新月形卫生纸机白水系统的设计案例.docx

白水系统新月形卫生纸机白水系统的设计案例渠慎刚1杨剑波2(1. 中国海诚工程科技股份有限公司，上海，200031;2. 福伊特造纸 ( 中国) 有限公司，江苏昆山，215300)作者简介: 渠慎刚先生， 高级 工 程 师; 主 要 从 事 制浆造纸工程咨询及设 计工作。摘 要: 结合目前新型高档卫生纸机的白水系统设计过程，系统地介绍了卫生纸机白水系统设计的 基本过程和原理，并对多盘过滤机白水回收系统的工程设计关键点进行详细阐述，可为相关设计人 员及造纸厂工艺人员提供参考。关键词: 白水系统; 多盘过滤机; 浆水平衡计算; 工程设计中图分类号: TS78文献标识码: A文章编号: 0254-508X(2014)09-0041-07Design of the Modern Tissue Machine White Water SystemQU Shen-gang1，*YANG Jian-bo2(1 China Haisum Engineering Co ，Ltd ，Shanghai，200031;2 Voith Paper ( China) Co ，Ltd ，Kunshan，Jiangsu Province，215300) (* E-mail: qushengang haisum com)Abstract: Based on the design procedure of the latest modern tissue machine white water system the article systematically elaborates the basic procedure and principle of the design of the tissue machine white water system Furthermore，the key points in the disc filter system design were illustrated in detail，which may provide reference to related designers or process engineers in paper millsKey words: white water system; disc filter; mass balance; engineering design新月形卫生纸机在产品质量、成本、生产能力、 运行稳定性等方面都具有优势，已成为目前新建卫生 纸生产线的主导机型。与新月形卫生纸机相配套的白 水系统是卫生纸生产线不可分割的部分，白水系统可 影响到卫生纸机运行性能、产品质量以及单位产品的 水耗和成本。白水系统设计的目标就是增大白水回用 量、减少工厂废水中污染物的排放，从而在生产中减有的生产线已经投产并运行良好，生产每吨卫生纸的 水耗降 到 8 m3 ， 与国内同行业普 遍的吨纸耗水量 10 15 m3 相比，生产线的水系统设计和运行是比较 成功的。其中一条卫生纸生产线的技术参数见表 1。表 1 某项目技术参数一览表项目技术参数(60% 90% ) 阔 叶 木 浆 + ( 10% 少纤维的损失、降低系统中清水用量及能量损失1。原料40% ) 针叶木浆本文结合一台幅宽 5620 mm、最大工作车速 2000 m/ min 的卫生纸机生产线的设计，介绍了新月形卫生纸机白 水系统的设计体会。1 项目背景本项目业主在产品规模和技术水平方面处于国内 领先水平。为了进一步强化在卫生纸行业的龙头地 位，抓住卫生纸行业的发展机遇，近年来，业主在全 国各地已经建设并将继续建设多条卫生纸生产线，其 中造纸机以 5620 卫生纸机为主。中国海诚工程科技 股份有限公司承担了多条卫生纸生产线的设计工作，品种面巾纸、高级卫生纸、擦手纸定量 / gm 211. 5 18生产能力 / td 1190 230 幅宽 ( 卷纸机处) / mm5620 工作车速 / mmin 120002卫生纸机用水分析卫生纸机要求的喷淋点详见图 1，各喷淋点的水 量和水质要求详见表 2。收稿日期: 2014-06-02( 修改稿)图 1 卫生纸机喷淋点示意图表 2 卫生纸机各喷淋点用水量和水质要求位置区域名称数量供水方式水质压力/ bar总耗水量/ Lmin 1由表 2 可知，卫生纸机总用水量 为 4661. 9 L / min， 其中清水用量为 535. 