MACS系统在超级置换蒸煮全流程中的应用

李宜山 梅俊杰 张喜迎

(福州捷诺自动化控制有限公司,捷诺称重技术有限公司 353000)

MACS系统在超级置换蒸煮全流程中的应用

李宜山 梅俊杰 张喜迎

(福州捷诺自动化控制有限公司,捷诺称重技术有限公司 353000)

由于能耗和环境等问题，制浆造纸工业的发展已严重受阻。寻找节能环保型制浆技术是摆在我国浆纸工业面前的一个重要战略课题。置换蒸煮系统（Displacement Digester Systems）是20世纪80年代发展起来的一项高效节能的间歇式制浆技术，由于其显著的环境和经济效益，该技术已逐渐成为制浆蒸煮技术发展的主要方向。

该文在介绍置换蒸煮工艺机理的基础上，针对其蒸煮终点难以判断，提出了相应的检测和监控一系列的解决方案。

置换蒸煮 蒸煮终点 MACS

0 引 言

传统的间歇式蒸煮锅是在一个间歇的程序中进行操作。那就是，把反应剂放入到一个立锅中进行反应生产成纸浆，完成一个周期，这些操作以某些连续的基准下不断地重复生产间歇生产出纸浆。纸浆中纤维是伴随黑液一起从蒸煮锅中排出来，浆料含有残余的热量与未曾用完的化学药品，热能无收集进一步再利用，残碱通过碱回收设备回收。

在80年代，瑞典的Radar公司开始尝试在浆料喷放之前从蒸煮锅中收集黑液，并希望在下一个蒸煮周期中回用黑液里含有的残余热能，即在喷浆之前，用冷的液体来置换蒸煮锅中的热液，被置换出来的液体被贮存在一个由压力容器与常压容器所组成的槽区内，在那里液体被根据它们的温度装到不同的容器中。增加这些额外设施的最初目的是为了减少能耗。出乎意料的是，发现这种方法还有其它好处，就是循环的液体中含有残余的化学药品，这些化学品增加了蒸煮反应的选择性，允许在蒸煮锅内把原料中更多的木质素去除（蒸煮到较低的卡伯价）并增加纸浆纤维的强度，减少了在漂白工段木质素的去除量。本套系统国外简称Radar Displacement Heating，RDH技术被加拿大的GL&V公司收购后改良为DDS系统在中国推广使用，但DCS系统全部由国外公司实施。

超级置换蒸煮曲线图

经国家碱草委多年实验与研究，开发出适合中国国情的超级置换蒸煮系统，DCS系统由和利时采用MACS分散控制系统完成。

1 工艺控制过程

1.1 装料和温黑液预浸

1.1.1 原料＋黑液＋低温蒸汽＋助剂

1.1.2 使用低压蒸汽预压紧辅助装料，提高装锅量，同时原料中空气通过滤板排出。

1.1.3 冷黑液用泵送进蒸煮锅底部，于是把空气置换出来。装料完成后，冷黑液随即充满。此时关闭锅顶阀门，继续注入温黑液提升锅内压力。有时需补充白液保证pH值要求。同时开循环泵冲洗篦子。

1.2 热黑液置换、补充热白液

1.2.1 从锅底部泵送注入热黑液，被置换出的温黑液进入温黑液收集槽，约155 ℃。100 ℃以下送冷黑液槽， 100 ℃以上送温黑液槽。

1.2.2 需要补充的白液加热后与热黑液混合，一起泵送进蒸煮锅。

1.3 加热蒸煮

1.3.1 蒸汽直接加热循环管中的热黑液，一般温度提升10～15 ℃便达到最高蒸煮温度。因此节约了大量蒸汽。升温之工艺要求稳定。

1.3.2 对应温度和压力稳定保温、有效碱浓度（有在线有效碱浓度传感器）确定反应时间，控制H因子。

1.3.3 蒸煮时间完成后转入二次置换。

1.4 终止置换

1.4.1 当蒸煮反应达到预期的控制终点时，开启回收回流阀同时开启回收补液泵加压黑液，送进蒸煮锅置换出热黑液（蒸煮残液），控制反应时间，使纸浆反应适度。热黑液从顶部引出进入温、热黑液槽。100 ℃以上送热黑液槽、100 ℃以下送温黑液槽。当温度低于80 ℃开启初级回流阀，送入冷黑液槽。在锅内达到75 ℃时，冷黑液泵继续加压到0.6 MPa。

