DDS 間歇置換蒸煮的特色

 

 

時圣濤1 江慶生2 姜艷麗2

 

編輯：廣東弗艾博纖維技術研究有限公司

 

( 1. 化學品與制漿有限公司，黑龍江齊齊哈爾，161006; 2. 黑龍江造紙廠，黑龍江富?？h，161021)

 

摘要: 介紹了3種蒸煮系統( DDS 間歇置換蒸煮、低固形物連續蒸煮和二代緊湊式連續蒸煮)的特點。重點介紹了 DDS 蒸煮具有原料適應性強、蒸煮工藝靈活、維護簡便的特色。

關鍵詞: DDS 間歇置換蒸煮; 緊湊式連續蒸煮; 低固形物連續蒸煮; 蒸煮特色

 

中圖分類號: TS74      文獻標識碼: B      文章編號: 0254-508X( 2011) 09-0044-06

 

硫酸鹽蒸煮技術在間歇蒸煮和連續蒸煮的競爭中不斷進步。20世紀80年代，間歇蒸煮和連續蒸煮技術的重大突破是低能耗蒸煮和深度脫木素蒸煮技術的廣泛應用。改良后的蒸煮技術，蒸汽消耗為傳統蒸煮的 1 /3 左右，特別是 DDS 間歇置換蒸煮是 RDH 蒸煮的升級，蒸汽消耗更低，卡伯值比傳統蒸煮降低，污染負荷相應地更小，完全適應國家倡導的綠色、環保、低碳的生產理念。

 

1 DDS 蒸煮系統的性能

化學品與制漿有限公司 ( Chemical and Pulping Ltd. ，簡稱 CPL) 的 DDS 間歇置換蒸煮是間歇置換蒸煮的典型代表。

 圖 1 為 DDS 蒸煮工藝流程，通過精確的計算和實踐應用，DDS 提供效果最佳的槽區設計系數，是能最大程度地回收熱能和化學藥品的蒸煮工藝。若槽區設計系數太小，就不能達到充分節能和產品質量均一穩定的效果，反之，槽區設計系數太大會造成投資浪費。這正是 DDS 蒸煮與其他間歇蒸煮系統相比較最有特色之處。DDS 蒸煮方式能夠適應我國的原料特點( 原料品種多而雜，合格率低) ，從而短時間內贏得了中國的市場。

 

1. 1 DDS 蒸煮工藝

液體裝鍋 ( LC) : 這是 DDS 蒸煮周期的開始。采用 95℃冷黑液和冷白液裝鍋，目的是提高木片分散性和裝鍋量，同時中和木片表面的酸性分泌物。在LC 階段，與蒸汽裝鍋不同，不用新鮮蒸汽，就能使蒸煮鍋內木片溫度達到 80℃ 以上。LC 結束，為蒸煮

鍋進入帶壓狀態做準備。

初級蒸煮 ( IC) : 用 135℃溫黑液與冷白液充裝，LC 過程中加入的冷液被置換出來。隨著 135℃ 溫黑液的充裝，蒸煮鍋的壓力和溫度上升。CPL 公司通過 長期的蒸煮實踐發現，在 DDS 蒸煮工藝中，130℃ 的 低溫蒸煮段存在松動木素大分子鏈接，并可以大量脫除木素的特點，DDS 蒸煮有針對性地設置了 135℃ 的溫黑液外槽，利用外槽的溫黑液置換蒸煮鍋內的冷黑液，實現了低溫大量脫木素的目標。

 

中級蒸煮 ( MC) : 用 170℃ 熱黑液和熱白液充裝，把初級蒸煮的溫黑液置換出來。隨著溫度提高，脫木素繼續。

最后蒸煮(升溫/保溫)( FC):在升溫期間，用蒸汽升溫到蒸煮最高溫度并在此溫度保持適當的時間。在 FC 期間，繼續循環蒸煮鍋內藥液，用 H 因子來決定 FC 時間。因為 FC 階段用堿量只有傳統蒸煮總用堿量的 1 /3，所以高溫低堿濃度，制漿得率高，強度更好。利用上循環對蒸煮頂部的回收濾板進行反沖洗作用，保證了整個系統正常運行。

