竹材“G2”连续蒸煮的运行经验

刘荣辉 张鼎军

(贵州赤天化纸业股份有限公司,贵州赤水,564707)

竹材“G2”连续蒸煮的运行经验

刘荣辉 张鼎军

(贵州赤天化纸业股份有限公司,贵州赤水,564707)

贵州赤天化纸业年产 20万 t漂白硫酸盐竹浆生产线采用“G2”连续蒸煮工艺。针对生产过程中存在的原料质量影响,预浸塔料位控制困难,顶部分离器运行不稳定,蒸煮塔、预浸塔抽提筛板堵塞等问题进行了分析,提出了相应的解决方案和措施。

“G2”连续蒸煮;竹浆;问题及对策

在我国,以竹子为原料进行制浆造纸具有 1700年以上的悠久历史,竹浆是重要的非木纤维。我国南方拥有丰富的竹资源,近些年来竹浆产业的发展正在进入一个新的高潮。

竹子属于禾本类,但物理性状与稻、麦草及芦苇、棉麻等非木纤维原料有较大的区别,与木材纤维原料有着更为相近的地方。随着近几十年的发展,连续蒸煮工艺具有生产连续性强,消耗低,产品质量稳定等优点,目前世界上大型木浆厂,正越来越多地采用连续蒸煮工艺,而我国近十年建成的大型硫酸盐浆厂绝大多数都选择了连续蒸煮工艺。由于竹子种类多而杂,料片规整度差以及运输等原因,原有的竹浆厂规模普遍较小,多采用间歇蒸煮,少部分采用横管连蒸。随着我国“林浆纸一体化”模式的推广和退耕还林政策的实施,竹浆的生产规模正在不断扩大。贵州赤天化纸业股份有限公司 (以下简称赤天化纸业)于 2008年 3月底建成投产了目前世界上单条生产线规模最大、年产 20万 t的连续蒸煮漂白硫酸盐竹浆生产线。该蒸煮生产线采用瑞典克瓦纳公司 (kvaerner,2008年Metso公司收购 kvaerner浆线业务)的 “G2”双塔紧凑连续蒸煮工艺。该工艺具有连续、低温蒸煮、系统启动迅速、生产消耗低、产品质量稳定等优点。由于竹原料的特殊性,“G2”连续蒸煮工艺在运用于竹浆生产中也出现了很多新问题和挑战,经过赤天化纸业的生产管理和工程技术人员的共同努力,目前该系统已基本达到设计生产负荷,“G2”连续蒸煮工艺也正在不断地体现出对竹原料良好的适应性。现将赤天化纸业“G2”连续蒸煮竹浆生产过程中出现的一些常见、典型问题及采取的对策进行分析总结,以便同行参考。

1 原料的影响和过程处理

1.1 原料杂质的影响和处理

竹子原料在采伐的过程中往往会夹杂着大量的泥沙、石块等杂质。在原竹的捆扎、运输、削片和料片堆存、转运的过程中也会夹带塑料、铁钉、铁丝、钢丝绳等杂质。由于原竹的运输成本远高于竹片的运输成本,在收购的原料构成中,外购竹片比例远大于原竹,在这些外购竹片中杂质的含量往往会高于工厂自削竹片。经对比,同量的木片与竹片原料相比,竹片远比木片中的泥沙、石块等杂质含量高。而这些重杂质对高压喂料器等蒸煮设备的磨损非常严重,特别是使后续漂白筛选系统设备使用寿命大大缩短。

根据这一情况,赤天化纸业对竹片的购入过程进行严格管理,尽可能防止和防范各类杂质的进入。在蒸煮生产前,加强了备料过程对杂质的处理。外购料片经过除铁器和盘筛以去除金属杂质和泥沙、石块等重杂质。在料片的洗涤过程中,增加洗涤水循环量,系统总循环量由最初 1200 m3/h提高至 1800 m3/h,置换外排洗涤水量增加 30%。加强竹片洗涤器上、下部洗涤水配比调整,下部洗涤水量过小,大量的竹片会随重杂质排出;下部洗涤水量过大,部分重杂质会随料片进入蒸煮系统。根据系统中重杂质情况,将竹片洗涤器排渣周期调整为 2～5 min/次。为了减少洗涤水随料片过多进入蒸煮系统而带入泥沙杂质,对原有通用性刮板运输机进行专门改造,使其更适用于洗涤竹片的分离和运输。经过一段时间堆积的竹片比木片更易积集成团,堆比重也高于木片。洗涤后的竹片堆积更为紧密,原设计为洗涤后加一台电磁除铁器,但无法将金属杂质完全去除,特别是位于料片中、下部的金属杂质。现改为在洗涤前的两条皮带运输机上分别新增 1台永磁型除铁器,通过对比分析(去除重杂质总量),总的金属重杂质的去除率提高 2倍以上。

