提高新聞紙灰分過程紙機濕部的控制方法

劉文波 汪華杰 何北海

(1.廣州造紙股份有限公司,廣東廣州,510281;2.華南理工大學造紙與污染控制國家工程研究中心,廣東廣州,510640)

提高新聞紙灰分過程紙機濕部的控制方法

劉文波1汪華杰1何北海2

(1.廣州造紙股份有限公司,廣東廣州,510281;2.華南理工大學造紙與污染控制國家工程研究中心,廣東廣州,510640)

介紹了以全脫墨漿抄造新聞紙如何摸索各種影響成紙灰分的因素,提出調(diào)整與提高灰分過程中濕部系統(tǒng)的控制方法,其關鍵是建立灰分穩(wěn)定體系以保持紙機的持續(xù)清潔生產(chǎn)。

新聞紙;濕部系統(tǒng);灰分;控制

由于我國森林資源的匱乏和清潔生產(chǎn)的要求,利用全廢紙脫墨漿抄造新聞紙已是大勢所趨。而廢紙原材料的漲價及環(huán)保壓力的日益增大,對現(xiàn)代新聞紙生產(chǎn)帶來漿耗、能耗的雙重制約。通過提高灰分來降低漿耗是各新聞紙企業(yè)的節(jié)耗方向。廣州造紙股份有限公司 (簡稱廣紙)9#號紙機由美卓公司提供,設計年產(chǎn) 40萬 t新聞紙,配套日產(chǎn) 1360 t的大型脫墨漿生產(chǎn)線。投產(chǎn)兩年后開展提高灰分的工作,但是如何提高灰分卻需要研究,因為廢紙質(zhì)量一直處于波動狀態(tài)并且有時非常劇烈,灰分是其中一個代表。圖 1所示為廣紙脫墨工段 2009年 10—11月間 20天的從碎漿機出來的粗漿灰分與儲漿塔的成漿灰分變化圖。

從圖 1可見,僅是約 8 h的間隔所測的數(shù)據(jù),波動就非常劇烈,而具體到每小時灰分的變化會更加復雜。粗漿灰分與成漿灰分變化都很大,是由于脫墨工段的主要職能不是穩(wěn)定灰分。如果紙機在成漿灰分很高的時段里加入大量填料,而保留助劑等相關調(diào)節(jié)手段沒有及時跟上,破壞了紙機濕部的平衡體系,對正常生產(chǎn)會造成很大影響。為了避免提高灰分的工作給生產(chǎn)造成不利影響,需要對在這種環(huán)境下的濕部系統(tǒng)構思總的控制原則,設計總的控制模型,研究具體的控制方法。

圖1 脫墨粗漿灰分與成漿灰分變化圖

1 總控制原則

經(jīng)過借鑒同行經(jīng)驗[1]與實踐,筆者確立了對濕部控制的原則。

1.1 濕部系統(tǒng)中的細小組分滯留時間最短化的原則

廣紙新聞紙生產(chǎn)采用全脫墨漿,由于目前的二次纖維多次循環(huán)利用,平均纖維長度日益減少,又含有大量的細小組分。要做到紙機濕部系統(tǒng)的持續(xù)清潔,最實用的方式就是將附著陰離子垃圾的細小組分隨紙頁及時帶走。由于細小組分的含量大,就存在帶走速度上的問題。如果陰離子垃圾在濕部系統(tǒng)循環(huán)滯留時間越長,這些比表面積大、黏性大的物質(zhì)在各種失穩(wěn)機制促發(fā)下形成更大顆粒、沉淀、污垢等形式的機率就越大,膠黏物沉積引起的破洞、斷紙等問題的機率就越大。因此,筆者提出濕部控制措施上要使細小組分滯留時間最短化。

