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【工艺/装备】150万吨/年化学木浆制浆工艺及成套装备

来源:中华纸业杂志 编辑:汶瑞机(山东)有限公 时间:2019-10-17
导读:在国外200万t/a化学木浆项目中,国内某浆厂进行系统集成,由国内某工程公司进行工程设计,配套的关键设备全部实现了国产化或本土化。该项目由2条制浆线组合,单线产能可达150万t/a,通过近3年的运行,设备性能可靠,系统运行稳定,消耗和环……
 

尹华 先生

工程师,总经理;长期从事制浆造纸技术开发和管理工作。

 

近年来制浆规模不断扩大,全球已有数家单线年产过百万吨的化学木浆生产线,工艺技术及其配套的置换蒸煮、封闭筛选、高浓洗浆、氧脱木素、ECF漂白、中浓输送等关键设备全部为国外设备,中国可参与配套的仅有非标槽罐或辅助设备的制作,整体技术水平与装备配套能力与国际先进水平存有非常大的差距,使项目建设投资居高不下。为有效减少项目投资,尽快缩小国产装备与国际先进水平的差距,在国外200万t/a化学木浆的项目中,国内某厂根据长期积累的大规模清洁制浆工艺技术及装备使用经验,进行系统集成和分包成套,通过相关供应商的共同努力完成了制浆系统关键设备配套的国产化或本土化,并由国内某工程设计公司承担工程设计任务。项目投产后,经过近3年运行验证,工艺技术、工程设计和系统装备水平均达到了预期目标。

 

1  制浆工艺

项目规模为200万t/a化学阔叶木浆,配套了从蒸煮到洗选漂两条制浆生产线,单线配套设备产能可达150万t/a。如图1,制浆工艺采用了目前国际上最为先进的塔式连续置换蒸煮技术、全封闭筛选技术、逆流洗涤技术、二段氧脱木素技术和ECF清洁漂白技术,具有自身明显的优势。

1.1蒸煮工艺

蒸煮系统的蒸煮装置采用了新型的连续式生产双塔置换蒸煮技术,将木片的预浸和预蒸进行了优化组合,图2所示。蒸煮系统主要包括木片预蒸/预浸、蒸煮反应和黑液循环及纤维过滤回收等部分。

 

1.1.1木片的预蒸/预浸

预蒸的主要功能是除去木片中的气体和空气,以利于均匀木片水分和改善药液渗透性能。

用皮带输送机将木片输送到预蒸/预浸联合塔顶部的溜槽,经过计量喂料器后借重力作用落入预蒸区域,并将木片的温度升至大约95~100℃,高压热黑液闪蒸汽是预蒸主要热来源,新鲜低压蒸汽是第二来源。在反应器中心有一根补液管道,来自蒸解釜的热黑液由中心管注入筛网上部,通过闪蒸对木片进行预蒸,热黑液

的温度由热交换器来控制,其流量由加入黑液的比例系数来控制;第二预蒸由蒸汽从筛网上部一周的喷嘴注入。

预蒸结束的木片直接进入预浸区域,经过的第一步是抽提区,该区由黑液泵通过筛网将预蒸用过的黑液送往黑液纤维回收机进行纤维回收,回收的纤维送回预浸塔,黑液通过热交换后送往蒸发,其抽提的黑液量由反应器的设置液位和液比控制。木片通过预浸后进入塔底的卸料区,使木片进入高压喂料器,通过设定的填充因子和排空因子控制好高压喂料器的喂料量和排空量,把木片连续稳定地输送到蒸解釜。由筛选系统分离的节子用节子泵送到预蒸塔的底部回用于蒸煮系统。

该预蒸/预浸组合的特殊设计,即节省了预蒸到预浸的输送设备,降低了设备投资和维保费用,也增加了系统控制的稳定性与可靠性,并能够高效地排出木片中的空气利于浸渍的均匀性。

1.1.2置换蒸煮

经高压喂料器把木片输送到蒸解釜的顶部,木片从上往下依次通过上部的蒸煮一区、中部蒸煮二区和下部的蒸煮三区。

首先木片经过蒸解釜顶部的提升分离螺旋到达蒸煮一区,经过了从气相到液相的过程,该区在适宜的液相温度和相应的液比下开始初步脱木素反应,并通过筛网将黑液抽提出来送往循环线和预浸塔。当木片到达蒸煮二区时,控制好适宜温度和液比进行大量脱木素的反应,并经过筛网抽提的黑液送往白液换热器,冷却后经过纤维回收机过滤后再送往蒸发工段。当最后到达蒸煮三区时继续进行残余脱木素的蒸煮反应,并经过筛网抽提进行置换洗涤,抽提的黑液送到换热器后经纤维回收,再经过换热器降温送到蒸发工段。反应终了的浆料用黑液稀释到约10%的浓度,由底部卸料器通过喷浆管线进入喷放锅。

