金 猛 夏慶根 張成峰 張 誠

（1.中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙，410114；2.仙鶴股份有限公司，浙江衢州，324022）

我國紙產(chǎn)量及紙產(chǎn)品質(zhì)量迅猛提高，用于造紙的紙漿按紙漿得率可分為化學(xué)漿和高得率漿。高得率漿包括機(jī)械漿、化學(xué)機(jī)械漿（以下簡稱化機(jī)漿）和半化學(xué)漿3種。高得率漿具有以下優(yōu)點(diǎn)：①得率高，不用或少用化學(xué)藥品，原材料和藥品消耗少，成本相對較低；②由于木素?fù)p失少，紙張松厚度和挺度好，不透明度高，快速吸墨性和壓縮性好，有利于提高印刷性能[1]。

化機(jī)漿是高得率漿的一種，是采用化學(xué)預(yù)處理和機(jī)械磨解相結(jié)合的制漿方法，得率85%～93%。在我國一定生產(chǎn)規(guī)模以上的化機(jī)漿基本上都采用漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿（BCTMP）和預(yù)調(diào)理盤磨化學(xué)處理堿性過氧化氫機(jī)械漿（P-RC APMP）工藝，生產(chǎn)的紙漿可以部分替代漂白闊葉木漿，降低紙張成本、改善紙張成形、提高紙張松厚度和挺度等性能，具有良好的前景。在低定量涂布紙、超級(jí)壓光紙、輕型紙、白卡紙或涂布白卡紙、液體包裝紙、特種文化用紙、生活用紙等高檔紙產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。

南方某造紙廠以進(jìn)口桉木片為原料新建1條BCTMP 生產(chǎn)線（設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1500 t（風(fēng)干漿）/d）和1 條P-RC APMP 生產(chǎn)線（設(shè)計(jì)產(chǎn)能為750 t（風(fēng)干漿）/t）。該生產(chǎn)線所產(chǎn)漿料主要用于配抄液包用白卡紙和特種文化用紙。本文結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹了該生產(chǎn)線磨漿車間的主要生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備特征，并對其廠房和設(shè)備布置的設(shè)計(jì)方案及思路進(jìn)行了詳細(xì)介紹。對于本工程磨漿車間配套的備木工段，不作詳細(xì)介紹。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

BCTMP 和P-RC APMP 生產(chǎn)線的基本設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 BCTMP和P-RC APMP生產(chǎn)線的基本設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Basic design parameters of BCTMP and P-RC APMP production lines

2 工藝主流程探討

圖1 為BCTMP 生產(chǎn)線的工藝主流程，圖2 為PRC APMP 生產(chǎn)線的工藝主流程，二者工藝流程主要包括木片倉，木片洗滌、預(yù)浸，高濃磨漿，漿料漂白，漿料洗滌，低濃磨漿，漿料篩選和漿料濃縮等工段。

圖1 BCTMP工藝流程Fig.1 Process of BCTMP

圖2 P-RC APMP工藝流程Fig.2 Process of P-RC APMP

木片倉的主要作用是洗前貯存和汽蒸木片，保證木片洗滌時(shí)吸收和勻整水分，保證系統(tǒng)穩(wěn)定地供料。

木片洗滌系統(tǒng)除去木片中夾帶有少許雜質(zhì)（如金屬片、石頭以及砂粒等），保護(hù)后面的高濃磨系統(tǒng)，否則雜質(zhì)很容易損壞高濃磨盤片。經(jīng)過洗滌后的木片通過木片泵送至斜螺旋脫水機(jī)脫水后送入木片預(yù)汽蒸倉。斜螺旋脫水機(jī)具有脫水作用，脫出木片中游離的水，木片經(jīng)過斜螺旋后，干度可達(dá)38%。

