CN1277984C - 麦(稻)草全封闭干湿法备料系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种麦(稻)草备料装备，尤其是由密封式切草机、水力碎解机、圆盘疏解机、网带洗草机、螺旋压榨机和超滤器组成的全封闭干湿法备料系统。与目前国内外开发应用的干湿法和湿法备料系统相比，具有除杂效率高、动力消耗低、易操作、易实施、无大气和废水污染等优点。作为一项清洁生产技术与装备，为草浆造纸业，特别是中小型企业实现备料过程中的高效、低耗、清洁生产。
Description
一、技术领域
本发明涉及麦(稻)草备料系统，特别是一种全封闭干湿法组合备料系统。
二、背景技术
麦(稻)草制浆，主要利用含纤维素较多的杆部，其它如叶、节、穗和鞘中含有的大量对制浆造纸没有什么使用价值的薄壁杂细胞，在制浆生产过程中造成化学药品消耗高、废物量大、浆料洗涤困难、漂白度低和容易返黄等问题。此外，草原料中夹杂的泥沙、尘土等杂质也会给制浆造纸造成困难并对浆张质量带来诸多不良影响。因此加强草原料高度净化是实现制浆造纸清洁生产的首要环节。
加强原料高度净化，实施湿法备料，长期以来就是改造我国中小型纸厂的发展方向。由于国内这方面设备质量还不过关，没有投入生产，需要从国外(如瑞典产75T/d麦草NACO湿法备料系统)引进；加之多数企业存在生产规模小、设备投资大的矛盾，致使大多数企业至今仍然停留在干法备料上。近年来随着清洁生产的开展，以麦(稻)草为原料的制浆造纸企业已经开始推广使用干—湿法结合备料工艺技术。其中主要有以辊式切草机、辊式除尘器、草片洗涤机和螺旋脱水机组成的干—湿法结合备料系统[草浆造纸废水污染防治技术政策(环发)1999·273号文件]。该系统主要设备—草片洗涤机对原料只有漂浮、翻腾作用，没有剧烈的水力作用和物料间的摩擦作用，因此只能有效的除去尘土、泥沙、石块、铁器等杂物及少量叶、节、鞘等。采用水力碎解机代替草片洗涤机组成的干湿法结合备料系统[乔长军、赵冬梅·中华纸业、2000.21(3)：35]，虽然可以显著提高除杂效果，但其能耗、水耗均较高。以上二种干—湿法结合备料系统中，在切草机与洗涤机或水力碎解机之间保留了辊式除尘机和旋风分离器之类的干选设备，不但车间备料生产环境没有得到改善，反而因干选设备毁坏频繁、维修量大而影响到整个备料系统的长期连续稳定运行。
本发明是对麦草制浆造纸清洁生产进行系统研究中，开发出的一项适用于麦(稻)草备料过程的清洁生产技术与装备。它是在总结目前国内外干湿法和湿法备料系统实用效果基础上，结合我们在制浆蒸煮废液资源化综合利用和膜技术工程化应用方面的研究成果[“碱性(或中性)亚硫酸钠法草浆蒸煮废液资源化综合利用技术”，发明专利.申请号01135893.9和“实用于清洁生产的新型板框式超滤器和反渗透装置”，发明专利.申请号02121020.9]，自行研制开发适于实用的“麦(稻)草全封闭干湿法备料系统”。
三、发明内容
本发明是由密封式切草机、水力碎解机、圆盘疏解机、网带洗草机、螺旋压榨机和超滤器组成的麦(稻)草全封闭干湿法备料系统，用以实现麦(稻)草备料过程中的高效、低耗、清洁生产。采用的技术方案：
