【技術】兩種不同形式碎漿機在廢紙制漿生產中的比較

眾所周知，碎解的目的是將廢紙疏解分散成纖維的水懸浮液，在此過程中重大雜質可以與纖維進行分離，能夠滿足漿料進行下一步的篩選和凈化工序。碎解過程對廢紙制漿極其重要，良好的碎漿系統可以提高廢紙成漿的質量，保證成品紙張的性能。

現代廢紙制漿最常用的碎解設備有立式碎漿機和轉鼓碎漿機，下面，我們對二者的發展背景和工作原理作一介紹。

1  立式碎漿機

立式碎漿機是一種傳統的碎漿設備，主要用于碎解廢紙和漿板等。為減少纖維原料消耗量，當今世界各國都十分重視廢紙回收和利用，各國也都加強了立式碎漿機碎解廢紙技術的研究，立式碎漿技術在不斷地改進和提高。

立式碎漿機形式多樣，根據操作是否連續可分為連續式碎漿機和間歇式碎漿機，根據濃度高低可以分為高濃碎漿機和低濃碎漿機。

立式碎漿機形式雖多種多樣，但是主要結構形式是相同的，典型的立式碎漿機由轉子、篩板、工作槽體及傳動機構組成，其中轉子是最關鍵的部件。各國制漿造紙行業都很重視轉子的研究，轉子發展歷程先后經歷了葉式轉子、伏克斯轉子和節能型轉子，見圖1。

圖1  轉子形式

立式碎漿機的碎解原理：啟動電機后，葉輪開始轉動，槽體中的漿料沿著軸線中心吸入，從圓周高速拋出，形成劇烈的湍流循環。由于葉輪翼的撕扯及不同速度的漿流層的相互湍動，產生一種巨大的摩擦作用，使漿料在濕態中強烈疏解、分離纖維，同時纖維束又在葉輪與篩板的間隙中互相摩擦，增加纖維化的作用。然后漿料通過篩板上的篩孔流入漿盤，通過漿泵送至后續處理設備。

2  轉鼓碎漿機

轉鼓式碎漿機是從歐洲發展起來的一種高效廢紙碎解設備，2000年以后，在我國得到快速的發展和應用。轉鼓碎漿機主要由進料斗、轉鼓、篩鼓、傳動機構、底座與平臺、噴水管等部分組成，其主要結構見圖2。

圖2  轉鼓碎漿機的結構

轉鼓碎漿機具有碎漿區和篩選區，可一次完成碎漿、篩選的兩個工序。廢紙由輸送機送入緩慢轉動的高濃碎漿區，在14%～22%的濃度下，隨著轉鼓轉動被內壁上的刮板反復兜起到一定高度跌落，并與轉鼓堅硬的內壁表面撞擊。這樣，由于產生溫和有效的剪切力及纖維之間摩擦作用的增強，使廢紙分離成纖維，外來雜質和薄膜、塑料、沙礫、破布等而不被碎解。由于轉鼓不斷回轉，并稍微向下傾斜，廢紙漿沿著這個傾角前進，通過碎解區進入篩選區。在該區從轉鼓側加入稀釋水，將漿料稀釋成3%～4%的濃度，稀釋的漿料通過篩孔進入漿池，輕、重雜質被反沖回鼓內，繼續前進，在轉鼓末端排出。

3  兩種碎漿系統的比較

現以國內兩條年產45萬t的廢紙制漿生產線為例作比較，一條生產線位于廣東東莞，采用立式碎漿機碎漿系統；另一條生產線位于福建泉州，采用轉鼓碎漿機碎漿系統。

3.1工藝流程及控制系統對比

3.1.1立式碎漿系統組成

主要設備包含：立式碎漿機、再碎機、水力清渣機、圓筒篩等，輔助設備有絞繩機、剪繩機等，其主要流程及控制系統如圖3、圖4。

圖3  45萬t/a廢紙制漿生產線立式碎漿系統流程

圖4  45萬t/a廢紙制漿生產線立式碎漿系統及控制系統

圖5  45萬t/a廢紙制漿生產線轉鼓碎漿系統工藝流程及控制系統

3.1.2轉鼓碎漿系統組成

主要設備是轉鼓碎漿機，其主要流程及控制系統如圖5。

3.2投資及綜合運行成本對比

3.2.1設備成本對比（表1）

可以看出，轉鼓碎漿系統設備成本比立式碎漿系統成本高出約1800萬元。

3.2.2儀表成本對比

轉鼓碎漿機碎漿系統大約有60個I/O回路，立式碎漿機碎漿系統大約有200個I/O回路，轉鼓碎漿系統I/O回路個數僅占立式碎漿系統的30％；轉鼓碎漿系統儀表閥門數量占立式碎漿機碎漿系統的40％，立式碎漿系統儀表成本比轉鼓碎漿系統高出約120萬元。

