造纸制浆蒸煮及黑液回收系统的制作方法

本发明涉及造纸制浆技术领域，具体涉及造纸制浆蒸煮及黑液回收系统。

背景技术：

造纸业是传统的污染大户，也是造成水污染的重要污染源之一。造纸废水主要来自黑液、中段废水、白水等。其中制浆工艺中，通常采用硫酸盐法制浆，即用碱性溶液蒸煮植物纤维原料的化学制浆方法，蒸煮后所制得粗浆经洗涤去除蒸煮废液(即黑液)，洗涤后的浆液再经筛选除去所含有的木节、纤维束片和尘沙成为细浆，然后二段氧脱木素漂白、打浆、抄造等工序制成浆板。与浆料分离的黑液经提取、蒸发、燃烧、苛化后进行碱回收，回收的碱液(白液)重新用于蒸煮液中，从而实现整个系统的碱平衡。上述工艺中，黑液加热浓缩到一定的程度后，进入碱回收锅炉的炉膛内，黑液中有机物燃烧产生的热烟气与水冷壁、水冷屏或过热器、锅炉管束和省煤器等受热面进行间接热交换，产生蒸汽，用于供热或发电，但目前用于黑液回收的碱回收系统的碱液回收率较低，单纯依靠碱回收锅炉的发电能力无法满足要求；而且黑液在蒸发浓缩至一定浓度时粘度较大，这直接影响到黑液的输送和碱回收。另一方面，蒸煮锅加热主要采用电加热或者锅炉燃烧产生蒸汽的加热方式，因而蒸煮过程的电能、蒸汽消耗量巨大，而且锅炉燃烧又排放污染源，这些均使得制浆过程的能耗和污染高，不利于节能环保。

技术实现要素：

针对现有技术存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种节能环保、发电能力强的造纸制浆蒸煮及黑液回收系统。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供造纸制浆蒸煮及黑液回收系统，包括蒸煮锅、喷放锅、洗浆机、碱回收装置以及热电发生装置，其中蒸煮锅的出料口与所述喷放锅的进料口连接，所述喷放锅的进料口与所述洗浆机的进料口连接，所述洗浆机的废液出口与所述碱回收装置连接；所述碱回收装置包括依次连接的黑液槽、碱回收炉、溶解槽、过滤器、绿液槽、苛化反应器、压滤机和白液槽，所述白液槽的出料口与所述蒸煮锅的进料口连通；

所述造纸制浆蒸煮及黑液回收系统还包括热电发生装置，所述热电发生装置包括甲醇水存储器、甲醇水制氢重整器、换热器、燃料电池、高温余气收集器和控制装置，所述甲醇水制氢重整器设置有重整室、分离室和供甲醇水重整制氢反应所需温度的电加热器，所述控制装置包括控制器和用于向外输出电能的电力输出端口，其中：所述甲醇水存储器内的甲醇与水的混合溶液通过输送泵输送至所述重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应制得氢气和高温余气的混合气，然后混合气经分离室分离出的氢气经所述换热器降温后输送至燃料电池产生电能，该电能通过电力输出端口为系统内所有用电设备供电；经分离室分离出的高温余气为所述蒸煮锅、喷放锅供热。

其中，所述蒸煮锅设置有用于通入蒸汽的夹层，所述夹层通过第一加热管路与所述高温余气收集器连接，所述第一加热管路设置有与控制器连接的调节阀，所述蒸煮锅内设置有与控制器连接的温度传感器。

其中，所述喷放锅设置有用于通入蒸汽的夹层，所述夹层通过第二加热管路与所述高温余气收集器连接，所述第二加热管路设置有与控制器连接的调节阀，所述喷放锅内设置有与控制器连接的温度传感器。

其中，所述黑液槽和碱回收炉之间还设置有用于钝化黑液的黑液加热器和钝化槽，所述黑液槽的出料口与所述加热器的进料口连通，所述黑液加热器的出料口与所述钝化槽的进料口连通，所述钝化槽的出料口与所述碱回收炉的进料口连通；所述钝化槽与所述黑液加热器的连通管路上设置有循环泵。

