綠液壓力過濾機在國內(nèi)的應(yīng)用

陳 英 王月潔 曲春杰 逄春河 李衛(wèi)芹

(汶瑞機械(山東)有限公司，山東安丘，262100)

隨著制漿造紙技術(shù)的快速發(fā)展、制漿規(guī)模的不斷擴大和環(huán)境保護控制指標的日趨嚴格，造紙堿回收的生產(chǎn)規(guī)模也越來越大，單機設(shè)備的生產(chǎn)效率也在不斷提高，并逐步向壓力苛化的趨勢發(fā)展。年產(chǎn)30 萬t以上的大型制漿項目配套堿回收苛化工段中，綠液澄清采用傳統(tǒng)的重力沉降式澄清器已不能很好地滿足生產(chǎn)的需求，提高單機設(shè)備的生產(chǎn)效率已成為制漿造紙苛化工藝發(fā)展的必然趨勢。國外制漿造紙機械設(shè)備商所生產(chǎn)的綠液壓力過濾機，作為堿回收苛化工段中的綠液澄清設(shè)備具有高產(chǎn)能和高效率的特點，在國內(nèi)一些大型制漿造紙企業(yè)中得到運用。汶瑞機械(山東)有限公司作為國內(nèi)制漿造紙機械設(shè)備制造者緊隨國際造紙技術(shù)裝備的發(fā)展，對堿回收設(shè)備中的新型過濾設(shè)備綠液壓力過濾機進行了開發(fā)和設(shè)計。

1 綠液壓力過濾機的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

綠液壓力過濾機主要由殼體、綠液分配箱、過濾單元、收集器、控制系統(tǒng)和綠液循環(huán)泵等部分構(gòu)成。綠液循環(huán)泵內(nèi)置的綠液壓力過濾機設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖1。

綠液壓力過濾機的殼體及與殼體相焊接的各管口、人孔和收集器等都是按壓力容器的要求設(shè)計制造，圓形殼體內(nèi)腔的中上部被隔板分成幾個腔室，中間方形的腔室形成綠液過濾的空間。

圖1 循環(huán)泵內(nèi)置式的綠液壓力過濾機結(jié)構(gòu)示意圖

綠液分配箱使綠液同時均勻地分布到過濾單元的表面，其在小直徑規(guī)格綠液壓力過濾機中的分布作用不是很明顯。

目前設(shè)計的過濾單元每件總過濾面積為6 m2，由耐蝕不銹鋼板按設(shè)計的開孔形式開孔后制成板框式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)有液體流動的空腔通道，外部罩有袋狀濾網(wǎng)。過濾單元的下部通過密封的連接形式與下端的收集器連接，過濾單元的數(shù)量由制漿生產(chǎn)的產(chǎn)能決定。

綠液循環(huán)泵在工作時高速運轉(zhuǎn)，制造時需要保證運轉(zhuǎn)精度。綠液壓力過濾機的結(jié)構(gòu)有兩種形式:綠液循環(huán)泵內(nèi)置式和綠液循環(huán)泵外置式，根據(jù)生產(chǎn)空間的需要來確定綠液壓力過濾機所采用的結(jié)構(gòu)形式。

1.2 工作原理［1］

綠液壓力過濾機是基于濾網(wǎng)內(nèi)外的壓力差實現(xiàn)過濾的。綠液從溶解槽泵送至綠液穩(wěn)定槽，在流量和密度的變化趨于平衡時，再泵(控制綠液流量)送至綠液壓力過濾機。綠液壓力過濾機是按照順控進行的，依次為濁綠液過濾、壓力平衡、綠泥增濃、綠泥放空、濾網(wǎng)洗滌、酸洗。濁綠液從殼體底部對稱的兩側(cè)腔室向上升到規(guī)定的液位高度時，經(jīng)綠液分配箱后溢流入綠液過濾空間內(nèi)，從規(guī)定的高度處向下均勻地分布到每個過濾單元的外表面，在壓力差的作用下通過過濾單元過濾后進入綠液收集器，固體的顆粒留在濾網(wǎng)的外部，隨循環(huán)液流沉降到殼體的底部。過濾后的綠液被綠液泵送至下一工段，這一過程稱之為濁綠液過濾。按照DCS 所設(shè)定的時間，當完成濁綠液的過濾后便停止?jié)峋G液泵，通過壓力平衡調(diào)節(jié)來恢復過濾能力。通過降低過濾單元的壓差，并保持循環(huán)泵的運轉(zhuǎn)，向下流動的液體使濾網(wǎng)表面得到清洗，也就是不用水洗濾網(wǎng)就能達到恢復過濾能力的目的，這一過程稱之為壓力平衡。在底部的綠液由循環(huán)泵循環(huán)后使得綠泥進一步濃縮，這一過程稱之為綠泥增濃;增濃后的綠泥送入綠泥槽，再由綠泥泵送至綠泥過濾機進一步脫水和洗滌，較干的綠泥排出工藝系統(tǒng)，這一過程稱之為綠泥放空。

