2006年产25万吨BCTMP工程设计

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山东晨鸣年产25万吨BCTMP工程设计

刘文军1　文琼菊2

(11中国轻工业武汉设计工程公司,湖北武汉,430060;21湖北工业大学,湖北武汉,430068)

　　摘　要:

根据山东晨鸣25万t/aBCTMP工程的成功设计经验,对目前阔叶木化机浆生产线的各主要工序进行了分析;就25万t/aBCTMP工程总平面布置、备木、磨浆几个方面,着重对其工艺技术和设备作了系统介绍,并对主要进口设备的工作原理进行了简述。关键词:BCTMP;工程;设计

中图分类号:TS73,TB21　　　　文献标识码:B　　　　文章编号:022508X(2006)0120033205

作者简介:刘文军先生,高级工程师;主要从事制浆造纸设计工作。

近几年,随着我国对造纸原材料结构的调整,已有越来越多的大中型造纸企业计划投资化机浆工程。由于化机浆与化学浆相比具有得备木车间与木片仓之间的距离问题。按通常做法,将备木车间加工好的木片通过皮带输送机直接送至木片仓顶。由于木片仓顶高约32m,按18°皮带输送角计算,也需98m的水平距离,这样在南北方向占用区域太大,因此,采用皮带与斗式提升机相结合的方式,即先用皮带输送机将厂房内的木片送出至斗式提升机内,然后由斗式提升机垂直将木片提升至木片仓顶。这样该距离仅需20m,大大节省了占地面积。尽管斗式提升机的故障率要高于皮带输送机,但由于2座木片仓的贮存时间可达8天,而且从木片仓到磨浆车间仍采用了皮带输送机输送木片。因此,即使斗式提升机出现故障,也有足够的时间进行维修,不会影响连续生产。

目前,总平面布置设计已经实施,工程总占地面积22137hm2,其中原木堆场10hm2,木片堆场218hm2,污水处理站2hm2。本工程的南面留有20169hm2(936m×221m)空地作为今后发展用地。图1为总

率高、生产成本低以及投资少等特点,并且在很多纸种上可以替代部分化学浆,因此特别适合我国现有状况。

山东晨鸣25万t/aBCTMP工程于2004年2月动工建设,2005年3月投产运行,其浆料全部用于生

产白卡纸。该工程总投资约3亿元人民币(包括废水处理系统)。工程主体设备由Metso公司提供,采用DCS全自动化控制,其生产规模为目前世界上最大的

单条化机浆生产线之一。笔者作为该项目的项目工程师,就该工程作一些分析与探讨,以供读者借鉴参考。

1　总平面布置

平面布置效果图。2　备木车间

该工程建设厂址为一长方形区域,东西936m,南北460m,建设内容主要包括原木堆场、备木车间、磨浆车间、高压变电站、废水处理站。针对用地形状、所在地风向以及今后的发展,决定该区域北部为本项目的建设用地,南部为以后新上纸机项目的发展用地。原木堆场设在厂区的西北部,备木车间与磨浆车间成一字型布置在厂区的北部,生产工艺流程为自西向东。另外,备木车间的南面设商品木片堆场,磨浆车间的南面设废水处理站,并将高压变电站设在备木车间与磨浆车间之间连接栈桥的平面空地上(长约135m),这也是本项目的电负荷中心区域。

该工程以三倍体毛白杨或桉木为原料,要求原木长度2～4m,直径120～500mm。备木生产能力与735t/d((风干)的磨浆车间相配套,既可处理100%的原木,又可处理100%的商品木片。

本车间厂房为单层结构,厂房跨度27m,长72m,轨顶标高+17m,屋面采用双T板结构形式。主线(原木)生产设备由西向东呈一字型布置。车间工作

时间为每天两班制,有效工作时间按12h/d计算。

按照这一总平面布置方案实施,最根本的要解决

《中国造纸》2006年第25卷第1期　

　收稿日期:2005207227(修改稿)

