橫管式連續(xù)蒸煮裝置的蒸煮管結(jié)構(gòu)與設(shè)計

1、橫管式連續(xù)蒸煮裝置的蒸煮管結(jié)構(gòu)與設(shè)計李良偉廟m./9547輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計研究院摘要：在橫管式連續(xù)蒸煮裝置中，蒸煮管關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性、產(chǎn)能和成漿質(zhì)量,是十分重要的組成部份。本文介紹蒸煮管的結(jié)構(gòu)和規(guī)格參數(shù)計算，并對螺旋軸等主要部件的設(shè)計問題進(jìn)行討論，希望有助于蒸煮管的設(shè)計和技術(shù)改造工作。關(guān)鍵詞：橫管連蒸；蒸煮管；螺旋軸；結(jié)構(gòu)與設(shè)計；橫管式連續(xù)蒸煮裝置是非木材纖維原料制漿的主要設(shè)備，既可用于化學(xué)、半化學(xué)及生物制漿，又能用于化機(jī)漿和生物機(jī)械漿的預(yù)處理。按制漿系統(tǒng)產(chǎn)能不同，在一套橫管式連續(xù)蒸煮裝置中，通常需要配置一至四根相同規(guī)格的蒸煮管，這些蒸煮管之間大多采用上下串聯(lián)疊置的組成方法。纖維原料先由螺

2、旋喂料器送入第一根蒸煮管，隨后受到螺旋葉片的推動與攪拌，在緩慢的行進(jìn)中與藥液充分混合，同時被通入蒸煮管內(nèi)的壓力蒸汽加溫或者保溫。在一定溫度下，物料按照工藝預(yù)定的制漿反應(yīng)時間，依次通過各根蒸煮管，直至最后一根管的出料口排出，完成浸漬和蒸煮過程。蒸煮管通常為一類壓力容器，具結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要由筒體、端蓋、螺旋軸、軸承座、鞍座、進(jìn)料管、出料管、進(jìn)汽管、備用排汽管、儀表接口、維護(hù)（觀察）孔、傳動裝置等部份組成。蒸煮管的規(guī)格參數(shù)一般以公稱直徑和有效長度（進(jìn)、出料管中心之間的距離）表示，常用直徑有DN1200mdDN1350mnDN1500mmDN1800mmDN2000m和DN2200mm有效長

3、度為8-12m。1.端蓋2.備用排汽管5.進(jìn)料口6.傳動鏈輪10.進(jìn)汽管11.鞍座3.儀表接口4.維護(hù)（觀察）孔7.軸承座8.出料口9.筒體12.螺旋軸圖1蒸煮管結(jié)構(gòu)示意圖橫管式連續(xù)蒸煮裝置的產(chǎn)能與蒸煮管的容積成比例，浸漬和蒸煮必需的有效總?cè)莘e按下式計算：2V=QT/1.44paY巾，式中：V有效總?cè)莘e（m3）;Q絕干粗漿量（t/d）；T工藝要求的蒸煮時間（min）；pa物料在蒸煮過程中的平均密度（Kg/m3）；Y粗漿得率；巾物料在蒸煮管內(nèi)的填充系數(shù)。單根蒸煮管的有效容積（蒸煮管內(nèi)徑與有效長度所構(gòu)成的空間）可按式5Mz計算，式中：區(qū)-單根蒸煮管的有效容積（m3）；Z-蒸煮管根數(shù)，確定Ve值后就

4、可選定蒸煮管規(guī)格，并確定蒸煮管內(nèi)徑D和有效長度L值。隨著蒸煮的深入，物料在各蒸煮管內(nèi)的密度會不斷加大，最后一根蒸煮管里的密度約比第一根蒸煮管內(nèi)增大20-50%。物料在螺旋喂料器料塞管里的密度約為500-600kg/cm3,離開料塞管經(jīng)過擴(kuò)散管時的密度約為240kg/cm3左右，各種物料在進(jìn)入第一根蒸煮管時的密度各不相同，一般木材、竹子：185-215kg/m3;盧葦、麥草：160-195kg/m3,同一種不同產(chǎn)地物料的密度也有所差別。物料在某一根蒸煮管內(nèi)的蒸煮時間可按下式計算：Tn=1.44VepnY巾/Q,式中：Tn某一根蒸煮管的蒸煮時間（min）；pn某一根蒸煮管內(nèi)的物料密度（Kg/m3）

