提高新聞紙灰分過程紙機(jī)濕部的控制方法

劉文波 汪華杰 何北海

(1.廣州造紙股份有限公司,廣東廣州,510281;2.華南理工大學(xué)造紙與污染控制國家工程研究中心,廣東廣州,510640)

提高新聞紙灰分過程紙機(jī)濕部的控制方法

劉文波1汪華杰1何北海2

(1.廣州造紙股份有限公司,廣東廣州,510281;2.華南理工大學(xué)造紙與污染控制國家工程研究中心,廣東廣州,510640)

介紹了以全脫墨漿抄造新聞紙如何摸索各種影響成紙灰分的因素,提出調(diào)整與提高灰分過程中濕部系統(tǒng)的控制方法,其關(guān)鍵是建立灰分穩(wěn)定體系以保持紙機(jī)的持續(xù)清潔生產(chǎn)。

新聞紙;濕部系統(tǒng);灰分;控制

由于我國森林資源的匱乏和清潔生產(chǎn)的要求,利用全廢紙脫墨漿抄造新聞紙已是大勢(shì)所趨。而廢紙?jiān)牧系臐q價(jià)及環(huán)保壓力的日益增大,對(duì)現(xiàn)代新聞紙生產(chǎn)帶來漿耗、能耗的雙重制約。通過提高灰分來降低漿耗是各新聞紙企業(yè)的節(jié)耗方向。廣州造紙股份有限公司 (簡稱廣紙)9#號(hào)紙機(jī)由美卓公司提供,設(shè)計(jì)年產(chǎn) 40萬 t新聞紙,配套日產(chǎn) 1360 t的大型脫墨漿生產(chǎn)線。投產(chǎn)兩年后開展提高灰分的工作,但是如何提高灰分卻需要研究,因?yàn)閺U紙質(zhì)量一直處于波動(dòng)狀態(tài)并且有時(shí)非常劇烈,灰分是其中一個(gè)代表。圖 1所示為廣紙脫墨工段 2009年 10—11月間 20天的從碎漿機(jī)出來的粗漿灰分與儲(chǔ)漿塔的成漿灰分變化圖。

從圖 1可見,僅是約 8 h的間隔所測的數(shù)據(jù),波動(dòng)就非常劇烈,而具體到每小時(shí)灰分的變化會(huì)更加復(fù)雜。粗漿灰分與成漿灰分變化都很大,是由于脫墨工段的主要職能不是穩(wěn)定灰分。如果紙機(jī)在成漿灰分很高的時(shí)段里加入大量填料,而保留助劑等相關(guān)調(diào)節(jié)手段沒有及時(shí)跟上,破壞了紙機(jī)濕部的平衡體系,對(duì)正常生產(chǎn)會(huì)造成很大影響。為了避免提高灰分的工作給生產(chǎn)造成不利影響,需要對(duì)在這種環(huán)境下的濕部系統(tǒng)構(gòu)思總的控制原則,設(shè)計(jì)總的控制模型,研究具體的控制方法。

圖1 脫墨粗漿灰分與成漿灰分變化圖

1 總控制原則

經(jīng)過借鑒同行經(jīng)驗(yàn)[1]與實(shí)踐,筆者確立了對(duì)濕部控制的原則。

1.1 濕部系統(tǒng)中的細(xì)小組分滯留時(shí)間最短化的原則

廣紙新聞紙生產(chǎn)采用全脫墨漿,由于目前的二次纖維多次循環(huán)利用,平均纖維長度日益減少,又含有大量的細(xì)小組分。要做到紙機(jī)濕部系統(tǒng)的持續(xù)清潔,最實(shí)用的方式就是將附著陰離子垃圾的細(xì)小組分隨紙頁及時(shí)帶走。由于細(xì)小組分的含量大,就存在帶走速度上的問題。如果陰離子垃圾在濕部系統(tǒng)循環(huán)滯留時(shí)間越長,這些比表面積大、黏性大的物質(zhì)在各種失穩(wěn)機(jī)制促發(fā)下形成更大顆粒、沉淀、污垢等形式的機(jī)率就越大,膠黏物沉積引起的破洞、斷紙等問題的機(jī)率就越大。因此,筆者提出濕部控制措施上要使細(xì)小組分滯留時(shí)間最短化。

