我國(guó)制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

張 輝 王淑梅 程金蘭 胡 楠 鄺仕均

(1.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京,210037;2.中國(guó)輕工企業(yè)投資發(fā)展協(xié)會(huì),北京,100011;3.中國(guó)制漿造紙研究院,北京,100061)

我國(guó)制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

張 輝1王淑梅1程金蘭1胡 楠2鄺仕均3

(1.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京,210037;2.中國(guó)輕工企業(yè)投資發(fā)展協(xié)會(huì),北京,100011;3.中國(guó)制漿造紙研究院,北京,100061)

簡(jiǎn)要地討論了制漿造紙裝備及其制造業(yè)和學(xué)科建設(shè)的現(xiàn)狀和在我國(guó)造紙工業(yè)發(fā)展中的地位和作用,著重探討了近年來我國(guó)制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)取得的進(jìn)展,同時(shí)也討論了國(guó)際先進(jìn)制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀;從科技研發(fā)、制造業(yè)狀況和學(xué)科建設(shè)等方面對(duì)國(guó)內(nèi)外制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了比較分析;提出了今后我國(guó)制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)發(fā)展展望與對(duì)策建議。

制漿造紙裝備;科學(xué)技術(shù);學(xué)科建設(shè);進(jìn)展;展望;對(duì)策建議

制漿造紙裝備在生產(chǎn)過程中發(fā)揮 3方面的作用：①提供制漿造紙工藝化學(xué)反應(yīng)過程所需的環(huán)境和條件;②實(shí)現(xiàn)制漿造紙工藝所需的物理處理和流變所需的機(jī)械機(jī)構(gòu);③發(fā)揮著聯(lián)系各工藝單元所需的傳輸、中轉(zhuǎn)、貯存等作用。因此,制漿造紙裝備是實(shí)現(xiàn)制漿造紙工藝過程的載體。制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)水平在很大程度上直接影響和決定著制漿造紙工業(yè)的發(fā)展水平。

近些年來,我國(guó)制漿造紙工業(yè)迅速發(fā)展并與國(guó)際水平接軌,除與原料結(jié)構(gòu)調(diào)整有關(guān)外,主要得益于裝備水平的提高。反過來,制漿造紙工業(yè)的發(fā)展加快了制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,促進(jìn)了制漿造紙裝備制造業(yè)的發(fā)展。

1 制漿造紙裝備制造業(yè)概況[1-2]

現(xiàn)代制漿造紙裝備制造業(yè)屬于技術(shù)密集的大型裝備制造業(yè)。我國(guó)制漿造紙裝備制造業(yè)沿著“引進(jìn)技術(shù),消化、吸收、國(guó)產(chǎn)化”這條主線發(fā)展,具有相當(dāng)水平的大中型制漿設(shè)備及中高速寬幅紙機(jī)不斷涌現(xiàn)。

2009年,我國(guó)紙和紙板總產(chǎn)量 8640萬 t,2000—2009年間年平均增長(zhǎng) 12.7%,其中 2005—2009年間年增長(zhǎng) 11.4%。為適應(yīng)我國(guó)制漿造紙產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和快速增長(zhǎng)期的巨大市場(chǎng)需求,制漿造紙裝備制造業(yè)快速發(fā)展并有了跨越式的技術(shù)進(jìn)步。

2003年,我國(guó)制漿造紙機(jī)械制造業(yè)列入統(tǒng)計(jì)范圍的企業(yè)有 163家;2008年,列入國(guó)家統(tǒng)計(jì)范圍的國(guó)有和銷售收入 500萬元以上的企業(yè)有 273家,企業(yè)數(shù)量較 2003年增長(zhǎng) 67.5%。2008年的 273家企業(yè),工業(yè)總產(chǎn)值為 181.4124億元,比 2007年增長(zhǎng)24.6%,比 2003年的 47.2億元增長(zhǎng) 284.3%;工業(yè)銷售收入為 172.1745億元;利稅總額為 22.0735億元,比 2007年增長(zhǎng) 35.2%。

我國(guó)制漿造紙裝備已發(fā)展成為工藝適應(yīng)性強(qiáng),技術(shù)復(fù)雜,品種繁多,具有機(jī)、電、儀、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的高新技術(shù)配套產(chǎn)品,不少產(chǎn)品已接近甚至達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。但我國(guó)制漿造紙裝備的技術(shù)和產(chǎn)品的科技含量與世界先進(jìn)水平的差距并沒有縮短多少,體現(xiàn)在進(jìn)口設(shè)備越來越占主導(dǎo)地位,主要的大型制漿造紙成套設(shè)備都是從國(guó)外進(jìn)口并被國(guó)外企業(yè)壟斷。解放前為“市場(chǎng)洋紙壟斷”變?yōu)楝F(xiàn)在的 “造紙洋設(shè)備壟斷”,國(guó)產(chǎn)裝備仍只能銷往中小型制漿造紙廠。

2 制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)整體水平與進(jìn)展[3]

現(xiàn)代制漿造紙裝備具有大型、高速、連續(xù)、復(fù)雜、自動(dòng)化程度高、成套化和控制精度要求高等特點(diǎn),裝備要具備高速生產(chǎn)過程漿料纖維懸浮液等多相流、多介質(zhì)、宏觀微觀均衡分布和質(zhì)量能量動(dòng)力傳遞等功能,同時(shí)與機(jī)、電、儀和計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)相結(jié)合配套,而且是當(dāng)今新材料和先進(jìn)制造科技水平的綜合。制漿造紙裝備從其科技含量角度上看當(dāng)屬高科技類成套裝備,可以說現(xiàn)代制漿造紙裝備是在當(dāng)今工業(yè)品制造業(yè)中所用的科技含量與水平較高的裝備中少有的,因而具有先進(jìn)水平的大型制漿造紙成套裝備價(jià)格昂貴,只能被國(guó)外少數(shù)公司壟斷。

近年來,通過成套引進(jìn)或引進(jìn)關(guān)鍵部件的方法,我國(guó)制漿造紙裝備的制造能力和科技水平有了一定提高。世界先進(jìn)裝備廠商在我國(guó)的落戶和國(guó)產(chǎn)化設(shè)備制造水平的提高,不僅縮小了我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距,同時(shí)也引入了先進(jìn)的管理方法和技術(shù)人才,提高了產(chǎn)品研發(fā)能力和自主創(chuàng)新能力。

我國(guó)制漿造紙工業(yè)已擁有世界上領(lǐng)先的制漿造紙技術(shù)和裝備,如連續(xù)蒸煮、氧脫木素、二氧化氯制備及漂白、各種化學(xué)機(jī)械制漿、涂布加工、廢紙脫墨,帶有夾網(wǎng)成形器、靴式壓榨、單排烘缸、機(jī)內(nèi)超壓、軟壓光等高速紙機(jī),廢水處理系統(tǒng),QCS、DCS、MCC、PLC等自動(dòng)控制系統(tǒng)。

目前,我國(guó)制漿造紙裝備已呈現(xiàn)了大型化、高速化、自動(dòng)化、國(guó)產(chǎn)化、成套化的特征和趨勢(shì)。

3 制漿造紙裝備學(xué)科建設(shè)情況

制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)具有學(xué)科交叉性強(qiáng),與現(xiàn)代高新技術(shù)關(guān)聯(lián)度大、結(jié)合緊密,應(yīng)用基礎(chǔ)性研究實(shí)驗(yàn)裝置建設(shè)費(fèi)用高、難度大,技術(shù)開發(fā)性新裝備中試生產(chǎn)線投入多等特點(diǎn)。

在推進(jìn)制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的過程中,高等學(xué)校和科研、設(shè)計(jì)院所發(fā)揮了十分重要的作用。但在人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新、科技研發(fā)人員數(shù)量方面,制漿造紙裝備遠(yuǎn)不如制漿造紙工藝,跟不上制漿造紙工業(yè)發(fā)展的需求。