1.密封式切草机：由国产ZCQ1和ZCQ2两种型号辊式切草机加装密封罩和喷洗装置改装而成。密封罩是从切草机上半部并向前延伸1.5-2m部位，在机头前上方装有喷雾头，用以沉降切草中扬起的尘土碎屑，并与喷洗装置中的喷水管构成一个“水封型”切草室。喷洗装置由8-12根喷水管、橡胶输送滤带、出水槽、振框筛和高压水泵组成，喷洗水流量为6-8m3/t(干草)。麦草由输送带送入密封式切草机被切成20-30mm草片后，在由橡胶滤带输送时，喷水管从滤带上方对草片进行喷洗，稍作淋干的草片由刮板输送带送入水力碎解机；喷洗废水由设置在滤带下面的流水槽进入振框筛，除去屑渣后进入全封闭循环用水系统。
2.草片碎解部分：由水力碎解机和圆盘疏解机组成。与以上两种型号切草机相匹配的是ZDS16和ZDS17节能型卧式水力碎浆机。该型号水力碎浆机原来主要用于废纸碎浆，在本备料系统中它的主要功能是利用其剧烈的水力作用使草片得到进一步充分洗涤，它的碎解功能将在一定程度上受到保留，对草片仅起撕裂作用，草片的进一步疏解是由后面的园盘疏解机完成的。因此，原水力碎浆机的筛板孔眼可采用Φ18-28mm，从而使原机生产能力提高一倍以上。
与之相配合的园盘疏解机，实际上是一种装有特定规格磨盘的Φ350或Φ360三盘磨浆机。把它安装在水力碎解机后面用以补充水力碎解之不足；同时利用其自身“泵送”功能将碎解的草片泵入处于2-3m高位的流料箱中，从而达到提高碎解效率、降低动力消耗之目的。实用的园盘疏解机具有疏解和泵送双重功能，磨盘的旋转方向与磨齿倾斜方向相反。磨齿选用4-5mm窄齿、齿槽宽5-6mm、齿深8-10mm，齿槽内只设一圈浆档，用以阻滞草片短路流出。磨盘间隙可在2-4mm范围内调整，以防止草片过度碎解。为提高设备疏解能力，可在磨壳内壁加装一圈齿板，齿板上的齿条宽60-80mm、齿宽、齿槽宽、齿深均为3mm。为有效控制碎解草片的出料量，应配备调速电动机，使园盘疏解机的转速可在1400-2000转/分范围内调整。
经喷洗、淋干的草片由刮板输送带送入水力碎解机，与之同时，使草料浓度保持在3-5％、液温50-60℃、浓度1％的NaOH水溶液流入碎解机壳体内。在水力碎解机高速旋转叶轮作用下，草片、水溶液沿轴线中心吸入，从轮周高速抛出，形成激烈的湍流循环，在使草料得到充分洗涤的同时又在叶轮和筛板间隙间(2-4mm)互相摩擦而被撕裂。草料中夹带的泥沙、石块等重杂物沉积于槽体底部的锥形槽中间歇排出。被撕裂的草片穿过Φ18-28筛孔并经过料位槽进入园盘疏解机，在高速旋转磨盘的揉搓摩擦下，草片得到进一步的撕裂和疏解，并被泵送到2-3米高位的网带洗草机的流料箱中。
3.网带洗草机：由流料箱、悬振坡筛、输送网带和水喷洗装置组成。流料箱为一长度与坡筛幅宽相同、底部呈锥形的窄条状箱体，流料间隙可根据园盘疏解机泵料流量进行调整，以保证草片悬浮液均匀流布在坡筛网面上。坡筛是由不锈钢丝网制成的长约2-2.5米的悬振筛框、呈45-50°斜置于始端输送辊的网面上。滤网为尼龙或涤纶丝网，下置多孔胶质履带和上下相间的托辊，借助履带的承托和拖动，作平行起伏传动。喷洗装置由均匀分布于网面上部的10-14根喷水管和出水槽、高压水泵组成，喷洗水量为6-8m3/t(干草)。
