維美德漿料洗滌設(shè)備

吳世民

摘要：TwinRoll PressTM是維美德公司研發(fā)的專利設(shè)備，全稱為雙輥洗漿機(jī)。作為漿線關(guān)鍵的洗漿設(shè)備，雙輥洗漿機(jī)在制漿洗選漂系統(tǒng)中起到了舉足輕重的作用。本文簡(jiǎn)要介紹了雙輥洗漿機(jī)的發(fā)展歷程以及每一代洗漿機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用，并重點(diǎn)介紹了第五代TRP EvolutionTM（改進(jìn)型雙輥洗漿機(jī)）的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、設(shè)備特點(diǎn)以及市場(chǎng)應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：雙輥洗漿機(jī)；TRPE；洗漿機(jī)

中圖分類號(hào)：TS733+.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.05.010

收稿日期：2018-03-09（修改稿）

Abstract：TwinRoll Press is the main equipment of fiber washing machines applied byValmet company， it is a most important device in fiber line as a traditional pulping washing device. This article briefly introduced the most advanced type of the washing press TRP EvolutionTM and indicated its advantages， device characteristic and market application.

Key words：Twinroll PressTM； TRPE； pulp washing machine

從未漂漿到漂白漿的過程中，洗滌凈化必不可少。維美德（Valmet）公司的漿料洗滌設(shè)備有很多種，常見的有雙輥洗漿機(jī)、壓力擴(kuò)散洗滌器及真空洗漿機(jī)等。相比較來講，雙輥洗漿機(jī)具有占地小、產(chǎn)能高、進(jìn)漿濃度允許范圍大、出漿干度高、噸漿水耗低、COD去除率高以及廣泛的適用性等優(yōu)點(diǎn)，深受國(guó)內(nèi)外漿廠客戶的青睞。

雙輥洗漿機(jī)由2個(gè)相向旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)咏M成，輥?zhàn)颖砻姹淮┛装逅采w，對(duì)漿料進(jìn)行過濾、擠壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)漿料的脫水及洗滌，并從頂部的預(yù)破碎螺旋輸送出洗漿機(jī)，其工作原理如圖1所示。

經(jīng)過近幾十年的發(fā)展與革新，維美德公司的雙輥洗漿機(jī)已經(jīng)從第一代發(fā)展到了第五代（如圖2所示）。維美德公司最早投入使用的雙輥洗漿機(jī)材質(zhì)為EN1.4432不銹鋼（等同于奧氏體316L，在普通的堿性環(huán)境中使用）。在現(xiàn)代化的大型制漿生產(chǎn)線中，雙輥洗漿機(jī)已經(jīng)取代老式的鼓式過濾機(jī)作為典型的洗漿設(shè)備[1]。雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel）作為近年來廣泛應(yīng)用于工業(yè)上的材料，其兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的性能，具有優(yōu)良的耐孔蝕性能、導(dǎo)熱性及超塑性等特點(diǎn)。雙相不銹鋼最初只應(yīng)用于槽體部分，現(xiàn)在所有型號(hào)的所有部件都可以由雙相不銹鋼制造[1]。雙相不銹鋼包括EN1.4162、1.4462和1.4410以及更耐腐蝕的254-SMO等型號(hào)，均已經(jīng)作為雙輥洗漿機(jī)與漿料接觸部分的主要材質(zhì)，故雙輥洗漿機(jī)已經(jīng)應(yīng)用在對(duì)材質(zhì)要求苛刻的二氧化氯漂白工段。最新的設(shè)計(jì)表明，輥面的穿孔板可以預(yù)制好，通過熱縮裝入輥芯替代之前的焊接磨光工藝，可大大延長(zhǎng)濾板的使用壽命?，F(xiàn)在維美德洗漿機(jī)輥?zhàn)又睆椒秶鷱?00 mm到2000 mm，輥?zhàn)佑行礈扉L(zhǎng)度從2100 mm到8400 mm，可以滿足不同產(chǎn)量、原料及工藝的需求。本文將對(duì)其發(fā)展歷程以及更新情況做相應(yīng)介紹。

1第一代至第三代雙輥洗漿機(jī)簡(jiǎn)要介紹

1.1第一代雙輥洗漿機(jī) VPC/MPC

1955年，VPC/MPC被引入制漿系統(tǒng)，其主要用于漿料脫水，類似于目前市場(chǎng)上常用的TRPW/TRPZ，TRPW和TRPZ洗漿機(jī)將在后面做詳細(xì)描述。