其中，所述加热器设置有蒸汽口，所述蒸汽口通过第三加热管路与所述高温余气收集器连接，所述第三加热管路设置有与控制器连接的调节阀，所述加热器内设置有与控制器连接的温度传感器。

其中，所述钝化槽与所述碱回收炉之间的连接管路上设置有喷枪。

其中，还包括蒸煮助剂储罐，所述蒸煮助剂储罐的出料口通过计量泵与所述蒸煮锅的进料口连通，所述计量泵与控制器电连接。

其中，所述白液槽的出料口通过计量泵与所述蒸煮锅的进料口连通，所述计量泵与控制器电连接。

其中，所述甲醇水制氢重整器设置有启动装置，所述启动装置在甲醇水制氢重整器启动过程中为所述电加热器和输送泵供电。

本发明的有益效果：

本发明的造纸制浆蒸煮及黑液回收系统，包括依次连接的蒸煮锅、喷放锅、洗浆机、碱回收装置以及热电发生装置，碱回收装置包括依次连接的黑液槽、碱回收炉、溶解槽、过滤器、绿液槽、苛化反应器、压滤机和白液槽，白液槽的出料口与蒸煮锅的进料口连通。工作时，浆料经蒸煮、喷放后进入洗浆机洗涤，洗涤后的废浆即黑液收集至黑液槽，然后经碱回收装置进行碱回收：黑液中的无机物钠盐在碱回收炉内经高温化学反应生产熔融物碳酸钠，从碱回收炉底部溶解于溶解槽内，溶解槽内添加芒硝(硫酸盐法)将溶解槽内的碳酸钠还原成硫化钠，然后经过过滤器将上层澄清的绿液分离至绿液槽，接着绿液进入苛化反应器使碳酸钠发生苛化反应生产氢氧化钠和沉淀，然后经压滤机压滤后获得的碱液即白液存储于白液槽，该回收的白液回用至蒸煮锅以使整个系统的碱平衡。同时，热电发生装置以甲醇与水的混合溶液作为原料，输送至甲醇水制氢重整器进行甲醇水重整制氢反应，经分离获得氢气和高温余气，其中的氢气再输送至燃料电池产生电能，该电能为系统中的所有用电设备供电，其中的高温余气的温度高达300～600℃，这部分高品质的热能为蒸煮锅和喷放锅提供所需的热能，由此实现系统内电能和热能的高效转化和利用。因此，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)热电发生装置利用甲醇水-重整制氢反应-燃料电池的过程实现了电能、热能的高效转化和利用，所产生的电能直接为所有用电设备供电，实现自给自足，无需外来供电，而且该系统输出的电能为直流电，无需转换即可直接供直流电机使用，相比目前城市电网的集中式供电或者锅炉热能发电的方式，具有随用随发、不受场地限制以及节能环保的优点；

(2)甲醇水重整制氢反应过程所产生大量高品质的热能(高温余气的温度高达300～600℃)，这部分热能完全满足蒸煮锅和喷放锅蒸煮加热所需的温度(一般为100～150℃)，由此充分利用了甲醇水重整制氢过程中产生的余热实现系统给内部供热的目的，相比现有技术依靠电加热或者锅炉燃烧供热的方式，大大降低能耗，而且甲醇水重整制氢反应产生的高温余气为二氧化碳和少量未反应的甲醇和水蒸气，余量可以直接排放，对环境无污染，节能减排效果显著；

(3)本发明的碱回收装置提高了黑液的浓度，碱回收率高；

(4)本发明的发电能力完全满足系统用电需求，而且节能效果显著：原料为甲醇和水的混合液，原料成本低廉(1kg甲醇的成本约为2元)，排放的水及少量二氧化碳对环境无污染；另一方面从能耗成本上看，目前工业用电的成本是1度电约为1元，1度电所需的热量相当于860kcal；然而本发明的甲醇水制氢发电系统，1kg甲醇的发电量约为2度电，即所需的热量为2*860kcal＝1720kcal，而甲醇产生的热量相当于5kcal，还剩余3380kcal的热量，也就是说，甲醇水制氢发电过程中除了产生的2度电可以提供给用电设备外，还会产生3380kcal的高品质的热能(温度高达300～600℃)，这部分热能又能进一步补偿作为系统内热源使用，这样热电联供的方式折算下来，产生1度电的发电成本只需要约0.4元，相比传统制浆行业的用电成本节省了高达一半以上的成本和能耗，这在工业和环保上具有非常重大的意义。

