節能型真空圓網衛生紙機關鍵技術

毛世秀 濰坊凱信機械有限公司

節能型真空圓網衛生紙機關鍵技術

Key Technologies of Energy Saving Vacuum Cylinder Tissue Machine

毛世秀 濰坊凱信機械有限公司

1 前言

自20世紀80年代我國引入真空圓網衛生紙機，經過國內紙機制造商們不斷的技術改進與創新，已在衛生紙生產中發揮了許多獨特優勢，如產能適中、產品品種變換靈活、能耗較低等，同時紙頁的柔軟度、松厚度等性能指標也得到了很大提高。據統計，目前國內生活用紙產能約1/3來自于車速在1,000m/min以內的真空圓網紙機。

圖1 HC真空圓網衛生紙機

2 節能型真空圓網衛生紙機關鍵技術

2.1 紙機的選型和定位

紙機的選型和定位很重要，要立足企業需求，考慮產能與能耗的匹配等來確定合適機型、車速、幅寬及整體配置，這是節能措施的第一步。

目前國內發展較為成熟的真空圓網紙機比較適合以下幾種情況：①中小企業淘汰低速落后產能，進行設備更新和產品升級；②企業擴大產能，開發新產品；③新進入生活用紙行業的企業選擇紙機。

本文以年產3萬t高檔生活用紙項目為例，介紹紙機的選型。首先根據用戶的基本需求（如漿料種類、產品品種、產能、投資總額等）來推薦機型和配置。經綜合考慮，初步確定2條真空圓網紙機較為合適。1臺紙機年產能（100%效率時的理論總產量）為1.5萬t/a，日產能45t/d＝1.44×定量×幅寬×車速×（1-起皺率）/1,000，定量、幅寬根據市場需求和后加工設備來確定。其次確定總體技術方案，包括工藝流程、紙機設備配置及控制要求、主要能耗、公用工程（水、電、汽、氣）等。最后根據總產能分2條HC1100生產線，設計造紙車間（2臺紙機共用一套打漿系統）、后加工車間、配套公用工程、輔助生產設施（機修車間、成品庫、化工原材料庫）、辦公生活區等。

2.2 成形與脫水工段

成形段與脫水段的合理設計是有效節能的關鍵。這兩個工段的設計目的是能夠保證漿料均勻布漿和漿流穩定，從而實現紙頁的良好成形，在實現脫水效率最大化的同時，減少漿料損失，提高留著率，來降低紙機流送系統的電量消耗。以下幾個部位、部件是設計過程中的關鍵。

2.2.1 水力式流漿箱

流漿箱是紙機的關鍵部位，水力式流漿箱在設計時采用內置分散劑加入與導流板相結合的成形方式，使得漿料與分散劑能夠充分混合，從而保證了紙頁的勻度。布漿器錐形總管布漿，一定長度的過渡管以消除漿流的不穩定性，等壓原理設計的錐管，孔板設計均布漿流，與漿流流速合適的孔徑，進漿為鋸齒形，以避免掛漿。等壓原理設計的分散劑管保證了分散劑在整個橫幅方向的均勻加入，從而降低了分散劑的用量。來自分散管的分散劑以合適的流速通過擾流棒表面的孔加入并與通過孔板的漿流混合，再經過擾流棒兩側的導流板的剪切作用，充分均勻混合，并保持合適的流速以降低分散劑的用量。擴縮流道通過收縮、擴散、加速、減速，使漿料在橫幅方向上得到速度均一的漿流，保持微湍流的流體形態噴向唇口。

圖2 流漿箱主要構成

由上唇板與下唇板構成的下唇口調節裝置，下唇板采用螺釘壓頂來改變唇口的大小從而調節橫幅定量差，而上唇板則是通過一套蝸輪蝸桿機構，進一步勻整漿流，并且根據車速、定量、漿濃等來改變下唇口大小，以控制漿料噴出前的厚度。氣胎補償裝置通過氣囊的緩沖作用來提供一個柔性緩沖量，根據漿液的沖擊力進行自動微調整，保證漿料均勻上網。上唇口的大小通過一套螺旋升降機構來調節，通過唇口微調裝置來精調橫幅定量差，調節橫幅紙頁縱、橫向的拉力比。