綠泥是濃黑液經(jīng)堿爐燃燒后混入綠液中的雜質(zhì)，通常大部分以絮狀物形態(tài)懸浮于綠液中，顆粒呈黑色且黏度大，容易堵塞過濾元件［2］。為 保 持 過 濾 能 力，綠液壓力過濾機的濾網(wǎng)要有規(guī)律地用熱冷凝水清洗。

每次過濾程序都要對濾網(wǎng)進行洗滌:向綠液壓力過濾機注入熱洗滌水;當熱洗滌水開始循環(huán)使濾網(wǎng)表面被洗滌時，啟動壓力平衡;洗滌水回流，當洗滌水穿過過濾單元到濾液腔后又被泵送回綠液壓力過濾機，洗滌結(jié)束。在采用水洗不能達到過濾能力時，應(yīng)啟動酸洗，酸洗后應(yīng)立即用熱水沖洗濾網(wǎng)，防止酸液殘留，影響濾液質(zhì)量。每個階段的時間都可以調(diào)整、設(shè)定，由程序計數(shù)器控制。

2 綠液壓力過濾機的控制

控制系統(tǒng)采用可編程控制器、擴展及通信模塊，用現(xiàn)場壓力、液位、溫度、流量等實際模擬量進行控制，以便手動和自動操作，并留有通信端口接上位機，或DCS 的連接功能，整個系統(tǒng)可實現(xiàn)全自動集中控制。綠液壓力過濾機流程圖見圖2。

2.1 綠液過濾的控制

綠液被濁綠液泵送至綠液壓力過濾機底部，濁綠液泵由變頻控制和LIC (12)控制轉(zhuǎn)速。在過濾過程中濁綠液泵的進出口閥門都是開啟的，綠液壓力過濾機內(nèi)的循環(huán)泵要一直保持過濾單元被綠液覆蓋。綠液壓力過濾機的能力是通過流量FICQ (20)控制的，如果綠液流量低于設(shè)定值，則壓差PDIC (19)通過開大排氣閥HS (8)來控制壓力PIC (9)減小，直到綠液流量達到設(shè)定值;如果綠液流量持續(xù)低于設(shè)定值，則壓差PDIC (19)通過開大壓縮空氣閥HS(17)控制壓力PIC (16)，直到綠液流量達到設(shè)定值。當綠液流量持續(xù)超過設(shè)定值，則按照相反順序操作。清綠液通過濾網(wǎng)進入到過濾單元內(nèi)，進入底部的收集器，經(jīng)綠液泵通過開關(guān)閥HS (22)由綠液壓力過濾機的收集器泵送至綠液儲存槽，綠液流量通過收集器內(nèi)液位LIC (21)來控制。

圖2 循環(huán)泵內(nèi)置式綠液壓力過濾機流程圖

2.2 綠泥增濃的控制

綠泥增濃程序啟動時，綠液喂料閥HS (3)關(guān)閉、濁綠液泵停止和閥YS (13)關(guān)閉，綠泥喂料閥HS (5)打開并啟動濁綠液泵，隨著綠泥濃度的不斷增大，濾網(wǎng)處理能力減小，液位開始升高，當壓力PI (14)超過開啟值時閥YS (13)打開，濾網(wǎng)外液位越高，濾網(wǎng)內(nèi)外的壓差就越大。綠泥增濃期間，綠泥從綠泥槽被泵送到綠液壓力過濾機，通過液位LIC(12)控制泵的轉(zhuǎn)速來控制。當綠液流量FICQ (20)達到設(shè)定值或綠泥槽液位達到最低限值則綠泥增濃停止，綠泥喂料閥HS (5)關(guān)閉、濁綠液泵停止和閥YS (13)關(guān)閉，卸料啟動。

