衛(wèi)生紙機(jī)真空系統(tǒng)節(jié)能及系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

楊鳳輝 芬蘭蘭泰克系統(tǒng)有限公司

簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，造紙過(guò)程就是一個(gè)脫水過(guò)程，因?yàn)閺臐{到最終的紙或紙板，含水量將從99%減少到10%以下。如今，真空系統(tǒng)在造紙脫水過(guò)程中扮演著重要角色，如排水、紙幅處理、毛毯洗滌等。蘭泰克抓住這一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，研發(fā)了一成套的脫水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化解決方案。蘭泰克系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)體現(xiàn)在三個(gè)方面：真空系統(tǒng)、刮刀和脫水系統(tǒng)以及在線脫水測(cè)量系統(tǒng)。

圖1 蘭泰克系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

1 真空系統(tǒng)及脫水問(wèn)題分析

1.1 衛(wèi)生紙機(jī)脫水常見(jiàn)問(wèn)題

1）局部真空過(guò)高導(dǎo)致成形網(wǎng)、毛毯負(fù)載大，磨損大；

2）真空壓榨輥及刮刀配置不合理導(dǎo)致脫水效果差，紙幅進(jìn)揚(yáng)克缸干度低；

3）汽水分離器配置和管道連接不合理導(dǎo)致系統(tǒng)中產(chǎn)生大量泡沫，化學(xué)品消耗高；真空管道真空度損失大，導(dǎo)致真空能耗高；

4）噴淋水溫度低，噴嘴方向、角度設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致成形網(wǎng)、毛毯清洗效果差，脫水效果差，紙幅成形效果差；

5）無(wú)精確脫水流量計(jì)導(dǎo)致只能依靠經(jīng)驗(yàn)采用高真空度脫水，真空能耗高。

1.2 衛(wèi)生紙機(jī)真空系統(tǒng)運(yùn)行效率影響因素

1）設(shè)備選型

高效率的真空系統(tǒng)設(shè)備能極大減少真空系統(tǒng)能耗；

傳動(dòng)損失盡可能少。

2）工藝優(yōu)化

真空系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)合理化，盡可能降低壓損；

自動(dòng)控制提高操作效率；

合理真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

合理刮刀脫水與計(jì)量配置；

工藝條件優(yōu)化（漿料、工藝水、真空等）；

供給側(cè)（真空設(shè)備）和使用側(cè)（紙機(jī)網(wǎng)部、壓榨部）都要考慮到，以上兩部分對(duì)紙機(jī)真空系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響基本上各占50%，因此設(shè)備與工藝優(yōu)化是衛(wèi)生紙機(jī)真空系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 真空系統(tǒng)

2.1 衛(wèi)生紙機(jī)常用真空系統(tǒng)發(fā)展歷程

紙機(jī)真空系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)歷了水環(huán)泵技術(shù)（第一代）、傳統(tǒng)透平機(jī)技術(shù)（第二代）和變速透平機(jī)技術(shù)（第三代），如圖2。

第一代水環(huán)泵技術(shù)，發(fā)明于1900年，現(xiàn)在世界上仍有90%以上的紙機(jī)使用該技術(shù)。

第二代定速透平機(jī)技術(shù)，發(fā)明于70年前，相比水環(huán)泵技術(shù)，汽水分離充分，無(wú)需密封水，抽真空效率較水環(huán)泵技術(shù)要高20%～30%。依據(jù)抽真空級(jí)數(shù)，市場(chǎng)上的第二代透平機(jī)又可分為單級(jí)透平機(jī)和多級(jí)透平機(jī)。

第三代變速透平機(jī)技術(shù)，芬蘭蘭泰克公司于1999年成功投入市場(chǎng)。相比第一代真空系統(tǒng)技術(shù)，變速透平機(jī)技術(shù)可進(jìn)一步節(jié)能30%～70%；相比第二代傳統(tǒng)透平機(jī)技術(shù)，變速透平機(jī)技術(shù)憑借變頻控制可進(jìn)一步節(jié)能20%～30%。變速透平機(jī)技術(shù)相比第一代和第二代技術(shù)，由于對(duì)真空度和抽氣量可以根據(jù)紙機(jī)實(shí)際生產(chǎn)狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以可以顯著地改善真空系統(tǒng)控制，同時(shí)提高紙機(jī)運(yùn)行性能和運(yùn)行效率。

