節(jié)能型真空?qǐng)A網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

毛世秀 濰坊凱信機(jī)械有限公司

節(jié)能型真空?qǐng)A網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

Key Technologies of Energy Saving Vacuum Cylinder Tissue Machine

毛世秀 濰坊凱信機(jī)械有限公司

1 前言

自20世紀(jì)80年代我國(guó)引入真空?qǐng)A網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)紙機(jī)制造商們不斷的技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新，已在衛(wèi)生紙生產(chǎn)中發(fā)揮了許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如產(chǎn)能適中、產(chǎn)品品種變換靈活、能耗較低等，同時(shí)紙頁(yè)的柔軟度、松厚度等性能指標(biāo)也得到了很大提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)生活用紙產(chǎn)能約1/3來(lái)自于車(chē)速在1,000m/min以?xún)?nèi)的真空?qǐng)A網(wǎng)紙機(jī)。

圖1 HC真空?qǐng)A網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)

2 節(jié)能型真空?qǐng)A網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 紙機(jī)的選型和定位

紙機(jī)的選型和定位很重要，要立足企業(yè)需求，考慮產(chǎn)能與能耗的匹配等來(lái)確定合適機(jī)型、車(chē)速、幅寬及整體配置，這是節(jié)能措施的第一步。

目前國(guó)內(nèi)發(fā)展較為成熟的真空?qǐng)A網(wǎng)紙機(jī)比較適合以下幾種情況：①中小企業(yè)淘汰低速落后產(chǎn)能，進(jìn)行設(shè)備更新和產(chǎn)品升級(jí)；②企業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)能，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品；③新進(jìn)入生活用紙行業(yè)的企業(yè)選擇紙機(jī)。

本文以年產(chǎn)3萬(wàn)t高檔生活用紙項(xiàng)目為例，介紹紙機(jī)的選型。首先根據(jù)用戶(hù)的基本需求（如漿料種類(lèi)、產(chǎn)品品種、產(chǎn)能、投資總額等）來(lái)推薦機(jī)型和配置。經(jīng)綜合考慮，初步確定2條真空?qǐng)A網(wǎng)紙機(jī)較為合適。1臺(tái)紙機(jī)年產(chǎn)能（100%效率時(shí)的理論總產(chǎn)量）為1.5萬(wàn)t/a，日產(chǎn)能45t/d＝1.44×定量×幅寬×車(chē)速×（1-起皺率）/1,000，定量、幅寬根據(jù)市場(chǎng)需求和后加工設(shè)備來(lái)確定。其次確定總體技術(shù)方案，包括工藝流程、紙機(jī)設(shè)備配置及控制要求、主要能耗、公用工程（水、電、汽、氣）等。最后根據(jù)總產(chǎn)能分2條HC1100生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)造紙車(chē)間（2臺(tái)紙機(jī)共用一套打漿系統(tǒng)）、后加工車(chē)間、配套公用工程、輔助生產(chǎn)設(shè)施（機(jī)修車(chē)間、成品庫(kù)、化工原材料庫(kù)）、辦公生活區(qū)等。

2.2 成形與脫水工段

成形段與脫水段的合理設(shè)計(jì)是有效節(jié)能的關(guān)鍵。這兩個(gè)工段的設(shè)計(jì)目的是能夠保證漿料均勻布漿和漿流穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)紙頁(yè)的良好成形，在實(shí)現(xiàn)脫水效率最大化的同時(shí)，減少漿料損失，提高留著率，來(lái)降低紙機(jī)流送系統(tǒng)的電量消耗。以下幾個(gè)部位、部件是設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵。

2.2.1 水力式流漿箱

流漿箱是紙機(jī)的關(guān)鍵部位，水力式流漿箱在設(shè)計(jì)時(shí)采用內(nèi)置分散劑加入與導(dǎo)流板相結(jié)合的成形方式，使得漿料與分散劑能夠充分混合，從而保證了紙頁(yè)的勻度。布漿器錐形總管布漿，一定長(zhǎng)度的過(guò)渡管以消除漿流的不穩(wěn)定性，等壓原理設(shè)計(jì)的錐管，孔板設(shè)計(jì)均布漿流，與漿流流速合適的孔徑，進(jìn)漿為鋸齒形，以避免掛漿。等壓原理設(shè)計(jì)的分散劑管保證了分散劑在整個(gè)橫幅方向的均勻加入，從而降低了分散劑的用量。來(lái)自分散管的分散劑以合適的流速通過(guò)擾流棒表面的孔加入并與通過(guò)孔板的漿流混合，再經(jīng)過(guò)擾流棒兩側(cè)的導(dǎo)流板的剪切作用，充分均勻混合，并保持合適的流速以降低分散劑的用量。擴(kuò)縮流道通過(guò)收縮、擴(kuò)散、加速、減速，使?jié){料在橫幅方向上得到速度均一的漿流，保持微湍流的流體形態(tài)噴向唇口。

