CN102251425B - 纸浆连续置换蒸煮工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纸浆连续置换蒸煮工艺。本发明的目的是节能并能消除放锅时废气对环境的污染。本发明的方案为：多个蒸煮锅具有温度梯度，处于蒸煮周期不同的工序，当其中一个蒸煮锅达到蒸煮终点后需要进行放锅处理，则将该锅内的高温蒸煮液排到下一锅，而下一锅的蒸煮液则排至再下一锅中，即各锅内的蒸煮液进行循环置换；置换完成后，同时关闭各启闭装置，进入后续工序，等待下一次置换时间。本发明工艺有效利用蒸煮热能，兼有间歇和连续蒸煮的特点，使连续置换蒸煮的流程简单，操作步骤简化。
Description
技术领域
本发明涉及一种纸浆连续置换蒸煮工艺，是采用传统立锅蒸煮设备，结合连续蒸煮技术，使纤维原料制成纸浆，并达到节能、环保、提高产量和质量、降低消耗的目的。属于造纸行业制浆技术领域。
背景技术
目前，在纸浆生产中，90%以上生产企业仍然采用传统单锅方式蒸煮，先在低温环境下进行装锅，利用热源将蒸煮锅加热到170℃时进行保温，当H因子（蒸煮过程中温度与时间相对反应速率）达到要求后，即可以将蒸煮锅内的浆液排出，完成一锅纸浆的蒸煮。由于该方式在蒸煮液达到170℃时需要将蒸煮液排除才能进行下一锅的生产，导致了热能的巨大浪费。传统立锅蒸煮的耗汽量大约（2.2～2.5t汽/t浆）；蒸煮全程周期长(5-6小时/锅)。
在上世纪八十年代，瑞典的Radar公司和美国Beloit公司合作开发了一种蒸煮方法，将蒸煮锅内的热黑液收集贮存，然后在下一个蒸煮周期中回用其热能。目前类似的蒸煮主要有以下述三种方法：
1、RDH快速置换蒸煮法。
2、SuperBatch超级间歇蒸煮法。
3、DDS置换蒸煮法。
RDH的专利属于美国GLV公司，SuperBatch的专利属于芬兰Metso公司，DDS的专利属于美国CPL公司。
这些方法的基本原理相同，其中以DDS蒸煮效果最佳，一般是将多个蒸煮锅通过管道循环连接在一起，在相邻两个蒸煮锅之间的管道上设置有储液槽，同时，各蒸煮锅连接有加热设备。1个储液槽的容积需要蒸煮锅容积的3倍。储液槽内槽储存温度较高的蒸煮液，外槽储存温度较低的蒸煮液，以减少温损。但是使用套槽，当内外压力不均匀或内外储液量造成压力容易导致内槽受压损坏。
该方式虽然有效节约了热能，但是，在每个蒸煮锅之间均设置大容积储液槽，会导致厂房占地面积较大，设备投资较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种纸浆连续置换蒸煮工艺，节能并能消除放锅时废气对环境的污染。
本发明的解决方案其特征在于，所述的方法为：多个蒸煮锅具有温度梯度，处于蒸煮周期不同的工序，当其中一个蒸煮锅达到蒸煮终点后需要进行放锅处理，则将该锅内的高温蒸煮液排到下一锅，而下一锅的蒸煮液则排至再下一锅中，即各锅内的蒸煮液进行循环置换；置换完成后，同时关闭各启闭装置，进入后续工序，等待下一次置换时间。
作为优选的，多个蒸煮锅具有温度梯度，处于蒸煮周期不同的工序，工作时，设定所有蒸煮锅的初级蒸煮时间t2、中级蒸煮时间t3和碱回收置换时间t6相同，调整各蒸煮锅之间的起始时间，使得各置换时间重合；当到了蒸煮工艺时间重合点开始置换时，同时打开需要置换的各锅的蒸煮液进口和蒸煮液出口，以及与蒸煮液储液槽的启闭装置，使得每个置换的蒸煮锅同时送入需要的液体并置换出的总量相等的蒸煮液，达到连续置换；置换完成后，同时关闭各启闭装置，进入后续工序，等待下一次置换时间。
具体地，采用多个具有蒸煮液进口、蒸煮液出口的蒸煮锅，每个锅有一套独立的蒸煮液循环系统，每个蒸煮锅独立地通过启闭结构控制蒸煮液储液输入或输出至储液灌，每个蒸煮锅连接有蒸煮液加热装置，每个蒸煮锅底部设置有浆料排出口，其特征在于：每个蒸煮锅的蒸煮液出口均通过管路与其它各个蒸煮锅的蒸煮液置换进口直接相通，任意两个或多个蒸煮锅都形成封闭循环连接；
所述储液槽为热黑液；热水槽；冷白液槽；热白液槽和稀释液槽。各储液槽的容积为蒸煮锅的1.5-2倍。每个蒸煮锅连接有加热装置，每个蒸煮锅底部设置有浆料排出口。每个锅有一套独立的蒸煮液循环系统，在正常蒸煮的时候使用。
为了节约能源消耗，所述蒸煮液储液（高温高压的黑液）通过换热器加热白液或自来水，换热后的蒸煮液进入储液灌，热水则通过热水管送至其它需要用热水的场所使用，如可将其送至蒸煮工序后的洗浆工序中进行洗浆使用，以充分利用能源。
一个蒸煮周期的工艺如下：
1、锅装填：
装锅的同时送入冷黒液槽的冷黒液（80℃左右），边装待蒸煮材料（竹片），边送液，直至把锅装满，此时锅内温度为T1。
装锅时间t1=20-40min。
2、初级蒸煮：
从蒸煮锅的底部通入T2’的热黒液V21，同时补充白液V22，从蒸煮锅顶部置换出100℃以下的冷黒液V23到冷黒液槽，T2’’的温黒液V24到换热器与温水换热后到冷黒液槽。升温时间t2，本蒸煮锅的温度从T1升至T2。