2.3 壓力平衡的控制

當需要啟動壓力平衡時，手動打開壓力平衡開關(guān)，綠液喂料閥HS (3)關(guān)閉、濁綠液泵停止和閥YS (13)關(guān)閉，排氣閥HS (8)和壓縮空氣閥HS(17)關(guān)閉，壓力平衡閥HS (18)打開，使濾網(wǎng)內(nèi)外的壓力相等，將綠泥液排走。若要關(guān)閉壓力平衡，手動關(guān)閉壓力平衡開關(guān)，則綠液喂料閥HS (3)打開和濁綠液泵啟動，當壓力PI (14)超過開啟值時閥YS(13)開啟，壓力平衡閥HS (18)關(guān)閉，排氣閥HS(8)和壓縮空氣閥HS (17)恢復到自動控制狀態(tài)。

2.4 綠泥放空的控制

綠泥增濃到一定程度時，過濾單元表面被顆粒堵塞，使過濾阻力增大，即使達到較高的工作壓差也難于進行過濾，則停止綠液泵，啟動綠泥放空程序，將綠泥放入綠泥槽。放空程序是從壓力平衡啟動時開始，排到壓力平衡時結(jié)束，如果壓力PIC (16)小于放空啟動極限值則綠泥回流閥HS (11)開啟;如果壓力較高，排氣閥HS (8)開啟。當綠泥回流閥HS(11)開啟時，綠液壓力過濾機液位會下降，當達到液位開關(guān)LIS (23)時，閥HS (11)關(guān)閉，卸料期間的過濾機壓力由壓力PIC (16)控制。卸料期間，當綠泥液位達到卸料液位LIS (23)時再延遲10 s后，綠泥回流閥HS (11)關(guān)閉;當濾液腔液位LIC(21)低于連鎖值5% 時綠液泵停止且液位控制閥LIC (21)關(guān)閉;當濾液腔液位LIC (21)高于液位設(shè)定值2% 時，綠液泵重新啟動。當卸料液位LIS(23)和濾液腔液位LIC (21)都低于最低限值時，濾網(wǎng)水洗程序啟動。

2.5 濾網(wǎng)洗滌的控制

當執(zhí)行濾網(wǎng)洗滌時，熱二次冷凝水閥HS (4)打開后，首先綠液管線閥HS (22)關(guān)閉然后濾液循環(huán)閥HS (24)打開，濁綠液泵啟動，當喂料壓力PI(14)超過限定值后出口閥YS (13)打開，綠液壓力過濾機液位LIC (12)控制泵的轉(zhuǎn)速。當綠液壓力過濾機液位LIC (12)超過限定值后循環(huán)泵啟動。當濾液腔液位LIC (21)超過限定值后綠液泵啟動。洗滌冷凝水的流量通過FICQ (20)控制綠液壓力過濾機的壓差PDIC (19)來調(diào)節(jié)。當綠液壓力過濾機液位LIC (12)達到濾網(wǎng)洗滌設(shè)定值后，洗滌水閥HS(4)關(guān)閉，濁綠液泵停止且泵出口閥YS (13)關(guān)閉。當洗滌水閥HS (4)關(guān)閉時，壓力平衡開始運行，壓力平衡閥HS (18)緩慢打開，排氣閥HS(8)和壓縮空氣閥HS (17)緩慢關(guān)閉。在壓力平衡期間循環(huán)泵運轉(zhuǎn)使冷凝水沖刷濾網(wǎng)外表面，壓力平衡時間期滿后，程序核查濾液的累計量，程序繼續(xù)直到濾液達到設(shè)定的累計值。當壓力平衡閥關(guān)閉時，壓差PDIC (19)首先控制排氣閥HS (8);當濾液腔壓力PIC (9)在設(shè)定點PDIC (19)控制壓縮空氣閥HS(17)時，洗滌后洗滌水被排放到稀白液槽，程序給出一個打開到稀白液槽閥HS (25)的信號，如果過濾器內(nèi)壓力PIC (16)小于卸料啟動限定值則閥打開，綠液壓力過濾機液位LIC (12)下降;當綠液壓力過濾機液位循環(huán)泵LIC (12)降到設(shè)定值的10%以下時，循環(huán)泵停止。在卸料期間過濾機的卸料壓力由綠液壓力過濾機壓力PIC (16)來控制;當水的液位達到液位LIS (23)后卸料延遲10 s，稀白液槽閥HS (25)關(guān)閉。當濾液腔液位LIC (21)低于連鎖值時，綠液泵停止，液位控制閥LIC (21)關(guān)閉;當濾液腔液位超過啟動限定值時綠液泵重新啟動。如果沒有其他停止綠液壓力過濾機的指令，綠液壓力過濾機將重新自動啟動到綠液過濾步驟。如果有停止過濾程序的命令，所有閥門、控制點以及設(shè)備開關(guān)都回到手動位置。洗滌后的洗滌水被排放到稀白液槽，洗滌后濾網(wǎng)的過濾能力獲得再生。

