提高新闻纸灰分过程纸机湿部的控制方法

刘文波 汪华杰 何北海

(1.广州造纸股份有限公司,广东广州,510281;2.华南理工大学造纸与污染控制国家工程研究中心,广东广州,510640)

提高新闻纸灰分过程纸机湿部的控制方法

刘文波1汪华杰1何北海2

(1.广州造纸股份有限公司,广东广州,510281;2.华南理工大学造纸与污染控制国家工程研究中心,广东广州,510640)

介绍了以全脱墨浆抄造新闻纸如何摸索各种影响成纸灰分的因素,提出调整与提高灰分过程中湿部系统的控制方法,其关键是建立灰分稳定体系以保持纸机的持续清洁生产。

新闻纸;湿部系统;灰分;控制

由于我国森林资源的匮乏和清洁生产的要求,利用全废纸脱墨浆抄造新闻纸已是大势所趋。而废纸原材料的涨价及环保压力的日益增大,对现代新闻纸生产带来浆耗、能耗的双重制约。通过提高灰分来降低浆耗是各新闻纸企业的节耗方向。广州造纸股份有限公司 (简称广纸)9#号纸机由美卓公司提供,设计年产 40万 t新闻纸,配套日产 1360 t的大型脱墨浆生产线。投产两年后开展提高灰分的工作,但是如何提高灰分却需要研究,因为废纸质量一直处于波动状态并且有时非常剧烈,灰分是其中一个代表。图 1所示为广纸脱墨工段 2009年 10—11月间 20天的从碎浆机出来的粗浆灰分与储浆塔的成浆灰分变化图。

从图 1可见,仅是约 8 h的间隔所测的数据,波动就非常剧烈,而具体到每小时灰分的变化会更加复杂。粗浆灰分与成浆灰分变化都很大,是由于脱墨工段的主要职能不是稳定灰分。如果纸机在成浆灰分很高的时段里加入大量填料,而保留助剂等相关调节手段没有及时跟上,破坏了纸机湿部的平衡体系,对正常生产会造成很大影响。为了避免提高灰分的工作给生产造成不利影响,需要对在这种环境下的湿部系统构思总的控制原则,设计总的控制模型,研究具体的控制方法。

图1 脱墨粗浆灰分与成浆灰分变化图

1 总控制原则

经过借鉴同行经验[1]与实践,笔者确立了对湿部控制的原则。

1.1 湿部系统中的细小组分滞留时间最短化的原则

广纸新闻纸生产采用全脱墨浆,由于目前的二次纤维多次循环利用,平均纤维长度日益减少,又含有大量的细小组分。要做到纸机湿部系统的持续清洁,最实用的方式就是将附着阴离子垃圾的细小组分随纸页及时带走。由于细小组分的含量大,就存在带走速度上的问题。如果阴离子垃圾在湿部系统循环滞留时间越长,这些比表面积大、黏性大的物质在各种失稳机制促发下形成更大颗粒、沉淀、污垢等形式的机率就越大,胶黏物沉积引起的破洞、断纸等问题的机率就越大。因此,笔者提出湿部控制措施上要使细小组分滞留时间最短化。

1.2 以灰分来代表胶黏物的处理程度原则

由于胶黏物含量的测定没有在线测量的仪器与手段[2]。而实际生产中,在线灰分测定仪的使用已经成熟,可以定量地摸索其走向。在纸机湿部系统循环中,灰分与胶黏物虽不是同类物质,但是一些研究发现,以钙离子为代表的金属离子在湿部系统循环过程浓度升高会造成树脂沉积障碍[3],加入填料而阳离子助剂加入量如果不够时,可引起胶黏物的沉积[4],因此系统灰分的累积会造成胶黏物沉积问题。笔者采用灰分来代表细小纤维及经热分散处理后已分散的胶黏物等一类直径小于 76μm的粒子,在考虑如何处理灰分的同时就是在考虑处理胶黏物的问题,从而便捷地评估湿部系统中细小组分的情况。从控制结果上来讲,这是有指导意义的,因此湿部控制方法就简化为灰分控制方法。

2 控制模型

通过以上原则,笔者认为一个持续保持清洁的湿部系统,其进入系统的细小组分 (以填料为代表)能及时转化为成纸上的细小组分并随纸页带出系统,尽力减少其累积速度并以此抑制湿部恶化趋势。笔者的控制模型即以此为基础而建立,如图 2所示,命名为灰分稳定模型。

建立这个模型的步骤为：

(1)先稳定造纸段体系,再结合脱墨段稳定整个工段体系;