圖2 流漿箱主要構(gòu)成

由上唇板與下唇板構(gòu)成的下唇口調(diào)節(jié)裝置，下唇板采用螺釘壓頂來(lái)改變唇口的大小從而調(diào)節(jié)橫幅定量差，而上唇板則是通過(guò)一套蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步勻整漿流，并且根據(jù)車(chē)速、定量、漿濃等來(lái)改變下唇口大小，以控制漿料噴出前的厚度。氣胎補(bǔ)償裝置通過(guò)氣囊的緩沖作用來(lái)提供一個(gè)柔性緩沖量，根據(jù)漿液的沖擊力進(jìn)行自動(dòng)微調(diào)整，保證漿料均勻上網(wǎng)。上唇口的大小通過(guò)一套螺旋升降機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)，通過(guò)唇口微調(diào)裝置來(lái)精調(diào)橫幅定量差，調(diào)節(jié)橫幅紙頁(yè)縱、橫向的拉力比。

水力式流漿箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①合理的布漿方式，采用錐管進(jìn)漿和先進(jìn)的孔板設(shè)計(jì)，保證漿流穩(wěn)定，橫幅均勻分布。②控制回流量，降低沖漿泵的功率從而降低能耗。③分散劑的加入方式和位置，可以保證分散劑的均勻加入，使分散劑與漿料充分混合，保持合適的流速以降低分散劑的用量。④擴(kuò)縮流道的設(shè)計(jì)，使?jié){料經(jīng)過(guò)多次的收縮和擴(kuò)散、加速和減速，保證整個(gè)橫幅方向的漿流速度均勻，以微湍流的狀態(tài)噴向唇口。⑤結(jié)構(gòu)合理，操作方便。擴(kuò)縮流道的后唇板可以用氣缸打開(kāi)便于清洗，上、下唇口的調(diào)節(jié)裝置方便調(diào)節(jié)橫幅定量，氣胎補(bǔ)償裝置，通過(guò)氣囊的緩沖作用來(lái)提供一個(gè)柔性緩沖量，根據(jù)漿液的沖擊力進(jìn)行自動(dòng)微調(diào)整，保證漿料均勻上網(wǎng)。

2.2.2 真空網(wǎng)籠

真空網(wǎng)籠由網(wǎng)籠殼體和真空匣體組成，由流漿箱噴出的漿料以一定的流速和濃度進(jìn)入第一真空室，流漿箱弧形板與真空網(wǎng)籠表面形成楔形成形區(qū)，在壓力及真空的雙重作用下脫水成形，再進(jìn)入第二真空室即真空網(wǎng)籠與毛毯形成的脫水區(qū)，在真空作用下繼續(xù)脫水，大量的水分通過(guò)真空抽吸作用，氣水分離后經(jīng)排水腿排入網(wǎng)下白水池，來(lái)不及抽走的在真空網(wǎng)籠殼體階梯孔內(nèi)的水分經(jīng)過(guò)第三真空室消音后通過(guò)離心力作用甩出，在擋水板作用下排入白水池，濕紙頁(yè)在第三真空室經(jīng)伏輥預(yù)壓后進(jìn)入壓榨部。

圖3 真空網(wǎng)籠剖視圖

真空網(wǎng)籠結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①真空網(wǎng)籠殼體設(shè)計(jì)較大的開(kāi)孔率，提高了脫水效率及容水空間，并且大大減小了脫水阻力。②三個(gè)真空室的設(shè)計(jì)，通過(guò)壓力和真空抽吸的作用，大大提高了脫水率，提高了出真空網(wǎng)籠的濕紙頁(yè)干度，能夠適應(yīng)較高車(chē)速的要求。③表面包覆的雙層不銹鋼網(wǎng)，可提高纖維留著率，減少漿料損失。