汽蒸后的木片通過溜槽進(jìn)入料塞螺旋（或螺旋擠壓疏解機(jī)）喂料器，再送入預(yù)浸器底部。料塞螺旋（或螺旋擠壓疏解機(jī)）的主要作用是依靠變徑螺旋的壓縮比壓潰已加熱軟化的木片，增大物料的比表面積，使得在后續(xù)的預(yù)浸過程中木片更好地吸附化學(xué)品；其壓縮比可根據(jù)擠壓段數(shù)和木材品種等設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目中BCTMP 生產(chǎn)線采用維美德技術(shù)，其壓縮比為1∶2.5；P-RC APMP 生產(chǎn)線采用安德里茨技術(shù)，其壓縮比為1∶4。

當(dāng)物料通過料塞螺旋的料塞管克服氣動(dòng)背壓裝置施加的氣動(dòng)壓力輸出到預(yù)浸器后，由于空間突然增大、壓力驟減，物料迅速膨脹，化學(xué)藥品大量滲入木片中。同時(shí)預(yù)浸器螺旋葉片的推進(jìn)和攪拌作用也使得木片進(jìn)一步膨脹和分散，有利于木片與化學(xué)品之間充分吸附。本項(xiàng)目中進(jìn)預(yù)浸器前的木片干度53%，出預(yù)浸器的木片干度35%。

充分吸收了化學(xué)藥品的木片在反應(yīng)倉中充分反應(yīng)。反應(yīng)倉需通入蒸汽以提高及調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，保證反應(yīng)效果，反應(yīng)倉設(shè)計(jì)溫度90℃。

物料通過料塞螺旋進(jìn)入與其相連的高濃磨喂料螺旋，再被送入高濃磨。喂料螺旋的高速旋轉(zhuǎn)使得進(jìn)料時(shí)物料分布在喂料螺旋的四周內(nèi)壁區(qū)域，這樣高濃磨磨漿時(shí)產(chǎn)生的二次蒸汽可以從螺旋的中心區(qū)域通暢地排出。

在化機(jī)漿中高濃磨是關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)形式分為平盤磨和錐形磨。本項(xiàng)目BCTMP 生產(chǎn)線引進(jìn)維美德公司的2 臺(tái)RGP 82CD 錐形壓力磨，2 臺(tái)高濃磨并聯(lián)布置。P-RC APMP 生產(chǎn)線引進(jìn)2 臺(tái)安德里茨公司的S2070 盤式壓力磨，2 臺(tái)高濃磨并聯(lián)布置。二者都是通過側(cè)喂料料塞螺旋進(jìn)料，由盤磨喂料螺旋、磨區(qū)、傳動(dòng)電機(jī)及液壓、潤滑、冷卻、密封和安全等輔助系統(tǒng)組成。

對比本項(xiàng)目2 條化機(jī)漿生產(chǎn)線，漂白前2 條化機(jī)漿生產(chǎn)線的工藝基本相同，但是漂白與洗漿選擇的工藝路線卻不同。

2.1 BCTMP生產(chǎn)線漂白工藝

本項(xiàng)目采用中濃漂和高濃漂兩段漂白。

預(yù)浸漬階段主要加入堿液，對木片進(jìn)行充分地潤脹，以提高后續(xù)的漂白效率。

（1）中濃漂白

BCTMP 系統(tǒng)供應(yīng)商認(rèn)為，高濃漂白漿料洗漿后，濾液中殘余一定量的化學(xué)品，若能將這部分化學(xué)品回用，在高濃漂前設(shè)置中濃漂白，則漿料達(dá)到同樣白度的情況下，既能減少化學(xué)品的消耗，又可以降低廢水中的COD 含量。中濃漂白的漿料濃度約14%，漂白后漿料稀釋到約8%濃度，通過中濃泵泵送到一段洗漿設(shè)備。

（2）一段洗漿

一段雙輥洗漿機(jī)出來的漿料濃度達(dá)到30%左右，再通過化學(xué)品混合螺旋送入高濃漂白塔。洗漿機(jī)出來的濾液通過纖維回收系統(tǒng)，回收纖維送入到中濃漂白塔，少部分濾液回用到系統(tǒng)中，大部分的濾液外排做進(jìn)一步處理。