3、中级蒸煮；
从蒸煮锅的底部通入T6’的热黒液V31，从蒸煮锅顶部置换出T2’的热黒液V33到初级蒸煮锅，135℃以下的温黑液V34到黒液槽。升温时间t3，本蒸煮锅的温度从T2升至T3。
4、蒸汽升温：
升温时间t4，本蒸煮锅的温度从T3升至T4。
5、保温蒸煮：保温时间t5，温度T5=T4。
6、碱回收置换：
当蒸煮到达终点后（H因子达到终点），从回收槽送80℃的稀黑液V61到蒸煮锅，置换出T6’的热黑液V63到中级蒸煮锅，T6’’的热黑液V62到初级蒸煮锅，T6’’以下的温黑液V64到温黑液槽，最后蒸煮锅内温度为100℃以下，置换时间t6。
7、放锅：
降温后的纸浆启动放锅泵把浆送入喷放锅，放锅时间t7。
工作时，设定每个蒸煮锅的蒸煮工艺从装填完成到放锅前设定相同的工艺条件，并且设定所有蒸煮锅的3个置换时间都相同：t2=t3=t6；调整各蒸煮锅之间的时间间隔，使得置换时间重合，即在置换时间至少有两个锅处于工序2初级蒸煮、工序3中级蒸煮或工序6碱回收置换，且置换时间重合；
当到了时间重合点开始置换时，同时打开需要置换的各锅的蒸煮液进口和蒸煮液出口，以及与蒸煮液储液槽的启闭装置，使得每个置换的蒸煮锅同时送入需要的液体并置换出总量相等的蒸煮液，达到连续置换；置换完成后，同时关闭各启闭装置，进入后续工序，等待下一次置换时间。
工作时，多个蒸煮锅分别处于不同的工序。蒸煮锅的个数越多，能够实现连续置换的锅也越多。比如设置5个蒸煮锅，可以实现一对一置换，一对二置换或一对三置换，一对四置换等等。
本发明的一个实施方式是：
T1=60-70℃；t1=20-40min；
T2=130-135℃；t2=20-40min；T2’=135-150℃；T2”=110-135℃；
T3＝140-150℃；t3＝20-40min；T2’＝135-1520℃；T6’＝150-170℃；
T4=165-170℃；t4=20-40min；
T5=T4=165-170℃；t5=30-90min；
T6’=150-170℃，T6’’=135-150℃，T6’’’=135℃以下；t6=20-40min；
t7=15-20min；
进一步地，置换时
V21+V22-锅内剩余空间=V23+V24
V31+V32=V33+V34
V61=V63+V62+V64
V63=V31，中级蒸煮锅输入的热黑液V31来自碱回收置换时置换出的热黑液V63或来自热黑液槽。
V33=V21或V62=V21，初级蒸煮锅输入的热黑液V21来自中级蒸煮锅置换出的热黑液V33，或来自碱回收置换时置换出的热黑液V62或来自热黑液槽。
具体地，本发明的一个实施方式：
1、锅装填：
装锅的同时送入冷黑液槽的冷黑液（80℃左右），边装待蒸煮材料（竹片），边送液，直至把锅装满，此时锅内温度为T1=60-70℃，装锅时间t1=20-40min。
2、初级蒸煮：从蒸煮锅的底部通入T2’=135-150℃的热黑液V21，同时补充白液V22（150-155℃），从蒸煮锅顶部置换出100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。升温时间t2=20-40min，本蒸煮锅的温度升至T2=130-135℃。
3、中级蒸煮；
从蒸煮锅的底部通入150-170℃的热黑液V31，同时补充白液V32（150-155℃），从蒸煮锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33到初级蒸煮锅，135℃以下的温黑液V34到黑液槽。本蒸煮锅的温度升至T3=140-150℃，升温时间t3=20-40min。
4、蒸汽升温：升温时间t4=20-40min，温度升至T4=165-170℃，补充白液V42（150-155℃）。
其中，可以根据实际工艺，设置V12+V32=V42*50%，V12=V32。
比如，总的热白液用量为料片的18%，则V12=V32=3%，V42=12%。
5、保温蒸煮：保温时间t5=30-90min，温度T5=T4=165-170℃。
6、碱回收置换：
当蒸煮到达终点后（H因子达到终点），从回收槽送80℃的稀黑液V61到蒸煮锅底部，顶部置换出T6’=150-170℃的热黑液V63到中级蒸煮锅，T6’’=135-150℃的热黑液V62到初级蒸煮锅，T6’’’=135℃以下的温黑液V64到温黑液槽，最后蒸煮锅内温度为100℃以下。置换时间t6=20-40min。
7、放锅：t7=15-20min。
降温后的纸浆启动放锅泵把浆送入喷放锅。
工作时，多个蒸煮锅分别处于不同的工序。比如以A、B、C、D四个蒸煮锅为例，当然，也可以设置更多。蒸煮锅的个数越多，能够实现连续置换的锅也越多。比如设置5个蒸煮锅，可以实现一对一置换，一对二置换或一对三置换，一对四置换等等。其中，工序6置换出的V31即作为V63送入工序3的蒸煮锅中，V62作为V21送入工序2的蒸煮锅中，剩余的部分送入温黑液槽；工序3中置换出的V33即作为V21送入工序2的锅中，剩余的部分送入温黑液槽，各输送管道通过流量计自动控制阀门。