1.2第二代雙輥洗漿機(jī) FPB/DPA

置換洗滌的概念被瑞典Sunds Defibrator公司（1999年8月Sunds Defibrator公司并入美卓公司，2013年12月底維美德公司從美卓公司拆分出來并獨(dú)立運(yùn)營(yíng)）于1978年引入市場(chǎng)后，160多臺(tái)洗漿機(jī)被用于各種工段，如未漂漿洗滌段、氧脫木素段及漂白段[2]。如圖2所示，F(xiàn)PB/DPA是維美德公司的第一臺(tái)置換式洗漿機(jī)。洗滌液通過噴嘴被噴入洗漿機(jī)內(nèi)部，置換出漿料內(nèi)的濃黑液，之所以發(fā)生置換是因?yàn)椴垠w內(nèi)的壓力比穿孔板外濾液通道內(nèi)的壓力高，這就是置換洗漿機(jī)名稱的來歷[3]。

1.3第三代雙輥洗漿機(jī) DPB

1993年，DPB 被引入市場(chǎng)，其進(jìn)漿系統(tǒng)大致和DPA一樣，但是采用了相對(duì)先進(jìn)的B型，即中濃進(jìn)漿系統(tǒng)進(jìn)漿[4]，如圖2所示。

維美德一直致力于新產(chǎn)品的開發(fā)以及對(duì)老設(shè)備的更新。目前市場(chǎng)上還有第三代雙輥洗漿機(jī)DPB在使用，但是大部分已經(jīng)進(jìn)行了技術(shù)更新，比如進(jìn)漿系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)、增加了輥?zhàn)娱g隙調(diào)節(jié)裝置等。

2第四代雙輥洗漿機(jī) TRP

2001年TwinRoll Press（簡(jiǎn)稱TRP，以下同）被引入市場(chǎng)，如圖2所示。TRP有兩種不同型號(hào)的洗漿機(jī)，置換式洗漿機(jī)（TRPA/TRPB）和脫水洗漿機(jī)（TRPW/TRPZ）。兩種洗漿機(jī)的不同之處在于：置換式洗漿機(jī)分為兩個(gè)步驟即置換和脫水；而脫水洗漿只有一個(gè)步驟即脫水。 TRPA和TRPB都配備了全新設(shè)計(jì)Paraformer[4]， 與DPB的主要區(qū)別是進(jìn)漿系統(tǒng)采用了多個(gè)進(jìn)漿管，每根進(jìn)漿管都配備了閥門和流量計(jì)，可以保證準(zhǔn)確地控制每個(gè)Paraformer的進(jìn)漿量，從而達(dá)到在輥?zhàn)颖砻婢鶆虿紳{的目的。第四代TRP 洗漿機(jī)的主要特點(diǎn)見表1。

2.1TRPA/TRPB/TRPW的應(yīng)用

圖3為典型的漿線ECF漂白系統(tǒng)。在未漂漿洗滌段，2臺(tái)TRPA洗漿機(jī)進(jìn)行串聯(lián)，可以去除大部分的黑液和有機(jī)溶出物。進(jìn)入氧脫木素段后，漿料經(jīng)過1臺(tái)TRPB洗漿機(jī)后，再由中濃泵送至中濃儲(chǔ)漿塔。之后由中濃泵送至洗漿機(jī)洗滌濃縮后進(jìn)入D0-EOP-DI-DII段，每段配備1臺(tái)TRPW洗漿機(jī)。簡(jiǎn)潔緊湊的配置不僅可以節(jié)約大量的土建投資，還可以在節(jié)約水、電、蒸汽等消耗的同時(shí)減少廢水的排放量。據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道，用戶進(jìn)行雙輥洗漿機(jī)和真空洗漿機(jī)對(duì)比，依據(jù)各段加入的稀釋水量，真空洗漿機(jī)廢水排放量為17.2 m3/t（風(fēng)干漿），而雙輥洗漿機(jī)廢水排放量?jī)H為7.8 m3/t（風(fēng)干漿），較真空洗漿機(jī)少排放9.4 m3/t（風(fēng)干漿）[5]。

