MACS系統在超級置換蒸煮全流程中的應用

李宜山 梅俊杰 張喜迎

(福州捷諾自動化控制有限公司,捷諾稱重技術有限公司 353000)

MACS系統在超級置換蒸煮全流程中的應用

李宜山 梅俊杰 張喜迎

(福州捷諾自動化控制有限公司,捷諾稱重技術有限公司 353000)

由于能耗和環境等問題，制漿造紙工業的發展已嚴重受阻。尋找節能環保型制漿技術是擺在我國漿紙工業面前的一個重要戰略課題。置換蒸煮系統（Displacement Digester Systems）是20世紀80年代發展起來的一項高效節能的間歇式制漿技術，由于其顯著的環境和經濟效益，該技術已逐漸成為制漿蒸煮技術發展的主要方向。

該文在介紹置換蒸煮工藝機理的基礎上，針對其蒸煮終點難以判斷，提出了相應的檢測和監控一系列的解決方案。

置換蒸煮 蒸煮終點 MACS

0 引 言

傳統的間歇式蒸煮鍋是在一個間歇的程序中進行操作。那就是，把反應劑放入到一個立鍋中進行反應生產成紙漿，完成一個周期，這些操作以某些連續的基準下不斷地重復生產間歇生產出紙漿。紙漿中纖維是伴隨黑液一起從蒸煮鍋中排出來，漿料含有殘余的熱量與未曾用完的化學藥品，熱能無收集進一步再利用，殘堿通過堿回收設備回收。

在80年代，瑞典的Radar公司開始嘗試在漿料噴放之前從蒸煮鍋中收集黑液，并希望在下一個蒸煮周期中回用黑液里含有的殘余熱能，即在噴漿之前，用冷的液體來置換蒸煮鍋中的熱液，被置換出來的液體被貯存在一個由壓力容器與常壓容器所組成的槽區內，在那里液體被根據它們的溫度裝到不同的容器中。增加這些額外設施的最初目的是為了減少能耗。出乎意料的是，發現這種方法還有其它好處，就是循環的液體中含有殘余的化學藥品，這些化學品增加了蒸煮反應的選擇性，允許在蒸煮鍋內把原料中更多的木質素去除（蒸煮到較低的卡伯價）并增加紙漿纖維的強度，減少了在漂白工段木質素的去除量。本套系統國外簡稱Radar Displacement Heating，RDH技術被加拿大的GL&V公司收購后改良為DDS系統在中國推廣使用，但DCS系統全部由國外公司實施。

超級置換蒸煮曲線圖

經國家堿草委多年實驗與研究，開發出適合中國國情的超級置換蒸煮系統，DCS系統由和利時采用MACS分散控制系統完成。

1 工藝控制過程

1.1 裝料和溫黑液預浸

1.1.1 原料＋黑液＋低溫蒸汽＋助劑

1.1.2 使用低壓蒸汽預壓緊輔助裝料，提高裝鍋量，同時原料中空氣通過濾板排出。

1.1.3 冷黑液用泵送進蒸煮鍋底部，于是把空氣置換出來。裝料完成后，冷黑液隨即充滿。此時關閉鍋頂閥門，繼續注入溫黑液提升鍋內壓力。有時需補充白液保證pH值要求。同時開循環泵沖洗篦子。

1.2 熱黑液置換、補充熱白液

1.2.1 從鍋底部泵送注入熱黑液，被置換出的溫黑液進入溫黑液收集槽，約155 ℃。100 ℃以下送冷黑液槽， 100 ℃以上送溫黑液槽。

1.2.2 需要補充的白液加熱后與熱黑液混合，一起泵送進蒸煮鍋。

1.3 加熱蒸煮

1.3.1 蒸汽直接加熱循環管中的熱黑液，一般溫度提升10～15 ℃便達到最高蒸煮溫度。因此節約了大量蒸汽。升溫之工藝要求穩定。

1.3.2 對應溫度和壓力穩定保溫、有效堿濃度（有在線有效堿濃度傳感器）確定反應時間，控制H因子。

1.3.3 蒸煮時間完成后轉入二次置換。

1.4 終止置換

1.4.1 當蒸煮反應達到預期的控制終點時，開啟回收回流閥同時開啟回收補液泵加壓黑液，送進蒸煮鍋置換出熱黑液（蒸煮殘液），控制反應時間，使紙漿反應適度。熱黑液從頂部引出進入溫、熱黑液槽。100 ℃以上送熱黑液槽、100 ℃以下送溫黑液槽。當溫度低于80 ℃開啟初級回流閥，送入冷黑液槽。在鍋內達到75 ℃時，冷黑液泵繼續加壓到0.6 MPa。

