壓力苛化在竹漿廠的應(yīng)用

魏彐彬

(四川永豐紙業(yè)股份有限公司，四川沐川，614500)

·壓力苛化·

壓力苛化在竹漿廠的應(yīng)用

魏彐彬

(四川永豐紙業(yè)股份有限公司，四川沐川，614500)

總結(jié)了壓力苛化從引進(jìn)并推向竹漿生產(chǎn)過(guò)程的歷程，以及為了使之適合國(guó)內(nèi)竹漿生產(chǎn)、結(jié)合實(shí)際而進(jìn)行的相關(guān)改進(jìn)。

壓力苛化；竹漿；應(yīng)用

(E-mail: wxb-581@163.com)

筆者于2004年參與漂白硫酸鹽竹漿制漿廠(以下簡(jiǎn)稱竹漿廠)堿回收工程的建設(shè)，并在建成后實(shí)際操作運(yùn)營(yíng)管理，從最初引進(jìn)壓力苛化設(shè)備到實(shí)際運(yùn)行，從引進(jìn)消化國(guó)外技術(shù)到工廠自身改造，投入了較多精力和時(shí)間，總結(jié)出了一些適合目前竹漿廠有效運(yùn)行的壓力苛化工藝操作流程的經(jīng)驗(yàn)，希望能與業(yè)內(nèi)人士共同交流。

1 竹漿廠苛化過(guò)程

1.1 壓力苛化的選擇

1.1.1 常規(guī)苛化

常規(guī)苛化流程是：從堿回收來(lái)的綠液通過(guò)沉降式澄清器進(jìn)入消化器，再進(jìn)入連續(xù)三級(jí)苛化器，苛化乳液進(jìn)入沉降式白液澄清器，從而生產(chǎn)出蒸煮所需白液。沉降式設(shè)備在澄清技術(shù)上主要考慮設(shè)備直徑及沉降速度，漿廠規(guī)模增大后，沉降式設(shè)備直徑會(huì)越來(lái)越大，占地及投資會(huì)大大增加，并且其澄清液濁度很難提升。

1.1.2 壓力苛化過(guò)程

現(xiàn)代化學(xué)制漿廠，為了減少停機(jī)時(shí)間，提高開(kāi)機(jī)率，首先需要對(duì)蒸煮、堿回收易造成結(jié)圬堵塞的地方進(jìn)行規(guī)避。蒸煮工段主要體現(xiàn)在白液、黑液換熱器(特別是在先進(jìn)的連續(xù)蒸煮或DDS蒸煮)上；堿回收工段要減少蒸發(fā)器的結(jié)圬(所有的文獻(xiàn)均顯示了硅積累對(duì)蒸發(fā)效率的影響較大)；回收后的白液質(zhì)量對(duì)整個(gè)化學(xué)制漿過(guò)程的運(yùn)行也十分重要。堿回收過(guò)程每個(gè)工段的目標(biāo)，都要盡可能地提高效率，減少制備蒸煮藥液(白液)的化學(xué)藥品損失。

四川永豐紙業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱永豐紙業(yè))為硫酸鹽法竹漿制漿廠，采用DDS超級(jí)間隙蒸煮，蒸煮液循環(huán)及換熱頻繁，對(duì)白液的質(zhì)量要求更高，白液澄清度要求小于20 mg/L，目的是減少對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程造成影響，在工藝流程中選擇采用壓力苛化方式。

現(xiàn)代化學(xué)制漿過(guò)程對(duì)制漿化學(xué)品的利用是一個(gè)近乎全封閉的循環(huán)過(guò)程，苛化是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。苛化部分生產(chǎn)的白液量、白液濃度和成分，都對(duì)紙漿蒸煮發(fā)生影響?？粱a(chǎn)的白液量少、濃度或低或高、濁度高，都會(huì)使蒸煮得率降低、紙漿減產(chǎn)，造成生產(chǎn)成本增加、紙漿質(zhì)量波動(dòng)。所以，苛化生產(chǎn)管理不好，就會(huì)使已經(jīng)回收回來(lái)的堿又白白流失，造成堿回收過(guò)程豐產(chǎn)不豐收。