2.2TRPZ的應(yīng)用

隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，廢水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，同時(shí)民眾環(huán)保監(jiān)督意識(shí)不斷增強(qiáng)，使得制漿行業(yè)面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，不得不尋求洗滌和漂白的工藝創(chuàng)新，由此對(duì)制漿設(shè)備供應(yīng)商提出了更高的要求。近年來，采用臭氧漂白可以進(jìn)一步降低漂白廢水的 COD 和 AOX 負(fù)荷，使用臭氧取代或部分取代 ClO2 的臭氧 TCF 漂白和臭氧輕 ECF 漂白越來越受到制漿工業(yè)的青睞[6]。高濃紙漿的臭氧脫木素技術(shù)不僅是一種非常經(jīng)濟(jì)的選擇，而且也意味著低濃度的臭氧可以直接加入系統(tǒng)，這樣可以減少臭氧發(fā)生器的投資成本。維美德公司第四代洗漿機(jī)TPRZ可以把漿料濃縮至40%～42%進(jìn)入到臭氧反應(yīng)器，與臭氧進(jìn)行混合，達(dá)到最佳的反應(yīng)條件，并產(chǎn)生較少的漂白廢液。TRPZ可以取代傳統(tǒng) “真空洗漿機(jī)+壓榨螺旋”的配置，節(jié)約安裝空間，并降低維護(hù)成本和噸漿能耗。在巴西FABRIA 集團(tuán)的Jacarei工廠， 新的制漿生產(chǎn)線在脫木素后采用ZeDP流程，其生產(chǎn)能力為2100 t/d桉木漿。該生產(chǎn)線的技術(shù)特點(diǎn)是：采用TwinRoll置換式壓榨洗漿機(jī)以確保低排放量；采用氧和臭氧脫木素，進(jìn)一步降低濾液量和廢水排放量，降低漂白成本[7]。

3第五代雙輥洗漿機(jī) TRP EvolutionTM

維美德公司于2009年開發(fā)出了第五代雙輥洗漿機(jī)TRP EvolutionTM，把進(jìn)漿允許濃度范圍擴(kuò)展到3%～11%[8]，輥?zhàn)娱g隙可以根據(jù)生產(chǎn)需要在線調(diào)節(jié)以達(dá)到最佳的運(yùn)行效果，從而在維護(hù)及操控方面有了明顯提高，近年來新上的制漿項(xiàng)目都比較青睞第五代雙輥洗漿機(jī) TRP EvolutionTM。

3.1TRPE的優(yōu)勢(shì)

相比第四代雙輥洗漿機(jī)TRP，TRPE的RotoFormerTM（布漿器）是一種更加高效的布漿方式。如圖4所示，RotoFormerTM由一個(gè)進(jìn)漿箱、布漿螺旋和傳動(dòng)部分構(gòu)成。進(jìn)漿箱開口朝向輥面，布漿螺旋維持進(jìn)漿箱內(nèi)漿料的流動(dòng)，其作用是在輥面上形成具有最佳濃度和產(chǎn)量的漿層。TPRE的具體優(yōu)勢(shì)如下。

更加高效，同等規(guī)格的配置，可以較第四代提高產(chǎn)能30%。

高的出漿干度意味著較低的水耗和廢水排放量，以及較低的化學(xué)品消耗，成本降低。

有效洗滌濃縮區(qū)域更廣，其包圍輥?zhàn)咏嵌冗_(dá)到300°，較第四代的180°有很大提升。

所有的氣囊密封全部由壓縮空氣加壓，取代密封水進(jìn)入系統(tǒng)。

布漿器布漿均勻穩(wěn)定，可以適應(yīng)更大范圍的進(jìn)漿需求。

輥?zhàn)娱g隙可在線調(diào)節(jié)，保證生產(chǎn)運(yùn)行及出漿干度的穩(wěn)定。

兩邊側(cè)翼均可以打開40°，方便檢修輥?zhàn)蛹懊芊狻?/p>

更節(jié)能的布置，可以直接由漿塔進(jìn)漿到洗漿機(jī)。

更方便的優(yōu)化，可以加裝ProDry防回濕裝置和ProStream高壓在線噴淋等優(yōu)化方案。

3.2TRPE的結(jié)構(gòu)

TRPE洗漿機(jī)通過漿泵或者從漿塔將濃度為2.5%～10%紙漿（濃度取決于洗漿機(jī)在漿線的位置）送至位于頂部預(yù)破碎螺旋兩側(cè)的2個(gè)進(jìn)漿管①區(qū)（見圖5），然后通過RotoFormerTM，將漿料均勻地分布于輥?zhàn)颖砻?。槽體是由經(jīng)過加工成“山”形的中心部件和兩端的山形墻組成，便于漿料在輥?zhàn)颖砻嫘纬蔀V層。由于槽體內(nèi)壓力P1比輥芯內(nèi)濾液通道壓力P2大，濾液通過輥?zhàn)颖砻娴拇┛装?，進(jìn)入輥芯內(nèi)的濾液通道并從洗漿機(jī)的兩端流出，再靠重力進(jìn)入濾液槽。在置換洗滌區(qū)域，后段的稀濾液或者熱水在②區(qū)被加入系統(tǒng)，來置換漿料中的濃濾液。漿料繼續(xù)隨著輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入兩個(gè)輥?zhàn)又g的壓區(qū)進(jìn)一步脫水，出壓區(qū)后，漿料被貼于輥面的刮刀片移除，并被頂部預(yù)破碎螺旋打散，輸送到下一道工序，也可以在出漿口區(qū)域加入稀釋水把漿料濃度進(jìn)一步稀釋到中濃泵允許范圍。

