毛世秀 潍坊凯信机械有限公司

节能型真空圆网卫生纸机关键技术

Key Technologies of Energy Saving Vacuum Cylinder Tissue Machine

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1 前言

自20世纪80年代我国引入真空圆网卫生纸机，经过国内纸机制造商们不断的技术改进与创新，已在卫生纸生产中发挥了许多独特优势，如产能适中、产品品种变换灵活、能耗较低等，同时纸页的柔软度、松厚度等性能指标也得到了很大提高。据统计，目前国内生活用纸产能约1/3来自于车速在1,000m/min以内的真空圆网纸机。

图1 HC真空圆网卫生纸机

2 节能型真空圆网卫生纸机关键技术

2.1 纸机的选型和定位

纸机的选型和定位很重要，要立足企业需求，考虑产能与能耗的匹配等来确定合适机型、车速、幅宽及整体配置，这是节能措施的第一步。

目前国内发展较为成熟的真空圆网纸机比较适合以下几种情况：①中小企业淘汰低速落后产能，进行设备更新和产品升级；②企业扩大产能，开发新产品；③新进入生活用纸行业的企业选择纸机。

本文以年产3万t高档生活用纸项目为例，介绍纸机的选型。首先根据用户的基本需求（如浆料种类、产品品种、产能、投资总额等）来推荐机型和配置。经综合考虑，初步确定2条真空圆网纸机较为合适。1台纸机年产能（100%效率时的理论总产量）为1.5万t/a，日产能45t/d＝1.44×定量×幅宽×车速×（1-起皱率）/1,000，定量、幅宽根据市场需求和后加工设备来确定。其次确定总体技术方案，包括工艺流程、纸机设备配置及控制要求、主要能耗、公用工程（水、电、汽、气）等。最后根据总产能分2条HC1100生产线，设计造纸车间（2台纸机共用一套打浆系统）、后加工车间、配套公用工程、辅助生产设施（机修车间、成品库、化工原材料库）、办公生活区等。

2.2 成形与脱水工段

成形段与脱水段的合理设计是有效节能的关键。这两个工段的设计目的是能够保证浆料均匀布浆和浆流稳定，从而实现纸页的良好成形，在实现脱水效率最大化的同时，减少浆料损失，提高留着率，来降低纸机流送系统的电量消耗。以下几个部位、部件是设计过程中的关键。

2.2.1 水力式流浆箱

流浆箱是纸机的关键部位，水力式流浆箱在设计时采用内置分散剂加入与导流板相结合的成形方式，使得浆料与分散剂能够充分混合，从而保证了纸页的匀度。布浆器锥形总管布浆，一定长度的过渡管以消除浆流的不稳定性，等压原理设计的锥管，孔板设计均布浆流，与浆流流速合适的孔径，进浆为锯齿形，以避免挂浆。等压原理设计的分散剂管保证了分散剂在整个横幅方向的均匀加入，从而降低了分散剂的用量。来自分散管的分散剂以合适的流速通过扰流棒表面的孔加入并与通过孔板的浆流混合，再经过扰流棒两侧的导流板的剪切作用，充分均匀混合，并保持合适的流速以降低分散剂的用量。扩缩流道通过收缩、扩散、加速、减速，使浆料在横幅方向上得到速度均一的浆流，保持微湍流的流体形态喷向唇口。

图2 流浆箱主要构成

由上唇板与下唇板构成的下唇口调节装置，下唇板采用螺钉压顶来改变唇口的大小从而调节横幅定量差，而上唇板则是通过一套蜗轮蜗杆机构，进一步匀整浆流，并且根据车速、定量、浆浓等来改变下唇口大小，以控制浆料喷出前的厚度。气胎补偿装置通过气囊的缓冲作用来提供一个柔性缓冲量，根据浆液的冲击力进行自动微调整，保证浆料均匀上网。上唇口的大小通过一套螺旋升降机构来调节，通过唇口微调装置来精调横幅定量差，调节横幅纸页纵、横向的拉力比。

