采用DDS间歇置换蒸煮是印度纸浆厂的更新之路

Batch Displacement Cooking & Retrofit Solution for Existing Indian Pulp Mills

*Craig A Bianchini PE PMP

**Manoj K Azad

提高老式蒸煮系统的效率和纤维强度是非常有必要的。传统的间歇蒸煮和RDH蒸煮将被升级为DDS(Displacement Digester System)蒸煮系统。这种改造可以分为两个步骤：先是DSS(Digester Steam Saving system)，然后改造为DDS蒸煮系统。

简介

什么是传统间歇蒸煮?

传统间歇反应是一个预先设定间歇操作过程。即, 反应物装入反应釜中进行反应得到产品, 这样就完成了一个循环，以连续重复上述循环为基础的操作就是传统间歇反应。在制浆工业中, 反应釜是蒸煮锅，产品是纤维素，反应物是含有纤维素的原料(木材或非木材)和白液，反应的副产品是黑液。纤维和黑液一起从蒸煮锅内排出来。黑液是副产品，带有大量余热和未被利用的化学品，但是传统蒸煮是不回用于下一个蒸煮循环的。

置换间歇蒸煮的基本概念：

尽管供应商和商业化名称不同，但是对于所有的置换间歇蒸煮的基本概念标准是相同的。即，原料装入蒸煮锅内，并停留在蒸煮锅内，同时槽区中的各种药液由泵送入蒸煮锅，通过原料层进行热量和化学品交换，最终使其成浆，脱木素过程消耗大量黑液，这些黑液是作为洗浆滤液而被存贮和再利用的，{zh1}这些置换的黑液被存放在槽区，用于下一个蒸煮循环。存放于槽区的黑液根据不同的温度和化学品含量不同具有不同的性能，用于蒸煮循环不同阶段的加热原料或脱除木质素。

槽区是什么样的？

    槽区是由一系列贮存蒸煮液的槽子组成的，功能是为蒸煮服务（提供蒸煮液），实现蒸煮过程，得到纸浆纤维。槽区中的压力容器主要是用于贮存温度在沸点以上的黑液（大于100℃）。大量的黑液从蒸煮锅进入槽区中不同的槽子，主要依据黑液的温度和物料的平衡。槽区中多余的黑液通过换热器加热液或将冷水加热生产热水。槽区的结构因化学品消耗，原料类型和质量及以客户对最终产品的类型和质量要求而不同。

是连续化生产吗？

从上世纪八十年代出现电子计算机控制以来，DCS可以实现间歇反应按连续化生产流程进行生产，这就是通常所说的“连续化生产蒸煮锅”。

间歇置换蒸煮的起源？

二十世纪八十年代在瑞典的Assi Doman，有人尝试着从蒸煮锅内收集放锅前的热黑液，希望将这些剩余的热能，用于下一个蒸煮循环。这种方法是利用传统蒸煮直接送蒸发的洗浆滤液来置换蒸煮锅内的热黑液。这里有充分的理由证实，被置换出来的热黑液按不同压力放入槽区中不同的容器贮存，以便于重复利用。

增加设备和操作的复杂性的根本目标是减少蒸煮能耗。根据各个供应商提供的报告表明，可以节能50-70%。

这个概念最终由Radar公司在瑞典首都斯德哥尔摩被批准。Radar公司进一步发展了这个技术，并注册商标为RDH（Radar Displacement Heating），同时销售RDC蒸煮产品。

美国Beloit公司拥有RDH技术后，偶然的发现另一项优点，可以回收利用热黑液中剩余的化学品。这些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（例如，可以蒸煮更低的卡伯值）。这样有效的减少了漂白过程中化学品的消耗（利用漂白来降低卡伯值），使漂白废水的COD含量更低，减少了漂白污染。

谁能提供商业化置换蒸煮系统？

    芬兰的Rauma Repola公司是Radar的拥有者，在其发展过程中将Radar卖给了美国的Beloit公司，Radar仍然持有RDH技术并可以发展它。与此同时，瑞典的Sunds Defiberator加入了芬兰的Rauma Repola公司。Sunds Defiberator随后发展并注册了一个置换蒸煮技术取名为Cold Blow（冷喷放）。Sunds Defiberator使用Radar的技术并付版费给Beloit。两个集团继续发展置换蒸煮技术，Sunds公司最终注册商标为Super Batch（超级间歇蒸煮），同时Beloit注册商标为RDH II。虽然Beloit的商标为RDH但是其含意与Radar公司的不同，Beloit的RDH意为快速置换蒸煮（Rapid Displacement Heating）。Beloit更进一步的发展了RDH蒸煮系统，如RDH III，RDH IIIM，RDH2000和最近的RDH DD。在1990`s前Beloit销售的主要产品为RDH IIIM。到1998年Beloit解体后，加拿大GLV公司收购了Beloit的制浆系统，包括RDH技术。

