排出废水中的污染物（折算成绝干物）每年达l万余t。这样大量的污染物进入水系是任何河流都难以承受的。
造纸生产过程中按工序排出3种废水：①蒸煮废液，通称造纸黑液；②分离黑液后纸浆的洗、选、漂废水，也称中段废水；③抄纸机白水，是处理后可以回用的。中段废水是黑液提取不完全而剩下的部分，占总量的10%以内。黑液中所含的污染物占全厂污染排放总量的90%以上。因此，黑液排放是造纸厂污染的主要根源。
碱回收就是利用碱回收锅炉燃烧蒸发工段来的黑液，碱回收炉有两大功能，即回收用于制浆过程中的蒸煮无机化学品，以及利用黑液中有机物部分的化学能燃烧产生蒸汽，满足发电或厂用蒸汽的目的。
本文介绍了450t/d木浆碱回收锅炉的总体优化设计情况，比较了以往同类碱炉设计中的优缺点，并根据制造运行中的反馈意见，介绍了设计中的改进措施。30码期期必中生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
1、450 t/d木浆碱回收锅炉设计
1.1碱炉运行参数确定
碱炉的运行参数主要包括蒸汽出口温度、蒸汽出口压力、给水温度、排烟温度、入炉空气温度，确定这些参数应根据黑液性质和蒸发系统最经济状况下能达到的黑液浓度，并保持稳定的过热汽温以利于蒸汽发电和确保过热器安全运行。
主要设计参数，绝干固形物的处理量：450 t/d；浆种：针叶木浆；黑液干固形物高位发热值：14650kj/kg；入炉黑液浓度：约为63%；入炉黑液温度：约为105℃；产汽量（产量为450 t/d时）：65 t/h;额定蒸汽压力：4.02 MPa;额定蒸汽温度：45℃；给水温度（设计负荷）：120℃；人炉空气温度：150℃/室温；离开省煤器烟气温度：约为175℃；出口蒸汽温度为450℃，故选用过热器管材质为12CrlMoVG，其最高允许壁温为56℃；并采用喷水减温器调节汽温，避免高温过热器超温，影响过热器寿命；压力选用4.02MPa，考虑到锅炉距离汽轮机较远，主蒸汽管道压降较大，进汽轮机蒸汽压力能保证到3.45MPa。
给水采用高压除氧并控制除氧水温度约12℃，提高给水与烟气之间温差，降低了省煤器的受热面积，从而减少省煤器制造过程中的金属材料耗量。该碱炉采用低臭炉型，排烟温度选定在180℃左右，取消了烟气与圆盘蒸发器黑液直接接触，消除了臭气排放对环境的污染。一、二次风采用外来蒸汽加热到150℃，三次风为常温，一、二、三次风均采用独立的风机配置。
1.2炉型选择
本碱炉（结构见图1）选用单汽包低臭型，与传统双汽包（下带水包，对流管束连接）相比有如下优点：
(1)减少了大量的对流管束，可提高工厂组装化程度，减少安装周期，并减少了汽包上大量开孔对其强度的破坏。
(2)锅炉启、停速度快，在同一压力下，单汽包炉启动时间比双汽包炉缩短1/2以上。
(3)水循环界限明确，运行更可靠。
(4)避免了上下锅筒与对流管柬胀接而带来泄漏的可能性。
(5)采用立式沸腾管屏及立式省煤器，烟气纵向冲刷，可减少受热面的积灰与堵塞，克服了双汽包炉下汽包上方及烟气折流处易积灰的弊端。
由于出蒸发站黑液浓度较高，不用再经过圆盘蒸发器的直接接触，有效避免了烟气与黑液接触干燥过程中产生的臭气，改善了空气环境，减少了硫的损失。
1.3下部炉膛设计
下部炉膛设计中，炉膛断面面积是最重要的参数，可按下式作粗略计算：
炉膛断面热负荷HHRR=黑液干固形物量(kg/h)×HHV(黑液于固形物高位发热值，J/kg)/[炉膛宽度(m)×炉膛深度(m)]
HHRR典型设计值为2480000·2790000 kW/m2；考虑到入炉黑液浓度偏低，本炉设计HHRR值为
2、165000 kW/m2。
由于黑液燃烧时产生的Na2C03、Na2S04和Na2S呈熔融状态，高温状态下对炉膛下部有极强的腐蚀作用，因此本碱炉下部水冷壁管采用∮60 mm×6.5mm．比上部加厚1.5mm。另外在下部炉膛增加销钉和铬质耐火涂料作为卫燃带，可以保护水冷壁管并有利于黑液燃烧；卫燃带高度根据黑液浓度确定，若黑液含水量大，则水分蒸发时间增加，卫燃带相应提高；本台碱炉黑液浓度较高，达到63%，故卫燃带距离炉底约4m左右。