熱能回收 ( RC) : 用洗漿的濾液將蒸煮鍋的熱黑液置換出來。熱黑液和溫黑液，按溫度不同貯存在槽區內，并在下一個蒸煮操作中重復使用，蒸煮鍋被冷卻到低于常壓的閃蒸溫度。RC 的洗滌作用相當于一段洗漿機。RC 結束后，蒸煮鍋內漿料不再發生脫木素和其他反應，相當于貯漿塔。

漿料泵放 ( DC) :這是蒸煮操作的結束階段，放鍋采用 DDS 蒸煮設計的漿泵放鍋，成功地解決了其他置換蒸煮放鍋不凈的難題。蒸煮鍋漿料冷到98℃，有效地避免了傳統蒸煮產生的噴放臭氣。

 

1. 2 DDS 蒸煮熱能利用效率更高^［1］ DDS 蒸煮系統通過泵將藥液送入蒸煮鍋的木片層。使木片具有初始溫度，泵送藥液通過蒸煮鍋與木片進行熱交換，直到溫度達到或接近蒸煮溫度為止。

泵送藥液分為 IC 操作和 MC 操作兩個階段。如果需要，可以在蒸煮 MC 操作后另外加入蒸汽繼續升溫蒸煮，直到達到設定的目標 H 因子為止。DDS蒸煮工藝采用從蒸煮鍋的底部進液，頂部回收濾板出液的升流置換方式，實現熱能和化學品的交換。進鍋的藥液由于受到鍋內木片及液體自身的重力作用，它像液體活塞那樣，均勻平穩地向上置換，木片和藥液接觸的時間做到先進先出、后進后出的效果，蒸煮鍋的上、中、下各部得到的蒸煮工況是一致的。

 

1. 3 DDS 蒸煮漿強度更高，漿料更均一^［1］

盡管還沒有達到蒸煮的最終溫度，但是在 IC 和 MC 階段使用的藥液使木片有充分的熱能與化學品進行脫木素反應。這個過程可以在蒸煮進入保溫階段之前脫除多于 50% 的木素。因此，在較高的溫度下采用更低的堿濃度進行最終脫木素蒸煮反應。高溫度、低堿濃度脫木素與傳統蒸煮相比，最重要的特點是減少了對纖維的破壞。這樣 DDS 蒸煮比傳統蒸煮在相同卡伯值時能夠得到強度更高的纖維，或者在相似的強度下可以蒸煮至更低的卡伯值。

DDS 蒸煮是 RDH 蒸煮的升級提高版。經過改進，創造了更穩定的溫度和充分回用槽區殘余化學品的條件;蒸煮鍋內的液體通道控制和更有效地放鍋，確保了卡伯值的波動更小，漿料更均勻一致;更高的自動控制操作，避免了操作員人為控制。更高級設計在于完善的管道結構、換熱器設計等，最重要的是應用了現代的工藝自動控制技術。

   

1. 4 DDS 蒸煮先進的工藝控制^［2］

利用 DCS 控制軟件的批量控制、高級算法等功能和蒸煮鍋內部特殊設計，做到全方位的防偏流技術。使蒸煮鍋中的每片木片，接觸到的蒸煮藥液濃度、溫度、時間都盡可能一樣，鍋的每個部位蒸煮得率和漿料卡伯值是均衡一致的。

 

1. 4. 1 放鍋控制^［1］

由于放鍋前的熱回收過程中蒸煮液的熱能進入槽區，使得放鍋時沒有壓力，因此蒸煮鍋內的漿料不像傳統蒸煮一樣“噴放”或快速排出，DDS 蒸煮采用放鍋泵抽漿的方式放鍋。隨著放鍋的進行，蒸煮鍋內的液位下降，漿料濃度波動和漿料絮聚成團的趨勢更加頻繁，導致放鍋泵的抽漿工況不停的波動。DDS采用“模糊邏輯控制”( FLC) 技術可以順利完成放鍋。

 

