橫管式連續(xù)蒸煮裝置的蒸煮管結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)0001

1、橫管式連續(xù)蒸煮裝置的蒸煮管結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)李良偉 13a 577?, 為47輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)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(jì)算，并對(duì)螺旋軸等 主要部件的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行討論，希望有助于蒸煮管的設(shè)計(jì)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(jì)；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

2、成方法。纖維原料先由螺旋喂料器送入第 一根蒸煮管，隨后受到螺旋葉片的推動(dòng)與攪拌，在緩慢的行進(jìn)中與藥液充分混合， 同時(shí)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(shí)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，其結(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(dòng)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(zhǎng) 度（進(jìn)、出料管中心之間的距離）表示，常用直徑有DN1200mm、DN1350mm、DN1500mm、 DN180

3、0mm、DN2000mm 和 DN2200mm，有效長(zhǎng)度為 8-12m。1234561端蓋2備用排汽管5進(jìn)料口6傳動(dòng)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(jì)算：上 V = QT/1.44 paYv，式中：上 V 一有效總?cè)莘e（m3 ）； Q 絕 干粗漿量（t/d）； T 工藝要求的蒸煮時(shí)間（min）； p a物料在蒸煮過程中的平 均密度（Kg/m3）； Y 粗漿得率；中一物料在蒸煮管內(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(zhǎng)度所構(gòu)成的

4、空間）可按式Ve漆V/Z計(jì)算，式中： Ve單根蒸煮管的有效容積（m3）； Z 蒸煮管根數(shù)，確定Ve值后就可選定蒸煮 管規(guī)格，并確定蒸煮管內(nèi)徑D和有效長(zhǎng)度L值。6隨著蒸煮的深入，物料在各蒸煮管內(nèi)的密度會(huì)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(shí)的密度約為240kg/cm3左右，各種物料 在進(jìn)入第一根蒸煮管時(shí)的密度各不相同，一般木材、竹子：185-215kg/m3；蘆葦、 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(shí)間可按下式計(jì)算：

5、Tn=1.44VepnYv/Q,式中：Tn 某一根蒸煮管 的蒸煮時(shí)間（min）； pn某一根蒸煮管內(nèi)的物料密度（Kg/m3），各根蒸煮管的蒸 煮時(shí)間總和應(yīng)大于工藝1要求的蒸煮時(shí)間，即工Tn（1-L2）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(jì)，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(jì)規(guī)定對(duì)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(dòng)，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的防滑條。 為了向蒸煮管內(nèi)通入蒸汽加熱物料

6、，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。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(duì)于DN1500mm規(guī)格的蒸煮管來說，當(dāng)蒸煮壓力為0.7MPa時(shí)，端蓋的厚度圖2 蒸煮管端蓋達(dá)90mm左右，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(jì)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20-30mm）, 螺旋葉片螺距與螺旋軸轉(zhuǎn)速可按照下式 計(jì)算：

7、Sn = 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(shí)間也不斷延長(zhǎng)，所以在螺距相同的情況下，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(shí)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DN1200mm規(guī)格的螺距為406mm； DN1350mm和DN1500mm 規(guī)格的螺距為410mm，原Pandia公司DN1200mm規(guī)格的螺距為406mm； DN1350mm 規(guī)格的螺距為457mm； DN1500mm規(guī)格的螺距為

8、508mm。蒸煮管的螺旋軸屬于大跨距結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)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(shí)滿足以下三個(gè)約束條件：1在芯軸處物料受到推進(jìn)方向的軸向力，據(jù)此可 推導(dǎo)出下式：d0.32fS，式中：d 一螺旋葉片的芯軸外徑（m）； f物料與螺旋 葉片之間的動(dòng)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(yàn)，按上述條件計(jì)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

9、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(huì)造 成蒸汽流動(dòng)不暢，紙漿夾生，成漿不均等現(xiàn)象，甚至引起螺旋軸軸向串動(dòng)。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(shí)會(huì)產(chǎn)生螺旋

10、軸軸向串動(dòng)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(duì)推力調(diào)心滾子軸承組成，此外，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)安裝在蒸 煮管出料端的軸承座處。蒸煮管的傳動(dòng)裝置一般采用鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，由減速電機(jī)通過鏈輪和鏈條帶動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)形式可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低造價(jià)。參考文獻(xiàn)1Sunds Defibrator，Digester equipment.設(shè)備