3 綠液澄清器與綠液壓力過濾機的對比

在堿回收的苛化工段中，綠液質(zhì)量的好壞直接影響到白液澄清度的高低，及白泥沉降速度的快慢。正常綠液的總堿濃度下，要達到很高的白液苛化度，除要經(jīng)過相當長的苛化時間外，往往是以大量消耗石灰為代價［3］。石灰中的雜質(zhì)如二氧化硅、氧化鎂對苛化乳液的過濾、沉降、洗滌都會產(chǎn)生很大的影響。最佳的石灰用量是苛化工段高效率、低成本運行的保證。因此，在苛化工段中綠液澄清設(shè)備的選用對后續(xù)工段有較大的影響。

3.1 傳統(tǒng)的綠液澄清技術(shù)

在傳統(tǒng)的苛化流程中，澄清器(見圖3)是用于堿回收苛化工段綠液澄清的主要設(shè)備，綠液澄清器的主要原理是借助重力的作用，使密度較大的綠泥沉降在底部，上層為澄清液，達到液固分離的目的。傳統(tǒng)的重力沉降苛化工藝，屬于自然沉降，在有限的時間內(nèi)，這種分離方法無法使含有細小顆粒的苛化乳液完全實現(xiàn)液固分離。目前國內(nèi)澄清器最大直徑為36 m，最大產(chǎn)能為8750 m3/d。大規(guī)格澄清器需配置高精度的軸承承受高的扭轉(zhuǎn)力，且應(yīng)配有較先進的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的苛化工藝流程見圖4。

圖3 澄清器結(jié)構(gòu)

這種綠液澄清器的優(yōu)點是耗電量低，檢修方便，使用可靠，檢修率低;缺點是占地面積大，不適合大型木漿廠，草漿綠液澄清度一般在150 mg/L 以下，木漿及竹漿綠液澄清度一般在100 mg/L 以下，容易造成后續(xù)工段結(jié)垢。

3.2 新型的綠液壓力過濾機

壓力苛化技術(shù)在堿回收苛化系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要意義，其流程見圖5。

綠液壓力過濾機是通過各儀表連鎖控制實現(xiàn)高產(chǎn)高效過濾的，濾液澄清度≤20 mg/L (綠液澄清器的澄清度為100 mg/L 左右)，產(chǎn)能達到6.5 m3/(m2·d)。

綠液壓力過濾機的優(yōu)點:綠液的澄清度較高，澄清度在20 mg/L 以下，后續(xù)工段結(jié)垢少，自動化程度高，占地面積小，適合大型木漿廠。綠液壓力過濾機的缺點:循環(huán)泵電機功率大，耗電量高，運行費用高，需要定期酸洗，緩沖設(shè)備較大，自動控制系統(tǒng)復雜，一次性投資費用較高。

