋爐的連續(xù)有效運(yùn)行，必須從根本上解決空氣預(yù)熱器鋼板變形的問(wèn)題。我們的建議如下：

(1)依據(jù)用戶(hù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)(主要是空氣壓力和煙氣溫度等)重新設(shè)計(jì)、定制板式空氣預(yù)熱器，同時(shí)考慮把預(yù)熱器前的空氣鼓風(fēng)機(jī)換成預(yù)熱器后的空氣引風(fēng)機(jī)，以達(dá)到降低預(yù)熱器內(nèi)空氣壓力減少變形的目的。

(2)依據(jù)用戶(hù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)(主要是空氣壓力和煙氣溫度等)重新設(shè)計(jì)、定制管板式空氣預(yù)熱器。