竹材“G2”連續蒸煮的運行經驗

劉榮輝 張鼎軍

(貴州赤天化紙業股份有限公司,貴州赤水,564707)

竹材“G2”連續蒸煮的運行經驗

劉榮輝 張鼎軍

(貴州赤天化紙業股份有限公司,貴州赤水,564707)

貴州赤天化紙業年產 20萬 t漂白硫酸鹽竹漿生產線采用“G2”連續蒸煮工藝。針對生產過程中存在的原料質量影響,預浸塔料位控制困難,頂部分離器運行不穩定,蒸煮塔、預浸塔抽提篩板堵塞等問題進行了分析,提出了相應的解決方案和措施。

“G2”連續蒸煮;竹漿;問題及對策

在我國,以竹子為原料進行制漿造紙具有 1700年以上的悠久歷史,竹漿是重要的非木纖維。我國南方擁有豐富的竹資源,近些年來竹漿產業的發展正在進入一個新的高潮。

竹子屬于禾本類,但物理性狀與稻、麥草及蘆葦、棉麻等非木纖維原料有較大的區別,與木材纖維原料有著更為相近的地方。隨著近幾十年的發展,連續蒸煮工藝具有生產連續性強,消耗低,產品質量穩定等優點,目前世界上大型木漿廠,正越來越多地采用連續蒸煮工藝,而我國近十年建成的大型硫酸鹽漿廠絕大多數都選擇了連續蒸煮工藝。由于竹子種類多而雜,料片規整度差以及運輸等原因,原有的竹漿廠規模普遍較小,多采用間歇蒸煮,少部分采用橫管連蒸。隨著我國“林漿紙一體化”模式的推廣和退耕還林政策的實施,竹漿的生產規模正在不斷擴大。貴州赤天化紙業股份有限公司 (以下簡稱赤天化紙業)于 2008年 3月底建成投產了目前世界上單條生產線規模最大、年產 20萬 t的連續蒸煮漂白硫酸鹽竹漿生產線。該蒸煮生產線采用瑞典克瓦納公司 (kvaerner,2008年Metso公司收購 kvaerner漿線業務)的 “G2”雙塔緊湊連續蒸煮工藝。該工藝具有連續、低溫蒸煮、系統啟動迅速、生產消耗低、產品質量穩定等優點。由于竹原料的特殊性,“G2”連續蒸煮工藝在運用于竹漿生產中也出現了很多新問題和挑戰,經過赤天化紙業的生產管理和工程技術人員的共同努力,目前該系統已基本達到設計生產負荷,“G2”連續蒸煮工藝也正在不斷地體現出對竹原料良好的適應性?，F將赤天化紙業“G2”連續蒸煮竹漿生產過程中出現的一些常見、典型問題及采取的對策進行分析總結,以便同行參考。

1 原料的影響和過程處理

1.1 原料雜質的影響和處理

竹子原料在采伐的過程中往往會夾雜著大量的泥沙、石塊等雜質。在原竹的捆扎、運輸、削片和料片堆存、轉運的過程中也會夾帶塑料、鐵釘、鐵絲、鋼絲繩等雜質。由于原竹的運輸成本遠高于竹片的運輸成本,在收購的原料構成中,外購竹片比例遠大于原竹,在這些外購竹片中雜質的含量往往會高于工廠自削竹片。經對比,同量的木片與竹片原料相比,竹片遠比木片中的泥沙、石塊等雜質含量高。而這些重雜質對高壓喂料器等蒸煮設備的磨損非常嚴重,特別是使后續漂白篩選系統設備使用壽命大大縮短。

根據這一情況,赤天化紙業對竹片的購入過程進行嚴格管理,盡可能防止和防范各類雜質的進入。在蒸煮生產前,加強了備料過程對雜質的處理。外購料片經過除鐵器和盤篩以去除金屬雜質和泥沙、石塊等重雜質。在料片的洗滌過程中,增加洗滌水循環量,系統總循環量由最初 1200 m3/h提高至 1800 m3/h,置換外排洗滌水量增加 30%。加強竹片洗滌器上、下部洗滌水配比調整,下部洗滌水量過小,大量的竹片會隨重雜質排出;下部洗滌水量過大,部分重雜質會隨料片進入蒸煮系統。根據系統中重雜質情況,將竹片洗滌器排渣周期調整為 2～5 min/次。為了減少洗滌水隨料片過多進入蒸煮系統而帶入泥沙雜質,對原有通用性刮板運輸機進行專門改造,使其更適用于洗滌竹片的分離和運輸。經過一段時間堆積的竹片比木片更易積集成團,堆比重也高于木片。洗滌后的竹片堆積更為緊密,原設計為洗滌后加一臺電磁除鐵器,但無法將金屬雜質完全去除,特別是位于料片中、下部的金屬雜質?，F改為在洗滌前的兩條皮帶運輸機上分別新增 1臺永磁型除鐵器,通過對比分析(去除重雜質總量),總的金屬重雜質的去除率提高 2倍以上。