2.2.3 真空壓榨裝置

真空壓榨裝置是衛(wèi)生紙機(jī)上主要的脫水裝置，在滿(mǎn)足成紙性能的前提下要盡可能發(fā)揮壓榨的作用，提高紙頁(yè)出壓榨區(qū)的干度，減小干燥負(fù)荷。

真空壓榨裝置由真空托輥、加壓裝置和承水盤(pán)組成。壓榨部也有外加一只盲孔托輥壓榨作為第二道壓榨的配置，以提高紙頁(yè)進(jìn)入揚(yáng)克缸時(shí)的干度，但此裝置會(huì)影響紙頁(yè)的松厚度和柔軟度。選用一道或兩道壓榨主要是考慮最后紙頁(yè)的柔軟度，因?yàn)槿彳浂仁巧钣眉堃粋€(gè)重要的性能參數(shù)，很大程度上取決于壓榨過(guò)程，以及紙頁(yè)在后續(xù)過(guò)程中受到的壓緊作用，當(dāng)然影響紙頁(yè)柔軟度的因素還有其他方面，比如纖維質(zhì)量、打漿度、化學(xué)添加劑的使用、起皺類(lèi)型、揚(yáng)克缸的表面涂層等。

圖4 真空壓榨裝置

圖5 真空托輥

真空托輥合理的抽吸角度，保證紙頁(yè)能夠有效脫水。良好的密封效果可以降低抽吸量，從而降低能耗。包覆層采用聚氨酯，綜合考慮線壓力和壓強(qiáng)的關(guān)系，確定合適的硬度，輥面采用通孔加溝紋的開(kāi)孔形式，接近40%的開(kāi)孔率，保證較大容水空間，提高進(jìn)缸干度。托輥表面覆層為熱粘彈性材料，工作時(shí)與缸面接觸形成具有一定寬度的壓區(qū)，通過(guò)對(duì)各種工況下的壓區(qū)進(jìn)行分析研究，總結(jié)出一套與實(shí)際工況更接近的壓區(qū)面載荷的計(jì)算方法。

加壓裝置包括壓臂和氣胎，線載荷80～90KN/m，加壓方式為特殊的氣動(dòng)加壓方式，利用液體的不可壓縮性，保證氣胎的加壓相對(duì)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動(dòng)，從而保證脫水壓力均勻。

圖6 加壓裝置

圖7 承水盤(pán)

壓榨區(qū)域水量較大，除了由真空輥的真空作用排掉一部分，還有大部分的水是被甩到承水盤(pán)中再被排走，承水盤(pán)的設(shè)計(jì)采用雙重刮水板結(jié)構(gòu)，有效防止真空托輥甩出的水又重新回到毛毯上，從而提高進(jìn)托輥紙頁(yè)的干度。

2.3 先進(jìn)的干燥技術(shù)

衛(wèi)生紙的干燥技術(shù)本質(zhì)上就是熱傳導(dǎo)和對(duì)流的過(guò)程。經(jīng)過(guò)多年在涂布機(jī)、氣墊干燥漿板機(jī)、特種紙及非織造布等產(chǎn)品上的研發(fā)和創(chuàng)新實(shí)踐，像涂布機(jī)的調(diào)節(jié)橫幅水分3D干燥技術(shù)，氣墊干燥漿板機(jī)上可將耗汽量降到1.1t/t漿板的氣浮干燥、熱風(fēng)密閉循環(huán)和熱回收系統(tǒng)等，這些成熟的技術(shù)都可以在衛(wèi)生紙機(jī)上得到充分應(yīng)用和進(jìn)一步優(yōu)化。

紙機(jī)干燥部節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是：高蒸發(fā)速率有效蒸發(fā)水分；保證溫度和壓力的均勻，降低紙頁(yè)橫幅水分差；附屬設(shè)備配置合理，以降低能耗。