比如：A、B、C、D四锅分别间隔固定的时间，每个锅从装填完成到放锅前设定相同的工艺条件。当然，为了进一步简化操作，装填工序和放锅工序的工艺条件也可以相同。当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始；
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；
B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33输送至初级蒸煮锅D锅；135℃以下的黑液V34到黑液槽；
A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
D锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，D锅工序2，直到下一次置换……依此类推。
作为优选的是：各蒸煮锅中，同时有3个锅分别于工序2、3、6时间重合，实现一对三置换或一对二置换。比如，
1、当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于初级蒸煮置换的起始。
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33输送至初级蒸煮锅D锅。135℃以下的温黑液V34到黑液槽。A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。D锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，D锅工序2，直到下一次置换……依此类推。
2、当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于其它工序。
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33输送至热黑液槽，或到换热器与温水换热后到冷黑液槽。135℃以下的温黑液V34到黑液槽。A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，直到下一次置换……依此类推。
3、当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于初级蒸煮置换的起始。
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62输送至初级蒸煮锅D锅。B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；135℃以下的温黑液V34到黑液槽。A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。D锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，D锅工序2，直到下一次置换……依此类推。
4、当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于其它工序。
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62输送至至热黑液槽，或到换热器与温水换热后到冷黑液槽。B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；135℃以下的温黑液V34到黑液槽。A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，直到下一次置换……依此类推。
上述实施方式中若有某一锅出现故障，则连续置换工艺中应该由该出现故障的锅接收的蒸煮液送入相应的储槽，进行一对一置换。
本发明适用于各种木材、竹子原料，对原料没有特殊要求；可随时改变原料品种；可以混合蒸煮不同的原料；可以同时分别蒸煮不同原料到同一硬度或不同硬度后再混合。只需根据实际情况调整具体工艺参数，使得符合上述置换条件即可。
本发明的优点是：
1、有效利用蒸煮热能，节约蒸汽：蒸煮系统是一个利用蒸煮液所含的热能进行置换加热和热交换的过程，蒸汽直接通入循环液中以升温至最高温度，效率高，升温时间短，因此有效的节约了蒸汽的用量，吨浆汽耗可达0.8吨以下，比传统间歇蒸煮节约蒸汽65%以上；
2、放锅温度在100℃以下，没有传统蒸煮放锅过程的臭气和废气，消除大气污染；
3、提高纸浆得率1-3％，增加产量，由于蒸煮温度通过置换逐步提高，反应条件温和均匀，蒸煮最高温度只需160～170℃，因此可多保留纤维素和半纤维素，使纸浆的得率提高，产量增加；
