非木纖維制漿節(jié)能技術(shù)探索

周海東 楊傲林 郭勇為 陳金山

(泰格林紙集團有限公司,湖南岳陽,414002)

非木纖維制漿節(jié)能技術(shù)探索

周海東 楊傲林 郭勇為 陳金山

(泰格林紙集團有限公司,湖南岳陽,414002)

國內(nèi)非木纖維制漿需要解決節(jié)能技術(shù)問題,木漿采用立式連續(xù)蒸煮比常規(guī)間歇蒸煮具有顯著節(jié)能優(yōu)勢,但草類原料不宜采用立式連續(xù)蒸煮制漿。非木纖維采用國內(nèi)橫管式連續(xù)蒸煮加干、濕法備料工藝要達到比常規(guī)間歇蒸煮更加節(jié)能的目的,但還存在不少技術(shù)問題需要解決。結(jié)合生產(chǎn)實踐系統(tǒng)地探討了非木纖維制漿的節(jié)能技術(shù)。

非木纖維制漿;干濕備料改進;橫管連蒸優(yōu)化;節(jié)能技術(shù)探討

污染大、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量差、資源有效利用率低是目前國內(nèi)草類漿廠較普遍存在的問題。由于污染和能耗方面存在的問題突出,國內(nèi)一大批非木纖維制漿行業(yè)被迫關(guān)停。如果這些矛盾不解決,將嚴重制約非木纖維制漿技術(shù)的進一步發(fā)展。

國內(nèi)非木纖維制漿面臨的主要問題之一是節(jié)能降耗。采用干、濕法結(jié)合備料和橫管連續(xù)蒸煮,用擠壓技術(shù)取提黑液,是值得推廣的工藝。但在使用這些工藝技術(shù)時需要解決節(jié)能降耗和環(huán)境污染方面的問題,達到既提高質(zhì)量又降低能耗的目的。國際上先進的制漿造紙技術(shù)以木材纖維見長,非木纖維制漿技術(shù)的開發(fā)并未顯示出優(yōu)勢。而國內(nèi)采用非木纖維制漿造紙發(fā)展時間長,歷史久遠,應(yīng)用范圍廣泛,在我國仍具有相當?shù)膬?yōu)勢和廣闊發(fā)展前景。因此,開發(fā)非木纖維制漿技術(shù)不能完全依賴引進,有必要依靠自主創(chuàng)新來推動該技術(shù)領(lǐng)域的進展。

泰格林紙岳陽紙業(yè)股份公司化學(xué)葦漿車間以蘆葦為原料生產(chǎn)漂白硫酸鹽葦漿,制漿采用傳統(tǒng)的干法備料和普通的 KP法間歇蒸煮工藝,該車間生產(chǎn)線已有40多年歷史,由于工藝和裝備落后,資源消耗大,經(jīng)濟效益低是該生產(chǎn)線所面臨的主要問題,需要提高質(zhì)量、降低能耗、達到資源結(jié)構(gòu)優(yōu)化,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效和可持續(xù)發(fā)展的目標。

1 項目實施

為解決葦漿生產(chǎn)線長期以來存在的問題,泰格林紙岳陽紙業(yè)股份公司對舊的葦漿車間國產(chǎn)設(shè)備進行技術(shù)改造,新增備葦站、濕法備料和連續(xù)蒸煮工藝,開發(fā)使用單螺旋擠漿機提取黑液和連蒸余熱回收技術(shù)。項目實施過程中對切葦備料、濕法除塵、連續(xù)蒸煮、黑液提取等工序存在的突出問題進行了系統(tǒng)的探索和改進,達到了優(yōu)化草類原料資源利用的目的,投產(chǎn)后取得了很好的提質(zhì)降耗和節(jié)能效益。

2 項目實施采取的措施

2.1 新建高效備葦車間

2.1.1 改進備料關(guān)鍵設(shè)備

備葦車間的主體設(shè)備是五刀切葦機,五刀切葦機的生產(chǎn)能力決定整條生產(chǎn)線的產(chǎn)量和效率。近年來受蘆葦市場無序化競爭的影響,蘆葦收割質(zhì)量變差、打包規(guī)格混亂和雜質(zhì)含量升高等問題日益突出。相對標準葦捆而言,五刀切葦機的設(shè)計能力為 25 t/h(風(fēng)干),但散包、爛葦和小捆葦對五刀切葦機的產(chǎn)量造成很大的影響。例如國內(nèi)某廠一條 220 t/d的葦漿線,需要開 4臺五刀機連續(xù)切葦片,單臺平均切葦能力為 220×2.3÷(4×22)=5.75(t/h)(式中,葦耗按 2.3 t/t漿,平均每天開機 22 h,下同),只達到設(shè)計能力的 1/4。