1.2 料片規格的影響和處理

料片規格是連續蒸煮竹漿工藝最為重要的影響因素之一,料片規格質量的好壞會嚴重影響系統的穩定運行。竹片的切削備料過程與木片的切削有著較大區別。竹種的不同,直徑的大小、壁厚、水分等都有很大的不同,而這些都會影響削片的質量。針狀片過多,容易造成高壓喂料器的卡塞跳停,會造成預浸塔抽提篩板和蒸煮塔篩板的堵塞,系統生產負荷下降,嚴重時整個蒸煮系統無法連續運行。而針狀片、竹屑過多,不僅降低了原料的有效使用率,而且會增加蒸煮用堿等化學品的消耗,增加生產成本。

針對上述料片規格對蒸煮運行的影響,赤天化紙業進行了大量的對比試驗,通過對削片的有效控制,竹片平均合格率得以提高,針狀片和竹屑含量大幅下降。加強料片供應商加工過程的技術支持,根據不同區域竹種和水分等特性來指導對切片機的刀距、轉速進行合理的調整;要求刀片鋒利,勤于換刀,并提供相應磨刀服務。在赤天化紙業周邊區域發展良種、豐產、速生的適于制漿的大徑竹,將這些大徑竹用于赤天化紙業大型切片機削片。根據對比分析,將原來竹片平均長度提高 20%～50%,使針狀片和竹屑含量下降,而又不影響蒸煮的生產能力。同時,備料加強篩選和洗滌,盡可能除去過大片和竹末。

2 預浸塔料位控制困難的原因分析和對策

竹子原料來自赤天化紙業周邊方圓上百公里的地區和不同的供應商。大規模的生產幾乎無法將不同竹種和水分、規格不同的竹片進行分類堆積或專門生產。在生產過程中預浸塔的料位控制非常困難,有時負荷在高于設計負荷運行都非常穩定,而有時在設計能力的 60%～70%運行都非常困難。

2.1 預浸塔料位控制困難的原因分析

2.1.1 水分的影響

料片水分的不穩定是多種因素造成的。由于竹子原料的采伐具有季節性,在 6～10月份期間主要靠存儲的料片來生產。由于在夏季,水分容易散失,經過一段時間的堆積后,料片的水分含量往往低于 35%,甚至有時低于 30%。而剛采伐的原竹水分含量一般在 48%～52%。生產中發現,如果洗滌前料片水分在 42%以上,預浸塔的料位容易控制,而水分低于40%,則料片越干越難控制。料片在水分散失后,堆密度下降,進入預浸塔后,停留時間相對較短,與木片相比,竹片浸潤相對困難,預浸液短時間無法快速進入竹內,空氣無法排出,料片浮在預浸液中,無法靠自身重力正常下移。一旦料片完成足夠的浸潤,料片密度增大又會出現快速下移,造成預浸塔的料位極不穩定。

2.1.2 預浸溫度的影響

預浸塔的預浸溫度一般控制在 95～105℃,一旦預浸液溫度低于 90℃,則也可能造成預浸塔的料位控制困難。由于預浸液溫度低,汽蒸效果差,預浸液滲透進入料片速度放緩,預浸時間變長而影響料片在預浸塔中的正常移動。

2.1.3 預浸塔液位控制的影響

預浸塔正常液位一般控制在抽提篩板上方,如果液位過高,則氣固相接觸空間變小,汽蒸時間短;如果液位過低,則液固相接觸時間變短,且無法實現中部預浸塔抽提。而預浸塔上部預浸液的穩定將決定預浸塔液比和液位的穩定。預浸塔底部稀釋液會影響到預浸塔液位控制,同時會極大地影響到預浸塔底部卸料的控制。如果上述控制不好就影響到轉送循環量的控制,而預浸塔料位的正?？刂剖切枰ㄟ^控制轉送循環量的大小來實現的。預浸塔的液比、液位等都是影響預浸塔料位控制的關鍵因素。