5、,各根蒸煮管的蒸煮時間總和應(yīng)大于工藝要求的蒸煮時間，即2Tn-（1-1.2）T。蒸煮管的筒體由鋼板卷焊而成，筒體的結(jié)構(gòu)與厚度須按照壓力容器的相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，筒體上焊接的進(jìn)、出料管屬于大開孔結(jié)構(gòu)，應(yīng)按壓力容器大接管開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計規(guī)定對筒體兩端進(jìn)行整體補(bǔ)強(qiáng)處理，并且進(jìn)、出料管的直徑不得大于筒體直徑的0.8倍。為阻礙物料在蒸煮管內(nèi)隨螺旋軸轉(zhuǎn)動，防止打滑現(xiàn)象，通常在蒸煮管筒體下部約160。范圍內(nèi)沿軸向焊接4條高度為10-15mm勺防滑條。為了向蒸煮管內(nèi)通入蒸汽加熱物料，還須在筒體上焊接一組進(jìn)汽管，進(jìn)汽管通常焊接在筒體下側(cè)，進(jìn)汽方向順著螺旋軸的回轉(zhuǎn)方向，并朝向筒體底部。,當(dāng)蒸煮壓力為0.7MPa時，

6、端蓋的厚度圖2蒸煮管端蓋蒸煮管的端蓋一般采用平蓋板結(jié)構(gòu)，隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，蒸煮管的規(guī)格也不斷擴(kuò)大，對于DN1500mma格的蒸煮管來說達(dá)90mmfc右，為了節(jié)省材料和便于加工，端蓋也可采用在平蓋板上焊加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示，但這類結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計算較為麻煩。螺旋軸是蒸煮管的主要部件，其結(jié)構(gòu)和尺寸是否合理與蒸煮管的使用性能密切相關(guān)。螺旋軸上螺旋葉片的外徑應(yīng)比筒體內(nèi)徑小40-60mm（間隙20-30mn）,螺旋葉片螺距與螺旋軸轉(zhuǎn)速可按照下式計算：S-n=L/Tn,式中：S螺旋葉片螺距（m；n螺旋軸轉(zhuǎn)速（r/min）。由于物料在各根蒸煮管中的密度不斷增加，使得蒸煮時間也不斷延長，所以在螺距相同的情況

7、下，應(yīng)將各根蒸煮管的螺旋軸設(shè)置成不同的轉(zhuǎn)速，一般呈先快后慢的狀態(tài)。在實際生產(chǎn)中，蒸煮管螺旋軸的轉(zhuǎn)速大多在2r/min左右。螺旋葉片螺距與螺旋軸轉(zhuǎn)速、扭矩和物料受力相關(guān)，應(yīng)大小適宜，原Sunds公司DN1200mmi格的螺距為406mmDN1350mmiDN1500mm規(guī)格的螺距為410mm原Pandia公司DN1200mmi格的螺距為406mmDN1350mm規(guī)格的螺距為457mmDN1500mmi格的螺距為508mm蒸煮管的螺旋軸屬于大跨距結(jié)構(gòu)，其設(shè)計具有一定特特殊性，通常螺旋葉片的芯軸采用整根無縫鋼管制作，芯軸直徑大小除滿足常規(guī)機(jī)械強(qiáng)度條件外，還必須同時滿足以下三個約束條件：1.在芯軸處物

8、料受到推進(jìn)方向的軸向力，據(jù)此可推導(dǎo)出下式：d0.32fS,式中：d螺旋葉片的芯軸外徑（m）；f物料與螺旋葉片之間的動摩擦系統(tǒng)。2.綜合撓度和機(jī)加工誤差，螺旋軸安裝后，螺旋葉片與筒體防滑條之間的最小間隙保持在3-8mm。3.螺旋軸自然撓曲后，螺旋軸的最大撓度值應(yīng)小于蒸煮管軸承跨距的0.0005倍。根據(jù)經(jīng)驗，按上述條件計算確定的芯軸直徑約為螺旋葉片外徑的0.28-0.38倍。螺旋軸上的螺旋葉片有多種布置形式，最常用的是等直徑等螺距形式，采用這種形式，物料在蒸煮管內(nèi)的填充系數(shù)可達(dá)60-65%左右，原Sunds公司最先采用變直徑變螺距的螺旋葉片布置形式，這樣，物料在蒸煮管內(nèi)的填充系數(shù)可達(dá)75%左右。但

