专题ＩＩ ＳＰＥＣＩＡＬ ～一 一～二．～一 ～一． 对我国制浆造纸装备制造业创新发展的思考 。侯庆喜 刘苇 （天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津３００４５７） Ａ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｏｎ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ’Ｓ ｐｕｌｐ＆ｐａｐｅｒ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｏ ＨＯＵ Ｑｉｎｇ．ｘｉ ，ＬＩＵ Ｗｅｉ 一～一～一～ｍ 一（Ｔｉａｎｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｐｕｌｐ ａｎｄ Ｐａｐｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５７，Ｃｈｉｎａ） 中图分类号：ＴＳ７５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７—９２１１（２ｏ￣７）０２一ＯＯｆ４—０４ 众所周知，我国造纸工业的生产量和消费量自 ２００８年以来，首次超过美国，成为世界上纸和纸板的第 侯庆喜先生，教授，博士生导 师；主要研究方向为清洁制浆 技术与装备。 一大生产国和消费国，且能源消耗、水资源消耗以及废 水污染排放指标等逐年下降。这一历史性的突破，是在 我国制浆造纸生产企业数量处在下行趋势的前提下实 现的，反映了我国造纸行业单位企业的生产规模和现代 化水平近年来快速上升的现状。能够实现这一骄人的 摘要：近年来，我国制浆造纸工业的生产规模和现代化水 平得到了快速发展，其中一个重要的原因就是装备现代化水 平的提高。本文通过我国制浆造纸工业的发展现状，探讨加 快我国制浆造纸装备制造业的创新发展。 成绩，装备现代化水平的提升是一个不容忽视的重要前 提。 纵观我国制浆造纸装备的发展，从用于草类纤维 关键词：制浆；造纸；制浆造纸装备；创新发展 原料的蒸球到潘迪亚横管连续蒸煮器，从木材纤维原 料的间歇式立式蒸煮锅到卡米尔连续蒸煮器，从单条 制浆生产线产能５万ｔ／ａ发展到１００万ｔ／ａ，从幅宽３ｍ、 抄造车速２００～３００ｍ／ｍ ｉ１３的造纸机发展到幅宽８～ ｌＯｍ、抄造车速ｌ５００－２０００ｍ／ｍｉ１７１的高速纸机，从诸 如新闻纸机单机产能５万ｔ／ａ发展￣１１４０万ｔ／ａ，这些巨大 的变化无不显示出高新技术所发挥的重要作用。但令人 遗憾的是，如此多的世界领先技术或核心技术，例如 ＲＤＨ快速热置换蒸煮技术、ＩＴＣ等温蒸煮技术、氧脱 木素技术、无元素氯漂白技术、稀释水流浆箱技术、飘 口通讯作者：侯庆喜（１ ９６１一），男，教授，博士生导师，主要研究方向为清洁制浆技术与装备。Ｅ—ｍａｉｌ：ｑｉｎｇｘｉｈｏｕ＠ｔｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。 ｌ４ Ｊ守华敬盘 Ｊ第３８卷第２期２０１７年１月 匿蟹叠 墨盈 ＳＰＥＣＩＡＬ ＩＩ专题 片式水力流浆箱技术、靴式压榨技术等等，这些都不是 我国发明创造的，说明我们在制浆造纸装备制造方面创 动和药液的传质效果变差，当采用立式蒸煮锅蒸煮时， 达到一定的蒸煮程度后草片会堵塞滤液带上的滤孔，影 响蒸煮的均匀性。绝大多数造纸工作者的普遍共识是， 立式蒸煮锅不能用于麦草化学浆的生产。 立式蒸煮锅就真的不能用于麦草化学浆的生产 新发展的步伐仍然较慢，装备制造技术依然落后干许多 世界发达国家。 加快我国制浆造纸装备制造业的创新步伐，推出 更多更好的“中国创造”技术和产品，使我国造纸工业 真正跻身于世界造纸强国之列，这是我国造纸行业特别 是造纸及其装备制造业的科技工作者，当前乃至未来的 一吗？我们不妨换一种思维方式重新分析问题关键之所 在。事实上，草类纤维原料能够采用立式蒸煮锅蒸煮的 关键是，是否能做到让蒸煮药液在锅体内各部位实现 均匀流动，从而保证锅内料片与蒸煮液之间的化学反应 均匀一致。就麦草而言，料片容易扁塌是相对的，也是 项长期艰巨的任务。要实现这一目标，核心问题是创 新。如何加快创新发展的步伐？笔者就近年来我国制浆 造纸工业的现状，谈谈对创新发展的看法和认识。 