新月形衛(wèi)生紙機(jī)白水系統(tǒng)的設(shè)計案例

渠慎剛 楊劍波

(1.中國海誠工程科技股份有限公司，上海，200031;2.福伊特造紙 (中國)有限公司，江蘇昆山，215300)

新月形衛(wèi)生紙機(jī)在產(chǎn)品質(zhì)量、成本、生產(chǎn)能力、運(yùn)行穩(wěn)定性等方面都具有優(yōu)勢，已成為目前新建衛(wèi)生紙生產(chǎn)線的主導(dǎo)機(jī)型。與新月形衛(wèi)生紙機(jī)相配套的白水系統(tǒng)是衛(wèi)生紙生產(chǎn)線不可分割的部分，白水系統(tǒng)可影響到衛(wèi)生紙機(jī)運(yùn)行性能、產(chǎn)品質(zhì)量以及單位產(chǎn)品的水耗和成本。白水系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)就是增大白水回用量、減少工廠廢水中污染物的排放，從而在生產(chǎn)中減少纖維的損失、降低系統(tǒng)中清水用量及能量損失［1］。本文結(jié)合一臺幅寬5620 mm、最大工作車速2000 m/min的衛(wèi)生紙機(jī)生產(chǎn)線的設(shè)計，介紹了新月形衛(wèi)生紙機(jī)白水系統(tǒng)的設(shè)計體會。

1 項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目業(yè)主在產(chǎn)品規(guī)模和技術(shù)水平方面處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。為了進(jìn)一步強(qiáng)化在衛(wèi)生紙行業(yè)的龍頭地位，抓住衛(wèi)生紙行業(yè)的發(fā)展機(jī)遇，近年來，業(yè)主在全國各地已經(jīng)建設(shè)并將繼續(xù)建設(shè)多條衛(wèi)生紙生產(chǎn)線，其中造紙機(jī)以5620衛(wèi)生紙機(jī)為主。中國海誠工程科技股份有限公司承擔(dān)了多條衛(wèi)生紙生產(chǎn)線的設(shè)計工作，有的生產(chǎn)線已經(jīng)投產(chǎn)并運(yùn)行良好，生產(chǎn)每噸衛(wèi)生紙的水耗降到8 m3，與國內(nèi)同行業(yè)普遍的噸紙耗水量10～15 m3相比，生產(chǎn)線的水系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行是比較成功的。其中一條衛(wèi)生紙生產(chǎn)線的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 某項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)一覽表

2 衛(wèi)生紙機(jī)用水分析

衛(wèi)生紙機(jī)要求的噴淋點(diǎn)詳見圖1，各噴淋點(diǎn)的水量和水質(zhì)要求詳見表2。

圖1 衛(wèi)生紙機(jī)噴淋點(diǎn)示意圖

表2 衛(wèi)生紙機(jī)各噴淋點(diǎn)用水量和水質(zhì)要求

圖2 衛(wèi)生紙機(jī)各點(diǎn)漿濃及紙幅干度示意圖

由表2可知，衛(wèi)生紙機(jī)總用水量為4661.9 L/min，其中清水用量為535.6 L/min，過濾水用量為1783.3 L/min，澄清水用量為2343 L/min。根據(jù)衛(wèi)生紙機(jī)供應(yīng)商提供的漿水平衡數(shù)據(jù)按平均數(shù)計算，卷紙機(jī)處的衛(wèi)生紙產(chǎn)量為149 kg/min(干度按92%計算)。按每噸衛(wèi)生紙計算，衛(wèi)生紙機(jī)總用水量為31.6 m3/t，其中清水用量為3.6 m3/t，過濾水用量為11 m3/t，澄清水用量為17 m3/t。從以上數(shù)據(jù)可以看出，如果白水凈化處理得好，能完全滿足衛(wèi)生紙機(jī)噴淋的要求，清水用量僅為3.6 m3/t，只占衛(wèi)生紙機(jī)總用水量的11.5%。若過濾水達(dá)不到水質(zhì)要求，則必須使用清水代替，清水用量就會增加到14.6 m3/t，占衛(wèi)生紙機(jī)總用水量的46%。若澄清水水質(zhì)也達(dá)不到要求，衛(wèi)生紙機(jī)的噴淋水將全部使用清水，則清水的用量相當(dāng)大。因此，白水凈化的效果將直接影響到清水用量。為了保持成形網(wǎng)尺寸的穩(wěn)定性，網(wǎng)部噴淋水的溫度應(yīng)與流漿箱內(nèi)紙漿溫度基本一致。如果用清水噴淋，噴淋水就需要加熱;如果用凈化后的白水噴淋，噴淋水不需加熱。因此，凈化后的白水用作噴淋水不僅節(jié)水而且節(jié)能。

