DDS置换蒸煮技术改造及生产运行控制-电热高压蒸煮锅

 

 编辑：弗艾博纤维技术研究中心

 

  摘要：本文浅谈漂白化学木浆厂引进和消化吸收目前世界上最先进的间歇式置换蒸煮(DDS)技术，把传统间歇蒸煮系统改造为DDS置换蒸煮系统的实践经验，以及生产运行中出现的黑液平衡问题及所采取的有效措施，实现了在无臭气污染的环境下以低汽耗生产高质量纸浆的目标。
  关键词：漂白化学木浆；DDS置换蒸煮系统；技术改造；运行控制
中图分类号：TS733 ．2 文献标识码：B 文章编号：1671—4571(2009 J05-0067-05
作者简介：罗建，女，工程师，主要从事制浆造纸新产品开发、新技术、新工艺研发应用等方面的工作。
1 前言
  漂白化学木浆的生产是一个需消耗大量纤维原料、化学药品和能源动力的过程，又是造成环境污染的重要污染源。改进制浆工艺方法可有效抑制污染、节约原料和能源消耗，提高和稳定产品质量。DDS置换蒸煮技术是在低能耗RDH(快速置换加热)间歇蒸煮技术基础上研发出来的新技术。广西贺达纸业有限责任公司通过引进和消化吸收先进的间歇式置换蒸煮(DDS)技术，把原有常规间歇蒸煮系统改造成DDS置换蒸煮系统，彻底消除蒸煮臭气污染、降低蒸汽消耗、减少污水排放负荷，改善产品质量，节能与环保效果显著。

2 原有生产系统的工艺装备
  贺达纸业公司拥有年产7万t木浆、竹木混合浆的制浆生产线，蒸煮系统为5台135m3的立式蒸煮锅，原采用常规间歇蒸煮工艺，即木片送入蒸煮锅后，一次性加入蒸煮药液，然后经循环泵把蒸煮液不断从蒸煮锅中部抽出，经加热后再从顶部和底部送入蒸煮锅，对木片进行蒸解成浆，最后以全压(或减压)方式释放浆料到喷放锅。洗选漂系统是引进瑞典Sunds公司的技术与设备，采用较先进的密闭筛选系统(三段压力筛选)、逆流洗涤(置换压榨洗浆)技术以提高黑液提取率，采用氧脱木素技术达到深度脱除木素目的，提取的废液送到碱回收系统。漂白工艺采用D/C-EOP-D短程三段漂技术，在氯化段以二氧化氯代替50％氯气，以有效降低废水中有机氯化物等污染负荷。碱回收系统包括芬兰奥斯龙公司提供的六效降膜板式蒸发器一套(有效传热面积4445m2，蒸发水能力80t/h)，武汉锅炉厂提供的黑液燃烧低臭锅炉台(日处理黑液干固形物360t)，以及压力过滤苛化系统等装备。

3 DDS置换蒸煮技术的引进与系统改造
3.1 DDS置换蒸煮技术的引进
常规间歇蒸煮工艺最突出的问题是，蒸煮完成后浆料是带压喷放，喷放过程闪蒸大量二次蒸汽(废气)，对环境空气造成较大污染；同时，这些二次蒸汽需要用大量的清水来进行喷淋冷却，从而产生的污热水又加大了废水排放负荷；浆料释放过程的热量没能得到有效的回收利用，单位蒸汽消耗高达2t/adt。在重视环保、能源紧缺的今天，改进落后工艺势在必行。

 

 电热高压蒸煮锅

 

用途（Application）

   电热蒸煮锅（蒸煮器）是模拟生产中蒸球的工作原理设计而成，锅体做圆周运动，让浆料作充分混合，适用于造纸实验室酸法或碱法烝煮各种纤维原料，根据不同的工艺要求可以得到预想的植物浆料，从而为生产过程制定蒸煮工艺提供依据。同时也可用于其它材料的蒸煮，特别是在生物医疗，食品加工等领域应用最为广泛。此外该蒸煮器还可用于为实验室其他设备提供热蒸汽。

