连续蒸煮生产系统装置搬迁改造实践

杜 娟 刘建林 薛丽丽

（中国中轻国际工程有限公司，北京，100026）

随着制浆造纸工艺技术的不断优化和发展，国内制浆造纸企业逐渐对清洁生产、节能技术等提出了更为严格的要求，而为了实现这一目标，达到高产高效的目的，许多造纸企业开始通过搬迁过程中升级改造，引进先进的工艺技术等来提升造纸企业的核心竞争力[1-3]。本文主要介绍了国内某造纸企业通过在搬迁过程中升级改造工艺技术装备，在维持现有系统的正常生产状态下，最大程度地利用原系统的优质设备，并与新建系统保持良好衔接，实现造纸企业技术装备的升级优化，并严格地控制生产过程中污染物负荷的产生和排出，健全循环经济和清洁生产系统，促进造纸企业跨入新的发展阶段。

1 项目概况

南宁凤凰纸业有限公司（以下简称凤凰纸业）是我国第一个年产超过10万t的漂白硫酸盐木浆企业。木片蒸煮生产工艺采用连续等温蒸煮技术，蒸煮器是从卡米尔公司引进的改良单塔水力连续蒸煮器（BCDE-2122）。投产后，蒸煮工艺系统经过多次优化升级和改造，效果都不甚理想，其主要原因是：该系统的蒸煮用碱量偏高，蒸煮用碱与碱回收的产碱不平衡，蒸煮系统的加热器和蒸煮器上下循环筛板易发生结垢和堵塞，蒸煮循环流量常常达不到工艺要求，从而导致蒸煮工艺控制系统经常出现波动，限制了连续蒸煮的高产运行，也限制了蒸煮产能的提升。此外，原有臭气收集处理系统也不够完善，车间环保压力较大。

2007 年，凤凰纸业全面启动了整套系统的环保扩能技改升级，开始对蒸煮及洗涤系统等进行优化升级改造。主要优化方案：引进Andritz低固形物蒸煮技术、新增压力扩散洗涤系统、完善臭气收集处理系统；通过一系列的技术改造，进一步优化了蒸煮、洗涤系统及臭气回收系统。

随着南宁市版图扩张，凤凰纸业已成为中心城区的一部分，周围已布满住宅小区，不再适合原地生产运行。2015年，凤凰纸业全面停止生产，全套制浆生产线被国内某造纸企业购买，并将其用于年产15万t漂白硫酸盐针叶木浆的项目中。

2 新工艺系统存在的问题

凤凰纸业的低固形物蒸煮技术投入到国内某造纸企业15万t漂白硫酸盐针叶木浆项目后，还存在以下问题。

（1）凤凰纸业的蒸煮器（直径5.8 m、高度54.5 m，不含顶部吊装设备）采用了连续等温蒸煮技术，包括上蒸煮循环、下蒸煮循环、MCC（Modified Continu‐ous Cooking）循环、ITC（Iso Thermai Cooking）循环、洗涤循环5个循环。2007年，凤凰纸业引进低固形物蒸煮技术后，该蒸煮器仍保留了4个循环（下蒸煮循环、MCC循环、ITC循环和洗涤循环），蒸煮系统改造后各循环位置及筛板并未做更改，虽然取得了一定的效果，但当系统运行产能每天超过470 t风干浆（Adt）时，若操作人员对蒸煮的循环流量或稀释因子等的控制波动较大，则该蒸煮系统很容易出现蒸煮塔内浆柱下落不稳，有时甚至出现沟流等情况，逆流洗涤效果欠佳[4-6]。

（2）由于凤凰纸业的工艺系统中白液分配靠下，逆流洗涤效果不好时，其蒸煮喷放管线中浆的残碱量高达4～5 g/L（正常残碱量为2 g/L左右），残碱量较高会影响洗涤及氧脱木素等下一工序的运行效果[6]。

（3）高压喂料器产能达不到搬迁改造后产能需求。

（4）木片仓振动部分经常出故障，存在突然停机的隐患。

3 新工艺方案及改进措施

国内某造纸企业15万t漂白硫酸盐针叶木浆蒸煮工艺新方案见图1。

图1 国内某造纸企业15万t漂白硫酸盐针叶木浆蒸煮工艺新方案Fig.1 Renovation continuous cooking system of domestic papermaking company for 150 thousand tons of bleached kraft softwood pulp

3.1 替换原有木片仓，采用新型Optibin™木片仓，移除原汽蒸室

传统的木片仓采用从料仓底部的大口径到木片计量螺旋的小口径过渡的圆锥体结构，但由于其圆锥体收角较大，圆锥体内的斜面对木片反作用力的向上分力也较大，运行中通常采用料片振荡器等机械装置来破坏形成的“搭桥”；虽然此种方法能够保证蒸煮系统的连续喂料，但不能保证木片的滞留时间均一稳定，因此不能从根本上消除木片的“搭桥”现象[7-8]。此外，由于木片预热不均匀和除气不彻底，导致进入蒸煮器内的木片比例和温度不稳定，进而影响蒸煮系统的均一性以及浆料强度等性能指标。

本项目对木片仓技术改造主要采用了最新技术的Optibin™木片仓，保证木片的有效预蒸时间20 min。该木片仓设计理念新颖，可满足各种不同的蒸煮工艺。与原有木片仓相比有以下优势。

