排出廢水中的污染物（折算成絕干物）每年達l萬余t。這樣大量的污染物進入水系是任何河流都難以承受的。
造紙生產過程中按工序排出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。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工段來的黑液，堿回收爐有兩大功能，即回收用于制漿過程中的蒸煮無機化學品，以及利用黑液中有機物部分的化學能燃燒產生蒸汽，滿足發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化設計情況，比較了以往同類堿爐設計中的優缺點，并根據制造運行中的反饋意見，介紹了設計中的改進措施。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時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木漿堿回收鍋爐設計
1.1堿爐運行參數確定
堿爐的運行參數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，確定這些參數應根據黑液性質和蒸發系統最經濟狀況下能達到的黑液濃度，并保持穩定的過熱汽溫以利于蒸汽發電和確保過熱器安全運行。
主要設計參數，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熱值：14650kj/kg；入爐黑液濃度：約為63%；入爐黑液溫度：約為105℃；產汽量（產量為450 t/d時）：65 t/h;額定蒸汽壓力：4.02 MPa;額定蒸汽溫度：45℃；給水溫度（設計負荷）：120℃；人爐空氣溫度：150℃/室溫；離開省煤器煙氣溫度：約為175℃；出口蒸汽溫度為450℃，故選用過熱器管材質為12CrlMoVG，其最高允許壁溫為56℃；并采用噴水減溫器調節汽溫，避免高溫過熱器超溫，影響過熱器壽命；壓力選用4.02MPa，考慮到鍋爐距離汽輪機較遠，主蒸汽管道壓降較大，進汽輪機蒸汽壓力能保證到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器黑液直接接觸，消除了臭氣排放對環境的污染。一、二次風采用外來蒸汽加熱到150℃，三次風為常溫，一、二、三次風均采用獨立的風機配置。
1.2爐型選擇
本堿爐（結構見圖1）選用單汽包低臭型，與傳統雙汽包（下帶水包，對流管束連接）相比有如下優點：
(1)減少了大量的對流管束，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孔對其強度的破壞。
(2)鍋爐啟、停速度快，在同一壓力下，單汽包爐啟動時間比雙汽包爐縮短1/2以上。
(3)水循環界限明確，運行更可靠。
(4)避免了上下鍋筒與對流管柬脹接而帶來泄漏的可能性。
(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。
由于出蒸發站黑液濃度較高，不用再經過圓盤蒸發器的直接接觸，有效避免了煙氣與黑液接觸干燥過程中產生的臭氣，改善了空氣環境，減少了硫的損失。
1.3下部爐膛設計
下部爐膛設計中，爐膛斷面面積是最重要的參數，可按下式作粗略計算：
爐膛斷面熱負荷HHRR=黑液干固形物量(kg/h)×HHV(黑液于固形物高位發熱值，J/kg)/[爐膛寬度(m)×爐膛深度(m)]
HHRR典型設計值為2480000·2790000 kW/m2；考慮到入爐黑液濃度偏低，本爐設計HHRR值為
2、165000 kW/m2。
由于黑液燃燒時產生的Na2C03、Na2S04和Na2S呈熔融狀態，高溫狀態下對爐膛下部有極強的腐蝕作用，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耐火涂料作為衛燃帶，可以保護水冷壁管并有利于黑液燃燒；衛燃帶高度根據黑液濃度確定，若黑液含水量大，則水分蒸發時間增加，衛燃帶相應提高；本臺堿爐黑液濃度較高，達到63%，故衛燃帶距離爐底約4m左右。