              

 

     DDS置换蒸煮系统的工艺流程(如图1)包括液浸装料(LC)、初级蒸煮(IC)、中级蒸煮(MC)、升温/保温(FC)、置换回收(RC)、泵放(DC)等工艺步骤。快速置换加热(RDH)蒸煮技术是由美国Beloit公司在80年代发展的一种先进蒸煮技术，其目的是在低汽耗的条件下生产低硬度的纸浆。DDS置换蒸煮技术是美国CPL公司从低能耗RDH间歇蒸煮技术的基础上升级而来，故它秉承了RDH 的优点，如不需要喷放的热回收系统；减少了粗渣率；减少了漂白工序的药耗；蒸煮置换过程就相当于一段洗浆效果；可以得到低卡伯值、高强度的纸浆外，还对它不足的地方进行改进。采用了先进的数码控制技术，能更好地解决偏流、槽区液位的预测、放锅过程堵塞预测等技术问题，创造了更稳定温度和槽区残余化学品充分应用，更高的自动控制操作，减少了操作员人为控制，确保了卡伯值的波动更小，浆料更均匀一致。

  经过调研论证，DDS蒸煮技术先进可靠，自动化控制水平高，符合节能节水、降低物耗和清洁生产要求。我公司决定引进先进的间歇式置换蒸煮(DDS)技术，实施常规间歇蒸煮系统改为DDS置换蒸煮系统的技术改造。

 

3.2 DDS置换蒸煮系统的改造

3.2.1 DDS置换蒸煮系统需要新增的设备

     DDS置换蒸煮系统主要包括槽区、蒸煮锅、泵、现场仪表及控制系统。如表1对比可见，DDS与常规间歇蒸煮系统相比，需要一个强大的槽区：用于储存和向蒸煮锅提供不同温度和浓度的蒸煮液，贮存用过的热黑液并在下一锅中回用，在传统蒸煮中所损失的能量，现在贮存在DDS的槽区，仍保存在系统中。

          

 

3.2.2 DDS置换蒸煮系统的设备改造

 

  在传统间歇蒸煮系统基础上改造为DDS置换蒸煮系统，原有的厂房、蒸煮锅、喷放锅、部分槽罐、泵、管道以及送料系统等硬件设施都可继续使用，只需增加槽区、换热器、置换泵等一批设备，改造蒸煮锅内部结构及循环系统，改造DCS自控系统和MCC电气控制系统。水、电、汽、气等公用工程都利用原有设施，不需要另外增加。

(1)木片装锅系统：木片皮带输送系统保持不变，但需改造装锅料斗，蒸煮锅盖改成锅盖阀。

(2)蒸煮锅及其循环系统：为了温液和热液进出蒸煮锅进行置换，需要适当改造原有蒸煮锅的上循环蓖子和锥部管口及其他管口(原有5台蒸煮锅仅改造其中4台即可超过原有产能)。原有的循环加热系统由间接加热改为直接加热。

(3)喷放锅：原有的喷放管拆除，所有蒸煮锅公用一条放锅管线，在原有的喷放锅另外开一个进浆管口，除此之外，不需对喷放锅进行任何改造。

  项目施工时，先将新增设备及管线制作安装就位，然后选择合适的时间进行蒸煮锅及相应的附属设备进行改造，逐台锅进行新旧系统之间的接驳，每个蒸煮锅的改造均不影响其它锅的生产。项目于2006年l2月动工，2007年5月开始进行现场安装，2008年3月完成第1台蒸煮锅的改造，投入试生产，6月份完成所有4台蒸煮锅的DDS改造，正式投产。