3 衛(wèi)生紙機(jī)白水流向

圖2所示為衛(wèi)生紙機(jī)各點(diǎn)漿濃及紙幅干度。漿料以0.18% ～0.20%的濃度進(jìn)入流漿箱 (A)，出網(wǎng)部(C)的紙幅干度為12%～18%，出壓榨部 (D)的紙幅干度為38%～41%，干燥部 (E)紙幅干度為95%～96%。當(dāng)漿料從流漿箱流動到網(wǎng)部，漿料發(fā)生了水力分布。在紙幅完全成形前的早期排水系統(tǒng)中得到最濃的白水，這部分濃白水通過白水溜槽流入衛(wèi)生紙機(jī)外白水槽。次一級的濃白水從真空吸水箱中獲得。紙幅在壓榨部中移除的水量相對較少，部分移除的水分收集在真空輥，經(jīng)過真空分離后泵入網(wǎng)下白水槽，部分白水收集在網(wǎng)下白水盤然后流入網(wǎng)下白水槽。其他的水分連同毛布噴淋水通過毛布的真空元件收集，經(jīng)過真空分離后泵入網(wǎng)下白水槽。機(jī)外白水槽 (SILO)中的濃白水不需要處理而直接用于短循環(huán)系統(tǒng)的沖漿稀釋，即白水的直接回用，稱為第一級循環(huán)。多余的濃白水溢流到網(wǎng)下白水槽與稀白水混合。由于工藝需要，網(wǎng)下白水槽中的白水全部送到白水回收裝置處理，獲得更多的澄清水和過濾水。白水流向詳見圖3。

圖3 衛(wèi)生紙機(jī)濕部漿水流程圖

4 衛(wèi)生紙機(jī)白水回收裝置

將網(wǎng)下白水槽的白水進(jìn)行凈化處理，得到水質(zhì)符合網(wǎng)部、壓榨部噴淋要求的凈化水，將分離出的纖維回用到備漿系統(tǒng)中，即白水的第二級循環(huán)，也是白水回收裝置要達(dá)到的目標(biāo)。白水循環(huán)回收方式有以下幾種:①過濾式，如濃縮機(jī)、脫水機(jī)及多盤過濾機(jī)等;②沉降式，如沉淀池、沉淀塔、沉降器等;③氣浮式，如淺層氣浮裝置等。目前，衛(wèi)生紙生產(chǎn)線通常采用多盤過濾機(jī)和淺層氣浮裝置處理衛(wèi)生紙機(jī)白水。

圖4 多盤過濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 多盤過濾機(jī)及白水處理流程

多盤過濾機(jī)是一種大面積過濾機(jī)，可供凈化白水、回收纖維和濃縮(洗滌)漿料，20世紀(jì)80年代初就已得到普遍使用。與其他白水回收設(shè)備相比具有以下優(yōu)點(diǎn):①結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小;②生產(chǎn)能力大;③自動化程度高，操作維護(hù)方便;④能耗低;⑤濾液澄清度高且穩(wěn)定;⑥纖維回收率高;⑦簡單的扇片結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同產(chǎn)量要求變換過濾面積。