当今Sunds加入了Metso公司，仍然保留了Super Batch作为他们间歇蒸煮系统，Super Batch也有些变化，如Super Batch K。{zx1}的消息是，加拿大GLV公司已经获得了Metso的Super Batch蒸煮技术，从此GLV公司同时拥有RDH和Super Batch蒸煮系统，并希望能巩固这两项目技术。另外奥地利也企图利用循环药液的方式进行间歇蒸煮，注册了不同的商标如EnerBatch和CBC。CabTec国际是一个新成立的公司，他专研和深化了所有的蒸煮系统如Super Batch，RDH，EnerBatch和 CBC，创立了一种更先进的置换蒸煮系统取名为DDS（Displacement Digester System）。DDS置换蒸煮系统安装便捷或者可以分两步进行，{dy}步为DSS（Digester Steam Saver）。所有的CabTec技术由化学品与制浆有限公司（CPL）进行商业化运作。

化学品与制浆有限公司置换蒸煮系统

DSS(Digester Steam Saver )只能节省蒸汽，不提供回用蒸煮化学品的功能，适宜的原料有：硬木，热带硬木，软木和竹子。DSS D型在蒸煮循环中的热能回收阶段相当于一段真空洗浆机的洗涤作用。DSS设计目的是用低的投资实现节能，但是这个系统不能回用蒸煮化学品却是事实。真正实现置换蒸煮即节能降耗又可以回用化学品的是DDS蒸煮系统。

DDS分两个阶段，{dy}阶段为DSS

DDS蒸煮系统可以分成两个阶段，为了使投资降到{zd1}，可以先安装DSS蒸煮系统作为{dy}阶段，预留出设备的位置，然后安装全部DDS蒸煮系统作为第二阶段。

DDS蒸煮系统适合的原料有：硬木，热带硬木，软木和竹子。这个蒸煮系统可以回用黑液中剩余化学品，因此能够蒸煮得到低卡伯值、高强度的纸浆。在蒸煮热能回收过程中相当于一段真空洗浆机对蒸煮锅内的浆料进行洗涤。DDS蒸煮系统的设计比DSS更好的节约蒸汽，同时扩展了脱木素过程，可以得到低卡伯值、高强度的浆料。

总之，DSS不像DDS那样要求有完整的槽区。DSS R和D型仅要求有一个压力容器就可以。DSS D型可以回收热，与置换蒸煮相似相当于一段洗浆机，然而消耗的黑液不能像DDS一样回用其中的化学品。所有的DSS结构配置相对于DDS是非常经济的，在将来可以利用上述设备改造成真正的DDS置换蒸煮系统。

下面的数据总结了DDS置换蒸煮系统：

* 从上到下投资依次增加；

* 从上到下生产成本依次减少；

* 从上到下增加的设备，系统升级。所有的设备将被除数应用从一个系统到另外更先进的系统。

表：蒸煮系统比较表

DDS置换蒸煮系统生产现场数据

DDS具有更{zy1}的蒸煮性能

热效率高

    DDS蒸煮系统通过泵将药液送入蒸煮锅的木片层。蒸煮锅和木片具有初始温度，泵送药液通过蒸煮锅与木片进行热交换，直到温度达到或接近蒸煮温度为止。泵送药液分为温冲和热冲两个阶段。如果需要在蒸煮热冲后另外加入蒸汽继续升温蒸煮，直到达到设定的Kappa值要求为止。  

浆强度高

    尽管没有达到蒸煮的最终温度，但是在温冲和热冲阶段使用的药液使木材和竹子原料有充分的热能和化学品进行脱木质素反应。这个过程可以在蒸煮进入保温阶段之前脱除大于50%的木质素。因此，可以在较高的温度下采用更低的碱浓度进行最终脱木质素蒸煮反应。高温度、低碱浓度脱木素与传统蒸煮相比最重要的特点是减少了对纤维的破坏。这就是DDS蒸煮相对于传统蒸煮在相同卡伯值时能够得到强度更高的纤维，或者在相似的强度下可以蒸煮更低的卡伯值。

DDS与RDH的比较

    DDS蒸煮系统是RDH的升级提高版。经过改进，创造了更稳定温度和槽区残余化学品充分应用，蒸煮锅内的液体通道控制和更有效的放锅，确保了卡伯值的波动更小，浆料更均匀一致，更高的自动控制操作，减少了操作员人为控制。更高级设计关注于完善的管道结构，换热器设计等，最重要的是应用了现代的工艺控制技术。