1.2 苛化過(guò)程的要求

對(duì)于苛化過(guò)程的要求，一方面是要具有較高轉(zhuǎn)化率，使碳酸鈉能最大限度地轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉，生產(chǎn)出符合濃度和澄清度要求的白液。另一方面要盡量降低白泥中殘堿含量，減少堿的損失，并有利于白泥的回收。選擇壓力苛化工藝和設(shè)備可滿足這兩項(xiàng)需求。

1.3 采用壓力苛化存在的問(wèn)題

永豐紙業(yè)最初采用價(jià)格較低的本地石灰進(jìn)行苛化反應(yīng)，由于雜質(zhì)多及生燒、過(guò)燒造成石灰質(zhì)量較差，在苛化反應(yīng)后泥砂較多，直接進(jìn)入壓力過(guò)濾造成糊氈套，以至于存在幾乎天天清洗的情況，生產(chǎn)能力大大降低，后期使用精灰及部分外購(gòu)散灰，雖雜質(zhì)較少，但一樣存在含量不穩(wěn)定，白泥多，處理能力不足。所以壓力苛化在永豐紙業(yè)直接過(guò)濾乳液的想法以失敗告終，不得不做相應(yīng)技術(shù)改造。

圖2 壓力管式過(guò)濾裝置流程圖

2 壓力苛化的應(yīng)用

在新漿廠建設(shè)中，蒸煮化學(xué)藥品要求近乎100%的循環(huán)，對(duì)苛化生產(chǎn)技術(shù)要求越來(lái)越高，因此如何選擇苛化方案變得越來(lái)越重要。

常規(guī)連續(xù)苛化與壓力苛化對(duì)比如表1所示。

表1 常規(guī)連續(xù)苛化與壓力苛化對(duì)比表

2.1 管式壓力過(guò)濾裝置

管式壓力過(guò)濾器主體設(shè)備如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，管式壓力過(guò)濾器外形是一個(gè)上部圓柱形，底部圓錐體的桶體，乳液從中間進(jìn)入，濾液從頂部出，下部為白泥沉降區(qū)，過(guò)濾區(qū)與乳液區(qū)通過(guò)花板分開(kāi)，花板上安裝長(zhǎng)度1 m的過(guò)濾管。與之配套的是變頻泵及精密的切換閥門(mén)。過(guò)濾分6扇區(qū)，方便單獨(dú)清洗及切換。過(guò)濾控制通過(guò)設(shè)備上帶的壓力傳感器在微機(jī)上自動(dòng)運(yùn)行。

圖1 管式壓力過(guò)濾器

從最近國(guó)際、國(guó)內(nèi)流行的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，選用投資合適，效果理想的壓力過(guò)濾裝置，配合常規(guī)連續(xù)苛化流程應(yīng)該是理想的。

永豐紙業(yè)選用的是一家國(guó)產(chǎn)的壓力管式過(guò)濾裝置，流程如圖2所示。最初方案采用管式白液凈化壓力過(guò)濾器(直徑2～4 m)，具有占地少、設(shè)備少、石灰消耗下降等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是一次性投資偏大、石灰質(zhì)量要求嚴(yán)格、乳液苛化條件苛刻、生產(chǎn)能力調(diào)節(jié)幅度不大等。壓力過(guò)濾器是用多孔的不銹鋼管外包一層固定的聚丙烯濾布，組成管式過(guò)濾單元。管式過(guò)濾單元裝在管板上。管板固定在進(jìn)料區(qū)和濾液收集區(qū)之間。苛化器送來(lái)的苛化乳液進(jìn)入進(jìn)料區(qū)，上部為過(guò)濾區(qū)，進(jìn)料口下部為白泥貯存的濃縮區(qū)，安裝錐形刮板，促進(jìn)白泥濃縮(45%濃度)。管式壓力過(guò)濾器由過(guò)濾階段、反沖洗階段和沉降階段組成一個(gè)周期性工作程序， 反復(fù)循環(huán)運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程間歇式操作，典型的運(yùn)行參數(shù)為過(guò)濾時(shí)間約10 min，反沖時(shí)間5 s，白泥沉降約30 s。需要嚴(yán)格的程序控制系統(tǒng)及精確的執(zhí)行器，這一切只有依賴現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在最初運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)進(jìn)口蝶閥的控制存在設(shè)計(jì)隱患，管道震動(dòng)過(guò)大，維修人員需頻繁處理泄漏，管徑過(guò)大對(duì)建筑物及設(shè)備造成安全問(wèn)題。經(jīng)仔細(xì)觀察后，與自控人員研究后，在自控閥的壓縮空氣管上加裝節(jié)流閥，才從根本上解決此問(wèn)題。