1.2 料片规格的影响和处理

料片规格是连续蒸煮竹浆工艺最为重要的影响因素之一,料片规格质量的好坏会严重影响系统的稳定运行。竹片的切削备料过程与木片的切削有着较大区别。竹种的不同,直径的大小、壁厚、水分等都有很大的不同,而这些都会影响削片的质量。针状片过多,容易造成高压喂料器的卡塞跳停,会造成预浸塔抽提筛板和蒸煮塔筛板的堵塞,系统生产负荷下降,严重时整个蒸煮系统无法连续运行。而针状片、竹屑过多,不仅降低了原料的有效使用率,而且会增加蒸煮用碱等化学品的消耗,增加生产成本。

针对上述料片规格对蒸煮运行的影响,赤天化纸业进行了大量的对比试验,通过对削片的有效控制,竹片平均合格率得以提高,针状片和竹屑含量大幅下降。加强料片供应商加工过程的技术支持,根据不同区域竹种和水分等特性来指导对切片机的刀距、转速进行合理的调整;要求刀片锋利,勤于换刀,并提供相应磨刀服务。在赤天化纸业周边区域发展良种、丰产、速生的适于制浆的大径竹,将这些大径竹用于赤天化纸业大型切片机削片。根据对比分析,将原来竹片平均长度提高 20%～50%,使针状片和竹屑含量下降,而又不影响蒸煮的生产能力。同时,备料加强筛选和洗涤,尽可能除去过大片和竹末。

2 预浸塔料位控制困难的原因分析和对策

竹子原料来自赤天化纸业周边方圆上百公里的地区和不同的供应商。大规模的生产几乎无法将不同竹种和水分、规格不同的竹片进行分类堆积或专门生产。在生产过程中预浸塔的料位控制非常困难,有时负荷在高于设计负荷运行都非常稳定,而有时在设计能力的 60%～70%运行都非常困难。

2.1 预浸塔料位控制困难的原因分析

2.1.1 水分的影响

料片水分的不稳定是多种因素造成的。由于竹子原料的采伐具有季节性,在 6～10月份期间主要靠存储的料片来生产。由于在夏季,水分容易散失,经过一段时间的堆积后,料片的水分含量往往低于 35%,甚至有时低于 30%。而刚采伐的原竹水分含量一般在 48%～52%。生产中发现,如果洗涤前料片水分在 42%以上,预浸塔的料位容易控制,而水分低于40%,则料片越干越难控制。料片在水分散失后,堆密度下降,进入预浸塔后,停留时间相对较短,与木片相比,竹片浸润相对困难,预浸液短时间无法快速进入竹内,空气无法排出,料片浮在预浸液中,无法靠自身重力正常下移。一旦料片完成足够的浸润,料片密度增大又会出现快速下移,造成预浸塔的料位极不稳定。

2.1.2 预浸温度的影响

预浸塔的预浸温度一般控制在 95～105℃,一旦预浸液温度低于 90℃,则也可能造成预浸塔的料位控制困难。由于预浸液温度低,汽蒸效果差,预浸液渗透进入料片速度放缓,预浸时间变长而影响料片在预浸塔中的正常移动。

2.1.3 预浸塔液位控制的影响

预浸塔正常液位一般控制在抽提筛板上方,如果液位过高,则气固相接触空间变小,汽蒸时间短;如果液位过低,则液固相接触时间变短,且无法实现中部预浸塔抽提。而预浸塔上部预浸液的稳定将决定预浸塔液比和液位的稳定。预浸塔底部稀释液会影响到预浸塔液位控制,同时会极大地影响到预浸塔底部卸料的控制。如果上述控制不好就影响到转送循环量的控制,而预浸塔料位的正常控制是需要通过控制转送循环量的大小来实现的。预浸塔的液比、液位等都是影响预浸塔料位控制的关键因素。