有条件的；其次，料片扁塌后，蒸煮液在料片内部及料 片之间的流动，也会因备料质量的好坏和蒸煮过程适当 ｌ 适用于草类纤维原料的蒸煮技术带给我们的 思考 我国草类纤维资源十分丰富，是世界上草浆生产的 控制（粗浆硬度）以及蒸煮液粘度的适当控制而得以改 善。原因清楚，措施得力，可行性就会大增。采用锤式粉 碎机替代切草机，优化备料工艺，料片中的膜、穗、鞘等 非纤维细胞杂质的去除率提高，带入蒸煮废液中的硅含 量因此降低。经锤式粉碎机锤扁后的料片与切草机切 大国，其中稻麦草浆的占比最高。过去，我们用于麦草 化学浆生产的主要蒸煮设备是蒸球，生产能力低下，加 之黑液过滤性能差和硅干扰以及环保等问题，近年来我 国的草浆产量比上世纪８０年代大幅度下降，２０１５年稻 麦草浆产量仅为３００万ｔ。与木材纤维原料制浆技术相 比，草类纤维原料制浆技术的落差很大，我们的研发投 入也不足。 短而后被挤压而扁塌的料片比较，其滤水性能及其与蒸 煮液接触的表面积，显然是前者优于后者；适当加大液 比并提高蒸煮后的粗浆硬度，可以改善锅内气液两相间 的传质和蒸煮药液的流动性能；我们试想一下，若将液 比由传统的１：４提高至１：５或１：６，粗浆硬度由Ｋ值１４提 高至１８－２０，那么蒸煮锅内的药液循环状况包括药液的 草类纤维原料制浆技术落后，表面上看是装备技 术的落后，但究其本质还是装备研发与工艺研发不能深 入的融合以及在此基础上开展有效的协同创新。这是 因为装备研发人员一般缺少对制浆造纸工艺的深度了 顶音ｌｊ药液 解，而工艺研发人员欠缺机械原理及过程装备方面的知 识。这里以芦苇和麦草两种不同原料的蒸煮器为例，探 讨制浆技术创新的思路。 我们都知道，芦苇（荻）和麦草的备料方法和流程 基本一致，不同之处在于一个是盘式切苇机，一个是辊 式切草机。因为芦苇（荻）比麦草粗大、挺硬，采用立式 蒸煮锅蒸煮（如图１）时，锅内的蒸煮液可通过设在中部 的滤液带将其抽出，再经热交换器加热之后重新注入 锅内，实现锅内蒸煮液上、下部浓度和温度的均匀。然 而，麦草较芦苇（荻）容易扁塌，蒸煮液在草片之间的流 图１ 立式蒸煮器结构示意 （ ｌ＇１，１ “，１，＿ ， ｊ ｌ５ Ｊａｎ，２０１７ Ｖｏｌ ３８，Ｎ０ ２ ｌ 专题◆ＳＰＥＣＩＡＬ 物化性能将会有什么样的变化？此外，若采用置换蒸煮 ２ 从造纸机稀释水式浓度调节技术得到的反思 造纸机稀释水式纸浆浓度调节技术，是目前造纸 机上广泛采用的一项纸页横幅定量调节技术。它创造性 的方式，将更有利于降低蒸煮锅内药液的粘度，强化蒸 煮液与料片之间的充分接触和均匀的化学反应，保证蒸 煮质量。 地应用了浓度调节的理念，打破了传统的依靠调节唇板 弯曲变形，亦即通过改变唇口开度的大小，从而实现调 节纸页横幅定量偏差的方式。这是流浆箱发展史上纸 在草类纤维原料制浆技术与装备的创新发展方 面，泉林纸业有限公司经过十多年来不断的探索和实 践，现已走在了世界领先行列。 页横幅定量调节技术的一次较为革命性的进步。 从造纸机网部构造来看，无论哪种形式的流浆 箱，实质上都是一个动态的纸料分布器。传统的调节 唇板弯曲变形的方式凭借经验手动完成，属于在纸料 一 图２稀释水加入位置及分配盘 定登 分布器出口终端控制的方式。它一方面对来自纸机卷 取部横幅定量变化的反馈信号响应迟缓，另一方面对 于等压布浆器而言，调节流浆箱唇口开度，从理论上讲 会改变纸料出唇口时的瞬时速度和局部浆流的流形， 导致相关部位与其相邻部位的纤维交织成形状况产 生差异。对于幅宽较大、车速较高的造纸机，这种横 幅定量偏差调整方式的灵敏度、控制精度以及位置分 辨率都很低。稀释水式纸浆浓度调节技术，其工作原 理是在布浆支管管束上游（亦即一阶布浆支管），沿 着纸机横向等距离向布浆管束内注入稀释水（图２）， 通常为浓度大约０．２％的纸机白水，用以局部调节纸浆 浓度，实现纸机全幅横向定量的均匀调节。稀释水的 操作劁 传动侧 加入量是通过稀释水阀控制的，阀门的开度根据调节 点的定量标准偏差由可编程序逻辑控制器（Ｐ Ｌ Ｃ）来 图３唇板调整和稀释 的比较 确定。与调节唇板弯曲变形的方式相比，稀释水式浓 度调节方式属于纸料分布器源头控制的纸页横幅定量 调节方式。 上述两种不同的纸页横幅定量调节方式，因其原 理不同，前者是流浆箱终端控制，后者是流浆箱源头控 制，因此结果有较大的差异。