（1）取消了木片计量仪，木片排放到新型的溜槽中，同时采用Optibin™木片仓的出料装置作为木片计量。

（2）最大程度上进行了木片预热，可以均匀地进行预蒸，同时做到无死角，不会产生“搭桥”现象。

（3）能够确保木片的平稳流动，提高预浸渍的均匀性，减少蒸煮系统的运行故障。

（4）顶部为冷木片缓冲区，顶部温度较低，Optibin™木片仓本身即可形成一个封闭盖，防止气体逸出，不会对周围环境中产生影响。

3.2 取消木片溜槽循环泵后的除砂系统，采用紧凑喂料系统

随着浆料需求量的增加以及产能的提升，传统的喂料系统已无法满足制浆生产工艺要求，连蒸提产成为必然选择。研究发现，在木片溜槽循环泵后安装除砂器很难说明作用效果，虽然可以分离一些砂，但相较于筛选系统，分离能力较弱。本项目采用紧凑喂料系统后（见图2），系统中高压喂料器和药液循环系统得到改进，取消了传统的除砂器、在线滤水器、液位槽及一些阀门及管件等，简化了生产工艺流程，减少了运行故障的隐患，同时也降低了设备维护成本。

图2 传统喂料系统与紧凑喂料系统对比Fig.2 The traditional feed system and compact feed system

此外，在紧凑喂料系统中，高压喂料器运行时不需要底部筛板。这就意味着加大了喂料器的喂料量，同时筛板也不会出现卡料堵料现象。在摆脱了这种限制后，木片溜槽循环泵及高压喂料器的效率大大提高。木片溜槽循环泵由变频电机驱动，这样循环流量可以由木片喂料量来控制，而不需要使用阀门来控制。由于此泵特殊的设计，故而在喂料系统中，可以输送一定量的木片，不会导致喂料器跳停。在该新的运行控制条件下，溜槽以及高压喂料器的填充度是可以优化调节的。由变频控制的喂料器，其填充度可控制在65%～75%，远高于传统的喂料方式（50%～55%）。同时，没有底部筛板的喂料器可以允许更大的填充度。紧凑喂料系统相较于传统喂料系统而言，大大地减少了机械和控制设备以及控制逻辑，使得整个系统操作起来更加简便，稳定性和可靠性更高。

3.3 蒸煮器的改造

BCDE-2122蒸煮器容积为960 m3，凤凰纸业保留的4个循环中，蒸煮区分为上抽提区、下蒸煮区、下抽提区（中部）、MCC区、ITC区、洗涤区，除了上抽提区和下抽提区为顺流洗涤外，其他区均为逆流洗涤，增加了1个上抽提区，减少了1个上蒸煮循环及加热区[3-5]。现有的MCC抽提筛板面积不足，需增加50%，因此需加一层面积6.5 m2抽提筛板（带盲板）。

3.4 增加闪蒸罐，用于汽液分离

图3为Tubeflash™闪蒸罐的工作原理。闪蒸罐通常用来降低抽提黑液的温度，回收热量。回收的蒸汽通常回用在蒸煮系统中，抽提热黑液的压力低于饱和压力时，黑液开始沸腾。黑液被抽提到闪蒸罐中（Tubeflash™），液体通过管道以切线方向进入闪蒸罐（见图3）。内置管道加速了黑液进入闪蒸罐中；当高速的汽液混合体撞上闪蒸罐内壁时，呈现出强大的剪切力，从而破坏黑液表面张力，使本应产生的泡沫得以抑制。切线式的内置管将保证抽提液布满整个闪蒸罐内壁，从而使闪蒸罐内部更大面积的充满热液，保证了更加快速的沸腾。当抽提黑液闪蒸时，蒸汽从顶部排出。分离的黑液沿着罐壁流到底部，巧妙的设计抵消了高速黑液本应产生的涡流[7]。与原有的闪蒸罐相比，新增的闪蒸罐体积更小（见图4），效果更好。

图3 Tubeflash™闪蒸罐工作原理Fig.3 Tubeflash™operating principle

图4 新闪蒸罐（左）与旧闪蒸罐（右）对比Fig.4 Comparison of new Tubeflash™(left)and old flash tank(right)

4 技改后运行效果

目前，该套连续蒸煮系统采用100%针叶木，合格木片的木片长度为23～30 mm，树皮含量小于1%，水洗后木片水分含量40%～50%，用于生产本色化学针叶木浆。新的工艺方案较凤凰纸业工艺方案相比，优势如下。

（1）喂料线改造成本低。

（2）可大幅提高喂料线的喂料量。

（3）高压喂料器、顶部循环线以及循环泵不需要更换更大型号设备。

（4）较低的维护成本：很少的设备需要维护，同时延长了高压喂料器的使用寿命。

（5）木片处理更加温和。

（6）系统可靠性更高。

（7）操作以及控制更加简易。

系统经改造后运行情况稳定，洗浆稀释因子为1.0～2.5，蒸煮温度160～170℃，蒸煮得率44%～46%，蒸煮喷放管线浆产能已达500 Adt/d，节子率小于3%，蒸煮锅喷放管线浆料卡伯值在25～30左右，其蒸煮效果及浆料质量均达到预期目标，完全满足公司的正常生产需求以及客户提出的不同生产和工艺要求。

5 结 语

随着我国城市规划的不断修编和城镇化的大力推进，原先在郊区的制浆造纸企业逐步成为城区的一部分，部分企业必须异地搬迁。南宁凤凰纸业有限公司连续蒸煮生产系统装置的搬迁改造为异地搬迁改造工程，在利用原有的优质装备情况下，采用新型Opti‐bin™木片仓和闪蒸罐，以及蒸煮器的改造和紧凑喂料系统，实现了硫酸盐蒸煮生产系统的改造升级，蒸煮产能和产品质量得到了大幅提升，大大提升了企业的核心竞争力。凤凰纸业的搬迁工艺优化方案可供其他同类型企业借鉴参考。