切葦能力低對能耗的影響是顯著的,但并未引起人們的重視,因為多開一臺切葦機就相當于多開一條備料線,包括皮帶輸送機、鏈條機、切葦機、送料風(fēng)機、圓篩、百葉除塵機和幾臺除塵風(fēng)機,總裝機容量約為 375 kW。由于切葦機能力低使整條生產(chǎn)線都處于低效狀態(tài)下運行,造成了大量的能源浪費。如果將切葦機能力提升,就可以少開一些機臺。計算表明:每少開一條切葦機生產(chǎn)線,年節(jié)電量可以達到 375×22×340×0.6=1683000(kWh)(負載率按 60%計算),年節(jié)電效益可達 80余萬元。因此,在蘆葦質(zhì)量降低的情況下設(shè)法提高切葦機能力是優(yōu)化能源利用率的一種有效途徑。

提高單臺切葦機能力,關(guān)鍵要解決送葦速度和送葦連續(xù)性,減少設(shè)備的空轉(zhuǎn)率。本項目主要改進設(shè)計五刀切葦機,其改進要點:優(yōu)化鏈條機結(jié)構(gòu),平衡各輥轉(zhuǎn)速,取消速度差,進料速度由原設(shè)計的27 m/min提高到 46 m/min,解決了進料緩慢不連續(xù)和磨損卡阻等諸多問題。同時配套設(shè)計新型無托輥皮帶輸送機提高送葦效率,改善現(xiàn)場環(huán)境。為了提高鉤葦連續(xù)性,采用農(nóng)用小型挖掘機代替人工鉤葦 (見圖1),使鉤葦效率較人工鉤葦大幅提高。通過這些改進措施,備葦車間單臺切葦機能力較老設(shè)備提升60%,切片質(zhì)量符合連續(xù)蒸煮要求。

2.1.2 五刀切葦機改進要點

從整體上考慮,改進設(shè)計時不把切葦機當成一臺粗糙設(shè)備看待,力求盡可能達到選材合適、設(shè)計精準、制造優(yōu)良、性能可靠的目的。

(1)取消喂料機的速度差,各輥之間的最大線速度差減小到≤2m/min;原設(shè)計為 22.2 m/min,從而使進料順利,磨損顯著降低。

圖1 用機械鉤葦提高效率

(2)延長上、下輸送鏈的長度,中心距分別延長 500 mm和 800 mm,使進葦部位的長度和高度增加,便于大捆進葦。

(3)上壓葦輥修改結(jié)構(gòu),從設(shè)計上保證升降靈活,防止卡葦捆,使進料順暢。

(4)對上、下鏈排進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高強度和耐磨性,減少斷鏈現(xiàn)象發(fā)生,確保連續(xù)安全生產(chǎn)。

(5)兩邊的墻板做防止塞葦和纏葦?shù)目紤],把擋板和墻板作為一體設(shè)計效果很好。

(6)所有托輥和鏈輪以提高耐磨性為目的進行優(yōu)化設(shè)計,改進選材和補強并增加齒數(shù),提高運行可靠性。

(7)刀盤護刀面設(shè)計可靠的防磨損裝置,便于更換,延長刀盤使用壽命。

2.2 開發(fā)設(shè)計新型活底式葦片料倉

使用葦片料倉對勻衡生產(chǎn)提高效率是必要的,但國內(nèi)草類原料的料倉使用不好,履帶式活底料倉使用不成功,螺旋活底式料倉只適合木片原料并不適合葦片等草類原料,國外其他型式的料倉也主要針對木片原料開發(fā),對草類原料不適用。草類原料與木片相比存在絮聚性容易搭橋,具有易抱團結(jié)塊的特性,松散性較差,物料中夾有纖維皮、塑料繩和藤子之類的纏繞物,容易造成結(jié)塊堵塞和出料不勻等問題。由于這些特性,使開發(fā)自動連續(xù)均勻出料的草片料倉成為一大難題。本項目與國內(nèi)某科技開發(fā)公司合作,經(jīng)過反復(fù)研究和優(yōu)化,成功地開發(fā)了一種液壓推桿式活底料倉,獲得了很好的使用效果 (見圖2)。