我國(guó)有輕化工程 (制漿造紙工程)專業(yè)的 22所本科高校中,較早設(shè)置制漿造紙機(jī)械與設(shè)備本科專業(yè)方向的高校有華南工學(xué)院 (現(xiàn)為華南理工大學(xué))。可隨著時(shí)間的推移和制漿造紙工業(yè)的快速發(fā)展,特別是制漿造紙裝備水平的迅速提高,從事制漿造紙裝備方面教學(xué)和科研的師資以及人才培養(yǎng)的院校數(shù)量卻在不斷減少,且有相當(dāng)數(shù)量原從事制漿造紙裝備教學(xué)科研的教師轉(zhuǎn)為從事制漿造紙工藝的研究。在國(guó)內(nèi),專門從事制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)研究與開發(fā)的科研機(jī)構(gòu)和院校很少。直接開展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制漿造紙裝備技術(shù)研發(fā)的企業(yè)也很少。結(jié)果勢(shì)必導(dǎo)致我國(guó)自身的制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)發(fā)展落后于制漿造紙工業(yè)發(fā)展的要求。

現(xiàn)只有南京林業(yè)大學(xué)和陜西科技大學(xué)設(shè)置制漿造紙裝備與控制本科專業(yè)方向,并且有相應(yīng)的教研組。開展制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)研究和研究生培養(yǎng)較多的高校有華南理工大學(xué)、南京林業(yè)大學(xué)和陜西科技大學(xué)。專門從事制漿造紙裝備研究的設(shè)計(jì)院所主要有輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院等;部分大型制漿造紙機(jī)械制造企業(yè)設(shè)有設(shè)計(jì)研究所,如西安造紙機(jī)械研究所。

4 制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

4.1 制漿造紙裝備科學(xué)技術(shù)進(jìn)展[4-6]

4.1.1 備料設(shè)備

備料裝備的科技進(jìn)展主要體現(xiàn)在對(duì)原料除雜、分類和尺寸處理能力及機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上。近年來,我國(guó)制漿原料結(jié)構(gòu)的調(diào)整 (主要是廢紙和楊木比重的增加)以及為克服草類原料利用過程中雜質(zhì)干擾,相應(yīng)備料設(shè)備的研發(fā),如廢紙的分選設(shè)備系統(tǒng)、楊木的剝皮削片和再碎設(shè)備系統(tǒng)、草類原料的濕法備料設(shè)備系統(tǒng)成套設(shè)備等的研發(fā)均有所進(jìn)展。

針對(duì)廢紙?jiān)系碾s質(zhì)種類多,長(zhǎng)期以人工分揀為主,一方面工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境差,另一方面分揀質(zhì)量不高影響下道工序生產(chǎn)等問題,鄭州運(yùn)達(dá)造紙?jiān)O(shè)備有限公司開發(fā)生產(chǎn)的節(jié)能型廢紙散包干法篩選分選設(shè)備系統(tǒng)已在生產(chǎn)系統(tǒng)中推廣應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了廢紙分揀的機(jī)械化和連續(xù)化。

由于國(guó)內(nèi)制漿原料的多樣化,目前木材備料設(shè)備中削片機(jī)和木片篩發(fā)展不快。國(guó)外已發(fā)展了高效率切片和可按木片厚度分級(jí)的鼓式削片機(jī)和盤式木片篩,并重視備料系統(tǒng)的清潔生產(chǎn)。湖南懷化引進(jìn)的Andritz公司的備木生產(chǎn)線中的剝皮、切片生產(chǎn)線設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)到 350 m3/h。隨著林紙一體化和 APMP、CT MP高得率制漿技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)削片機(jī)和木片篩的規(guī)格有向大型化、自動(dòng)化程度高、工作環(huán)境好、操作勞動(dòng)強(qiáng)度小的方向發(fā)展。

對(duì)于非木纖維原料的備料裝備,干法、濕法、干濕結(jié)合法備料 3種技術(shù)裝備生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)都有一定的市場(chǎng)。

干法備料工藝成熟、投資少,但存在灰塵污染大、制漿用化學(xué)品消耗量高、漿料得率低、硅干擾大等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)發(fā)展了產(chǎn)能為 24 t/h的切料除塵機(jī)組;產(chǎn)能 14～25 t/h的刀盤式切葦機(jī);產(chǎn)能為 7～10 t/h的刀盤式切竹機(jī);產(chǎn)能為 20～24 t/h的大型棉稈備料成套設(shè)備 (包括切料、破碎除塵、分離等功能);產(chǎn)能為 15～25 t/h的刀輪式破碎機(jī)等。

濕法備料是目前較為先進(jìn)的草類原料備料方法,是國(guó)內(nèi)上規(guī)模造紙企業(yè)新上項(xiàng)目的首選方法。濕法備料設(shè)備已有標(biāo)準(zhǔn)配置,一般為鼓式洗滌機(jī)加水力洗滌機(jī),鼓式洗滌機(jī)與木片和竹片濕法備料的相同,目前配置的最大水力洗滌機(jī)規(guī)格為 90 m3,能滿足 300 t/d粗漿產(chǎn)量的濕法備料要求。濕法備料常與橫管連續(xù)蒸煮配套使用,故濕法備料后還配置草片泵。目前,草片泵最大規(guī)格為 560 m3/h,揚(yáng)程 25 m。脫水主要靠斜螺旋脫水機(jī),一般 1臺(tái)草片泵配置 1臺(tái)斜螺旋脫水機(jī)。斜螺旋脫水機(jī)常用規(guī)格Φ900 mm×7000 mm,單軸。江蘇華機(jī)集團(tuán)和天津輕工業(yè)機(jī)械廠等提供的主要設(shè)備采用的仍然為水力碎草機(jī)、草片輸送設(shè)備和脫水設(shè)備等,但在節(jié)水、節(jié)能、減少草片碎斷以及減少流程體積等方面進(jìn)行了研究改進(jìn)。

干濕結(jié)合法備料是草類堿法制漿備料的發(fā)展趨勢(shì)。

4.1.2 制漿和漂白設(shè)備

根據(jù)制漿方法和原料不同,其制漿和漂白設(shè)備需求和發(fā)展也不同。

4.1.2.1 化學(xué)法制漿設(shè)備的進(jìn)展

從化學(xué)制漿設(shè)備科技進(jìn)展角度上看,化學(xué)法制漿設(shè)備的進(jìn)展主要是不斷適應(yīng)蒸煮化學(xué)反應(yīng)條件下大型化壓力容器的設(shè)計(jì)以及化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程中物料的移動(dòng)技術(shù)和主要技術(shù)參數(shù)的測(cè)控技術(shù)。在裝備成套化技術(shù)方面,國(guó)內(nèi)取得較大進(jìn)展的主要為草類原料濕法備料和橫管連續(xù)蒸煮器系統(tǒng)的成套化及封閉篩選系統(tǒng)的成套化。

近年來,化學(xué)法制漿設(shè)備的研發(fā)主要圍繞著實(shí)現(xiàn)新的制漿工藝、節(jié)能降耗、與制漿廢液處理的銜接、連續(xù)生產(chǎn)、提高產(chǎn)能規(guī)模和漿料質(zhì)量及其均勻性等方面進(jìn)行。新建制漿項(xiàng)目都采用了新技術(shù),對(duì)非木纖維原料采用了成熟的橫管連續(xù)蒸煮技術(shù)。

在間歇蒸煮技術(shù)與裝備方面,國(guó)外有了較大的突破,先后有 RDH(快速置換加熱)技術(shù)與裝備,以及類似的 Super Batch、Enerbatch、DDS等。用于木片及竹片的超級(jí)間歇蒸煮主體設(shè)備已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,如大型的超級(jí)間歇蒸煮鍋 (250 m3)、大型的壓力貯罐 (包括熱白液、熱黑液、溫黑液,可達(dá) 1000 m3以上)、大型噴放鍋 (1500 m3以上)全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,但成套裝備及自控系統(tǒng)還有待開發(fā)。

國(guó)外卡米爾連續(xù)蒸煮也有了很多改進(jìn),先后開發(fā)了MCC(改良連續(xù)蒸煮)、E MCC(深度脫木素的改良連續(xù)蒸煮);Metso公司的 ITC(等溫蒸煮),Compact-G1(一代緊湊蒸煮)和 Compact-G2(二代緊湊蒸煮);Andritz公司則推出了 LowSolid(低固形物蒸煮技術(shù))。這些國(guó)際先進(jìn)的連續(xù)蒸煮技術(shù)與裝備有的已在我國(guó)得到了應(yīng)用,如海南金海漿廠引進(jìn)的木漿生產(chǎn)線產(chǎn)能達(dá)到 120萬～130萬 t/a;全球規(guī)模最大的 150萬 t/a漂白木漿生產(chǎn)線已在我國(guó)山東日照落戶;位于世界技術(shù)最前沿的 G2型緊湊連續(xù)蒸煮系統(tǒng)已投用于國(guó)內(nèi)最大的竹漿廠——貴州赤天化紙業(yè)公司。但適應(yīng)木材纖維的立式連續(xù)蒸煮裝備技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)極少涉及。