水力式流浆箱的结构特点：①合理的布浆方式，采用锥管进浆和先进的孔板设计，保证浆流稳定，横幅均匀分布。②控制回流量，降低冲浆泵的功率从而降低能耗。③分散剂的加入方式和位置，可以保证分散剂的均匀加入，使分散剂与浆料充分混合，保持合适的流速以降低分散剂的用量。④扩缩流道的设计，使浆料经过多次的收缩和扩散、加速和减速，保证整个横幅方向的浆流速度均匀，以微湍流的状态喷向唇口。⑤结构合理，操作方便。扩缩流道的后唇板可以用气缸打开便于清洗，上、下唇口的调节装置方便调节横幅定量，气胎补偿装置，通过气囊的缓冲作用来提供一个柔性缓冲量，根据浆液的冲击力进行自动微调整，保证浆料均匀上网。

2.2.2 真空网笼

真空网笼由网笼壳体和真空匣体组成，由流浆箱喷出的浆料以一定的流速和浓度进入第一真空室，流浆箱弧形板与真空网笼表面形成楔形成形区，在压力及真空的双重作用下脱水成形，再进入第二真空室即真空网笼与毛毯形成的脱水区，在真空作用下继续脱水，大量的水分通过真空抽吸作用，气水分离后经排水腿排入网下白水池，来不及抽走的在真空网笼壳体阶梯孔内的水分经过第三真空室消音后通过离心力作用甩出，在挡水板作用下排入白水池，湿纸页在第三真空室经伏辊预压后进入压榨部。

图3 真空网笼剖视图

真空网笼结构特点：①真空网笼壳体设计较大的开孔率，提高了脱水效率及容水空间，并且大大减小了脱水阻力。②三个真空室的设计，通过压力和真空抽吸的作用，大大提高了脱水率，提高了出真空网笼的湿纸页干度，能够适应较高车速的要求。③表面包覆的双层不锈钢网，可提高纤维留着率，减少浆料损失。

2.2.3 真空压榨装置

真空压榨装置是卫生纸机上主要的脱水装置，在满足成纸性能的前提下要尽可能发挥压榨的作用，提高纸页出压榨区的干度，减小干燥负荷。

真空压榨装置由真空托辊、加压装置和承水盘组成。压榨部也有外加一只盲孔托辊压榨作为第二道压榨的配置，以提高纸页进入扬克缸时的干度，但此装置会影响纸页的松厚度和柔软度。选用一道或两道压榨主要是考虑最后纸页的柔软度，因为柔软度是生活用纸一个重要的性能参数，很大程度上取决于压榨过程，以及纸页在后续过程中受到的压紧作用，当然影响纸页柔软度的因素还有其他方面，比如纤维质量、打浆度、化学添加剂的使用、起皱类型、扬克缸的表面涂层等。

图4 真空压榨装置

图5 真空托辊

真空托辊合理的抽吸角度，保证纸页能够有效脱水。良好的密封效果可以降低抽吸量，从而降低能耗。包覆层采用聚氨酯，综合考虑线压力和压强的关系，确定合适的硬度，辊面采用通孔加沟纹的开孔形式，接近40%的开孔率，保证较大容水空间，提高进缸干度。托辊表面覆层为热粘弹性材料，工作时与缸面接触形成具有一定宽度的压区，通过对各种工况下的压区进行分析研究，总结出一套与实际工况更接近的压区面载荷的计算方法。

加压装置包括压臂和气胎，线载荷80～90KN/m，加压方式为特殊的气动加压方式，利用液体的不可压缩性，保证气胎的加压相对稳定，不易产生振动，从而保证脱水压力均匀。

图6 加压装置

图7 承水盘

压榨区域水量较大，除了由真空辊的真空作用排掉一部分，还有大部分的水是被甩到承水盘中再被排走，承水盘的设计采用双重刮水板结构，有效防止真空托辊甩出的水又重新回到毛毯上，从而提高进托辊纸页的干度。