2.2.1 液壓推桿式活底料倉結(jié)構(gòu)

圖2 葦片料倉外形圖

液壓推桿式活底料倉倉體分為上下兩部分:上部為鋼板焊接而成的圓筒形結(jié)構(gòu),內(nèi)壁有規(guī)律地分布一系列鱗形塊,起卸壓和防止搭橋的作用。下部為鋼筋水泥澆灌的矩形倉體,兼做支承基座,矩形底部墊上厚鋼板做底,活動推料桿分布于鋼板之上,推料桿由兩根 90 mm×90 mm的方鋼和鋼板組焊而成,每組推桿總長度約 10 m,中間布置若干三角形推料板,工作時倉底不活動只是推桿活動。液壓缸和動力系統(tǒng)則布置在矩形倉體外側(cè)。倉體下部要求有足夠的剛度和強度,以保證能承受油缸的強大推力。料倉出料口連接 1臺螺旋出料器,采用變頻方式控制轉(zhuǎn)速。

2.2.2 料倉基本參數(shù)

料倉容積:500 m3;

貯存物料:葦片 (草片和木片都適應(yīng));

物料加入量:177 kg/m3(含水率 34%);

物料含水率:15%～55%;

活底料倉出料量:200～340 m3/h;

推料桿數(shù)量:6組;

推料桿往復(fù)運行速度:0.75 m/min;

推料桿行程:500 mm;

推料桿最大推力:750 kN。

2.2.3 料倉應(yīng)用效果

(1)推料桿的往復(fù)運動使葦片前移,強大推力起到了搓散團塊和破壞絮聚的作用,鱗形塊起到卸壓和防堵的作用,變頻調(diào)速實現(xiàn)了出料量可控的要求,這些獨特的設(shè)計解決了草類物料易抱團、易結(jié)塊堵塞和出料不勻的技術(shù)問題,實現(xiàn)了大型葦片料倉均勻連續(xù)出料和出料量可控的理想使用效果。

(2)設(shè)備運行穩(wěn)定,現(xiàn)場環(huán)境安靜清潔,改變了普通料倉泄漏、堵塞、纏繞、塵霧飛揚的狀況,實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)目標。

2.3 濕法備料節(jié)能問題

由于蘆葦原料的含雜率高,干法備料中未被除去的葦片雜質(zhì)被送入蒸煮鍋,占用有效容積,浪費堿液和蒸汽,而且煮出來的紙漿顏色發(fā)暗,進而導(dǎo)致?lián)脚浠瘜W(xué)葦漿的紙產(chǎn)品色相不明亮,產(chǎn)品白度視覺效果不好,這些都是影響提升紙張質(zhì)量檔次的主要因素,也是導(dǎo)致制漿過程中蒸煮用堿、用汽量及漂白化學(xué)藥品用量增高的主要因素。

顯然,增加濕法備料對提升產(chǎn)品質(zhì)量是非常必要的,但采用濕法備料需要增加裝機能耗、水耗和葦耗,濕法備料和連蒸共增加裝機容量 1800 kW,增加洗葦水 300 m3/h,洗葦損失率約 6%,所有這些都增加了生產(chǎn)成本,這是一對矛盾。如何在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時降低 “三耗”,是目前普遍存在和值得深入探討的問題。在項目設(shè)計過程中以降低“三耗”為目標,對使用的濕法備料流程進行了優(yōu)化和改進。

2.3.1 洗葦機變頻調(diào)速

濕法備料流程中的主體設(shè)備是立式水力葦片洗滌機,葦片洗滌機的容積為 60 m3,裝機容量達 280 kW,對葦片進行強力搓揉洗滌時需要消耗可觀的能源,這種設(shè)計對葦片的洗滌力度是不可控的。實際使用過程中,對洗滌的要求是變化的,如產(chǎn)量大小、葦片質(zhì)量優(yōu)劣、洗滌力度強弱等需要根據(jù)生產(chǎn)要求隨時調(diào)整。關(guān)鍵問題是,對葦片的過度搓揉洗滌不但浪費能源,而且增加葦片損失 (部分葦片被搓碎隨水流失掉),這就要求洗葦機轉(zhuǎn)速是可調(diào)控的。采用變頻調(diào)速設(shè)計很好地解決了這一問題。通過變頻調(diào)速不但節(jié)約了可觀的電能,而且可以控制葦片洗滌程度,降低過度搓揉造成的葦片損失。