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技术报告

图1　山东晨鸣纸业年产25万吨BCTMP制浆工程平面布置

211　剥皮

一般有2种输送设备将原木送入剥皮鼓,一种是链式输送机,这是国内木浆厂普通采用的设备,其特

点是可以安装成较大的输送角度,上料高度可以依据要求而设计,其输送设备可以配套国内的抓木机上料,以节省投资。不足之处是机械故障率较高,上料不够均衡。

另一种输送设备是Metso公司的专利产品Gen2tfeeder。它是一种水平式、底部由液压传动的滑动平钢板条组成的槽形输送设备。这种设备具有运行平稳、喂料均匀、故障率低、占地面积小、使用寿命长等优点。但其造价较高,而且需配备进口的抓木机。这是因为Gentfeeder的上料高度达6m以上,国内的抓木机尚不能达到这一高度,且每次抓木量较少,也不能满足生产规模的要求。目前进口抓木机的报价约合人民币500万元/台。

该工程进口的由Metso提供的新型鼓式剥皮鼓由35mm厚的钢板加工而成,直径5m,长25m,安装

原木在辊式输送机上进行树皮分离,并用一定压力的冲洗水冲洗干净后,通过一个特制的溜槽进入削片机。最常用的是盘式削片机,根据进料方式的不同分为重力式(倾斜式)和水平式。重力式的喂料适用于长度不超过8m的原木,水平式的喂料适用于更长的原木,但不适合于细小木段。

本工程使用的是重力式喂料削片机,规格为HEAVYDUTYCamuraGSTMChipper750,刀盘直径2650mm,飞刀数12片,喂料口宽度750mm。其生产能力190SUB(不含皮原木)m3/h。原木通过倾斜式溜槽进入刀盘的一侧,使刀片与原木轴线成35°～40°角进行切削。溜槽的设计须使原木稳定的定位并对着底刀直线进入。切削后的木片以后出料的方式(刀盘另一面)进入带有输送机的平衡仓。通过对平衡仓木片料位的控制可以控制出木片的速率。213　木片筛选

目前广泛使用的木片筛是旋转摇摆式木片筛,配有3层筛板,每层筛板的孔径根据需要设计成不同尺寸。从削片机来的木片首先进入顶层筛板,这层筛的孔径为50mm,小于该孔径的木片落到下层筛板,过大片留在筛板上并被回送到削片机进行再削。二层筛板的孔径为18mm,小于该尺寸的木片及木针、木屑落入第三层筛板,合格木片留在二层筛板。第三层筛板的孔径为6mm。通过这层筛板,将小于6mm的木针、木屑脱除。而二层筛板上的合格木片与三层筛板上的小木片混在一起送入下一道工序贮存。

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中心高516m,底部靠橡胶轮胎支撑并带动其转动,转速4～715r/min。通过控制剥皮鼓的转速及出料门的开度,使剥皮效率达9915%。脱落后的树皮与原木混在一起经鼓的出料门进入辊式输送机。这种有特殊螺旋状表面的辊式输送机有助于树皮与原木分离。树皮经辊式输送机下面的皮带输送机送入树皮堆存仓,原木则进入削片机。212　削片

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技术报告

本工程进口了2台型号为Easy800的木片筛,1台用于原木生产线,1台用于商品木片生产线,其筛板长414m,宽515m,面积24m2。214　木片贮存从木片筛出来的木片首先送到木片仓,以便计量和混合木片配比,并保证木片连续稳定地送至磨浆车间。木片仓是上部为锥顶的圆筒形仓体,可设计为地面下出料和地面上出料2种形式。地面下出料虽可降低仓体高度,但须设计地下通道,土建施工困难且设备维修不便。因此本工程设计了2台地面上料仓。每台木片仓的容积10000m3,直径25m。商品木片线和原木生产线可共同使用这2座木片仓。在木片仓的底部设有一套旋转式螺旋收集系统。该螺旋以仓底中心为轴,在直径25m范围内旋转,同时自转将木片收集到仓底中心,再从中心出口落到仓下所设的皮带输送机上。这样的出料方式可以满足先进先出的要求,确保进入下一工序处理的木片质量均匀稳定。