6 L / min，过滤水用量为 1783. 3 L / min，澄清 水 用 量 为 2343 L / min。 根据卫生纸机供应商提供的浆水平衡 数据按平均数计算，卷纸机处的卫生 纸产量为 149 kg / min ( 干度按 92% 计算)。按每吨卫生纸计算，卫生纸 机总用水量为 31. 6 m3 / t，其中清水 用量为 3. 6 m3 / t，过滤水用量为 11 m3 / t，澄清水用量为 17 m3 / t。从以 上数据可以看出，如果白水净化处理 得好，能完全满足卫生纸机喷淋的要1F网部清洗流浆箱1连续澄清水1. 5242F网部成形网高压清洗1连续过滤水251563F网部刮刀润滑3连续澄清水1. 51054F网部压区冲洗1连续澄清水6. 514005F网部冲边2连续过滤水15246F网部化学品冲洗1间断清水3. 018求，清水用量仅为 3. 6 m3 / t，只占卫 生纸机总用水量的 11. 5% 。若过滤 水达不到水质要求，则必须使用清水 代替， 清 水 用 量 就 会 增 加 到 14. 6 m3 / t，占卫生纸机总用水量的 46% 。 若澄清水水质也达不到要求，卫生纸7F网部领纸吸水箱润滑1连续澄清水1. 535机的喷淋水将全部使用清水，则清水20F网部成形网高压冲洗1连续过滤水30260的用量相当大。因此，白水净化的效8P压榨部压榨毛布润湿2连续澄清水3. 0527果将直接影响到清水用量。为了保持9P压榨部刮刀润滑4连续澄清水1. 5220温度应与流浆箱内纸浆温度基本一 10P压榨部真空吸水箱润滑1连续澄清水1. 532致。如果用清水喷淋，喷淋水就需要11P压榨部毛布清洗1连续过滤水1. 51090加热; 如果用净化后的白水喷淋，喷12P压榨部毛布高压喷淋1连续过滤水25145淋水不需加热。因此，净化后的白水13P压榨部毛布化学品喷淋1间断清水3. 018用作喷淋水不仅节水而且节能。14P压榨部真空压榨辊清洗1间断清水1. 535315P压榨部真空压榨辊润滑2连续清水1. 51183卫生纸机白水流向17P压榨部割纸水针1间断清水101. 7图 2 所示为卫生纸机各点浆浓及18Y扬克缸扬克缸喷涂1连续清水5. 014. 9纸幅干 度。 浆 料 以 0. 18% 0. 20%19P压榨部高压清洗1连续过滤水308. 3的浓 度 进 入 流 浆 箱 ( A )， 出 网 部21P19Y压榨部 扬克缸压榨毛布喷淋 扬克缸喷边11间断 间断过滤水 清水155. 010012( C) 的纸幅干度为 12% 18% ，出压榨部 ( D) 的纸幅干度为 38% 成形网尺寸的稳定性，网部喷淋水的注 水质澄清度为: 清水 10 mg / kg; 过滤水 25 mg / kg; 澄清水 50 mg / kg。1 bar = 0. 1 MPa。图 2 卫生纸机各点浆浓及纸幅干度示意图41% ，干燥部 ( E) 纸幅干度为 95% 96% 。当浆料从流浆箱流动 到 网 部，浆料发生了水力分布。在纸幅完 全成形前的早期排水系统中得到最浓 的白水，这部分浓白水通过白水溜槽 流入卫生纸机外白水槽。次一级的浓 白水从真空吸水箱中获得。纸幅在压 榨部中移除的水量相对较少，部分移 除的水分收集在真空辊，经过真空分图 3 卫生纸机湿部浆水流程图离后泵入网下白水槽，部分白水收集在网下白水盘然 后流入网下白水槽。其他的水分连同毛布喷淋水通过 毛布的真空元件收集，经过真空分离后泵入网下白水 槽。机外白水槽 ( SILO) 中的浓白水不需要处理而 直接用于短循环系统的冲浆稀释，即白水的直接回 用，称为第一级循环。多余的浓白水溢流到网下白水 槽与稀白水混合。由于工艺需要，网下白水槽中的白 水全部送到白水回收装置处理，获得更多的澄清水和 过滤水。白水流向详见图 3。4卫生纸机白水回收装置 将网下白水槽的白水进行净化处理，得到水质符合网部、压榨部喷淋要求的净化水，将分离出的纤维回用 到备浆系统中，即白水的第二级循环，也是白水回收装 置要达到的目标。白水循环回收方式有以下几种: 过 滤式，如浓缩机、脱水机及多盘过滤机等; 沉降式，如沉淀池、沉淀塔、沉降器等; 气 浮式，如浅层气浮装置等。目前，卫 生纸生产线通常采用多盘过滤机和浅 层气浮装置处理卫生纸机白水。4. 1 多盘过滤机及白水处理流程多盘过滤机是一种大面积过滤 机，可供净化白水、回收纤维和浓缩 ( 洗涤) 浆料，20 世纪 80 年代初就 已得到普遍使用。