通過調(diào)整葉輪速度達到最佳洗滌效果并實現(xiàn)降低葦損的目的是一種有效的嘗試,但仍有深入探索的必要,例如設(shè)計高效葉輪對降低能耗是值得研究的課題,有待進一步探索。

2.3.2 葦渣循環(huán)回流洗滌

濕法備料除雜率一般在 5%～8%之間,平均按6%計算,日產(chǎn) 150 t的生產(chǎn)線每天除去的雜質(zhì)量就達150×2.3×0.06=20.7(t),可以裝滿 30多輛卡車(雜質(zhì)松軟很占體積)。處理這些雜質(zhì)是個問題,其含水量高不好燃燒,外排對環(huán)境造成污染。通過對雜質(zhì)取樣試驗,雜質(zhì)的纖維含量達到 41%,因此認為采用循環(huán)回流的方式處理葦渣是可行的,即把從細格篩出來的粗雜質(zhì)送回洗葦機進行循環(huán)洗滌,使有用的纖維類物質(zhì)得到充分回用,真正無用的無機類雜質(zhì)在反復(fù)洗滌過程中被水帶走。

葦渣循環(huán)回流洗滌降低了葦片損耗率并很好地解決了環(huán)境污染問題,檢測結(jié)果表明,采用這種方式處理葦渣對質(zhì)量有輕微影響,但總體衡量是利大于弊。

2.3.3 提高洗葦水溫度降低能耗

這里需要澄清一個概念,就是認為所有連蒸系統(tǒng)都是節(jié)能的,其實存在誤區(qū)。對于立式連蒸,節(jié)能效果是肯定的,但橫管連蒸用于草類漿,特別是采用濕法備料的草類漿,實踐證明并不具有明顯節(jié)能優(yōu)勢。因為在連蒸之前增加了濕法備料,不但安裝了很多臺動力設(shè)備,增加了電耗,而且把原料洗濕了,增加了含水量,這些水進入連蒸需要消耗大量蒸汽來加熱。

送入連蒸器的葦片,檢測的含水量一般在 55%左右 (干度 45%),這部分未脫除的水直接帶入了連蒸器,通過簡單的計算就可以知道這部分水需要消耗的蒸汽量。

設(shè)產(chǎn)量為 150 t/d的連蒸線,每小時的物料平衡計算如下:

每小時的漿產(chǎn)量:150÷22=6.82(t)

每小時葦片用量:6.82×2.3=15.69(t) (絕干,葦耗為 2.3t/t漿)

換算成干度為 45%的葦片質(zhì)量:15.69÷45%=34.87(t/h)

因此,每小時由葦片帶入的水量:G=34.87-15.69=19.18(t)

加熱這部分水消耗的蒸汽量:

相當于消耗蒸汽 1.7 GJ/t漿。

式中,假定平均環(huán)境溫度為 t0=20℃,蒸煮溫度為 t1=165℃,水的比熱 C=4.187 kJ/(kg·℃)。

冬天環(huán)境溫度接近于 0℃,消耗的熱量將更多。因此,這樣的連蒸工藝在冬天消耗蒸汽比夏天高很多。要實現(xiàn)節(jié)能目標,必須有可行的改進措施。研究表明,設(shè)法提高洗葦水溫度對節(jié)能是有利的,尤其在冬天極為明顯,如果把洗葦水溫度由 10℃提高到60℃,可以減少蒸汽消耗量為:

噸漿節(jié)汽 0.58 GJ以上,每年可節(jié)約能耗 100余萬元。

提高水溫可以用回收余熱來實現(xiàn),也可以考慮直接用低溫余熱蒸汽來預(yù)蒸葦片,這樣熱能利用率更高。

2.3.4 洗葦水處理技術(shù)探索

濕備料不但增加能耗而且需要增加水耗,洗葦水用量在 300 m3/h以上。

節(jié)水的措施:采用污冷凝水或其他廢水代替清水,但關(guān)鍵是要對廢水進行處理回用,減少環(huán)境污染。處理回收洗葦廢水,沒有成功經(jīng)驗可供借鑒,許多廠都處理不好,或者不經(jīng)處理外排。本項目采用絮凝劑加斜板重力沉降法進行了實踐和探索,取得了一些經(jīng)驗,但運行過程中還有不少問題需要解決。