水力式流漿箱的結構特點：①合理的布漿方式，采用錐管進漿和先進的孔板設計，保證漿流穩定，橫幅均勻分布。②控制回流量，降低沖漿泵的功率從而降低能耗。③分散劑的加入方式和位置，可以保證分散劑的均勻加入，使分散劑與漿料充分混合，保持合適的流速以降低分散劑的用量。④擴縮流道的設計，使漿料經過多次的收縮和擴散、加速和減速，保證整個橫幅方向的漿流速度均勻，以微湍流的狀態噴向唇口。⑤結構合理，操作方便。擴縮流道的后唇板可以用氣缸打開便于清洗，上、下唇口的調節裝置方便調節橫幅定量，氣胎補償裝置，通過氣囊的緩沖作用來提供一個柔性緩沖量，根據漿液的沖擊力進行自動微調整，保證漿料均勻上網。

2.2.2 真空網籠

真空網籠由網籠殼體和真空匣體組成，由流漿箱噴出的漿料以一定的流速和濃度進入第一真空室，流漿箱弧形板與真空網籠表面形成楔形成形區，在壓力及真空的雙重作用下脫水成形，再進入第二真空室即真空網籠與毛毯形成的脫水區，在真空作用下繼續脫水，大量的水分通過真空抽吸作用，氣水分離后經排水腿排入網下白水池，來不及抽走的在真空網籠殼體階梯孔內的水分經過第三真空室消音后通過離心力作用甩出，在擋水板作用下排入白水池，濕紙頁在第三真空室經伏輥預壓后進入壓榨部。

圖3 真空網籠剖視圖

真空網籠結構特點：①真空網籠殼體設計較大的開孔率，提高了脫水效率及容水空間，并且大大減小了脫水阻力。②三個真空室的設計，通過壓力和真空抽吸的作用，大大提高了脫水率，提高了出真空網籠的濕紙頁干度，能夠適應較高車速的要求。③表面包覆的雙層不銹鋼網，可提高纖維留著率，減少漿料損失。

2.2.3 真空壓榨裝置

真空壓榨裝置是衛生紙機上主要的脫水裝置，在滿足成紙性能的前提下要盡可能發揮壓榨的作用，提高紙頁出壓榨區的干度，減小干燥負荷。

真空壓榨裝置由真空托輥、加壓裝置和承水盤組成。壓榨部也有外加一只盲孔托輥壓榨作為第二道壓榨的配置，以提高紙頁進入揚克缸時的干度，但此裝置會影響紙頁的松厚度和柔軟度。選用一道或兩道壓榨主要是考慮最后紙頁的柔軟度，因為柔軟度是生活用紙一個重要的性能參數，很大程度上取決于壓榨過程，以及紙頁在后續過程中受到的壓緊作用，當然影響紙頁柔軟度的因素還有其他方面，比如纖維質量、打漿度、化學添加劑的使用、起皺類型、揚克缸的表面涂層等。

圖4 真空壓榨裝置

圖5 真空托輥

真空托輥合理的抽吸角度，保證紙頁能夠有效脫水。良好的密封效果可以降低抽吸量，從而降低能耗。包覆層采用聚氨酯，綜合考慮線壓力和壓強的關系，確定合適的硬度，輥面采用通孔加溝紋的開孔形式，接近40%的開孔率，保證較大容水空間，提高進缸干度。托輥表面覆層為熱粘彈性材料，工作時與缸面接觸形成具有一定寬度的壓區，通過對各種工況下的壓區進行分析研究，總結出一套與實際工況更接近的壓區面載荷的計算方法。

加壓裝置包括壓臂和氣胎，線載荷80～90KN/m，加壓方式為特殊的氣動加壓方式，利用液體的不可壓縮性，保證氣胎的加壓相對穩定，不易產生振動，從而保證脫水壓力均勻。

圖6 加壓裝置

圖7 承水盤

壓榨區域水量較大，除了由真空輥的真空作用排掉一部分，還有大部分的水是被甩到承水盤中再被排走，承水盤的設計采用雙重刮水板結構，有效防止真空托輥甩出的水又重新回到毛毯上，從而提高進托輥紙頁的干度。