4、降低卡伯值，提高纸浆强度：由于液体装填阶段用了黑液和白液，有利于蒸煮过程中木质素的溶出，使卡伯值得到降低，再者温液置换过程已大量脱木质素，故在热液置换时用碱量减少，因此对纤维素的破坏减少，故有效的维持了纸浆的物理强度，和传统蒸煮比较，相同卡伯值时原浆强度提高2～4%；
5、漂白化学品用量减少，降低了废水排放负荷和废水量：由于卡伯值降低，使漂白所需的有效氯量减少，漂白药品的消耗减少，同时也降低了漂白废水量和污染负荷，节约了废水处理费用；
6、纸浆质量均匀：从下至上充满液体置换，进行大液比蒸煮，碱液和温度分布均匀，使蒸煮出来的纸浆质量均匀；
7、连续置换蒸煮工艺，兼有间歇和连续蒸煮的特点，使连续置换蒸煮的流程简单，操作步骤简化，因此新建项目的投资低；由于充分利用传统间歇蒸煮的设备，新增设备少，对现有的纸浆厂进行技术改造时，投资成本比较低；
8、对各种纤维原料适应性强，也可用于人纤浆蒸煮。
附图说明
图1为系统结构示意图。图1中标记为：蒸煮液进口1、蒸煮液出口2、蒸煮液装锅入口3、浆料排出口4、热白液槽5、蒸煮液储液槽6、热黑液槽7、白液换热器8、冷白液管9、热白液管10、自来水换热器11、自来水管12、热水管13、高压气体管道14、稀释液储液槽15、洗浆段稀释液输入管路16、喷放锅17、冷白液槽18、热水槽19、蒸煮液加热装置20。
图2代表1个锅的工艺条件曲线。横坐标是时间，纵坐标是温度。
图3代表多个锅的工艺条件曲线（A、B、C、D共4个锅），4条处于不同时间（横坐标），相同工艺条件的曲线，（曲线形状相同，位置不同）。横坐标是时间，纵坐标是温度。
具体实施方式
本发明方法包括多个具有蒸煮液置换进口1、蒸煮液置换出口2与蒸煮液装锅入口3的蒸煮锅，所述每个蒸煮锅连接有蒸煮液加热装置20，每个蒸煮锅底部设置有浆料排出口4，所述每个蒸煮锅的蒸煮液置换出口2均通过管路与其它各个蒸煮锅的蒸煮液置换进口1直接相通，且每个蒸煮锅的蒸煮液置换出口2均通过管路连接有同一个蒸煮液储液槽6，蒸煮液储液槽6通过管路与每个蒸煮锅的蒸煮液装锅入口3相通。图1中，蒸煮锅为图中的A、B、C、D四个锅，当然，也可以设置更多；另外，本实施方式中所述的每个蒸煮锅的蒸煮液置换出口2均通过管路与其它各个蒸煮锅的蒸煮液置换进口1直接相通，是指蒸煮锅之间直接连通，而不需要在每两个蒸煮锅之间设置储液的槽。
工作时，设定各个蒸煮锅相同的工艺条件和程序。
1、锅装填：
装锅的同时送入冷黑液槽的冷黑液（80℃左右），边装待蒸煮材料（竹片），边送液，直至把锅装满，此时锅内温度为T1=60-70℃，装锅时间t1=20-40min。
2、初级蒸煮：从蒸煮锅的底部通入T2’=135-150℃的热黑液V21，同时补充白液V22（150-155℃），从蒸煮锅顶部置换出100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。升温时间t2=20-40min，本蒸煮锅的温度升至T2=130-135℃。
3、中级蒸煮；
从蒸煮锅的底部通入150-170℃的热黑液V31，同时补充白液V32（150-155℃），从蒸煮锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33到初级蒸煮锅，135℃以下的温黑液V34到黑液槽。本蒸煮锅的温度升至T3=140-150℃，升温时间t3=20-40min。
4、蒸汽升温：升温时间t4=20-40min，温度升至T4=165-170℃，补充白液V42（150-155℃）。
其中，可以根据实际工艺，设置V12+V32=V42*50%，V12=V32。
比如，总的热白液用量为料片的18%，则V12=V32=3%，V42=12%。
5、保温蒸煮：保温时间t5=30-90min，温度T5=T4=165-170℃。
6、碱回收置换：
当蒸煮到达终点后（H因子达到终点），从回收槽送80℃的稀黑液V61到蒸煮锅底部，顶部置换出T6’=150-170℃的热黑液V63到中级蒸煮锅，其余温黑液V64到温黑液槽，最后蒸煮锅内温度为100℃以下。置换时间t6=20-40min。
碱煮终点根据设定的H因子控制。H因子是制浆蒸煮过程中蒸煮温度与蒸煮时间结合成德一个变数。
式中A和B味常数，常数A=E/R，E是脱木素反应活化能，R是气体常数。在大量测定活化能的基础上，取E=32000卡/克分子，则A=16113.T为绝对温度，假定100℃（373K）时反应速率K为1，可以计算出不同温度对应的反应速率常数K。
根据H因子=平均相对反应速率*时间间隔，计算H因子。在一定条件下利用H因子控制蒸煮终点，从而稳定成浆品质与得率。
7、放锅：t7=15-20min。
降温后的纸浆启动放锅泵把浆送入喷放锅。
其中，工序6置换出的V31即作为V63送入工序3的蒸煮锅中，V62作为V21送入工序2的蒸煮锅中，剩余的部分送入温黑液槽；