2.4 連續(xù)蒸煮優(yōu)化與節(jié)能

采用橫管連續(xù)蒸煮工藝的目的是提高成漿質(zhì)量,使紙漿的強度得到改善。公司采用 3根橫管連蒸的工藝流程布置 (見圖3)。連續(xù)蒸煮本身 (不包括濕備料時)與傳統(tǒng)間歇蒸煮相比,有一定的節(jié)能優(yōu)勢,這并不是因為液比較小,而是蒸煮器不必進行交替地加熱和冷卻,沒有小放氣來消耗能量,沒有冷噴放減少了蒸汽外排。但采用連續(xù)蒸煮工藝真正要達到節(jié)能的目的,需要解決幾個主要問題。

圖3 連續(xù)蒸煮工藝流程簡圖

2.4.1 重視保溫

保溫不是一個小問題。連續(xù)蒸煮有 3根直徑 1.5 m、長 13 m的橫管和許多縱橫交錯的進汽管道閥門,散熱面積比間歇蒸煮大得多。但通常的保溫措施很簡易,法蘭和閥門不加保溫層,連蒸管的端面也不進行保溫,運行過程中造成了大量的散熱損失。查表可知:

蒸汽傳遞熱量到鋼管壁的傳熱系數(shù)

α1=2.09×106;

鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ鋼=1.67×105;

石棉的導(dǎo)熱系數(shù)λ石棉=610;

即鋼的導(dǎo)熱系數(shù)是普通石棉的 1.67×105÷610=274(倍 )。

用紅外測溫儀可以測知,裸露在空氣中的管殼外壁溫度幾乎與管殼內(nèi)的溫度相同,達 160℃;經(jīng)過保溫層的包裹后外表面溫度降低到了 40～50℃,顯然,良好的保溫對節(jié)能是十分有效的。本項目對所有用汽設(shè)備管道采取了十分有效的保溫節(jié)能措施,對通常認為不能保溫的所有部位包括聯(lián)接螺栓都進行了有效的保溫 (見圖4和圖5),起到降低連續(xù)蒸煮的散熱損失的作用。熱量平衡計算表明,連蒸器的散熱損失只占總汽耗的 3.5%左右,而一般的散熱損失為 5%～8%。

2.4.2 回收放鍋余熱

采用濕法備料的連續(xù)蒸煮工藝不可避免地帶入了較多的水分,而且這部分水溫度較低,一般等于環(huán)境溫度,平均按 20℃計算,若利用余熱將水和葦片的溫度提升到 85℃以上再送入蒸煮器,則每小時的理論節(jié)能量可以達到:

式中:G1=15690 kg/h為葦片質(zhì)量,C1=1.423 kJ/(kg·℃)為葦片比熱;因此

實現(xiàn)這一目標需要用好葦片預(yù)蒸螺旋器。目前的預(yù)蒸螺旋器需要改進結(jié)構(gòu),解決混合不佳和跑汽問題,這樣,將進入蒸煮器的水和葦片利用余熱加溫到85℃左右完全可以實現(xiàn)。在這種溫度條件下,還沒有達到葦片的軟化溫度,因此不會影響喂料器產(chǎn)生反噴。實踐表明,對葦片適當加溫還可以降低螺旋的磨損,減少喂料器的動力消耗。

2.4.3 解決喂料器反噴問題

連蒸喂料器反噴問題普遍存在,嚴重影響生產(chǎn)安全并造成能量損失。解決喂料器反噴需要進行原因分析,找出問題的根源才能采取有效的解決措施。

連續(xù)蒸煮與間歇蒸煮的不同點是需要在工作壓力 (0.6～0.8 MPa)下實現(xiàn)連續(xù)進料,因此密封是棘手的問題,需通過專門的螺旋喂料器和防反噴閥來實現(xiàn)。如圖6所示,原料從左邊的螺旋喂料器向右推進,產(chǎn)生推力 F1;右邊的防反噴閥芯通過汽缸向左產(chǎn)生一個推力 (包含管內(nèi)蒸汽壓力所產(chǎn)生的力)F2,在 F1和 F2的作用下葦片在喉管處被壓緊成為“料塞”,起到密封作用,同時物料繼續(xù)向右推進失去支承后落入 T形管并被橫管連蒸器的螺旋軸推動開始連續(xù)蒸煮過程,后面的物料被螺旋推進形成新的“料塞”進行補充,從而實現(xiàn)密封和連續(xù)加料的目的。

螺旋喂料器正常工作時可作如下分析:

(1)F1和 F2是一對作用力和反作用力,必須確保 F1和 F2產(chǎn)生足夠大的擠壓力,將葦片在喉管處壓成密實的 “料塞”,才能起到密封和防反噴的作用。

(2)從平衡的角度分析,F1和 F2可以看成是一對平衡力,任何一方失去穩(wěn)定都將破壞平衡,造成密封失效。工作過程中要確保兩力處于平衡狀態(tài)。

(3)相對來說,F1由螺旋推動物料產(chǎn)生,是主動力;F2通過 “料塞”才能產(chǎn)生,是從動力。兩力產(chǎn)生的平衡是動態(tài)平衡,這樣才能使物料向前推進,實現(xiàn)連續(xù)進料功能。

分析表明,F1是通過螺旋推動物料產(chǎn)生的主動力,螺旋轉(zhuǎn)速是決定 “料塞”密實度和 F1大小的主要因素。當落入 T形管的物料量一定時,螺旋推入喉管的物料量加大,所形成 “料塞”的密實度就越大。反之,“料塞”的密實度就會降低,甚至出現(xiàn)松散的孔洞直到被沖開 (產(chǎn)生反噴)。實際生產(chǎn)中,葦片流量因各種原因不可能很穩(wěn)定,是經(jīng)常波動的,而且這種波動越大,產(chǎn)生反噴的可能性就越高。

因此,確保 F1和 F2兩力大小合適并處于最佳的動態(tài)平衡狀態(tài)是防反噴的關(guān)鍵。

采取的措施:①為確保 F1穩(wěn)定,將螺旋喂料器的轉(zhuǎn)速由固定改為無級可調(diào),并納入DCS控制系統(tǒng)。②確保氣源壓力穩(wěn)定并使之不小于 0.8 MPa,當氣源壓力低于要求時,壓力傳感器就會起作用,通過一個簡單的氣源增壓穩(wěn)壓器達到要求。

采取上述措施后,項目投產(chǎn)后沒有發(fā)生過反噴現(xiàn)象。

2.5 冷噴放節(jié)能的實現(xiàn)

目前國內(nèi)連續(xù)蒸煮設(shè)備一般都采用 “冷噴放”,用黑液置換出余熱,普遍認為這樣可以節(jié)能減排降低能耗,但用黑液置換蒸汽余熱只完成了工作的一半,并沒有達到節(jié)能的最終目的。因為黑液置換的熱量在真空洗漿機多段洗漿過程中又散發(fā)掉了 (真空洗漿系統(tǒng)成為龐大的散熱器),沒有真正起到減少蒸汽消耗的作用。本項目工程開發(fā)一種新的黑液提取工藝,力求使連續(xù)蒸煮冷噴放節(jié)能得到真正意義上的實現(xiàn),有效地將回收的余熱用于降低堿回收蒸發(fā)的汽耗。

2.5.1 新增黑液擠壓提取系統(tǒng)

新增黑液擠壓提取的目的:一是為了提高送堿回收黑液的濃度和溫度,減輕蒸發(fā)的壓力,節(jié)約能源;二是改善洗漿機的使用效果,提升產(chǎn)量和洗滌效率,降低殘堿,提高黑液提取率,降低廢水處理系統(tǒng)的負荷。

2.5.2 擠壓提取工藝流程

如圖7所示,在蒸煮終了時漿料被送入噴放管內(nèi)與放鍋黑液混合,溫度從 165℃降低到 100～105℃后進入噴放鍋,再由鍋底出料螺旋把漿料送入單螺旋擠漿機進行擠漿。單螺旋擠漿機的進漿濃度 6%～8%,出漿濃度 30%左右,可將送堿回收的黑液溫度提升 20℃,波美度從 6.5°Be′提高到8.5°Be′左右,從而降低堿回收過程中的蒸汽消耗,節(jié)約能源。

圖7 黑液擠壓提取流程示意圖

經(jīng)過螺旋擠壓提濃后的漿料,再送入真空洗漿機洗漿。

黑液擠壓提取系統(tǒng)為了防止出料不勻或產(chǎn)生堵塞,需對連續(xù)蒸煮的噴放鍋進行改進,設(shè)計專門箕斗形鍋底和耐壓的出料螺旋,選用高效單螺旋擠漿機,并配備稀釋漿池和黑液桶等附屬設(shè)備。