（3）高濃漂白

過氧化氫等主要的漂白化學(xué)品通過化學(xué)品混合螺旋與漿料混合后進(jìn)入高濃漂白塔，高濃漂白塔的漂白濃度約25%，漂白溫度約85℃。在高濃漂白塔內(nèi)，漿料基本達(dá)到預(yù)定的白度要求。

（4）二、三段洗漿

經(jīng)過中濃、高濃漂白后，漿料呈堿性，需通入稀酸溶液調(diào)節(jié)pH 值，再用中濃泵將其送入二、三段洗滌。二、三段洗滌主要作用是對漿料進(jìn)行深度洗滌，同時(shí)回收漿料中殘余的化學(xué)藥品。因生產(chǎn)液體包裝紙板對漿中COD 含量以及抽出物含量的要求更高，故配套了兩段漂后雙輥洗漿機(jī)洗滌。

2.2 P-RC APMP生產(chǎn)線漂白工藝

本項(xiàng)目P-RC APMP生產(chǎn)線漂白工藝采用一段漂。

P-RC APMP 系統(tǒng)供應(yīng)商認(rèn)為，在螺旋擠壓疏解機(jī)及預(yù)浸器中加入堿液及過氧化氫，可以起到預(yù)漂的作用。由于物料在預(yù)浸器及盤磨機(jī)中的停留時(shí)間非常短，必須要求漿料在高濃條件下停留一定的時(shí)間來完成漂白反應(yīng)。本項(xiàng)目高濃漂白塔容積295 m3，漿料停留時(shí)間約90 min，高濃塔內(nèi)的漿料有充分的反應(yīng)時(shí)間來有效利用磨漿后的殘留化學(xué)液以優(yōu)化漂白反應(yīng)，提高化學(xué)品的使用效率。漂白后的漿料被稀釋到10%的濃度，經(jīng)中濃泵送到螺旋壓榨機(jī)壓榨脫水。經(jīng)過2次螺旋壓榨脫水洗滌，將漿在漂白過程中所溶解的有機(jī)物抽提出來以得到干凈的漿料。

洗好的漿料送入消潛池，再泵送到低濃磨進(jìn)行磨漿，以達(dá)到要求的游離度值。磨后漿料送往篩選系統(tǒng)；壓力篩在化機(jī)漿項(xiàng)目中主要作用是選擇性地分離出尺寸較大的纖維束或碎塊，分離出的漿渣被送到漿渣磨機(jī)設(shè)備，進(jìn)行進(jìn)一步的磨漿；磨漿后的漿料通過壓力篩進(jìn)入濃縮系統(tǒng)，濃縮后的漿料以8%～10%的濃度由中濃泵泵送到貯漿塔貯存，最終將送往紙機(jī)系統(tǒng)使用。經(jīng)過渣磨處理的漿料分別通過渣漿壓力篩、低濃除渣器系統(tǒng)處理，良漿都回用到系統(tǒng)中，廢渣排入廢水處理系統(tǒng)。

3 輔助系統(tǒng)流程探討

3.1 熱回收系統(tǒng)

本項(xiàng)目中BCTMP 生產(chǎn)線產(chǎn)生的二次蒸汽壓力約0.28 MPa，P-RC APMP 生產(chǎn)線產(chǎn)生的二次蒸汽壓力約0.1 MPa。這些二次蒸汽主要用于木片倉預(yù)熱木片、預(yù)汽蒸倉預(yù)熱木片、反應(yīng)倉加熱木片。多余的高壓力二次蒸汽送往再沸器，再沸器產(chǎn)生的清潔蒸汽可用于工廠的其他車間（如MVR（Mechanical Vapor Recompression）、VE（Vapor Evaparation）工段）。低壓力的二次蒸汽則經(jīng)過滌氣器裝置，經(jīng)熱回收后排入大氣。

3.2 白水系統(tǒng)

系統(tǒng)白水分為3 種，造紙車間送來的紙機(jī)白水、多圓盤濃縮機(jī)產(chǎn)生的濾液和纖維回收多盤產(chǎn)生的濾液。

因紙機(jī)工藝需要，造紙白水中含有加填的填料等物質(zhì)，若混入化機(jī)漿系統(tǒng)，將對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。因此，紙機(jī)白水主要用于濃縮后的漿料稀釋，又回用到紙機(jī)系統(tǒng)。