3.3主要生產指標及經濟性對比

3.3.1電耗成本對比

轉鼓碎漿系統和立式碎漿系統設備安裝功率見表2、表3。

若國內電價以0.5元人民幣/度計，一年生產天數以350天計，有效功率占比以85％計，則轉鼓碎漿系統與立式碎漿系統年電耗成本計算如表4。

可見，轉鼓碎漿系統電耗成本每年比立式碎漿系統高出約1572060元。

3.3.2設備維護費用對比

轉鼓碎漿機磨損件較少，故障率非常低，除了更換齒輪箱油和過濾芯外，10年內基本不需要其他維修；立式碎漿機碎漿系統由于單體設備多，控制復雜，故障率較高，立式碎漿機每年需要更換約4次篩板，更換3次轉子耐磨片，加上平時轉子打磨費用等，每年需花費50萬～80萬元備件費用。

3.3.3廢物回收節約費用對比

立式碎漿機需要利用鐵絲作為絞繩，絞繩需要額外的處理費用，而轉鼓碎漿機不需要絞繩，鐵絲抽出后可以直接售賣，轉鼓碎漿系統每年可抽出鐵絲約300t，折合約50萬～80萬元。

3.3.4碎漿質量及原料成本對比

結合轉鼓碎漿機和立式碎漿機原理，得出以下結論：

立式碎漿機：作用力為機械剪切力，對纖維有一定損傷，同時會打碎雜質和膠黏物，不利于后續去除膠黏物和雜質。

轉鼓碎漿機：碎漿過程溫和，通過摩擦力和摔打力碎漿，能有效地保護纖維，因此可以使用質量更低的原料。圖6、圖7是立式碎漿機和轉鼓碎漿機良漿抄片照片。

對轉鼓碎漿機及立式碎漿機良漿取樣進行紙片含量和渣含量的定量分析，結果見圖8。

由圖8可以看出：在同種原料基礎上，轉鼓碎漿機良漿中漿渣含量僅占立式碎漿機良漿渣含量的80％，良漿紙片含量僅占立式碎漿機的15％。轉鼓碎漿機相對于立式碎漿機不僅可以減少良漿中漿渣及紙片的含量，同時可以提高漿料纖維的強度指標。對兩種碎漿系統漿料纖維強度進行對比，結果如圖9所示。

可以看出，轉鼓碎漿機指標除抗張強度外，耐破度和環壓強度等指標均有10％左右的提高，平壓強度指標甚至提高到20％。

基于以上分析，可知轉鼓碎漿系統能有效保護纖維，提高成漿質量。因此與立式碎漿機相比，生產同質量產品的情況下，可以使用質量更低的廢紙原料。

假如使用轉鼓碎漿機，每噸原料可以綜合節約成本30元，以45萬t的廢紙制漿生產線為例，使用轉鼓碎漿機比立式碎漿機每年原料成本可以節約45×30=1350萬元。

3.4兩種形式碎漿系統經濟性對比

根據以上兩種形式碎漿系統對比，成本比較如表5。

故運行轉鼓碎漿系統1.26年，即可收回較立式碎漿系統多出的設備投資成本。

3.5兩種形式碎漿系統操作及運行環境對比

3.5.1操作難易性

立式碎漿系統，控制系統復雜，I/O接口多，對廢紙原料的質量變化非常敏感，運行過程中，操作人員要時刻注意觀察，尤其渣處理系統對重大的雜質非常敏感�，F場至少需要一名操作人員操作抓斗和絞繩切刀，以及檢查碎漿機是否正常運行。而轉鼓碎漿系統I/O接口少，僅轉鼓碎漿機一臺設備，不需要現場操作。

3.5.2運行環境

兩種形式碎漿系統排渣口數量見表6。

可以看出，立式碎漿系統排渣口多，需要多名操作工現場作業，操作環境比較難以管理，容易導致環境臟亂差，而轉鼓碎漿系統僅有一個排渣口，現場工作環境良好，可以更好地滿足清潔生產的要求。

4  結語

(1）以國內南方兩條45萬t/a廢紙制漿生產線為例，從投資成本、運行能耗、操作環境、操作難易性等各方面對轉鼓碎漿系統和立式碎漿系統進行了對比，從對比數據可以得出，僅從設備及安裝投資成本、電耗費用兩方面看，轉鼓碎漿系統要遠高于立式碎漿系統。

轉鼓碎漿系統的最大優勢在于：它的運行過程溫和，可以使用相對較差的原料，生產出較高性能漿料，從而節省原料成本；同時，轉鼓碎漿系統設備少、生產自動化程度高、設備操作維護簡單、排渣口少、生產環境整潔，更適合現代化、高產能廢紙生產線的要求。

(2）轉鼓碎漿機運行過程溫和，對纖維破壞性小，但這個特點同時也限制了它的原料種類，如部分美廢原料，表面帶有木漿掛面層，在轉鼓碎漿系統中難以得到充分的碎解，而立式碎漿機可以處理類似的多種廢紙和漿紙，很少受到原料種類的限制；另外，轉鼓碎漿機不適用于低產能、間歇生產的碎漿線，并且由于轉鼓碎漿機設備較大，占地面積大，故沒有立式碎漿系統布置靈活，這也是目前立式碎漿機在新項目中仍被大量使用的原因。