過(guò)濾器需要酸洗，推薦胺基璜酸加緩蝕劑，濾套需要定期更換，永豐紙業(yè)最初選用進(jìn)口濾套，后來(lái)采用國(guó)產(chǎn)，主要針對(duì)不同的工況，一般用一面光滑一面帶絨的濾套，目數(shù)不能太高也不能太低，針對(duì)白泥顆粒做相應(yīng)試驗(yàn)即可得到答案，國(guó)內(nèi)目前有幾家工廠在生產(chǎn)，清洗一般推薦酸洗，也可用高壓槍沖洗，沖洗時(shí)注意不要把光滑面沖毛，以延長(zhǎng)其使用壽命，一般情況下氈套壽命為1～2個(gè)月。在多數(shù)情況下，白泥洗滌壓力過(guò)濾器與白液凈化壓力過(guò)濾器的規(guī)格相同。2臺(tái)設(shè)備布置在一起，管線可以相互交換連通。因此，在緊急情況下，白泥洗滌壓力過(guò)濾器可以代替白液凈化壓力過(guò)濾器。

2.2 改進(jìn)方案

此方案在投產(chǎn)不久，由于石灰質(zhì)量不穩(wěn)定及產(chǎn)能擴(kuò)大，進(jìn)行了較大的改進(jìn)。

改進(jìn)方案是在苛化后段增加了白泥洗滌器，原管式壓力過(guò)濾器用來(lái)對(duì)濃白液(苛化器出來(lái)后先經(jīng)白液澄清器重力澄清的白液)進(jìn)行壓力過(guò)濾，提升了過(guò)濾時(shí)間及濾套使用壽命，白液澄清度滿足要求，生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)。同時(shí)，經(jīng)白泥洗滌器處理后的稀白液澄清度提高，對(duì)綠液質(zhì)量提升也有好處。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)，間接使得白泥濃度提高，減少了堿流失，壓力苛化運(yùn)行穩(wěn)定，白液質(zhì)量及產(chǎn)量滿足了提產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的要求。

國(guó)內(nèi)有關(guān)機(jī)械廠針對(duì)此情況專門(mén)研發(fā)了改進(jìn)型白液過(guò)濾裝置，將在永豐紙業(yè)新項(xiàng)目上使用。對(duì)比之前的設(shè)備，改進(jìn)型白液過(guò)濾裝置投資更低，控制更簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性更高。從目前的情況來(lái)看，永豐紙業(yè)竹漿廠采用壓力過(guò)濾解決了苛化白液的質(zhì)量問(wèn)題，未來(lái)的方向應(yīng)該是進(jìn)一步降低白泥殘堿及對(duì)白泥的綜合利用。竹漿廠壓力苛化生產(chǎn)運(yùn)行工藝參數(shù)如表2所示。

表2 壓力苛化運(yùn)行工藝參數(shù)

3 盤(pán)式壓力過(guò)濾器在竹漿廠技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

近來(lái)，一度流行的管式壓力過(guò)濾器(ECO-filter)已被具有諸多優(yōu)點(diǎn)的壓力多圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)(PDF)取代的可能。在貴州某竹漿廠已成功運(yùn)行。相較管式壓力過(guò)濾設(shè)備，盤(pán)式壓力過(guò)濾器具有白泥干度高(從而降低白泥殘堿)，易清洗及維護(hù)，廠房投資小等優(yōu)點(diǎn)。