根據(jù)非木纖維的特點(diǎn),我國(guó)自主創(chuàng)新,成功開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、以適應(yīng)草類原料為主的 150～300 t/d的橫管式連續(xù)蒸煮系統(tǒng)設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng),并采用最新的可編程控制器 (PLC)或集散控制器(DCS),其漿料得率和設(shè)備運(yùn)行效率已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。螺旋喂料器常用的是 23英寸 (1英寸 =2.54 cm),正在使用的最大規(guī)格為 25英寸;已有能力制造 30英寸以上的螺旋喂料器,產(chǎn)量達(dá)到 300 t/d;采用饑餓型喂料器提高草料喂入的水分;噴放閥由系統(tǒng)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)確保系統(tǒng)平衡以及采用雙熱噴流程、冷熱雙噴流程等。該蒸煮器系統(tǒng)技術(shù)性能提高,更適合我國(guó)國(guó)情。

近年來在洗漿和黑液提取方面,國(guó)產(chǎn)真空洗漿機(jī)的性能和產(chǎn)能都有很大改進(jìn)和提高。在引進(jìn)消化吸收基礎(chǔ)上,經(jīng)多次改進(jìn)后采用波紋濾板、小平面閥的洗漿機(jī)現(xiàn)已比較適應(yīng)各種非木纖維漿料的黑液提取和洗滌。最大真空洗漿機(jī)轉(zhuǎn)鼓面積可達(dá) 120 m2,可配套20萬 t/a的 KP木漿項(xiàng)目。近年來,國(guó)內(nèi)開發(fā)的新型置換雙輥擠漿機(jī)系列,其輥?zhàn)畲笠?guī)格為 1500 mm×5000 mm,可配 60萬 t/a系統(tǒng);另外,還有低速單螺旋壓榨脫水機(jī)、雙壓區(qū)雙網(wǎng)擠漿機(jī)等。為了追求更高運(yùn)行效率和低運(yùn)行成本,國(guó)外已發(fā)展鼓式置換洗漿機(jī)(DD洗漿機(jī))并已投入應(yīng)用,可在一臺(tái)洗漿機(jī)上完成 4段洗滌,國(guó)內(nèi)已有引進(jìn)并在開發(fā)生產(chǎn)。

篩選凈化設(shè)備方面,國(guó)內(nèi)在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,研究開發(fā)了具有節(jié)水節(jié)能、減少纖維流失等優(yōu)點(diǎn)的封閉篩選系統(tǒng),主要設(shè)備有除節(jié)機(jī)、壓力篩、高濃除渣器、液體過濾壓力篩等。其壓力篩為外流式中濃壓力篩、封閉型轉(zhuǎn)子,液體過濾壓力篩采用微孔過濾篩鼓,均具有創(chuàng)新性和實(shí)用性。該系統(tǒng)的篩多為縫篩,一段篩縫為 0.20 mm～0.25 mm,二段篩縫為 0.30 mm,目前封閉篩選系統(tǒng)規(guī)模為 300 t/d。國(guó)內(nèi)用于封閉篩選具有波紋篩鼓的壓力篩和棒式波形篩鼓的低脈沖壓力篩已成系列,接近國(guó)際先進(jìn)水平,但在精度和使用壽命上有一定差距。國(guó)外同類設(shè)備的使用壽命要比國(guó)內(nèi)高 1倍,材質(zhì)熱處理好。

國(guó)產(chǎn)各種除渣設(shè)備,如高濃、中濃、低濃除渣器及輕、重雜質(zhì)除渣器等通過不同的組合配套已可完全滿足國(guó)內(nèi)各種規(guī)模的生產(chǎn)需求。國(guó)產(chǎn)最大圓網(wǎng)濃縮機(jī)規(guī)格為 50 m2。越來越多的漿廠使用占地面積小、效率高的多圓盤濃縮機(jī) (最大規(guī)格為Φ5500 mm,過濾面積 500 m2)。

4.1.2.2 高得率制漿設(shè)備的進(jìn)展[7]

高得率制漿設(shè)備科學(xué)技術(shù)主要圍繞著原料和工藝的適應(yīng)性、制漿質(zhì)量的提高,設(shè)備本身的高性能、高效率、低能耗的運(yùn)行和材料壽命的延長(zhǎng)等方面進(jìn)行。

高得率制漿設(shè)備有磨石磨木機(jī)和盤磨機(jī)兩大類。由于 T MP、CT MP、APMP、P-RC AP MP等制漿技術(shù)的發(fā)展,再加上大型化、材種適應(yīng)性強(qiáng)和漿料質(zhì)量提高等因素,盤磨機(jī)逐漸占據(jù)中心地位,但磨石磨木機(jī)制漿法具有低能耗和產(chǎn)品具有高散射系數(shù)的優(yōu)點(diǎn),仍然沒有被全部取代。由于盤磨機(jī)制漿系統(tǒng)向大型化、節(jié)能低耗、提高磨漿質(zhì)量等方向發(fā)展,因而出現(xiàn)了大直徑的三盤磨和輔助的熱回收系統(tǒng),采用木片擠壓螺旋與盤磨機(jī)配合的節(jié)能技術(shù),采用偏心進(jìn)料高濃盤磨機(jī)降低磨漿能耗技術(shù)等。

國(guó)外盤磨機(jī)高得率制漿設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備為高壓縮比喂料器和大直徑常壓高濃盤磨機(jī)以及全程的高濃漂白設(shè)備系統(tǒng)。從國(guó)外引進(jìn)的化機(jī)漿生產(chǎn)線有 10多條,典型的有 735 t/d BCT MP和 300 t/d AP MP生產(chǎn)線。新型高得率、低污染的制漿設(shè)備有同向雙螺旋輥式磨漿機(jī)系列,最大生產(chǎn)能力可達(dá) 250 t/d,其關(guān)鍵技術(shù)有同向雙螺桿搓漿機(jī),雙螺桿搓漿轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和耐熱耐磨材質(zhì)。

高得率化機(jī)漿 APMP及 BCT MP等在國(guó)內(nèi)也有很大的發(fā)展。對(duì)各種規(guī)模的高得率化機(jī)漿,汽蒸倉(cāng)、浸漬器和反應(yīng)倉(cāng)等設(shè)備可全部國(guó)產(chǎn)化,國(guó)產(chǎn)的螺旋撕裂機(jī)和高濃盤磨機(jī)等設(shè)備還不過關(guān)。特別是高濃盤磨機(jī),目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的最大規(guī)格為Φ1400 mm,但性能不穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)開發(fā)了可用于機(jī)械漿或化學(xué)機(jī)械漿的雙螺桿磨漿機(jī)及 APMP化學(xué)機(jī)械漿設(shè)備,目前已有60～100 t/d的成套設(shè)備,且 300 t/d的成套設(shè)備正在完善中。輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院與華南理工大學(xué)等共同承擔(dān)的 “十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題“10萬 t/a高得率化機(jī)漿關(guān)鍵設(shè)備的研制”已完成設(shè)計(jì),正在進(jìn)行樣機(jī)制造,其盤磨機(jī)規(guī)格為 68英寸,完成后可實(shí)現(xiàn) 10萬 t/a的高得率化機(jī)漿裝備的全線國(guó)產(chǎn)化。

4.1.2.3 廢紙制漿設(shè)備的進(jìn)展[8]

廢紙?zhí)幚戆ㄋ闈{、篩選、凈化、洗滌、濃縮、熱分散、揉搓、浮選脫墨和漂白等工序。廢紙?zhí)幚硌b備技術(shù)的研發(fā)主要圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行：裝備如何充分發(fā)揮疏解 (盡可能減少切斷)廢紙纖維的作用;盡量不使輕、重雜質(zhì)碎解成細(xì)小顆粒;最大限度地使脫墨漿的油墨和纖維分離除去;降低水耗和電耗;單條生產(chǎn)線的大型化和成套化。