与其他白水回收设 备相比具有以下优点: 结构紧凑， 占地面积小; 生产能力大; 自动 化程度高，操作维护方便; 能耗 低; 滤液澄清度高且稳定; 纤维 回收率高; 简单的扇片结构，可根据不同产量要求变换过滤面积。多盘过滤机由滤盘、空心主轴、分配头和水腿 管、剥浆喷水装置、洗网喷水装置、槽体和上罩、传 动装置等部分组成，其结构如图 4 所示2。多盘过滤机工作原理如图 5 所示3，扇片在不同 位置工作状况如图 6 所示3。在多盘过滤机中，液体 在真空的作用下通过滤层，真空是由滤液水腿产生的。 多盘过滤机运转时，槽体内的液位高于主轴中心线 100 200 mm。圆盘上各扇形片在运转中处于不同的工 作状态，如图 6 所示。当某扇片被带入液面时，先进 入大气过滤区，槽内液体在静压差的作用下过滤，通 过主轴和分配阀，大气滤液出口排出浊滤液，此时扇 片开始挂浆，随后转入真空过滤区，大量滤液穿过已 挂浆的滤网经主轴及分配阀的真空区滤液出口排出清 滤液并在扇形上形成滤饼。当扇片转出液面时，通过 真空抽吸，滤饼进一步脱水，干度提高到 10% 15% 。 在真空过滤区后半部分滤饼已形成及扇片转出液面区，图 4 多盘过滤机结构示意图图 5 多盘过滤机工作原理图滤液更清。因此，多盘过滤机可产生 3 种白水。当扇 片离开真空区进入剥浆区时，压力水将扇片上的浆层 剥落入接浆斗中，稀释后送入回收浆池。多盘过滤机处理卫生纸机白水流程如图 7 所示， 来自网下白水槽的卫生纸机稀白水在输送过程中与垫 层浆和浊滤液均匀混合后进入多盘过滤机，经过处理 后可以得到浊白水、清白水、超清白水，供生产过程 中不同地方使用。超清白水的澄清度达到 25 mg / kg，图 6 多盘过滤机扇片在不同位置的工作状况图 7 多盘过滤机处理卫生纸机白水流程简图图 8 浅层气浮装置处理卫生纸机白水流程简图清白水的澄清度达到 50 mg / kg，可用于卫生纸机喷 淋。浊白水的澄清度达到 350 mg / kg，与稀白水混合 后继续回到多盘过滤机进行过滤。4. 2浅层气浮装置及白水处理流程 浅层气浮装置处理卫生纸机白水是根据亨利定律和凝聚机理来实现的。在一定压力下，将空气溶解在水 中，然后将这些溶解于水中的气体减压释放，气体析出 后成为无数微细气泡 (直径 50 100 m)。当微气泡与 经过混凝作用后的白水作用后，纤维等 固形物与微细气泡吸附在一起，使其比 重小于水，微气泡携带着纤维等固形物 漂浮到水面，形成的悬浮浆层通过刮除 装置刮出排放到回收浆池。澄清水通过 池下方溢流罐流入澄清水池回用。为达 到较好的澄清效果，白水中需要加入絮 凝剂和凝聚剂。浅层气浮装置处理卫生纸机白水流程如图 8 所示。5卫生纸机白水回收装置的选用和 浆水平衡计算卫生纸生产线的白水回收中，目 前普遍使用多盘过滤机和浅层气浮装 置。相对多盘过滤机来说，浅层气浮 装置投资较便宜但运行费用较大，对 白水水质和处理量的波动较敏感，化 学品的加入对卫生纸机运行和产品品 质也不利，回收浆品质较差，配浆比 例要严格控制。多盘过滤机的投资额 较大但运行费用低，多盘过滤机还具 有运行更平稳、适应性更强、运行时 不需要加入化学药品、水的澄清效果 更好、回收浆容易回用到生产线而基 本不影响卫生纸机运行等优点。在现 有的卫生纸机生产线上，业主也都使 用多盘过滤机进行白水回收，且在使 用上具有丰富的经验。因此，本项目 仍选用多盘过滤机进行白水回收。多盘过滤机生产供货商较多，选 择范围较大，但较多采用的还是国外 品牌如福伊特、安德里茨、GLV 等。 其中，福伊特的多盘过滤机采用无滤 袋设计，滤液质量更高，使用寿命更 长。部分多盘过滤机厂商及技术参数 见表 3。表 3多盘过滤机主要技术参数指标福伊特安德里茨GLV汶瑞转盘直径 / m3. 75. 23. 85. 73. 665. 23. 66扇片圈数 / 圈脱水面积 / m26 248 3083 332254 9543 305 4054 540205 164013. 830. 66 1675 /100 /150 /200白水通过量 / Lmin 1进口白水浓度 /%5000 600000. 35 0. 455000 600000. 35 0. 458000 550000. 35 0. 453125 100000. 35 0. 45表 4 卫生纸机湿部浆水平衡一览表根据卫生纸机供应商提供的卫生纸机技术数 据，当卫生纸机车速为 1942 m / min，纸张定 量为 18 g / m2 时，卫生纸机达到最大产量 232 t / d。