毛世秀 濰坊凱信機(jī)械有限公司

節(jié)能型真空圓網(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年代我國引入真空圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)，經(jīng)過國內(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，如產(chǎn)能適中、產(chǎn)品品種變換靈活、能耗較低等，同時紙頁的柔軟度、松厚度等性能指標(biāo)也得到了很大提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)生活用紙產(chǎn)能約1/3來自于車速在1,000m/min以內(nèi)的真空圓網(wǎng)紙機(jī)。

圖1 HC真空圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)

2 節(jié)能型真空圓網(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確定合適機(jī)型、車速、幅寬及整體配置，這是節(jié)能措施的第一步。

目前國內(nèi)發(fā)展較為成熟的真空圓網(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；②企業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)能，開發(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)用戶的基本需求（如漿料種類、產(chǎn)品品種、產(chǎn)能、投資總額等）來推薦機(jī)型和配置。經(jīng)綜合考慮，初步確定2條真空圓網(wǎng)紙機(jī)較為合適。1臺紙機(jī)年產(chǎn)能（100%效率時的理論總產(chǎn)量）為1.5萬t/a，日產(chǎn)能45t/d＝1.44×定量×幅寬×車速×（1-起皺率）/1,000，定量、幅寬根據(jù)市場需求和后加工設(shè)備來確定。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)造紙車間（2臺紙機(jī)共用一套打漿系統(tǒng)）、后加工車間、配套公用工程、輔助生產(chǎn)設(shè)施（機(jī)修車間、成品庫、化工原材料庫）、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)紙頁的良好成形，在實(shí)現(xiàn)脫水效率最大化的同時，減少漿料損失，提高留著率，來降低紙機(jī)流送系統(tǒng)的電量消耗。以下幾個部位、部件是設(shè)計(jì)過程中的關(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，從而保證了紙頁的勻度。布漿器錐形總管布漿，一定長度的過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橫幅方向的均勻加入，從而降低了分散劑的用量。來自分散管的分散劑以合適的流速通過擾流棒表面的孔加入并與通過孔板的漿流混合，再經(jīng)過擾流棒兩側(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，而上唇板則是通過一套蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步勻整漿流，并且根據(jù)車速、定量、漿濃等來改變下唇口大小，以控制漿料噴出前的厚度。氣胎補(bǔ)償裝置通過氣囊的緩沖作用來提供一個柔性緩沖量，根據(jù)漿液的沖擊力進(jìn)行自動微調(diào)整，保證漿料均勻上網(wǎng)。上唇口的大小通過一套螺旋升降機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)，通過唇口微調(diào)裝置來精調(diào)橫幅定量差，調(diào)節(jié)橫幅紙頁縱、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)過多次的收縮和擴(kuò)散、加速和減速，保證整個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，通過氣囊的緩沖作用來提供一個柔性緩沖量，根據(jù)漿液的沖擊力進(jìn)行自動微調(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，來不及抽走的在真空網(wǎng)籠殼體階梯孔內(nèi)的水分經(jīng)過第三真空室消音后通過離心力作用甩出，在擋水板作用下排入白水池，濕紙頁在第三真空室經(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。②三個真空室的設(shè)計(jì)，通過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)籠的濕紙頁干度，能夠適應(yīng)較高車速的要求。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，以提高紙頁進(jìn)入揚(yáng)克缸時的干度，但此裝置會影響紙頁的松厚度和柔軟度。選用一道或兩道壓榨主要是考慮最后紙頁的柔軟度，因?yàn)槿彳浂仁巧钣眉堃粋€重要的性能參數(shù)，很大程度上取決于壓榨過程，以及紙頁在后續(xù)過程中受到的壓緊作用，當(dāng)然影響紙頁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孔形式，接近40%的開孔率，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，工作時與缸面接觸形成具有一定寬度的壓區(qū)，通過對各種工況下的壓區(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加壓方式，利用液體的不可壓縮性，保證氣胎的加壓相對穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動，從而保證脫水壓力均勻。

圖6 加壓裝置

圖7 承水盤

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中再被排走，承水盤的設(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)和對流的過程。經(jīng)過多年在涂布機(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)本體在受熱膨脹時不發(fā)生變形或產(chǎn)生過大應(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)氣罩通過風(fēng)門調(diào)節(jié)紙機(jī)橫幅方向分區(qū)的氣流，使風(fēng)嘴在紙頁橫幅上噴出的熱風(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)有過濾器，可定時抽出清洗，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飽和水空氣過濾器

排風(fēng)

TI

TI

TI

來自 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真空圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)為例，實(shí)際檢測一下熱回收系統(tǒng)。紙機(jī)參數(shù)：漿料為全木漿，長纖30%～40%，短纖

60%～70%，設(shè)計(jì)車速1,100m/min，幅寬2,850mm。在運(yùn)行車速為950m/min，定量15g/m2，起皺率20%時，經(jīng)現(xiàn)場測算，氣-氣余熱回收裝置每小時可回收17.28萬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（余熱回收裝置會增加氣體流動阻力使電能負(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

真空圓網(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，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）