制浆造纸装备节能节水结构原理与评析

另一端出口。转子旋转运动在圆柱形
分为“渐缩区”挤压段和“揉
磨浆机内不产生浆料轴向移动，须在
碎区”。
转子两端外加叶片推动浆料轴向移
图2新两种新型单向流净化器的原理
过氧又如纸机湿纸页脱水，
５３ China Pulp & Paper Industry Vol.28, No.1 Jan.,2007
Ｔ技术进步 ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
纹形（见图１），这样的表面使良浆较 比机械挤压式单位能耗要高 。所以，
过氧中浓纸浆（７％～１５％）与低浓纸浆 易动态导入孔（缝）内，筛浆效率高， 螺旋挤浆机、螺旋式压榨机、双网高
（ ≤７ ％ ） 不同，其本身已失去流动性 能耗低。
浓挤浆机、双辊挤浆机等依靠机械机
能，只有在高剪切应力作用下才能流 过氧对于净化用锥形除砂器，利用浆 构挤压原理浓缩比圆网浓缩机、鼓式
型浆厂耗水量２００～３００ｍ３／ｔ浆。抄纸 提高到２％ 以上，少用水量约７５ｔ，节
耗水也多在５０～ｌ００ｍ３／ｔ纸；一般废 水达６０％以上。即一个１０万ｔ／ａ纸厂
纸浆厂耗水约５０ｍ３／ｔ浆。国际先进水 可减少一次用水量约７５０万ｔ；省去输
平取水量为制浆约２０ｍ３／ｔ浆，造纸约 送电耗 ２ ４ ０ 万ｋ Ｗ ｈ（仅按三次泵送
１０ｍ３／ｔ纸。
计）以上。
1.2机造纸工业节能节水途经 过氧造纸工业之所以成为高能耗（主
过氧过氧
2新节能结构原理与分析
要 是 电 和 蒸 汽 ）、高 水 耗 ，从 根 本 上 讲 是因为造纸生产过 程工序复杂而工艺
表1浆浆料在不同浓度时水量与体积变化
浆料浓度 吨绝干浆 绝干浆与 含水量 减少用 节水比例
备，采用变频调速，实现节能增效，运 节能效果。
最小；③主流速度无显著变化 ，故能
行可靠，节电效果显著，且变频器很 过氧对于压力筛，普通筛鼓表面是平 量损失最小；④所有浆流通过最大的
少维修。
滑的，因浆料在鼓内或外受转子作用 轴向加速度，没有轻杂质走短路，杂
2.2.2机加强输送设备管理
沿鼓面切线方向运动 ，与鼓上开孔 质除去率可超过９０％。
计量类等设备。
进出口方向完全一致，所以，盘式磨 域、流动方式上设计成与旋流一致 ，
过氧因此，制浆造纸节能从设备角度 浆机在目前打浆设备中是相对最节 这样高速高压流能耗低。
主要是设法降低设备在实现工艺功 电的。
过氧净化设备已有了改进，如轻杂质
能和输送功能过程中的能耗。
过氧旋翼压力筛中旋翼叶片设计成 净化选用单向流（见图２）而不是反向
Ｔ技术进步 ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
● 机械设备●
制浆造纸装备 节能节水结构原理与评析
■ 张辉辉（南京林业大学化学工程学院 江苏 南京 ２１００３７）
张辉，硕士，高级工程师， 教授；制浆造纸工程系副 主任，江苏省“３３３ 人才工 程”培养对象。
摘键要：在简要讨论制浆造纸装 备在节能节水中重要作 用 的 基 础 上 ，根 据 制 浆 造纸生产过程特点 ，从 节能节水的角度 ，紧密 结合现有新型装备实 例，探讨了制浆造纸装 备节能节水所对应的结 构 原 理 、特 征 要 求 ，并 提出了一些新的构思。 对 于 了 解 、评 价 、选用 和开发制浆造纸节能节 水装备具有一定的参考 价值。