近幾年,回收纖維制漿尤其是廢紙脫墨漿的生產(chǎn)在我國(guó)迅速發(fā)展,主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：廢紙制漿設(shè)備能力、規(guī)模不斷擴(kuò)大;轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)在新脫墨線大量采用;由于脫墨漿在生產(chǎn)新聞紙中的使用比例逐步增加,碎漿所用的間歇式水力碎漿機(jī)正逐步被碎解較溫和的轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)所取代,并且出現(xiàn)了雙轉(zhuǎn)鼓 (即碎漿區(qū)和篩選區(qū)使用不同的轉(zhuǎn)鼓);從單級(jí)浮選脫墨到二級(jí)浮選脫墨;為了提高漿料白度及降低塵埃度,篩選段添加了預(yù)精篩。

近年來,廢紙制漿技術(shù)設(shè)備主要進(jìn)展有：①碎漿設(shè)備,如轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)、低能耗高濃水力碎漿機(jī)。立式水力碎漿機(jī)國(guó)內(nèi)已達(dá) 50 m3的規(guī)格,與其配套的有粗渣疏解設(shè)備。為增加碎漿時(shí)漿料的循環(huán),采用漿槽上增加導(dǎo)流葉片,或在槽體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn) (如 D形連續(xù)式水力碎漿機(jī))。由于配置有螺旋轉(zhuǎn)子的高濃水力碎漿機(jī)的最佳化,能夠得到比鼓式碎漿機(jī)質(zhì)量更佳的漿料,但高濃水力碎漿機(jī)相對(duì)不太適合質(zhì)量變化的廢紙制漿。鼓式碎漿機(jī)在去除膠黏物和油墨效率方面優(yōu)于高濃水力碎漿機(jī),近年來的應(yīng)用有了較大的發(fā)展。②篩分設(shè)備,如纖維分級(jí)機(jī)、復(fù)式纖維分離機(jī)等。篩選設(shè)備最大的技術(shù)進(jìn)步是楔形棒篩筐的細(xì)縫篩的開發(fā),縫篩的技術(shù)進(jìn)步還包括增加篩縫開口面積,鍍鉻或者采用新型耐磨的碳化物涂料以延長(zhǎng)使用壽命,以及篩筐的翻新等。即使縫寬只有 0.10～0.15 mm,縫篩也能在 3%～4%的漿濃下正常運(yùn)行。在壓力篩不銹鋼篩板進(jìn)漿面加工的波形開口,使緊靠篩縫進(jìn)口處漿料流體化,從而提高了漿料通過量和進(jìn)漿濃度。迄今為止,最小的篩縫已達(dá)到 0.10 mm。③除雜凈化設(shè)備,如逆向除渣器,通流式除渣器,輕、重雜質(zhì)除渣器以及回轉(zhuǎn)式除渣器在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)應(yīng)用發(fā)展很快。但除渣器結(jié)構(gòu)本身并沒有很大的變化,不少公司致力于進(jìn)漿、良漿、排渣口的改進(jìn)。④浮選脫墨設(shè)備,主要從槽體的大小、形狀、空氣注入技術(shù)、氣浮物去除等進(jìn)行改進(jìn)和革新,如 KBC公司的MAC浮選槽、Metso公司的 Optibright浮選槽、Voith公司的Ecoell浮選槽以及 Andritz公司最新推出的 SelectaFlot浮選槽。⑤熱分散機(jī)。熱分散機(jī)分成盤式和輥式兩種,輥式熱分散機(jī)又叫搓揉機(jī)。使用搓揉機(jī)可使纖維卷曲而使成紙透氣度增加。而盤式熱分散機(jī)不會(huì)使纖維產(chǎn)生卷曲現(xiàn)象,而且功率傳輸較高。

國(guó)內(nèi)引進(jìn)的最先進(jìn)廢紙脫墨漿成套生產(chǎn)線產(chǎn)能達(dá)1200 t/d。國(guó)產(chǎn)辦公廢紙?zhí)幚砩a(chǎn)線的成套設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備仍有一定差距,其中國(guó)產(chǎn)高濃過氧化氫漂白設(shè)備仍是空白。在國(guó)外,廢紙?zhí)幚砗蛷U紙脫墨成套設(shè)備的單機(jī)生產(chǎn)能力大,噸漿能耗少、運(yùn)行成本低,關(guān)鍵設(shè)備已由盤式熱分散機(jī)發(fā)展為更加高效節(jié)能的錐盤式熱分散機(jī)。

目前,國(guó)內(nèi)可提供 600 t/d的 OCC生產(chǎn)線成套設(shè)備及 300 t/d的脫墨漿生產(chǎn)線設(shè)備,其中鼓式碎漿機(jī)、立式碎漿機(jī)、高溫高濃盤式熱分散機(jī)及浮選脫墨槽這些關(guān)鍵設(shè)備已全部國(guó)產(chǎn)化。大型的鼓式 (滾筒型)碎漿機(jī)最大規(guī)格為Φ4000 mm,生產(chǎn)能力約 500 t/d;國(guó)產(chǎn)纖維分離機(jī)最大規(guī)格約為Φ1500 mm,生產(chǎn)能力約 300 t/d;國(guó)產(chǎn)外流壓力篩規(guī)格最大可達(dá) 5 m2,生產(chǎn)能力約為 400 t/d;內(nèi)流壓力篩、纖維分離篩最大規(guī)格約為 3 m2,生產(chǎn)能力約 350～400 t/d。極大部分轉(zhuǎn)子和篩鼓我國(guó)都能制造,但在材料選用、精度和耐磨性上需進(jìn)一步提升。

除華一輕機(jī)公司 (已被美國(guó)凱登收購(gòu))和福建輕工機(jī)械有限公司提供成套廢紙?zhí)幚碓O(shè)備外,近年來,成功研制的廢紙制漿新設(shè)備有：山東晨鐘機(jī)械公司的轉(zhuǎn)鼓式碎漿機(jī)和 ZFM型封閉浮選脫墨槽;福建輕機(jī)的 ZNV系列螺旋擠漿機(jī)、預(yù)熱進(jìn)料螺旋器系列、ZGF系列疊型浮選脫墨槽以及中濃粗篩系列;山東汶瑞機(jī)械公司的 15萬 t/a中濃紙漿少污染漂白設(shè)備(升降流漂白塔、過氧化氫漂白混合器等);鄭州運(yùn)達(dá)造紙?jiān)O(shè)備公司研制開發(fā)的廢紙散包干法篩選系統(tǒng)以及山東安聯(lián)輕機(jī)公司的高濃除渣器、浮選脫墨槽、壓力篩、轉(zhuǎn)鼓式碎漿機(jī)、高速洗漿機(jī)等。

4.1.2.4 漿料漂白設(shè)備的進(jìn)展

近年來,國(guó)產(chǎn)漂白系統(tǒng)設(shè)備主要沿著連續(xù)、大型和 ECF或 TCF方向發(fā)展。進(jìn)口漂白系統(tǒng)多采用氧漂、二氧化氯及過氧化氫漂白組合,而漂白濃度多采用中高濃。濃縮設(shè)備、混合設(shè)備以及塔反應(yīng)設(shè)備是漂白過程中必備的裝備,中高濃混合設(shè)備是實(shí)現(xiàn)藥液和漿料充分混合的關(guān)鍵設(shè)備。高濃混合器主要有盤式高濃混合器、轉(zhuǎn)子高濃混合器等。塔反應(yīng)設(shè)備主要針對(duì)不同的漂白技術(shù),從防腐蝕角度和充分反應(yīng)的角度采用不同的漂白塔。

近年來,國(guó)內(nèi)新建較大漂白系統(tǒng)大都采用進(jìn)口ECF漂白 (即中濃氧脫木素、中濃二氧化氯漂白和中高濃過氧化氫漂白組合)。國(guó)產(chǎn)中濃氧脫木素和中高濃過氧化氫漂白設(shè)備的生產(chǎn)能力在 5萬 t/a以下;中濃二氧化氯漂白技術(shù)和設(shè)備 (包括二氧化氯制備)全部依賴進(jìn)口;漂白各段之間洗滌設(shè)備 (鼓式真空洗漿機(jī))大都采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。以上國(guó)產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備相比,在使用效率、加工精度和使用壽命等方面存在差距。

