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置换蒸煮系统(DDS)的发展及应用 (之一)  

2010-11-06 11:20:26|  分类： 美国DDS节能环保 |字号 订阅

置换蒸煮系统(DDS)的发展及应用(之一)

《化工自动化及仪表》2010, 37(8): 1-6

黄俊梅¹, 汤伟^{1, 2}, 许保华², 王孟效^{1, 2}

(1.陕西科技大学电气与信息工程学院,西安710021;

2.陕西西微测控工程有限公司,陕西咸阳712081)

①收稿日期:2010-07-21(修改稿)

摘要:　为了解决我国造纸厂蒸煮工段污染严重、生产效率低的问题，DDS置换蒸煮系统引起了越来越多的关注。该系统尽可能地利用蒸煮过程产生的黑液，从而达到环保、节能、降耗的目的。本文在简述其发展及应用的基础上，重点介绍DDS置换蒸煮的工艺特点及其优越性，并与其它间歇蒸煮进行了详细地比较。

关键词:　DDS；间歇蒸煮系统；低能耗；

中图分类号：TP273文献标识码：A　文章编号:1000-3932(2010)08-0001-06

1　引言

目前，在我国的制浆造纸工业中，主要有连续蒸煮和间歇蒸煮两种方式，其中间歇蒸煮仍占有主导地位。而间歇蒸煮能耗大，对环境的污染相对严重，尤其是它的中段废水BOD、COD、AOX(可吸附的有机卤化物)的含量较高。随着人们环保意识的日益增强和环保法规的日益严格，这就迫使制浆蒸煮系统必须朝着减少污染和降低能耗的方向发展。

置换蒸煮系统(DDS)通过使用贮存容器和热交换设备去回收化学品与热能，是一种对环境友好的清洁化生产新技术，代表着当今硫酸盐法蒸煮的国际先进水平。其生产工艺具有全封闭的余热和废汽回收系统，可有效减少蒸煮与黑液浓缩过程中所排放的恶臭物，大大减少对环境的影响，并且其具有节能降耗、生产效益高等特点。可以说，DDS蒸煮系统是制浆技术发展的一个重要方向，具有很好的环境效益和经济效益[1]。①

2　置换蒸煮的发展

2.1　RDH概念的由来

20世纪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。置换出来的液体被贮存在由压力容器与常压容器所组成的槽区内，并且不同温度的液体将被装到不同的容器中。增加这些额外设施的最初目的是为了减少能耗，结果却发现这套方法不仅降低了能耗，还有许多其它的优越性。通过回收利用热黑液中剩余的化学品，增加了蒸煮反应的可选择性,在保持纤维强度的前提下可以更多的脱除木质素(得到较低的卡伯值)。这样有效地减少了漂白过程中化学品的消耗，使漂白废水的COD含量更低,减少了漂白污染。最终，Radar公司用RDH(Radar Displacement Heating)来命名与销售这套系统[2]。

2.2　DDS概念的产生

美国的Beloit公司对RDH系统进行进一步地改进和发展，产生了不同的品牌,如RDH-II、RDHIII、RDH-IIIM和RDH-2000。在Radar发明RDH同时，瑞典的Sunds Defibrator公司也正发展与销售另一置换技术，名为Cold Blow。结合原有的RDH技术与Sunds Defibrator的Cold Blow技术，芬兰Rauma Repola公司推出一个新的系统，命名为SuperBatch，在市场上销售。后来，美国的CabTec公司的专业人员综合多年的置换蒸煮经验，以Beloit的RDH蒸煮系统为基础，把工程设计、现场安装结合到RDH系统中并给予改进,他们把这套系统命名为DDS(Displacement Digester Systems)。可以说，DDS蒸煮系统是RDH的升级提高版。2004年CPL公司成立，他们经过CabTec公司授权，拥有了该系统的全部技术及专利，开始在全球范围销售。

DDS置换蒸煮的概念：DDS置换蒸煮是把原料(木片或竹片)放在蒸煮锅中，并在不同蒸煮阶段从槽区抽进各种温度与化学特性不同的液体经过蒸煮锅中的料层进行反应，最后得到浆料。置换后进行冷喷放，同时置换出来的黑液为下一个间歇反应或“蒸煮”作好准备。

通过多个蒸煮阶段和置换过程，DDS创造了一个更加灵活的间歇蒸煮系统，大大提高了所得浆料的质量，并且系统的热量得到了充分利用，节能效果明显。总之，DDS专研和深化了大多的蒸煮系统，如SuperBatch，RDH，EnerBatch等，代表了当今间歇蒸煮的国际先进水平，是现代制浆技术发展的一个重要方向。

3　DDS置换蒸煮系统的工艺及特点

3.1　DDS置换蒸煮系统的工艺介绍

DDS蒸煮系统的主要设备包括热黑液槽、温黑液槽、冷黑液槽、热白液槽、冷白液槽、回收槽、蒸煮锅、热交换器和泵。该蒸煮过程主要设备的组成及联接关系如图1所示[3]。

图1　DDS置换蒸煮系统主要设备的组成及联接关系

DDS工艺有效利用各个设备，实现多个置换过程和蒸煮阶段。初始蒸煮液浓度和温度较低，主要作用是使木片变得疏松。前期反应溶出的木素，不断被排出的蒸煮液带走，使木片深度的纤维暴露在蒸煮液中。随着蒸煮的进行，蒸煮液温度和浓度逐步上升，木片中一层层的木素被溶解并被带走，而纤维素和半纤维素被较完整地保留下来。

DDS操作过程包括装料(LC)、初级蒸煮(IC)、中级蒸煮(MC)、升温/保温(FC)、置换回收(RC)、泵放(DC)六个工艺步骤[3]。

(1)     装料(LC):