多盤過濾機(jī)由濾盤、空心主軸、分配頭和水腿管、剝漿噴水裝置、洗網(wǎng)噴水裝置、槽體和上罩、傳動裝置等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示［2］。

多盤過濾機(jī)工作原理如圖5所示［3］，扇片在不同位置工作狀況如圖6所示［3］。在多盤過濾機(jī)中，液體在真空的作用下通過濾層，真空是由濾液水腿產(chǎn)生的。多盤過濾機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，槽體內(nèi)的液位高于主軸中心線100～200 mm。圓盤上各扇形片在運(yùn)轉(zhuǎn)中處于不同的工作狀態(tài)，如圖6所示。當(dāng)某扇片被帶入液面時，先進(jìn)入大氣過濾區(qū)，槽內(nèi)液體在靜壓差的作用下過濾，通過主軸和分配閥，大氣濾液出口排出濁濾液，此時扇片開始掛漿，隨后轉(zhuǎn)入真空過濾區(qū)，大量濾液穿過已掛漿的濾網(wǎng)經(jīng)主軸及分配閥的真空區(qū)濾液出口排出清濾液并在扇形上形成濾餅。當(dāng)扇片轉(zhuǎn)出液面時，通過真空抽吸，濾餅進(jìn)一步脫水，干度提高到10%～15%。在真空過濾區(qū)后半部分濾餅已形成及扇片轉(zhuǎn)出液面區(qū)，濾液更清。因此，多盤過濾機(jī)可產(chǎn)生3種白水。當(dāng)扇片離開真空區(qū)進(jìn)入剝漿區(qū)時，壓力水將扇片上的漿層剝落入接漿斗中，稀釋后送入回收漿池。

圖5 多盤過濾機(jī)工作原理圖

多盤過濾機(jī)處理衛(wèi)生紙機(jī)白水流程如圖7所示，來自網(wǎng)下白水槽的衛(wèi)生紙機(jī)稀白水在輸送過程中與墊層漿和濁濾液均勻混合后進(jìn)入多盤過濾機(jī)，經(jīng)過處理后可以得到濁白水、清白水、超清白水，供生產(chǎn)過程中不同地方使用。超清白水的澄清度達(dá)到25 mg/kg，清白水的澄清度達(dá)到50 mg/kg，可用于衛(wèi)生紙機(jī)噴淋。濁白水的澄清度達(dá)到350 mg/kg，與稀白水混合后繼續(xù)回到多盤過濾機(jī)進(jìn)行過濾。

圖6 多盤過濾機(jī)扇片在不同位置的工作狀況

圖7 多盤過濾機(jī)處理衛(wèi)生紙機(jī)白水流程簡圖

圖8 淺層氣浮裝置處理衛(wèi)生紙機(jī)白水流程簡圖

4.2 淺層氣浮裝置及白水處理流程

淺層氣浮裝置處理衛(wèi)生紙機(jī)白水是根據(jù)亨利定律和凝聚機(jī)理來實(shí)現(xiàn)的。在一定壓力下，將空氣溶解在水中，然后將這些溶解于水中的氣體減壓釋放，氣體析出后成為無數(shù)微細(xì)氣泡 (直徑50～100 μm)。當(dāng)微氣泡與經(jīng)過混凝作用后的白水作用后，纖維等固形物與微細(xì)氣泡吸附在一起，使其比重小于水，微氣泡攜帶著纖維等固形物漂浮到水面，形成的懸浮漿層通過刮除裝置刮出排放到回收漿池。澄清水通過池下方溢流罐流入澄清水池回用。為達(dá)到較好的澄清效果，白水中需要加入絮凝劑和凝聚劑。淺層氣浮裝置處理衛(wèi)生紙機(jī)白水流程如圖8所示。

