置换间歇式蒸煮的新进展

置换间歇式蒸煮的新进展

易学正

云南云景林纸股份有限公司  云南省普洱市  666400

摘  要：本文详细介绍了置换蒸煮技术的来源和发展趋势，概述了置换蒸煮技术在制浆造纸行业中的运用，主要讲解了DDS置换间歇性蒸煮系统的置换效果，具有纸浆卡伯值低、物理度好、得率高、蒸气和药品耗费低、绿色环保等优势。文中详细介绍了间歇性置换蒸煮过程控制系统的控制方法和作用。

关键词：置换间歇蒸煮 新进展 全自动控制

置换蒸煮是当今纸浆造纸蒸煮方法技术之一。近几年，由维美德、GLV、CPL等公司，开发设计了一整套具备现代化的置换蒸煮生产系统，包含蒸煮锅、槽区系统配置、DCS自动控制系统等。现详细介绍如下所示：

一、置换间歇式蒸煮的概述

20个世纪80时代，德国雷达探测企业逐渐试着在喷放前从蒸煮锅内置换黑液，并期待在下一个蒸煮循环系统中再次运用黑液中含的余热回收热能，以实现减少耗能的目的。最后产生了黑液加温（通称RDH）新技术。此项技术的关键是在喷放前低温黑液置换蒸煮锅内的热黑液，被置换的热黑液存储在由高压容器和常压容器构成的罐区域内。依据置换黑液的温度，各自放到不一样的压力容器中。此项技术也有别的优势，如循环系统液中富含残余药品，提升了蒸煮反映的可选择性。在蒸煮全过程中，可以从原材料中去除大量的木素，获得卡伯值较低的纸浆，与此同时一定程度上降低了纸浆的物理强度，但可降低漂白剂工段药品耗费【1】。

二、置换间歇式蒸煮工艺过程

一个蒸煮周期包含六个步骤及技术操作：

①装锅/液浸：将木片、冷黑液和一部分冷白液放进蒸煮锅中，确保pH数值为12。冷黑液用以填充木片及中和木片表面酸。这一操作和传统化的蒸煮一样：将木片、冷黑液和一部分冷白液放进蒸煮锅内，确保pH数值达到12。冷黑液用以填充木片，中和木片表层的木酸。在操作的后期，关掉装锅阀，蒸煮锅与外界隔断，进行升压。

②温充：添加温黑液置换液浸时的冷黑液，温黑液进入蒸煮锅后，液浸时添加的冷黑液被置换，与此同时，随着温黑液量的增加，锅内温度、压力升高，木素逐渐脱出。

③热黑液填充：当温黑液填充结束，转为热黑液和热白液填充，向蒸煮锅添液，置换之前添加的温黑液。伴随着蒸煮器温度的上升，脱木素功效再次展现。高温黑液因为碱加入量低，可以降低纤维和木质素的溶解。

④加热蒸煮（升温/保温）：在这段时间，依据锅的上、中、下三个位置的温度来确认蒸煮温度，如热冲结束后锅内温度未达设定蒸煮温度，加蒸汽加热循环液，直到上中下温度达到设定蒸煮温度。总蒸煮时间可以由H因子决定这一操作和传统化蒸煮是一样的。在升温操作过程中，必须应用蒸气将蒸煮锅加温至需要的蒸煮温度。在保温期内，蒸煮锅维持在一定的蒸煮时间和压力。在这个操作全过程中，依据锅前上、中、下三个位置的温度来决策锅内的蒸煮液上下循环量的大小，实现温度均匀。总蒸煮时间可以由H因子或脱木素后的卡伯值来决策。

⑤置换：用除节筛选产生的黑液，通过冷却器冷却后来置换蒸煮锅内的高温液体。将置换出来的热黑液保存于槽罐区，并在下一个蒸煮步骤中继续使用。经置换后，蒸煮锅内的浆被冷却到闪蒸温度以下。除节筛选出来的黑液既是装锅时液浸液，又是置换时置换液，被置换出的热黑液温度大于135℃的送到热黑液槽贮存，温度大于100℃的送到温黑液槽贮存，温度低于100℃的送到置换槽贮存（多余黑液送碱回收燃烧回收碱）。并在下一次蒸煮操作中应用，最终，蒸煮锅内的介质被冷却到常压下不会闪蒸温度（100℃）。