TRPE還配有液壓?jiǎn)卧脱b在軸頭上的液壓馬達(dá)，通過液壓?jiǎn)卧獌?nèi)的液壓泵為雙輥的轉(zhuǎn)動(dòng)提供穩(wěn)定的動(dòng)力，并依據(jù)工藝需要通過間隙液壓油缸調(diào)整兩個(gè)輥?zhàn)又g的間隙。兩個(gè)壓輥相向轉(zhuǎn)動(dòng)，左側(cè)固定輥逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)可移動(dòng)輥順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速的一致是通過輥?zhàn)恿硪欢溯S頭上的一對(duì)同步齒輪來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)控制柜可提供現(xiàn)場(chǎng)啟停雙輥、控制間隙液壓缸位置、打開/合上側(cè)翼、控制中心部件位置等功能，以便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)檢查。液位管保證濾液以恒定的流速進(jìn)入濾液槽，防止產(chǎn)生泡沫，常見于未漂漿洗滌段。TPRE典型的布置見圖6。

TRPE配備有1個(gè)獨(dú)立的輥?zhàn)娱g隙（A-Nip）控制系統(tǒng)，如圖7所示。A-Nip由1個(gè)高壓泵（齒輪泵）提供壓力，與2個(gè)伺服電磁閥分別控制輥?zhàn)觾啥说?個(gè)液壓缸組成。集成位置傳感器的液壓缸和電磁閥通過現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)與DCS相互通信，實(shí)現(xiàn)了DCS上可以根據(jù)工藝需要設(shè)定或者由產(chǎn)量計(jì)算來自動(dòng)控制2個(gè)比例閥來調(diào)節(jié)輥?zhàn)娱g隙，這樣可以保證出漿干度和生產(chǎn)的穩(wěn)定。

3.3TRPE的控制

TRPE配備了先進(jìn)的DCS工藝控制系統(tǒng)，如圖8所示，其安全連鎖可以保證洗漿機(jī)平穩(wěn)安全地運(yùn)行，例如槽體壓力、洗滌水流量、預(yù)破碎螺旋零度開關(guān)、扭矩過載等；其工藝連鎖則根據(jù)生產(chǎn)需要，通過調(diào)整扭矩、進(jìn)漿流量、進(jìn)漿濃度或稀釋因子等，實(shí)現(xiàn)出漿干度穩(wěn)定和洗漿質(zhì)量的穩(wěn)定。

TRPE的控制模式，可以分為3種：

（1）傳統(tǒng)模式，即A-Nip為固定值（操作員輸入，洗漿機(jī)自動(dòng)調(diào)整），扭矩通過輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速來調(diào)整。

（2）輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速模式，即輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速為設(shè)定值，扭矩通過輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速來控制。A-Nip設(shè)定值會(huì)自動(dòng)調(diào)整，從而達(dá)到轉(zhuǎn)速設(shè)定值。

（3）扭矩壓力模式，即扭矩、進(jìn)漿壓力和槽體壓力為固定值（操作員輸入），通過輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速和A-Nip自動(dòng)調(diào)整以達(dá)到最高的出漿干度和最佳的洗滌性能。

操作員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，選擇特定的控制模式來平衡生產(chǎn)，并保證洗漿質(zhì)量。

3.4TRPE的應(yīng)用

像第四代洗漿機(jī)一樣，TRPE可以應(yīng)用到未漂漿洗滌段、氧脫木素段和漂白段。圖9是典型的TCF/ECF可以互相轉(zhuǎn)換的漂白流程[9]。臭氧段洗漿機(jī)采用脫水洗漿機(jī)TRPZ（四代），D1/P1段和D2/P2段分別配備了1臺(tái)TRPE洗漿機(jī)。漿料由漿塔直接向洗漿機(jī)進(jìn)漿，降低了能耗；車間的布置也更加緊湊，機(jī)臺(tái)選型上可以盡量接近，從而減少備件的庫存量。