附图说明

图1为本发明的造纸制浆蒸煮及黑液回收系统的结构示意图。

附图标记：

蒸煮锅1、喷放锅2、洗浆机3；

碱回收装置4、黑液槽41、黑液加热器42、钝化槽421、碱回收炉43、溶解槽44、过滤器45、绿液槽46、苛化反应器47、压滤机48、白液槽49；

热电发生装置5、甲醇水存储器51、输送泵52、甲醇水制氢重整器53、重整室531、分离室532、电加热器533、换热器54、燃料电池55、控制装置56、高温余气收集器57；

蒸煮助剂储罐6、计量泵7；

第一加热管路10、第二加热管路20、第三加热管路30、调节阀40。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

造纸制浆蒸煮及黑液回收系统，如图1所示，包括蒸煮锅1、喷放锅2、洗浆机3、碱回收装置4以及热电发生装置5，其中蒸煮锅1的出料口与喷放锅2的进料口连接，喷放锅2的进料口与洗浆机3的进料口连接，洗浆机3的废液出口与碱回收装置4连接；碱回收装置4包括依次连接的黑液槽41、碱回收炉43、溶解槽44、过滤器45、绿液槽46、苛化反应器47、压滤机48和白液槽49，白液槽49的出料口与蒸煮锅1的进料口连通。工作时，浆料经蒸煮、喷放后进入洗浆机3洗涤，洗涤后的废浆即黑液收集至黑液槽41，然后经碱回收装置4进行碱回收：黑液中的无机物钠盐在碱回收炉43内经高温化学反应生产熔融物碳酸钠，从碱回收炉43底部溶解于溶解槽44内，溶解槽44内添加芒硝(硫酸盐法)将溶解槽44内的碳酸钠还原成硫化钠，然后经过过滤器45将上层澄清的绿液(其主要成分是碳酸钠和硫化钠，因含有少量铁离子等，故呈绿色，称为绿液)分离至绿液槽46，接着绿液进入苛化反应器47使碳酸钠发生苛化反应生产氢氧化钠和沉淀，然后经压滤机48压滤后获得的碱液即白液存储于白液槽49，该回收的白液回用至蒸煮锅1以使整个系统的碱平衡。

上述绿液中的碳酸钠na2co3经苛化反应转变为naoh的反应过程为：

ca(oh)2+na2co3＝2naoh+caco3↓或cao+h2o+na2co3＝2naoh+caco3↓。

本实施例的造纸制浆蒸煮及黑液回收系统还包括热电发生装置5，热电发生装置5包括甲醇水存储器51、甲醇水制氢重整器53、换热器54、燃料电池55、高温余气收集器57和控制装置56，甲醇水制氢重整器53设置有重整室531、分离室532和供甲醇水重整制氢反应所需温度的电加热器533，控制装置56包括控制器和用于向外输出电能的电力输出端口，其中：甲醇水存储器51内的甲醇与水的混合溶液通过输送泵52输送至重整室531内发生甲醇和水的重整制氢反应制得氢气和高温余气的混合气，然后混合气经分离室532分离出的氢气经换热器54降温后输送至燃料电池55产生电能，该电能通过电力输出端口为系统内所有用电设备供电；经分离室532分离出的高温余气为蒸煮锅1、喷放锅2供热。与现有技术相比，本发明的热电发生装置5利用甲醇水-重整制氢反应-燃料电池55的过程实现了电能、热能的高效转化和利用，所产生的电能直接为所有用电设备供电，实现自给自足，无需外来供电，而且该系统输出的电能为直流电，无需转换即可直接供直流电机使用，相比目前城市电网的集中式供电或者锅炉热能发电方式，具有随用随发、不受场地限制以及节能环保的优点。