⑥放锅：将蒸煮锅内已冷却的浆喷放到除节筛选段喷放锅内，采用除节筛选段来的黑液进行冷喷放，其它操作过程与传统的蒸煮技术类似，该操作中，喷放温度小于常压下闪蒸温度（100℃），防止温度过高，出现闪蒸，损坏放锅泵。

三、置换间歇式蒸煮系统的特点

3.1 DDS蒸煮热量利用率高

DDS蒸煮系统通过把药液输送到蒸煮锅的木片内，泵出的药剂通过蒸煮锅与木片展开热交换，直到温度达到或接近蒸煮温度。可分为IC操作与MC操作。可在MC蒸煮操作后加入蒸汽或继续加温蒸煮，直到做到所设定的总体目标H因子指数。

DDS蒸煮工艺选用蒸煮锅底端进液，顶端回收的置换方法，完成热量互换。因为锅内木片和黑液作用力功效，锅内药液像液态活塞杆一样匀称平稳地往上运动，药液与木片接触后

先进先出，后入后出的实际效果。蒸煮锅上、中、下三部分的蒸煮温度是一致的。

3.2DDS蒸煮纸浆具备更高的强度

尽管都还没达到最后的蒸煮温度，但IC和MC环节应用的药液使木片有充足的热量使木素脱出。在蒸煮进到保温环节以前，这一全过程可以去除50%以上的木素。因而，最后的木素蒸煮反映在较高的温度和较低的碱浓度之下进行。与传统式蒸煮对比，高温低碱脱木素最重要的特性是降低对纤维素和半纤维素的损害。与传统式蒸煮对比，DDS蒸煮可以在同样的卡伯值下得到更高强度化学纤维，或是可以在差不多的强度下蒸煮到更低的卡伯值。

DDS蒸煮是RDH蒸煮的全新升级。改善后，不同槽罐和槽内介质温度为后续蒸煮提供了更高、更为稳定的蒸煮温度，对蒸煮锅内介质升温提供了更为缓慢的蒸煮方式，促使卡伯值起伏更小，料浆更匀称；更高的自动控制系统防止了操作人员的人工操纵引起的故障。优秀的设计方案取决于健全的管路构造和换热器设计，最重要的是对当代全过程全自动控制系统的运用。

3.3更简单的生产方式

三十万吨级以下的较新项目，DDS蒸煮项目投入少，也更易于进一步增加产能。比如，在DDS蒸煮系统中一个槽区，能够支持十个蒸煮锅。在第一阶段，须进行贮存罐区，并安装了五个蒸煮锅。在第二期，则利用了原来的罐区，只需增加了五个蒸煮锅及相对应的黑液泵、循环泵，生产率就可能提高数倍。与一次性新系统相比，分期项目的总投入约可降低30%~50%。

同样生产能力的连续蒸煮机器设备投入高的因素有二：一是连续蒸煮目前国内技术、生产能力善不成熟，设备需成套进口，而DDS蒸煮机器设备中国采购成本相对性较低；二是DDS蒸煮锅和高压容器选用高压容器碳素钢（16MnR)，比连续蒸煮双相钢（EN1.4462）成本低【2】；3.4 DDS蒸煮稳定性高。

3.4.1DDS蒸煮故障影响更小

连续蒸煮是统一的生产流水线。一个阶段出了问题，成条生产流水线都会停，危害整体生产能力；DDS蒸煮是由平行面蒸煮锅构成的生产流水线，一个锅出问题，只影响当锅产量，其他锅次可以继续运行。

3.4.2DDS操作更简单

DDS蒸煮每个步骤程序已设定，配置相应的料位、液位、压力、温度、流量检测仪表，并在各步骤设定相应值，达到设备值后程序可完成自动切换，进入下一操作，实现自动操作，控制更简单。

3.4.3蒸煮锅筛板堵塞几率低

在DDS蒸煮的每一个环节进行后，循环泵将被运行。它有两个作用，一是置换蒸煮的内黑液，改变蒸煮锅内液体温度；另一个功能是反冲筛板。借助反冲，来反方向清除筛缝中阻塞的“针片”【3】。