1.1.3白液和热水系统

由苛化送来的白液先储存到白液槽,然后由白液泵增压并送经换热器提升温度后送到蒸解釜顶部进入蒸煮系统,换热介质为蒸解釜抽提的高温黑液,部分白液通过流量控制送往预蒸塔的顶部。

在蒸煮车间配置热水槽,收集贮存各段换热器产生的热水,然后通过热水泵送到粗浆洗涤和漂白车间,当开机和热水温度不够时,通过热水加热器加温回路控制热水的温度。热水压力由压力控制维持恒定。

1.2洗选漂工艺

该系统主要由封闭筛选与逆流洗涤、氧脱木素和以二氧化氯为漂白剂的ECF清洁漂白三大部分组成。

1.2.1洗涤筛选

该系统采用了全封闭筛选系统和高浓洗浆设备双辊挤浆机逆流洗涤的组合技术。主筛选工艺路线与低浓进浆的双辊挤浆机配套按两条工艺路线配置,中浓进浆的双辊挤浆机按单线配置。见图3。

图3  筛选洗涤工艺

(1)全封闭筛选。将喷放锅内粗浆用黑液稀释到约4%的浓度泵送除节机,将未蒸煮的木片、节子和浆块(纤维束)等分离排除。除节后良浆用浆泵送入一段压力筛,分离的节子通过封闭式的垂直螺旋洗节机进一步处理,分离的良浆经由液体接收槽经过水力除砂器净化后再泵送喷放锅,节子用双向螺旋送入节子收集槽,用节子泵送回预蒸塔的底部或送到节子堆放间外运处理。

除节机的良浆和二段筛良浆混合后用浆泵送至一段筛,筛后良浆被送至一段双辊挤浆机,其尾浆和三段筛良浆混合后泵送至二段筛,筛后尾浆泵送中浓除砂器净化后进入三段筛,筛后尾浆进入垂直螺旋式洗渣机,洗渣机筛分的良浆进入三段筛前中浓除砂器,分离出的浆渣则用单螺旋挤浆机浓缩后落入浆渣堆放间,外运处理。

(2)逆流洗涤。粗浆洗涤利用高浓洗浆设备双辊挤浆机进行三段逆流洗涤,第一段双辊挤浆机低浓进浆2台并联,第二、三段双辊挤浆机中浓进浆均单台配置,第三段挤浆机的置换液来自后续氧脱木素段洗浆机滤液,脱出的黑液往前依次逆流洗涤,由第一台挤浆机脱出的黑液除进行自身进浆稀释外并输送到蒸煮进行喷放稀释和蒸解釜的置换洗涤。经过三段双辊挤浆机洗后浆料送往氧脱木素段。

1.2.2氧脱木素

根据浆种特点采用两段氧脱木素技术(图4)。经过三段本色浆洗涤后,把氧化白液或者氢氧化钠碱液添加到滤液中在进浆立管顶部的稀释器稀释,浆料由中浓泵送经1#氧脱木素混合器进入1#氧脱木素反应器,反应后浆料由增压泵经过2#加热器和2#混合器进入2#氧脱木素反应器,然后喷放到喷放槽,再进行两段洗涤以达到理想的洗净度,两段洗浆机之间设有缓冲浆塔。

图4  氧脱木素工艺

1.2.3ECF漂白

漂白段采用Dht-Eop-D1三段清洁漂白工艺,如图5。

图5  ECF漂白流程

(1)Dht漂白段

来自氧脱木素段浆料用Dht段的滤液把浆料稀释到适宜的浓度,再通过中浓泵把浆料送经化学品混合器进入升流式反应塔再落入降流式反应塔,在塔底部的浆料被稀释并通过刮料器排放到立管,再用中浓泵送入双辊挤浆机,在立管的稀释滤液处添加酸调节pH值,在Dht混合器添加二氧化氯,此段浆料温度通过加热后的滤液来控制,滤液先通过热交换器用稀黑液升温,再用低压蒸汽直接加热。

