压力筛发展前景.doc

压力筛的发展历程及前景罗怀东摘要：压力筛是一种用于中、低浓度纸浆筛选工序的孔板类纸浆筛选备，其作用就是将纸浆中不符合造纸质量要求的粗渣除去。近年来压力筛飞速发展，其应用也越来越广。本文主要阐述了压力筛的发展历程，发展的空间以及发展前景。关键词：压力筛 筛缝 转子 旋翼 发展 前景前言 造纸浆料中含有大量不符合造纸质量要求的粗渣类物质。这些粗渣在物理形态上又可分为粗节、纤维束、重杂质、轻杂质。为保证成品纸的质量，必须将其中的杂质从纸浆中筛选出来并加以清除，同时将粗节和纤维束回处理成纸浆中的合格纤维。这就是所谓的纸浆筛选，它几乎存在于制浆造纸的全过程，直接影响纸张的质量。而压力筛是现代造纸工业中的首选设备，在造纸工业中有着广泛的应用，是不可或缺的设备。不论是化学组分，如树皮颗粒，机械浆中纤维束的去除，还是二次纤维中石蜡沥青的去除，压力筛浆机均起到了重要作用。压力筛机有着久远的发展历程，也有着较大的发展空间。一、压力筛的发展历程 国外早在40年代就研制生产出了压力筛，其原理设计和工艺水平目前均已达到相当高的水平。我国压力筛的研制生产始于60年代，最早的产品是单鼓外流式旋翼筛最早的制造厂家是上海东方造纸机械厂、天津第一轻工机械修配广等。与国外相比，我国压力筛的开发生产水平相对落后，尤其在品种上与国外差距很大。长期停留在单鼓外流式旋翼筛的水平上。与发达国家相比，我国目前专门用于筛选废纸浆的定型压力筛和一机多用压力筛的研制尚未真正起步。利用废纸浆抄制高级纸。只能依靠引进工艺和装备来筛选废纸浆。在自动化方面我国设备的水平也不高。一般都未安装自动化仪表系统。由于缺乏能够用于封闭系统的必要控制设备和使用可靠、易于调整的自动排渣阀门，即使单鼓外流式旋翼筛，国内大多数制浆车间也仍未装备。虽然在近年来，国内已引进了几种新型压力筛 也自行生产了新结构、新功能的压力筛，但在吸收国外压力筛技术， 自行研制新型压力筛方面却进展缓慢。其主要原因在于制造工艺能力较低。80年代，国际上出现了新一代先进的缝型压力筛，其缝槽断面呈渡纹状， 称为波纹式压力筛。正因为如此，在国外造纸行业中，波纹式压力筛成了传统压力筛的更新替代产品，对它的需要量越来越大，是很有前景的产品。我国的情况也是如此。但是，渡纹式压力筛机型面加工难度更大，所需加工设备相对较复杂。目前， 国外一些纸浆筛选设备制造商为了进入中国市场。已开始将资本和技术向我国压力筛制造行业转移，建立独资或合资的压力筛生产经营企业，客观上带动我国的压力筛开发制造水平上了一个较大的新台阶。洪都航空工业集团利用航空工业高水平的制造工艺开发生产压力筛，已有十年左右的历史，是国内航空工业系统目前唯一一家压力筛生产企业。集团针对压力筛的开发生产和销售制定了专门的质量控制文件，完善了产品质量保证体系。在此基础上 又组建了专业化控股公司，从而形成了包括研制、生产、经营管理等在内的较为完整的压力筛等造纸机械设备产业化开发生产体系。目前，集团已经系列开发生产了适于除去长、平、薄型和立体形粗渣的中、低浓度压力筛，特别是在生产ZSL系列内流式和外流式缝型压力筛的基础上，解决了一系列工艺关键，开发生产了较先进的波纹式压力筛，形成了ZSL、ZSB和ZSW 三大系列。这些产品均属于孔板类单鼓旋翼式，其筛孔孔型包括圆柱型、阶梯型、圆锥型和长缝型， 良浆流向包括内流式和外流式两种。产品的电耗、设备重量、良浆质量、耗水量及水压、临界筛选浓度、筛孔净化效能等经济技术指标在国内处于较领先的水平，品牌形象较佳，国内市场占有率近年来稳步提高，并已开始生产出口型产品进入国际市场。压力筛在20世纪40年代诞生并在造纸机前取代了振动筛,半个世纪来又逐渐在制浆车间取代传统的离心筛；在长期实践中有众多专业学者对其筛浆理论进行研究,并应用于对筛鼓、转子及机内浆流分配技术进行改进,从而创造了各种结构型式的新产品。二、压力筛的发展空间及前景 近年来人们对压力筛的研究，在其很多方面有了突破性进展。1. 转子技术的发展转子作用有两方面， 一是叶片前方推动浆流产生流速 ,二是产生压力脉冲。 因为压力筛进出浆已具有压力差,所以叶片前方的正压是不必要的,并且旧式旋翼上下两面均搅拌纸浆流动也消耗无效动力。根据这一分析,转子从旋翼式发展成旋筒式,尽量减少叶片搅拌纸浆的面积,按照理论过渡层的理论和流体剪切应力的理论,只需推动靠近筛鼓的一层纸浆以节省动力。旋筒式转子的纸浆通过层很薄,也会带来鼓内纸浆供应量后续来不及的问题。旋筒鼓泡式,最早的鼓泡是呈螺旋形均布排列,它将旋翼式的低频率大脉冲化成高频率短脉冲。最新的产品按照纸浆纤维的絮聚、骑马与脱水增浓的理论,已将鼓泡的上下排列密度及同一筒面的鼓泡大小与高度加以改变。