节能减排知识精讲——系列三

作者简介：李彦波，现任职于中国制浆造纸研究院衢州分院，从事制浆造纸工程设计工作20余年，参与过国内近20台纸机生产线设计、改造和调试工作，具有丰富的节能减排技术经验。

节电技术系列3

1、中高浓打浆

提高打浆浓度，可以节省电耗。浆料的浓度对磨浆质量影响甚大，随着磨浆工艺的发展，磨浆浓度可分为低浓磨浆、中浓磨浆和高浓磨浆。一般认为：浆料浓度在10%以下的称为低浓磨浆，10%-20%称为中浓磨浆，20%-30%称为高浓磨浆。低浓磨浆时，刀片与纤维直接作用。高浓磨浆与低浓磨浆的主要区别在于高浓磨浆是依靠纤维之间的相互摩擦作用进行磨浆。低浓磨浆时，由于纤维之间有大量的水分，使纤维相互距离增大，并起着润滑剂的作用，使纤维间的摩擦和挤压作用很少，不足以影响纤维性质，所以低浓磨浆主要是靠刀片直接对纤维进行冲击、剪切、压溃和摩擦，因此，低浓磨浆要求磨盘间隙必须保持单根纤维的左右厚度，才能使纤维受到强烈的作用。但是，由于磨浆设备加工和安装的原因，或磨盘使用过程中所产生的不均匀磨损，都会使磨盘间隙不可能完全一致，在间隙太小处，纤维将受到强烈的压溃和切断。在间隙过大处，纤维受不到必要的磨浆处理。因此，低浓磨浆的均匀性较差，并产生较多的切断。高浓磨浆由于浆料的浓度高，磨盘的间隙较大，高浓磨浆依靠磨盘间浆料纤维的相互摩擦、挤压、揉搓、扭曲等作用磨浆，与此同时产生大量的摩擦热。使浆料软化，有利于纤维的离解。

高浓磨浆过程中纤维的长度下降不大，短纤维和细小纤维碎片减少，打浆度上升不快，滤水性能好。高浓磨浆主要依靠磨盘间浆料纤维的相互摩擦作用磨浆，避免了纤维的过度压溃和切断，纤维长度变化不大，细纤维化程度高，润胀好，成纸强度显著提高，有效除去表皮细胞群落，解决了掉毛糊版的问题。

高浓磨浆的纤维多呈扭曲和卷曲状，具有良好的收缩性能，纸张强韧耐破度高，能大大提高纸张的收缩率和韧性，这对水泥纸袋、卷烟纸、高速轮转印刷纸等要求韧性大的纸种，更有重要意义。但对长纤维浆来说，采用高浓磨浆，纤维不能受到足够的切断，成浆容易絮聚，纤维沉降的速度比较快，不易于保证成纸匀度，另外高浓磨浆动力消耗大，在实际生产中多采用两段磨浆的方法，即在高浓磨浆之后，再经低浓磨浆处理。两段磨浆机能体现高浓磨浆的优点，也能达到低浓均整，提高成纸匀度，节约电力消耗的目的。

有研究采用自制的中浓盘磨机对竹浆处理，其功率为132 kW，主机转速为1480r/min，打浆浓度为8%-10%。竹浆纤维略短，所含杂细胞如石细胞等较多，硬度较高，木素残留量较大。显然，如仍然采用传统的低浓打浆，则会造成纤维易于切碎、成浆质量较差且打浆能耗过大等弊病。较之于低浓打浆，中浓打浆吨浆打浆能耗由低浓打浆时的390 kWh降低到265kWh，降低的幅度为32%，节能效果显著。在打浆至相似的打浆度值时，成浆湿重数值较大，这说明纤维自身长度保留较好，纤维固有强度损失较少，撕裂度的大幅提高，纤维的结合能力大大改善。

2、优化打浆过程

相对于间歇式打浆，连续打浆稳定可靠，无用功少或电机效率高；相对于手动控制，集中控制和自动调节时效性高，控制调节及时有效，指标控制稳定，不因操作人员而波动，容易实现规模化；大型打浆设备生产能力强，电机效率高，单位电耗低

在打浆设备能力不足的情况下有些工厂会采取循环打浆的方式，经磨浆机打半浆进入浆池，再经循环泵送至磨浆机打浆，直至达到既定的合格指标，这种循环打浆方式可以解决打浆设备不足的问题，但是循环打浆的过程造成纸浆不均匀，部分纸浆过度打浆，还有部分纸浆打浆不充分，影响纸机抄造和成纸匀度等指标。研究认为一次成浆的打浆方式在造纸工业生产中能够提高成纸品质、降低打浆电耗，可以通过更换带有挡坝的磨片，以及适当增加盘磨机数量来实现一次成浆。

3、圆筒形浆槽设计

贮浆池的设计与构造和电能消耗关系密切，结构有所差异的螺旋推进器，在浆池中搅拌混合过程的流动状态基本相同，均是无规则的循环流动，但由于浆池的结构不同使循环混合效果有较大的差异。圆筒形浆槽的循环几乎无死角现象，浆料的循环混合效果要优于方形浆池。实践证明，圆筒形浆槽的搅拌混合可保证不低于5%的浆料浓度，如在浆槽结构设计合理和配套搅拌器性能先进且合理匹配的情况下可达到6%浆浓的搅拌混合，比方形浆池搅拌混合2%-3%的浆浓高得多。

