纸机白水循环纤维与填料回收设计计算书

纸机白水循环纤维与填料回收

设计计算书XX造纸有限公司年产30万吨包装用纸项目文件编号SJ-BS-2026-001设计阶段初步设计文件类型专业计算书编制____________审核____________批准____________二〇二六年十月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 概述1.1设计依据本设计计算书依据国家现行制浆造纸行业相关标准、规范及项目基础资料编制，主要设计依据如下：（1）《制浆造纸厂设计规范》GB/T11212-2010；（2）《制浆造纸废水治理工程技术规范》HJ2011-2012；（3）《制浆造纸工业污染防治可行技术指南》HJ2302-2018；（4）《清洁生产标准造纸工业（废纸制浆）》HJ468-2009；（5）《制浆造纸工业水污染物排放标准》GB3544-2008；（6）项目可行性研究报告及业主提供的纸机工艺参数资料。1.2设计范围本计算书涵盖纸机白水系统纤维与填料回收工艺的全部设计计算内容，包括：白水水量水质平衡计算、白水回收工艺方案确定、多圆盘过滤机选型计算、辅助设备选型计算、管道系统水力计算、安全校核及技术经济分析等。设计范围自纸机网部白水池出水起，至回收浆料返回浆系统、澄清白水回用生产用水止。1.3设计原则（1）遵循“清浊分流、分级回用”原则，实现白水高比例循环利用，降低新鲜水消耗量；（2）优先选用技术成熟、运行可靠、能耗低的白水回收设备，确保纤维与填料回收率≥95%；（3）回收浆料质量满足生产工艺要求，不影响成纸质量；（4）系统设计留有适当裕量，适应纸机负荷波动及未来产能提升需求；（5）符合国家环保及清洁生产相关标准要求，水重复利用率达到行业先进水平。2设计基础数据2.1纸机主要技术参数本项目为年产30万吨包装用纸（箱板纸）生产线，纸机主要技术参数见表2-1。表2-1纸机主要技术参数表序号项目名称单位数值备注1纸机幅宽mm5600净纸宽2工作车速m/min600设计车速3定量范围g/m²120~300成品纸4年产量万吨/年30年运行7200h5成纸干度%92卷取部6浆料上网浓度%0.6~0.8网部7网部真空度kPa15~40真空吸水箱8填料添加量%15碳酸钙填料2.2白水水量与水质参数根据纸机工艺设计及同类纸机运行经验，纸机白水水量与水质参数见表2-2。表2-2纸机白水水量水质参数表项目单位浓白水（网下白水坑）稀白水（真空泵水封水等）备注流量m³/h450180正常工况浓度%0.15~0.200.03~0.05绝干纤维/浆料总质量SSmg/L1500~2000300~500悬浮物pH值—6.5~7.56.5~7.5—温度℃35~4530~40—灰分含量%25~3520~30占绝干固形物2.3纤维与填料物性参数本项目所用浆料为OCC废纸浆与部分木浆配抄，填料为轻质碳酸钙（PCC），主要物性参数见表2-3。表2-3纤维与填料物性参数表序号参数名称符号单位数值备注1纤维密度ρfkg/m³1500绝干纤维素2填料密度ρpkg/m³2700碳酸钙3水的密度ρwkg/m³99240℃4纤维平均长度lmm0.8~1.2OCC浆5填料粒径d50μm1.5~2.5PCC6垫层浆浓度cb%2.5~3.5多圆盘用3浆水平衡计算3.1计算基准与基本假设本章以纸机正常生产工况为计算基准，年运行时间按7200小时计。浆水平衡计算基于质量守恒定律，即输入系统的绝干物料总量等于输出系统的绝干物料总量。基本假设如下：（1）系统处于稳定运行状态，各点浓度、流量不随时间变化；（2）白水回收过程中纤维与填料的回收率为η；（3）回收浆料浓度为cd，清滤液浓度为cc；（4）忽略系统中的跑冒滴漏损失。3.2浓白水系统平衡计算纸机网部脱出的浓白水进入白水池，其中大部分经短循环直接用于冲浆稀释，剩余部分送入白水回收系统进行纤维与填料回收。设：V₁——浓白水总流量，m³/h；C₁——浓白水浓度，%；Q₁——浓白水中绝干固形物量，kg/h。Q₁=V₁×C₁×ρw×10（式中：ρw——水的密度，kg/m³；C₁以小数计。