2.3 先进的干燥技术

卫生纸的干燥技术本质上就是热传导和对流的过程。经过多年在涂布机、气垫干燥浆板机、特种纸及非织造布等产品上的研发和创新实践，像涂布机的调节横幅水分3D干燥技术，气垫干燥浆板机上可将耗汽量降到1.1t/t浆板的气浮干燥、热风密闭循环和热回收系统等，这些成熟的技术都可以在卫生纸机上得到充分应用和进一步优化。

纸机干燥部节能设计的重点是：高蒸发速率有效蒸发水分；保证温度和压力的均匀，降低纸页横幅水分差；附属设备配置合理，以降低能耗。

卫生纸机的干燥部包括扬克烘缸、扬克气罩以及附属的蒸汽冷凝水系统和热风系统。目前卫生纸机的干燥部广泛采用钢制扬克烘缸干燥，其热效率和安全性高。扬克气罩的结构设计要保证其不变形，气罩结构本体在受热膨胀时不发生变形或产生过大应力。风嘴距离纸面越近，干燥效果越明显，吹风面与扬克缸和表面之间的间隙要尽可能小，风嘴设计独特，采用圆形结构特殊设计，保证整个气罩内气流分布均匀和热传导效果良好，热效率高，风阻低。高效热风气罩通过风门调节纸机横幅方向分区的气流，使风嘴在纸页横幅上喷出的热风风速相同，风嘴在扬克缸圆周上要均匀分布，风嘴间距的选择要便于空气流动通畅。

热风系统采用先进的热回收技术，充分利用尾气热能来预热新空气。系统合理的布局，循环风道以及吹风箱内采用合适的风速以减小整个热风系统的阻力，降低送、排风机的功率，系统内设计有过滤器，可定时抽出清洗，防止纸毛等堵塞加热器后影响加热效率和可能造成整个系统阻力加大而增加风机负荷。

2#

2.5Bar饱和水空气过滤器

排风

TI

TI

TI

来自 闪蒸罐进入冷凝水槽

冷凝水蒸汽

风管

温度计

新风混合蒸汽加热器

5Bar饱和蒸汽

蒸汽加热器

9Bar饱和蒸汽

循环风扇

热交换器

进入2#闪蒸罐

TI

软连接风阀

TI

进入2#闪蒸罐

排风扇

TI

图8 风嘴

烘缸

图11 热风系统

图9 高效热风气罩

蒸汽冷凝水系统采用三段热回收技术，既能保证烘缸最大效率工作，又能充分利用了蒸汽热能，减小蒸汽消耗。以HC-1100真空圆网卫生纸机为例，实际检测一下热回收系统。纸机参数：浆料为全木浆，长纤30%～40%，短纤

60%～70%，设计车速1,100m/min，幅宽2,850mm。在运行车速为950m/min，定量15g/m2，起皱率20%时，经现场测算，气-气余热回收装置每小时可回收17.28万Kcal（约0.35t蒸汽）的热量，而由于增加气-气余热回收装置后增加的电耗仅为6kWh/h（余热回收装置会增加气体流动阻力使电能负荷随之增加）。

2.4 主关键部件的制造加工控制

好的设计需要高水平的加工质量来保证，而加工质量需要完善的工艺体系、质量体系控制、检验标准等来保证，最终才能实现完美的产品品质。反映到纸机上就是运行稳定可靠，设备效率提高，实现节能。

3 结语

真空圆网纸机在一些关键技术上仍有创新和发展空间，如浆料的多种适应性（回收纤维、草浆等）、降低能耗、提高车速等方面。纸机制造商需与生活用纸生产企业加强合作，实现共同发展。

智能化与装备制造需结合起来，充分进行数据分析和利用，进一步发展创新智能化卫生纸机系统。

图10 蒸汽冷凝水系统

（李智斌整理）