炉膛下部设左右2个带水冷的熔物溜槽，与溶解槽相连；下部炉底水冷壁管保持倾角> 50，保证熔物顺利流入溶解槽。下部炉膛中还设置了三次四层送风口及黑液喷枪口。
1.4上部炉膛设计
上部炉膛中设置水冷屏和高低温过热器，因烟气上升气流中含有一定量的因黑液飞失形成的未燃尽颗粒及已燃尽的大量细小飞灰，一方面极易堵塞管子，另一方面如管壁温度接近飞灰熔点，则可能黏结在管子上，形成结焦，导致水冷屏和过热器传热下降。
所以上部炉膛设计中，应重点考虑如何减少积灰，如何更有效地保护过热器；因此本设计中采用了如下措施：
(1)设置合理的折焰角，适当提高飞灰流速，既能及时吹走暂时积灰，又能避免对过热器造成冲击，并且特定的角度使气流能顺水冷壁流动，避免形成局部气流循环，降低了积灰的可能性；
(2)设置合理的吹灰位置和数量，在上部炉膛过热器区域设置11台吹灰器，采用单面吹灰。
(3)设置水冷屏，采用一定间距的水冷屏，既可适当提高烟气流速，又可保护高温过热器免受烟气流直接冲刷，还能防止大块碱灰从炉顶落下直接冲击炉底，造成严重破坏；同时增加了受热面，有效降低过热器区域的烟气温度，降低锅炉成本；停炉时还可以作为过热器检修平台；对经常发生的管子被大块碱灰砸弯的问题，设计时在两边增加弹簧支吊架，水冷壁开孔留足够的膨胀余量，且在上部增加不锈钢鳍片进行保护。
1.5过热器设计
过热器采用三级布置。如果过热器区域中烟气的最高温度与出口蒸汽的最高温度相重叠，很容易造成过热蒸汽超温，从而对过热器管需更高的材质要求；采用三级布置的过热器，就可避免这些问题，同时还可以有效降低高温烟气区域内过热器管壁温度，减少因积灰形成熔融状而对管子产生的碱熔融破坏。在三级布置过热器中，将出口级过热器布置在沿烟气流程方向的中部，并设置两级减温器，分别设置在低温级过热器出口和I级高温过热器出口。过热器在保证传热面积的同时，保证合理的间距，同时兼顾检修、制造和减少积灰等问题。
高温过热器的设计要充分考虑其处于炉膛出口部位，烟温高、易积灰的特性，且要充分考虑过热器压降问题；特别是高温过热器，管束与集箱管接头焊接处和管子弯曲减薄处都极易破裂，导致泄漏。以往中压碱炉高温过热器曾出现过爆管现象，故针对这种情况采用了如下改进：
(1)采用了三级过热器，将高温过热器分为两级，二级高温过热器置于中间，避开了烟气最高温区域和直接冲刷区域（折焰角没有遮挡）；
(2)过热器下部及迎风处管束用半圆不锈钢管包裹，防止烟气直接冲刷管束。
(3)过热器集箱管接头采用长管接头，尽可能增大管接头弯管半径，增加弯曲起点到集箱角焊缝的距离，有效防止应力集中，避免爆管。
(4)过热器中间管束与集箱采用单独支吊，防止进出口集箱由于热膨胀量不一致而对管束形成拉扯，破坏管束接头。
(5)采用自制冷凝水喷水减温，更有效地控制气温和保证减温水水质。
1.6尾部受热面（省煤器及沸腾屏）设计
在烟气由炉膛出口进省煤器之前，设计了与省煤器布置高度一致的沸腾屏，用≠42 mm的管子配以扁钢制成膜式壁，设计高度时应考虑使其下方的灰斗及碱灰输送设备布置更为方便合理。
尾部受热面立式布置，烟气沿管子纵向流动，传热效率较低，但有利于减轻积灰。为了防止吹灰器在吹灰时对省煤器管子的损害，设计中在吹灰位置处增加不锈钢半圆管保护管子。省煤器设计时两排之间的间隙应考虑检修空间，高度设计时也应考虑到安装运输。现大型碱炉省煤器都倾向于两级布置。
由于省煤器运行中经常会出现角焊缝泄漏，所以本碱炉省煤器直接在上下小集箱焊接管接头，并且小集箱与管排焊接后出厂（减少现场焊接工作量）。设计时高低省煤器管屏错排，增大检修空间。
省煤器和沸腾屏都采用全悬吊结构，每排由小吊杆支吊在连接梁上，再由大吊杆支承于炉顶梁上。