4、搅拌器选择标准

在搅拌器结构性能基本确定的情况下，浆槽筒体几何尺寸设计的参数主要有浆槽内浆位与槽体内径的比值（H1/D）、槽体内径与搅拌器叶轮直径的比值（d/D）和浆槽底部结构的设计等几方面。

不同的浆料在不同浓度下，搅拌器的动力消耗量差别很大。贮浆池的搅拌器至少要使60%的浆料在流动，才能搅拌均匀；有些浆料在贮浆池中要求均匀一致，如纸机贮浆池，则须使90%的浆料保持流动状态。因此，必须正确选用效率好的搅拌器和适当的规格。功率太小达不到上述搅拌要求；功率太大既浪费电力又易产生气泡。浆池搅拌根据实际需要采用底部搅拌、慢速搅拌、快速搅拌的不同状态、选配搅拌强度，调整叶轮形状和角度，降低浆池搅拌的能耗。

搅拌器虽可作用到约搅拌器4倍直径的浆位，但需要输入较大的功率，如果片面要求过高的浆位，就会使正常设计配套的搅拌器搅动混合强度不足，使浆料不能达到连续性稳定的混合状态，浆料的波动较大，影响生产的连续稳定性。离搅拌器较远的浆料会存在“低速区”，对“漂浮”倾向较大的浆料，尤其是对尾浆或化机浆，会使悬浮起来的浆料逐渐增多，最终形成一定的“死浆”，这些浆料会腐烂变质而影响浆的质量。如要防止此类现象发生，就要输入较大的功率，其费用就超过了增加浆池容积所得到的效益。如浆位过低，不但降低浆料搅拌混合的效率，而且会浪费电能。根据理论、实践和借鉴国外的浆槽设计经验，最经济的浆位与浆槽内径比值（H1/D）应在0.6-0.8这一范围内，在相同搅拌效果下所需的相对功率见图3。图4说明的是较经济合理的浆位，最低浆位应不低于搅拌器叶轮直径的3/4，否则，不但会影响浆料的循环混合，而且会产生严重的浆料飞溅现象，溅起的浆料吸附在槽壁或顶部死角处，经过一段时间掉入浆槽，易造成尘埃及其他纸病。

图3在相同搅拌效果下所需的相对功率

图4搅拌器直径固定条件下最佳的浆位高度

搅拌器的流量在综合影响因素下对纸浆混合效果的影响非常关键，其流量与搅拌器的直径及其螺旋角度成一定的正比例关系，而搅拌器的功率又与其流量成一定的正比例关系。一般情况下叶轮直径大、转速低，消耗功率大；反之，叶轮直径小、转速高，消耗功率小。叶轮直径大小的选择与浆池的容积、结构和浆槽直径的大小有密切关系，而且与浆种、浆料浓度和温度等因素相关。推进式搅拌器在适应一定黏度流体的搅拌混合中，d/D的比值一般在0.2-0.5，根据造纸行业纸浆的流体特性和实践经验，在5%以下不同浆浓的搅拌混合中，经济适宜的d/D比值应在0.23-0.3的范围内（高浓宜取大值，低浓宜取小值），在此范围可根据浆料的浓度和悬浮特性等因素，对搅拌器设计合适的转速，并选择适宜的叶轮螺旋角或倾斜角度等。

    搅拌器的结构与浆料的混合效率和功率消耗关系密切，且影响因素较多，但在搅拌器结构已定型的情况下，搅拌过程稀释水的加入方式也对搅拌器的混合效率和功率消耗有着重要的影响，搅拌器叶轮角度的调节是保证搅拌器适应性能的关键环节。TJQ2型新型高效节能推进器的三个搅拌叶片和叶片角度都可调节，稀释水从推进器中心轴加入。该推进器具有以下特点：（1）采用鱼类鳍形叶片，可减少阻力和有效地避免由固有频率及其形变和振动所引起的叶片变形，并可减轻磨损等现象。大规格推进器比老式的同规格推进器节能约15%以上。（2）采用中心轴稀释装置，有效地提高了浆料的稀释效率，不但提高了浆池的混合浓度，而且使搅拌器运行更加平稳，延长了设备的使用寿命。（3）叶轮角度可调，适应的浆种和浓度范围比较广，便于设备组件的维修与更换。（4）分体式填料压盖，利于盘根的更换和维护。（5）电机直接安装在托架上，不需另建基础，结构紧凑。（6）搅拌长轴上部配置了导流板，既提高了轴的承载能力，又提高了搅拌效率。

中国制浆造纸研究院衢州分院是个年轻的团队，有朝气，有活力。从事制浆造纸行业的特种纸工艺开发和推广，工程设计和安装，系统的总包和调试，设备研发和制造。参与国内近20台纸机生产线设计、改造和调试工作。

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