具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中濃紙漿清潔生產(chǎn)漂白成套設(shè)備主要包括雙升流塔氧脫木素段,過氧化氫漂白段以及配套的中濃漿泵和中濃高剪切混合器,漂后廢水中的可吸附有機(jī)氯化物 (AOX)可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)與傳統(tǒng)的 CEH三段漂白比較,節(jié)水 50%以上,能耗減少 30%以上,屬于清潔漂白技術(shù)裝備,所有設(shè)備均為國(guó)內(nèi)制造,最高產(chǎn)能達(dá) 10萬 t/a。目前,氧脫木素塔 (單塔或雙塔)的能力可達(dá) 15萬 t/a,最大規(guī)格為Φ3000 mm,高度 33.6 m。氧脫后的噴放鍋?zhàn)畲笠?guī)格Φ3200 mm,高度 15.5 m。氧脫木素塔及華南理工大學(xué)研制的中濃混合器、中濃泵等可滿足 200 t/d的生產(chǎn)規(guī)模。但中濃泵的能力和效率等還與國(guó)外的設(shè)備有差距,大規(guī)格的設(shè)備還需依賴進(jìn)口。漂白用的二氧化氯制備裝置等,國(guó)內(nèi)已有自己的技術(shù)裝備,目前最大制備能力在 6 t/d,已投入使用。

4.1.3 打漿設(shè)備

近年來,打漿裝備科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展主要是在以下幾方面：①打漿設(shè)備核心構(gòu)件適應(yīng)性更好;②設(shè)備結(jié)構(gòu)更加緊湊、產(chǎn)能更高、能耗更低;③主要構(gòu)件(如轉(zhuǎn)子、定子刀或齒盤)材料更優(yōu)、壽命更長(zhǎng);④對(duì)打漿過程纖維在磨區(qū)微觀變化機(jī)理與磨齒間關(guān)系更加了解;⑤打 (磨)漿間隙的測(cè)量及其控制更加精確;⑥單機(jī)能力的大型化;⑦打漿設(shè)備的綜合動(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù) (流量、濃度、電流、間隙、打漿度等)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度和精度更高,整體運(yùn)行安全性更高;⑧發(fā)展中、高濃打漿設(shè)備,有利于節(jié)能和提高打漿質(zhì)量。

4.1.3.1 打漿設(shè)備 (新結(jié)構(gòu)原理)進(jìn)展

近年來,國(guó)外出現(xiàn)了幾種新的打漿設(shè)備,我國(guó)也已經(jīng)從機(jī)理和設(shè)計(jì)等方面開展了相關(guān)的研發(fā),并申請(qǐng)了有關(guān)專利。

(1)新一代圓柱形磨漿機(jī)

傳統(tǒng)的圓柱形磨漿機(jī),其漿料從一端進(jìn)入磨漿區(qū),并從另一端出漿,也稱為單向流式,漿料進(jìn)出磨漿機(jī)是依靠進(jìn)出口的壓差和飛刀輥兩端的推漿葉輪,軸向受力較大,能耗相對(duì)高。新一代圓柱形磨漿機(jī)(新型雙向流式),漿料從機(jī)體空心主軸軸向中心(一半為空心,另一半為實(shí)心)進(jìn)入,再在中間受離心力作用向周邊流向磨漿區(qū)中間,然后分別向相反方向在磨漿機(jī)體兩端出漿。這種磨漿流對(duì)稱式設(shè)計(jì),不僅克服了軸單向受力,同時(shí)無需加軸向推漿葉輪而節(jié)約能耗,空載能耗可降低 45%。

(2)雙磨腔錐形磨漿機(jī)

傳統(tǒng)的錐形磨漿機(jī)為單磨腔錐形磨漿機(jī),只有一個(gè)磨漿漿流通道。近年來,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)并應(yīng)用了雙磨腔錐形磨漿機(jī)。目前,雙磨腔錐形磨漿機(jī)有兩種形式 (均為懸臂式)：

(a)三錐式雙磨腔錐形磨漿機(jī)。主要結(jié)構(gòu)由 3個(gè)互相嵌套在一起的同軸空心錐體構(gòu)成,其中,中間為雙面齒紋的錐形轉(zhuǎn)子,外側(cè)和內(nèi)側(cè)分別為兩個(gè)錐形定子,外側(cè)定子為內(nèi)表面有磨齒的磨套,內(nèi)側(cè)定子為外表面有磨齒的錐頭。該設(shè)備產(chǎn)能高,能耗和設(shè)備費(fèi)用卻小得多,占地也相應(yīng)減少;完全適用于闊葉木漿、廢紙漿和非木材纖維等短纖維漿種磨漿。

(b)四錐式雙磨腔錐形磨漿機(jī)。為克服轉(zhuǎn)子軸向受力的缺陷,提高單位體積設(shè)備內(nèi)有效磨漿區(qū)面積,出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)為一臺(tái)錐形磨漿機(jī)具有兩對(duì)錐形定子磨套內(nèi)嵌錐形轉(zhuǎn)子的四錐式雙磨腔錐形磨漿機(jī)。磨漿過程中,漿料通過左、右兩個(gè)進(jìn)漿口分別從兩個(gè)圓錐形轉(zhuǎn)子小端進(jìn)入左、右兩個(gè)錐形磨腔磨漿區(qū),后在兩個(gè)大端周邊外圓環(huán)區(qū)匯合,最后通過上部 (或下部切線方向)與圓環(huán)區(qū)相連接的出漿口出漿。如果因兩個(gè)磨漿區(qū)磨漿間隙不同,或者因磨漿區(qū)漿流、纖維特征等引起兩個(gè)磨區(qū)間磨漿壓力不同使磨漿質(zhì)量均勻性不一致時(shí),則依靠?jī)蓚€(gè)磨區(qū)漿水壓力差自動(dòng)平衡和移動(dòng)轉(zhuǎn)子軸滑動(dòng)盤兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)磨漿間隙的目的。

(3)改進(jìn)型盤磨機(jī)

(a)轉(zhuǎn)軸動(dòng)盤浮動(dòng)裝配式盤磨機(jī)。傳統(tǒng)盤磨機(jī)的動(dòng)盤固定在轉(zhuǎn)子軸上,當(dāng)動(dòng)、定盤面間產(chǎn)生少許不平行時(shí) (大盤徑則更是如此)或盤間漿料瞬間產(chǎn)生不同區(qū)域分布不一致時(shí),會(huì)造成盤面磨損不一致和對(duì)軸不平衡的彎扭曲力,從而影響到軸承不均衡扭曲受力磨損。近年來,國(guó)外發(fā)明出一種花鍵、輪轂與轉(zhuǎn)軸配合固定,輪轂外齒與動(dòng)盤中心孔內(nèi)圓齒作寬松式配合的盤磨機(jī),當(dāng)定、動(dòng)盤間發(fā)生各種不平行或不平衡力時(shí),依靠輪轂外齒與動(dòng)盤中心孔內(nèi)圓齒之間的寬松式嚙合得到微調(diào)而自動(dòng)消除。

(b)螺旋進(jìn)漿管口式盤磨機(jī)。通常,傳統(tǒng)盤磨機(jī)的漿料由上側(cè)進(jìn)漿管進(jìn)漿口向下流,再轉(zhuǎn)水平向流進(jìn)定盤中心孔,最后垂直轉(zhuǎn)向盤面的周邊方向,兩次垂直轉(zhuǎn)向流會(huì)增加動(dòng)力消耗。近年來,發(fā)明出一種具有螺旋進(jìn)漿管口和雙切出料口的新盤磨機(jī),漿料進(jìn)入進(jìn)漿管口后,通過旋渦形通道進(jìn)入螺旋向通道,再沿切線方向平順地匯流到盤中心,與盤間打漿漿流方向一致,然后在盤周邊區(qū)外殼切線流方向出漿。這種結(jié)構(gòu)使?jié){料進(jìn)入流、磨漿流和出漿流始終保持平順過渡,無垂直拐彎等造成磨擦能耗,漿料流也平穩(wěn)均勻。