图３给出了在纸页纤维取 向和定量上两种横幅定量调节方式结果的比较。从图３ 中不难看出，尽管最终的纸页横幅定量偏差基本上得到 了控制，但是纸页内部的纤维取向不同。采用稀释水浓 度调节的方式，着眼干纸机横向上局部很窄范围内（目 前已做到了５０～６０ｍ ｍ）的浓度调节，它对其相邻部位 ｌ６ｆ守竿，且 Ｉ第３８卷第２期２０１７年１月 ＳＰＥＣＩＡＬ●专题 的浆流影响很小，因此整个纸机横向上能够获得纤维 取向分布更好、匀度更加均匀的纸或纸板。 造纸机稀释水式纸页横幅定量调节技术的商业化 应用始于２０世纪９０年代，相比传统的唇板调节技术， 根据纸页压榨的原理可知，提高线压力有助于降 低纸幅中的含水量，但增加了纸页的紧度和被压溃的危 险系数。于是，人们提出了延长压区宽度的设想，特别 是针对一些定量较高或流体流动阻力较大的湿纸幅， 亦即属于流控型的压榨，从而诞生＿ｒ大辊径宽压区压 榨的技术，其压辊直径可达１５００ｍ ｍ或以上，压区宽度 ２５０ｍ ｍ左右。但是，由于存在着机械加工、辊面胶层易 可谓经历了漫长的岁月。这一创新技术的研发过程，实 质上是一个流体力学在纤维悬浮液流体流送中具体应 用的过程，其研究的主要理论基础是浆料流体力学。然 而，我国从事浆料流体力学研究的制浆造纸科技工作 磨损以及传动侧的密封、润滑、磨损等方面的问题，这 种压榨技术尚未得到普遍应用，而被取而代之的是目前 正在广泛应用的靴式压榨技术。 靴式压榨辊内部装有固定靴形板，外面套着一个 者有多少？他们中间又有多少受过较系统的浆料流体力 学、甚至流体力学课程的培训？我国在该方面的研发平 台现状又如何呢？这反映出我们在基础研究方面存在 的差距，应当引起有关方面的高度重视。 近年来，我国在造纸机稀释水式纸页横幅定量调 可旋转的靴套，与其配对的另一个压榨辊为可控中高的 硬面辊。靴式压榨大约有２５０ｍ Ｉｎ左右的压区宽度，纸 页在高压下有较长的停留时间，经靴式压榨后的纸页干 度可达５０％～５５％。采用靴式压榨技术，不仅纸页干度 节技术方面取得了许多骄人的成绩，在吸收消化国外 先进技术的基础上，不断加以改进和创新，开发出许多 “中国版”的产品，不仅在国内有一定的市场，而且部分 产品还销往国外。但是，我们还需清醒地认识到，走引 进、消化吸收再创新之路固然重要，但不是长久之计，原 始创新才是创新发展的核心，是我国走向造纸强国的必 由之路。 高，而且纸页的性能也有一定的改善。例如纸页的松厚 度指标仍能够保持在相对较高的水平上，这对挺度或松 厚度有一定要求的纸和纸板而言，是非常有利的。由于 具有这一突出的优点，靴式压榨不仅被用于诸如书写印 刷纸和纸板等较高定量纸种的生产中，而且被较广泛 地应用于低定量的薄页纸的生产中。 ３ 从造纸机靴式压榨技术得到的启发 从一定程度上讲，造纸技术就是纤维悬浮液的脱 水技术。因为从造纸机流浆箱喷出的大约１％浓度的纤 维悬浮液，直到卷纸机上得到干度大约９２％的纸或纸 板，每生产ｌｔ纸就要脱掉９８．９ｔＴｋ，可见脱水是抄纸过 程中非常重要的一项任务。采用机械的方式脱水比通 靴式压榨技术，涉及机械制造加工、特殊织物的加 工制造、液压控制、电气控制等多个领域。该项技术的 商业化应用，是多学科交叉融合、多领域协同创新的结 果。透过该项技术，我们是否可以从中领悟出一些该技 术研发平台的承载能力和研发投入状况。多年来我们一 贯重视和强调协同创新，但其结果在一定程度上说，还 过烘缸干燥的方式脱水节能（大约进入烘干部的湿纸 幅水分每降低１％，干燥部可节省４％的蒸汽），这已成为 广大造纸工作者致力干开发各种机械压榨脱水技术的 是较多地流于形式，没有真正做到实质上的融合，同时 还存在着急功近利的现象。 创新发展是一个系统工程，不是一朝一夕的事。需 要有一个恰当的研发平台、一支高水平的研发队伍以及 相适应的运行管理机制，然后沉下心来潜心研究，刻苦 攻关。相信不久的将来，我国制浆造纸装备制造业必将 会取得快速的发展，令世界刮目相看。圃 ［收稿日期：２０１ ６－０ ７－１ ５ｊ 巨大驱动力。多年来，基于提高纸幅压榨干度的各种类 型的压榨技术层出不穷，从普通压榨到真空压榨，从大 辊径的宽压区压榨发展到今天的靴式压榨，压榨后的 纸幅干度已由过去的３８％～４０％提高至目前的５０％或以 上，纸机蒸汽消耗大幅度降低。 （ ，’ ｔｔ ，，ｍ ｍ ｌ １７ ｌａｎ．２０１７ Ｖｏｌ ３８，Ｎｏ ２ Ｉ