德国Fiedler的HF-HC转子,就是根据图1的原理只保留旋翼靠筛板的一半断面,并将旋翼前方圆角制成纯平,只保留后方负压而削弱前方对筛鼓的正压。同时将旋翼改成短段,排列在旋筒面上,从而避免负压集中抽吸筛鼓上同一根楔形棒。BC公司的N S转子还在短旋翼之间增加短的斜叶以产生轴向推力。Ahlstrom的LR( Low reject)转子,此叶片前方为阶梯形,只产生流速而减少正压保留负压,同时旋筒上下叶片前后略有不同并且排列上稀下密,以保持轴向推力与下方鼓内纸浆增浓之需要。M- R偏心转子,叶片2 3 叶, 它使叶片前方正压化成和缓增长而仍保留后方瞬间负压, 反转时可用于内流筛。但M- R转子叶片无轴向倾斜度。福建轻机厂已制造带有轴向倾斜度的转子有利于推动排渣。还有一种称为梯级( step)转子是将偏心叶片沿转子轴向分成几级错开。宽旋翼( wide foil)转子,它减小了叶片前方的正压而延长了后方负压区,可缓和筛浆行程后区的脱水增浓作用。LP- 1转子,其旋翼上镶嵌条状块,既可以改变间隙距离,也可以在叶片磨损时更换。2. 筛鼓技术的发展圆筒形筛鼓表面钻孔或铣缝,其作用有二: 一是让合格纤维(即良浆)以较高的VR通过孔缝,二是阻档粗渣杂质。孔板筛鼓技术曾经历过冲孔、钻孔、电火花加工的光面筛鼓与波形筛鼓两代产品,而缝形筛鼓则经过四次升级换代: 1、光面整体焊接筛鼓; 2、波形整体焊接筛鼓; 3、楔形棒电阻焊加固组装筛鼓; 4、楔形棒机械紧固组装筛鼓。冲孔只能用小于孔径的薄板,且孔壁粗糙易裂,不能保证不圆度要求,现在早已淘汰。电火花穿孔的板厚3 5mm,钻孔的板可略厚些。铣缝的板厚4 8mm,常用5mm,最厚10mm钻或铣后电抛光。筛鼓先铣后卷。考虑加工孔缝后剩余断面的强度及上述理论之6避免纤维骑马,加工后的有效通过纸浆的孔缝面积占整个筛鼓面积之百分比即为开孔率,一般大筛孔开孔率只能达16% 20% ,小筛孔的细筛在10%左右,而缝筛低至3% 7%。因为板厚5 10mm的相邻最小缝距为2. 5mm,加工筛缝长35 60mm后,剩下相连接的鼓体即为断面小于2. 5 5mm、长度约60mm之“跨梁”，这样断面很小的跨梁,很容易在压力脉冲及杂质堵塞等外力作用下被挤弯或断裂。随着废纸大量回收再生纸浆,其中难以筛除的小杂质如各类粘着物碎片要求0. 2mm或更狭的筛缝,使波形筛板的加工费用有较大的提高,筛鼓的加工费用占压力筛造价的很大比例。于是出现了用楔形棒组装波形筛鼓。由楔形棒组装等于加厚了筛板,相邻缝距可以减小,从而提高了开孔率。图7是几种楔形棒组装示例。与圆形断面加强箍用电阻焊固定, 嵌入矩形加强箍不用焊接的固定法,焊接的缺点是焊缝粗糙挂浆,而嵌接的装配麻烦费工且精确度要求高。用粘接法而在两端被箍牢。将筛鼓分段用加强箍卡住。当前技术发展方向,将楔形棒背面及两端用卡、嵌、箍、粘、焊等方法固定以防止叶片负压使其松动脱落。3. 筛内浆流分配技术的发展 根据纸浆纤维的絮聚、骑马与脱水增浓的理论,从筛鼓进浆端至排渣端的鼓内纸浆逐减量增浓,因而筛鼓面积的有效利用率逐渐减低。一台筛用同一转速的转子与同一孔缝尺寸的筛鼓下,如何使筛面积均处于满负荷与最适宜的参数下工作,产品制造厂家的设计者作了种种尝试,目的在使筛的产量、能耗与质量兼优。产量的指标是t /m2 d,浓度高与VR大能提高产量,但如果局部过浓超过叶片负压净化能力则会引起堵塞。能耗的指标是kWH /t ,动力消耗又与转子线速V的平方成正比,过高的叶片转速造成无效的能耗。压力筛筛内浆流的分配设计,其意图是使进浆分成二至三路向筛鼓面积均布。其中Ho oper 的PSV 型筛,进浆进入转子的三个通道,使部分进浆被直接引向中区,它只改变转子构造而无须变动筛鼓与机壳。TBC的MZ型筛,进浆从旋筒内通过三个分配口送向筛鼓上中下三区,三区的良浆与粗渣也分别从特殊设计的机壳通A道分别引至外壳后合流排出; 其机壳与转子构造均很复杂,筛鼓也被分成三段。相川的Gra nFlow GFF型内流筛,其特点是上下两区的粗渣在中区汇流后排出。有的厂家宣传在后区可从鼓外良浆中反抽入水分以稀释鼓内增浓之浆,效果如何尚难证实。三、结语压力筛的改进方面很多，但我觉得对于转子旋翼的改进提升空间比较大，由于工艺和技术的限制，筛板齿形和波形已经使筛板的发展达到一个瓶颈，单单考虑旋翼的话有以下几个改进方面的建议：1.旋翼宽度；增大旋翼作用面宽度，这样可以增加真空抽吸长度，使在正压通过的筛孔的水，在负压时候大量返回，从而使进浆出浆浓度基本保持一致，大大减少了筛板表面增浓现象。2.湍流产生；在转子表面加工鼓泡形凸块，使整个筛选区域产生的脉动均匀及浆流体化，这样可以提高筛选浓度的均一。采用多叶片旋翼并相互错开，使筛板四周产生许多均匀局部的小脉冲。利于减少浆料上网前流送中的脉动。3.齿形旋翼；叶片为齿条形，在筛选转子旋转过程中具有破碎浆团、分离絮聚的作用。