2.5.3 用單螺旋擠漿提取黑液的節(jié)能意義

(1)提高黑液波美度,可以減少黑液中的水量,節(jié)約蒸發(fā)的蒸汽用量。

如產(chǎn)量仍以 150 t/d計,設(shè)提取黑液波美度從原來的 6.5°Be′提高到 8.5°Be′,所節(jié)省的蒸汽計算如下:

根據(jù)波美度換算成溶液密度的公式:

式中:d表示溶液的密度,g/mL;n為溶液的標準波美度;

式 (1)用來計算比水重的液體,式 (2)用來計算比水輕的液體。因黑液比水重,采用式 (1)得

n=6.5時,密度 d=144.3÷ (144.3-6.5) =1.047(g/mL),檢測其固形物濃度為 8.3%;

n=8.5時,密度 d=144.3÷ (144.3-8.5) =1.063(g/mL),檢測其固形物濃度為 11.6%。

即 n=6.5時,1 m3黑液的質(zhì)量為 1047 kg,其中固形物質(zhì)量 1047×8.3%=86.90(kg);n=8.5時,1 m3黑液的質(zhì)量為 1063 kg,其中固形物質(zhì)量 1063×11.6%=123.31(kg);1 m3葦漿黑液從 6.5°Be′提高到 8.5°Be′, 可以減少的水量:

(1047-86.90)-(1063-123.31)=20.41(kg)≈0.0204(t水)(水的密度為 1 g/mL)。

噸漿黑液量計算:

1 t化學(xué)葦漿所含黑液固形物以 1.3 t計,當標準波美度 n=8.5時,濃度為 11.6%,d=1.063 g/mL,已知 1 t漿的黑液固形物含量為 1.3 t,噸漿所含黑液量

150 t漿黑液因波美度提高所減少的水量:

每天節(jié)約蒸汽量及每年的節(jié)能效益:蒸發(fā)效率按 4.0 kg H2O/kg汽計算,每天可節(jié)約蒸汽

40.32 ÷4.0=10.08(t蒸汽 )

每年的節(jié)汽量為:

Q1=10.08 ×340=3427(t蒸汽 )

(2)提高黑液溫度的節(jié)能效果

冷噴放使連蒸管內(nèi)漿料溫度從 165℃降低到 100～105℃再進噴放鍋,這一過程黑液吸收了絕大部分放鍋余熱,噴放過程散失的熱量比間歇蒸煮小得多,如果讓這部分熱量不再重新流失,節(jié)能效果是相當可觀的。熱量平衡表明,這部分熱流量占總熱量的78%左右,鍋內(nèi)的漿料 (包括黑液)溫度在 100℃左右。增加單螺旋擠漿機,把從這里擠出來的熱濃黑液直接送堿回收,從而真正實現(xiàn)冷噴放節(jié)能的目的。從單螺旋擠漿機送堿回收黑液的溫度可達 88℃,比從真空洗漿機送出的黑液溫度高 20℃以上,按每小時送堿回收黑液量 G=87.5 m3≈87500 kg,黑液比熱C=4.1kJ/(kg·℃)計算,黑液溫度提高 20℃每小時所產(chǎn)生節(jié)能量:

年節(jié)能量:

因此,提高送堿回收黑液的波美度和溫度對堿回收節(jié)能效果可以達到

計算結(jié)果表明:一條 150 t/d、年產(chǎn)漿量 51000 t的連續(xù)蒸煮線,通過改進黑液提取工藝,即噸漿可節(jié)省蒸汽 26265÷51000=0.52 t。

2.5.4 新增黑液過濾機

硫酸鹽非木纖維制漿法提取的黑液中含有纖維、鈣、鎂、鐵、鋁等雜質(zhì),這些雜質(zhì)沉淀在長期運行的蒸發(fā)器管的內(nèi)壁上,便形成管垢,通常在高濃度和高溫的蒸發(fā)段 (效)首先產(chǎn)生管垢,而且高濃效比低濃效更嚴重。垢的形成使傳熱系數(shù)降低,影響加熱管的熱傳導(dǎo)。同時,結(jié)垢的管壁表面粗糙,使黑液或冷凝水膜給熱系數(shù)變小,結(jié)垢嚴重時,加熱管縮小,甚至全部堵塞,造成系統(tǒng)生產(chǎn)停機。結(jié)垢嚴重影響蒸發(fā)效率,為了節(jié)約能源,本項目工程采用國內(nèi)新開發(fā)使用的壓力式黑液過濾機,將黑液過濾后再進入堿回收,達到節(jié)能增效的目的。