5 衛(wèi)生紙機(jī)白水回收裝置的選用和漿水平衡計算

衛(wèi)生紙生產(chǎn)線的白水回收中，目前普遍使用多盤過濾機(jī)和淺層氣浮裝置。相對多盤過濾機(jī)來說，淺層氣浮裝置投資較便宜但運(yùn)行費(fèi)用較大，對白水水質(zhì)和處理量的波動較敏感，化學(xué)品的加入對衛(wèi)生紙機(jī)運(yùn)行和產(chǎn)品品質(zhì)也不利，回收漿品質(zhì)較差，配漿比例要嚴(yán)格控制。多盤過濾機(jī)的投資額較大但運(yùn)行費(fèi)用低，多盤過濾機(jī)還具有運(yùn)行更平穩(wěn)、適應(yīng)性更強(qiáng)、運(yùn)行時不需要加入化學(xué)藥品、水的澄清效果更好、回收漿容易回用到生產(chǎn)線而基本不影響衛(wèi)生紙機(jī)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)有的衛(wèi)生紙機(jī)生產(chǎn)線上，業(yè)主也都使用多盤過濾機(jī)進(jìn)行白水回收，且在使用上具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。因此，本項(xiàng)目仍選用多盤過濾機(jī)進(jìn)行白水回收。

多盤過濾機(jī)生產(chǎn)供貨商較多，選擇范圍較大，但較多采用的還是國外品牌如福伊特、安德里茨、GL＆V等。其中，福伊特的多盤過濾機(jī)采用無濾袋設(shè)計，濾液質(zhì)量更高，使用壽命更長。部分多盤過濾機(jī)廠商及技術(shù)參數(shù)見表3。根據(jù)衛(wèi)生紙機(jī)供應(yīng)商提供的衛(wèi)生紙機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，當(dāng)衛(wèi)生紙機(jī)車速為1942 m/min，紙張定量為18 g/m2時，衛(wèi)生紙機(jī)達(dá)到最大產(chǎn)量232 t/d。根據(jù)工藝流程進(jìn)行漿水平衡計算，圖3所示的衛(wèi)生紙機(jī)濕部漿水流程的流量數(shù)據(jù)詳見表4中狀況A(最大產(chǎn)量)和狀況B(最小產(chǎn)量)。

表3 多盤過濾機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表4 衛(wèi)生紙機(jī)濕部漿水平衡一覽表

表5 多盤過濾機(jī)處理紙機(jī)白水漿水平衡一覽表

從表4可看出，衛(wèi)生紙機(jī)最大產(chǎn)量時稀白水去白水回收裝置的白水量為8680.8 L/min，濃度為0.033%。根據(jù)圖7所示多盤過濾機(jī)處理衛(wèi)生紙機(jī)白水流程進(jìn)行漿水平衡計算，計算數(shù)據(jù)詳見表5。處理8680.8 L/min，濃度為0.033%的白水可得到超清濾液2845.6 L/min，清濾液6404 L/min，濁濾液4062.1 L/min。由表2可知，衛(wèi)生紙機(jī)噴淋需要過濾水 (即超清濾液)總量為1783.3 L/min，澄清水 (即清濾液)總量為2343 L/min，超清濾液和清濾液能滿足衛(wèi)生紙機(jī)的噴淋要求。加入濁白水和墊層漿調(diào)濃后，進(jìn)入多盤過濾機(jī)濃度為0.4%的白水量為13063.7 L/min。據(jù)此進(jìn)行多盤過濾機(jī)的選型。

根據(jù)衛(wèi)生紙機(jī)供應(yīng)商提供的衛(wèi)生紙機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，當(dāng)衛(wèi)生紙機(jī)車速為2000 m/min，紙張定量為13.5 g/m2時，衛(wèi)生紙機(jī)的最小產(chǎn)量為183.5 t/d。根據(jù)工藝流程進(jìn)行漿水平衡計算，由表4狀況B可知，白水處理量為8153.5 L/min，濃度為0.029%。經(jīng)過多盤過濾機(jī)處理后，可得到超清濾液2712.7 L/min，清濾液6024.4 L/min，濁濾液3830.5 L/min。