根据工艺流程进行浆水平衡计算，图 3 所示的卫生纸机湿部浆水流程的流量数据详见 表 4 中状况 A ( 最大产量) 和状况 B ( 最小产 量)。状况 A状况 B管线号流量浓度绝干量流量浓度绝干量/ Lmin 1/%/ kgmin 1/ Lmin 1/%/ kgmin 1144353. 5155. 2238133. 5135. 0121421300. 19270. 03130635. 80. 18235. 1331421210. 19269. 76130627. 90. 18234. 947106. 10. 1913. 496531. 40. 1811. 7459. 03. 00. 277. 83. 00. 24646350046350071321220. 078102. 51121446. 70. 07389. 2687147. 60. 0241. 696953. 70. 0211. 4791533. 10. 0781. 191199. 80. 0730. 88108680. 80. 0332. 888153. 50. 0292. 35表 5 多盘过滤机处理纸机白水浆水平衡一览表状况 A状况 B管线号流量浓度绝干量流量浓度绝干量/ Lmin 1/%/ kgmin 1/ Lmin 1/%/ kgmin 1108680. 80. 0332. 888153. 50. 0292. 35111381. 33. 548. 341310. 63. 5045. 871210062. 10. 50951. 229464. 10. 5148. 22133001. 70. 0341. 032835. 30. 0340. 971413063. 70. 452. 2512285. 10. 4049. 215384. 00. 0050. 02384. 00. 0050. 0216200. 00. 0340. 07200. 00. 0340. 0717860. 30. 0340. 30795. 00. 0340. 27181453. 43. 550. 871368. 43. 5047. 89193966. 10. 0351. 393734. 50. 0351. 312064040. 0050. 326024. 40. 0050. 30212845. 60. 0020. 072712. 70. 0020. 06221627. 30. 0020. 041627. 30. 0020. 042324990. 0050. 1124990. 0050. 11244482. 40. 0050. 213969. 50. 0050. 182596. 00. 005096. 00. 0050从表 4 可看出，卫生纸机最大产量时稀白 水去白水回收装置的白水量为 8680. 8 L / min， 浓度为 0. 033% 。根据图 7 所示多盘过滤机处 理卫生纸机白水流程进行浆水平衡计算，计算 数据详 见 表 5。 处 理 8680. 8 L / min， 浓 度 为 0. 033% 的白水可得到超清滤液 2845. 6 L / min， 清滤液 6404 L / min，浊滤液 4062. 1 L / min。由 表 2 可知，卫生纸机喷淋需要过滤水 ( 即超 清滤液) 总量为 1783. 3 L / min，澄清水 ( 即 清滤液) 总量为 2343 L / min，超清滤液和清 滤液能满足卫生纸机的喷淋要求。加入浊白水 和垫 层 浆 调 浓 后， 进 入多盘过滤机浓度为 0. 4% 的白水量为 13063. 7 L / min。据此进行多 盘过滤机的选型。根据卫生纸机供应商提供的卫生纸机技术数 据，当卫生纸机车速为 2000 m/ min，纸张定量为 13. 5 g / m2 时，卫生纸机的最小产量为 183. 5 t / d。 根据工艺流程进行浆水平衡计算，由表 4 状况 B 可知，白水处理量为 8153. 5 L / min，浓度为 0. 029% 。经过多盘过滤机处理后，可得到超 清滤液 2712. 7 L / min，清滤液 6024. 4 L / min，浊滤液 3830. 5 L / min。卫生纸机最大产量和最小产量时多盘过滤 机处理卫生纸机白水各项参数如表 6 所示。由 表 6 可知，超清白水和清白水的量及其质量均 能满足卫生纸机喷淋的需要。