2.2 預浸塔料位控制困難的對策

2.2.1 提高預浸系統溫度

當料片太干或預浸塔內溫度低時,將預浸塔上部預浸液溫度提高 10～15℃,使其達到 125℃左右,控制預浸塔抽提溫度高于 90℃。增加蒸煮塔進入預浸塔的閃蒸汽量。

2.2.2 加強預浸液系統控制

加強預浸液相系統的控制,要控制好預浸塔上部預浸液量、底部稀釋液量以及中部抽提液量?？刂祁A浸塔短液位在 20%～25%;液比控制在 3.5～4.5;控制底部卸料刮刀扭矩在 5～8 MPa;轉送循環量要隨料位的高低及時進行調整。整個系統液體流量的相對穩定是實現預浸塔料位正?？刂频闹匾ＷC。

2.2.3 汽蒸

通過技術改造,強化上部料片的汽蒸,增強汽蒸效果。

3 頂部分離器運行不穩定的分析及解決方案

3.1 頂部分離器運行不穩定的原因

竹片經高壓喂料器輸送進入頂部分離器后,非常容易引起頂部分離器過載而造成系統無法穩定運行。頂部分離器是通過螺旋的旋轉使浸泡在黑液中的料片向上運動,同時分離出部分回流黑液。如果頂部分離器液位低、料片過多或液比太小都將增大料片與分離篩筐的摩擦,而使分離器超負荷運行。頂部分離器液位低,高壓喂料器輸送的料片液比低,料片合格率低(過大片多等),預浸下料不均勻,頂部分離器回流量過大以及設備自身的機械摩擦等都是造成頂部分離器運行不穩定的原因。

3.2 頂部分離器運行不穩定的解決方案

頂部分離器如果長時間處于高負荷運行,則需要對設備本身器件進行檢查,檢查運轉部件是否發生損壞,特別是要檢查螺旋和分離篩筐間的間距。同時要考慮頂部分離器的提升能力是否不夠而需提高驅動設備的能力。要控制好頂部分離器的液位 (100%)、進入頂部分離器料片的液比,控制好預浸塔底部稀釋液量、卸料器轉速和填充因子 (85%～90%)及排空因子 (105%～110%)。轉送循環量要與生產負荷匹配。新增頂部分離器液位控制及頂部分離器負荷連鎖控制,及時向頂部分離器補充液體。

4 蒸煮篩板堵塞的原因及處理措施

“G2”連續蒸煮系統無論是采用竹子原料還是木片原料都可能發生蒸煮抽提篩板堵塞的情況,但以竹子原料的生產過程表現得尤為突出。蒸煮篩板一旦出現堵塞,無法實現黑液的正常抽提,對整個蒸煮系統的穩定運行影響極大,甚至會造成系統需停機處理。主要表現在蒸煮上部抽提篩板堵塞后,無法滿足預浸液的需求,預浸系統預浸液和熱量系統失去平衡。蒸煮上部、中部抽提篩板出現堵塞,使蒸煮塔液位迅速上漲,料位很難控制,蒸煮器壓力和溫度波動較大,漿料質量極不穩定。同時,蒸煮噴放漿濃波動大(5%～12%),底部稀釋、置換效果變差,噴放溫度高于 95℃,容易出現氣化現象,這些都對漿的質量和后續篩選、氧脫木素、漂白系統的穩定運行帶來較大的影響。

4.1 蒸煮篩板堵塞的原因

4.1.1 針狀片含量過多

如果料片中的針狀片含量過多,蒸煮塔內料柱在向下移動經過篩板,在黑液抽提過程中,針狀片極易堵塞篩板,而且在料柱中容易形成橋架,阻礙液體的流動,從而使黑液抽提變得困難。

4.1.2 料柱形成差

“G2”連續蒸煮系統篩板主要靠料柱向下移動過程中通過料柱的形成來實現自清潔作用。如果蒸煮塔進料不穩定或液比不穩定都會導致蒸煮塔內料柱的形成變差,向下移動的料柱無法將附著在篩板上的細小針狀片和纖維帶走而實現自清潔作用。生產負荷過低和蒸煮上、下抽提的不穩定都會引起料柱的形成變差而造成篩板堵塞。