代入数据计算：Q₁=450×0.00175×992×10=7845.6kg/h（3-2）浓白水中，短循环回用比例约为75%，剩余25%进入白水回收系统：V₁,rec=V₁×(1-0.75)=450×0.25=112.5m³/h（3-3）Q₁,rec=Q₁×0.25=7845.6×0.25=1961.4kg/h（3-4）3.3稀白水系统平衡计算稀白水主要来自真空泵水封水、网部洗网水及其他辅助排水。稀白水全部进入白水回收系统处理。设：V₂——稀白水流量，m³/h；C₂——稀白水浓度，%；Q₂——稀白水中绝干固形物量，kg/h。Q₂=V₂×C₂×ρw×10（代入数据计算：Q₂=180×0.0004×992×10=714.24kg/h（3-6）3.4总浆水平衡汇总进入白水回收系统的总水量和总绝干固形物量为：V_total=V₁,rec+V₂=112.5+180=292.5m³/h（3-7）Q_total=Q₁,rec+Q₂=1961.4+714.24=2675.64kg/h（3-8）混合后白水浓度为：C_mix=Q_total/(V_total×ρw×10)×100%=2675.64/(292.5×992×10)×100%=0.0923%（表3-1白水系统浆水平衡汇总表项目流量(m³/h)浓度(%)绝干量(kg/h)占比(%)浓白水（回收部分）112.50.1751961.473.3稀白水180.00.040714.2426.7合计（进回收系统）292.50.09232675.64100.04白水回收工艺方案设计4.1工艺路线选择目前造纸行业常用的白水回收工艺主要有：多圆盘过滤机法、气浮法、沉淀法、斜板沉淀池法等。各方法技术经济比较见表4-1。表4-1白水回收工艺方案比较表比较项目多圆盘过滤机气浮法斜板沉淀池纤维回收率(%)≥9585~9070~80出水SS(mg/L)20~8050~100100~200回收浆浓度(%)3~51~20.5~1占地面积小中大运行成本较低较高（药剂费）低自动化程度高中低适用规模大、中型纸机中、小型小型综合比较，本项目选用多圆盘过滤机作为白水回收核心设备。多圆盘过滤机具有纤维回收率高、出水水质好、回收浆料浓度高、占地面积小、自动化程度高等优点，适用于大中型纸机白水回收系统。4.2工艺流程描述本项目白水回收工艺流程如下：纸机网部浓白水→白水池→白水回收泵→多圆盘过滤机→清滤液→清滤液池→回用于生产（洗网水、喷淋水等）多圆盘过滤机→浊滤液→回多圆盘再处理多圆盘过滤机→回收浆料（3~5%浓度）→浆系统回收利用稀白水→稀白水池→泵送至多圆盘过滤机进料4.3工艺参数确定根据工艺方案及设备性能参数，确定本项目白水回收系统主要工艺参数如下：表4-2白水回收系统主要工艺参数表序号参数名称符号单位设计值备注1进白水流量Q_inm³/h300含10%裕量2进白水浓度C_in%0.09~0.12混合后3出浆浓度C_out%3.5~4.5回收浆料4清滤液SSSS_clrmg/L≤60澄清滤液5纤维回收率η%≥95设计保证值6真空度P_vkPa20~50操作真空7垫层浆浓度C_bed%2.5~3.5预涂层8垫层浆用量Q_bedkg/h300~500绝干5多圆盘过滤机选型计算5.1过滤面积计算多圆盘过滤机所需过滤面积根据处理水量和单位面积过滤强度计算。计算公式：A=Q_in/q（5-1）式中：A——所需过滤面积，m²；Q_in——进白水流量，m³/h；q——单位面积过滤强度，m³/(m²·h)。根据设备厂家样本及运行经验，白水回收用多圆盘过滤机的单位面积过滤强度取q=1.5~2.5m³/(m²·h)，本设计取q=2.0m³/(m²·h)。代入数据计算：A=300/2.0=150m²（5-2）考虑15%的设计裕量：A_des=A×1.15=150×1.15=172.5m²（5-3）5.2生产能力校核多圆盘过滤机的生产能力也可按单位面积绝干处理量校核。G=Q_total×24/A（5-4）式中：G——单位面积绝干处理量，kg/(m²·d)。代入数据：G=2675.64×24/172.5=371.8kg/(m²·d)=0.372t/(m²·d)（5-5）查设备样本，白水回收用多圆盘过滤机的单位面积生产能力为0.5~1.2t/(m²·d)，本计算值0.372t/(m²·d)在合理范围内，设备能力充足。