四、置换间歇式蒸煮工艺相关技术

4.1基本的分次蒸煮技术

传统型的间歇反映在间歇全过程中的操作，将原料放入反应容器中反应转化为产品和副产物，再建立一个循环，然后继续进行。产品为化学纤维，副产品为黑液。它和化学纤维黑液共同从蒸煮器中排了出来。在这种混合物（纸浆）中含有大量废热和尚未完成反应的化学药品。

4.2槽区

槽区作为蒸煮锅的附属设施。它由一定数目存储液体的器皿构成，其中大多数是高压容器，能使罐里液体维持较高的温度和工作压力。从蒸煮进到储罐区的每一个器皿中的液体量温度来决定。当未使用的液体从储罐区排出来时，剩余的热能将利用，如加热清水。依据原料的类别和品质，及其根据成品的类别和品质，可以有不一样的选择。依据不一样的蒸煮环节内容，该体系包含回收利用黑液储罐、冷黑液储罐、温黑液储槽、热黑液储罐、冷白液储罐、热白液储罐、换热系统。

4.3 DDS和RDH的比较

DDS是间歇反应的蒸煮系统，致力于根据储罐、热交换器等二次余热、药品回收利用。该技术改善了Belai传统式间歇蒸煮和RDH系统的缺陷，是Belai传统式间歇蒸煮和RDH系统的全新升级。它拥有了RDH的优势。与不用喷放的余热回收系统对比，减少了粗渣率和漂白剂段的药物耗费。置换全过程等同于一次洗浆，操作灵便，可得到低卡伯值、高强度的料浆，降低环境影响。

从DDS的操作步骤看来，DDS的操作步骤与RDH基本一致，包含装锅/液浸、温充、热充、升温/保温、置换、喷放等。采用自动控制，解决药品加入偏差、储槽区液位、压力、温度检测仪表使用。大大减少了操作工作人员对操作的干涉，使系统运作更为平稳。更主要的是，它拓展了保温的作用，提升了料浆的提取率，得到了低卡伯值、高强度的料浆。因而，该工艺尤其适用ECF和TCF漂白工艺。另一个优化是槽区的更新改造。DDS罐选用里外罐嵌入构造，使储罐区紧密，降低占地总面积，操作更为便捷灵便。

五、主要的控制策略

配置专业的DCS/PLC自动控制系统，融合置换煮加工工艺的特性，选用DCS或是PLC硬件设计换置蒸煮实际操作，使DDS生产系统稳定运作。关键控制方法有：

5.1顺序程序

依据DDS蒸煮全过程的特性，对蒸煮的每一步程序开展编写，DCS一键分辨被测目标的状态参数并实行每一步的有关控制。例如运行和关掉电动机的开关，自动调节总流量、温度、压力等技术主要参数。选用顺序程序对策，实际操作便捷，防止了操作失误。

5.2加工工艺对策

依据蒸煮工艺基本原理，管理每个待调整工艺参数的方式，在程序流程中集中化设定和待调整工艺参数的方式控制主要参数。可以得出以下结论：数据信息还可以由授权的专业人员在工作中阶段中自行载入，而且是全自动控制系统运作。

5.3工艺主要参数全自动测算作用

根据公式计算管理流程和全自动测算作用，可以大大的便捷地完成使用和提升。例如木片水份、白液浓度值、锅l：冷白液量、温黑液槽C、冷白液量、热黑液槽MC热白液总产量、初白液和终了白液、H因子全自动测算、终点站分辨等。

5.4操作各储罐区和蒸煮锅的压力。

在不一样的蒸煮阶段中，对锅内压力的标准是不一样的。IC级压力450kPaMC，MC级750 kPa，FC级750 kPa。在对应的阶段，煮锅的压力额定值会依据控制参数全自动转变，根据小放气的自动调节来平稳压力。

在不相同的换置阶段中，锅中的气体压力是不相同的。在上循环管上的压力通常是调节的，而在下循环管上的压力则是由调节阀根据压差设定调节的。通常压力差控制在170kPa。但蒸煮泵和回收用泵之间的进出口压力差可在IC和MC阶段调节。

5.5蒸煮温度串级控制。

在保温FC阶段运行循环泵，自动调节上下循环系统总流量，确保蒸煮锅上中下温度一致。与此同时，假如锅内均值温度小于设定值，开启蒸汽阀，达到设定值后关掉。根据操作加温循环系统液体上中下升温。