4.1.3.2 中高濃打漿設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

近年來,國(guó)內(nèi)開發(fā)出了 ZDPM系列中濃液壓盤磨機(jī)。該盤磨機(jī)的磨漿濃度 7%～15%,自吸進(jìn)漿,無需漿泵和推進(jìn)器;較傳統(tǒng)的低濃磨漿,噸漿節(jié)電30%～40%,磨漿區(qū)節(jié)水 50%以上,成紙物理性能提高 10%～30%;纖維分絲帚化率高達(dá) 75%,細(xì)小纖維流失少,是新一代節(jié)能、減污、提高打漿質(zhì)量的先進(jìn)設(shè)備。目前,該技術(shù)與裝備已推向市場(chǎng),有 200多臺(tái) ZDPM系列的產(chǎn)品用于幾十家企業(yè)的生產(chǎn)。

4.1.3.3 打漿設(shè)備控制進(jìn)展[9]

目前,廣泛用于打漿間隙間接測(cè)量和調(diào)節(jié)漿料打漿度的參數(shù)有：①打漿電機(jī)負(fù)荷,采用恒能耗或恒功率控制;②漿料經(jīng)打漿前后的溫度差 (或溫升)。最近,國(guó)內(nèi)發(fā)明了一種盤式磨漿機(jī)磨漿間隙在線直接精確測(cè)量裝置,克服了傳統(tǒng)上間接測(cè)量方法不能實(shí)際準(zhǔn)確反映磨漿間隙而近似依賴于電機(jī)電流作為參考的缺陷,使打漿過程處于封閉、高溫、高壓條件下的微觀刀間距得到精確測(cè)量與有效控制,從而直接穩(wěn)定調(diào)控了漿料打漿度。

4.1.3.4 高產(chǎn)量、大規(guī)格打漿設(shè)備的應(yīng)用

為了適應(yīng)產(chǎn)能的擴(kuò)大和打漿質(zhì)量的提高、能耗的下降,發(fā)展了適應(yīng)大中型漿廠需要的產(chǎn)能 100～250 t/d的高濃磨漿機(jī)、最大產(chǎn)能達(dá) 400 t/d的 Z M系列錐形磨漿機(jī)。盤磨機(jī)方面,近年來在引進(jìn)芬蘭 DD型720、900、1100(產(chǎn)能分別達(dá)到 15～250 t/d、20～750 t/d、40～800 t/d)基礎(chǔ)上,消化吸收了DD型技術(shù),對(duì)原 ZDP系列盤磨機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),使其性能提高。中濃液壓盤磨機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用,顯著提高了打漿質(zhì)量,降低了電耗,產(chǎn)能在 100～160 t/d。

4.1.4 造紙機(jī)

4.1.4.1 造紙機(jī)整體進(jìn)展

近年來,國(guó)內(nèi)外紙機(jī)圍繞高速、寬幅、節(jié)能、緊湊和自動(dòng)化等方面開展研究,涉及到的主要科學(xué)技術(shù)進(jìn)展有：纖維懸浮液非牛頓流體的高速流送與分散技術(shù)、快速成形脫水與壓榨脫水技術(shù)、高效干燥技術(shù)、干濕紙幅高速傳遞技術(shù)、高速多段分部傳動(dòng)與協(xié)調(diào)控制技術(shù)、紙張質(zhì)量與紙病快速偵測(cè)技術(shù)、紙張表面壓光技術(shù)、各部 (套)動(dòng)態(tài)運(yùn)行機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)等。具體取得技術(shù)進(jìn)步的單元裝備有：①高效緊湊的漿料流送系統(tǒng);②帶有稀釋水橫幅定量控制的水力式流漿箱;③帶有真空成形輥和加壓脫水相結(jié)合的立式夾網(wǎng)成形器;④由單靴壓組成的三壓區(qū)復(fù)合壓榨,使紙機(jī)車速突破 1500 m/min,設(shè)有開式引紙,濕紙幅進(jìn)烘缸時(shí)干度提高 3%以上,并改善了紙張的松厚度;⑤紙張的干燥技術(shù)從雙排缸干燥技術(shù)發(fā)展到單排缸干燥技術(shù),提高了干燥能力;⑥涂布紙的涂布和壓光實(shí)現(xiàn)了造紙機(jī)內(nèi)在線生產(chǎn)。應(yīng)用預(yù)計(jì)量施膠壓榨、薄膜涂布技術(shù)和軟壓光技術(shù),實(shí)現(xiàn)了輕涂紙機(jī)內(nèi)全過程生產(chǎn)。研制成功軟輥超級(jí)壓光機(jī),開發(fā)了簾式涂布、噴霧式涂布技術(shù)并應(yīng)用于機(jī)內(nèi)涂布裝置。

Voith、Metso公司幾乎壟斷了世界上所有大型紙機(jī)設(shè)備的訂單,他們對(duì)紙機(jī)的流漿箱、靴式壓榨、軟壓光、涂布機(jī)等有其獨(dú)特的創(chuàng)新和技術(shù);而 ABB公司因電氣傳動(dòng)控制、DCS、QCS管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì),為大型紙機(jī)的配套做得相當(dāng)成功。由于我國(guó)造紙產(chǎn)能一直在快速擴(kuò)張,近年來新推出的最先進(jìn)紙機(jī)在我國(guó)得到應(yīng)用。目前,新聞紙生產(chǎn)線幅寬可達(dá) 11 m,車速2000 m/min,紙機(jī)全封閉運(yùn)行,自動(dòng)引紙,自動(dòng)卷取;書寫印刷紙生產(chǎn)線幅寬達(dá) 9.77 m,車速 2000 m/min;涂布紙板生產(chǎn)線幅寬 8.1 m,車速達(dá) 900 m/min;牛皮卡紙、牛皮箱紙板、高強(qiáng)瓦楞原紙生產(chǎn)線幅寬 7 m,車速達(dá) 1300 m/min;衛(wèi)生紙生產(chǎn)線幅寬 5.6 m,車速達(dá) 2100 m/min;先進(jìn)紙機(jī)的新聞紙生產(chǎn)耗水量已下降至 10～20 m3/t紙,汽耗、電耗亦有較大下降;書寫印刷紙類耗水量下降至 10 m3/t紙;用廢紙生產(chǎn)紙板的耗水量為 4.7 m3/t紙板,較低的達(dá)到 2.8～3.0 m3/t紙板;衛(wèi)生紙耗水量為 6.5 m3/t紙。

目前,國(guó)產(chǎn)紙機(jī)基本上能滿足大部分國(guó)內(nèi)中小型紙廠的需求,可生產(chǎn) 15萬 t/a的箱紙板機(jī)、10萬 t/a涂布白紙板機(jī),5萬 t/a的文化用紙紙機(jī)。從幅寬來看,國(guó)內(nèi)已有能力生產(chǎn)幅寬為 5.5 m的紙機(jī);從車速來看,最高車速可達(dá) 1000 m/min左右;從技術(shù)性能上看,國(guó)產(chǎn)紙機(jī)的能耗較高,所產(chǎn)紙張質(zhì)量指標(biāo)與國(guó)外水平有差距,性能不夠穩(wěn)定,技術(shù)成熟度不高,調(diào)試周期過長(zhǎng)。國(guó)產(chǎn)紙機(jī)明顯呈現(xiàn)出模仿國(guó)外產(chǎn)品、缺乏成熟的理論和實(shí)踐的指導(dǎo)、技術(shù)性能不夠優(yōu)化的特點(diǎn)。

當(dāng)前,國(guó)產(chǎn)文化用紙紙機(jī)以 2640紙機(jī)為主流機(jī)型,具有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),配置了華南理工大學(xué)開發(fā)的上網(wǎng)成形器后,使整體裝備水平得到了很大提升。近年來,我國(guó)造紙機(jī)械在加工能力、技術(shù)水平、安裝管理水平上發(fā)展都比較快,有較高的市場(chǎng)占有率,新增紙張產(chǎn)量中的約 87%是由國(guó)產(chǎn)中小型造紙機(jī)貢獻(xiàn)的,同時(shí)進(jìn)口大型高速造紙機(jī)的安裝和調(diào)試以及運(yùn)行管理、維護(hù)保養(yǎng),也都是通過國(guó)內(nèi)技術(shù)力量完成的,甚至部分備品備件都由國(guó)內(nèi)公司提供。