1.2 以灰分來代表膠黏物的處理程度原則

由于膠黏物含量的測定沒有在線測量的儀器與手段[2]。而實(shí)際生產(chǎn)中,在線灰分測定儀的使用已經(jīng)成熟,可以定量地摸索其走向。在紙機(jī)濕部系統(tǒng)循環(huán)中,灰分與膠黏物雖不是同類物質(zhì),但是一些研究發(fā)現(xiàn),以鈣離子為代表的金屬離子在濕部系統(tǒng)循環(huán)過程濃度升高會(huì)造成樹脂沉積障礙[3],加入填料而陽離子助劑加入量如果不夠時(shí),可引起膠黏物的沉積[4],因此系統(tǒng)灰分的累積會(huì)造成膠黏物沉積問題。筆者采用灰分來代表細(xì)小纖維及經(jīng)熱分散處理后已分散的膠黏物等一類直徑小于 76μm的粒子,在考慮如何處理灰分的同時(shí)就是在考慮處理膠黏物的問題,從而便捷地評(píng)估濕部系統(tǒng)中細(xì)小組分的情況。從控制結(jié)果上來講,這是有指導(dǎo)意義的,因此濕部控制方法就簡化為灰分控制方法。

2 控制模型

通過以上原則,筆者認(rèn)為一個(gè)持續(xù)保持清潔的濕部系統(tǒng),其進(jìn)入系統(tǒng)的細(xì)小組分 (以填料為代表)能及時(shí)轉(zhuǎn)化為成紙上的細(xì)小組分并隨紙頁帶出系統(tǒng),盡力減少其累積速度并以此抑制濕部惡化趨勢(shì)。筆者的控制模型即以此為基礎(chǔ)而建立,如圖 2所示,命名為灰分穩(wěn)定模型。

建立這個(gè)模型的步驟為：

(1)先穩(wěn)定造紙段體系,再結(jié)合脫墨段穩(wěn)定整個(gè)工段體系;

(2)提高灰分是先考察漿料內(nèi)部灰分保留情況,再研究漿料外部灰分保留情況。將成紙所含的灰分分為漿料灰分與新增灰分,簡稱為內(nèi)灰與外灰;

(3)先找準(zhǔn)影響灰分的生產(chǎn)線內(nèi)部因素,再結(jié)合外部因素來最終確定成紙灰分目標(biāo)值。

圖2 灰分穩(wěn)定模型

2.1 以穩(wěn)定的灰分保留率來維持濕部系統(tǒng)的清潔建立灰分D與灰分 E的穩(wěn)定關(guān)系。

灰分總體保留率的控制水平,以要求的停機(jī)周期和實(shí)際生產(chǎn)中紙機(jī)段濕部清潔持續(xù)情況是否做到為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整,其次考慮化學(xué)品消耗水平。廣紙采用kajaani WEM濕部檢測儀來完成動(dòng)態(tài)控制。首先做好網(wǎng)下白水濃度與助留助濾劑的實(shí)驗(yàn),確立兩者的關(guān)系。然后采用 kajaani WEM濕部檢測儀實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)下白水濃度,最后建立根據(jù)網(wǎng)下白水濃度的變化來調(diào)整助留助濾劑加入量變化的連鎖。該連鎖投用后效果顯著,見圖 3。

圖3 連鎖投用前后的網(wǎng)下白水濃度與灰分保留率的變化

2.2 以紙機(jī)多盤回收機(jī)處理量來控制網(wǎng)下白水的灰分走向

建立灰分 C與灰分D的穩(wěn)定關(guān)系。

因灰分保留率達(dá)不到 100%,因此必有灰分進(jìn)入白水系統(tǒng)有待處理。圖 4顯示了這些灰分可能的處理路徑。

圖4 網(wǎng)下白水中的灰分走向圖

路徑A：采用多盤回收機(jī)來回收網(wǎng)下白水的細(xì)小組分,馬上重新回用,這是推薦路徑,因?yàn)檫@條路徑有漿耗低、灰分利用率高的優(yōu)點(diǎn),成紙灰分容易提高,而且與控制原則 1相吻合。

路徑B：白水處理地點(diǎn)回到脫墨。優(yōu)點(diǎn)是緩解細(xì)小組分累積嚴(yán)重的問題,因?yàn)樵谏a(chǎn)實(shí)踐中有各種特殊情況,如設(shè)備故障造成紙機(jī)長時(shí)間帶漿空轉(zhuǎn)及紙不能卷取等情況,則加大去往路徑 B的量是很好的措施。此外運(yùn)行正常時(shí)可以去除膠黏物等雜質(zhì)[1,5]。缺點(diǎn)是無論氣浮還是浮選都會(huì)損失纖維與細(xì)小組分,并增加物料運(yùn)輸能耗。

除生產(chǎn)特殊情況外,兩條路徑要維持一個(gè)走向比例,路徑A比例過高會(huì)引發(fā)內(nèi)循環(huán)程度過高、助留劑用量過大等缺點(diǎn);路徑 B比例過高,氣浮與浮選設(shè)備處理能力都是有限的,一旦白水水質(zhì)中含有的懸浮物含量過高,則設(shè)備處理膠黏物等效果大打折扣,而這些水仍然會(huì)回到紙機(jī)線使用,處理不了的細(xì)小組分滯留在系統(tǒng)中的時(shí)間長,與控制原則 1相違背。