多圓盤濃縮機(jī)產(chǎn)生的濾液COD 低，回用于內(nèi)部系統(tǒng)。

纖維回收多盤的進(jìn)水為漂白后的洗滌濾液，因此，纖維回收多盤產(chǎn)生的清濾液COD 高，不適用于系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)使用，將從系統(tǒng)排出做進(jìn)一步的廢水處理。車間廢水具體參數(shù)見表2。一般常用的廢水處理方式有Fenton工藝及堿回收工藝，利用其對廢水進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。對于這兩種處理方式，在此不作詳細(xì)討論。

表2 廢水具體參數(shù)Table 2 Specific parameters of wastewater discharge

3.3 廢渣處理系統(tǒng)

本項(xiàng)目的廢渣主要來自木片洗滌時(shí)排出的廢渣和木片洗滌水經(jīng)濾液除渣器等設(shè)備處理后產(chǎn)生的尾渣。木片洗滌時(shí)排出的廢渣經(jīng)砂水分離機(jī)脫水后干度可達(dá)40%，木片洗滌水的尾渣經(jīng)壓榨設(shè)備處理后干度為35%（具體參數(shù)見表3），之后均被送往鍋爐燃燒。

表3 廢渣參數(shù)Table 3 Parameters of waste residue

4 廠房及設(shè)備布置方案探討

4.1 車間布置圖

磨漿車間占地面積9833.4 m2，建筑兩層布置，局部三層，建筑高度34.8 m。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括磨漿車間及室外桶槽布置。原料堆場及備木車間、廢水處理站等布置在廠區(qū)其他地方。本項(xiàng)目采用PDMS 三維協(xié)同設(shè)計(jì)，所有專業(yè)均在同一平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示，直觀高效。三維設(shè)計(jì)為項(xiàng)目的采購和安裝提供了精準(zhǔn)的圖紙和材料清單，三維Review 文件為安裝提供了便利條件。磨漿車間功能區(qū)域劃分圖見圖3，三維布置見圖4。

圖3 磨漿車間功能區(qū)域劃分圖Fig.3 Refining workshop functional area division diagram

圖4 磨漿車間三維布置圖Fig.4 Three-dimensional layout drawing of refining workshop

磨漿車間工藝流程由西往東，呈一字型，廠房朝東西向布置。備木工段布置在磨漿車間西側(cè)，過氧化氫及堿液等甲類危化品儲(chǔ)存罐區(qū)布置在磨漿車間西側(cè)，普通化學(xué)品儲(chǔ)罐區(qū)布置在廠房南側(cè)，成漿塔等塔區(qū)域布置在磨漿車間東側(cè)，車間內(nèi)配電房設(shè)置在磨漿車間的南面和北面。

4.2 磨漿車間廠房設(shè)計(jì)

BCTMP 和P-RC APMP 生產(chǎn)線布置在同一建筑物內(nèi)。BCTMP 主廠房長121 m，主跨寬31 m，P-RC APMP 主廠房長121 m，主跨寬29 m，采用主輔跨結(jié)構(gòu)形式，建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為戊類，耐火等級(jí)二級(jí)。主生產(chǎn)線設(shè)備均布置在主跨內(nèi)，機(jī)柜室及控制室布置在主跨內(nèi)，變壓器室、配電室及辦公室均布置在主跨兩側(cè)的輔跨，熱回收系統(tǒng)、化學(xué)品備料、廢水廢渣處理以及成漿儲(chǔ)存塔均布置在室外。