1. 4. 2 槽區管理^［1］

槽區的作用是貯存化學品和提供下一個蒸煮循環所需熱能，保持蒸煮生產的連續性。DDS 蒸煮系統采用 “模型預測控制” ( MPC) 技術來預測槽區液位，調整泵流量與槽容積關系的同時對蒸煮鍋自動排序。DDS 槽區內不同溫度梯度的黑液安全貯存與使用。液體的頻繁進出與不同溫度的液體的隔離是保證統正常運行的基礎。DDS 獨有的槽區管理模式，保證了蒸煮工藝的實現。

 

1. 4. 3 置換通道^［1］

藥液在蒸煮鍋剖面運動必須保持 “液體活塞”的性能，不同流態下盡可能保持最小的干擾。DDS蒸煮系統采用“多變量控制”( MVC) 保證藥液在蒸煮鍋剖面上做液體活塞運動。

 

1. 5 DDS 蒸煮管道技術^［1］ 1. 5. 1 新型的蒸煮鍋放鍋總管

DDS 蒸煮系統采用新型放鍋總管結構設計，保證了放鍋泵抽漿壓力波動最小。

 

1. 5. 2 獨特的蒸煮鍋管道連接使溫度波動最小

DDS 蒸煮系統采用各種樣式的管道連接方式，保證了藥液隔離，不互相竄液，從而使槽區帶壓容器的溫度波動最小。

由于 DDS 蒸煮與其他間歇蒸煮相比較具有上述特色，使其成為當今市場上間歇置換蒸煮的代名詞。 表 1 提供了 DDS 蒸煮商品桉木片的典型工藝條件。

 

2 連續蒸煮工藝特點

2. 1 連續蒸煮工藝

安德里茨 ( Andritz，原奧 斯 龍 Ahlstrom)公司1993 年在 MCC 和 EMCC 的基礎上開發出低固形物( Lo-Solid) 連續蒸煮技術，工藝流程見圖 2 ( a) 。在多處抽取黑液的同時，在黑液抽取處下方的蒸煮液循環回路中加進白液和洗滌液，保持恒定的液比和蒸煮稀釋作用，降低各蒸煮區內固形物的濃度。繼承等溫蒸煮的高溫、時間短的蒸煮特色?？傉糁髸r間為210 ～ 220 min。無預浸塔，在蒸煮塔內進行預浸。單塔蒸煮和汽蒸倉、螺旋、木片泵喂料等設備投資略低，木片泵等設備維護費用低^［3］。

 

 

美卓( Metso，原 克 瓦 納 Kvaerner 制 漿)公司1997年在等溫蒸煮和黑液浸漬基礎上推出了緊湊式連續蒸煮( Compact Cooking)技術，工藝流程見圖 2( b) 。原理是在大量脫木素階段，通過提高氫氧根離子 ( OH － )和硫氫根離子( HS － )濃度，來提高硫酸鹽蒸煮的選擇性，并提高該階段的木素脫除率，從而減少慢速反應階段的殘余木素量。因此，蒸煮溫度可以比等溫蒸煮進一步降低，針葉木蒸煮能降低到150℃左右，桉木能到140℃ 左右，相應地蒸煮用汽量也可減少。總蒸煮時間為 240 ～ 250 min。增加塔內濾板面積和后期蒸煮液循環量，塔內料柱橫向溫度和堿液濃度分布均勻;蒸煮粗漿得率更高，成漿均勻性好，漿渣量更少。浸漬塔和蒸煮器出料裝置、高壓喂料器均采用液壓傳動，生產控制靈活，設備運行可靠性較好。

在近幾年中，兩公司的設備和工藝都進行了很多改進，系統更加緊湊，功能更加強化^［3］。

2. 2 低固形物連續蒸煮與緊湊式連續蒸煮的共同優勢由于激烈的商業競爭，設備制造商都不遺余力地研究改進全自動的技術。因此，使得低固形物連續蒸煮和緊湊式連續蒸煮在性能、造價、消耗各個方面都越來越接近，往往不分伯仲，其共同特點如下:

( 1)連續蒸煮操作是連續的，用汽量和電負荷相對穩定，容易控制。

( 2)連續蒸煮結構緊湊，占地省，尤其是低固形物單體液相蒸煮系統占地更少。

( 3)產能 30 萬 t 以上的項目，運行更經濟。

( 4)連續蒸煮最高溫度低，在 140 ～ 150℃。

 