槽区温度

DDS槽区具有更高温度和更好的隔热效果。在蒸煮循环开始时用较高温度的药液可以脱除木质素和带走不利于蒸煮的大量副产物。由于上述作用，使蒸煮循环后期只用很少量的碱就够用了，减少了高温段碱对纤维的损伤。这就是DDS蒸煮系统蒸煮竹片和其他木材原料能够保持纤维质量的另一个原因。

先进的工艺控制

放锅控制

由于放锅前的置换过程中蒸煮液的热能进入槽区，使得蒸煮放锅时没有压力。因此蒸煮锅内的浆料不能像传统蒸煮一样“喷放”或快速排出，原因在于大部分的能量都随着热蒸煮液进入槽区了。用浆泵抽浆放锅技术可以达到另人满意的效果。然而随着放锅的进行，蒸煮锅内的液位下降，NPSH下降，浆料浓度波动和浆料絮团的趋势更加频繁，导致放锅泵的抽浆条件不停的波动。DDS采用“模糊逻辑控制”（FLC）技术可以将上述挑战降为{zd1}。

槽区管理

槽区的作用是贮存化学品和提供下一个蒸煮循环所需热能。槽区能不间断地为蒸煮锅生产浆料服务的。DDS蒸煮系统采用“模型预测控制”（MPC）控制技术来预测槽液位，调整泵流量与槽容积的关系的同时安排蒸煮锅生产计划。

蒸煮锅置换通道

药液在蒸煮锅剖面运动必须保持“液体活塞”的性能，不同流态下尽可能保持最小的干扰。DDS蒸煮系统采用“多变量控制”（MVC）保证药液在蒸煮锅剖面上作液体活塞运动。

管道技术

蒸煮锅放锅总管

DDS蒸煮系统采用新型放锅总管结构设计，保证了放锅泵抽浆压力波动最小。

温度波动

DDS蒸煮系统采用各种样式的管道联接方式，保证了药液隔离，不互相窜液，从而使槽区带压容器的温度波动最小。

蒸煮锅联接

DDS蒸煮系统采用各种样式的管道联接方式，保证了药液隔离，不互相窜液，从而使槽区带压容器的温度波动最小。

案例：RDH升级为DDS蒸煮系统是在中国广东鼎丰纸业有限公司。

2004年鼎丰纸业有限公司由RDH升级为DDS蒸煮系统，这是{dy}个DDS蒸煮系统，生产产品为漂白浆，原料30%竹片和70%阔叶杂木。详细数据如下表：

参考资料

网址:

Smook, G.A.《制浆造纸技术手册》；

Lindeburg, Michael R《环境工程参考手册》；

Robinson, Randall N《化学工程参考手册》；

附录

谁是这项目技术的拥有者？

直到1998解体之前Beloit是置换蒸煮技术专利的拥有者，之后加拿大GL&V公司收购了Beloit的相关技术，因此成为专利的拥有者，但是专利只覆盖少数国家，不包括亚洲和太平洋地区,并很快在专利在世界范围内到期。CabTec国际尊重专利保护权，不使用没有专利授权的技术。关于专利的相关信息，可以通过计算机检索的方法找到相关的内容，如美国专利局和加拿大专利局的网站。

xxx的间歇置换蒸煮专利；受益者；Radar，Beloit-GL&V，已经到期；

专利号：#4,578,149；使用热回收进行纤维物质的蒸煮工艺；保护期2003年3月之前。这是DDS，RDH，SuperBatch，EnerBatch和CBC间歇置换蒸煮的基础。

CabTec国际专利详细说明

受益者：CabTecInternational LLc

Bianchini，#6,752,903; 在制浆生产工艺中减轻高分子重质副产物的干扰的方法和设备; 保护期2021年8月之前。

Bianchini，专利申请中; 在间歇蒸煮锅内药液均匀分布的方法和设备; 这是DDS和DSS蒸煮系统的注册商标。申请完成时间：2005年1月19日。

Bianchini，专利申请中; 传统间歇蒸煮节约蒸汽消耗的方法和设备; 这是DSS蒸煮系统的注册商标。申请完成时间：2005年4月19日。

Bianchini，专利申请中; 使用先进的控制技术优化置换间歇蒸煮的方法和设备; 这是DDS蒸煮系统的注册商标。申请完成时间：2005年3月8日。

关于专利的相关信息，同样可以通过计算机检索的方法找到相关的内容，如美国专利局和加拿大专利局的网站。

*Craig A Bianchini PE PMP ：

是如下几家公司的总裁：美国CabTec公司，V.P.-CPL，香港CabTec国际LLc，美国化学品与制浆有限公司和香港化学品与制浆有限公司。

**Manoj K Azad

       Brown Multitech Pvt.Ltd.，Silver Line, 1st Floor, JB Nagar, Andheri (E) Mumbai 400 059