1.4.2 置換過程同時也完成漿一個洗滌過程。

1.5 出料（蒸煮結束）

1.5.1 開啟稀釋泵流量控制稀釋黑液，開噴放閥、放鍋泵。

1.5.2 經過冷黑液降溫的紙漿（一般溫度低于100 ℃）用紙漿泵抽出送進卸料塔或噴放鍋。

2 循環控制過程

（1）裝鍋：木片經裝鍋器進入蒸煮器，并泵入(85℃)A罐溫黑液。

（2）溫黑液預浸：裝鍋完畢，從蒸煮鍋底部泵入B罐(127 ℃)中的溫黑液，對木片進行預熱、浸透，黑液由頂部流入A罐。

（3）熱黑液和蒸煮白液的加入：開啟熱黑液泵，使C1罐(150 ℃)的熱黑液經鍋底進入，溫黑液從鍋頂溢入B罐。至一定量后，開始加入一定量的白液(168 ℃)。再過一段時間，改為由鍋底加入C2罐的熱黑液(168 ℃)，從鍋頂溢出的黑液進入C1罐，在總堿量達到要求時停止。

（4）升溫蒸煮：藥液加入完畢后，鍋內的溫度已接近蒸煮條件，開啟藥液循環泵，一直到蒸煮的最高溫度。

（5）熱黑液的置換：蒸煮完成后，開啟藥液置換泵，將洗滌段產生的溫稀黑液從E罐(70℃)泵入鍋內，把鍋內的高溫黑液先后置換到C2罐、C1罐和B罐內。

（6）冷噴放：在熱黑液的置換過程中，蒸煮鍋的壓力消失，用放料泵把紙漿送到儲漿塔。

（7）皂化物和松節油的回收：皂化物和松節油可分別從A、B罐的頂部引至回收系統。

3 置換蒸煮連鎖控制

（1）裝原料皮帶電機、輸送皮帶電機、皮帶秤皮帶電機、提升輸送皮帶電機連鎖控制。

（2）預浸螺旋電機、預浸螺旋后皮帶電機控制。

（3）1＃～4#蒸煮鍋口皮帶電機控制。

（4）單鍋裝原料總量累計報警。

（5） 預浸螺旋高液位連鎖、預浸螺旋低液位連鎖控制。

（6）1＃～4#蒸煮鍋鍋蓋開關限位。

（7）1＃～4#蒸煮鍋擋板控制。

（8）洗滌液槽液位、閥門連鎖。

（9）置換泵電機轉速變頻控制。

（10）置換泵出口壓力連鎖。

（11）洗滌槽回流閥門控制連鎖。

（12）噴放槽出口泵電機控制。

（13）濃黑液儲槽液位、進口閥門連鎖。

（14）濃黑液泵電機控制。

（15）堿液儲存罐液位顯示。

（16）溫黑液罐溫度控制連鎖。

（17）溫黑液循環泵電機控制連鎖。

（18）溫黑液罐液位、進口閥門連鎖。

（19） 1＃冷凝水泵、罐液位連鎖。

（20） 溫黑液泵電機、流量控制。

（21） 蒸煮液切換閥門1、2連鎖控制。

（22） 溫堿液循環泵電機、罐溫度、液位控制連鎖。

（23）一次堿液泵電機、一次堿液流量控制。

（24）預浸堿液泵電機、預浸堿液流量控制。

（25）二次堿液泵電機、二次堿液流量控制。

（26）熱黑液罐1、2溫度控制、熱黑液泵循環電機、熱黑液罐1液位連鎖、熱黑液罐2液位連鎖、熱黑液罐1進口閥門、熱黑液罐2進口閥門。

（27）一次黑液泵電機、一次黑液流量控制。

（28）黑液泵電機。

（29）助劑泵電機。

（30）二次黑液泵電機、二次黑液泵流量控制。

（31）冷凝水堿度監控。

（32）排空風機電機。

（33）2＃冷凝水泵電機。

表1 DDS蒸煮系統改造前后洗選漂運行情況及消耗對比

（34）噴放泵電機。

（35）粗漿濃度控制、粗漿泵電機。

（36）按鈕按下，產生系統總啟動信號。