3.3 綠液壓力過濾機與綠液澄清器在實際應(yīng)用中的對比

在大規(guī)模生產(chǎn)中綠液澄清器受到自身結(jié)構(gòu)的限制，如廣東某廠年產(chǎn)70 萬t 桉木漿制漿項目中，堿回收的苛化工藝，若采用綠液澄清器則需要直徑為32 m 的大型澄清器2 臺，若采用綠液壓力過濾機只需要直徑為3.6 m 的澄清器2 臺。隨著澄清器直徑的增大，傳動支架的跨距增加，攪拌裝置長度增大，這些裝置的強度及剛性會變得較差，同時直徑的增加，對外界的散熱也較大。應(yīng)用綠液壓力過濾機則避免了以上缺點，明顯地減少了設(shè)備在生產(chǎn)廠區(qū)的占地面積。

在常規(guī)苛化流程中，綠液澄清時采用綠液澄清器，一般出口澄清度最好時小于100 mg/L;在壓力苛化流程中，當采用綠液壓力過濾機時可使澄清度達到5 ～20 mg/L。一些大型漿廠大多已取消綠液澄清器，改用綠液壓力過濾機，不僅提高了綠液澄清度，同時也使得后續(xù)白液澄清度有所提高，可由原來的50 mg/L 以上降到20 mg/L 以下。

4 綠液壓力過濾機在國內(nèi)的應(yīng)用

隨著我國造紙工業(yè)向高產(chǎn)能、低能耗、低碳環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的方向轉(zhuǎn)型，造紙企業(yè)通過引進國外先進的制漿裝備，投建了一批單機生產(chǎn)線規(guī)模大、技術(shù)起點高、裝備先進和產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)的項目。其中包括廣東某廠年產(chǎn)70 萬t 桉木漿制漿項目，配套的堿回收苛化工段綠液澄清采用的2 臺直徑為3.6 m 的綠液壓力過濾機;山東某廠年產(chǎn)120 萬t 桉木漿制漿項目，配套的堿回收苛化工段綠液澄清采用的2 臺直徑為4.5 m 的綠液壓力過濾機;山東某廠年產(chǎn)25 萬t 制漿項目，配套的堿回收苛化工段綠液澄清中采用的1 臺直徑為2.8 m 的綠液壓力過濾機;湖南某廠年產(chǎn)40 萬t 桉木漿制漿項目，所配套的堿回收苛化工段綠液澄清采用的1 臺直徑為3.6 m 的綠液壓力過濾機。以上多家企業(yè)的運行情況表明，綠液壓力過濾機在堿回收苛化工段綠液澄清中有其明顯的規(guī)模效益，堿回收設(shè)備的規(guī)模越來越大，噸漿投資成本會越來越低。

5 結(jié) 語

綠液壓力過濾機作為新型的堿回收苛化工段綠液過濾設(shè)備，以其鮮明的高產(chǎn)能、高效率和結(jié)構(gòu)緊湊的特點逐漸在堿回收苛化系統(tǒng)中得到運用。但目前國內(nèi)所使用的綠液壓力過濾機主要以國外產(chǎn)品為主，國外進口的綠液壓力過濾機依靠其品牌優(yōu)勢、研發(fā)能力、精密制造以及強大的資金實力和市場拓展能力，價格形成壟斷，且居高不下，導致投資成本提高，阻礙了眾多中小型制漿造紙企業(yè)裝備向大型化發(fā)展的步伐。汶瑞機械(山東)有限公司，在消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備的使用情況，已著手開發(fā)和設(shè)計綠液壓力過濾機，有望在短時間內(nèi)實現(xiàn)綠液壓力過濾機的國產(chǎn)化。

［1］ ZHANG Bao-yuan. X-filter，a new type of green liquor filtering equipment［J］. China Pulp ＆ Paper Industry，2010，31(20):77.張保元. X-filter 新型綠液處理設(shè)備［J］. 中華紙業(yè)，2010，31(20):77.

［2］ LIU Shi-hai，JIANG Bo. Guanshi Yali Guolvqi Zai Zhujiang Jianhuishou Kehua Gongduan De Yingyong［J］. China Pulp ＆ Paper，2005，24(3):61.劉世海，江 波. 管式壓力過濾器在竹漿堿回收苛化工段的應(yīng)用［J］. 中國造紙，2005，24(3):61.

［3］ ZHANG Zi-cheng. A Way to Realize Automatic Coutrol of White Liquor Causticity［J］. China Pulp ＆ Paper，1996，15(4):9.張子成. 實現(xiàn)白液苛化自動控制的一條途徑［J］. 中國造紙，1996，15(4):9.