圖2 真空系統(tǒng)發(fā)展歷程

2.2 蘭泰克真空系統(tǒng)技術(shù)性能

與傳統(tǒng)的水環(huán)泵和單/多級(jí)透平機(jī)相比，Ecopump變速透平機(jī)根據(jù)紙機(jī)不同運(yùn)行條件設(shè)定透平機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)滿足紙機(jī)不同工況下動(dòng)態(tài)的抽氣量和真空度需求，從而帶來(lái)顯著的節(jié)能和節(jié)水。三種真空系統(tǒng)設(shè)備的性能曲線比較如圖3。

Ecopump變速透平機(jī)在曲面范圍內(nèi)運(yùn)行，表示它可以在圖3中全部紅色斜線區(qū)域內(nèi)提供變化的真空度和流量，然而水環(huán)泵與定速透平機(jī)都只能在極其有限的兩條曲線上運(yùn)行（提供曲線上對(duì)應(yīng)的真空度和流量）。在實(shí)際生產(chǎn)中，真空度和流量需求當(dāng)然不可能完全契合這兩條曲線上的數(shù)值。由于在水環(huán)泵綠線右側(cè)或定速透平機(jī)藍(lán)線上邊表示超出它們的性能（過(guò)載），所以實(shí)際需要常常都是在綠線左側(cè)或藍(lán)線下側(cè)，而這些數(shù)值因?yàn)椴辉诹髁壳€上，所以就很清楚地意味著能源浪費(fèi)（供過(guò)于求）。

圖3 水環(huán)泵、定速透平機(jī)及變速透平機(jī)運(yùn)行曲線

在紙機(jī)真空系統(tǒng)方面，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)衛(wèi)生紙噸紙能耗在100～150kWh左右（隨紙機(jī)產(chǎn)能和紙張定量等變化而變化），占整個(gè)紙機(jī)能耗的30%以上。采用蘭泰克真空系統(tǒng)優(yōu)化后，最佳應(yīng)用案例為：衛(wèi)生紙噸紙能耗約為60～90kWh，節(jié)能超過(guò)50%。

圖4 衛(wèi)生紙機(jī)真空系統(tǒng)能耗行業(yè)對(duì)標(biāo)

2.3 Ecopump變速透平機(jī)特點(diǎn)

◆ 提高紙機(jī)運(yùn)行性及效率；

◆ 節(jié)能30%～70%的真空系統(tǒng)，投資回收期1～2年；

◆ 完全釋放紙機(jī)供應(yīng)商因“過(guò)度設(shè)計(jì)”所產(chǎn)生的節(jié)能潛力；

◆ 相比水環(huán)泵，無(wú)密封水要求。無(wú)需冷卻塔/消音池及水處理費(fèi)用；

◆ 施工及運(yùn)行費(fèi)用低；

◆ 安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，改造項(xiàng)目可在紙機(jī)停機(jī)甚至運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。

圖5 Ecopump變速透平機(jī)

衛(wèi)生紙機(jī)真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化過(guò)程，對(duì)于新紙機(jī)來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)時(shí)就直接設(shè)計(jì)好并安裝即可。對(duì)于現(xiàn)有紙機(jī)改造，也很方便，直接在舊真空泵邊上另設(shè)計(jì)，舊真空系統(tǒng)可以留在原地，作為備份。

圖6 新紙機(jī)真空系統(tǒng)安裝和舊紙機(jī)真空系統(tǒng)改造

3 衛(wèi)生紙機(jī)脫水測(cè)量系統(tǒng)