1.7送风系统设计
采用了三次四层送风系统，其中二次风分上、下二层风。主要做法是将二次风以黑液喷枪为中心分成上、下两层。实践证明，黑液喷枪下的下二次风主要是燃烧垫层顶上的可燃性气体，并形成高温区，黑液喷枪上的上二次风具有比三次风更有效地抑制黑液小颗粒飞失和迅速燃尽的作用。
三次风供冷风，能使上升烟气流均匀并进一步完全燃烧，还能调节炉膛上部出口烟气温度，减少或延迟炉膛上部区域受热面（水冷屏或过热器）结焦。
一、二次风应各配1台风机，一次风风嘴采用相对密集对称布置，保证均匀地对垫层扰动供风；二次风和三次风交错布置，避免气流对冲后形成局部涡流，影响燃烧和飞絮粒子的正常流动。
双调风门装置上有2组调节手柄，单调只装1组手柄，上二次风风量调节由上、下二次风之间连接风道的挡板开度来控制，运行中处于全开或全关状态。
1.8钢结构设计
总体结构采用碱炉与厂房钢结构一体化设计，国内俗称碱炉紧身封闭。除电除尘和控制室以外的所有辅机均布置在厂房内，可极大减少土建工作量并加快施工进度。
锅炉本体构架、吹灰构架和紧身封闭构架组合在一起，按7度地震烈度，Ⅱ类场地土类别设计，构架基础为- 500 mm，系整体基础结构。
锅炉运转层设在10 m标高(根据黑液喷枪的高度10.9 m)，炉顶板梁标高42.5 m，采用全悬吊结构，保证所有受热面向下自由膨胀，吹灰构架在炉右侧，左侧为紧身封闭构架。
包括炉本体平台扶梯和吹灰平台扶梯，采用内走道布置形式。碱炉主平台分为两层，即4.6 m标高和10 m标高处。4.6 m平台需经常有人操作，采用花纹钢板，其余平台及扶梯均采用热浸锌钢格板。10 m处运转层铺设钢筋混凝土，荷载由炉本体钢架承载。
1.9水冷系统支持设备的设计
水冷系统支持设备包括刚性梁和吊杆。炉膛共设
此外，炉底有6道支承梁连接两侧水冷壁，使得炉体成为整个刚性结构，以抵抗碱炉常规运行过程产生的内／外压力。碱炉一旦发生事故，发生强烈内爆时，巨大气流可通过设置在炉后角部，标高13.6 m和19.3 m的两道刚性梁薄弱环节处的连接板和水冷壁密封焊缝产生断裂，将炉内气流定向释放出来以减少炉体的破坏。
本炉吊杆选用35CrMoA的合金钢吊杆，包括汽包整体悬挂；2个自制冷凝器放置于顶板梁之上。
2、改进建议
本台碱炉虽然属于中压中型木浆碱回收炉，但是其中许多设计都采用了次高压锅炉的设计，比如过热器的三级布置等；考虑到之前同类碱炉运行中反应出来的问题，本碱炉在设计中已经做了相应的改动，比如过热器、水冷屏的悬吊方式等。但就碱炉特别是木浆碱炉的设计与运行，笔者提出以下建议。
(1)碱炉上部炉膛容易在前水冷壁和炉顶水冷壁交接处形成积灰，单汽包碱炉在布置时，如将前后水冷壁上级箱置于锅炉中部，将烟气转角处直接设计成水冷壁弯管排（或增加过渡集箱），这样可以避免在烟气转角处的严重积灰现象。30码期期必中生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
(2)就碱炉大型化中产生的省煤器问题，本设计采用膜式管排，烟气沿管排纵向流动，传热效率低，省煤器的设备投资极大；在国外的部分大型木浆碱炉中，已采用省煤器两级布置，低温级省煤器采用卧管鳍片省煤器，这样可大大增加传热效率，减少设备一次性投资。同时高温级和低温级省煤器两级设置，也降低了严重积灰的风险。
(3)出于安全及可操作性的考虑，设计中采用国际流行的HAZOP REVIEW来审核有关的设计是否存在安全和可操作性方面的隐患；这在国内的碱炉本体及其燃烧工段的工艺设计中还没被广泛采用。
(4)采用进风口自动清除系统(Air Port roddingmaster system)，使碱炉能在高生产负荷下有效运行，减少工人劳动强度，减少停机时间，改善进风稳定性。
(5)在炉膛下部安装垫层探测器，对下炉膛垫层进行实时的观测，消除了许多操作的不确定因素，便于采取对策，稳定垫层，并能在限制的沉淀速度内保持最大的燃烧量。