1.1机造纸工业基本现状
与体积的变化见表１。
过氧我国造纸工业的生产吨浆耗水 过氧通常浆料筛选与净化、纸机上网
量，较先进工艺和装备的化学木浆生 的浓度为０．６％～１．２％之间，浆泵输
产线需６０～８０ｍ３／ｔ浆；中上水平技术 送、打浆浓度为２％～３．５％ 。从表１可
装备的为１００～２００ｍ３／ｔ浆；不少中小 知，如果筛选与净化、纸机上网浓度
０ ２０．１６ ６０．４８ ７３．９２
过 简 化 、合 并 工 艺 ７．０
１３．３ １∶１３．３ １０．７１ １１０．７ ８９．２９
流程单元来节能 ； ９．０
１０．１ １∶１０．１ ８．１５ １１３．９ ９１．８５
５２
第２８卷第１期 ２００７年１月
Ｔ ●机械设备●
技术进步
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
压机械设备。Ｂｉ－Ｖｉｓ 挤压
能作用一致时，动力消耗低
机的螺旋与布置排列见图
过 氧 打 浆 设 备 中 ，圆 柱 形 、圆 锥 形 磨
３。其基本原理为使木片沿
浆机均依靠转子旋转与外套定子间
原木的轴向受压时产生的
的相对运动实现磨浆 。磨浆时，要求
皱曲作用能使纤维质量较
浆料必须从进口端进入沿轴向移至
高又节能地有效分离，设备
将较低浆浓（ ０ ． ６ ％ ～ １ ．
产生的剪切应力必须大于实现中浓
２ ％ ）浓 缩 至 较 高 浆 浓
纸浆流态化时的临界剪切应力。 2.3机工艺功能设备的节能结构原理
图1新新型波形筛鼓表面
（８％～１０％以上），效率高、 能耗低、适应产量大。
与评析
过氧对于高得率浆，采用挤
2.3.1机机械动力机构运动与工艺功
2.2机输送功能设备的节能原理与评 两种。一种是与筛鼓母线平行 ，另一 流的除渣器。优点是：①轻杂质粒子
பைடு நூலகம்
析
种与筛鼓母线有一倾角。旋翼叶片旋 将稳定地从主流中分离，可将它们的
2.2.1机风机、水泵和浆泵的电耗
转产生筛浆同时，后者有利于浆渣移 滞留时间减至最小；②杂质粒子不会
过氧浆泵、风机等变化运行负荷的设 向排渣口，故较前者有更好的筛浆与 回到原来的主流中，故分离能耗减至
例，探讨了制浆造纸装备在节能节水 和均衡生产 ；②加强设备的维护管
上所对应的结构原理、特征要求，并 理，包括减少正常磨损耗能 ，杜绝异
提出了一些新的构思。
常磨损耗能。可采取加强润滑管理 ，
1 新造纸工业节能节水概 况
加强旋转件的对中、平衡、水平、垂直 等校验工作；③装备更新改造。 过氧系统浆料在不同浓度时用水量
过氧①生产管理：杜绝跑冒滴漏和加 （缝）方向垂直，不利于良浆进入筛孔 2.3.2机工艺功能的实现采用机械性
强润滑等；②技术管理：选择节能型 （缝），这种直角改变方向后筛浆势必 原理较非机械性原理更节能、更经济
泵、风机新设备。
多消耗能量。新型筛鼓表面设计成波 过氧浆料浓缩脱水采用过滤式设备
2.2.3机中浓输送与中浓混合
2.1机制浆造纸装备类型分析
动；而锥形磨浆机转子旋转既实现磨 料进入旋转运动产生的离心力分离
