新月形卫生纸机白水系统的设计案例

渠慎刚 杨剑波

(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)

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，从而在生产中减少纤维的损失、降低系统中清水用量及能量损失［1］。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，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

2 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。

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

图2 卫生纸机各点浆浓及纸幅干度示意图

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，卫生纸机的喷淋水将全部使用清水，则清水的用量相当大。因此，白水净化的效果将直接影响到清水用量。为了保持成形网尺寸的稳定性，网部喷淋水的温度应与流浆箱内纸浆温度基本一致。如果用清水喷淋，喷淋水就需要加热;如果用净化后的白水喷淋，喷淋水不需加热。因此，净化后的白水用作喷淋水不仅节水而且节能。

3 卫生纸机白水流向

图2所示为卫生纸机各点浆浓及纸幅干度。浆料以0.18% ～0.20%的浓度进入流浆箱 (A)，出网部(C)的纸幅干度为12%～18%，出压榨部 (D)的纸幅干度为38%～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。

图3 卫生纸机湿部浆水流程图

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:①过滤式，如浓缩机、脱水机及多盘过滤机等;②沉降式，如沉淀池、沉淀塔、沉降器等;③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。

图4 多盘过滤机结构示意图

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:①结构紧凑，占地面积小;②生产能力大;③自动化程度高，操作维护方便;④能耗低;⑤滤液澄清度高且稳定;⑥纤维回收率高;⑦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，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。

图5 多盘过滤机工作原理图

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，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。

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

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 μm)。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、GL＆V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。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)。

表3 多盘过滤机主要技术参数

表4 卫生纸机湿部浆水平衡一览表

表5 多盘过滤机处理纸机白水浆水平衡一览表

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

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。

表7 水腿管路和密封水槽设计参数

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，本项目白水管和浆管规格如表8所示。

表8 多盘过滤机进料管规格一览表 mm

图9 多盘过滤机水腿管及水封槽示意图

图10 多盘过滤机进料管示意图

6.4 白水收集和滤液贮槽

为了保证生产系统的稳定性且更好地节约水资源，白水收集和滤液贮槽要有一定的贮存能力。网下白水槽容积设计为70 m3，可以贮存7 min的卫生纸机白水。本项目设置了1个350 m3清白水塔，清白水槽中的多余清白水送入清白水塔贮存，2个槽罐的总容积为410 m3。有100 min的清白水贮存能力。

7 结语

随着环保要求的提高，造纸行业给定的用水和排水指标越来越低。用白水回收装置处理卫生纸机白水、增加白水回用比例比将卫生纸机白水送到废水处理厂处理的费用低。卫生纸机多余白水在车间内进行净化后按质回用到造纸生产线，不仅节约了水和纤维而且节约了能源，既有环保效益又有经济效益。在设计阶段，要根据工艺需要确定合适的流程，进行浆水平衡计算，据此选择合适的净水设备，通过计算，合理确定槽罐尺寸及泵的流量和扬程，设备布置及配管既要符合工艺和设备要求又要符合经济要求，为生产中节能降耗创造好的条件。

［1］ YU Zhang-shu．The Retrofitted of Tissue Machines［J］．China Pulp＆ Paper，2013，32(7):46．余章书．卫生纸机改造［J］．中国造纸，2013，32(7):46．

［2］ Zhou Jinghui，Yang Ruifeng．Tissue Paper［M］．Beijing:Chemical Industrial Press，2006．周静辉，杨瑞丰．生活用纸［M］．北京:化学工业出版社，2006．

［3］ Chen Kefu，Zhang Hui．Pulp and Paper Machinery and Equipment(Volume 2)［M］．Beijing:China Light Industry Press，2011．陈克复，张 辉．制浆造纸机械与设备(下)［M］．北京:中国轻工业出版社，2011． CPP