超清白水仅用于 卫生纸机喷淋，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卫生纸机喷淋 外，还用于碎浆、浓调、管路清洗、机外白水槽的补充水等场合，还有部分清白水溢流排出生产 线。需要说明的是为避免滤网破损而产生漏浆等异常 现象造成的滤液质量异常，去卫生纸机各点的喷淋水 需要经过滤器来保证卫生纸机喷淋管及喷头不被堵 塞。根据卫生纸机各喷淋点的流量和压力需求来分别 配备水泵和过滤器。表 6 多盘过滤机处理白水参数一览表指标状况 A状况 B卫生纸机喷淋需求产量 / td 1232183. 5定量 / gm 21813. 5车速 / mmin 119422000处理白水量 / Lmin 18680. 88153. 5处理白水浓度 /%0. 0330. 029垫层浆量 / Lmin 11381. 31310. 6垫层浆浓度 /%3. 53. 5浊白水量 / Lmin 14062. 13830. 5浊白水浓度 /%0. 0340. 034清白水量 / Lmin 164046024. 42499清白水浓度 /%0. 0050. 0050. 005超清白水量 / Lmin 12845. 62712. 71627. 3超清白水浓度 /%0. 0020. 0020. 0025回收浆量 / Lmin 11453. 41368. 4回收浆浓度 /%3. 53. 5由表 2 可 知， 卫生纸机湿部喷淋清水用量为 535. 6 L / min。另外，双盘磨、疏解机、压力筛及油 站等设备也需要清水密封冷却。白水系统的封闭循环 会带来一些问题，包括悬浮物、可溶物的累积等。悬 浮物在白水系统中的积聚会导致网、喷嘴以及毛布的 堵塞、设备腐蚀结垢和细菌的生长。故卫生纸生产线 需要一定量的清水加入和废水排出。为生产的稳定性 考虑，清白水槽中的清白水泵到室外清白水塔来增强 清白水的缓冲能力，清白水塔设有溢流口，通过清白 水的溢流来实现生产线的大部分废水排出。由于本生产线和其他生产线的备浆部分存在相互 借用，生产某些产品时需要加入湿强剂等，本生产线 的卫生纸机多余白水全部进入多盘过滤机进行处理。如果生产线产品较单一，不存在相互干扰的问题，备 浆系统的碎浆和稀释用卫生纸机下白水槽中的稀白水， 多盘过滤机可以按满足卫生纸机喷淋和排水要求配置。 在本卫生纸机产量最大时，约有 4300 L / min 的卫生纸 机网下白水去备浆系统的碎浆和稀释，去多盘过滤机 的网下白水量约为 4427. 2 L / min，加入垫层浆和浊白 水调浓后进多盘过滤机的白水量为 6773. 1 L / min。这 样配置白水处理装置可以节省设备费用和降低能耗。6多盘过滤机白水回收系统的工程设计要点 好的设备需要好的工程设计来保障运行。在多盘过滤机白水回收系统的工程设计中，以下 4 点是特别 需要注意的。6. 1安装高度多盘过滤机是通过水腿管提供的真空来过滤的， 多盘过滤机的转盘中心线与滤液槽内的液面高度差要 求 6. 5 8. 0 m。在此高度范围内，位置越高，过滤动 力越大，多盘过滤机的生产能力也越大; 位置越低， 过滤动力越小，滤液越干净。滤液槽内设有水封槽， 水封液面标高保持在 4 m，多盘过滤机高度按转盘中 心线标高位于 11 m 的位置设计，水腿管高度为 7 m。 6. 2水腿管路和密封水槽水腿管产生的真空是多盘过滤机过滤的动力，关系到多盘过滤机的生产能力、滤液质量和滤层干度。 水腿管路和密封水槽的设计要求详见图 9。根据滤液 量计算，水腿接管和密封水槽设计参数详见表 7。水 腿管的竖直管路要求是连续的，水平管路只能在最底 部。由于设备布置的原因，有时保持水腿管竖直会有 不便，水腿管路可以稍微不竖直，但与竖直线的夹角 不能超过 15，这种倾斜配管尽量不要采用。6. 3进料管良好的过滤需要滤层均一和稳定，这就要求进入 多盘过滤机的白水中纤维等悬浮物均匀分布。多盘过 滤机对稀白水中加入垫层浆及浊白水的管路也有严格 规定，白水和垫层浆的混合需要在离开进料箱 5 m 以外完成，详见图 10。根据计算，本项目白水项目超清白水清白水浊白水流量 / Lmin 12712. 2 2857. 66024 6437. 83830. 3 4082. 8竖直管规格 / mm139. 7 3. 0168. 3 3. 0219. 1 3. 0水平管规格 / mm168. 3 3. 0219. 1 3. 0219. 1 3. 0参数 D / mm密封水槽容积 / m3219. 1 3.