草片悬浮液从流料箱中均匀地流布在坡筛上端、在坡筛按一定振幅抖动下，草片沿网面自由下落，水籍重力穿过筛孔排出，草片中的泥沙、尘土以及被碎解的草叶、节、穗、霉烂草的碎屑，也将随废水穿过筛孔排出。经坡筛脱水的草片落到网带洗草机的网带上，随着网带平行起伏前进通过喷洗区，从而使草片得到进一步的清洗和净化。净化后的草片稍作淋干(干度7-8％)，即从末端滤网输送辊上落到刮板输送带上，被送往螺旋压榨机。从坡筛和网带下流出的废水经出水槽流入振框筛，去除屑渣后进入全封闭循环用水系统。
4.螺旋压榨机；螺旋压榨机又称螺旋挤浆机，原主要用于洗浆和抽提蒸煮废液。本备料系统中的螺旋压榨机可选用ZNJ型系列或小孔挤浆系列，其生产能力应与网带洗草机相匹配。由网带洗草机送来的干度7-8％的净化草片，经螺旋压榨机压榨至干度35-40％后由输送带送往制浆蒸煮系统。
5.超滤分离设施：由斜管沉淀池、压滤器、加热槽和CLB-X型超滤器组成。压力水泵将经过沉清和压力过滤的定量坡筛脱水在压力0.4-0.5MPa、液温50-60℃下泵入超滤器进水口，经过三个串联超滤单元组件，浓缩液通过调节循环和出液阀门控制在10-15％浓度范围内排出，并被送至蒸煮废液资源化综合利用系统的浓缩酸化工序，透过液(含Na2CO3、Na2SiO3的净化稀碱碱液)由单元组件中多孔透水板引出，汇集后被送往综合利用系统的苛化工序，苛化后同苛化工序中的滤渣洗涤水一起返回，以组成网带洗草机用水。由于系统中的耗水量与蒸煮废液资源化综合利用系统补充进来的水量相当，从而实现备料生产用水的全封闭。
CLB-X型超滤器：是由玻璃纤维增强树脂热压成型的多孔透水板、合成纤维织物、超滤膜和粘有鱼鳞网的流水通道隔板多层交替重叠起来组成的一种新型平板式超滤装置。由于它兼有常规板式和管式的优点，同时又避免其缺点，且价格低廉、容易维护，因此能实用工业清洁生产的多种用途中。这里的CLB-X型超滤器可选用截留分子量1000-2000的聚砜膜(PS)，其COD去除率为80-85％、脱色率约90％、处理效率为1.2-1.5m3/cm2.d。
6.网带洗草→草料喷洗→草片碎解三段用水系统：由起点网带洗草和螺旋压榨机脱水经振框筛、除砂器二级处理后，用作下一段草原料喷洗用水。喷洗废水经过脱除屑渣、泥沙、澄清后再用作水力碎解机用水，这样坡筛脱水即为系统中含水溶性低聚糖类有机物浓度最高的废水。水在备料系统中的主要作用是通过喷洗去除草原料中的泥沙和碎解物，同时将草原料中低聚糖类有机物抽提出来，适量增高水溶性有机物浓度不会影响水的清洗作用。通过三段循环用水将水溶液中有机物浓度提高到一个允许范围内，然后再从坡筛脱水处连续不断提取定量废水，使系统中水溶性有机物含量稳定在某一值上，即可构成一个能够长期稳定运行的循环用水系统。为提高对草原料中低聚糖类有机物和SiO2、灰分等无机物的抽提力度，在用水系统中使用的是浓度1％、温度50-60℃的NaOH稀碱液。可以根据对草原料净化度的实际需要，对碱液浓度和温度进行适当调整。
本发明与目前国内外开发应用的干—湿法和湿法备料系统相比，具有以下明显效果：
1、除杂效率高。除了能有效去除原料中的泥沙、尘土及叶、节、穗、鞘和霉烂草等杂质，同时使草片中的热水抽出物、1％NaOH抽出物、灰分和SiO2等含量均有明显下降，其总除杂率可达15-20％以上；