过氧目前，制浆造纸设备从能耗角度 浆，又让浆料获得离心力与磨套锥形 不同比重的浆料与杂物。其进浆口为
主要分两大类。其一为工艺功能型， 斜面的合力使浆产生由小端向大端 切线方向与旋转方向一致，而良浆与
如削片机 、蒸煮器、磨浆机、造纸机 移动的动力，锥度越大这种作用越明 杂物虽然在除砂器均为旋转运动，但
● 机械设备●
采 用 新 型 压 榨（ 如 靴 式 压 榨 ）等 机 械 脱水，将大大提高脱水效果 ，节约能 源。 2.3.3机设备在完成工艺功能时，尽可 能适应较高浓度条件，有利于节水和 节能 过氧中浓纸浆流态化技术应用于浆 料输送、除节、精选、混合、漂白等领 域，使全部制浆系统实现中浓化 ，可 大幅度节水、节能。 过氧如果将筛选由较低浓度０．６％～ １．５％，提高到２．５％～５％以上，筛选每 吨绝干浆筛选通过量减少５０％，系统 也无需大量的水被循环，故高浓筛选 系统能耗较少。如国外５００ｔ／ｄ的ＴＭＰ 和ＣＴＭＰ筛选系统，高浓筛选只需约 １０００ｋＷ、低浓筛选为１６５０ｋＷ。 过氧但这要求改进筛浆机的设计，使 高浓筛浆过程中无增浓现象，见图４。 在筛浆机的设计与制造中可考虑：改 变筛板表面形状，增强筛板表面的湍 动强度，有利于浆料流态流动 ，创造 良浆与粗渣分离条件（见图１）；改变 转子结构，给浆料提供一个较长负压 区，加强对筛板的净化效能 。例如， Ｄｅｌｔａ高浓压力筛（见图５），就是通过 增宽旋翼作用面 ，增加真空抽吸长 度，使在正压时通过筛孔的大量水处 于负压脉冲时又重新返回进浆侧，这 样良浆沿筛板的浓度保持一致，避免 增浓现象。 过氧新型中高浓筛浆机还有盘式、鼓
问题、走可持续发展的新型工业化道 过氧节能节水的途径是工艺技术的
路问题已引起业界、国家和社会的高 进步、装备的改进以及管理水平的提
度关注。
高。加强设备管理也节能降耗，例如：
过氧本文根据造纸生产特点，从节能 过氧①调节生产负荷在机台和机台
节水的角度 ，结合现有新型装备实 之间的衔接分配，尽可能做到满负荷
％
水量 ｔ 水量比 对比 水量 ｔ
％
流 程 长 、浆 料 处 理 ０．８
１．０
过程工艺浓度偏
２．０
低 。造 纸 工 业 可 通 ３．０
１２４．０ ９９．０ ４９．０ ３２．３
１∶１２４ １∶９９ １∶４９ １∶３２．３
１００ ７９．８４ ３９．５２ ２６．０８
０ ２５．０ ７５．０ ９１．７
关键词：制浆造纸；节能；节水； 装备；结构原理；评析
中图分类号:ＴＳ７３３ 工艺 文献标识码: Ｂ 工艺 文章编号:１００７－９２１１（２００７）０１－００５２－
０６
过氧科学发展观把环境保护和建设 通过提高工艺浓度来降低电耗 、汽
资源节约性社会提到了十分重要的 耗。增加废水处理前后的回用量 ，减
战略高度。而造纸工业的资源与环保 少总耗水量。
动 。纸 浆 浓 度 越 高 ，需 要 的 高 剪 切 应
真空洗浆机等依靠自然过
力 临 界 值 越 大 。现 有 的 中 浓 技 术 ，其
滤或真空吸滤原理的浓缩
浓度多在９％～１３％范围。要输送中浓
效率与节能性高。新型双网
纸浆，必须使其处于湍流状态 ，即达
高浓挤浆机、双辊挤浆机可
到流态化，此时中浓浆泵和混合器所