在路徑 A與路徑 B的選擇上,灰分走向的數(shù)值比例并不好測。筆者的方法是定期監(jiān)測脫墨氣浮前的紙機(jī)白水濁度,并通過該數(shù)據(jù)來調(diào)整多盤回收機(jī)處理量。例如表 1的多盤回收機(jī)處理量與氣浮前白水濁度部分?jǐn)?shù)據(jù)關(guān)系表,當(dāng)多盤回收機(jī)處理量越高時(shí),去往氣浮的白水濁度越低。生產(chǎn)正常的情況下,應(yīng)固定一個(gè)比例,建立起灰分 C與灰分 D的穩(wěn)定關(guān)系。廣紙是按濁度穩(wěn)定在 700 NTU為標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

表1 多盤回收機(jī)處理量與氣浮前白水濁度部分?jǐn)?shù)據(jù)關(guān)系表

通過 2.1與 2.2的步驟,經(jīng)過一段時(shí)間在無外灰的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)積累,紙機(jī)線建立起灰分 C與灰分 E的穩(wěn)定關(guān)系。需要多少成紙灰分,能通過這個(gè)關(guān)系估算出成漿灰分約需多少。在考察不同的機(jī)臺(tái)生產(chǎn)線時(shí)發(fā)現(xiàn),這個(gè)關(guān)系差別會(huì)非常大,跟生產(chǎn)線的設(shè)備選型與使用情況、化學(xué)品的種類與加入情況關(guān)系很大。以廣紙不同機(jī)臺(tái)為例,不填加外灰的情況下,貯漿塔里含相同灰分的全脫墨漿,成紙灰分的差別能有 1%以上。

2.3 動(dòng)態(tài)地加入外灰,向成紙灰分目標(biāo)值靠攏

灰分A、灰分B與廢紙質(zhì)量關(guān)系很大,是不受控的。控制的起始點(diǎn)為灰分 B。完成 2.1與 2.2的工作后,成紙灰分 E只隨灰分 C波動(dòng),灰分 C就是最重要的穩(wěn)定對(duì)象,將波動(dòng)的灰分 B的漿做成穩(wěn)定的灰分 C的漿就靠動(dòng)態(tài)地加入填料。如果灰分 E比設(shè)定的成紙灰分目標(biāo)值 E′低,通過在脫墨增加填料的生產(chǎn)試驗(yàn)逐漸找出合適的 B′值,在 B與 B′值之間建立連鎖,控制新增填料量使 B值向 B′值靠攏。如果灰分 E比設(shè)定的目標(biāo)值 E′還高,則不加填料。

2.4 成紙灰分目標(biāo)值的設(shè)定

通過 2.1～2.3節(jié)的工作中摸索得到生產(chǎn)線內(nèi)部因素后,只確保了成紙灰分的穩(wěn)定可控,理論上想要達(dá)到多少成紙灰分通過合理加填就能達(dá)到。但將成紙灰分完全控制并非有很大余地,因?yàn)樾枰獏⒖纪獠恳蛩貋頉Q定,這包括上從公司在產(chǎn)品市場實(shí)施的戰(zhàn)略起,下到對(duì)生產(chǎn)具體計(jì)劃安排的廢紙?jiān)?、想達(dá)到的車速、計(jì)劃停機(jī)周期、成紙質(zhì)量等。圖 5為以市場戰(zhàn)略因素對(duì)確定成紙灰分目標(biāo)值的影響示例。

圖5 成紙灰分目標(biāo)值設(shè)定的外因參考示例

3 應(yīng)用效果

廣紙 9#機(jī)在 2009年 10月起開始逐步建立這套模型。首先是經(jīng)過 2.1～2.2節(jié)的工作初步穩(wěn)定了成紙灰分,圖 6的成漿灰分即圖 1的數(shù)據(jù),可見成漿灰分的波動(dòng)沒有發(fā)生減少的情況下,2009年 11月份在成紙灰分逐漸會(huì)根據(jù)成漿灰分增減趨勢(shì)同向波動(dòng),且波動(dòng)幅度轉(zhuǎn)小。然后經(jīng)過 2.3節(jié)的工作,將成漿灰分穩(wěn)定下來。