工序3中置换出的V33即作为V21送入工序2的锅中，剩余的部分送入温黑液槽，各输送管道通过流量计自动控制阀门。
作为优选的是：各蒸煮锅中，同时有3个锅分别于工序2、3、6时间重合，实现一对三置换或一对二置换。比如，
1、当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于初级蒸煮置换的起始。
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33输送至初级蒸煮锅D锅。135℃以下的温黑液V34到黑液槽。A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。D锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，D锅工序2，直到下一次置换……依此类推。
2、当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于其它工序。
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33输送至热黑液槽，或到换热器与温水换热后到冷黑液槽。135℃以下的温黑液V34到黑液槽。A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，直到下一次置换……依此类推。
3、当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于初级蒸煮置换的起始。
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62输送至初级蒸煮锅D锅。B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；135℃以下的温黑液V34到黑液槽。A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。D锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，D锅工序2，直到下一次置……依此类推。
4、当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于其它工序。
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62输送至至热黑液槽，或到换热器与温水换热后到冷黑液槽。B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；135℃以下的温黑液V34到黑液槽。A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，直到下一次置……依此类推。
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，直到下一次置换……依此类推。
上述实施方式中若有某一锅出现故障，则连续置换工艺中应该由该出现故障的锅接收的蒸煮液送入相应的储槽，实现一对一置换。
在上述实施方式中，所述热白液槽5内的白液可通过专设的加热装置进行加热，但为了节约能源消耗，各个蒸煮锅的蒸煮液置换出口2与蒸煮液储液槽6之间的管路上设置有白液换热器8，所述白液换热器8还连接有冷白液管9与热白液管10，热白液管10连接在白液换热器8与热白液槽5之间。前面实施方式中提到，在进行蒸煮液置换时，其中一个蒸煮锅需要将蒸煮液放至蒸煮液储储液槽6内，这时，该蒸煮液流经白液换热器8，冷白液从冷白液槽18经冷白液管9也流经白液换热器8进行换热，换热后，蒸煮液仍然流至蒸煮液储液槽6内，而换热后的热白液则通过热白液管10流至热白液槽5内，很好地利用了蒸煮液的热能对白液进行加热，节约了能源。
在上述实施方式中，由于对冷白液的换热仅需用很少一部分蒸煮液的热量，而为了能充分利用该热量，各个蒸煮锅的蒸煮液置换出口2与蒸煮液储液槽6之间的管路上还设置有自来水换热器11，所述自来水换热器11与白液换热器8并联布置，自来水换热器11还连接有自来水管12与热水管13。冷水从自来水管12流经自来水换热器11换热，换热后的蒸煮液流至蒸煮液储液槽6内，热水则通过热水管13送至热水槽19进行储存，再送至其它需要用热水的场所使用，如可将其送至蒸煮工艺后的洗浆工序中进行洗浆操作。
为便于放锅操作，在每个蒸煮锅顶部连接有高压气体管道14。当需要放锅时，通过高压气体管道14往蒸煮锅内通入高压气体，从而能很好地将蒸煮锅内的浆液排出。
各公司可以根据自己的实际工艺，调整工艺参数，实现上述发明，只需满足置换时间t2=t3=t6，重合并且相同即可。
以下是具体实施例。
实施例1
整个蒸煮周期有七个工艺操作步骤：