适用于杂质较多的粗浆筛选。压力筛经常用于纸机前的浆料筛选。由于压力筛是封闭的，可进行热浆的筛选，这对碱回收和操作环境非常有利，所以目前压力筛代替振动筛已成为趋势。另外，压力筛用于浆料的精选也较多。目前现代化纸厂中压力筛已成为标准配置的筛选设备。High Performance Foil Rotor Improves De-Ink Pulp ScreeningJames A. Olson, Cameron D. Pflueger, Sean Delfel, Carl Ollivier-Gooch, Pat Martin, Frederic Vaulot and Robert W. GoodingDepartment of Mechanical Engineering, Pulp and Paper Centre, University of British Columbia, Canada1) Advanced Fiber Technologies, Montreal, Canada2) Catalyst Paper, Paper Recycling Division, Coquitlam, CanadaABSTRACTContaminant removal from waste paper remains a significant challenge for the recycle paper industry. This challenge is expected to continue as the raw material quality decreases and the quality demands of the papermaker and the printer increase. One of the most difficult contaminants to remove and the most troubling for the papermaker and printer are adhesives (stickies) that are readily deformable at temperatures typically found in mill processes.The primary stickies removal method is by screening with narrow slotted screen cylinders. The efficient removal of stickies in the accept pulp requires optimization of the screen cylinder and rotor combination. Because the sticky contaminants are deformable, the rotor must be designed to minimize the positive pressure pulse which could force stickies through the slots. At the same time, the rotor must be designed to have sufficiently strong negative pulses to ensure adequate capacity and runnability. The rotor should be hydrodynamic and designed for low-speed operation to minimize power consumption.A novel, dual element foil rotor has been developed to improve the stickies removal efficiency while using significantly less power when compared to conventional rotors. The dual element foil rotor was designed to have high capacity and to run reliably with very narrow, highly efficient, slotted cylinders. Foil shape and orientation was optimized using Computational Fluid Dynamics (CFD). Superior rotor performance wa