本工程进口了2套旋转式螺旋收集系统,木片收集能力100～300m3/h,旋转速度360°/(6～24)h。木片仓下的皮带输送机是长约175m的槽型皮带,穿过2座木片仓底。在木片仓与磨浆车间之间设有钢结构栈桥。栈桥倾斜角度10°,压型钢板围护。皮带输送机被固定在栈桥上将木片送至磨浆车间。215　商品木片生产线本工程除了原木生产线外还设计了1条商品木片生产线。这2条生产线既可同时运行,又可单独运行。商品木片堆放在露天木片堆场。商品木片线运行时,通过铲车将木片推至收集槽,这是底部设有2根输送螺旋的方形地坑,木片通过输送螺旋经皮带输送机进车间内的木片筛。筛选后的合格木片经皮带输送机送至车间外的斗式提升机(在2木片仓之间设计了2台并列放置的斗式提升机,1台供原木生产线使用,1台供商品木片线使用)。经斗式提升机提升上来的木片,通过皮带运输机被送到任一料仓。这样既可单独使用商品木片或原木木片,又可混合使用这2种木片。216　树皮的处理

树皮的处理方法包括焚烧、填地和作混合肥料。从剥皮鼓出来的树皮需经过树皮粉碎机打碎后才能使用。本工程进口了1台树皮粉碎机,其转子直径1500mm,转速750

《中国造纸》2006年第25卷第1期　

r/min。此外,还设计了1座上部为锥形的钢结构圆

形树皮仓,直径25m,容积4200m3,车间满负荷生

产时可存放约6天的树皮产生量。目前本工程产生的树皮均被当地农民当作肥料收购运走,未对环境造成任何污染。3　磨浆车间

磨浆车间的生产工艺是针对生产白卡纸芯层用浆设计的,其游离度(CSF)要求350～450mL,松厚度217～312cm3/g,白度78%ISO,故采用漂白化学热磨机械法制浆(BCTMP)工艺,工艺流程如图2所示。

本车间主生产线含木片水洗、预浸、高浓磨浆、筛选、漂白工序,辅助生产线包括热回收和化学品制备工序。本章节对各道工序依次介绍如下(因化学品制备仅是几种化学药品之间的相互混合,本文就不再专门介绍)。311　木片水洗

木片首先被送入一常压汽蒸仓。该汽蒸仓是钢板制成、底部直径4m、高10m的圆筒形仓体。木片在仓体内设计停留时间20min,仓的底部设有旋转式刮板保证木片均匀出料。经汽蒸后的木片通过螺旋输送机送入木片水洗机。洗后的木片因其密度小而浮至水洗机的侧面出口进入木片泵入口前的一个过渡槽,然后被木片泵泵入斜螺旋脱水机,木片经脱水机脱水后干度可达36%。

为减少用水量,洗涤水是循环使用的。从斜螺旋脱出来的脏洗涤水经1组斜筛,过滤出砂石、金属等物后,再经锥形除渣器进一步除去杂质,然后回送到木片水洗机继续循环使用。312　预浸

图2　山东晨鸣纸业BCTMP工艺流程简图

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技术报告

从斜螺旋脱水机出来的干净木片通过溜槽进入1台常压预汽蒸仓,该仓大小、结构与上一台常压汽蒸仓完全相同。从预汽蒸仓出来的木片通过料塞螺旋喂料器输入预浸器的底部。为保证进料头的密封,木片在料塞螺旋中被变径螺旋挤压而脱去水分、空气。料塞喂料器的压缩比可根据需要设计,本料塞喂料器的压缩比为1∶3。为防止料塞破碎,喂料器端部装配了一个防反喷装置,其作用相当于一个止逆阀。

木片以50%的干度进入立式预浸器。该预浸器为高约10m的管式装置,内含2根<700mm的提升螺旋。在料塞的入口处注入预浸药液,木片料塞在此吸收药液迅速膨胀扩散,在有一定药液液位的预浸器中充分浸渍,同时被提升螺旋提升至预浸器的出口。木片在提升过程脱除部分液体,再经过输送螺旋进入常压预热器。

常压预热器高约915m,管式结构,底部直径117m,管内可通入蒸汽控制反应温度。木片在预热器内的停留反应时间约4min。通过上述汽蒸和化学药液的处理,使木材软化提高木片塑性,在磨浆过程中可更完整的分离纤维及细纤维化。

在预浸阶段,预浸药液由Na2SO3和NaOH的混合液体组成。对三倍体毛白杨而言,其药液按Na2SO3用量3～5kg/t(风干浆)、NaOH用量2～5kg/t(风干浆)配制。313　高浓磨浆