4 改造后DDS置换蒸煮系统运行状况
4.1 DDS置换蒸煮系统的生产工艺
  表2对比显示，DDS蒸煮周期比常规间蒸多了温黑液充装、热黑液充装、置换(回收热黑液)三个操作，白液分多次充装。传统间蒸的大小放汽在DDS系统中已不需要，高压喷放也改为常压泵放，消除了蒸煮废气排放。总有效碱用量降低，蒸煮周期缩短，最高温度降低，DDS蒸煮工艺更温和有效。DDS整个周期操作均由计算机控制完成，开始蒸煮前，操作员把木片和白液的参数及每个操作的设定目标值输人到控制系统中，这些目标值决定加碱量、H因子、时间、温度、流量、压力等等，由计算机完成计算并控制。试生产经历了调试阶段的波动，完成调试后系统运行逐步稳定，产量和质量达到预期。

4.2 DDS置换蒸煮系统运行效果(见表3)
(1)彻底消除蒸煮臭气污染、减少废水排放，环保效益突出。DDS全封闭的余热和废汽回收系统，基本没有废汽外排；取消了清水喷射冷凝热回收系统，每天比原系统少耗2000t清水，相当于年节省用水66万t和减少66万t废水的排放。
(2)单位汽耗由2.0t/adt降低至1.0t/adt以下，节约蒸煮汽耗50％ 以上，相当于年节约标准煤1万t以上。
(3)蒸煮周期缩短lOOmin左右，装锅量提高5％ ，单锅日产量提高50％ 以上，蒸煮工段产能可提高到10万t/年，全厂年增产1万t浆。
(4)粗浆质量得到改善，在保持纸浆黏度的前提下，较大幅度降低了纸浆硬度，卡伯值由原来的18-24降至l4-18，质量波动范围变小，平均降低5左右。
(5)DDS置换蒸煮无需添加蒽醌等蒸煮助剂来提高纸浆的性能，吨浆木材消耗量也有所减少，节约了生产成本。

5 DDS系统投产后对生产线的影响
5.1 DDS蒸煮系统投产后生产平衡问题及采取的控制措施
DDS蒸煮系统投产后，生产线受到的主要影响来自黑液回收系统。原因主要是DDS蒸煮把原压力放锅带走的闪蒸蒸汽全部回收到系统中，吨浆送蒸发黑液量比原来增多1m左右，而碱回收蒸发站设计蒸发水量只有80t/h，已是满负荷运行；对于陡增的回收黑液量，蒸发能力跟不上，白液也一度跟不上蒸煮，造成迫停浆系统。
为解决以上问题，保证生产正常运行，我们实施了以下几个有效措施(见表4)。

(1)将蒸煮0#锅换热器(闲置)改用到黑液系统，用来加热送蒸发稀黑液，保证送蒸发黑液温度不低于85℃：
(2)将浓黑液浓度标准降低，蒸发产浓黑液比原来降低1—2波美；
(3)适当降低白液硫化度，减少碱回收炉芒硝加入量，减少吸热反应，以保证浓黑液浓度降低后碱炉能正常燃烧；
(4)洗选工段在保证洗净度前提下适当降低稀释因子，减少洗涤用水量，保证制浆送蒸发稀黑液浓度不低于12.5。Be ，减轻蒸发站压力。
实施以上措施以来，保持了黑液槽位平衡，生产系统没出现被黑液迫停现象，蒸发稀黑液槽位也维持在60％左右的理想状态，生产正常运行，产量和质量得到提升。
5.2 洗选漂工段运行状况(见表5)
(1)DDS置换蒸煮系统置换过程相当于一段洗涤的效果，保持相同的洗浆残碱时(冼净度要求为<5kg Na2O/admt)，洗浆的稀释因子可以降低，减少洗涤用水量。
(2)DDS置换蒸煮系统可以得到较低卡伯值的纸浆，改造后，漂白工段化学药品用量均有不同程度减少，这也意味着漂白废水的负荷将降低，污水处理的费用下降。
(3)改造后，漂白浆质量稳定性提高，桉木浆白度基本稳定在88.0％ISO以上，尘埃度有所降低，浆的黏度也稳定达标。