3 DDS 間歇置換蒸煮與連續蒸煮的共同優點。

DDS 間歇置換蒸煮與連續蒸煮具有以下共同優點:

( 1) 自動化控制程度高，操作人員少。

( 2) 滿足深度脫木素的要求，適合 ECF 和 TCF漂白。

( 3) 所有的能源都有熱能回收和置換系統，蒸煮耗汽很低。

( 4) 蒸煮器單位體積的生產能力大大提高。

表 2 為商品桉木片不同蒸煮方式的產能比較。

 

4 DDS 間歇置換蒸煮優勢

4. 1 更容易增加產能

產能在 20 萬 t 以下的項目，采用 DDS 蒸煮投資低，進一步增加產能更容易。例如: DDS 蒸煮系統一套槽區，可以支持10臺蒸煮鍋。一期先做好槽區、安裝 5 臺蒸煮鍋，二期利用現有槽區只需要增加 5 臺蒸煮鍋及相應的泵就可以使產能加倍，分期投資與一次性新建系統比較，投資節約 30% ～ 50% 。

相同產能時連續蒸煮設備投資高的原因有兩個:一是連續蒸煮的關鍵設備全套進口，而 DDS 蒸煮設備國內采購，造價相對低很多。另一個原因是 DDS 蒸煮鍋和壓力容器的材質是壓力容器碳鋼( 16MnR) ，造價低于連續蒸煮的雙相不銹鋼 ( EN1. 4462) 。

 

 4. 2 DDS 蒸煮生產的可靠性高

4. 2. 1 DDS 蒸煮生產的產能相對穩定

連續蒸煮是一條統一的生產線，當有一個環節有問題，整個生產線就會停下來，影響全部產能。DDS蒸煮是并列的蒸煮鍋組成的生產線，有一個鍋出問題，只影響系統部分產能。

4. 2. 2 DDS 蒸煮裝鍋簡單

DDS 蒸煮只用皮帶裝鍋和料位開關即可完成裝鍋操作; 不需要配套精確度高的木片計量系統。原因是 DDS 蒸煮鍋容積確定后，片料的散堆絕干密度也是固定的。因此片料的絕干裝鍋量是固定的。只用投資低廉的料位開關控制裝鍋即可。

4. 2. 3 不存在回收篩板的阻塞問題

DDS 蒸煮完成每一個階段的操作后，都會啟動循環泵。有兩個作用，一個是改變置換蒸煮的液體通道，均勻蒸煮鍋內各點的溫度;另一個作用是反沖回收篩板，反向清除堵塞在回收篩板內的 “針片”。

連續蒸煮存在鍋內木片架空(搭橋)的可能性，造成蒸煮漿料中混有大量未蒸解的物質^［6］。產生架空的原因是在蒸煮區域內部分成漿的木片被吸附在循環篩板上。有時浸漬區木片過早膨脹也會造成架橋。鍋內木片架橋形成的塌陷，大量木片以比正?？斓枚嗟乃俣韧ㄟ^蒸煮區，導致蒸煮好的漿料中混有大量未蒸解物質。

DDS 蒸煮的置換屬于升流置換，不存在循環篩板堵塞的風險。

連續蒸煮的蒸煮區的循環篩板存在堵塞的風險;木片中不可避免地帶入鋸屑和樹皮，當這些成分集中出現時，經常會造成循環篩板的縫孔堵塞，尤其是蒸煮區。過度強化循環也是造成循環篩板堵塞的原因。當循環管路中藥液量變小時，說明循環篩板發生堵塞，如果用藥液反向沖洗無法消除堵塞，蒸煮鍋就得停機，對循環篩板進行機械清洗或酸洗^［7］。

4. 2. 4 DDS 蒸煮是環保友好的蒸煮方式

DDS 蒸煮的硫化度低，對設備腐蝕小，臭氣量少。連續蒸煮的硫化度為 25% ～30% ，而 DDS 蒸煮 的硫化度為 18% 。

 