經(jīng)黑液過濾機過濾后的葦漿黑液中纖維含量由約260 mg/L降為 40 mg/L以下,去除率 85%以上。根據(jù)黑液量 2200 m3/d,可以去掉纖維 0.528 t/d,減少蒸發(fā)結(jié)垢,節(jié)能效果也非常明顯。

3 結(jié) 語

開發(fā)非木纖維制漿新技術(shù)不能完全依賴引進,有必要依靠自主創(chuàng)新來推動該技術(shù)領(lǐng)域的進展。泰格林紙集團有限公司立足自主技術(shù)開發(fā)對蘆葦制漿線進行改造,項目實施后使該生產(chǎn)線一次投產(chǎn)成功,而且取得了顯著的生產(chǎn)效益和節(jié)能降耗效益。

本項目主要創(chuàng)新點歸納總結(jié)如下:

(1)新建較先進的備葦站,主要改進五刀切葦機及葦捆輸送設(shè)備,使切葦機單臺生產(chǎn)效率提升60%,起到節(jié)能降耗的效用,質(zhì)量符合連續(xù)蒸煮要求。采用機械化鉤葦,優(yōu)化切葦機設(shè)計,平衡各輥轉(zhuǎn)速,取消速度差。

(2)開發(fā)一種推桿式活底料倉用于草類原料。料倉出料采用強力液壓推桿加變頻調(diào)速螺旋機,解決了堵塞問題,實現(xiàn)了出料量連續(xù)和可控。這種料倉適用范圍廣泛,不但適用于葦片,而且對草片、木片和樹皮等都有很好的適用性。

(3)改進濕法備料流程。干法備料以除葦葉、葦花等輕雜質(zhì)為主,濕法備料以除泥污、腐朽物等重雜質(zhì)為主,兩者有機結(jié)合。實現(xiàn)葦片的洗滌程度可控,變頻和溫水洗滌節(jié)能效果顯著,葦渣循環(huán)回流洗滌解決了環(huán)境污染問題。

(4)優(yōu)化連續(xù)蒸煮工藝。采用獨特而有效的保溫節(jié)能措施,開發(fā)連續(xù)蒸煮余熱回收技術(shù),提高預(yù)蒸螺旋的效率,解決反噴技術(shù)難題。

(5)新增黑液擠壓提取系統(tǒng)。將高濃擠漿技術(shù)應(yīng)用于洗漿之前,解決傳統(tǒng)提取設(shè)備黑液濃度低、熱量流失大的問題,提高送堿回收黑液波美度、溫度和品質(zhì),降低堿回收能耗。

(6)提高工藝控制水平,實現(xiàn)全程 DCS控制。

[1] 劉秉鉞,曹光銳.制漿造紙節(jié)能技術(shù)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1995.

[2] 孫恩召.《企業(yè)節(jié)約能源技術(shù)》[M].北京:國防工業(yè)出版社,1984.

[3] 北京機械學(xué)院.流體力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1982.

[4] 周海東.連續(xù)蒸煮與黑液預(yù)提取熱量平衡分析和節(jié)能技術(shù)探討[J].中華紙業(yè),2009,(1):56.

[5] 周海東.五刀切葦機應(yīng)用性能分析與改進[J].中國造紙,1998,(2):24

D iscuss on Saving Energy Technology for Non-wood Pulping

ZHOU Hai-dong＊YANG Ao-lin GUO Yong-wei CHEN Jin-shan
(Tiger Forest&Paper Group Co.,Ltd.,Yueyang,Hu'nan Province,414002)

Vertical continuous cooking(such as Kamyr digester)is superior to batch cooking significantly forwood raw material in energy saving,however non-wood raw materials is not suitable for vertical continuous digester.It is proved that the technology including dry and wet raw material preparation and horizontal continuous cooking is superior to batch cooking in energy saving for non-wood raw materials although there are still some problems to be solved.The problems and the technology progress are presented based on the m ill experiences.

non-wood fiber pulping;dry and wet preparation;horizontal continuous cooking;explore energy-saving technologies

TS733+.2

B

0254-508X(2010)01-0052-07

周海東先生,高級工程師;主要研究方向:制漿造紙裝備技術(shù)。

(＊E-mail:zhd136@yahoo.com.cn)

2009-08-10(修改稿)

(責(zé)任編輯:孫秋菊)