4雙輥洗漿機(jī)的發(fā)展前景

隨著世界環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，制漿企業(yè)對(duì)水資源的利用及污水排放越來越關(guān)注，企業(yè)勢(shì)必會(huì)越來越注重漿料的洗滌效果、清水的補(bǔ)充量、化學(xué)品的利用率等。新的項(xiàng)目會(huì)優(yōu)先選擇TRPE洗漿機(jī)，同時(shí)TRPE洗漿機(jī)也可以用于對(duì)單段的優(yōu)化，對(duì)舊的生產(chǎn)線進(jìn)行改造，用來打通車間的瓶頸和提高產(chǎn)能等。俄羅斯的Arkhangelsk制漿造紙工廠，于2015年將未漂漿洗滌段的1臺(tái)真空洗漿機(jī)和氧脫木素段的2臺(tái)真空洗漿機(jī)更換為3臺(tái)TRPE洗漿機(jī)后，效果相當(dāng)顯著。車間的生產(chǎn)發(fā)展總監(jiān)Pavel對(duì)改造項(xiàng)目評(píng)價(jià)道：“最明顯的是水耗下降，送至蒸發(fā)站的黑液量顯著降低，這樣一來，我們可以節(jié)約1臺(tái)蒸發(fā)站 [10]。”

5結(jié)語

維美德一直致力于TwinRoll洗漿機(jī)的研發(fā)，并可以提供第三代、第四代和第五代雙輥洗漿機(jī)的升級(jí)改造服務(wù)，如更改進(jìn)漿單元為RotoFormer，增加ProDry（防回濕系統(tǒng)）和ProStream（高壓在線噴淋系統(tǒng)）等。無論是建設(shè)新的工廠還是改造舊的車間，雙輥洗漿機(jī)將會(huì)是未來漿線的主流洗滌、脫水設(shè)備，可以為漿廠帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，尤其是第五代TRP EvolutionTM洗漿機(jī)，以其卓越的工藝性能、先進(jìn)的控制系統(tǒng)、便捷的維護(hù)保養(yǎng)以及在穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)量、節(jié)約消耗的超強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，必將在漿料洗滌濃縮設(shè)備市場(chǎng)中大顯身手。

參考文獻(xiàn)

[1] Alpo Tuomi. Increased usage of duplex materials in manufacturing of pulping equipment[C]. Duplex America 2000 conference. Stainless Steel World. KCI Publishing BV， 2000.

[2] Seikichi Kobayashi， Samu Katayose. Pulp Washing and Dewatering the Twin-roll Press Concept[J]. TAPPI Journal， 1993， 47： 49.

[3] Vikram A Dandekar. Design fabrication and analysis of prototype TwinRoll Press pulp washing[J]. Internal Journal of Mechanic Engineer and Robotics Research， 2014， 3： 420.

[4] Tobias L--f. Pulp Formation at High Consistency[D]. Lule： Lule University of Technology， 2007.

[5] HE Jin-ping， XIE Su-jin. The Comparison and Analysis on Operation Cost Between Twin-roll Press and Vacuum Washer[J]. China Pulp & Paper， 2015， 36（2）： 41.

何金平， 解愫瑾. 雙輥洗漿機(jī)、真空洗漿機(jī)運(yùn)行成本對(duì)比分析[J]. 中國(guó)造紙， 2015， 36（2）： 41.

[6] KUANG Shi-jun. Brief Introduction to Ozone ECF-light Bleaching Process[J]. China Pulp & Paper， 2013， 32（5）： 50.

鄺仕均. 臭氧輕ECF漂白[J]. 中國(guó)造紙， 2013， 32（5）： 50.

[7]Alpo Tuomi， FENG Yu-tong. ZeTrac High Consistency Ozone Bleaching[J]. China Pulp & Paper， 2003， 22（10）： 74.

Alpo Tuomi， 馮宇彤. ZeTrac高濃臭氧漂白[J]. 中國(guó)造紙， 2003， 22（10）： 74.

[8] Ianadmin Metso RotoFormer， number one performance upgrade for your TwinRoll press[S]. 2012-04-17.

[9] Pang Jinjiang， Liu zhong， Hui Lanfeng， et al. The technique and New Development of H2O2 Bleaching[J]. Paper and Paper Making， 2013， 32（1）： 28

逄錦江， 劉忠， 惠嵐峰， 等. 過氧化氫漂白技術(shù)的新進(jìn)展[J]. 紙和造紙， 2013， 32（1）： 28.

[10] Mihaly. TwinRoll modernizes Arkhangelsk pulp washing plant[J]. Valmet Forward， 2015（3）： 44.

（責(zé)任編輯：常青）