圖3所示為白液盤(pán)式壓力過(guò)濾流程示意圖及實(shí)物圖。由于在壓力密封狀態(tài)下運(yùn)行，可防止白液被氧化。盤(pán)式壓力過(guò)濾器有一個(gè)水平的中心軸，軸上裝有幾個(gè)過(guò)濾圓盤(pán)，在臥式壓力過(guò)濾器外殼中轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)過(guò)濾圓盤(pán)包有聚丙烯濾布。通過(guò)過(guò)濾圓盤(pán)的濾液，從中心軸中流出進(jìn)入貯存器，使氣、液分離。氣體用水環(huán)式壓縮泵，送回過(guò)濾器外殼中。過(guò)濾圓盤(pán)內(nèi)外均有壓力，盤(pán)外的壓力即進(jìn)料側(cè)的壓力大于盤(pán)內(nèi)的壓力，

圖3 白液盤(pán)式壓力過(guò)濾流程示意圖及實(shí)物圖

圖4 白泥盤(pán)式壓力過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖及實(shí)物圖

壓差>120 kPa，為過(guò)濾的動(dòng)力。循環(huán)過(guò)程中氧氣得以消耗，所以循環(huán)氣體主要是氮?dú)?。生產(chǎn)的白液濁度低于20 mg/L，排放的白泥固形物含量高，可以減少前道工序的水力負(fù)荷，降低稀白液量。帶壓運(yùn)行防止閃蒸的熱損，并從實(shí)質(zhì)上消除氧化作用。

噴嘴需要采用進(jìn)口產(chǎn)品，防止堵塞，保證設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，同時(shí)使濾液的澄清度均勻一致，木漿白泥干度達(dá)到80%，從竹漿廠運(yùn)行來(lái)看，干度可以保證75%以上。

白泥盤(pán)式過(guò)濾機(jī)是新型的白泥脫水技術(shù)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及實(shí)物圖見(jiàn)圖4所示。盤(pán)式白泥過(guò)濾機(jī)采用與盤(pán)式白液過(guò)濾機(jī)相同的中心桶和扇片，但在真空狀態(tài)下運(yùn)行，就象轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)一樣，過(guò)濾盤(pán)設(shè)計(jì)以較小的占地面積獲得較大的過(guò)濾面積。由噴射器提供攪拌功能，使過(guò)濾槽底部保持較低的固含量，以便機(jī)械攪拌安全運(yùn)行。含固形物較低的乳液可作為供料稀釋液還可作為濾液循環(huán)，以改善堿回收固形物排放。

壓力苛化要求的前提條件較多，自身的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用在技術(shù)改進(jìn)后逐年降低。

4 結(jié) 語(yǔ)

4.1 當(dāng)造紙廠要求擴(kuò)大生產(chǎn)能力時(shí)，苛化是提升產(chǎn)能的薄弱環(huán)節(jié)。沉降式澄清設(shè)備雖穩(wěn)妥可靠，但也有一些實(shí)際問(wèn)題，如廠地面積不足以增加沉降式澄清設(shè)備，這時(shí)就需要考慮采用壓力過(guò)濾設(shè)備，將以前的沉降式設(shè)備改作綠液澄清器等。但在竹漿廠，由于其生產(chǎn)特點(diǎn)，傳統(tǒng)沉降式澄清設(shè)備還不能完全被取代，而其與壓力過(guò)濾設(shè)備結(jié)合使用，在規(guī)模允許的范圍內(nèi)，從穩(wěn)定生產(chǎn)、提高運(yùn)行效率、環(huán)境保護(hù)等各方面均取得不錯(cuò)的效果。

