Оборудование целлюлозно-бумажного производства Том 2. Бумагоделатель

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современные бумагоделательные машины — сложнейшие аг­ регаты. При их компоновке применяются разнообразные новые формующие, обезвоживающие и сушильные устройства. Широ­ кое применение находит автоматизация управления процессами производства бумаги.

Цель издания книги — дать систематизированные сведения по основным классам плоскосеточных бумагоделательных ма­ шин, основам их конструирования, расчета и эксплуатации.

В книге излагаются принципы конструирования бумагоде­ лательных машин, дается методика выбора и расчета их ос­ новных параметров, приводится описание конструкций и их классификация по технологическим признакам. По основным видам оборудования рекомендуются режимы эксплуатации.

Круглосеточные картоноделательные машины, машины для выработки специальных видов бумаги (синтетических, электро­ химических и др.), вопросы максимально замкнутого водополь­ зования на машине, машины с формованием бумажного полотна сухим способом, а также отделочное и упаковочное оборудова­ ние в данной книге не освещены.

Приводя систематизированные сведения по основным видам оборудования, выпускаемого отечественными заводами, авторы освещают также, где это необходимо, зарубежный опыт. Это позволяет косвенно судить о техническом уровне отечествен­ ного бумагоделательного машиностроения и мировой практике в этой области.

Настоящее издание подготовлено специалистами Централь­ ного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института по проектированию оборудования для бумагодела­ тельного машиностроения и Всесоюзного производственного объединения «Союзбуммаш».

Авторы признательны всем специалистам института, принимавшим участие в оформлении материала, и выражают благодарность инженерам Г 3. Розенфельду, Е. М. Сегаль,. Е. В. Васютину и др. за помощь в работе над отдельными раз­ делами книги.

Авторы будут благодарны за критические замечания и по­ желания по содержанию книги, которые можно присылать в Центральный научно-исследовательский и проектно-конструк­ торский институт по проектированию оборудования для цел­ люлозно-бумажной промышленности (ЦНИИбуммаш) по ад­ ресу: 191065 г. Ленинград, Дворцовая площадь, 6/8.

1. БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНЫЕ И КАРТОНОДЕЛАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

1.1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЕ И ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЕЕ ОСНОВНЫХ ЧАСТЕЙ

Технологический процесс изготовления бумаги (картона) включает сле­ дующие основные операции: аккумулирование бумажной массы, разбавление ее водой до необходимой концентрации и очистку от посторонних включе­ ний и узелков; напуск массы на сетку; формование бумажного полотна на сетке машины; прессование влажного листа и удаление избытка воды; сушку; машинную отделку и намотку бумаги (картона) в рулон. В технологическом потоке производства бумаги бумагоделательная машина — самостоятельный агрегат, основные узлы которого установлены строго последовательно вдоль монтажной оси.

Бумагоделательная машина включает: напорный ящик, сеточную, прес­ совую и сушильную части, каландр и накат. Кроме того, к ней относится ма­ шинный бассейн для массы, оборудование для ее очистки, насосы для по­ дачи воды и массы, вакуумные насосы, устройства для переработки брака, оборудование для циркуляционной смазки, приточно-вытяжная вентиляционная система, регулирующие и контрольно-измерительные приборы и др.

Система подготовки и подачи массы на машину обеспечивает постоянство композиции, концентрации массы, степени помола, не допускает осаждения волокон, выделения проклеивающих и наполняющих веществ, а также кон­ тролирует расход бумажной массы, поступающей на машину, предварительно прошедшей тщательную очистку и деаэрацию. В качестве очистного оборудо­ вания широко применяются конические вихревые очистители и узлоловители закрытого типа. В необходимых случаях конические вихревые очистители оснащаются устройством для деаэрации массы. Для создания вакуума при­ меняются водокольцевые вакуум-насосы и вакуум-компрессоры.