9、蒸煮管內(nèi)的填充系數(shù)也不能太高，最高不得超過80%,填充系數(shù)過高會造成蒸汽流動不暢，紙漿夾生，成漿不均等現(xiàn)象，甚至引起螺旋軸軸向用動。變徑變距螺旋葉片的典型形式如圖3所示。圖3變徑變距螺旋葉片螺旋軸的支承軸承大多采用雙列調(diào)心滾子軸承，螺旋軸推進(jìn)物料的原理與螺旋輸送機(jī)一致，因此從理論上說，螺旋軸并不需要配置推力軸承，但當(dāng)填充系數(shù)過高，或蒸煮管使用多年，嚴(yán)重結(jié)垢后，有時會產(chǎn)生螺旋軸軸向串動現(xiàn)象，為防止這一現(xiàn)象發(fā)生，需在螺旋軸的一端配置組合軸承，組合軸承可由雙列調(diào)心滾子軸承加推力球軸承或一對推力調(diào)心滾子軸承組成，止匕外，為使螺旋軸在正常工作中受到的軸向力為拉應(yīng)力，而不是壓應(yīng)力，改善受力情況，推力軸承應(yīng)

10、安裝在蒸煮管出料端的軸承座處。蒸煮管的傳動裝置一般采用鏈傳動結(jié)構(gòu)，由減速電機(jī)通過鏈輪和鏈條帶動螺旋軸回轉(zhuǎn)，這使螺旋軸的裝拆、維護(hù)都比較方便，并可節(jié)省蒸煮管長度方向的安裝空間，使蒸煮管的布置更緊湊，而且螺旋軸大多以2r/min左右的低速度旋轉(zhuǎn),采用鏈傳動形式可簡化結(jié)構(gòu)，降低造價。參考文獻(xiàn)1SundsDefibrator,Digesterequipment.設(shè)備維修資料，1987,2.2中國輕工總會編，輕工業(yè)技術(shù)裝備手冊.第1卷.機(jī)械工業(yè)出版社，1995.3張永剛，麥草干濕法結(jié)合備料和連續(xù)蒸煮的使用J.北方造紙，1995,1:30-32.4邢益標(biāo)，橫管連續(xù)蒸煮器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本條件J.中國造紙，19

11、97,4:1-8.5劉文軍，麥草制漿生產(chǎn)線的設(shè)計實踐J.中國造紙，2003,1:30-32.6趙富強(qiáng)，連蒸在草漿生產(chǎn)中的應(yīng)用及設(shè)計應(yīng)注意的問題J.紙和造紙，2005,8:16-18.7李永峰，桑彥杰，130t/d麥草漿橫管連蒸系統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)驗J.中國造紙，2005,8:64-66.8陳志浩，150t/d橫管連蒸麥草漿設(shè)備特點(diǎn)及生產(chǎn)經(jīng)驗淺談J.湖南造紙，2008,1:11-12.9張云奎，魏建設(shè)，姜偉，王愛卿，付更新，覃剛，150t/d麥草制漿線連蒸系統(tǒng)的優(yōu)化及故障處理J.中華紙業(yè)，2010,18:57-60.杭州輕工業(yè)裝備設(shè)計-制漿造紙設(shè)備新技術(shù)李良偉造紙工業(yè)已進(jìn)入薄利競爭時代，采用經(jīng)濟(jì)實用的先進(jìn)