2、动力消耗低。备料系统中以简单的水喷洗装置取代了辊式除尘机和旋风除尘器之类的干选设备，又以水力碎解机与园盘疏解的配合型碎解方式取代了由水力碎解机和草浆泵的组合方式，并采用简便的网带洗草机取代笨重的螺旋脱水机。不仅显著提高了草原料除杂净化效果，而且使备料系统的动力消耗减少1/3-1/2；
3、由于对切草机加装了密封罩并构成了一个“水封型”切草室，从而较彻底的解决了干湿法备料中产生的大量尘土和碎屑飞扬造成的大气污染问题；
4、在备料系统中采用网带洗草→草料喷洗→草片碎解三段洗涤用水系统，在使水得到充分利用基础上，应用膜工程技术实现备料生产用水的全封闭；
5、由于利用了现有干法备料的辊式切草机，而水力碎解机、园盘疏解机、网带洗草机和CLB-X型超滤器都具有结构简单、造价低、操作维护方便等优点，因此更适合中小型纸厂的技术改造；
6、在该备料系统中，每净化一吨草料将产生50-60公斤的水溶性低聚糖类有机物，按可生产20-25公斤高纯度单细胞蛋白或燃料乙醇计，即可取得100元以上/t纸的净增效益。因此，本发明不仅从根本上消除湿法备料的废水污染，同时也将取得显著的经济效益。
四、附图说明
图1是麦(稻)草全封闭干湿法备料系统工艺流程。
图中粗箭头表示麦草净化工艺流程；细箭头表示全封闭循环用水工艺流程。
图2是密封式切草机和实际操作流程。
图中1.辊式切草机，2.密封罩，3.喷雾头，4.喷洗装置，5.橡胶滤带，6.刮板输送带，7.出水槽，8.振框筛。
图3是草片碎解实际操作流程。
图中1.水力碎解机壳体，2.叶轮，3.筛板，4.料位槽，5.园盘疏解机，6.重渣物收集器。
图4是网带洗草机和实际操作流程。
图中1.流料箱，2.悬振坡筛，3.输送辊，4.橡胶滤带，5.塑料网带，6.托辊，7.水泵，8.喷洗装置，9.刮板输送带，10和12.出水槽，11和13.振框筛。
图5是超滤分离设施和实际操作流程。
图中1.斜管沉淀池，2.高压水泵，3.压滤器，4.加热槽，5.压力水泵，6.CLB-X型超滤器，7.调节阀门，8.出液阀门。
五、具体实施方式
图1所示为麦(稻)草全封闭干湿法备料系统工艺流程。麦草经密封式切草机切短、喷洗后送水力碎解机。与此同时由热水槽中抽出的浓度1％、温度50-60℃的NaOH水溶液，以使草料浓度保持3-5％的流量进入水力碎解机。得到充分洗涤并初步碎解的草片随即进入园盘疏解机，经进一步的撕裂和疏解后由其自身的“泵送”功能，将碎解后的草片送到网带洗草机的流料箱中。经坡筛脱水的草片落到网带洗草机的网带上，使草片得到进一步的清洗和净化。净化后的草片进入螺旋压榨机，被压榨至干度35-40％后送往制浆蒸煮系统。
由网带洗草机和螺旋压榨机排出的废水，经振框筛和锥形除砂器二级处理后，约有2-3m3/t(干草)留作自身回用，6-8m3/t(干草)用于麦草喷洗，其余流入斜管(板)沉清池。由坡筛脱水排出的废水和麦草喷洗装置排出的废水，也经振框筛和除砂器二级处理后流入斜管沉清池。沉清后的白水，经热水槽加热和调正碱浓度后被用作水力碎解机用水。