爐膛下部設左右2個帶水冷的熔物溜槽，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。下部爐膛中還設置了三次四層送風口及黑液噴槍口。
1.4上部爐膛設計
上部爐膛中設置水冷屏和高低溫過熱器，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，則可能黏結在管子上，形成結焦，導致水冷屏和過熱器傳熱下降。
所以上部爐膛設計中，應重點考慮如何減少積灰，如何更有效地保護過熱器；因此本設計中采用了如下措施：
(1)設置合理的折焰角，適當提高飛灰流速，既能及時吹走暫時積灰，又能避免對過熱器造成沖擊，并且特定的角度使氣流能順水冷壁流動，避免形成局部氣流循環，降低了積灰的可能性；
(2)設置合理的吹灰位置和數量，在上部爐膛過熱器區域設置11臺吹灰器，采用單面吹灰。
(3)設置水冷屏，采用一定間距的水冷屏，既可適當提高煙氣流速，又可保護高溫過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，造成嚴重破壞；同時增加了受熱面，有效降低過熱器區域的煙氣溫度，降低鍋爐成本；停爐時還可以作為過熱器檢修平臺；對經常發生的管子被大塊堿灰砸彎的問題，設計時在兩邊增加彈簧支吊架，水冷壁開孔留足夠的膨脹余量，且在上部增加不銹鋼鰭片進行保護。
1.5過熱器設計
過熱器采用三級布置。如果過熱器區域中煙氣的最高溫度與出口蒸汽的最高溫度相重疊，很容易造成過熱蒸汽超溫，從而對過熱器管需更高的材質要求；采用三級布置的過熱器，就可避免這些問題，同時還可以有效降低高溫煙氣區域內過熱器管壁溫度，減少因積灰形成熔融狀而對管子產生的堿熔融破壞。在三級布置過熱器中，將出口級過熱器布置在沿煙氣流程方向的中部，并設置兩級減溫器，分別設置在低溫級過熱器出口和I級高溫過熱器出口。過熱器在保證傳熱面積的同時，保證合理的間距，同時兼顧檢修、制造和減少積灰等問題。
高溫過熱器的設計要充分考慮其處于爐膛出口部位，煙溫高、易積灰的特性，且要充分考慮過熱器壓降問題；特別是高溫過熱器，管束與集箱管接頭焊接處和管子彎曲減薄處都極易破裂，導致泄漏。以往中壓堿爐高溫過熱器曾出現過爆管現象，故針對這種情況采用了如下改進：
(1)采用了三級過熱器，將高溫過熱器分為兩級，二級高溫過熱器置于中間，避開了煙氣最高溫區域和直接沖刷區域（折焰角沒有遮擋）；
(2)過熱器下部及迎風處管束用半圓不銹鋼管包裹，防止煙氣直接沖刷管束。
(3)過熱器集箱管接頭采用長管接頭，盡可能增大管接頭彎管半徑，增加彎曲起點到集箱角焊縫的距離，有效防止應力集中，避免爆管。
(4)過熱器中間管束與集箱采用單獨支吊，防止進出口集箱由于熱膨脹量不一致而對管束形成拉扯，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。
1.6尾部受熱面（省煤器及沸騰屏）設計
在煙氣由爐膛出口進省煤器之前，設計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，設計高度時應考慮使其下方的灰斗及堿灰輸送設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，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對省煤器管子的損害，設計中在吹灰位置處增加不銹鋼半圓管保護管子。省煤器設計時兩排之間的間隙應考慮檢修空間，高度設計時也應考慮到安裝運輸。現大型堿爐省煤器都傾向于兩級布置。
由于省煤器運行中經常會出現角焊縫泄漏，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（減少現場焊接工作量）。設計時高低省煤器管屏錯排，增大檢修空間。