12、設(shè)備，在提高產(chǎn)品質(zhì)量時努力實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高綜合效益，是造紙廠設(shè)備管理的新課題，也將成為造紙機(jī)械廠的新機(jī)遇。一.制漿備料設(shè)備1 .大規(guī)格(200-1000m3)草片、葦片、木片等原料的貯料倉。2 .與100-800噸/天制漿產(chǎn)能相配套的草片、葦片、木片等原料的水洗設(shè)備和螺旋脫水設(shè)備。3 .木片盤篩、木片搖擺篩。4 .水力碎草機(jī)。5 .立式或臥式甘蔗渣除髓機(jī)。二.連續(xù)制漿成套裝備1. 100-300噸/天制漿產(chǎn)能，以草片、葦片、棉桿、甘蔗渣等非木材纖維為原料的橫管連續(xù)蒸煮成套設(shè)備。該成套裝備主要由銷鼓計量器、預(yù)熱汽蒸器、螺旋喂料器、T形管、蒸煮管、帶噴放閥的卸料器等單體設(shè)備組成。2. 100-8

13、00噸/天制漿產(chǎn)能，以竹片、木片等為原料，采用管式壓力浸漬和帶壓磨漿的CTMP制漿成套裝備。3. APMP制漿成套裝備。4. 生物制漿、生物質(zhì)精煉管式預(yù)處理裝置。三.紙漿封閉式熱篩選系統(tǒng)1 .壓力除節(jié)機(jī)。2 .節(jié)能型中濃壓力篩。3 .洗節(jié)機(jī)和洗渣機(jī)。4 .聯(lián)合除節(jié)篩聯(lián)合除節(jié)篩將壓力除節(jié)機(jī)與中濃壓力篩組合成一體，具有壓力除節(jié)機(jī)和中濃壓力篩雙重功能。5 .壓力式黑液過濾機(jī)。四.紙漿漂白設(shè)備1 .脫氣、泵送一體化，自帶脫氣裝置的高揚(yáng)程中濃漿泵。2 .中濃混合器、高濃混合器。3 .中濃氧氣漂白塔。4 .中濃二氧化氯漂白塔。5 .高濃過氧化氫漂白塔。6 .中濃貯漿塔。五.紙漿洗滌、濃縮設(shè)備1 .重力盤式

14、濃縮機(jī)。2 .多盤真空過濾機(jī)。3 .高速洗漿機(jī)。4 .斜螺旋濃縮機(jī)。5 .雙輻擠漿機(jī)。6 .高效螺旋擠漿機(jī)參考國外公司的最新結(jié)構(gòu)形式，采用均勻緩壓、雙向強(qiáng)化脫水及氣控加載技術(shù)，脫水效果好，出漿濃度高，可滿足新聞紙漿等各類紙漿的濃縮要求，另外，還對螺旋軸采取可靠的耐磨保護(hù)，有效提高設(shè)備的使用壽命。7 .雙網(wǎng)擠漿機(jī)雙網(wǎng)擠漿機(jī)分為雙壓區(qū)擠漿機(jī)、五壓區(qū)擠漿機(jī)和六壓區(qū)擠漿機(jī)三種結(jié)構(gòu)形式。雙壓區(qū)擠漿機(jī)的出漿濃度可達(dá)35%左右，主要用于紙漿濃縮。五壓區(qū)擠漿機(jī)和六壓區(qū)擠漿機(jī)屬于強(qiáng)力型脫水設(shè)備，出漿濃度高達(dá)50%左右，通常作為濕漿板機(jī)使用，這種新型濕漿板機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，能耗省，僅一臺設(shè)備就可代替老式濕漿板機(jī)的多臺設(shè)

15、備。六.廢紙碎解系統(tǒng)1.高效節(jié)能低濃水力碎漿機(jī)（偏心轉(zhuǎn)子碎漿機(jī)）高效節(jié)能碎漿機(jī)與國外公司的最新結(jié)構(gòu)一致，轉(zhuǎn)子位于圓筒形漿梢的偏心位置，并配套最先進(jìn)的節(jié)能型葉輪，碎漿濃度可達(dá)8%,動力消耗比普通葉輪降低15-30%,另外，該葉輪采用分體式結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)及裝拆，并在迎漿面上裝設(shè)耐磨合金條，有效提高使用壽命。2.3.4.5.6.高濃水力碎漿機(jī)。轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)。濕損紙碎漿機(jī)、干損紙碎漿機(jī)濕強(qiáng)紙專用碎漿機(jī)廢紙碎解輔助設(shè)備(a).廢紙包散包機(jī)。(c).圓筒篩漿機(jī)。(e).纖維分離機(jī)。(b).(d).(f).雜質(zhì)分離機(jī)、紙漿粗選機(jī)。絞繩機(jī)和切繩機(jī)。紙漿疏解泵。七.廢紙漿篩選設(shè)備1 .節(jié)能型粗篩(中濃壓力篩)節(jié)能