5.3纤维回收率与回收浆量计算设纤维回收率为η=95%，则回收的绝干纤维与填料量为：Q_recovered=Q_total×η=2675.64×0.95=2541.86kg/h（5-6）回收浆料浓度按cd=4.0%计，则回收浆料流量为：V_recovered=Q_recovered/(cd×ρw×10)=2541.86/(0.04×992×10)=6.40m³/h（5-7）清滤液中残留的绝干固形物量为：Q_loss=Q_total×(1-η)=2675.64×0.05=133.78kg/h（5-8）清滤液流量为：V_clr=Q_in-V_recovered=300-6.40=293.60m³/h（5-9）清滤液浓度（SS含量）为：C_clr=Q_loss/(V_clr×ρw×10)×10⁶=133.78/(293.60×992×10)×10⁶=45.9mg/L（5-10）计算结果C_clr=45.9mg/L≤60mg/L，满足设计要求。5.4设备型号选定根据计算所需过滤面积172.5m²，选型多圆盘过滤机。查设备厂家样本，选定ZNP45型多圆盘过滤机，主要技术参数见表5-1。表5-1选定多圆盘过滤机主要技术参数表序号项目名称单位参数值备注1设备型号—ZNP45—2过滤盘直径mmΦ4500—3过滤盘数量片16—4单片过滤面积m²26—5总过滤面积m²208≥172.56进浆浓度%0.05~0.6白水回收7出浆浓度%3.5~5.0—8纤维回收率%≥95—9清滤液浊度mg/L20~60SS10主电机功率kW18.5—11滤盘转速r/min0.5~1.5可调12真空度MPa0.02~0.05—所选ZNP45型多圆盘过滤机总过滤面积208m²，大于计算所需的172.5m²，裕量为(208-172.5)/172.5=20.6%，满足设计要求。6辅助设备选型计算6.1白水池容积计算白水池的有效容积按纸机10~15分钟白水量设计，以保证白水系统稳定运行。V_tank=V_total×t/60（6-1）式中：V_tank——白水池有效容积，m³；t——停留时间，min。取停留时间t=12min：V_tank=292.5×12/60=58.5m³（6-2）考虑1.2倍裕量，实际取有效容积V=70m³。白水池尺寸建议：长×宽×高=5.0m×4.0m×3.8m（有效水深3.5m），有效容积70m³。6.2白水输送泵选型白水输送泵的流量按处理水量的1.1倍选择，扬程按管道阻力及设备入口压力要求计算。泵流量：Q_pump=Q_in×1.1=300×1.1=330m³/h（6-3）泵扬程估算：H_pump=ΔH_static+h_f+h_local+H_equip（式中：ΔH_static——几何提升高度，m，取5m；h_f——沿程水头损失，m，估算3m；h_local——局部水头损失，m，按沿程损失的30%计，约0.9m；H_equip——设备入口压力要求，m，多圆盘过滤机进料需2m水头。H_pump=5+3+0.9+2=10.9m≈12m（6-5）选定离心泵2台（1用1备），单台参数：Q=330m³/h，H=12m，N=18.5kW，材质为不锈钢（304）。6.3真空系统计算多圆盘过滤机所需真空由水环式真空泵提供。真空系统抽气量按过滤面积和单位面积抽气量计算。Q_vac=A×q_vac（6-6）式中：Q_vac——真空抽气量，m³/min；q_vac——单位面积抽气量，m³/(m²·min)，取0.05m³/(m²·min)。Q_vac=208×0.05=10.4m³/min（6-7）考虑20%裕量，选水环式真空泵2台（1用1备），单台抽气量Q=12m³/min，真空度-0.04~-0.06MPa，配套电机功率N=37kW。6.4垫层浆系统计算多圆盘过滤机启动前需在滤布上形成垫层浆层，以提高过滤效率和滤液澄清度。垫层浆用量按单位过滤面积0.5kg/m²（绝干）计算：Q_bed=A×0.5=208×0.5=104kg（绝干）（6-8垫层浆浓度按3.0%计，所需垫层浆体积为：V_bed=Q_bed/(0.03×992)=104/29.76=3.5m³（6-9）垫层浆由浆系统供给，设垫层浆泵1台，Q=10m³/h，H=20m，N=3kW。