| 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | 六 | 七 | 周期 |
| 装锅 | 初级蒸煮 | 中级蒸煮 | 蒸汽升温 | 保温 | 碱回收置换 | 放锅 | 总时间 |
| 25min | 40min | 40min | 20 | 60min | 40min | 15min | 240min |
置换量如下：
置换时
V21+V22-锅内剩余空间=V23+V24
V31+V32=V33+V34
V61=V63+V64
V31=V63，中级蒸煮锅输入的热黑液V31来自碱回收置换时置换出的热黑液V63。
V21=V33，初级蒸煮锅输入的热黑液V21来自中级蒸煮锅置换出的热黑液V33。
1、B锅装锅（30min）
B锅装锅的同时送入冷黑液槽的冷黑液（95℃左右），边装待蒸煮材料（木片或竹片），边送液，直至把锅装满，此时锅内温度为T1=60-70℃，装锅时间t1=30min。
2、B锅初级蒸煮（40min）
B锅装锅完成打循环后，从底部通入T2’=135-150℃的热黑液V21=蒸煮锅容积的100%-110%，同时补充白液V22=总白液量的15%-20%（150-155℃,），从蒸煮锅顶部置换出100℃以下的冷黑液V23=蒸煮锅容积的80%左右，到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24=蒸煮锅容积的20%左右到换热器与温水换热后到冷黑液槽。升温时间t2=40min，本蒸煮锅的温度升至T2=130-135℃。
热黑液V21来自热黑液槽。
3、B锅中级蒸煮（40min）
B锅初级蒸煮结束时，A锅达到蒸煮终点，从回收槽送80℃的稀黑液V61=蒸煮锅容积的100%-120%到A锅底部，顶部置换出T6’=150-170℃的热黑液V63=蒸煮锅容积的100%-110%从B锅底部通入，其余热黑液送至黑液槽，最后A锅内温度为100℃以下进行放锅。
B锅的底部通入150-170℃的热黑液V31=蒸煮锅容积的100%-110%，同时补充白液V32=总白液量的15-20%（150-155℃），从B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33=蒸煮锅容积的100%-110到其它初级蒸煮锅或热黑夜槽，135℃以下的温黑液V34=蒸煮锅容积的10%-20%到热黑液槽。本蒸煮锅的温度升至T3=140-150℃，升温时间t3=40min。
4、蒸汽升温（20min）
温度升至T4=165-170℃，补充白液V42=总白液量的60%-70%（150-155℃），锅顶置换出等量的热黑液送至热黑液槽。
5、保温蒸煮（40min）保温时间t5=60min，温度T5=T4=165-170℃。
6、碱回收置换（40min）
当B锅蒸煮到达终点后（H因子达到终点），从回收槽送80℃的稀黑液V61=蒸煮锅容积的100%-120%到蒸煮锅底部，顶部置换出T6’=150-170℃的热黑液V63=蒸煮锅容积的100%-110%到中级蒸煮锅C锅，其余热黑液送至热黑液槽，最后蒸煮锅内温度为100℃以下，置换时间t6=40min。
7、放锅（15min）
降温后的纸浆启动放锅泵把浆送入喷放锅，B锅完成一个蒸煮周期。
以蒸煮锅容积=100m3的蒸煮锅为例,每次置换量122m3，蒸煮工艺（时间和温度曲线如图3），一个蒸煮周期如下：
1、B锅装锅（30min）
B锅装锅的同时送入冷黑液槽的冷黑液44m3（95℃左右），边装待蒸煮材料（木片或竹片22吨，含22m3的水），边送液，直至把锅装满，此时锅内温度为T1=60-70℃，装锅时间t1=30min，锅内剩余空间22m3。
2、B锅初级蒸煮（40min）
B锅装锅完成打循环后，从底部通入来自热黑液槽的T2’=135-150℃的热黑液V21=113.2m3，同时补充白液V22=8.8m3（150-155℃,），从蒸煮锅顶部置换出100℃以下的冷黑液V23=80m3到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24=20m3到换热器与温水换热后到冷黑液槽。升温时间t2=40min，本蒸煮锅的温度升至T2=130-135℃。
3、B锅中级蒸煮（40min）
B锅初级蒸煮结束时，A锅达到蒸煮终点，从回收槽送80℃的稀黑液V61=122m3到A锅底部，顶部置换出T6’=150-170℃的热黑液V63=113.2m3从B锅底部通入，其余热黑液送至黑液槽，最后A锅内温度为100℃以下进行放锅。
B锅的底部通入来自A锅或热黑液槽的150-170℃的热黑液V31=113.2m3，同时补充白液V32=8.8m3（150-155℃），从B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33=113.2m3到其它初级蒸煮锅或热黑夜槽，多余的温黑液V34到黑液槽。本蒸煮锅的温度升至T3=140-150℃，升温时间t3=40min。
