如何进行纸料净化和筛选，提高纸品质量和效率？

为了提高生产出的纸品的质量、抄造效率以及成纸的使用和后加工性能，需要进一步除去纸料中残余的杂质，在纸料上网前对其进行筛选和净化是最后一道的把关。纸料中的杂质主要分为纤维性杂质和非纤维性杂质两大类，非纤维性杂质可分为金属性杂质和非金属性杂质两类。纤维性杂质主要来自于损纸处理系统的碎片、浆团和其他杂质；金属性杂质则主要来源于设备管道的腐蚀磨耗和生产过程中混入的金属碎屑和微粒；非金属杂质主要是生产过程中带来的沙粒、尘土和各种胶黏性物质。筛选的目的在于除去纸料中相对密度小而体积大的杂质，因此筛选设备是利用几何尺寸及形状差异来分离杂质的。净化的目的是除去纸料中相对密度较大的杂质，因此净化设备是利用密度差来分离杂质的。

除了去除纸料中的杂质外，纸料上网前的筛选和净化还具有将纸料中的纤维、填料和助剂分散，并使之流体化，避免其结团、沉积和絮聚，使纸料纤维悬浮液符合上网要求。

造纸前所用的净化设备主要是锥形除渣器，而筛选设备使用最多的是压力筛。一般将净化和筛选组合成一个系统，并且大都是把净化放在筛选之前，以延长筛板的使用寿命。图4-12是一个由三段锥形除渣器和压力筛组成的净化和筛选流程。

图4-12 纸料的净化和筛选流程

在图4-12所示的净化和筛选流程中，在净化的同时还进行了除气。采用冲浆泵稀释法，一级三段锥形除渣器净化，用接真空的除气槽除气，除气后浆料经压力筛处理后到流浆箱上网。成浆池的来浆经过流量调节系统，定量进入冲浆泵入口，除气槽和锥形总管的溢流纸料，以及压力筛连续排渣的尾浆经跳筛回收的良浆，都返回浓白水池循环使用。

选择筛选和净化设备的原则是：a. 筛选或净化效率要高，纤维流失少；b. 尽量选择性质较好、适应性广、能除去较多杂质的设备；c. 设备最好是全封闭的，防止带入空气，产生泡沫；d. 设备占地少，动力消耗低。

1. 锥形除渣器

锥形除渣器是一种高效的净化设备，其生产能力大，占地面积小，是纸机前净化操作中应用最广泛和最重要的一种设备。

锥形除渣器是利用纸料流体在除渣器内涡旋运动产生的离心力作用使纸料中密度较大的杂质与纤维分离的一种净化设备。其上部为圆柱体，柱体的长度比锥体的长度小。纸料从柱体的上部沿切线方向进入除渣器内做涡旋向下运动，纸料中的重杂质由于比重较大，从而产生的离心力也较大，故首先被抛向器壁，沿器壁下滑到锥体下部的排渣口排出。纸料中的纤维比重相对较轻，集中在涡旋的中心，旋转到锥体末端后改变旋转方向从内层上升到锥体顶部良浆出口排出。纸料中的空气相对密度最小，位于涡旋的中心，和良浆一起从锥体的顶部排出。有些除渣器配有特殊的装置，可将空气从良浆中分离出来。锥形除渣器的结构示意图见图4-13。先进的除渣器不仅能达到除去重杂质的目的，同时还可以达到排除轻杂质和脱气的作用。

随着废纸回用率的不断提高，废纸中夹杂的一些塑料、蜡类、热熔胶等比纤维轻的杂质也会严重影响成纸的质量，因此出现了针对这些轻杂质的轻质除渣器。轻质除渣器的工作原理与重质除渣器的工作原理相似，也是采用涡流离心净化的原理，即利用塑料类杂质、蜡和热熔胶的密度低于纤维和水的特点，靠离心力的作用对纤维和杂质进行分离，但其良浆由锥体下端的排出口排出，轻杂质则由顶部出口排出。轻质逆向除渣器如图4-14所示。

锥形除渣器的除渣效率、生产能力和排渣量与除渣器的结构尺寸和进浆压力、进浆浓度等有关。用于造纸机供浆系统的锥形除渣器的直径为75～300mm，单个除渣器通过量为75～3000L/min，进浆浓度为 0.5%～1.0%，压力降为 0.1～0.3MPa，排渣率为4%～10%。

我国常用的锥形除渣器的直径为75～150mm，单个流量为75～500L/min。锥形除渣器的型号，按直径大小有620型、606型和600型3个系列。型号大的直径大，生产能力大，纤维损失少，动力消耗低，但净化效率低；型号小的直径小，生产能力小，但净化效率高，纸机前的净化一般都使用606型。

影响锥形除渣器净化效率的因素有：

①进浆浓度：进浆浓度高，净化效率低；进浆浓度低，净化效率高，但浓度过小，动力消耗增加。一般为0.5%～0.7%。

②进出口压力差：进、出口压力差越大，浆料进入除渣器的速度越大，产生的离心力也越大，除渣效率较高。但是，当压力差超过某一数值（0.3MPa）时，浆料的净化效率增加不明显，而动力消耗增大很多。一般进浆压力控制在0.28～0.35MPa，出浆压力为 0.01～0.03MPa，压 力 差 不 超 过 0.28～0.3MPa。

图4-13 锥形除渣器结构示意图

图4-14 轻质逆向除渣器

③排渣率：影响排渣率的主要因素是排渣口直径的大小。在一定范围内，增大排渣口直径，排渣量增大，净化效率提高，但纤维流失多。排渣口小，净化效率低，有时还会造成排渣口堵塞。一定型号的除渣器有相对应的排渣口直径。