目前，絕大多數(shù)紙機(jī)都沒(méi)有配備準(zhǔn)確、可靠的網(wǎng)壓部脫水計(jì)量系統(tǒng)，少數(shù)紙機(jī)配備的是傳統(tǒng)的電磁式流量計(jì)，而電磁式流量計(jì)往往由于受到測(cè)量條件的限制無(wú)法準(zhǔn)確反映實(shí)際脫水量，也就無(wú)法為真空調(diào)節(jié)提供真實(shí)有效的依據(jù)。芬蘭蘭泰克公司的Ecoflow在線脫水測(cè)量系統(tǒng)，其采用重力原理巧妙測(cè)量紙機(jī)各關(guān)鍵脫水點(diǎn)的脫水量，相比傳統(tǒng)的電磁式流量計(jì)，Ecoflow能最大限度地避免水中氣泡、纖維以及其他因素對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，從而顯著提高脫水測(cè)量準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵脫水點(diǎn)的精確測(cè)量，使用Ecoflow作為輔助工具來(lái)調(diào)節(jié)紙機(jī)關(guān)鍵脫水點(diǎn)的真空度，可以優(yōu)化真空度，合理化毛毯選型，最終提高紙機(jī)運(yùn)行效率。

圖7 Ecoflow在線脫水測(cè)量系統(tǒng)

圖8 衛(wèi)生紙機(jī)關(guān)鍵脫水點(diǎn)檢測(cè)安裝位置（左為BF型，右為新月型）

圖9 舉例說(shuō)明了利用Ecoflow在線脫水測(cè)量如何優(yōu)化最佳毛毯吸水箱真空度。紙機(jī)壓部的脫水量是毛毯吸水箱脫水和壓區(qū)脫水的總和，它們的脫水量可通過(guò)測(cè)量毛毯吸水箱汽水分離器水腿及壓區(qū)接水盤(pán)脫水量獲得。從圖9可以看出，隨著真空度的提高，毛毯吸水箱的脫水量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而接水盤(pán)的脫水量卻逐漸降低，總脫水量也呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)。當(dāng)毛毯吸水箱真空度為-30kPa時(shí)，總脫水量達(dá)到最大為1,625L/min，實(shí)現(xiàn)最佳的脫水效果。此真空度即為該紙機(jī)該抽吸點(diǎn)在這一運(yùn)行條件下的最佳真空度。由此可見(jiàn)，壓區(qū)脫水對(duì)壓部總脫水量起到主導(dǎo)性的作用，在某些情況下甚至可以關(guān)閉部分毛毯吸水箱以實(shí)現(xiàn)最佳的壓區(qū)脫水并提高出壓區(qū)干度。

圖9 毛毯吸水箱真空度對(duì)壓部脫水量的影響

另外還可以借助Ecoflow優(yōu)化毛毯選型。從圖10可以看出，采用左邊的毛毯，45天內(nèi)，脫水效果較好，脫水量穩(wěn)定。而45天后更換了毛毯之后，脫水效果不好，脫水量降低。由此可以根據(jù)Ecoflow系統(tǒng)來(lái)選定左邊的毛毯。

圖10 不同毛毯對(duì)壓部脫水量的影響

借助Ecoflow還可以優(yōu)化紙機(jī)運(yùn)行性能。從圖11看出，更換毛毯后，0～5天內(nèi)斷紙非常頻繁，影響生產(chǎn)效率。降低真空度或者關(guān)掉幾個(gè)吸水箱后，斷紙次數(shù)明顯減少，脫水量也增大了。由此可以優(yōu)化紙機(jī)運(yùn)行性能，提高生產(chǎn)效率。

圖11 毛毯真空度對(duì)運(yùn)行性能的的影響

4 衛(wèi)生紙機(jī)刮刀及接水盤(pán)系統(tǒng)