4、蒸汽升温（20min）
温度升至T4=165-170℃，补充白液V42=24.75m3（150-155℃），锅顶置换出24.75m3的热黑液送至热黑液槽。
5、保温蒸煮（40min）保温时间t5=60min，温度T5=T4=165-170℃。
6、碱回收置换（40min）
当蒸煮到达终点后（H因子达到终点），从回收槽送80℃的稀黑液V61=122m3到蒸煮锅底部，顶部置换出T6’=150-170℃的热黑液V63=113.2m3送到中级蒸煮锅C锅，其余热黑液到热黑液槽，最后蒸煮锅内温度为100℃以下，置换时间t6=40min。
7、放锅（15min）
降温后的纸浆启动放锅泵把浆送入喷放锅，也可采用蒸汽压出，达到放锅的目的，B锅完成一个蒸煮周期，开始装锅进行下一个蒸煮周期。
Claims (9)
1.纸浆连续置换蒸煮工艺，采用多个蒸煮锅，其特征在于：多个蒸煮锅具有温度梯度，处于蒸煮周期不同的工序，当其中一个蒸煮锅达到蒸煮终点后需要进行放锅处理，则将该锅内的高温蒸煮液排到下一锅，而下一锅的蒸煮液则排至再下一锅中，即各锅内的蒸煮液进行循环置换；其中，工作时，设定所有蒸煮锅的初级蒸煮时间t2、中级蒸煮时间t3和碱回收置换时间t6相同，调整各蒸煮锅之间的起始时间，使得各置换时间重合；当到了蒸煮工艺时间重合点开始置换时，同时打开需要置换的各锅的蒸煮液进口和蒸煮液出口，以及与蒸煮液储液槽的启闭装置，使得每个置换的蒸煮锅同时送入需要的液体并置换出的总量相等的蒸煮液，达到连续置换；置换完成后，同时关闭各启闭装置，进入后续工序，等待下一次置换时间。
2.根据权利要求1所述的纸浆连续置换蒸煮工艺，其特征在于：采用多个具有蒸煮液进口、蒸煮液出口的蒸煮锅，每个锅有一套独立的蒸煮液循环系统，每个蒸煮锅独立地通过启闭结构控制蒸煮液储液输入或输出至储液灌，每个蒸煮锅连接有蒸煮液加热装置，每个蒸煮锅底部设置有浆料排出口，其特征在于：每个蒸煮锅的蒸煮液出口均通过管路与其它各个蒸煮锅的蒸煮液进口直接相通，任意两个或多个蒸煮锅都形成封闭循环连接；
一个蒸煮周期的工艺如下：
（1）锅装填：装锅的同时送入冷黑液槽的冷黑液，边装待蒸煮材料，边送液，直至把锅装满，此时锅内温度为T1，装锅时间t1；
（2）初级蒸煮：从蒸煮锅的底部通入T2’的热黑液V21，同时补充白液V22，从蒸煮锅顶部置换出100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；升温时间t2，本蒸煮锅的温度从T1升至T2；
（3）中级蒸煮：从蒸煮锅的底部通入T6’的热黑液V31，同时补充白液V32，从蒸煮锅顶部置换出T2’的热黑液V33到初级蒸煮锅或热黑液槽，135℃以下的温黑液V34到冷黑液槽；升温时间t3，本蒸煮锅的温度从T2升至T3；
（4）蒸汽升温：升温时间t4，本蒸煮锅的温度从T3升至T4，补充白液V42；
（5）保温蒸煮：保温时间t5，温度T5=T4；
（6）碱回收置换：当蒸煮到达终点后，从回收槽送80℃的稀黑液V61到蒸煮锅，置换出T6’的热黑液V63到中级蒸煮锅或热黑液槽，T6’’的热黑液V62到初级蒸煮锅或热黑液槽，T6’’以下的黑液V64到冷黑液槽，最后蒸煮锅内温度为100℃以下，置换时间t6；
（7）放锅：降温后的纸浆送入喷放锅；
多个蒸煮锅具有温度梯度，处于蒸煮周期不同的工序，工作时，设定所有蒸煮锅的t2=t3=t6；并且设定调整各蒸煮锅之间的起始时间，使得置换时间重合，即在置换时间至少有两个锅分别处于工序2初级蒸煮、工序3中级蒸煮或工序6碱回收置换，且置换时间重合；
当到了时间重合点开始置换时，同时打开需要置换的各锅的蒸煮液进口和蒸煮液出口，以及与蒸煮液储液槽的启闭装置，使得每个置换的蒸煮锅同时送入需要的液体并置换出的总量相等的蒸煮液，达到连续置换；置换完成后，同时关闭各启闭装置，进入后续工序，等待下一次置换时间。
3.根据权利要求2所述的纸浆连续置换蒸煮工艺，其特征在于：
T1=60-70℃；t1=20-40min；
T2=130-135℃；t2=20-40min；T2’=135-150℃；T2”=110-135℃；
T3＝140-150℃；t3＝20-40min；T2’＝135-150℃；T6’＝150-170℃；
T5=T4=165-170℃；t4=20-40min；t5=30-90min；
T6’=150-170℃，T6”=135-150℃；t6=20-40min；
置换时各蒸煮锅输入和输出的量如下：
V21+V22-锅内剩余空间=V23+V24
V31+V32=V33+V34
V61=V63+V62+V64
V63=V31
V33=V21或V62=V21
其中，处于工序6的蒸煮锅中置换出的V63即作为V31送入处于工序3的蒸煮锅中；置换出的V62即作为V21送入处于工序2的蒸煮锅中或热黑液槽；剩余的部分送入热黑液槽；工序3中置换出的V33即作为V21送入处于工序2的蒸煮锅中，剩余的部分送入热黑液槽，各输送管道通过流量计自动控制阀门。