1.2 以灰分來代表膠黏物的處理程度原則

由于膠黏物含量的測定沒有在線測量的儀器與手段[2]。而實際生產(chǎn)中,在線灰分測定儀的使用已經(jīng)成熟,可以定量地摸索其走向。在紙機濕部系統(tǒng)循環(huán)中,灰分與膠黏物雖不是同類物質(zhì),但是一些研究發(fā)現(xiàn),以鈣離子為代表的金屬離子在濕部系統(tǒng)循環(huán)過程濃度升高會造成樹脂沉積障礙[3],加入填料而陽離子助劑加入量如果不夠時,可引起膠黏物的沉積[4],因此系統(tǒng)灰分的累積會造成膠黏物沉積問題。筆者采用灰分來代表細小纖維及經(jīng)熱分散處理后已分散的膠黏物等一類直徑小于 76μm的粒子,在考慮如何處理灰分的同時就是在考慮處理膠黏物的問題,從而便捷地評估濕部系統(tǒng)中細小組分的情況。從控制結果上來講,這是有指導意義的,因此濕部控制方法就簡化為灰分控制方法。

2 控制模型

通過以上原則,筆者認為一個持續(xù)保持清潔的濕部系統(tǒng),其進入系統(tǒng)的細小組分 (以填料為代表)能及時轉化為成紙上的細小組分并隨紙頁帶出系統(tǒng),盡力減少其累積速度并以此抑制濕部惡化趨勢。筆者的控制模型即以此為基礎而建立,如圖 2所示,命名為灰分穩(wěn)定模型。

建立這個模型的步驟為：

(1)先穩(wěn)定造紙段體系,再結合脫墨段穩(wěn)定整個工段體系;

(2)提高灰分是先考察漿料內(nèi)部灰分保留情況,再研究漿料外部灰分保留情況。將成紙所含的灰分分為漿料灰分與新增灰分,簡稱為內(nèi)灰與外灰;

(3)先找準影響灰分的生產(chǎn)線內(nèi)部因素,再結合外部因素來最終確定成紙灰分目標值。

圖2 灰分穩(wěn)定模型

2.1 以穩(wěn)定的灰分保留率來維持濕部系統(tǒng)的清潔建立灰分D與灰分 E的穩(wěn)定關系。

灰分總體保留率的控制水平,以要求的停機周期和實際生產(chǎn)中紙機段濕部清潔持續(xù)情況是否做到為標準進行調(diào)整,其次考慮化學品消耗水平。廣紙采用kajaani WEM濕部檢測儀來完成動態(tài)控制。首先做好網(wǎng)下白水濃度與助留助濾劑的實驗,確立兩者的關系。然后采用 kajaani WEM濕部檢測儀實時監(jiān)控網(wǎng)下白水濃度,最后建立根據(jù)網(wǎng)下白水濃度的變化來調(diào)整助留助濾劑加入量變化的連鎖。該連鎖投用后效果顯著,見圖 3。

圖3 連鎖投用前后的網(wǎng)下白水濃度與灰分保留率的變化

2.2 以紙機多盤回收機處理量來控制網(wǎng)下白水的灰分走向

建立灰分 C與灰分D的穩(wěn)定關系。

因灰分保留率達不到 100%,因此必有灰分進入白水系統(tǒng)有待處理。圖 4顯示了這些灰分可能的處理路徑。

圖4 網(wǎng)下白水中的灰分走向圖

路徑A：采用多盤回收機來回收網(wǎng)下白水的細小組分,馬上重新回用,這是推薦路徑,因為這條路徑有漿耗低、灰分利用率高的優(yōu)點,成紙灰分容易提高,而且與控制原則 1相吻合。

路徑B：白水處理地點回到脫墨。優(yōu)點是緩解細小組分累積嚴重的問題,因為在生產(chǎn)實踐中有各種特殊情況,如設備故障造成紙機長時間帶漿空轉及紙不能卷取等情況,則加大去往路徑 B的量是很好的措施。此外運行正常時可以去除膠黏物等雜質(zhì)[1,5]。缺點是無論氣浮還是浮選都會損失纖維與細小組分,并增加物料運輸能耗。

除生產(chǎn)特殊情況外,兩條路徑要維持一個走向比例,路徑A比例過高會引發(fā)內(nèi)循環(huán)程度過高、助留劑用量過大等缺點;路徑 B比例過高,氣浮與浮選設備處理能力都是有限的,一旦白水水質(zhì)中含有的懸浮物含量過高,則設備處理膠黏物等效果大打折扣,而這些水仍然會回到紙機線使用,處理不了的細小組分滯留在系統(tǒng)中的時間長,與控制原則 1相違背。