区组成,在径向磨盘直径增加不大的条件下加大了磨

浆区域,提高了盘磨的生产能力。主电机功率21MW,包括转盘单元和定盘单元。转盘与可轴向移动的主轴相连,由主电机驱动,盘磨磨片被安装在转盘和定盘上。平磨区和锥磨区的磨盘间隙根据不同的运行条件和负载通过液压控制系统维持不变。314　筛选

经高浓磨后的浆料因含较多的纤维束而需进一步的筛选处理,这一过程靠压力缝筛完成。

来自消潜池的浆料首先在泵的入口稀释至318%浓度,然后泵入一段压力筛。从压力筛出来的良浆经多圆盘浓缩机浓缩至8%,再由中浓泵送到双辊压榨挤浆机进一步浓缩至30%,达到高浓漂白的要求。以35%排渣率排出的尾浆先经螺旋挤浆机将其浓缩至30%,然后进渣浆磨喂料螺旋,经进一步脱水以37%的浓度在渣浆磨中再磨浆。渣浆磨是与主磨相同规格的锥形磨。磨后的渣浆经二段压力筛处理后,出来的良浆与一段压力筛出来良浆一起进多圆盘浓缩机,尾浆再回到渣浆池再处理。

在筛选工序配备了3台OptiScreenFS2370压力筛,其中2台作为一段筛、1台作为二段筛。每台压力筛的筛鼓面积317m2,筛缝宽0115mm,转子转速375r/min。315　漂白化机浆普遍采用高浓H2O2漂白。

在漂白系统,从双辊压榨挤浆机来的30%浓度的浆料首先进入1台转子混合器,浆料在混合器中与漂液充分混合后以27%～28%的浓度通过输送螺旋送入高浓漂白塔。浆在塔内约停留反应3h。漂后的浆料在出料螺旋中被稀释至9%的浓度,再通过中浆泵泵入双辊压榨挤浆机洗涤。本工程配套了二段漂后双辊压榨挤浆机洗涤。如生产白卡纸,则只采用其中一段;如生产液体包装纸板,因其对浆中COD含量以及抽出物含量的更高要求,则采用两段漂后洗。洗后浆料稀释至8%的浓度后经中浓泵送入2台2000m3的贮浆塔贮存,以供纸板机生产所用。

双辊压榨挤浆机主要由2根并列的大直径辊筒及驱动辊筒转动的液压系统组成。浆料从辊筒的下部中心区域进入,在有孔的辊表面形成滤饼,并在2根反向转动的辊子作用下被水平压榨。出浆浓度取决于进浆浓度、温度以及辊的压力和转速,一般可达35%。离开压榨区域的浆料被刮刀剥落并通过装在辊子上部的破碎螺旋旋送走。滤液通过辊子的开孔进入辊子内部,从辊子端头流出。本工程所用的双辊压榨挤浆机

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在常压预热器内反应后的木片以50%的干度进入高浓磨进料螺旋。木片通过定子中心的开孔进入高浓磨的破碎区(即平磨区),纤维在离心力的作用下通过平磨区再直接进入精磨区(即锥磨区)。在磨浆过程中需补充一定量的稀释水,使磨浆浓度控制在45%。经过精磨后的浆料在再生蒸汽的作用下通过喷放管进入压力旋风分离器。

在旋风分离器内,浆料因离心力和重力的作用从蒸汽中分离出来,通过底部的料塞螺旋送进消潜池。从旋风分离器顶部分离出来的再生蒸汽经管道输送到热回收系统。

从高浓磨中出来的浆料纤维呈缠绕和卷曲状,必须使浆料消潜,即在热水中反应一段时间以便将其分离开来。浆料在消潜池中的浓度一般控制在415%。

在化机浆生产中,高浓磨是关键设备。其结构形式分为平盘磨和锥形磨。最初的盘磨均是平磨结构,后已不适应生产能力的提高。本工程选用的是Metso公司开发的82in(208218mm)锥形磨,由平磨区和锥磨

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技术报告

辊子长312m,直径115m。

漂白塔是不锈钢结构的圆柱形塔体,直径515m,高17m,容积400m3,底部设有1块转动的刮板以保证浆料整体均匀出料,刮板转速2r/min。设计漂白浓度27%～28%,漂白温度70℃,H2O2用量25～30kg/t(风干),NaOH用量15～20kg/t(风干),DTPA用量3kg/t(风干),Na2SiO3用量20kg/t(风干)。316　热回收