16、型粗篩分為升流式和降流式二種結(jié)構(gòu)形式，配用最先進(jìn)的節(jié)能型轉(zhuǎn)子，可顯著降低粗篩的動力消耗。以2m2規(guī)格為例，配用電機(jī)功率僅75-90KW。2 .節(jié)能型精篩節(jié)能型精篩分為內(nèi)流式和外流式二種結(jié)構(gòu)形式，采用不同型式的高效能轉(zhuǎn)子，既可改善篩漿效果，又能節(jié)省動力消耗。3 .節(jié)能型纖維分級篩。4 .雙鼓網(wǎng)前篩、內(nèi)流網(wǎng)前篩。5 .輕渣分離機(jī)(蘋果篩)。6 .排渣分離機(jī)(尾渣分選機(jī))。7 .復(fù)式尾渣篩復(fù)式尾渣篩參考國外公司的最新形式，采用升流式結(jié)構(gòu)，漿渣先在篩子底部經(jīng)過疏解處理，然后沿著篩鼓上升，進(jìn)行篩選和淘洗，最后再將剩余的塑料片等輕雜質(zhì)從篩子頂部排出機(jī)外，排渣濃度可達(dá)15-30%,且排渣時不會帶出紙漿纖維。

17、8 .雙效纖維分級篩雙效纖維分級篩是一種新型復(fù)合型壓力篩，兼有纖維分級和長纖維或中長纖維精篩選雙重功能。用一臺雙效分級篩代替常規(guī)的普通分級篩和長纖維或中長纖維精篩二臺設(shè)備，既可簡化流程，節(jié)省設(shè)備占地面積，又能減少中間漿池、漿泵配置，降低動力消耗。9 .雙段中濃壓力篩雙段中濃壓力篩是一種新型復(fù)合型壓力篩，集成了一段篩選和尾漿二段篩選雙重功能。用一臺復(fù)合型雙段中濃篩代替常規(guī)的獨(dú)立型一段篩和二段篩二臺設(shè)備，既可簡化流程，節(jié)省設(shè)備占地面積，又能減少中間漿池、漿泵配置，降低動力消耗。八.廢紙漿浮選脫墨設(shè)備1 .立式（封閉式）浮選脫墨梢。2 .臥式（油罐式）浮選脫墨梢。臥式浮選脫墨梢分為ECC和SFL二種

18、結(jié)構(gòu)型式，分別參考國外二家著名公司的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計，均采用高效的階梯擴(kuò)散式氣泡發(fā)生器及先進(jìn)的多級多段組合形式，具有進(jìn)漿壓頭低，動力消耗省，脫墨效果好，纖維流失少的顯著優(yōu)點(diǎn)。九.廢紙漿盤式熱分散系統(tǒng)1 .螺旋擠漿機(jī)或雙網(wǎng)擠漿機(jī)。2 .疏松螺旋。3 .料塞螺旋。4 .螺旋預(yù)熱器。5 .盤式熱分散機(jī)盤式熱分散機(jī)參考國外公司的先進(jìn)形式，優(yōu)化主軸、軸承及其密封結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備精度，并配置位移精度達(dá)0.01mm的先進(jìn)電一液伺服控制系統(tǒng)，有效保證熱分散機(jī)的機(jī)械性能。止匕外，根據(jù)處理漿料的特性及用途，配套合適齒紋的優(yōu)質(zhì)齒盤，充分提高熱分散效果，使盤式熱分散機(jī)的綜合性能達(dá)到國外產(chǎn)品的先進(jìn)水平。十.造紙廠廢水、污泥處理設(shè)備1 .凈水篩凈水篩采用立式結(jié)構(gòu)，利用篩鼓旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，結(jié)合微孔篩鼓的機(jī)械微濾作用，以過濾和篩選的方式將廢水里的