(2)提高灰分是先考察浆料内部灰分保留情况,再研究浆料外部灰分保留情况。将成纸所含的灰分分为浆料灰分与新增灰分,简称为内灰与外灰;

(3)先找准影响灰分的生产线内部因素,再结合外部因素来最终确定成纸灰分目标值。

图2 灰分稳定模型

2.1 以稳定的灰分保留率来维持湿部系统的清洁建立灰分D与灰分 E的稳定关系。

灰分总体保留率的控制水平,以要求的停机周期和实际生产中纸机段湿部清洁持续情况是否做到为标准进行调整,其次考虑化学品消耗水平。广纸采用kajaani WEM湿部检测仪来完成动态控制。首先做好网下白水浓度与助留助滤剂的实验,确立两者的关系。然后采用 kajaani WEM湿部检测仪实时监控网下白水浓度,最后建立根据网下白水浓度的变化来调整助留助滤剂加入量变化的连锁。该连锁投用后效果显著,见图 3。

图3 连锁投用前后的网下白水浓度与灰分保留率的变化

2.2 以纸机多盘回收机处理量来控制网下白水的灰分走向

建立灰分 C与灰分D的稳定关系。

因灰分保留率达不到 100%,因此必有灰分进入白水系统有待处理。图 4显示了这些灰分可能的处理路径。

图4 网下白水中的灰分走向图

路径A：采用多盘回收机来回收网下白水的细小组分,马上重新回用,这是推荐路径,因为这条路径有浆耗低、灰分利用率高的优点,成纸灰分容易提高,而且与控制原则 1相吻合。

路径B：白水处理地点回到脱墨。优点是缓解细小组分累积严重的问题,因为在生产实践中有各种特殊情况,如设备故障造成纸机长时间带浆空转及纸不能卷取等情况,则加大去往路径 B的量是很好的措施。此外运行正常时可以去除胶黏物等杂质[1,5]。缺点是无论气浮还是浮选都会损失纤维与细小组分,并增加物料运输能耗。

除生产特殊情况外,两条路径要维持一个走向比例,路径A比例过高会引发内循环程度过高、助留剂用量过大等缺点;路径 B比例过高,气浮与浮选设备处理能力都是有限的,一旦白水水质中含有的悬浮物含量过高,则设备处理胶黏物等效果大打折扣,而这些水仍然会回到纸机线使用,处理不了的细小组分滞留在系统中的时间长,与控制原则 1相违背。

在路径 A与路径 B的选择上,灰分走向的数值比例并不好测。笔者的方法是定期监测脱墨气浮前的纸机白水浊度,并通过该数据来调整多盘回收机处理量。例如表 1的多盘回收机处理量与气浮前白水浊度部分数据关系表,当多盘回收机处理量越高时,去往气浮的白水浊度越低。生产正常的情况下,应固定一个比例,建立起灰分 C与灰分 D的稳定关系。广纸是按浊度稳定在 700 NTU为标准执行。

表1 多盘回收机处理量与气浮前白水浊度部分数据关系表

通过 2.1与 2.2的步骤,经过一段时间在无外灰的情况进行数据积累,纸机线建立起灰分 C与灰分 E的稳定关系。需要多少成纸灰分,能通过这个关系估算出成浆灰分约需多少。在考察不同的机台生产线时发现,这个关系差别会非常大,跟生产线的设备选型与使用情况、化学品的种类与加入情况关系很大。以广纸不同机台为例,不填加外灰的情况下,贮浆塔里含相同灰分的全脱墨浆,成纸灰分的差别能有 1%以上。

2.3 动态地加入外灰,向成纸灰分目标值靠拢

灰分A、灰分B与废纸质量关系很大,是不受控的。控制的起始点为灰分 B。完成 2.1与 2.2的工作后,成纸灰分 E只随灰分 C波动,灰分 C就是最重要的稳定对象,将波动的灰分 B的浆做成稳定的灰分 C的浆就靠动态地加入填料。如果灰分 E比设定的成纸灰分目标值 E′低,通过在脱墨增加填料的生产试验逐渐找出合适的 B′值,在 B与 B′值之间建立连锁,控制新增填料量使 B值向 B′值靠拢。如果灰分 E比设定的目标值 E′还高,则不加填料。

2.4 成纸灰分目标值的设定

通过 2.1～2.3节的工作中摸索得到生产线内部因素后,只确保了成纸灰分的稳定可控,理论上想要达到多少成纸灰分通过合理加填就能达到。但将成纸灰分完全控制并非有很大余地,因为需要参考外部因素来决定,这包括上从公司在产品市场实施的战略起,下到对生产具体计划安排的废纸原料、想达到的车速、计划停机周期、成纸质量等。图 5为以市场战略因素对确定成纸灰分目标值的影响示例。