从坡筛脱水中排出的是系统中含水溶性有机物(主要为低聚糖类物质)浓度最高的废水，经振框筛和除砂器二级处理后，被定量[约3-4m3/t(干草)]取出送入由沉淀池、压滤器、CLB-X型超滤器组成的超滤分离设施。从超滤器中流出的约2.5-3m3/t(干草)的透过液(含有Na2CO3、Na2SiO3的净化稀碱液)，送往制浆蒸煮废液资源化综合利用系统的苛化工序，被用作压力过滤器的反冲水，这时透过液中的碳酸钠和硅酸钠即与滤渣中的过量Ga(OH)2发生化学反应被转化成氢氧化钠，最后与用作滤渣洗涤筛(洗)浆白水约3-4m3/t(干草)一起返回，并和螺旋压榨机排出的经二级处理后的白水(2-3m3/t干草)，组成网带洗草机的喷洗用水。经超滤分离流出的水溶性有机物浓缩液[0.5-1m3/t(干草)]，被送至蒸煮废液资源化综合利用系统的浓缩酸化工序，随抽提废液一起得到充分合理的利用。
由于备料用水系统中的水溶性有机物连续不断被取出，使水溶性物质含量最后稳定在其一值上，加之系统中的耗水量与由制浆蒸煮系统补充进来的稀碱水量相当，由此将构成一个能够长期稳定运行的全封闭循环回用的用水系统。
在图2中，麦草通过输送带送入由辊式切草机(1)与密封罩(2)组成的密封式切草机后，在由喷雾头(3)和喷洗装置(4)构成的水封型切草室中被切成20-30mm草片，在由橡胶滤带(5)输送过程中，置于滤带上方喷洗装置对其进行喷洗，稍作淋干后即由刮板输送带(6)送入水力碎解机，喷洗废水由置于滤带下面的出水槽(7)流入振框筛(8)，去除屑渣后进入全封闭循环用水系统。
在图3中，冲洗后的草片与定量的温度50-60℃、1％NaOH水溶液一起进入水力碎解机壳体(1)，得到充分洗涤的草片在叶轮(2)与筛板(3)的间隙中受到相互摩擦被撕裂，并通过筛板孔眼经料位槽(4)进入园盘疏解机(5)，得到进一步撕裂和疏解的草片被泵送到网带洗草机的流料箱中，沉积于碎解机壳体底部的重渣物由重渣物收集器(6)间歇排出。
在图4中，进入网带洗草机流料箱(1)中的疏解后草片均匀流布在悬振坡筛(2)的上端，在坡筛按一定振幅抖动中下落到由输送辊(3)、橡胶滤带(4)、塑料网带(5)和上下相间的托辊(6)构成的输送网带上，随着网带平行起伏前进通过由水泵(7)和喷洗装置(8)组成的喷水区，净化后的草片稍作淋干即从末端网带输送辊上落到刮板输送带(9)上，被送往螺旋压榨机。从坡筛和网带下流出的废水，分别经出水槽(10)、(12)流入振框筛(11)、(13)，去除屑渣后进入全封闭循环用水系统。
在图5中，定量的坡筛脱水流入斜管沉淀池(1)，澄清后的水液由高压水泵(2)送进压滤器(3)，滤液流入加热槽(4)，在液温50-60℃下由压力水泵(5)泵入超滤装置(6)的进水口，经过三个串联超滤单元组件，浓缩液通过调节循环阀门(7)和出液阀门(8)控制在10-15％浓度范围内排出，并被送至蒸煮废液资源化综合利用系统的浓缩酸化工序。透过液由单元组件中多孔透水板引出，汇集后被送往综合利用系统的苛化工序。
Claims (5)
1.一种麦、稻草全封闭干湿法备料系统，包括：
密封式切草机，由辊式切草机、密封罩、水喷洗装置和橡胶输送滤带组成，位于机头前上方的密封罩上设置喷雾头，并与喷洗装置构成一个“水封型”切草室，被切成20-30mm长的草片在由橡胶滤带输送过程中，设置在滤带上方的喷水装置对其进行喷洗，稍作淋干的草片由刮板输送带送入水力碎解机；