通常,纸浆生产规模在10万t/a或以下的,考

虑采用生产热水的热回收方式。纸浆生产规模在10万t/a以上的,宜考虑采用生产新鲜蒸汽的热回收方式。

317　主厂房设计

主厂房长8312m,宽45m,采用主辅跨双层结构形式。主跨宽27m,南北两侧偏跨均为9m。二层层高9m,主跨轨顶标高+23m。主生产线设在主跨内,变配电、热回收、化学品制备以及办公、化验均放在两侧的偏房内。针对2台高浓磨减振基础的大小、高度要求,在主跨底层上设了一个局部标高为+312m的操作层,并在高浓磨上方的二层楼面留了一个30m×1315m的开放空间,以便于高浓磨的安装检修及更换磨片的需求。此外,在主跨尾部二层上面设计了标高为+1317m的局部三层,将多圆盘以及3台双辊压榨挤浆机放在上面,以满足压力筛与多圆盘、双辊压榨挤浆机与漂白塔之间的工艺连接要求。

在厂房中部的南北两侧各设计了一个主大门,形成南北对穿的主通道。主楼梯设在南侧主大门的右边,在厂房的东西两侧各设了一个辅助楼梯和相对应的小门,以满足消防安全要求,同时方便人员出入。4　结　语

在高速旋转的盘磨内,由于木片之间、木片与磨

片之间的剧烈摩擦而产生大量蒸汽,对这部分蒸汽的回收利用直接影响到制浆成本以及室外环境。

蒸汽热量回收有2种方式,一种是盘磨机内产生的废汽与喷射冷凝器的水相混合而制成热水;另一种是利用再沸器(一种特殊结构的热交换器),将废汽冷凝所得的热量生成新鲜蒸汽。因为盘磨内产生的蒸汽压力较低,约0135MPa,将其回收生产的新鲜蒸汽压力则更低。因此,这种新鲜蒸汽需经过蒸汽加压泵将其提高到一定压力后才能使用,但蒸汽加压会消耗一定的电能,增加新鲜蒸汽的成本。

选择哪一种热回收方式主要取决于浆的生产规模。生产规模越大,所配备的高浓磨电机功率越大,生产新鲜蒸汽的成本也越低。废蒸汽产生量的经验计算方法是根据高浓磨的配套电机功率,按每兆瓦产生018t蒸汽计算。本工程配有2台高浓磨,每台高浓磨配有21MW的高压电机,2台合计42MW。由此可产生3316t/h废蒸汽。如采用生产热水的回收方式,则大量热水无合适的用途。因此,本工程采用生产新鲜蒸汽的热回收方法,通过再沸器和增压泵等设备可生产015MPa的新鲜蒸汽约22t/h。该蒸汽可直接送白卡纸机干燥部作为卡纸干燥用汽。本工程的再沸器及增压泵均从国外进口。

本文针对山东晨鸣25万t/aBCTMP工程,就其总平面布置、备木、磨浆几方面,着重对其工艺技术和设备作了系统的介绍。希望本文能对造纸同行了解BCTMP工艺和工程有所帮助。

BCTMP工艺是目前世界上十分先进、成熟的化机浆生产工艺。在欧美等国已有多条BCTMP生产线。随着我国造纸原材料结构的调整,相信不久的将来,会有更多的企业拥有化机浆生产线。

EngineeringDesignofthe250000t/aBCTMPProjectofShandongChenmingPaperMill

LIUWen2jun1,3　WENQiong2ju2

(11ChinaLightIndustryWuhanDesignEngineeringCo1Ltd1,Wuhan,HubeiProvince,430060;

21HubeiUniversityofTechnology,Wuhan,HubeiProvince,430068)

3E2mail:lwsunmoon@vip11631com

Abstract:Accordingtothesuccessfuldesignexperienceofthe250000t/aBCTMPprojectofShandongChenmingPaperMill,theauthoranalyzesthemainsectionsoftheBCTMPproductionlineandintroducesthetechnologyandequipmentusedfortheplantsincludingwoodhandlingandrefining1Theworkingprinciplesofsomemainimportedequipmentarealsobrieflyintroduced1Keywords:BCTMP;engineering;design　　CPP(责任编辑:常　青)

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