2.3.4机功能集中的组合式设备比分 散的要节能节水 过氧废纸制浆设备中，复式纤维分离 机的结构设计成具有疏解、净化和筛 选功能三位一体的复合设备，减少了 各功能之间中间输送环节的设备，达 到节能的目的。 过氧连续蒸煮把部分洗涤功能包括 在蒸煮之内。如Ｋａｍｙｒ连续蒸煮把热 扩散洗涤放在蒸煮后期，扩散洗涤器 洗浆时间比真空洗浆机的洗涤时间 长ｌ０倍左右，洗涤效率高达９０％。总投 资比真空洗涤要低３０％，且不占厂房 面积，露天布置，大大降低能耗。又如 西班牙斯贝公司麦草半化学浆连蒸， 也把洗浆全部功能包括在同一斜管 蒸煮器之内，出蒸煮器的浆就是洗净 的浆，吨浆耗水约３～４ｍ３。再如法国 的ＢＩＶＩＳ连蒸器，耗水量约为７．５ｍ３／ ｔ浆。 过氧高效洗浆机，如ＤＤ洗浆机，一机 完成多段置换洗涤作用，黑液提取率 ９６％以上，黑液浓度９．０°Ｂｅ＇，碱损在 １０ｋｇ／ｔ 浆以下。 过氧现在通用的流程为封闭筛选流 程，将洗涤、筛选结合在一起，洗涤为 ４ 台 或 ５ 台真空洗浆机串联 。在 第３ 台 洗浆机后加上压力筛对未漂浆进行 筛选，最后再加一台洗浆机（仅在此 加清水吨浆８～ｌ０ｍ３）。从第一台真空 洗浆机提取浓黑液８ ～ｌ０ｍ ３送碱回 收。从开式筛选改为封闭筛选 ，工艺
式 中 浓 筛 浆 机 ，操 作 浓 度 ２ ． ５ ％ ～ ５ ％ 以上。这类设备首先是具有使浆料有 高度的脉动和湍动的流态化的机构。 盘式中浓筛浆机有一高速旋转的转 盘叶片，鼓式中浓筛浆机（见图６）有３ 叶片的转子，具有使浆料切向流动和 使尾浆沿轴向移动的功能，从而使浆 料保持流态化。 过氧打浆是一个高能耗工段，约占纸 厂 总 功 耗 的 ２ ０ ％ ～ ３ ０ ％ ，占 吨 纸 电 耗 ３ ０ ％ ～５ ０ ％ 。如盘式磨浆机效率为 ７５％，吨浆耗电１９７ｋＷｈ；锥形精浆机 效率为５０％，耗电４００ｋＷｈ。华南理工 大学等研发的ＺＤＰＭ中浓液压盘磨机 为新一代高效节能的打浆换代设备， 中浓（６％～１５％）打浆，其吨浆电耗较 传 统 磨 浆 节 省 ３ ０ ％ ～ ４ ０ ％ ，打 浆 后 纸 浆 各 项 物 理 指 标 提 高 １ ０ ％ ～ ３ ５ ％ ，节 水５０％左右；采用自吸进浆，免去进浆 动力设备。省电主要缘由： 过氧①自吸式中浓磨高转速（１５００ｒ／ ｍｉｎ）运行（低浓磨是１０００ｒ／ｍｉｎ） ；② 中 浓 磨 区 浆 浓 高 ，磨 浆 效 率 高 ；③ 中 浓磨区间隙比低浓磨区大，大大减少 磨 盘 的 金 属 摩 擦 ；④ 中 浓 系 统 自 流 、 自吸作用，免去浆泵、搅拌器等设备。 过氧关于纸机中浓上网成形，其需解 决的关键问题是分散浆料纤维、使浆 料纤维高度流态化问题。现已有用于 高定量的纸板类中浓流浆箱与多层 喷浆装置。低定量的中浓成形装置是 着力研发的新方向。
等。其二是输送功能型，如各种浆泵、 显。因此，后者能耗较前者低。对于盘 出口方向却为垂直于旋转方向，这种
水泵、带式输送机、螺旋输送机、风机 式磨浆机 ，在动盘旋转实现磨浆同 垂直换向出口浪费了部分能量。如果
等。其余为少量辅助类设备，如搅拌、 时，使浆产生的离心力与浆料在盘间 将进浆主流与出浆主流在方向 、区