2.2 预浸塔料位控制困难的对策

2.2.1 提高预浸系统温度

当料片太干或预浸塔内温度低时,将预浸塔上部预浸液温度提高 10～15℃,使其达到 125℃左右,控制预浸塔抽提温度高于 90℃。增加蒸煮塔进入预浸塔的闪蒸汽量。

2.2.2 加强预浸液系统控制

加强预浸液相系统的控制,要控制好预浸塔上部预浸液量、底部稀释液量以及中部抽提液量。控制预浸塔短液位在 20%～25%;液比控制在 3.5～4.5;控制底部卸料刮刀扭矩在 5～8 MPa;转送循环量要随料位的高低及时进行调整。整个系统液体流量的相对稳定是实现预浸塔料位正常控制的重要保证。

2.2.3 汽蒸

通过技术改造,强化上部料片的汽蒸,增强汽蒸效果。

3 顶部分离器运行不稳定的分析及解决方案

3.1 顶部分离器运行不稳定的原因

竹片经高压喂料器输送进入顶部分离器后,非常容易引起顶部分离器过载而造成系统无法稳定运行。顶部分离器是通过螺旋的旋转使浸泡在黑液中的料片向上运动,同时分离出部分回流黑液。如果顶部分离器液位低、料片过多或液比太小都将增大料片与分离筛筐的摩擦,而使分离器超负荷运行。顶部分离器液位低,高压喂料器输送的料片液比低,料片合格率低(过大片多等),预浸下料不均匀,顶部分离器回流量过大以及设备自身的机械摩擦等都是造成顶部分离器运行不稳定的原因。

3.2 顶部分离器运行不稳定的解决方案

顶部分离器如果长时间处于高负荷运行,则需要对设备本身器件进行检查,检查运转部件是否发生损坏,特别是要检查螺旋和分离筛筐间的间距。同时要考虑顶部分离器的提升能力是否不够而需提高驱动设备的能力。要控制好顶部分离器的液位 (100%)、进入顶部分离器料片的液比,控制好预浸塔底部稀释液量、卸料器转速和填充因子 (85%～90%)及排空因子 (105%～110%)。转送循环量要与生产负荷匹配。新增顶部分离器液位控制及顶部分离器负荷连锁控制,及时向顶部分离器补充液体。

4 蒸煮筛板堵塞的原因及处理措施

“G2”连续蒸煮系统无论是采用竹子原料还是木片原料都可能发生蒸煮抽提筛板堵塞的情况,但以竹子原料的生产过程表现得尤为突出。蒸煮筛板一旦出现堵塞,无法实现黑液的正常抽提,对整个蒸煮系统的稳定运行影响极大,甚至会造成系统需停机处理。主要表现在蒸煮上部抽提筛板堵塞后,无法满足预浸液的需求,预浸系统预浸液和热量系统失去平衡。蒸煮上部、中部抽提筛板出现堵塞,使蒸煮塔液位迅速上涨,料位很难控制,蒸煮器压力和温度波动较大,浆料质量极不稳定。同时,蒸煮喷放浆浓波动大(5%～12%),底部稀释、置换效果变差,喷放温度高于 95℃,容易出现气化现象,这些都对浆的质量和后续筛选、氧脱木素、漂白系统的稳定运行带来较大的影响。

4.1 蒸煮筛板堵塞的原因

4.1.1 针状片含量过多

如果料片中的针状片含量过多,蒸煮塔内料柱在向下移动经过筛板,在黑液抽提过程中,针状片极易堵塞筛板,而且在料柱中容易形成桥架,阻碍液体的流动,从而使黑液抽提变得困难。

4.1.2 料柱形成差

“G2”连续蒸煮系统筛板主要靠料柱向下移动过程中通过料柱的形成来实现自清洁作用。如果蒸煮塔进料不稳定或液比不稳定都会导致蒸煮塔内料柱的形成变差,向下移动的料柱无法将附着在筛板上的细小针状片和纤维带走而实现自清洁作用。生产负荷过低和蒸煮上、下抽提的不稳定都会引起料柱的形成变差而造成筛板堵塞。