4.根据权利要求2所述的纸浆连续置换蒸煮工艺，其特征在于：各蒸煮锅中，同时有多个锅分别处于工序2、3、6且置换时间重合，实现一对三置换或一对二置换或一对一置换。
5.根据权利要求4所述的纸浆连续置换蒸煮工艺，其特征在于：采用4个蒸煮锅A、B、C、D，当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始；
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；
B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33输送至初级蒸煮锅D锅；135℃以下的温黑液V34到黑液槽；
A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
D锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，D锅工序2，直到下一次置换……依此类推。
6.根据权利要求4所述的纸浆连续置换蒸煮工艺，其特征在于：采用4个蒸煮锅A、B、C、D，
当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始；
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62输送至初级蒸煮锅D锅；
B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；135℃以下的温黑液V34到黑液槽；
A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
D锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，D锅工序2，直到下一次置换……依此类推。
7.根据权利要求4所述的纸浆连续置换蒸煮工艺，其特征在于：采用4个蒸煮锅A、B、C、D，
当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于其它工序；
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；
B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33输送至热黑液槽，或到换热器与温水换热后到冷黑液槽；135℃以下的温黑液V34到黑液槽；
A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，直到下一次置换……依此类推。
8.根据权利要求4所述的纸浆连续置换蒸煮工艺，其特征在于：采用4个蒸煮锅A、B、C、D，当A锅处于工序2初级蒸煮的置换的起始，B锅处于工序3中级蒸煮置换的起始，C锅处于蒸煮反应达终点，工序6碱回收置换的起始，D锅处于其它工序；
同时打开相应的阀门，使得C锅底部输入稀黑液V61，顶部置换出的T6’=150-170℃的热黑液V63作为V31直接送入B锅底部，T6’’=135-150℃的热黑液V62输送至热黑液槽，或到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
B锅顶部置换出T2’=135-150℃的热黑液V33作为V21送到初级蒸煮锅A锅底部；135℃以下的温黑液V34到黑液槽；
A锅顶部置换出的100℃以下的冷黑液V23到冷黑液槽，T2’’=110-135℃的温黑液V24到换热器与温水换热后到冷黑液槽；
置换时间达到后，同时关闭阀门，结束A锅工序2、B锅工序3、C锅工序6的置换，直到下一次置换……依此类推。
9.根据权利要求4-8任一项所述的纸浆连续置换蒸煮工艺，其特征在于：若有某一锅出现故障，则连续置换工艺中应该由该出现故障的锅接收的蒸煮液送入相应的储液槽。
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| CN1361327A (zh) * | 2000-12-27 | 2002-07-31 | 陈松涛 | 禾草类制浆清洁生产工艺 |
| CN101748635A (zh) * | 2010-03-18 | 2010-06-23 | 白雪刚 | 一种置换蒸煮制浆方法 |
-
2011
- 2011-07-28 CN CN201110213717.0A patent/CN102251425B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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