5.3 碱回收系统运行状况
  DDS蒸煮系统改造后，因为冷喷放而增加的部分水量，给蒸发系统造成较大压力。通过洗浆机稀释因子降低，抵减部分增加的液量，再通过提高蒸煮送蒸发站的稀黑液温度和浓度等措施，蒸发站负荷减轻，黑液系统平衡稳定。碱回收系统运行良好，碱回收率达94％，碱自给率99.8％。

6 经验与探讨
  (1)从DDS置换蒸煮系统运行一年的情况看，DDS浆的黏度(粗浆与漂白浆)指标总体上略低于以前的常规间蒸浆。常规间蒸浆的卡伯值平均20左右，黏度值多在900-1000dm/kg，DDS浆卡伯值平均在15-16，黏度多在850-900 dm/kg；漂后浆：改造前的漂白浆黏度多在650-700dm/kg，目前的DDS浆多在650dm/kg左右。
(2)DDS浆黏度略低于常规间蒸浆，而物理性能仍然较好，纸浆的抗张指数、耐破指数及撕裂指数等指标基本与改造前保持同一水平或更好；而且DDS浆普遍耐打浆，改造前的成品白浆用PFI磨打到45。SR，打浆转数多在9500—11000，目前DDS浆普遍要打11500-13000r。
(3)DDS置换蒸煮系统产能提高，成浆质量稳定。在改造完成后的2008年下半年，我公司浆板产量比计划超产2000多t；产品合格率99.89％，一等品率93.62％，均比2007年有所提高，尤其一等品率，比2007年提高将近五个百分点，桉木浆一等品率达98％。
(4)以我们公司的漂白工艺，经氧脱木素及D/C-EOP-D三段漂后，纸浆的黏度一般下降200-250dm/kg。要使漂后浆黏度达650dm/kg以上，粗浆黏度需控制在850dm/kg以上。就我们公司目前运行情况看，卡伯值低于15则难以达到较高黏度。参考文献资料[1]中的报告数据，国内某厂RDH浆卡伯值15.7(漂后浆黏度599dm /kg)，DDS浆卡伯值14.6(漂后浆黏度572dm/kg)。
(5)低温慢煮工艺有利于纸浆黏度的提高。DDS蒸煮周期一般为180-220min，目前我公司蒸煮产能富余，我们正实施降低蒸煮最高温度而适当延长升温时间，DDS蒸煮周期控制在240min，以期得到更低卡伯值、高强度的纸浆。
7 结束语
  传统间歇蒸煮系统改造为DDS置换蒸煮系统，从根本上解决了传统蒸煮系统能耗高、排污负荷大、纸浆质量波动等突出问题，节能降耗效果显著，环保意义更大。贺达公司是国内最早应用DDS置换蒸煮技术改造传统间歇蒸煮系统的制浆厂之一，项目技改的成功为其它同类型企业提供了有益的借鉴。

参考文献
[1] 丁仕火，张铭锋，王武雄等．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

Technical Rebuild and Operation Control of Displacement Digester System
Luo Jian  Liu Shangui
(Guangxi Heda Paper Co．Ltd．，Hezhou 542800，Guangxi，China)
Abstract：This paper introduces the practice and experience of a chemical wood pulp mill in importing and digesting an advanced batch displacement digester system(DDS)technique，rebuilding its traditional batch cooking system to DDS，describes the problem of black liquor balance existed in production and the related effective measures adopted．After technical rebuilding，the targets of low steam consumption，high pulp quality，at the environment of non odour pollution have been realized．
Key words：bleached chemical wood pulp；displacement digester system(DDS)；technical rebuild；Operation control

图1 DDS的工艺流程

 

表1 传统蒸煮系统与DDS置换蒸煮系统比较

 

 

 表2 传统蒸煮系统与DDS置换蒸煮系统工艺比较

 

                               

表3 技术前后桉木蒸煮质量及消耗数据对比

表4 DDS蒸煮系统改造前后蒸发工序运行情况对比

 

表5 DDS蒸煮系统改造前后洗选漂运行情况及消耗对比