干燥部蒸汽消耗過(guò)高和紙機(jī)運(yùn)行效率低的問(wèn)題也困擾著很多的造紙企業(yè)，最主要的原因?yàn)椋杭埛鰤翰扛啥鹊?，容易造成斷紙和干燥部蒸汽消耗過(guò)高。當(dāng)刮刀和接水盤(pán)效果不佳時(shí)，則進(jìn)一步加劇了這一現(xiàn)象。刮刀性能差使得壓部脫除的水無(wú)法全部刮除，最終回到毛毯和紙幅造成回濕；接水盤(pán)效果差使得壓區(qū)脫除的水無(wú)法被全部收集，最終回到毛毯和紙幅，還會(huì)造成臟物在接水盤(pán)下表面積聚并最終掉落到毛毯造成斷紙。所以最大限度刮除和接收真空壓榨輥脫除的水，從而減少紙幅回濕，提升紙幅進(jìn)揚(yáng)克缸干度，實(shí)現(xiàn)能耗節(jié)約和產(chǎn)能提高。

芬蘭蘭泰克AirBlade空氣刮刀技術(shù)及接水盤(pán)系統(tǒng)，借助壓縮空氣的原理，從根本上解決溝紋輥或盲孔輥脫水效率低以及回濕等問(wèn)題，極大提高壓部脫水效率。

圖12 蘭泰克刮刀及接水盤(pán)系統(tǒng)

5 蘭泰克系統(tǒng)優(yōu)化理念

以芬蘭蘭泰克系統(tǒng)優(yōu)化為例，真空系統(tǒng)采用變頻控制，可根據(jù)紙機(jī)不同運(yùn)行條件設(shè)定透平機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)滿足紙機(jī)不同工況下動(dòng)態(tài)的抽氣量和真空度需求，刮刀與接水盤(pán)可最大限度接收和脫除壓區(qū)脫除的水，降低毛毯和紙幅回濕。在線脫水測(cè)量系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)及準(zhǔn)確的脫水?dāng)?shù)據(jù)，作為輔助工具用來(lái)調(diào)節(jié)紙機(jī)關(guān)鍵脫水點(diǎn)的真空度。變頻透平機(jī)、刮刀和接水盤(pán)，及在線脫水測(cè)量三者協(xié)同作用，達(dá)到在最大化紙機(jī)運(yùn)行性的同時(shí)，最小化真空系統(tǒng)能耗的效果。三者結(jié)合對(duì)紙機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖13。

圖13 蘭泰克系統(tǒng)優(yōu)化理念

6 結(jié)論

系統(tǒng)優(yōu)化=紙機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行收益最大化：

◆ 網(wǎng)部及壓榨部真空系統(tǒng)合理配置，有助于降低真空系統(tǒng)能耗，減少成形網(wǎng)及毛毯的負(fù)載和磨損，延長(zhǎng)成形網(wǎng)和毛毯使用壽命。同時(shí)，成形網(wǎng)和毛毯傳動(dòng)負(fù)載也會(huì)降低，從而節(jié)約傳動(dòng)電耗。

◆ Ecoflow在線脫水測(cè)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)脫水點(diǎn)脫水量，通過(guò)Ecopump變速透平機(jī)方便地調(diào)節(jié)紙機(jī)真空系統(tǒng)，借助Ecoflow脫水量反饋即可找到最合理的真空配置以達(dá)到脫水量最大化。

◆ 刮刀和接水盤(pán)作為最直接的脫、排水工具，合理、高效的刮刀和接水盤(pán)可確保高效脫、排水，以及最小化的紙幅回濕。真空、刮刀、脫水及脫水測(cè)量之間互相促進(jìn)，從而達(dá)到提高壓榨后干度、提高產(chǎn)能以及提高紙機(jī)運(yùn)行性的系統(tǒng)優(yōu)化效果。

◆ 另外，合理的真空和脫水配置也為快速開(kāi)機(jī)以及優(yōu)化毛毯選型，提升紙機(jī)運(yùn)行性能創(chuàng)造良好條件。

7 蘭泰克真空系統(tǒng)在生活用紙行業(yè)案例

表1 蘭泰克真空系統(tǒng)改造案例（國(guó)外）

表2 蘭泰克真空系統(tǒng)案例（國(guó)內(nèi)）