7管道系统设计计算7.1管径计算管道管径按经济流速确定。白水管道内流速推荐1.5~2.5m/s。计算公式：d=√(4Q/(π×v×3600))（式中：d——管道内径，m；Q——流量，m³/h；v——管内流速，m/s。主要管道计算结果见表7-1。表7-1主要管道管径计算表管道名称流量(m³/h)设计流速(m/s)计算内径(mm)选用管径(mm)备注白水进料管3002.0163DN200—清滤液管293.62.0161DN200—回收浆管6.41.539DN50—垫层浆管101.549DN65—真空管道—15—DN250气体7.2水头损失计算沿程水头损失采用达西公式计算：h_f=λ×(L/d)×(v²/(2g))（7-2）式中：λ——沿程阻力系数，取0.025；L——管道长度，m；d——管道内径，m；v——流速，m/s；g——重力加速度，9.81m/s²。以白水进料管（DN200，L=50m，v=2.0m/s）为例：h_f=0.025×(50/0.2)×(2.0²/(2×9.81))=0.025×250×0.204=1.28m（7-3）局部水头损失按沿程损失的30%估算：h_local=0.3×h_f=0.3×1.28=0.38m（7-4）7.3泵扬程校核白水输送泵总扬程校核：H_total=ΔH_static+h_f+h_local+H_equip+H_margin（7-5）式中：H_margin——安全裕量，取2m。H_total=5+1.28+0.38+2+2=10.66m≈11m（7-6）所选泵扬程12m>计算所需11m，满足要求。8安全核验与校核8.1设备能力裕量校核对主要设备的处理能力进行裕量校核，结果见表8-1。表8-1主要设备能力裕量校核表设备名称计算需求值设备额定值裕量(%)判定多圆盘过滤机过滤面积(m²)172.520820.6合格白水输送泵流量(m³/h)30033010.0合格白水输送泵扬程(m)11129.1合格真空泵抽气量(m³/min)10.41215.4合格白水池容积(m³)58.57019.7合格8.2水质达标核验清滤液SS含量计算值为45.9mg/L，满足以下要求：（1）设计要求：清滤液SS≤60mg/L；（2）回用于洗网水、喷淋水等生产用水水质要求。清滤液可全部回用于生产系统，实现白水高比例封闭循环。8.3水重复利用率计算白水回收系统投用后，纸机水重复利用率计算如下：吨纸新鲜水消耗量计算：纸机吨纸白水产生量约为100~150m³/t，本项目按120m³/t计。R=(V_total-V_discharge)/V_total×100%（8-1）式中：R——水重复利用率，%；V_total——总用水量，m³/t；V_discharge——外排废水量，m³/t。本项目白水回收系统投用后，外排废水量大幅减少。新鲜水补充量主要为纸机烘干部蒸发损失及少量排污。R=(120-8)/120×100%=93.3%（8-2）对照HJ468-2009《清洁生产标准造纸工业（废纸制浆）》，二级清洁生产标准要求水重复利用率≥90%，本设计达到93.3%，满足二级标准要求，接近一级标准（≥95%）水平。8.4节能与环保指标核验（1）纤维回收量：每小时回收绝干纤维与填料约2541.86kg，全年回收量为2541.86×7200/1000=18301.4t/a，具有显著的经济效益；（2）节水效益：年节约新鲜水量约为(300-6.4)×7200=211,392m³/a；（3）减排效益：年减少SS排放量约133.78×7200/1000=963.2t/a。9结果分析与工程指导意义9.1计算结果汇总本设计计算书的主要计算结果汇总见表9-1。表9-1主要设计计算结果汇总表序号项目单位计算结果备注1进白水总流量m³/h300含10%裕量2进白水浓度%0.0923混合后3多圆盘过滤面积m²208ZNP45型4纤维回收率%≥95设计保证值5回收浆流量m³/h6.40浓度4.0%6回收绝干量kg/h2541.86纤维+填料7清滤液流量m³/h293.60—8清滤液SSmg/L45.9≤609水重复利用率%93.3清洁生产二级10白水池有效容积m³70停留12mi