把木片、冷黑液和一些冷白液装入蒸煮锅，保证pH≥12，主要作用是黑液预浸渍。在操作的后段，装料阀关闭，蒸煮锅与外界常压断开进入带压状态。装锅阶段工艺流程如图2所示。

图2　装锅阶段工艺流程

(2)     初级蒸煮(IC):

泵送温黑液(110~130℃)和部分冷白液从锅底进入，并把装料过程中加入的冷黑液置换出来，同时开始脱木素。随着温黑液充装,锅内的压力和温度提高，脱木素不断进行。当达到足够温度，木质素得到实质性地去除。初级蒸煮工艺流程如图3所示。

图3　初级蒸煮阶段工艺流程

(3)     中级蒸煮(MC):

泵送热黑液(150 ~170℃)和热白液(160~170℃)从锅底进入，并把温充操作中加进的温黑液置换出来。随着蒸煮锅温度的提升，脱木素继续进行。高温的黑液由于加入的碱较少，可降低对纤维素和半纤维素的降解。中级蒸煮工艺流程如图4所示。

(4)     升温与保温阶段(FC):

该操作与常规间歇蒸煮一样。在升温期间，如果需要，就利用蒸汽加热蒸煮锅到需要的最高蒸煮温度。在保温期间，蒸煮液在锅内继续循环，保证整个锅内温度均匀，直到满足H因子。升温与保温阶段工艺流程如图5所示。

图4　中级蒸煮阶段工艺流程

图5 升温与保温阶段工艺流程

(5)     置换与回收(RC):

利用洗浆的滤液把热蒸煮液置换出来，同时锅内料液被冷却。被置换出的热黑液贮存在槽区内(170℃到热黑液内槽、150℃到热黑液外槽、130℃到温黑液内槽、110℃到温黑液外槽)，并在下一个蒸煮操作中回用，置换最后使得蒸煮锅内溶液被冷却至低于常压的闪蒸温度(100℃)。例如，150℃的热黑液的置换回收流程如图6所示。

图6　置换回收阶段工艺流程

(6)     放锅(DC):

蒸煮锅内溶液被冷却低于常压的闪蒸温度(100℃)时，浆料可以用泵抽出到喷放锅。放锅阶段工艺流程如图7所示。

图7　放锅阶段工艺流程

3.2　DDS置换蒸煮系统的特点

(1)槽区的引入。

槽区是由一系列贮存蒸煮液的槽子组成的，主要功能是贮存不同温度和化学特性的黑液为生产纤维的蒸煮锅服务。大量的黑液依据黑液的温度和物料平衡进入槽区中不同的槽子。DDS的槽体采用内外槽相套的结构形式,使得槽区结构紧凑、占地面积缩小、操作灵活。

DDS包括六大槽区：回收槽、冷黑液槽、温黑液槽、热黑液槽、热白液槽、冷白液槽。其中回收槽、冷黑液槽和冷白液槽是常压的。其它三个是压力容器,它们用来保存超过沸点温度的药液。从蒸煮锅送入每一个容器的药液数量建立在温度与物料平衡的基础上，不用的槽区液体从贮槽中排放并把过剩的热量传递给引入的药液或者是用来加热冷水从而产生热水。原料的种类与质量,和期望的成品类型与质量决定了化学品与热量的需求，因而槽区的配置也有许多不同。槽区情况如表1所示[4]。

表1　槽区情况

槽区

压力

温度

回收槽

常压

80℃

冷黑液槽

常压

70℃

温黑液槽内槽

450 kPa

110℃

温黑液槽外槽

450 kPa

130℃

热黑液槽内槽

700 kPa

150℃

热黑液槽外槽

700 kPa

171℃

热白液槽

600 kPa

150℃

冷白液槽

常压

80℃

 (2) DDS蒸煮锅管道结构。

DDS蒸煮系统采用新型管道结构设计，管道结构如图8所示[4]。该管道联接方式，使得药液充分隔离，不互相窜液，从而保证了槽区带压容器的温度波动小、放锅泵抽浆压力波动小的要求。通过该管道配置DDS蒸煮锅能够方便地实现初级蒸煮、中级蒸煮、置换回收等阶段。该管道结构可以最大限度地利用蒸煮过程产生的黑液，从而达到环保、节能降耗的目的。

图8　DDS蒸煮锅管道结构图

 (3) DDS蒸煮系统的控制策略。

DDS的控制要点及难点主要包括各槽区及蒸煮锅压力控制、蒸煮锅温度一致性的解耦串级控制、蒸煮时间的H因子控制、冷热白液槽液位的自动平衡控制和连锁安全等方面。在控制策略上，DDS蒸煮根据其工艺特点在DCS控制系统中采用顺序控制方法，把蒸煮的各个步骤程序化，每一步由DCS系统自动判断条件并执行相关动作。比如启停电机，启闭阀门，自动调节流量、温度、压力等工艺参数。整个系统有严密的连锁保护，防止误操作导致事故发生，所有的阀门可以在蒸煮周期中在顺序控制的监控下自动执行调控任务。通过实用顺序控制策略，极大地方便了操作，避免了误操作。另外， DDS采用了先进的数码技术实现超前预测，更好地解决了循环过程的偏流现象、槽区液位的预测、放锅过程的防堵塞预测等技术问题。其对故障的发生注重于预防,有利于产量、质量的稳定[5]。

DDS置换蒸煮系统成功运行的关键在于其控制系统，该系统之所以没有国产化的主要原因是置换蒸煮系统必须具备先进的自动化控制系统，而国内控制领域要实现该控制系统需要较大的技术和经济投资。

（下接之二）