（37）按鈕按下，產生1＃～4#蒸煮鍋裝原料開始信號。

（38）按鈕按下，產生1＃～4#蒸煮鍋裝原料急停信號。

（39）按鈕按下，產生1＃～4#蒸煮鍋開始蒸煮信號。

（40）二級蒸煮液流量累計報警。

（41）轉換液換熱器出口溫度控制、直通閥門。

（42）溫堿液罐溫度顯示、連鎖控制。

（43）熱黑液罐1、罐2溫度顯示連鎖。

（44）1#冷凝水槽液位連鎖、2#冷凝水槽液位連鎖。

（45）轉換液換熱器進口閥門。

（46）熱黑液輸送閥門。

（47）熱黑液余熱回收閥門。

（48）噴放鍋液位連鎖。

4 生產運行控制效果

4.1 蒸煮過程更加靈活

適用于各種原材料，可隨時改變原料品種，可以混合蒸煮不同的原料，可以同時分別蒸煮不同原料到同一硬度或不同硬度后再混合。蒸煮卡伯值調整范圍大，適應性強，在保持目標強度和得率的前提下，蒸煮卡伯值可以降低到10～12，每鍋偏差降低。紙漿卡伯值低，針葉木漿卡伯值可降至15～18，闊葉木漿卡伯值可降至8～10，并提高了紙漿得率和強度，紙漿的抗張強度和撕裂強度可提高10 %。產量可以靈活調整，試生產后產量可以逐步提高。

4.2 成漿均勻

一般蒸煮目標卡伯值是紙漿混合后平均值。間歇立鍋蒸煮與連續蒸煮紙漿卡伯值一般偏差5～15個單位。立鍋置換蒸煮紙漿在蒸煮鍋內不同位置的卡伯值差異一般為1～2個單位。如此均勻主要得益于每個部位均得到了透徹的置換，一方面化學藥液傳遞和熱傳遞都非常均勻；另一方面系統可以采用較大的液比，從而使藥液迅速滲透到料片中，3次完全的置換過程極大提高了物質傳遞和熱傳遞，保證脫木素過程格外均勻。一般蒸煮木片厚4 mm蒸煮均勻，大于4 mm易產生“生芯”。置換蒸煮可以在厚6 mm蒸煮均勻。特別是蒸煮密度不同的混合原料時，或是蒸煮厚度差異較大的竹片，更加顯示了其獨特的工藝優越性。

4.3 紙漿強度特性更好

紙漿強度（撕裂指數），一般普通間歇蒸煮強度保持率73 %左右；

一般連續蒸煮強度保持率77 %左右；

一般置換蒸煮強度保持率90 %左右；

由于紙漿強度高，可提高紙機車速10 %以上，或降低化學漿配比。

4.4 紙漿可漂性更高

置換蒸煮可獲得均勻的低卡伯值紙漿，為ECF(用100 %的CIO2替代CI2進行漂白，即無元素氯漂白）或TCF（全無氯漂白）漂白奠定了基礎，TCF漂白使用的漂劑絕大多數為無環境危害的化學品，如H2O2、O2、O3等，主要生成物為低分子有機酸、CO2和水。其紙漿漂白時具有優良的漂白特性，漂白漿白度高、強度高、化學藥品用量少、污染物排放量少。降低有效氯使用量。

4.5 漂白漿得率高

DDS置換蒸煮系統置換過程相當于一段洗滌的效果（見表1），保持相同的洗漿殘堿時（洗凈度要求為＜5/kgNa2O/adt），洗滌的稀釋因子可以降低，減少洗滌用水量。同時也可以得到較低卡伯值的紙漿，漂白工段化學品用量均有不同程度減少，這也意味著漂白廢水的負荷降低，污水處理的費用下降。漂白漿白度穩定在88.0 %ISO以上，塵埃度有所降低，漿的黏度也穩定達標。

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