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)生紙機在產(chǎn)品質(zhì)量、成本、生產(chǎn)能力、運行穩(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)線的主導機型。與新月形衛(wèi)生紙機相配套的白水系統(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)生紙機運行性能、產(chǎn)品質(zhì)量以及單位產(chǎn)品的水耗和成本。白水系統(tǒng)設計的目標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)生紙機生產(chǎn)線的設計，介紹了新月形衛(wèi)生紙機白水系統(tǒng)的設計體會。

1 項目背景

本項目業(yè)主在產(chǎn)品規(guī)模和技術(shù)水平方面處于國內(nèi)領先水平。為了進一步強化在衛(wèi)生紙行業(yè)的龍頭地位，抓住衛(wèi)生紙行業(yè)的發(fā)展機遇，近年來，業(yè)主在全國各地已經(jīng)建設并將繼續(xù)建設多條衛(wèi)生紙生產(chǎn)線，其中造紙機以5620衛(wèi)生紙機為主。中國海誠工程科技股份有限公司承擔了多條衛(wèi)生紙生產(chǎn)線的設計工作，有的生產(chǎn)線已經(jīng)投產(chǎn)并運行良好，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)設計和運行是比較成功的。其中一條衛(wèi)生紙生產(chǎn)線的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 某項目技術(shù)參數(shù)一覽表

2 衛(wèi)生紙機用水分析

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

圖1 衛(wèi)生紙機噴淋點示意圖

表2 衛(wèi)生紙機各噴淋點用水量和水質(zhì)要求

圖2 衛(wèi)生紙機各點漿濃及紙幅干度示意圖

由表2可知，衛(wèi)生紙機總用水量為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)生紙機供應商提供的漿水平衡數(shù)據(jù)按平均數(shù)計算，卷紙機處的衛(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)生紙機噴淋的要求，清水用量僅為3.6 m3/t，只占衛(wèi)生紙機總用水量的11.5%。若過濾水達不到水質(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)生紙機總用水量的46%。若澄清水水質(zhì)也達不到要求，衛(wèi)生紙機的噴淋水將全部使用清水，則清水的用量相當大。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)生紙機白水流向

圖2所示為衛(wèi)生紙機各點漿濃及紙幅干度。漿料以0.18% ～0.20%的濃度進入流漿箱 (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)生紙機濕部漿水流程圖

4 衛(wèi)生紙機白水回收裝置

將網(wǎng)下白水槽的白水進行凈化處理，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到的目標。白水循環(huán)回收方式有以下幾種:①過濾式，如濃縮機、脫水機及多盤過濾機等;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和淺層氣浮裝置處理衛(wèi)生紙機白水。

圖4 多盤過濾機結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 多盤過濾機及白水處理流程

多盤過濾機是一種大面積過濾機，可供凈化白水、回收纖維和濃縮(洗滌)漿料，20世紀80年代初就已得到普遍使用。與其他白水回收設備相比具有以下優(yōu)點: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。多盤過濾機運轉(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轉(zhuǎn)中處于不同的工作狀態(tài)，如圖6所示。當某扇片被帶入液面時，先進入大氣過濾區(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。當扇片轉(zhuǎn)出液面時，通過真空抽吸，濾餅進一步脫水，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，多盤過濾機可產(chǎn)生3種白水。當扇片離開真空區(qū)進入剝漿區(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 多盤過濾機工作原理圖

多盤過濾機處理衛(wèi)生紙機白水流程如圖7所示，來自網(wǎng)下白水槽的衛(wèi)生紙機稀白水在輸送過程中與墊層漿和濁濾液均勻混合后進入多盤過濾機，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到25 mg/kg，清白水的澄清度達到50 mg/kg，可用于衛(wèi)生紙機噴淋。濁白水的澄清度達到350 mg/kg，與稀白水混合后繼續(xù)回到多盤過濾機進行過濾。

圖6 多盤過濾機扇片在不同位置的工作狀況

圖7 多盤過濾機處理衛(wèi)生紙機白水流程簡圖

圖8 淺層氣浮裝置處理衛(wèi)生紙機白水流程簡圖

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)生紙機白水是根據(jù)亨利定律和凝聚機理來實現(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)微細氣泡 (直徑50～100 μm)。當微氣泡與經(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)生紙機白水流程如圖8所示。

5 衛(wèi)生紙機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和淺層氣浮裝置。相對多盤過濾機來說，淺層氣浮裝置投資較便宜但運行費用較大，對白水水質(zhì)和處理量的波動較敏感，化學品的加入對衛(wèi)生紙機運行和產(chǎn)品品質(zhì)也不利，回收漿品質(zhì)較差，配漿比例要嚴格控制。多盤過濾機的投資額較大但運行費用低，多盤過濾機還具有運行更平穩(wěn)、適應性更強、運行時不需要加入化學藥品、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)生紙機運行等優(yōu)點。在現(xiàn)有的衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線上，業(yè)主也都使用多盤過濾機進行白水回收，且在使用上具有豐富的經(jīng)驗。因此，本項目仍選用多盤過濾機進行白水回收。