4.2 國(guó)外在常規(guī)及壓力過(guò)濾苛化設(shè)備上均較成熟，但投資大。目前國(guó)內(nèi)在制作大型常規(guī)苛化設(shè)備已有所突破，現(xiàn)在永豐紙業(yè)最大澄清器的直徑已達(dá)22 m(24 m的在建)，在傳動(dòng)設(shè)備及筒體上可分開(kāi)供貨，但一定要選擇穩(wěn)定可靠的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

4.3 國(guó)內(nèi)壓力苛化設(shè)備生產(chǎn)廠家在消化吸收國(guó)外技術(shù)的同時(shí)，自身也在積極探索突破，基本解決了利用100%外來(lái)石灰進(jìn)行生產(chǎn)的難題，控制系統(tǒng)做得也較為成功。在其實(shí)際運(yùn)行中尚存在過(guò)量灰不能太高、苛

化度難以突破82%、操作溫度不能過(guò)低、濾套更換頻繁、配套設(shè)備要求較為苛刻等問(wèn)題需要進(jìn)一步研究解決。值得一提的是，竹漿、草類(lèi)漿的硅含量過(guò)高會(huì)影響過(guò)濾性能。

4.4 在堿回收系統(tǒng)中，堿回收爐是核心工藝設(shè)備，所有的其他工藝設(shè)備均需要據(jù)其運(yùn)行能力選擇規(guī)格，壓力苛化過(guò)濾器在選擇大小時(shí)，進(jìn)料及出料的平衡計(jì)算十分重要，選擇不當(dāng)將影響整體系統(tǒng)的運(yùn)行。除此之外，石灰質(zhì)量的優(yōu)劣、運(yùn)行成本及可操作性的取舍也會(huì)影響到過(guò)濾器的選擇。竹漿廠使用壓力苛化的成功經(jīng)驗(yàn)，為國(guó)內(nèi)苛化設(shè)備的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了良好案例。

4.5 壓力過(guò)濾器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的澄清度高，為紙漿蒸煮提供良好的條件，對(duì)有石灰回轉(zhuǎn)窯的紙廠提供極為有利的白泥質(zhì)量(主要針對(duì)木漿，竹漿應(yīng)用上還需進(jìn)一步拓展)。雖然生產(chǎn)調(diào)節(jié)幅度不大，但可以通過(guò)設(shè)計(jì)較長(zhǎng)或較多的過(guò)濾單元進(jìn)行避免。在國(guó)內(nèi)日照森博公司、青州造紙廠、云南云景紙業(yè)、廣西南寧鳳凰紙業(yè)、佳木斯紙業(yè)、赤天化紙業(yè)、四川永豐紙業(yè)、四川瀘州銀鴿紙業(yè)等已經(jīng)有成功運(yùn)行的案例。盤(pán)式壓力過(guò)濾器相較管式壓力過(guò)濾器而言，投資大，占地少，維護(hù)成本低，操作簡(jiǎn)便，推薦在20萬(wàn)t/a以上漿廠使用，更實(shí)用于木漿，硅含量始終會(huì)影響其過(guò)濾的連續(xù)性。目前新的技術(shù)是在過(guò)濾浮液中加入進(jìn)口高分子助濾劑，從試用來(lái)看，效果尚可，感興趣的廠家可以在成本及收益平衡后多一個(gè)選擇。

4.6 苛化段壓力過(guò)濾的工藝、設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中已取得了很大的成效，但與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有差距，需在今后的研發(fā)和運(yùn)營(yíng)中進(jìn)一步探討。

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(責(zé)任編輯：馬 忻)

Application of Pressure Causticizing in Bamboo Pulp Mill

WEI Xue-bin

(SichuanYongfengPaperJointStockCo.,Ltd.,Muchuan,SichuanProvince, 614500)

In this paper, the author seviewed the story of the introduction of pressure causticizing process from abroad and introduced the experience of its application and improcement in bamboo pulp production.

pressure causticizing; baboo pulp; use

魏彐彬先生；從事過(guò)紙機(jī)抄造、技術(shù)研發(fā)、工程建設(shè)、車(chē)間管理、經(jīng)營(yíng)管理等工作。

2017- 04- 18(修改稿)

TS762

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.08.013