具体的，蒸煮锅1设置有用于通入蒸汽的夹层，夹层通过第一加热管路10与高温余气收集器57连接，第一加热管路10设置有与控制器连接的调节阀40，蒸煮锅1内设置有与控制器连接的温度传感器。

具体的，喷放锅2设置有用于通入蒸汽的夹层，夹层通过第二加热管路20与高温余气收集器57连接，第二加热管路20设置有与控制器连接的调节阀40，喷放锅2内设置有与控制器连接的温度传感器。由此实现蒸煮锅1和喷放锅2加热温度的自动调控。

热电发生装置5在甲醇水重整制氢反应过程所产生大量高品质的热能(高温余气的温度高达300～600℃)，这部分热能完全满足蒸煮锅1和喷放锅2蒸煮加热所需的温度(一般为100～150℃)，由此充分利用了甲醇水重整制氢过程中产生的余热实现系统给内部供热的目的，相比现有技术依靠电加热或者锅炉燃烧供热的方式，大大降低能耗，而且甲醇水重整制氢反应产生的高温余气为二氧化碳和少量未反应的甲醇和水蒸气，余量可以直接排放，对环境无污染，节能减排效果显著。

本实施例中，黑液槽41和碱回收炉43碱之间还设置有用于钝化黑液的黑液加热器42和钝化槽421，黑液槽41的出料口与黑液加热器42的进料口连通，黑液加热器42的出料口与钝化槽421的进料口连通，钝化槽421的出料口与碱回收炉43的进料口连通；钝化槽421与黑液加热器42的连通管路上设置有循环泵，抽取钝化槽421的部分黑液返回至黑液加热器42。本发明通过对黑液进行钝化，降低竹浆高浓黑液的粘度，增加流动性，提高传热效率，使进一步蒸发提浓更容易实现，提高了碱回收效率。

具体的，黑液加热器42设置有蒸汽口，蒸汽口通过第三加热管路30与高温余气收集器57连接，第三加热管路30设置有与控制器连接的调节阀40，黑液加热器42内设置有与控制器连接的温度传感器。黑液加热器42用的蒸汽利用热电发生装置5产生的热能直接供热，此外，还可以利用碱回收炉43的热能供热。

具体的，钝化槽421与碱回收炉43之间的连接管路上设置有喷枪，将钝化槽421的黑液加压喷射至碱回收炉43内进行燃烧反应。

本实施例中，还包括蒸煮助剂储罐6，蒸煮助剂储罐6的出料口通过计量泵7与蒸煮锅1的进料口连通。白液槽49的出料口通过计量泵与蒸煮锅1的进料口连通。计量泵与控制器电连接，通过计量泵控制蒸煮助剂的添加量以及回用至蒸煮锅1内白液的用量，从而实现自动化控制。

本实施例中，甲醇水制氢重整器53设置有启动装置，启动装置在甲醇水制氢重整器53启动过程中，为输送泵52和电加热器533供电。启动装置在甲醇水制氢重整器53启动过程中，为输送泵52和电加热器533供电，以使甲醇水重整制氢反应启动，获得氢气和高温余气，氢气进入燃料电池55，燃料电池55工作产生电能，由此热电发生装置5产生电能和热能，再为整个系统供电供热，从而形成循环系统。具体的，启动装置为蓄电池；或者为燃烧式启动装置，其通过燃烧甲醇为重整室531加热；或者为贮氢瓶，该贮氢瓶可在甲醇水制氢重整器53启动过程中，为燃料电池55输入氢气，使燃料电池55工作产生电能，进而为输送泵52及电加热器533供电。

本发明可以根据热电发生装置5所需甲醇的量、各加热模块所需的温度、各用电模块的功率以及甲醇水重整制氢反应中产生的热能以及燃料电池55输出的电能进行能量恒算，从而将整个系统与热能、电能关联，形成智能循环系统，其具有广阔的产业化应用前景。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。