多盤過濾機生產(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采用無濾袋設計，濾液質(zhì)量更高，使用壽命更長。部分多盤過濾機廠商及技術(shù)參數(shù)見表3。根據(jù)衛(wèi)生紙機供應商提供的衛(wèi)生紙機技術(shù)數(shù)據(jù)，當衛(wèi)生紙機車速為1942 m/min，紙張定量為18 g/m2時，衛(wèi)生紙機達到最大產(chǎn)量232 t/d。根據(jù)工藝流程進行漿水平衡計算，圖3所示的衛(wèi)生紙機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 多盤過濾機主要技術(shù)參數(shù)

表4 衛(wèi)生紙機濕部漿水平衡一覽表

表5 多盤過濾機處理紙機白水漿水平衡一覽表

從表4可看出，衛(wèi)生紙機最大產(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所示多盤過濾機處理衛(wèi)生紙機白水流程進行漿水平衡計算，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)生紙機的噴淋要求。加入濁白水和墊層漿調(diào)濃后，進入多盤過濾機濃度為0.4%的白水量為13063.7 L/min。據(jù)此進行多盤過濾機的選型。

根據(jù)衛(wèi)生紙機供應商提供的衛(wèi)生紙機技術(shù)數(shù)據(jù)，當衛(wèi)生紙機車速為2000 m/min，紙張定量為13.5 g/m2時，衛(wèi)生紙機的最小產(chǎn)量為183.5 t/d。根據(jù)工藝流程進行漿水平衡計算，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)生紙機最大產(chǎn)量和最小產(chǎn)量時多盤過濾機處理衛(wèi)生紙機白水各項參數(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)生紙機噴淋的需要。超清白水僅用于衛(wèi)生紙機噴淋，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)生紙機噴淋外，還用于碎漿、濃調(diào)、管路清洗、機外白水槽的補充水等場合，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)生紙機各點的噴淋水需要經(jīng)過濾器來保證衛(wèi)生紙機噴淋管及噴頭不被堵塞。根據(jù)衛(wèi)生紙機各噴淋點的流量和壓力需求來分別配備水泵和過濾器。

表6 多盤過濾機處理白水參數(shù)一覽表

由表2可知，衛(wèi)生紙機濕部噴淋清水用量為535.6 L/min。另外，雙盤磨、疏解機、壓力篩及油站等設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)中的積聚會導致網(wǎng)、噴嘴以及毛布的堵塞、設備腐蝕結(jié)垢和細菌的生長。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清白水的緩沖能力，清白水塔設有溢流口，通過清白水的溢流來實現(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)品時需要加入濕強劑等，本生產(chǎn)線的衛(wèi)生紙機多余白水全部進入多盤過濾機進行處理。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)生紙機下白水槽中的稀白水，多盤過濾機可以按滿足衛(wèi)生紙機噴淋和排水要求配置。在本衛(wèi)生紙機產(chǎn)量最大時，約有4300 L/min的衛(wèi)生紙機網(wǎng)下白水去備漿系統(tǒng)的碎漿和稀釋，去多盤過濾機的網(wǎng)下白水量約為4427.2 L/min，加入墊層漿和濁白水調(diào)濃后進多盤過濾機的白水量為6773.1 L/min。這樣配置白水處理裝置可以節(jié)省設備費用和降低能耗。

表7 水腿管路和密封水槽設計參數(shù)

6 多盤過濾機白水回收系統(tǒng)的工程設計要點

好的設備需要好的工程設計來保障運行。在多盤過濾機白水回收系統(tǒng)的工程設計中，以下4點是特別需要注意的。

6.1 安裝高度

多盤過濾機是通過水腿管提供的真空來過濾的，多盤過濾機的轉(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)設有水封槽，水封液面標高保持在4 m，多盤過濾機高度按轉(zhuǎn)盤中心線標高位于11 m的位置設計，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過濾的動力，關系到多盤過濾機的生產(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 進料管

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

表8 多盤過濾機進料管規(guī)格一覽表 mm

圖9 多盤過濾機水腿管及水封槽示意圖

圖10 多盤過濾機進料管示意圖

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)下白水槽容積設計為70 m3，可以貯存7 min的衛(wèi)生紙機白水。本項目設置了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越來越低。用白水回收裝置處理衛(wèi)生紙機白水、增加白水回用比例比將衛(wèi)生紙機白水送到廢水處理廠處理的費用低。衛(wèi)生紙機多余白水在車間內(nèi)進行凈化后按質(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)濟效益。在設計階段，要根據(jù)工藝需要確定合適的流程，進行漿水平衡計算，據(jù)此選擇合適的凈水設備，通過計算，合理確定槽罐尺寸及泵的流量和揚程，設備布置及配管既要符合工藝和設備要求又要符合經(jīng)濟要求，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:化學工業(yè)出版社，2006．

［3］ Chen Kefu，Zhang Hui．Pulp and Paper Machinery and Equipment(Volume 2)［M］．Beijing:China Light Industry Press，2011．陳克復，張 輝．制漿造紙機械與設備(下)［M］．北京:中國輕工業(yè)出版社，2011． CPP