Готовая бумажная масса при концентрации 2,5—3,5 % из размольно-под­ готовительного отдела подается в машинный бассейн с циркуляционным устройством. В современных системах непрерывной подготовки бумажной массы при использовании автоматически действующей контрольно-измери­ тельной и регулирующей аппаратуры объем машинного бассейна принимается из расчета работы машины в течение 30—40 мин. Для выработки некоторых видов продукции после машинного бассейна устанавливают конические или дисковые мельницы, предназначенные для рафинирования массы, т. е. устра­ нения пучков волокон, или дополнительного ее размола, а также регулирова­ ния степени помола, особенно при выработке технических видов бумаги. За­ тем масса концентрацией обычно 0,1—1,3 % (в зависимости от вида и массы 1 м2 вырабатываемой продукции) передается в напорный ящик, основное назначение которого — равномерная подача массы на сетку по всей ее ши­ рине. Сейчас широко применяются закрытые напорные ящики, в которых тре­ буемый напор массы создается давлением воздушной подушки. В этих ящи­

массы используются приводные перфорированные валы. Для улучшения про­ цесса напуска массы на сетку и снижения металлоемкости применяются на­ порные ящики гидродинамического типа без воздушной подушки. Необходи­ мая степень разбавления массы для отлива на сетке бумагоделательной ма­ шины зависит от массы 1 м2 бумаги, рода волокна и степени помола [20]. Обычно для ускорения процесса формования бумажного полотна концентра­ цию бумажной массы, поступающей на сетку, повышают с увеличением массы 1 м2 бумаги. При отливе тонкой бумаги требуется более сильное разбавле­ ние массы, при этом волокна дольше задерживаются на сетке во взвешен­ ном состоянии и тем самым условия формования бумажного полотна улуч­ шаются. Такие условия формования бумажного полотна создаются и при выработке высокопрочных видов бумаги со значительной массой 1 м2. Так, для получения высокопрочной мешочной бумаги массой 1 м2 70 и 80 г кон­ центрация массы в напорном ящике должна быть 0,15—0,3 %.

На процесс обезвоживания массы весьма существенное влияние оказы­ вает степень помола массы. Более жирная масса труднее отдает воду на сетке машины, поэтому в этом случае бумагу вырабатывают при меньшем разбавлении массы. Понижение разбавления при отливе бумаги жирной массы не ухудшает формования листа, так как волокна лучше диспергиру­ ются и медленнее оседают на сетку. Например, при выработке тонкой туа­ летной бумаги и алигнина (8—12 г/м2) из массы очень садкого помола ее разбавляют до 0,1 %, тогда как при выработке конденсаторной бумаги (8—12 г/м2) из массы очень жирного помола ее концентрация обычно состав­ ляет 0,25—0,28 %.

На процесс обезвоживания массы на сетке машины влияет также темпе­ ратура массы. При повышении температуры массы, когда обезвоживание ее на сетке облегчается, можно работать с большей степенью разбавления и, наоборот, при понижении температуры массы приходится снижать степень ее разбавления.

На сеточной части машины происходит отлив и формование бумажного полотна, что связано с удалением из бумажной массы основного количества воды. Бесконечная сетка проходит по поддерживающим ее регистровым ва­ ликам или гидропланкам, где бумажная масса обезвоживается до концент­ рации 2—4 %. Дальнейшее обезвоживание до концентрации 8—12 % проис­ ходит на отсасывающих ящиках под действием вакуума. Затем полотно бу­ маги обезвоживается на гауч-вале под действием вакуума в отсасывающей камере, а иногда и давления прижимного вала. Сухость бумажного полотна после сеточной части составляет 12—2 2 % в зависимости от-вида выраба­ тываемой продукции. Сетка охватывает вал гауча и возвращается к груд­ ному валу по нескольким сетковедущим валикам. Обычно приводными яв­ ляются гауч-вал, ведущий вал и один или два сетковедущих вала.

Основные усовершенствования, внесенные за последние годы в конструк­ цию сеточной части, касаются установки гидропланок и мокрых отсасываю­ щих ящиков в сочетании с сетками из синтетических материалов. Широкое применение новых обезвоживающих элементов стало возможным после освое­ ния промышленностью износостойкого материала для их покрытия — высоко­ молекулярного полиэтилена низкого давления. Хорошие результаты получены при покрытии крышек отсасывающих ящиков карбидом кремния.