草片碎解部分，由水力碎解机和圆盘疏解机组成，进入水力碎解机的草片在剧烈水力作用下得到进一步清洗，并在叶轮与筛板间隙间互相摩擦被撕裂，然后穿过筛孔并经料位槽进入园盘疏解机，在高速旋转磨盘的揉搓摩擦下草片得到进一步的撕裂和疏解，并被泵送到2-3米高位的网带洗草机的流料箱中；
网带洗草机，由流料箱、悬振坡筛、输送网带和水喷洗装置组成，草片悬浮液从流料箱中均匀流布在坡筛上端，在坡筛按一定振幅抖动下，草片沿筛面自由下落，水籍重力穿过筛孔排出，草片中的泥沙、尘土以及被碎解的草叶、节、穗、霉烂草的碎屑随废水穿过筛孔排出，经坡筛脱水的草片落到输送网带上，随网带平行起伏前进通过喷洗区，得到充分净化的草片由末端滤网输送辊落到刮板输送带上，被送进螺旋压榨机；
螺旋压榨机，由网带洗草机送来的干度7-8％的净化草片，经螺旋压榨机压榨至干度35-40％，由输送带送往制浆蒸煮系统；
超滤分离设施，由斜管沉淀池、压滤器、加热槽和CLB-X型超滤器组成，压力水泵将经过沉清和压力过滤的定量坡筛脱水在压力0.4-0.5MPa、液温50-60℃下泵入超滤器进水口，经过三个串联超滤单元组件，浓缩液通过调节循环和出液阀门控制在10-15％浓度范围内排出，并被送至蒸煮废液资源化综合利用系统的浓缩酸化工序，透过液由单元组件中多孔透水板引出，汇集后被送往综合利用系统的苛化工序，苛化后同苛化工序中的滤渣洗涤水一起返回，以组成网带洗草用水，从而实现备料生产用水的全封闭。
2.根据权利要求1所述的麦、稻草全封闭干湿法备料系统，其特征在于，草片碎解部分中的水力碎解机的筛板孔眼Φ18-28mm，与之相配合的园盘疏解机的磨齿为4-5mm窄齿、齿槽宽5-6mm、齿深8-10mm、磨盘间隙2-4mm，齿槽内只设一圈浆档，磨盘旋转方向与磨齿倾斜方向相反而具有疏解和泵送双重功能，园盘疏解机的转速可在1400-2000转/分范围内调节。
3.根据权利要求1所述的麦、稻草全封闭干湿法备料系统，其特征在于，密封式切草机和网带洗草机还包括设在滤带和坡筛下面的流水槽和振框筛，用于洗涤废水的一级处理并即时将其送返全封闭循环用水系统。
4.根据权利要求1所述的麦、稻草全封闭干湿法备料系统，其特征在于，超滤分离设施中的CLB-X型超滤器是由玻璃纤维增强树脂热压成型的多孔透水板、合成纤维织物、超滤膜和粘有鱼鳞网的流水通道隔板交替重叠起来组成的新型板框式超滤器，膜材料选用截留分子量1000-2000的聚砜膜，其COD去除率为80-85％、脱色率90％、处理效率为1.2-1.5m3/cm2.d。
5.根据权利要求1所述的麦、稻草全封闭干湿法备料系统，其特征在于，系统用水是由起点网带洗草和螺旋压榨机脱水经振框筛、除砂器二级处理后，用作下一段草料喷洗用水，喷洗废水经过脱除屑渣、泥沙、澄清后再用作草片碎解用水，坡筛脱水即为系统中含水溶性低聚糖类有机物浓度最高的废水，当从坡筛脱水处连续不断提出3-4m3水/t草，使用水系统中水溶性有机物含量稳定在某一值上时，即构成一个能够长期稳定运行的全封闭循环用水系统。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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