圖6 2009年 11月份前后灰分 C與灰分 E逐漸固定比例后兩者變化圖

2010年 1月份開始填加外灰 (見圖 7)。因?yàn)樵O(shè)備原因,外灰填加還沒有建立自動(dòng)連鎖,而采用操作員根據(jù)生產(chǎn)得到的數(shù)表設(shè)定填加量,因此比起圖 6,成漿灰分有所穩(wěn)定但還是波動(dòng),這需要繼續(xù)改進(jìn),即便如此,成紙灰分比圖 7成紙灰分?jǐn)?shù)據(jù)更加穩(wěn)定。

圖7 2010年外灰填加前后成漿灰分與成紙灰分變化圖

最后就是考慮外部因素設(shè)定成紙灰分值,著手提高成紙灰分。

從表 2可見,9#號(hào)機(jī)在 2009年 11月之前,曾在6月大幅度提高成紙灰分,但當(dāng)月生產(chǎn)很不正常被迫降低車速運(yùn)行,11月、12月完成 2.1～2.2的工作,2010年 1月開始填加外灰穩(wěn)步提升灰分 1%以上,在3月因有大幅提高車速這個(gè)外部因素,則先設(shè)低灰分目標(biāo)值,然后在下月繼續(xù)考察高速提灰的可能。

表2 建立灰分穩(wěn)定體系前后月度平均成紙灰分

表3 建立灰分穩(wěn)定體系前后月度平均車速

表4 建立灰分穩(wěn)定體系前后月度工藝造成斷紙次數(shù)

表 3、表 4部分反映了生產(chǎn)的總體情況,從 2009年 9月份起生產(chǎn)逐漸改善,11月后斷紙次數(shù)明顯下降。有了成紙灰分穩(wěn)定的控制,在 2010年 1月成紙灰分明顯提高后并不影響生產(chǎn)。當(dāng)然,斷紙次數(shù)受很多工藝因素的影響。

表5 建立灰分穩(wěn)定體系前后短停機(jī)前 1天斷紙次數(shù)

表 5則更為直接地反映了濕部的持續(xù)清潔情況。2009年 9月份起停機(jī)周期均為 15天左右,方便比較。長停機(jī)主要是為更換貴重品,長停機(jī)前因貴重品到使用末期會(huì)引起斷紙?jiān)龆?短停機(jī)前貴重品處于使用中期較正常,可以忽略其造成斷紙的因素,因此列出短停機(jī)前 1天的斷紙情況來衡量每個(gè)周期濕部的持續(xù)清潔情況。從表 5可見,2009年 11月份以后的短停機(jī)前斷紙次數(shù)維持在低水平上,實(shí)際生產(chǎn)中也達(dá)到了控制膠黏物控制的目的,這說明濕部能在指定的日期內(nèi)做到持續(xù)清潔,同時(shí)也給出了可以延長停機(jī)周期或允許灰分提高的信號(hào)。

4 結(jié) 論

灰分穩(wěn)定體系的關(guān)鍵就是用量化跟蹤、動(dòng)態(tài)變化的方法,使以灰分為代表的細(xì)小組分被快速、穩(wěn)定地控制。因?yàn)樵系臅r(shí)刻變化,充分利用連鎖控制是做到對(duì)濕部系統(tǒng)的密切跟蹤與調(diào)節(jié)最好的辦法。如果沒有條件,則要發(fā)揮生產(chǎn)者的積極性,進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的定期檢測來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

[1] 王立軍,周林杰,陳夫山.廢紙漿微膠黏物固定劑的作用行為研究[J].中國造紙,2006,25(7)：1.

[2] 劉 剛,韓 卿.廢紙膠粘物及其檢測技術(shù)的研究進(jìn)展[J].黑龍江造紙,2008(2)：31.

[3] 李宗全,詹懷宇.填料對(duì)二次膠粘物沉積的影響[J].中國造紙學(xué)報(bào),2005,20(1)：164.

[4] 石海強(qiáng).馬尾松膠體樹脂沉積機(jī)理及樹脂障礙控制研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2006.

[5] 陳建明.脫墨漿膠粘物的測定與去除[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2003,22(6)：42.

(責(zé)任編輯：常 青)

W et End Control Technology during I ncreasing Ash Content of Newsprint

L IU Wen-bo1,＊WANG Hua-jie1HE Bei-hai2
(1.Guangzhou Paper Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong Province,510281;
2.National Engineering Research Center of Paper making&Pollution Control,South China University of Technology,Guangzhou,Gungdong Province,510640)
(＊ E-mail：bobl w@shou.com)

The factors affecting the ash content of recycled fillers based newsprint are discussed.Stable wet end system control technology during adjusting and increasing ash content of the paper is proposed.Establishing a steady ash content system in order to maintain the cleaner production is critical.

newspaper;wet end system;ash;control

TS75

A

0254-508X(2011)02-0007-04

劉文波先生,碩士,工程師;主要從事紙機(jī)濕部工藝控制工作。

2010-09-25(修改稿)