Проводились исследования по созданию формующих устройств для фор­ мования полотна между двумя сетками. Такое формование позволяет полу­ чить полотно, обе поверхности которого имеют одинаковые свойства. При формовании полотна между двумя сетками исключается свободная поверх­ ность бумажного полотна, контактирующая непосредственно с воздухом, и сокращается продолжительность формования. Разработано много различных конструкций устройств для двухсеточного формования (см. подраздел 6.3) [30].

После сеточной части бумажное полотно поступает в прессовую часть, состоящую обычно из нескольких прессов, на которых оно последовательно

видов продукции в прессовой части применяются и сглаживающие прессы, которые устанавливаются после отсасывающих прессов. Между прессовыми валами проходит бесконечное, поддерживаемое сукноведущими валиками сукно, которое транспортирует бумажное полотно. Для интенсификации обез­ воживания полотна в прессовой части применяют пресса с желобчатыми ва­ лами и повышенным линейным давлением между ними. Немаловажное зна­ чение для обезвоживания полотна имеют надлежащий подбор сукон и их кондиционирование. Бумажное полотно, сформованное в сеточной -части, авто­ матически вакуум-пересасывающим устройством передается на сукно прес­ совой части. Современные конструкции комбинированных многовальных прес­ сов обеспечивают прохождение бумаги без свободных участков (участков, где полотно бумаги не поддерживается сукном), что позволяет осуществить безобрывную проводку бумаги в прессовой части.

Сеточную и прессовую части машины называют «мокрой» частью. Из общего количества воды, удаляемой из бумажного полотна на машине, на сеточную часть приходится 94—96 %, на прессовую 3—4 %. Дальнейшее обезвоживание (сушка) бумажного полотна происходит в сушильной части машины.

Сушильная часть бумагоделательной машины состоит из сушильных ци­ линдров, нагреваемых паром. Они расположены в шахматном порядке, обычно в два яруса. По сушильным цилиндрам проходит бумажное полотно, пооче­ редно соприкасаясь с нижними и верхними цилиндрами то одной, то другой поверхностью. Для лучшего контакта между цилиндрами и бумагой и облег­ чения заправки применяют сушильные сукна (сетки), охватывающие сушиль­ ные цилиндры примерно на 180° Натяжение сукон и их правка осуществля­ ются соответственно сукноведущими, сукнонатяжными и сукноправильными валиками, оснащенными необходимыми механизмами. Подсушивание сукон обеспечивается сукносушильными цилиндрами и сукнопродувными вали­ ками.

Для интенсификации сушки в сушильной части применяют закрытые кол­ паки и колпаки скоростной сушки с сопловым обдувом бумажного полотна горячим воздухом. Значительный эффект, особенно на скоростных машинах, наблюдается от применения синтетических сеток. Благодаря открытой струк­ туре сеток интенсифицируется процесс парообразования с поверхности бу­ мажного полотна, облегчается вентиляция сушильной части и существенно увеличивается срок службы одежды. Для полотен с ярко выраженной пори­

стой структурой (санитарно-бытовых видов бумаги, фильтровальных карто­ нов и др.) весьма эффективной оказалась сушка с прососом воздуха сквозь полотно, осуществляемая на специальных перфорированных цилиндрах (кон­ струкция цилиндров описана в подразделе 9.6).

Сухость бумажного полотна после сушильной части составляет 92—95 %, а температура 70—90 °С. Для обеспечения высококачественного каландриро­ вания и хорошей намотки полотна в конце сушильной части устанавливают холодильные цилиндры, охлаждаясь на которых, бумажное полотно впиты­ вает в себя влагу и увлажняется на 1—2 %. После сушки бумажное полотно с целью уплотнения и повышения гладкости обычно проходит через машин­ ный каландр, состоящий из расположенных друг над другом двух—восьми валов. Полотно, огибая поочередно валы каландра, проходит между ними при все возрастающем давлении. Современные машинные каландры снабжа­ ются механизмами прижима, подъема и вылегчивания валов. Нижний вал и один из промежуточных обычно выполняются с регулируемым прогибом что позволяет применять высокие давления в захватах валов при сохранении равномерности давления по ширине полотна.

Пройдя каландр, бумажное полотно непрерывно наматывается на тамбур­ ные валы в рулон диаметром до 2500 мм. Перезаправка с одного тамбурного вала на другой осуществляется при помощи специальных механизмов и устройств.