4. 3 DDS 蒸煮運行比較靈活

4. 3. 1 DDS 蒸煮可改變原料和漿種

DDS 蒸煮可輪流和同時用不同的蒸煮鍋蒸煮針葉木，闊葉木和竹子。每一鍋都有獨立的配方表，不受其他鍋的影響。

4. 3. 2 DDS 蒸煮開停機容易

DDS 蒸煮開機操作簡單，先在槽區裝水，把槽區內的水加熱到工藝溫度，然后在蒸煮鍋內加入木片蒸煮。

連續蒸煮裝置的開停操作應該嚴格按照專項細則程序進行。一般操作，先裝入約 1 /2 的木片和藥液，利用強制循環系統進行間歇蒸煮，然后啟動進料和排料裝置，并轉入連續工作，而且在一段時間內木片輸送量要大于放漿量，直到鍋內達到正常料位。此后，要按既定的連續蒸煮規定程序運行^［8］。

4. 3. 3 DDS 蒸煮對木片質量的適應性強

DDS 蒸煮之所以在我國發展得非?？?，關鍵是適應國內的原料質量差、波動頻繁、合格率低的情況。

連續蒸煮對木片質量要求很高:木片中木屑含量應不大于3% ，樹皮含量不大于2% ，腐朽材含量不大于1%，合格木片( 長 15 ～ 25 mm) 所占比例不小于 85% 。而小木片和長 5 ～ 6 mm 的 “火柴桿”占的比例盡量少些。小木片、“火柴桿”和木屑會堵塞高壓進料器前溜槽中的篩網以及鍋內循環篩網，而木屑有時會穿過黑液提取區和熱洗滌區的篩網。連續蒸煮要求木片水分及材種的組成不應該有大的變化。當原料的性質波動時，連續蒸煮的蒸煮塔內堿分布的變化難以控制^［9］。

4.3.4 DDS 蒸煮系統更能適應國內的原料供應現狀

國內的原材料供應現狀和特點是: 沒有一個穩定的、足夠大的原料供應基地，很多工廠依賴國外進口和國內就近收購相結合的方法。這種情況原料質量很難穩定。DDS 蒸煮系統可以采用原料分類蒸煮，不同種類的原料放在不同的蒸煮鍋內，使用不同蒸煮工藝同時進行蒸煮，發揮各種原料的優勢。因此 DDS 蒸煮系統更能適應國內的原料現狀。

4. 3.5 DDS 蒸煮系統能很方便地轉產溶解漿

CPL 公司在現有 DDS 蒸煮的基礎上成功開發出了 DDS-Alpha 蒸煮工藝用于生產溶解漿。如果設計時考慮到生產溶解漿，要求蒸煮鍋和溫黑液槽為復合316 L 的不銹鋼板。用戶可以很方便地將 DDS 蒸煮系統切換成 DDS-Alpha 蒸煮系統用于生產溶解漿。表 3 為 DDS 蒸煮與 DDS-Alpha 溶解漿蒸煮歷程的比較。

 

4.4 DDS 蒸煮維護工作量少

DDS 蒸煮系統的設備主要是壓力容器 ( 如蒸煮鍋、溫黑液槽、熱黑液槽、熱白液槽) 、泵、換熱器和閥門儀表，維護非常簡單，故障率極低。

 

5 DDS 蒸煮的不利因素

5. 1 DDS 蒸煮系統更適用于 30 萬 t 以下的項目超過 30 萬 t 的項目，DDS 蒸煮單臺蒸煮鍋容積要求很大或者蒸煮鍋數量很多，造成基建投資大，維護量增加，占地面積也比較大，不如連續蒸煮經濟。 5. 2 DDS 蒸煮最高溫度還有很大的下降空間DDS 蒸煮的最高溫度，針葉木一般保持在 168 ～ 172℃，而闊葉木一般保持在160 ～ 165℃。而連續蒸煮的最高蒸煮溫度在 140 ～ 150℃。因此，今后 DDS蒸煮研發的方向是低溫度蒸煮。這樣 DDS 蒸煮的能耗還會有很大的下降空間。

 

6 結 語

一個漿廠的蒸煮工藝是整個工廠的核心，它對工廠的生存和競爭力是非常關鍵的，而評價一個工藝的好與壞，不能單方面從投資多少來考慮，更多的要考慮工藝技術的先進性和可操作性。另外，更要考慮到原料的種類和供應鏈。DDS 間歇置換蒸煮的特色是其成功發展的主要原因。

 

考 文 獻

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