2.3 先進的干燥技術

衛生紙的干燥技術本質上就是熱傳導和對流的過程。經過多年在涂布機、氣墊干燥漿板機、特種紙及非織造布等產品上的研發和創新實踐，像涂布機的調節橫幅水分3D干燥技術，氣墊干燥漿板機上可將耗汽量降到1.1t/t漿板的氣浮干燥、熱風密閉循環和熱回收系統等，這些成熟的技術都可以在衛生紙機上得到充分應用和進一步優化。

紙機干燥部節能設計的重點是：高蒸發速率有效蒸發水分；保證溫度和壓力的均勻，降低紙頁橫幅水分差；附屬設備配置合理，以降低能耗。

衛生紙機的干燥部包括揚克烘缸、揚克氣罩以及附屬的蒸汽冷凝水系統和熱風系統。目前衛生紙機的干燥部廣泛采用鋼制揚克烘缸干燥，其熱效率和安全性高。揚克氣罩的結構設計要保證其不變形，氣罩結構本體在受熱膨脹時不發生變形或產生過大應力。風嘴距離紙面越近，干燥效果越明顯，吹風面與揚克缸和表面之間的間隙要盡可能小，風嘴設計獨特，采用圓形結構特殊設計，保證整個氣罩內氣流分布均勻和熱傳導效果良好，熱效率高，風阻低。高效熱風氣罩通過風門調節紙機橫幅方向分區的氣流，使風嘴在紙頁橫幅上噴出的熱風風速相同，風嘴在揚克缸圓周上要均勻分布，風嘴間距的選擇要便于空氣流動通暢。

熱風系統采用先進的熱回收技術，充分利用尾氣熱能來預熱新空氣。系統合理的布局，循環風道以及吹風箱內采用合適的風速以減小整個熱風系統的阻力，降低送、排風機的功率，系統內設計有過濾器，可定時抽出清洗，防止紙毛等堵塞加熱器后影響加熱效率和可能造成整個系統阻力加大而增加風機負荷。

2#

2.5Bar飽和水空氣過濾器

排風

TI

TI

TI

來自 閃蒸罐進入冷凝水槽

冷凝水蒸汽

風管

溫度計

新風混合蒸汽加熱器

5Bar飽和蒸汽

蒸汽加熱器

9Bar飽和蒸汽

循環風扇

熱交換器

進入2#閃蒸罐

TI

軟連接風閥

TI

進入2#閃蒸罐

排風扇

TI

圖8 風嘴

烘缸

圖11 熱風系統

圖9 高效熱風氣罩

蒸汽冷凝水系統采用三段熱回收技術，既能保證烘缸最大效率工作，又能充分利用了蒸汽熱能，減小蒸汽消耗。以HC-1100真空圓網衛生紙機為例，實際檢測一下熱回收系統。紙機參數：漿料為全木漿，長纖30%～40%，短纖

60%～70%，設計車速1,100m/min，幅寬2,850mm。在運行車速為950m/min，定量15g/m2，起皺率20%時，經現場測算，氣-氣余熱回收裝置每小時可回收17.28萬Kcal（約0.35t蒸汽）的熱量，而由于增加氣-氣余熱回收裝置后增加的電耗僅為6kWh/h（余熱回收裝置會增加氣體流動阻力使電能負荷隨之增加）。

2.4 主關鍵部件的制造加工控制

好的設計需要高水平的加工質量來保證，而加工質量需要完善的工藝體系、質量體系控制、檢驗標準等來保證，最終才能實現完美的產品品質。反映到紙機上就是運行穩定可靠，設備效率提高，實現節能。

3 結語

真空圓網紙機在一些關鍵技術上仍有創新和發展空間，如漿料的多種適應性（回收纖維、草漿等）、降低能耗、提高車速等方面。紙機制造商需與生活用紙生產企業加強合作，實現共同發展。

智能化與裝備制造需結合起來，充分進行數據分析和利用，進一步發展創新智能化衛生紙機系統。

圖10 蒸汽冷凝水系統

（李智斌整理）