После бумагоделательной машины бумага поступает на продольно-реза­ тельный станок и далее к упаковочной машине.

Для получения более высоких показателей плотности, гладкости и лоска большинство видов бумаги для печати, писчей и технической бумаги пропу­ скают через суперкаландр.

Все новые бумаго- и картоноделательные машины оснащаются многодвигательными приводами, скорость машины и ее секций поддерживается по­ стоянной автоматически. Питание секционных электродвигателей осуществля­ ется от индивидуальных тиристорных преобразователей.

На новых высокопроизводительных машинах устанавливаются автомати­ ческие системы управления технологическими процессами выработки продук­ ции (АСУТП), включающие электронно-вычислительные машины (ЭВМ), все­ возможные измерительные устройства, исполнительные механизмы, преобра­ зователи и различное вспомогательное оборудование.

Бумаго- и картоноделательные машины размещаются обычно в двух эта­ жах. Основные узлы машины, где формируется, обезвоживается и наматы­ вается полотно, размещаются на втором этаже, а вспомогательное оборудо­ вание технологических коммуникаций на первом.

На первом этаже устанавливается также оборудование для переработки мокрого (гауч-мешалка) и сухого (гидроразбиватель) брака, станция центра­ лизованной смазки и др.

Основные параметры, характеризующие бумагоделательную машину,— ширина вырабатываемой бумаги (в мм) и скорость (в м/мин). Эти два пара­ метра, а также масса 1 м2 полотна определяют производительность машины (т/ч, т/сут и тыс. т/год).

На рис. 1.1. представлена схема современной скоростной широкоформат­ ной машины для выработки книжно-журнальной бумаги.

Нис. 1.1. Бумагоделательная машина для выработки книжно-журнальной бумаги:

/ — напорный ящик; 2 — сеточная часть; 3 — прессовая часть; 4 — сушильная часть; 5 — каландр; 6 — нак

Компоновка бумаго-, картоноделательных и сушильных ма­ шин зависит от вида вырабатываемой продукции, и их проек­ тирование, как правило, носит индивидуальный характер. Ос­ новные параметры сеточной и сушильной частей предварительно выбираются исходя из удельных съемов бумаги с сеточной части и воды в сушильной [20] с учетом практических данных. В дальнейшем эти части подвергаются более детальным расче­ там (см. главы 6 и 8).

Теоретическую часовую производительность (Пт, кг/ч) бу­ магоили картоноделательной машины можно рассчитать по формуле

Пт= B-Vq&0 =0,06 Bvq,

1000 4

где В — ширина полотна на накате, м; v — скорость машины на накате, м/мин; q — масса 1 м2 вырабатываемой продукции, г/м2.

Фактическую производительность (77ф, кг/сут) нетто можно определить по формуле

Пф = 0,065^^2^3,

где k\ — коэффициент загрузки работы машины в течение су­ ток (число часов фактической работы, обычно 22,5—23); k2— коэффициент использования рабочего хода машины (учет хо­ лостых ходов, обычно 0,95—0,98); къ — коэффициент выхода нетто товарной продукции из брутто всей машинной продукции (учет оборотного брака, обычно 0,88—0,98).

1.3. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ БУМАГО- И КАРТОНОДЕЛАТЕЛЬНЫХ МАШИН

газетной бумаги составляет 40—51 г. Скорость этих машин до­ стигает 1000—1100 м/мин, а ширина сетки 9850 мм.

Сеточная часть газетных машин за последние годы претер­ пела существенные изменения. Регистровые валики уступили место гидропланкам и мокрым отсасывающим ящикам. Метал­ лическая сетка заменяется синтетической. Приводным является не только отсасывающий гауч-вал, но и сеткоповоротный и не­ которые сетковедущие валы. Получает распространение прин­ ципиально новый метод формования и обезвоживания полотна между двумя сетками. Применяются при этом напорные ящики гидродинамического типа, подающие стабильную струю массы с высокой микротурбулентностыо. Благодаря двустороннему обезвоживанию и формованию оказывается возможным суще­ ственно сократить длину сеточной части и получить полотно с одинаковыми свойствами обеих сторон.