衛(wèi)生紙機(jī)最大產(chǎn)量和最小產(chǎn)量時多盤過濾機(jī)處理衛(wèi)生紙機(jī)白水各項(xiàng)參數(shù)如表6所示。由表6可知，超清白水和清白水的量及其質(zhì)量均能滿足衛(wèi)生紙機(jī)噴淋的需要。超清白水僅用于衛(wèi)生紙機(jī)噴淋，多余的超清白水溢流到清白水槽。清白水槽中的水除了用于衛(wèi)生紙機(jī)噴淋外，還用于碎漿、濃調(diào)、管路清洗、機(jī)外白水槽的補(bǔ)充水等場合，還有部分清白水溢流排出生產(chǎn)線。需要說明的是為避免濾網(wǎng)破損而產(chǎn)生漏漿等異?，F(xiàn)象造成的濾液質(zhì)量異常，去衛(wèi)生紙機(jī)各點(diǎn)的噴淋水需要經(jīng)過濾器來保證衛(wèi)生紙機(jī)噴淋管及噴頭不被堵塞。根據(jù)衛(wèi)生紙機(jī)各噴淋點(diǎn)的流量和壓力需求來分別配備水泵和過濾器。

表6 多盤過濾機(jī)處理白水參數(shù)一覽表

由表2可知，衛(wèi)生紙機(jī)濕部噴淋清水用量為535.6 L/min。另外，雙盤磨、疏解機(jī)、壓力篩及油站等設(shè)備也需要清水密封冷卻。白水系統(tǒng)的封閉循環(huán)會帶來一些問題，包括懸浮物、可溶物的累積等。懸浮物在白水系統(tǒng)中的積聚會導(dǎo)致網(wǎng)、噴嘴以及毛布的堵塞、設(shè)備腐蝕結(jié)垢和細(xì)菌的生長。故衛(wèi)生紙生產(chǎn)線需要一定量的清水加入和廢水排出。為生產(chǎn)的穩(wěn)定性考慮，清白水槽中的清白水泵到室外清白水塔來增強(qiáng)清白水的緩沖能力，清白水塔設(shè)有溢流口，通過清白水的溢流來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的大部分廢水排出。

由于本生產(chǎn)線和其他生產(chǎn)線的備漿部分存在相互借用，生產(chǎn)某些產(chǎn)品時需要加入濕強(qiáng)劑等，本生產(chǎn)線的衛(wèi)生紙機(jī)多余白水全部進(jìn)入多盤過濾機(jī)進(jìn)行處理。如果生產(chǎn)線產(chǎn)品較單一，不存在相互干擾的問題，備漿系統(tǒng)的碎漿和稀釋用衛(wèi)生紙機(jī)下白水槽中的稀白水，多盤過濾機(jī)可以按滿足衛(wèi)生紙機(jī)噴淋和排水要求配置。在本衛(wèi)生紙機(jī)產(chǎn)量最大時，約有4300 L/min的衛(wèi)生紙機(jī)網(wǎng)下白水去備漿系統(tǒng)的碎漿和稀釋，去多盤過濾機(jī)的網(wǎng)下白水量約為4427.2 L/min，加入墊層漿和濁白水調(diào)濃后進(jìn)多盤過濾機(jī)的白水量為6773.1 L/min。這樣配置白水處理裝置可以節(jié)省設(shè)備費(fèi)用和降低能耗。

表7 水腿管路和密封水槽設(shè)計參數(shù)

6 多盤過濾機(jī)白水回收系統(tǒng)的工程設(shè)計要點(diǎn)

好的設(shè)備需要好的工程設(shè)計來保障運(yùn)行。在多盤過濾機(jī)白水回收系統(tǒng)的工程設(shè)計中，以下4點(diǎn)是特別需要注意的。