1.4.2 置换过程同时也完成浆一个洗涤过程。

1.5 出料（蒸煮结束）

1.5.1 开启稀释泵流量控制稀释黑液，开喷放阀、放锅泵。

1.5.2 经过冷黑液降温的纸浆（一般温度低于100 ℃）用纸浆泵抽出送进卸料塔或喷放锅。

2 循环控制过程

（1）装锅：木片经装锅器进入蒸煮器，并泵入(85℃)A罐温黑液。

（2）温黑液预浸：装锅完毕，从蒸煮锅底部泵入B罐(127 ℃)中的温黑液，对木片进行预热、浸透，黑液由顶部流入A罐。

（3）热黑液和蒸煮白液的加入：开启热黑液泵，使C1罐(150 ℃)的热黑液经锅底进入，温黑液从锅顶溢入B罐。至一定量后，开始加入一定量的白液(168 ℃)。再过一段时间，改为由锅底加入C2罐的热黑液(168 ℃)，从锅顶溢出的黑液进入C1罐，在总碱量达到要求时停止。

（4）升温蒸煮：药液加入完毕后，锅内的温度已接近蒸煮条件，开启药液循环泵，一直到蒸煮的最高温度。

（5）热黑液的置换：蒸煮完成后，开启药液置换泵，将洗涤段产生的温稀黑液从E罐(70℃)泵入锅内，把锅内的高温黑液先后置换到C2罐、C1罐和B罐内。

（6）冷喷放：在热黑液的置换过程中，蒸煮锅的压力消失，用放料泵把纸浆送到储浆塔。

（7）皂化物和松节油的回收：皂化物和松节油可分别从A、B罐的顶部引至回收系统。

3 置换蒸煮连锁控制

（1）装原料皮带电机、输送皮带电机、皮带秤皮带电机、提升输送皮带电机连锁控制。

（2）预浸螺旋电机、预浸螺旋后皮带电机控制。

（3）1＃～4#蒸煮锅口皮带电机控制。

（4）单锅装原料总量累计报警。

（5） 预浸螺旋高液位连锁、预浸螺旋低液位连锁控制。

（6）1＃～4#蒸煮锅锅盖开关限位。

（7）1＃～4#蒸煮锅挡板控制。

（8）洗涤液槽液位、阀门连锁。

（9）置换泵电机转速变频控制。

（10）置换泵出口压力连锁。

（11）洗涤槽回流阀门控制连锁。

（12）喷放槽出口泵电机控制。

（13）浓黑液储槽液位、进口阀门连锁。

（14）浓黑液泵电机控制。

（15）碱液储存罐液位显示。

（16）温黑液罐温度控制连锁。

（17）温黑液循环泵电机控制连锁。

（18）温黑液罐液位、进口阀门连锁。

（19） 1＃冷凝水泵、罐液位连锁。

（20） 温黑液泵电机、流量控制。

（21） 蒸煮液切换阀门1、2连锁控制。

（22） 温碱液循环泵电机、罐温度、液位控制连锁。

（23）一次碱液泵电机、一次碱液流量控制。

（24）预浸碱液泵电机、预浸碱液流量控制。

（25）二次碱液泵电机、二次碱液流量控制。

（26）热黑液罐1、2温度控制、热黑液泵循环电机、热黑液罐1液位连锁、热黑液罐2液位连锁、热黑液罐1进口阀门、热黑液罐2进口阀门。

（27）一次黑液泵电机、一次黑液流量控制。

（28）黑液泵电机。

（29）助剂泵电机。

（30）二次黑液泵电机、二次黑液泵流量控制。

（31）冷凝水碱度监控。

（32）排空风机电机。

（33）2＃冷凝水泵电机。

表1 DDS蒸煮系统改造前后洗选漂运行情况及消耗对比

（34）喷放泵电机。

（35）粗浆浓度控制、粗浆泵电机。

（36）按钮按下，产生系统总启动信号。

（37）按钮按下，产生1＃～4#蒸煮锅装原料开始信号。

（38）按钮按下，产生1＃～4#蒸煮锅装原料急停信号。

（39）按钮按下，产生1＃～4#蒸煮锅开始蒸煮信号。

（40）二级蒸煮液流量累计报警。

（41）转换液换热器出口温度控制、直通阀门。

（42）温碱液罐温度显示、连锁控制。

（43）热黑液罐1、罐2温度显示连锁。

（44）1#冷凝水槽液位连锁、2#冷凝水槽液位连锁。

（45）转换液换热器进口阀门。

（46）热黑液输送阀门。

（47）热黑液余热回收阀门。

（48）喷放锅液位连锁。

4 生产运行控制效果

4.1 蒸煮过程更加灵活

适用于各种原材料，可随时改变原料品种，可以混合蒸煮不同的原料，可以同时分别蒸煮不同原料到同一硬度或不同硬度后再混合。蒸煮卡伯值调整范围大，适应性强，在保持目标强度和得率的前提下，蒸煮卡伯值可以降低到10～12，每锅偏差降低。纸浆卡伯值低，针叶木浆卡伯值可降至15～18，阔叶木浆卡伯值可降至8～10，并提高了纸浆得率和强度，纸浆的抗张强度和撕裂强度可提高10 %。产量可以灵活调整，试生产后产量可以逐步提高。