在路徑 A與路徑 B的選擇上,灰分走向的數(shù)值比例并不好測。筆者的方法是定期監(jiān)測脫墨氣浮前的紙機白水濁度,并通過該數(shù)據(jù)來調(diào)整多盤回收機處理量。例如表 1的多盤回收機處理量與氣浮前白水濁度部分數(shù)據(jù)關系表,當多盤回收機處理量越高時,去往氣浮的白水濁度越低。生產(chǎn)正常的情況下,應固定一個比例,建立起灰分 C與灰分 D的穩(wěn)定關系。廣紙是按濁度穩(wěn)定在 700 NTU為標準執(zhí)行。

表1 多盤回收機處理量與氣浮前白水濁度部分數(shù)據(jù)關系表

通過 2.1與 2.2的步驟,經(jīng)過一段時間在無外灰的情況進行數(shù)據(jù)積累,紙機線建立起灰分 C與灰分 E的穩(wěn)定關系。需要多少成紙灰分,能通過這個關系估算出成漿灰分約需多少。在考察不同的機臺生產(chǎn)線時發(fā)現(xiàn),這個關系差別會非常大,跟生產(chǎn)線的設備選型與使用情況、化學品的種類與加入情況關系很大。以廣紙不同機臺為例,不填加外灰的情況下,貯漿塔里含相同灰分的全脫墨漿,成紙灰分的差別能有 1%以上。

2.3 動態(tài)地加入外灰,向成紙灰分目標值靠攏

灰分A、灰分B與廢紙質(zhì)量關系很大,是不受控的。控制的起始點為灰分 B。完成 2.1與 2.2的工作后,成紙灰分 E只隨灰分 C波動,灰分 C就是最重要的穩(wěn)定對象,將波動的灰分 B的漿做成穩(wěn)定的灰分 C的漿就靠動態(tài)地加入填料。如果灰分 E比設定的成紙灰分目標值 E′低,通過在脫墨增加填料的生產(chǎn)試驗逐漸找出合適的 B′值,在 B與 B′值之間建立連鎖,控制新增填料量使 B值向 B′值靠攏。如果灰分 E比設定的目標值 E′還高,則不加填料。

2.4 成紙灰分目標值的設定

通過 2.1～2.3節(jié)的工作中摸索得到生產(chǎn)線內(nèi)部因素后,只確保了成紙灰分的穩(wěn)定可控,理論上想要達到多少成紙灰分通過合理加填就能達到。但將成紙灰分完全控制并非有很大余地,因為需要參考外部因素來決定,這包括上從公司在產(chǎn)品市場實施的戰(zhàn)略起,下到對生產(chǎn)具體計劃安排的廢紙原料、想達到的車速、計劃停機周期、成紙質(zhì)量等。圖 5為以市場戰(zhàn)略因素對確定成紙灰分目標值的影響示例。

圖5 成紙灰分目標值設定的外因參考示例

3 應用效果

廣紙 9#機在 2009年 10月起開始逐步建立這套模型。首先是經(jīng)過 2.1～2.2節(jié)的工作初步穩(wěn)定了成紙灰分,圖 6的成漿灰分即圖 1的數(shù)據(jù),可見成漿灰分的波動沒有發(fā)生減少的情況下,2009年 11月份在成紙灰分逐漸會根據(jù)成漿灰分增減趨勢同向波動,且波動幅度轉小。然后經(jīng)過 2.3節(jié)的工作,將成漿灰分穩(wěn)定下來。

圖6 2009年 11月份前后灰分 C與灰分 E逐漸固定比例后兩者變化圖

2010年 1月份開始填加外灰 (見圖 7)。因為設備原因,外灰填加還沒有建立自動連鎖,而采用操作員根據(jù)生產(chǎn)得到的數(shù)表設定填加量,因此比起圖 6,成漿灰分有所穩(wěn)定但還是波動,這需要繼續(xù)改進,即便如此,成紙灰分比圖 7成紙灰分數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。