目前,已建成運(yùn)行的最大國(guó)產(chǎn)文化用紙紙機(jī),機(jī)寬 3.8 m、工作車速 800 m/min、產(chǎn)量約 250 t/d,傳動(dòng)控制為全矢量變頻控制,DCS集散控制系統(tǒng)和QCS系統(tǒng)。機(jī)型主要是長(zhǎng)網(wǎng)加頂網(wǎng),氣墊或水力式流漿箱,四輥三壓區(qū)或五輥三壓區(qū)壓榨,干燥部采用部分單排缸帶有紙幅穩(wěn)定器,全密閉氣罩和熱泵蒸汽系統(tǒng),獨(dú)立引紙繩引紙。國(guó)家科技支撐計(jì)劃,河南江河紙業(yè)與華南理工大學(xué)、遼陽(yáng)造紙機(jī)械股份有限公司等聯(lián)合研發(fā)高速文化用紙紙機(jī),攻克了一些關(guān)鍵技術(shù),取得了一批發(fā)明專利技術(shù),紙機(jī)車速達(dá) 1000 m/min,為高速紙機(jī)國(guó)產(chǎn)化開了先河。

國(guó)產(chǎn)紙板機(jī)的最大幅寬已達(dá)到 5.8 m,車速 850 m/min,氣墊或水力式流漿箱,四疊網(wǎng)或五疊網(wǎng)成形,全封閉式引紙,大輥徑壓榨,帶紙幅穩(wěn)定器的單排缸加雙排缸的干燥形式,獨(dú)立引紙繩引紙,傳動(dòng)和控制與文化用紙紙機(jī)相似,應(yīng)用于瓦楞原紙、箱紙板、白紙板、牛卡紙或白卡紙的生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)開發(fā)成功的新月形衛(wèi)生紙機(jī),紙機(jī)幅寬2830 mm、車速已達(dá) 1400 m/min,可生產(chǎn) 13～25 g/m2的系列生活用紙,目前已得到應(yīng)用。

斜網(wǎng)特種紙紙機(jī)是最近幾年發(fā)展較快的一種紙機(jī),主要用于長(zhǎng)纖維或混合纖維特種紙的生產(chǎn),采用斜網(wǎng),超低濃度分散成形。國(guó)產(chǎn)斜網(wǎng)紙機(jī)最大幅寬3300 mm,車速在 200 m/min之間,但絕大部分斜網(wǎng)紙機(jī)的車速在 60～120 m/min,幅寬在 1260～1575 mm之間。目前,單層和雙層成形斜網(wǎng)紙機(jī)已成功運(yùn)行投產(chǎn),三層成形斜網(wǎng)紙機(jī)正在開發(fā)中。適應(yīng)的產(chǎn)品多是過濾紙系列、表層紙系列、電池紙系列、玻纖紙系列及電容器紙系列等。

4.1.4.2 流漿箱與成形部的進(jìn)展

國(guó)際先進(jìn)水平的高速紙機(jī)網(wǎng)部的發(fā)展趨勢(shì)均由水平夾網(wǎng)發(fā)展為立式夾網(wǎng),關(guān)鍵的是雙面快速均衡脫水技術(shù)。Metso由 Symfor mer(蘇州紫興采用)到 Speed(UPM常熟采用)再到 Optifomer(南平紙業(yè)、黑龍紙業(yè)采用)。Voith則由 Duofor mer(金城紙廠采用)到DuoCFD (APP金東紙業(yè)采用)再到 Duo TQ及Duofomer TQv(華泰紙業(yè)采用),最后都走向立式夾網(wǎng),并逐漸量化脫水,使雙面脫水的量及速率幾乎相等,最大限度地減少了兩面差。

國(guó)內(nèi)流漿箱的發(fā)展趨勢(shì)是開發(fā)稀釋水控制高壓水力式流漿箱,并配備溫度、壓力補(bǔ)償裝置,提高紙幅橫向和纖維定向的均勻性。其中,關(guān)鍵技術(shù)是湍動(dòng)發(fā)生器的基礎(chǔ)理論研究以及設(shè)備實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)加工技術(shù)。

生活用紙紙機(jī)多采用新月形成形器。

高速紙板機(jī)一般均采用長(zhǎng)網(wǎng) (或疊網(wǎng))成形技術(shù),國(guó)內(nèi)大多數(shù)車速較高的紙板機(jī)都是如此。隨著車速的提高,多夾網(wǎng)組合成形技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用。上網(wǎng)成形器是長(zhǎng)網(wǎng)機(jī)和疊網(wǎng)機(jī)上用于輔助脫水與成形的一種裝置。近年,國(guó)內(nèi)主流的上網(wǎng)成形器的結(jié)構(gòu)主要有三/四真空室的上真空脫水箱和彈性加壓下刮水板組,使水線之前的濕紙幅在真空和刮刀壓力作用下脫水并產(chǎn)生纖維二次分布的機(jī)會(huì),以改善成紙勻度。

4.1.4.3 壓榨與干燥部的進(jìn)展

靴式壓榨是壓榨領(lǐng)域的最新技術(shù),世界上大型紙機(jī)生產(chǎn)商都有自己的靴式壓榨技術(shù)。帶可控?fù)隙容?、蒸汽箱的?fù)合靴式壓榨是目前比較有效的壓榨方式。目前,靴式壓榨已擴(kuò)展到了應(yīng)用于所有紙產(chǎn)品的脫水,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的車速范圍同樣很大,從 50 m/min(漿板機(jī))到 2000 m/min(衛(wèi)生紙紙機(jī))。

干燥部一直是發(fā)展中高速紙機(jī)技術(shù)的瓶頸之一,其科學(xué)技術(shù)進(jìn)展是在干燥部的熱利用率、高速有效傳熱和冷凝水有效排出技術(shù)等方面。隨著車速的提高,直徑 1.8 m的烘缸,內(nèi)設(shè)擾流棒、單排列的干燥部,無繩引紙技術(shù)的開發(fā)、各式吹風(fēng)箱、穩(wěn)紙器的優(yōu)化、帶閉式氣罩和分區(qū)袋通風(fēng)裝置的多段通汽干燥技術(shù)等已在國(guó)內(nèi)開發(fā)的造紙機(jī)上廣泛采用。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在研究新一代VAC輥與垂直沖擊式烘干技術(shù)以及新的干燥技術(shù),如電磁干燥、紅外干燥等。

4.1.5 涂布機(jī)、卷取與完成設(shè)備的進(jìn)展

我國(guó)涂布設(shè)備起步也較晚,先期只能提供小幅寬、低車速的氣刀涂布機(jī)。為滿足中、高檔涂布紙的發(fā)展需要,在先后兩次引進(jìn)Voith公司的涂布機(jī)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、瑞士BMB公司的涂布干燥技術(shù)的基礎(chǔ)上,消化了用于銅版紙涂布系統(tǒng)的氣浮式干燥箱技術(shù)、氣刀涂布技術(shù)、氣霧分離器技術(shù)、噴泉式涂布器及張力控制等技術(shù)?，F(xiàn)在中等幅寬和車速的涂布機(jī)基本上可以靠國(guó)內(nèi)供應(yīng)。近年來,又吸納各方技術(shù)并吸收國(guó)外的設(shè)計(jì)理念,自主創(chuàng)新開發(fā)了高速膜轉(zhuǎn)移施涂機(jī)。

目前,紙板涂布、銅版紙和特種涂布、機(jī)內(nèi)膜轉(zhuǎn)移施膠涂布等可由國(guó)產(chǎn)供應(yīng)。涂布白紙板機(jī)大部分為幅寬 2760 mm(最大 3600 mm),工作車速 200～400 m/min;銅版紙紙機(jī)主要為幅寬 1760/1880 mm (最大 2640 mm),涂布方式為氣刀、刮刀和計(jì)量棒形式,涂布量自動(dòng)控制。2008年,我國(guó)開發(fā)了幅寬 6100 mm、車速 1200 m/min的膜轉(zhuǎn)移涂布機(jī)以及幅寬 2700 mm、車速 500 m/min的機(jī)內(nèi)膜轉(zhuǎn)移涂布機(jī)。膜施膠涂布機(jī)主要用于中高速文化用紙機(jī)內(nèi)涂布,全自動(dòng)控制,幅寬 3520 mm,工作車速 700 m/min。熱敏紙、無碳復(fù)寫紙涂布機(jī)的幅寬分別為 2760 mm、1880 mm,車速約 250 m/min。