4.2 成浆均匀

一般蒸煮目标卡伯值是纸浆混合后平均值。间歇立锅蒸煮与连续蒸煮纸浆卡伯值一般偏差5～15个单位。立锅置换蒸煮纸浆在蒸煮锅内不同位置的卡伯值差异一般为1～2个单位。如此均匀主要得益于每个部位均得到了透彻的置换，一方面化学药液传递和热传递都非常均匀；另一方面系统可以采用较大的液比，从而使药液迅速渗透到料片中，3次完全的置换过程极大提高了物质传递和热传递，保证脱木素过程格外均匀。一般蒸煮木片厚4 mm蒸煮均匀，大于4 mm易产生“生芯”。置换蒸煮可以在厚6 mm蒸煮均匀。特别是蒸煮密度不同的混合原料时，或是蒸煮厚度差异较大的竹片，更加显示了其独特的工艺优越性。

4.3 纸浆强度特性更好

纸浆强度（撕裂指数），一般普通间歇蒸煮强度保持率73 %左右；

一般连续蒸煮强度保持率77 %左右；

一般置换蒸煮强度保持率90 %左右；

由于纸浆强度高，可提高纸机车速10 %以上，或降低化学浆配比。

4.4 纸浆可漂性更高

置换蒸煮可获得均匀的低卡伯值纸浆，为ECF(用100 %的CIO2替代CI2进行漂白，即无元素氯漂白）或TCF（全无氯漂白）漂白奠定了基础，TCF漂白使用的漂剂绝大多数为无环境危害的化学品，如H2O2、O2、O3等，主要生成物为低分子有机酸、CO2和水。其纸浆漂白时具有优良的漂白特性，漂白浆白度高、强度高、化学药品用量少、污染物排放量少。降低有效氯使用量。

4.5 漂白浆得率高

DDS置换蒸煮系统置换过程相当于一段洗涤的效果（见表1），保持相同的洗浆残碱时（洗净度要求为＜5/kgNa2O/adt），洗涤的稀释因子可以降低，减少洗涤用水量。同时也可以得到较低卡伯值的纸浆，漂白工段化学品用量均有不同程度减少，这也意味着漂白废水的负荷降低，污水处理的费用下降。漂白浆白度稳定在88.0 %ISO以上，尘埃度有所降低，浆的黏度也稳定达标。

Application of MACS System in the Whole Process of Displacement Digester

Li Yishan Zhang Jiaying Mei Junjie
(Fujian Jienuo Automation Control Co., Ltd. Jienuo Weighing Technology Co., Ltd.)

Owing to energy consumption, pollution and other issues, the development of paper pulp industry has been seriously hampered. Searching for a new environmental and energy-saving pulping technology is an important strategic issue placed in pulp and paper industry of China. Displacement digester system, which was developed in 1980 s, is a high-efficiency and energy-conserving batch pulping technology. Due to the remarkable environmental and economic benefits, it has become the main part of pulp cooking technology.

Based on mechanism introduction of displacement digester system and aiming at the difficulty of judging pulp cooking end point, this paper puts forward the relevant detection and monitoring solution.

displacement digester system；cooking end point；MACS