省煤器和沸騰屏都采用全懸吊結構，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送風系統設計
采用了三次四層送風系統，其中二次風分上、下二層風。主要做法是將二次風以黑液噴槍為中心分成上、下兩層。實踐證明，黑液噴槍下的下二次風主要是燃燒墊層頂上的可燃性氣體，并形成高溫區，黑液噴槍上的上二次風具有比三次風更有效地抑制黑液小顆粒飛失和迅速燃盡的作用。
三次風供冷風，能使上升煙氣流均勻并進一步完全燃燒，還能調節爐膛上部出口煙氣溫度，減少或延遲爐膛上部區域受熱面（水冷屏或過熱器）結焦。
一、二次風應各配1臺風機，一次風風嘴采用相對密集對稱布置，保證均勻地對墊層擾動供風；二次風和三次風交錯布置，避免氣流對沖后形成局部渦流，影響燃燒和飛絮粒子的正常流動。
雙調風門裝置上有2組調節手柄，單調只裝1組手柄，上二次風風量調節由上、下二次風之間連接風道的擋板開度來控制，運行中處于全開或全關狀態。
1.8鋼結構設計
總體結構采用堿爐與廠房鋼結構一體化設計，國內俗稱堿爐緊身封閉。除電除塵和控制室以外的所有輔機均布置在廠房內，可極大減少土建工作量并加快施工進度。
鍋爐本體構架、吹灰構架和緊身封閉構架組合在一起，按7度地震烈度，Ⅱ類場地土類別設計，構架基礎為- 500 mm，系整體基礎結構。
鍋爐運轉層設在10 m標高(根據黑液噴槍的高度10.9 m)，爐頂板梁標高42.5 m，采用全懸吊結構，保證所有受熱面向下自由膨脹，吹灰構架在爐右側，左側為緊身封閉構架。
包括爐本體平臺扶梯和吹灰平臺扶梯，采用內走道布置形式。堿爐主平臺分為兩層，即4.6 m標高和10 m標高處。4.6 m平臺需經常有人操作，采用花紋鋼板，其余平臺及扶梯均采用熱浸鋅鋼格板。10 m處運轉層鋪設鋼筋混凝土，荷載由爐本體鋼架承載。
1.9水冷系統支持設備的設計
水冷系統支持設備包括剛性梁和吊桿。爐膛共設
此外，爐底有6道支承梁連接兩側水冷壁，使得爐體成為整個剛性結構，以抵抗堿爐常規運行過程產生的內／外壓力。堿爐一旦發生事故，發生強烈內爆時，巨大氣流可通過設置在爐后角部，標高13.6 m和19.3 m的兩道剛性梁薄弱環節處的連接板和水冷壁密封焊縫產生斷裂，將爐內氣流定向釋放出來以減少爐體的破壞。
本爐吊桿選用35CrMoA的合金鋼吊桿，包括汽包整體懸掛；2個自制冷凝器放置于頂板梁之上。
2、改進建議
本臺堿爐雖然屬于中壓中型木漿堿回收爐，但是其中許多設計都采用了次高壓鍋爐的設計，比如過熱器的三級布置等；考慮到之前同類堿爐運行中反應出來的問題，本堿爐在設計中已經做了相應的改動，比如過熱器、水冷屏的懸吊方式等。但就堿爐特別是木漿堿爐的設計與運行，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，如將前后水冷壁上級箱置于鍋爐中部，將煙氣轉角處直接設計成水冷壁彎管排（或增加過渡集箱），這樣可以避免在煙氣轉角處的嚴重積灰現象。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
(2)就堿爐大型化中產生的省煤器問題，本設計采用膜式管排，煙氣沿管排縱向流動，傳熱效率低，省煤器的設備投資極大；在國外的部分大型木漿堿爐中，已采用省煤器兩級布置，低溫級省煤器采用臥管鰭片省煤器，這樣可大大增加傳熱效率，減少設備一次性投資。同時高溫級和低溫級省煤器兩級設置，也降低了嚴重積灰的風險。
(3)出于安全及可操作性的考慮，設計中采用國際流行的HAZOP REVIEW來審核有關的設計是否存在安全和可操作性方面的隱患；這在國內的堿爐本體及其燃燒工段的工藝設計中還沒被廣泛采用。
(4)采用進風口自動清除系統(Air Port roddingmaster system)，使堿爐能在高生產負荷下有效運行，減少工人勞動強度，減少停機時間，改善進風穩定性。
(5)在爐膛下部安裝墊層探測器，對下爐膛墊層進行實時的觀測，消除了許多操作的不確定因素，便于采取對策，穩定墊層，并能在限制的沉淀速度內保持最大的燃燒量。