4.3 磨漿車間設(shè)備布置方案

廠房西側(cè)為木片輸送皮帶進(jìn)料，設(shè)備從廠房南側(cè)及北側(cè)進(jìn)入，二樓樓面設(shè)有吊物孔。

本項(xiàng)目中配置了2 臺(tái)維美德的高濃磨，每臺(tái)高濃磨電機(jī)功率20000 kW。因高濃磨安裝及檢修時(shí)對空間的要求以及其基礎(chǔ)減震的特殊要求，布置在主跨的底層并設(shè)置局部操作層，且高濃磨基礎(chǔ)與廠房基礎(chǔ)脫開，獨(dú)立設(shè)置。同時(shí)在高濃磨上方的二樓樓面預(yù)留一定尺寸的開放空間，以滿足高濃磨的安裝檢修及更換磨片的要求。在廠房西側(cè)，主跨內(nèi)設(shè)置局部三層（層高＋18.5 m），主要放置木片洗滌機(jī)、旋風(fēng)分離器以及雙輥洗漿機(jī)等設(shè)備。

本項(xiàng)目漂白塔室外放置，漂白塔高約20 m，因此將纖維分離器及1#雙輥洗漿機(jī)布置在18.5 m的三層樓面上，旋風(fēng)分離器后的漿料需要通過提升螺旋輸送到漂白塔。洗漿設(shè)備、低濃磨、篩選設(shè)備、濃縮多盤等按照流程，依次從北往南布置在主跨二樓東面。保證流程的連續(xù)性，管道不交叉布置以及滿足行車對其的吊裝要求。

本項(xiàng)目化學(xué)品均外購配置好的溶液，現(xiàn)場設(shè)置槽罐做卸料及日用儲(chǔ)存罐。過氧化氫按照生產(chǎn)要求設(shè)2個(gè)950 m3槽罐。本項(xiàng)目外購過氧化氫濃度27.5%，按照危險(xiǎn)貨物品名表（GB 12268—2012），定位5.1 類：氧化性物質(zhì)。按照儲(chǔ)存物品的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類定為甲類。按照建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB 50016—2014）,甲類液體罐區(qū)總儲(chǔ)量1000≤V＜5000，其與二級(jí)耐火等級(jí)建筑物的防火間距為25 m，防火堤外側(cè)基腳線至相鄰建筑物的距離不應(yīng)小于10 m。本項(xiàng)目中，過氧化氫槽罐布置在廠房的西側(cè)，槽罐區(qū)設(shè)有防火堤，槽罐壁距廠房的距離為25.5 m，防火堤外側(cè)基腳線至相鄰建筑物的距離為14 m，均滿足規(guī)范要求。同時(shí)，因系統(tǒng)供應(yīng)商為歐洲國家，根據(jù)我國相關(guān)規(guī)范及歐盟標(biāo)準(zhǔn)，過氧化氫槽罐還做了如下設(shè)計(jì)：槽罐帶有溫度檢測及報(bào)警裝置，頂部裝有遮陽頂蓋裝置、固定的冷卻水裝置及稀釋用水管道，同時(shí)配有帶阻火器的呼吸閥和泄爆安全裝置，與過氧化氫接觸的材質(zhì)均選擇不銹鋼316L；槽罐區(qū)設(shè)有清水清洗噴淋設(shè)施，以保證人身安全。

5 結(jié)語

目前，較大生產(chǎn)規(guī)模的化機(jī)漿生產(chǎn)線進(jìn)口關(guān)鍵設(shè)備主要集中在安德里茨（中國）有限公司和維美德（中國）有限公司兩家供應(yīng)商，且近幾年這兩家供應(yīng)商從工藝和設(shè)備配置情況來看差異較小，自制化機(jī)漿生產(chǎn)技術(shù)已趨于成熟穩(wěn)定狀態(tài)。針對桉木化機(jī)漿，維美德與安德里茨近年來的工藝流程設(shè)計(jì)越來越接近，都采用了高濃磨+低濃磨配置的兩段磨漿技術(shù)，堿性過氧化氫處理工藝，都采用段中漂。

高得率漿中的BCTMP 及P-RC APMP 工藝是目前世界上先進(jìn)、成熟的化機(jī)漿生產(chǎn)工藝。由于禁廢、限塑令等政策的影響，高端包裝紙及高檔文化用紙產(chǎn)能在我國近幾年呈急劇上漲趨勢，可以預(yù)計(jì)到的是，未來一段時(shí)間化機(jī)漿市場會(huì)有廣闊的前景。