图5 成纸灰分目标值设定的外因参考示例

3 应用效果

广纸 9#机在 2009年 10月起开始逐步建立这套模型。首先是经过 2.1～2.2节的工作初步稳定了成纸灰分,图 6的成浆灰分即图 1的数据,可见成浆灰分的波动没有发生减少的情况下,2009年 11月份在成纸灰分逐渐会根据成浆灰分增减趋势同向波动,且波动幅度转小。然后经过 2.3节的工作,将成浆灰分稳定下来。

图6 2009年 11月份前后灰分 C与灰分 E逐渐固定比例后两者变化图

2010年 1月份开始填加外灰 (见图 7)。因为设备原因,外灰填加还没有建立自动连锁,而采用操作员根据生产得到的数表设定填加量,因此比起图 6,成浆灰分有所稳定但还是波动,这需要继续改进,即便如此,成纸灰分比图 7成纸灰分数据更加稳定。

图7 2010年外灰填加前后成浆灰分与成纸灰分变化图

最后就是考虑外部因素设定成纸灰分值,着手提高成纸灰分。

从表 2可见,9#号机在 2009年 11月之前,曾在6月大幅度提高成纸灰分,但当月生产很不正常被迫降低车速运行,11月、12月完成 2.1～2.2的工作,2010年 1月开始填加外灰稳步提升灰分 1%以上,在3月因有大幅提高车速这个外部因素,则先设低灰分目标值,然后在下月继续考察高速提灰的可能。

表2 建立灰分稳定体系前后月度平均成纸灰分

表3 建立灰分稳定体系前后月度平均车速

表4 建立灰分稳定体系前后月度工艺造成断纸次数

表 3、表 4部分反映了生产的总体情况,从 2009年 9月份起生产逐渐改善,11月后断纸次数明显下降。有了成纸灰分稳定的控制,在 2010年 1月成纸灰分明显提高后并不影响生产。当然,断纸次数受很多工艺因素的影响。

表5 建立灰分稳定体系前后短停机前 1天断纸次数

表 5则更为直接地反映了湿部的持续清洁情况。2009年 9月份起停机周期均为 15天左右,方便比较。长停机主要是为更换贵重品,长停机前因贵重品到使用末期会引起断纸增多;短停机前贵重品处于使用中期较正常,可以忽略其造成断纸的因素,因此列出短停机前 1天的断纸情况来衡量每个周期湿部的持续清洁情况。从表 5可见,2009年 11月份以后的短停机前断纸次数维持在低水平上,实际生产中也达到了控制胶黏物控制的目的,这说明湿部能在指定的日期内做到持续清洁,同时也给出了可以延长停机周期或允许灰分提高的信号。

4 结 论

灰分稳定体系的关键就是用量化跟踪、动态变化的方法,使以灰分为代表的细小组分被快速、稳定地控制。因为原料的时刻变化,充分利用连锁控制是做到对湿部系统的密切跟踪与调节最好的办法。如果没有条件,则要发挥生产者的积极性,进行相关参数的定期检测来实现动态调整。

[1] 王立军,周林杰,陈夫山.废纸浆微胶黏物固定剂的作用行为研究[J].中国造纸,2006,25(7)：1.

[2] 刘 刚,韩 卿.废纸胶粘物及其检测技术的研究进展[J].黑龙江造纸,2008(2)：31.

[3] 李宗全,詹怀宇.填料对二次胶粘物沉积的影响[J].中国造纸学报,2005,20(1)：164.

[4] 石海强.马尾松胶体树脂沉积机理及树脂障碍控制研究[D].广州：华南理工大学,2006.

[5] 陈建明.脱墨浆胶粘物的测定与去除[J].造纸科学与技术,2003,22(6)：42.

(责任编辑：常 青)

W et End Control Technology during I ncreasing Ash Content of Newsprint

L IU Wen-bo1,＊WANG Hua-jie1HE Bei-hai2
(1.Guangzhou Paper Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong Province,510281;
2.National Engineering Research Center of Paper making&Pollution Control,South China University of Technology,Guangzhou,Gungdong Province,510640)
(＊ E-mail：bobl w@shou.com)

The factors affecting the ash content of recycled fillers based newsprint are discussed.Stable wet end system control technology during adjusting and increasing ash content of the paper is proposed.Establishing a steady ash content system in order to maintain the cleaner production is critical.

newspaper;wet end system;ash;control

TS75

A

0254-508X(2011)02-0007-04

刘文波先生,硕士,工程师;主要从事纸机湿部工艺控制工作。

2010-09-25(修改稿)