11、維修資料，1987, 2.2中國(guó)輕工總會(huì)編，輕工業(yè)技術(shù)裝備手冊(cè).第1卷1M.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(guó)造紙，1997, 4： 1-8.5劉文軍，麥草制漿生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)實(shí)踐J.中國(guó)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(jì)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(yàn)J.中國(guó)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(yàn)淺談J

12、.湖南造紙， 2008,1：11-12.9張?jiān)瓶?，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(jì)制漿造紙?jiān)O(shè)備新技術(shù)李良偉造紙工業(yè)已進(jìn)入薄利競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的先進(jìn)設(shè)備，在提 高產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)努力實(shí)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(200-1000 m3)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。.木片盤篩、木片搖擺篩。.水力碎草機(jī)。.立式或臥

13、式甘蔗渣除髓機(jī)。二連續(xù)制漿成套裝備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(jì)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。100-800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。APMP制漿成套裝備。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).壓力除節(jié)機(jī)。.節(jié)能型中濃壓力篩。.洗節(jié)機(jī)和洗渣機(jī)。.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

14、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雙輥擠漿機(jī)。6高效螺旋擠漿機(jī)參考國(guó)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(duì)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

15、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(jiǎn)單， 能耗省，僅一臺(tái)設(shè)備就可代替老式濕漿板機(jī)的多臺(tái)設(shè)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(guó)外公司的最新結(jié)構(gòu)一致，轉(zhuǎn)子位于圓筒形漿 槽的偏心位置，并配套最先進(jìn)的節(jié)能型葉輪，碎漿濃度可達(dá)8%，動(dòng)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高濃水力碎漿機(jī)。3轉(zhuǎn)鼓碎漿機(jī)。4濕損紙碎漿機(jī)、干損紙碎漿機(jī)。5濕強(qiáng)紙專用碎漿機(jī)。6廢紙碎解輔助設(shè)備（a）.廢紙包

16、散包機(jī)。（b）.雜質(zhì)分離機(jī)、紙漿粗選機(jī)。（c）.圓筒篩漿機(jī)。（d）.絞繩機(jī)和切繩機(jī)。（e）.纖維分離機(jī)。.紙漿疏解泵。七廢紙漿篩選設(shè)備.節(jié)能型粗篩（中濃壓力篩）節(jié)能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(dòng)力消耗。以2 m2規(guī)格為例，配用電機(jī) 功率僅75-90KW。.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(dòng)力消耗。.節(jié)能型纖維分級(jí)篩。.雙鼓網(wǎng)前篩、內(nèi)流網(wǎng)前篩。.輕渣分離機(jī)（蘋果篩）。.排渣分離機(jī)（尾渣分選機(jī)）。.復(fù)式尾渣篩復(fù)式尾渣篩參考國(guó)外公司的最新形式，采用升流式結(jié)構(gòu)，漿渣先 在篩子底

17、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(shí)不會(huì)帶出紙漿纖維。.雙效纖維分級(jí)篩雙效纖維分級(jí)篩是一種新型復(fù)合型壓力篩，兼有纖維分級(jí)和長(zhǎng)纖 維或中長(zhǎng)纖維精篩選雙重功能。用一臺(tái)雙效分級(jí)篩代替常規(guī)的普通分 級(jí)篩和長(zhǎng)纖維或中長(zhǎng)纖維精篩二臺(tái)設(shè)備，既可簡(jiǎn)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(dòng)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(tái)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(tái)設(shè)備，既可簡(jiǎn)化流程，節(jié)省設(shè)備占地面積，又能減

18、少中間漿池、漿泵配置，降低動(dòng)力消耗。八廢紙漿浮選脫墨設(shè)備1立式（封閉式）浮選脫墨槽。2臥式（油罐式）浮選脫墨槽。臥式浮選脫墨槽分為ECC和SFL二種結(jié)構(gòu)型式，分別參考國(guó)外二 家著名公司的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jí)多段組合形式，具有進(jìn)漿壓頭低，動(dòng)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(guó)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。此外，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(guó)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