6.1 安裝高度

多盤過濾機(jī)是通過水腿管提供的真空來過濾的，多盤過濾機(jī)的轉(zhuǎn)盤中心線與濾液槽內(nèi)的液面高度差要求6.5～8.0 m。在此高度范圍內(nèi)，位置越高，過濾動力越大，多盤過濾機(jī)的生產(chǎn)能力也越大;位置越低，過濾動力越小，濾液越干凈。濾液槽內(nèi)設(shè)有水封槽，水封液面標(biāo)高保持在4 m，多盤過濾機(jī)高度按轉(zhuǎn)盤中心線標(biāo)高位于11 m的位置設(shè)計，水腿管高度為7 m。

6.2 水腿管路和密封水槽

水腿管產(chǎn)生的真空是多盤過濾機(jī)過濾的動力，關(guān)系到多盤過濾機(jī)的生產(chǎn)能力、濾液質(zhì)量和濾層干度。水腿管路和密封水槽的設(shè)計要求詳見圖9。根據(jù)濾液量計算，水腿接管和密封水槽設(shè)計參數(shù)詳見表7。水腿管的豎直管路要求是連續(xù)的，水平管路只能在最底部。由于設(shè)備布置的原因，有時保持水腿管豎直會有不便，水腿管路可以稍微不豎直，但與豎直線的夾角不能超過15°，這種傾斜配管盡量不要采用。

6.3 進(jìn)料管

良好的過濾需要濾層均一和穩(wěn)定，這就要求進(jìn)入多盤過濾機(jī)的白水中纖維等懸浮物均勻分布。多盤過濾機(jī)對稀白水中加入墊層漿及濁白水的管路也有嚴(yán)格規(guī)定，白水和墊層漿的混合需要在離開進(jìn)料箱5 m以外完成，詳見圖10。根據(jù)計算，本項(xiàng)目白水管和漿管規(guī)格如表8所示。

表8 多盤過濾機(jī)進(jìn)料管規(guī)格一覽表 mm

圖9 多盤過濾機(jī)水腿管及水封槽示意圖

圖10 多盤過濾機(jī)進(jìn)料管示意圖

6.4 白水收集和濾液貯槽

為了保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性且更好地節(jié)約水資源，白水收集和濾液貯槽要有一定的貯存能力。網(wǎng)下白水槽容積設(shè)計為70 m3，可以貯存7 min的衛(wèi)生紙機(jī)白水。本項(xiàng)目設(shè)置了1個350 m3清白水塔，清白水槽中的多余清白水送入清白水塔貯存，2個槽罐的總?cè)莘e為410 m3。有100 min的清白水貯存能力。

7 結(jié)語

隨著環(huán)保要求的提高，造紙行業(yè)給定的用水和排水指標(biāo)越來越低。用白水回收裝置處理衛(wèi)生紙機(jī)白水、增加白水回用比例比將衛(wèi)生紙機(jī)白水送到廢水處理廠處理的費(fèi)用低。衛(wèi)生紙機(jī)多余白水在車間內(nèi)進(jìn)行凈化后按質(zhì)回用到造紙生產(chǎn)線，不僅節(jié)約了水和纖維而且節(jié)約了能源，既有環(huán)保效益又有經(jīng)濟(jì)效益。在設(shè)計階段，要根據(jù)工藝需要確定合適的流程，進(jìn)行漿水平衡計算，據(jù)此選擇合適的凈水設(shè)備，通過計算，合理確定槽罐尺寸及泵的流量和揚(yáng)程，設(shè)備布置及配管既要符合工藝和設(shè)備要求又要符合經(jīng)濟(jì)要求，為生產(chǎn)中節(jié)能降耗創(chuàng)造好的條件。

［1］ YU Zhang-shu．The Retrofitted of Tissue Machines［J］．China Pulp＆ Paper，2013，32(7):46．余章書．衛(wèi)生紙機(jī)改造［J］．中國造紙，2013，32(7):46．

［2］ Zhou Jinghui，Yang Ruifeng．Tissue Paper［M］．Beijing:Chemical Industrial Press，2006．周靜輝，楊瑞豐．生活用紙［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

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