5.6蒸煮时间和H因子的操作

根据喂料速率来控制LC阶段时间，而且黑液液浸速率低于装锅速率，且在装锅40-50吨时，冷黑液填充后，一般必须循环系统二次加料，直到满锅。

IC阶段长短由温黑液的量、入料速率（流动速度）和置换时间（流回管内黑液的温度）决定。MC热充阶段时间长短由热装黑液中热白液的量、入液速率（总流量）和换置时间（流回管内黑液的温度）决定的。

5.7热冷白罐液位仪全自动均衡

为了更好地得到平稳的白液供应，务必保证白液液位均衡。选用全自动控制系统，将热冷白液的液位仪设置在预期的液位，并自动启动相对应的泵进行补液。白液的液位仪根据液位控制阀来自动控制系统。当液位仪达到设定值，系统连锁自动停止补液。在蒸煮循环系统中，全部阀门在顺控程序的监管下全自动实行操纵每锅任务，以避免操作失误和安全事故。蒸煮压力连锁更关键。当程序从IC阶段到DC阶段有压力时，底部黑液阀将全自动关掉，并给予硬软互锁以保证闸阀打不开。直接接入到蒸煮锅的管路上的阀门有装锅阀、放锅阀、排气阀、锅底黑液阀、装锅蒸汽阀、小放气阀、压力调节阀、上下循环阀、破真空阀【4】。

六、DDS蒸煮系统的发展趋势

现阶段，CPL公司已经由DSS基础进行发展，推出了环保的节能蒸煮系统DDS（维美德公司从超级间蒸升级为汽蒸工艺），DSS为了能够节省蒸汽量而制定的系统无法彻底回收蒸煮后的黑液。因此，会导致热量和药剂的损失浪费。

DSS和DDS都是采用面积较小的槽罐，而DDS像置换蒸煮系统同样能够进行热量回收（相当于纸浆得到一次初级洗涤），DSS中黑液无法像DDS系统一样多次重复使用。依据CPl、维美德公司的数据信息，常规间歇性蒸煮一吨浆耗费2.5 t蒸汽（DSS），而采用DDS蒸煮技术的话，一吨浆蒸汽耗量1t、0.7t。如果蒸煮置换同一台真空洗浆机洗涤，从E、T到D、或是维美德的更新蒸煮工艺，系统机器设备数量慢慢增加，项目投资慢慢提升，系统运作成本费逐步减少。这种系统满足未来发展的需求，符合时代的发展。

七、结语：

DDS置换间歇蒸煮系统是间歇蒸煮技术性的近期成效。与传统的间歇蒸煮系统对比，它有很多优势，在某种意义上，它与连续蒸煮十分类似。根据不一样蒸煮环节的提升，可以得到优质的纸浆。如DDS系统置换清洗效果非常的好，纸浆卡伯值低，原料适应性强、物理强度好，效率高，降低了蒸气和药品的耗费，保护环境。此外，目前的间歇蒸煮系统非常容易更新，从而形成DDS替代间歇蒸煮系统，也非常容易改善。可以在原材料和商品中间迅速转换，卡伯值起伏较小，便于扩张新系统的生产量。DDS置换蒸煮系统的缺陷是机器设备投入大。总体来说，置换间歇蒸煮系统也是造纸技术快速发展的一个主要方向【5】。

参考文献：

[1]黄干强.RDH蒸煮原理与技术[J].广东造纸,2000(5):28.

[2]丁仕火,张铭锋,等. DDSTM置换蒸煮系统RDH间歇蒸煮技术新进展[J].中国造纸,2005,24(6):62.

[3 ]Herbert Sixta. Handbook of Pulp [S]. WILEY-VCH Verlag Gmbh&Co.KGaA ,2006:109.

[4]周鲲鹏．湖南骏泰浆纸公司40万t/a化学木浆生产线新工艺、新设备及清洁生产[J]．中国造纸，2010，29( 3):41.

[5]唐先陆，覃程荣，丁永奎，等.桉木和竹子混合硫酸盐法 DDS蒸煮工艺的研究[J].中国造纸，2008 ,27(7): 11.