近年來,國(guó)產(chǎn)復(fù)卷機(jī)技術(shù)水平提高很快,最大幅寬達(dá) 5500 mm,工作車速 1800 m/min,張力自動(dòng)反饋,壓輥和底輥轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)控制,復(fù)卷質(zhì)量明顯提高,故障率大幅下降,基本能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。

超級(jí)壓光機(jī)的國(guó)內(nèi)研制相當(dāng)成功。目前,已有多家企業(yè)能制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,其中包括幅寬 3300 mm、車速 1000 m/min的帶 2個(gè)可控中高輥的超級(jí)壓光機(jī)及雙面軟壓光機(jī)等。幅寬 3520 mm,工作車速 700 m/min的軟輥壓光機(jī)已投產(chǎn),可控中高輥和軟輥包覆材料已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

國(guó)產(chǎn)自動(dòng)包卷生產(chǎn)線能滿足 30萬 t/a生產(chǎn)線的需求,并能實(shí)現(xiàn)包卷、封頭、貼標(biāo)和輸送等的自動(dòng)化,大大節(jié)省了勞動(dòng)力成本。

在輔機(jī)方面,技術(shù)進(jìn)展較大的是高速同步切紙機(jī)、高速寬幅復(fù)卷機(jī)和軟壓光機(jī)以及為大型紙機(jī)配套的卷筒紙自動(dòng)包裝生產(chǎn)線。國(guó)產(chǎn)漿板用機(jī)內(nèi)切紙機(jī)機(jī)型以幅寬 3200 mm和 3600 mm為主,工作車速在 80～150 m/min之間。國(guó)產(chǎn)文化用紙紙機(jī)機(jī)外切紙機(jī)以幅寬 1880 mm和 2640 mm為主,工作車速在 150～200 m/min之間,分為單刀和雙刀回轉(zhuǎn)型連續(xù)切紙機(jī)。

4.1.6 過程控制、機(jī)械監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化

4.1.6.1 DCS、QCS、W IS的應(yīng)用

近年來,國(guó)產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)展之一就是新上高速紙機(jī)在配套引進(jìn)世界先進(jìn)的開放式控制系統(tǒng) (OCS)、質(zhì)量控制系統(tǒng) (QCS)、集散控制系統(tǒng) (DCS)、紙病偵測(cè)系統(tǒng) (W IS)等和液壓、氣壓控制系統(tǒng)的同時(shí),自主開發(fā)了國(guó)產(chǎn)相關(guān)系統(tǒng)。在現(xiàn)有的單機(jī)集中式紙機(jī)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng) (MMS)基礎(chǔ)上,開發(fā)分布式多機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)裝備,提高紙機(jī)運(yùn)行的快速性、安全性、可靠性與穩(wěn)定性。

針對(duì)高速造紙機(jī)配套的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的包括上述各類的綜合系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)還沒有,但有關(guān)公司在某些系統(tǒng)上有研發(fā)。如國(guó)內(nèi)某些公司研發(fā)的定量水分控制系統(tǒng) (QCS)和紙病表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng) (W IS)、全過程集散控制系統(tǒng) (DCS)等在國(guó)內(nèi)中、低速紙機(jī)上得到配套應(yīng)用,但相關(guān)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性以及適應(yīng)的紙機(jī)車速與國(guó)外先進(jìn)水平有較大差距。

2010年,Metso推出一款新型在線掃描勻度傳感器(Metso I Q For mation勻度測(cè)量),它利用高速圖像捕捉和分析技術(shù)來定義小范圍的紙張勻度。紙機(jī)操作人員可以快速、直觀地優(yōu)化紙張勻度,并滿足勻度指標(biāo)的要求。2010年,Voith專門研發(fā)了一種可連續(xù)測(cè)量成形部?jī)?nèi)紙幅水分的檢測(cè)器——OnQ For mingSens。該檢測(cè)器采用高頻微波檢測(cè)技術(shù),擁有目前最高的測(cè)量精度。通過實(shí)時(shí)測(cè)定紙幅水分含量,可持續(xù)確定最佳紙幅水分值;全部測(cè)量均在線完成,可提高紙機(jī)的安全系數(shù)。

4.1.6.2 造紙機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[10-11]

造紙機(jī)械具有高速、連續(xù)、龐大、復(fù)雜、技術(shù)含量高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。在國(guó)外,狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)在現(xiàn)代化造紙機(jī)中的研究和應(yīng)用已較為廣泛,但國(guó)內(nèi)這方面非常薄弱。隨著國(guó)內(nèi)的制漿造紙裝備水平逐步與國(guó)際接軌,這種非解剖在線診斷技術(shù)將成為確保大型造紙機(jī)械安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠運(yùn)行必不可少的技術(shù)手段。自亞洲漿紙 (APP)金東紙業(yè)(江蘇)有限公司于 1997年率先配套美國(guó) ABB公司在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用以來,特別是近幾年來,國(guó)內(nèi)許多新上紙機(jī)項(xiàng)目和部分原有項(xiàng)目 (如泰格林紙等企業(yè))都先后配套和應(yīng)用這類技術(shù)。這類技術(shù)的應(yīng)用,主要包括動(dòng)態(tài)運(yùn)行特征參數(shù)的監(jiān)測(cè)硬軟件系統(tǒng),特征數(shù)據(jù)的提取分析和與故障之間關(guān)聯(lián)的判斷,以及現(xiàn)場(chǎng)的綜合分析確認(rèn)。

近年來,國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)和南京林業(yè)大學(xué)等有關(guān)高校著重在以下幾個(gè)應(yīng)用方面開展了研究：

(1)對(duì)造紙機(jī)械旋轉(zhuǎn)件現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確對(duì)不平衡故障的診斷,成功地完成了目標(biāo)輥體的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。

(2)對(duì)高速紙機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力共振現(xiàn)象進(jìn)行研究,探討了其研究方法、結(jié)構(gòu)動(dòng)力共振車速。

(3)對(duì)高速紙機(jī)干燥部烘缸軸承運(yùn)行狀態(tài)振動(dòng)監(jiān)診技術(shù)、故障發(fā)生過程振動(dòng)信號(hào)變化規(guī)律及譜圖特征、故障發(fā)生的主要原因與對(duì)策進(jìn)行了研究,并結(jié)合油液分析技術(shù)對(duì)紙機(jī)干燥部潤(rùn)滑系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的控制及其影響度進(jìn)行了研究。

(4)針對(duì)造紙企業(yè)裝備特點(diǎn),對(duì)基于虛擬儀器的紙機(jī)軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)開發(fā)的原理、方法進(jìn)行了研究,為制漿造紙?jiān)O(shè)備的故障診斷提供了一個(gè)途徑。

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(未完待續(xù),下轉(zhuǎn)第 5期)

(責(zé)任編輯：陳麗卿)

Advances i n Pulpi ng and Papermaking Equipment Science and Technology

ZHANG Hui1,＊WANG Shu-mei1CHENG Jin-lan1HU Nan2KUANG Shi-jun3
(1.Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology,Nanjing Forestry University,Nanjing,Jiangsu Province,210037;2.China Light Industry Investment and Development Association,Beijing,100011;3.China National Pulp and Paper Research Institute,Beijing,100061)
( ＊ E-mail：hgzh@njfu.edu.cn)

Firstly,the paper briefly introduced the current situation of the industry and the discipline construction of pulping and papermaking equipment in China,as well as their roles in the rapid development of China's paper industry in recent years.Then,focused on the discussion of the recent years advances in pulping and papermaking equipment science and technology in China,the application of worldwide advanced science and technology of pulping and papermaking equipment in China was included.Further more,the advances of science and technology of pulping and papermaking equipment in China and in the other developed countries were compared.Finally,the prospect and suggestion of future developing goals and measures of pulping and paper making equipment science and technology in China were put for ward.

pulp and papermaking equipment;science and technology;discipline construction;advance;prospect;measures propose

TS73;G30

A

0254-508X(2011)04-0055-09

張 輝先生,博士,教授;現(xiàn)任南京林業(yè)大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)。

2010-12-13