(2)Eop漂白段

来自Dht段双辊挤浆机的浆料用EOP段的滤液对浆料稀释到适宜的浓度,用中浓泵经化学品混合器进入升流式反应塔,并借压力喷放到立管中,用中浓浆泵送入双辊挤浆机洗涤。在该段的化学品碱通过滤液加在立管稀释,过氧化氢直接加在立管底部,氧气添加在混合器,浆料温度通过加热后的滤液来控制,滤液用低压蒸汽直接加热。

(3)D1段漂白

来自Eop挤浆机的浆料通过D1挤浆机的滤液稀释到适宜的浓度,用中浓泵送至升流式预反应塔再落入降流式反应塔,在塔底部的浆料被稀释并通过刮料器排放到立管,再用中浓泵送到双辊挤浆机。在立管的稀释滤液处根据情况添加化学品(碱或酸)调节需要的pH值,该段浆料温度通过加热后的滤液温度来控制,滤液利用低压蒸汽直接加热。

 

2  主要设备

该项目是目前世界规模最大的制浆生产线,项目集成商对配套设备提出明确的技术要求并由国内相关设备供应商承担制造任务,完全实现了制浆设备的国产化,配套设备的基本情况见表1。该项目汶瑞公司对两条生产线共配套了18台套设备,为单线产能150万t/d的线配置SJA2284双辊挤浆机(压榨辊直径2000mm,压榨辊长度8400mm);国外某中国制造公司配套了较为关键的O2/EOP混合器和中浓浆泵。

3  运行工艺参数

根据当前世界上硫酸盐木浆清洁生产的先进经验,结合当地环境及原料等工厂实际,确定了基本的技术参数,并在生产中不断调整完善,以达到最为理想的运行效果,基本运行参数见表2。

4  工艺特点

该项目采用了目前国际上最为先进成熟的低耗清洁工艺技术,主要具有以下特点。

4.1合理组合蒸煮和氧脱木素工艺。对蒸煮采取高卡伯值和高硫化度控制,并通过氧脱木素技术进行最大限度地脱除木素,蒸煮得率高,成浆强度好。

4.2合理的组合洗选工艺。采用全封闭筛选技术,并根据洗浆设备特点合理组合洗筛工艺,采用先筛选后洗涤工艺,整个系统封闭性好,热量损失小,跑冒黑液少,环境好,效率高。

4.3优化组合氧脱、筛选及ECF清洁漂白工艺。采用先氧脱后筛选的两段氧脱木素技术,可提高细浆得率、节省投资及节约能耗,并减少COD的排放量,协同D0-Eop-D1漂白工艺可有效降低AOX的发生量。

4.4高效利用逆流洗涤技术。采用逆流式洗涤,漂白浆工艺洗浆过程的洗涤水加入点通常有3处:第一点是在提取段本色浆最后一台洗浆机处加入,回收的黑液送往碱回收;第二点和第三点分别在漂白段的Eop段洗浆机和漂白末台一段洗浆机,由于双辊挤浆机的出浆浓度高,因此在相同的稀释因子下要比真空洗浆机用水量小且污水排放少。

4.5合理收集和循环利用液体。在本色浆工段设置黑液地坑收集槽,回收利用黑液,无污水排放,只有在漂白段的D0段和EOP段分别排出酸性废水和碱性废水,整个系统水的循环利用率高,水耗低,排放少。

4.6充分回收利用系统液体热能。利用高温黑液或滤液通过热交换提升白液、滤液等液体的温度,对外排漂白的酸/碱滤液通过冷却水热交换回收热能,使系统热损有效降低,热能得到充分利用。

 

5  结语

制浆装备的成套性、可靠性是一个行业综合实力的体现,更是一个设备供应商制造实力的表现。150万t/d成套装备集成的国产化,证明中国制浆装备配套水平有了质的提升,并积累了大型化学制浆工艺项目的系统集成能力和成套设备的分包能力,中国制浆装备的能力已进入世界制浆装备的高端行列,已接近国际先进水平。汶瑞公司将以此为契机找准自身产业链的位置,不断改进大型双辊挤浆机的结构,持续积累工程经验,在生态化、轻量化和智能化等方面下大工夫,努力提升设备性能,以满足制浆企业高效、节能和环保的需求,同时要加强与相关装备制造商的合作并建立紧密的合作关系,积极实施系统集成及其成套设备的战略工程,扎实推进“一带一路”的国际化发展步伐,成为具有国际竞争力的制浆设备供应商和技术服务商。

 

尹华  陈安江  胡学松 [汶瑞机械(山东)有限公司,山东安丘 262100]

 

 


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