衛(wèi)生紙機(jī)的干燥部包括揚(yáng)克烘缸、揚(yáng)克氣罩以及附屬的蒸汽冷凝水系統(tǒng)和熱風(fēng)系統(tǒng)。目前衛(wèi)生紙機(jī)的干燥部廣泛采用鋼制揚(yáng)克烘缸干燥，其熱效率和安全性高。揚(yáng)克氣罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證其不變形，氣罩結(jié)構(gòu)本體在受熱膨脹時(shí)不發(fā)生變形或產(chǎn)生過(guò)大應(yīng)力。風(fēng)嘴距離紙面越近，干燥效果越明顯，吹風(fēng)面與揚(yáng)克缸和表面之間的間隙要盡可能小，風(fēng)嘴設(shè)計(jì)獨(dú)特，采用圓形結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計(jì)，保證整個(gè)氣罩內(nèi)氣流分布均勻和熱傳導(dǎo)效果良好，熱效率高，風(fēng)阻低。高效熱風(fēng)氣罩通過(guò)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)紙機(jī)橫幅方向分區(qū)的氣流，使風(fēng)嘴在紙頁(yè)橫幅上噴出的熱風(fēng)風(fēng)速相同，風(fēng)嘴在揚(yáng)克缸圓周上要均勻分布，風(fēng)嘴間距的選擇要便于空氣流動(dòng)通暢。

熱風(fēng)系統(tǒng)采用先進(jìn)的熱回收技術(shù)，充分利用尾氣熱能來(lái)預(yù)熱新空氣。系統(tǒng)合理的布局，循環(huán)風(fēng)道以及吹風(fēng)箱內(nèi)采用合適的風(fēng)速以減小整個(gè)熱風(fēng)系統(tǒng)的阻力，降低送、排風(fēng)機(jī)的功率，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)有過(guò)濾器，可定時(shí)抽出清洗，防止紙毛等堵塞加熱器后影響加熱效率和可能造成整個(gè)系統(tǒng)阻力加大而增加風(fēng)機(jī)負(fù)荷。

2#

2.5Bar飽和水空氣過(guò)濾器

排風(fēng)

TI

TI

TI

來(lái)自 閃蒸罐進(jìn)入冷凝水槽

冷凝水蒸汽

風(fēng)管

溫度計(jì)

新風(fēng)混合蒸汽加熱器

5Bar飽和蒸汽

蒸汽加熱器

9Bar飽和蒸汽

循環(huán)風(fēng)扇

熱交換器

進(jìn)入2#閃蒸罐

TI

軟連接風(fēng)閥

TI

進(jìn)入2#閃蒸罐

排風(fēng)扇

TI

圖8 風(fēng)嘴

烘缸

圖11 熱風(fēng)系統(tǒng)

圖9 高效熱風(fēng)氣罩

蒸汽冷凝水系統(tǒng)采用三段熱回收技術(shù)，既能保證烘缸最大效率工作，又能充分利用了蒸汽熱能，減小蒸汽消耗。以HC-1100真空?qǐng)A網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)為例，實(shí)際檢測(cè)一下熱回收系統(tǒng)。紙機(jī)參數(shù)：漿料為全木漿，長(zhǎng)纖30%～40%，短纖

60%～70%，設(shè)計(jì)車(chē)速1,100m/min，幅寬2,850mm。在運(yùn)行車(chē)速為950m/min，定量15g/m2，起皺率20%時(shí)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，氣-氣余熱回收裝置每小時(shí)可回收17.28萬(wàn)Kcal（約0.35t蒸汽）的熱量，而由于增加氣-氣余熱回收裝置后增加的電耗僅為6kWh/h（余熱回收裝置會(huì)增加氣體流動(dòng)阻力使電能負(fù)荷隨之增加）。

2.4 主關(guān)鍵部件的制造加工控制

好的設(shè)計(jì)需要高水平的加工質(zhì)量來(lái)保證，而加工質(zhì)量需要完善的工藝體系、質(zhì)量體系控制、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等來(lái)保證，最終才能實(shí)現(xiàn)完美的產(chǎn)品品質(zhì)。反映到紙機(jī)上就是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，設(shè)備效率提高，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3 結(jié)語(yǔ)

真空?qǐng)A網(wǎng)紙機(jī)在一些關(guān)鍵技術(shù)上仍有創(chuàng)新和發(fā)展空間，如漿料的多種適應(yīng)性（回收纖維、草漿等）、降低能耗、提高車(chē)速等方面。紙機(jī)制造商需與生活用紙生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)合作，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。

智能化與裝備制造需結(jié)合起來(lái)，充分進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和利用，進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)新智能化衛(wèi)生紙機(jī)系統(tǒng)。

圖10 蒸汽冷凝水系統(tǒng)

（李智斌整理）