4.1.3 其他因素

如果预浸与蒸煮用碱配比失衡,预浸用碱量过大或预浸时间过长,料片在预浸塔中过预浸,使料片在输送至蒸煮塔并运行到筛板处已部分成浆,这些浆会附着在筛板上而造成堵塞。

长时间抽提量过大,使筛板前后压差不断增大也会造成筛板堵塞。筛板结垢或抽提管道发生堵塞也会导致抽提困难。

4.2 蒸煮筛板堵塞的处理措施

4.2.1 加强料片质量控制

料片中针状片含量过多是造成筛板堵塞的重要原因之一,也是连续蒸煮竹浆工艺需要长期进行研究和解决的问题。通过对备料过程的有效控制,目前料片的平均合格率已有较大提高。

4.2.2 加强工艺过程控制

加强预浸和蒸煮系统控制,预浸和蒸煮系统的液比要稳定,蒸煮塔进料要均匀,尽可能保持抽提比的稳定。系统负荷不能过低,一般应控制在 70%以上。要减少系统非故障停车次数,提高转送循环运转率,在系统停车时要尽可能排空预浸塔和蒸煮塔中的料片,减少料片在系统中长时间的停留。在一定周期内,要定期对蒸煮塔抽提筛板和管道进行检查和清理。

4.2.3 筛板堵塞后的处理

筛板如果堵塞不严重,可以采取短时间加大喷放量和减小抽提量的方式来加速料柱的运动及减小筛板前后压差来实现自清洁,使筛板抽提空间打开。同时可以短时间关闭部分堵塞筛板的抽提,待其筛缝恢复正常后再投用。

在系统中设置反冲洗系统,可以对堵塞筛板进行反冲洗,也可以起到一定作用。

在蒸煮塔上部抽提筛板堵塞严重而下部抽提筛板正常时,可以较长时间 (1～2 h)全部关闭上部抽提,增加下部抽提量,预浸塔上部预浸液也转由下部抽提液提供。在蒸煮塔下部抽提筛板堵塞严重而上部抽提筛板正常时,则全部关闭下部抽提,略微增加上部抽提量,增加喷放量。上述两种情况,均可能要降低系统负荷,同时要注意控制蒸煮塔的液位不能过高。而在蒸煮塔上、下部抽提筛板都堵塞严重时,应停下转送循环,停止蒸煮进料,拉低蒸煮塔料位、液位,待筛板前后压差恢复正常后重新启动转送循环进料。

5 预浸塔筛板堵塞的原因分析及处理

与蒸煮塔抽提筛板相比,预浸塔抽提筛板一般不容易出现堵塞,一是该抽提位置料片刚开始预浸,不易成浆;二是预浸塔是常压塔,在正常情况下抽提筛板压差相对小。但有时在预浸塔无料位、料片水分高时会出现抽提筛板堵塞的情况,这可能是料片进入预浸液后迅速向下运动,而针状片及竹屑漂浮在预浸塔预浸液中、上部,一启动抽提泵,针状片及竹屑就随抽提液流动,附着在筛板上,由于上方无料柱形成自清洁而产生堵塞。这时,可增大进料量或降低向蒸煮塔输送料片量,建立预浸塔正常料位即可恢复正常。

6 结 语

赤天化纸业“G2”连续蒸煮工艺生产漂白硫酸盐竹浆的成功运用,可以说是我国竹浆生产对新工艺、新技术、新设备掌握、吸收的一个良好开端,在行业中具有承前启后,起到标志性和示范性作用。充分说明了连续蒸煮系统可以运用于全竹浆生产,连续蒸煮全竹浆生产工艺还有巨大的发展潜力和空间。当然,在此过程中会遇到很多问题和挑战,但只要用科学的方法,发展的眼光去解决和处理问题,问题都会得到较好的解决并提升到新的高度。

(责任编辑：马 忻)

Operation Experience of Compact Cooking G2 Continuous Digester in Bamboo Pulp Production

L I U Rong-hui＊ZHANG Ding-jun
(Guizhou Chitianhua Paper Industry Co.,Ltd.,Chishui,Guizhou Province,564707)
( ＊ E-mail：liurongh@163.com)

The compact continuous digester was used in kraft bamboo pulp production with capacity of 200000 t/a in Chitianhua.This paper presented the operation experience of the digester,including the solution of the problems such as the impurities and size of the bamboo chips,the chip level control in the impregnation tower,the unstable running of the top separator,blocking of the extraction screens both in cooking tower and impregnation tower.

“G2”continuous cooking;bamboo pulp;problems and countermeasures

TS749+.3

A

0254-508X(2011)04-0043-04

刘荣辉先生,工程师;主要从事制浆生产工艺管理工作。

2010-12-27