4.1.3 其他因素

如果預浸與蒸煮用堿配比失衡,預浸用堿量過大或預浸時間過長,料片在預浸塔中過預浸,使料片在輸送至蒸煮塔并運行到篩板處已部分成漿,這些漿會附著在篩板上而造成堵塞。

長時間抽提量過大,使篩板前后壓差不斷增大也會造成篩板堵塞。篩板結垢或抽提管道發生堵塞也會導致抽提困難。

4.2 蒸煮篩板堵塞的處理措施

4.2.1 加強料片質量控制

料片中針狀片含量過多是造成篩板堵塞的重要原因之一,也是連續蒸煮竹漿工藝需要長期進行研究和解決的問題。通過對備料過程的有效控制,目前料片的平均合格率已有較大提高。

4.2.2 加強工藝過程控制

加強預浸和蒸煮系統控制,預浸和蒸煮系統的液比要穩定,蒸煮塔進料要均勻,盡可能保持抽提比的穩定。系統負荷不能過低,一般應控制在 70%以上。要減少系統非故障停車次數,提高轉送循環運轉率,在系統停車時要盡可能排空預浸塔和蒸煮塔中的料片,減少料片在系統中長時間的停留。在一定周期內,要定期對蒸煮塔抽提篩板和管道進行檢查和清理。

4.2.3 篩板堵塞后的處理

篩板如果堵塞不嚴重,可以采取短時間加大噴放量和減小抽提量的方式來加速料柱的運動及減小篩板前后壓差來實現自清潔,使篩板抽提空間打開。同時可以短時間關閉部分堵塞篩板的抽提,待其篩縫恢復正常后再投用。

在系統中設置反沖洗系統,可以對堵塞篩板進行反沖洗,也可以起到一定作用。

在蒸煮塔上部抽提篩板堵塞嚴重而下部抽提篩板正常時,可以較長時間 (1～2 h)全部關閉上部抽提,增加下部抽提量,預浸塔上部預浸液也轉由下部抽提液提供。在蒸煮塔下部抽提篩板堵塞嚴重而上部抽提篩板正常時,則全部關閉下部抽提,略微增加上部抽提量,增加噴放量。上述兩種情況,均可能要降低系統負荷,同時要注意控制蒸煮塔的液位不能過高。而在蒸煮塔上、下部抽提篩板都堵塞嚴重時,應停下轉送循環,停止蒸煮進料,拉低蒸煮塔料位、液位,待篩板前后壓差恢復正常后重新啟動轉送循環進料。

5 預浸塔篩板堵塞的原因分析及處理

與蒸煮塔抽提篩板相比,預浸塔抽提篩板一般不容易出現堵塞,一是該抽提位置料片剛開始預浸,不易成漿;二是預浸塔是常壓塔,在正常情況下抽提篩板壓差相對小。但有時在預浸塔無料位、料片水分高時會出現抽提篩板堵塞的情況,這可能是料片進入預浸液后迅速向下運動,而針狀片及竹屑漂浮在預浸塔預浸液中、上部,一啟動抽提泵,針狀片及竹屑就隨抽提液流動,附著在篩板上,由于上方無料柱形成自清潔而產生堵塞。這時,可增大進料量或降低向蒸煮塔輸送料片量,建立預浸塔正常料位即可恢復正常。

6 結 語

赤天化紙業“G2”連續蒸煮工藝生產漂白硫酸鹽竹漿的成功運用,可以說是我國竹漿生產對新工藝、新技術、新設備掌握、吸收的一個良好開端,在行業中具有承前啟后,起到標志性和示范性作用。充分說明了連續蒸煮系統可以運用于全竹漿生產,連續蒸煮全竹漿生產工藝還有巨大的發展潛力和空間。當然,在此過程中會遇到很多問題和挑戰,但只要用科學的方法,發展的眼光去解決和處理問題,問題都會得到較好的解決并提升到新的高度。

(責任編輯：馬 忻)

Operation Experience of Compact Cooking G2 Continuous Digester in Bamboo Pulp Production

L I U Rong-hui＊ZHANG Ding-jun
(Guizhou Chitianhua Paper Industry Co.,Ltd.,Chishui,Guizhou Province,564707)
( ＊ E-mail：liurongh@163.com)

The compact continuous digester was used in kraft bamboo pulp production with capacity of 200000 t/a in Chitianhua.This paper presented the operation experience of the digester,including the solution of the problems such as the impurities and size of the bamboo chips,the chip level control in the impregnation tower,the unstable running of the top separator,blocking of the extraction screens both in cooking tower and impregnation tower.

“G2”continuous cooking;bamboo pulp;problems and countermeasures

TS749+.3

A

0254-508X(2011)04-0043-04

劉榮輝先生,工程師;主要從事制漿生產工藝管理工作。

2010-12-27