圖7 2010年外灰填加前后成漿灰分與成紙灰分變化圖

最后就是考慮外部因素設定成紙灰分值,著手提高成紙灰分。

從表 2可見,9#號機在 2009年 11月之前,曾在6月大幅度提高成紙灰分,但當月生產(chǎn)很不正常被迫降低車速運行,11月、12月完成 2.1～2.2的工作,2010年 1月開始填加外灰穩(wěn)步提升灰分 1%以上,在3月因有大幅提高車速這個外部因素,則先設低灰分目標值,然后在下月繼續(xù)考察高速提灰的可能。

表2 建立灰分穩(wěn)定體系前后月度平均成紙灰分

表3 建立灰分穩(wěn)定體系前后月度平均車速

表4 建立灰分穩(wěn)定體系前后月度工藝造成斷紙次數(shù)

表 3、表 4部分反映了生產(chǎn)的總體情況,從 2009年 9月份起生產(chǎn)逐漸改善,11月后斷紙次數(shù)明顯下降。有了成紙灰分穩(wěn)定的控制,在 2010年 1月成紙灰分明顯提高后并不影響生產(chǎn)。當然,斷紙次數(shù)受很多工藝因素的影響。

表5 建立灰分穩(wěn)定體系前后短停機前 1天斷紙次數(shù)

表 5則更為直接地反映了濕部的持續(xù)清潔情況。2009年 9月份起停機周期均為 15天左右,方便比較。長停機主要是為更換貴重品,長停機前因貴重品到使用末期會引起斷紙增多;短停機前貴重品處于使用中期較正常,可以忽略其造成斷紙的因素,因此列出短停機前 1天的斷紙情況來衡量每個周期濕部的持續(xù)清潔情況。從表 5可見,2009年 11月份以后的短停機前斷紙次數(shù)維持在低水平上,實際生產(chǎn)中也達到了控制膠黏物控制的目的,這說明濕部能在指定的日期內(nèi)做到持續(xù)清潔,同時也給出了可以延長停機周期或允許灰分提高的信號。

4 結 論

灰分穩(wěn)定體系的關鍵就是用量化跟蹤、動態(tài)變化的方法,使以灰分為代表的細小組分被快速、穩(wěn)定地控制。因為原料的時刻變化,充分利用連鎖控制是做到對濕部系統(tǒng)的密切跟蹤與調(diào)節(jié)最好的辦法。如果沒有條件,則要發(fā)揮生產(chǎn)者的積極性,進行相關參數(shù)的定期檢測來實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。

[1] 王立軍,周林杰,陳夫山.廢紙漿微膠黏物固定劑的作用行為研究[J].中國造紙,2006,25(7)：1.

[2] 劉 剛,韓 卿.廢紙膠粘物及其檢測技術的研究進展[J].黑龍江造紙,2008(2)：31.

[3] 李宗全,詹懷宇.填料對二次膠粘物沉積的影響[J].中國造紙學報,2005,20(1)：164.

[4] 石海強.馬尾松膠體樹脂沉積機理及樹脂障礙控制研究[D].廣州：華南理工大學,2006.

[5] 陳建明.脫墨漿膠粘物的測定與去除[J].造紙科學與技術,2003,22(6)：42.

(責任編輯：常 青)

W et End Control Technology during I ncreasing Ash Content of Newsprint

L IU Wen-bo1,＊WANG Hua-jie1HE Bei-hai2
(1.Guangzhou Paper Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong Province,510281;
2.National Engineering Research Center of Paper making&Pollution Control,South China University of Technology,Guangzhou,Gungdong Province,510640)
(＊ E-mail：bobl w@shou.com)

The factors affecting the ash content of recycled fillers based newsprint are discussed.Stable wet end system control technology during adjusting and increasing ash content of the paper is proposed.Establishing a steady ash content system in order to maintain the cleaner production is critical.

newspaper;wet end system;ash;control

TS75

A

0254-508X(2011)02-0007-04

劉文波先生,碩士,工程師;主要從事紙機濕部工藝控制工作。

2010-09-25(修改稿)