一般情况下，锥形除渣器不会是单台使用的，而是若干台组合起来使用。在多台除渣器排列组合使用时，涉及“分段”和“分级”的问题。把原浆和尾浆通过除渣设备的次数称为段，多段排列的目的是为了减少尾渣中好纤维的含量，减少损失；原浆和良浆通过除渣设备的次数称为级，多级的目的是为了提高良浆的质量，但动力消耗成倍增加。在纸机供浆系统中多采用一级三段，但也有一些生产规模大的造纸机采用一级四段。典型的一级三段除渣流程如图4-15所示。

在多段净化中，应逐段增加其排渣口径，排渣率一般为 10%～30%，而且也应逐段增大。

2. 压力筛

压力筛是目前纸料上网前使用最为广泛的筛选设备。常用压力筛的叶片断面似机翼，故又称为旋翼筛。

浆料以一定压力沿切线方向进入筛鼓内部，做自上而下的旋转运动。在筛鼓内外压力差的作用下，纤维通过筛孔。旋翼沿筛鼓表面运动时，其头部附近浆的压差增大，促使纤维通过筛孔。旋翼继续运动，随着其尾部与筛鼓的间隙逐渐增大而在这一区域出现局部负压。产生的负压使筛鼓内外浆料压力绝对值相等时，浆料停止通过筛孔，当负压继续增加，筛鼓外的部分良浆则在负压作用下通过筛孔返回筛鼓内，反冲筛鼓内表面筛孔上形成的纤维滤层，起到净化筛孔的作用。旋翼经过后，浆料又在压力差的作用下继续得到筛选，并在下一个旋翼作用下继续重复这一过程。未能通过筛孔的尾浆从机体底部出口排出。压力筛的作用原理如图4-16所示。

图4-15 典型的一级三段除渣器流程

图4-16 压力筛工作原理图

压力筛是一种全封闭压力进浆，并以压力脉冲代替机械振动而进行分离杂质的筛选设备。根据使用要求不同，压力筛有多种结构形式和性能特点。根据旋翼个数，可分为单鼓和双鼓压力筛；根据浆料在筛子中的流向不同，可分为外流式和内流式；根据筛鼓的位置不同，可分为旋翼在鼓内和旋翼在鼓外之分；根据筛鼓形状不同，可分为筛孔和筛缝；缝筛又可分为平板缝筛和波形缝筛。上网前压力筛要求具有低压力脉冲，较低的进浆浓度，能够除去更细的杂质，具有较强的分散纤维絮聚等特点。目前使用的压力筛主要有以下4种结构形式。如图4-17所示。(www.xing528.com)

单鼓内流式压力筛（a）的特点是旋翼在筛鼓内侧，依靠转子在负压力区吸浆，从筛鼓外侧进浆；单鼓外流式压力筛（b）的旋翼也在筛鼓内侧，从筛鼓内进浆，良浆依靠压力和离心力流出筛鼓；（c）同为单鼓内流式压力筛，所不同的是其旋翼在筛鼓外侧，与未筛浆料接触，旋翼转动的加压作用能增加筛选压力，从筛鼓外侧进浆，离心力将粗重的杂质甩离筛鼓；（d）为内、外流双鼓压力筛，其特点是具有两个筛鼓，旋翼位于两个筛鼓之间，进浆口也在两个筛鼓之间，外筛鼓是外流式的，内筛鼓是内流式的，外筛鼓筛板面积约占筛板总面积的60%，而生产能力则达到总生产能力的70%～80%。目前使用比较广泛的是（a）和（d）两种型式的压力筛。

图4-17 压力筛的几种主要形式

影响压力筛筛选效率的主要因素是：

①进浆浓度：在一定范围内，提高进浆浓度，可提高筛选效率，生产能力提高。但是，当浓度超过某一浓度值时，筛选效率下降，造成良浆质量下降，尾浆率增大或糊筛板。进浆浓度过低，也会使筛选效率降低，生产能力下降。一般进浆浓度范围在0.2%～2.5%。

②压力差：进浆压力与良浆压力的差值，即筛鼓内外压力差。增大压力差，推动浆料通过筛孔的能力提高。但是，当压力差超过某一范围，造成浆料中的部分纤维束、纤维团会强行通过筛孔混入良浆，使筛选效率下降。一般不应超过0.03～0.04MPa。

③尾浆率：尾浆率对筛选效率影响最大。尾浆率过大，虽然可以提高良浆质量，提高筛选效率，但尾浆中好纤维量也增大，不回收造成损失，如回收还需进行二段处理。尾浆率过小，造成筛选效率降低。因此，应根据良浆的质量要求合理确定尾浆率。

④旋翼与筛板的间隙：旋翼与筛板的间隙越小，脉冲越强烈，筛选效果越高。但间隙过小易损坏筛板。一般为0.6～0.8mm。

图4-18 不同筛板形状及其筛缝表面层流状况

⑤旋翼转速：转速加快可提高生产能力和筛选效率，但电耗大，纸料易产生脉动作用。一般为250～550 r/min。

近年来用于造纸机供浆系统的压力筛在技术上进行了改进，出现了波形筛缝筛板和低脉冲旋翼。

（1）波形筛缝筛板

波形筛板是将筛板的表面加工成起伏不平的特殊几何形状（如锯齿形、阶梯形和圆曲面等），图4-18所示为普通光滑面筛板、齿形筛板及波形筛板的形状及其表面的层流状况。

波形筛板的主要特点：改变浆料流线，提高浆料在筛孔附近的湍流程度，减少筛孔堵塞，提高筛板的有效开孔率，以便达到提高生产能力的目的；通过改变浆料的流线改善纤维的取向，降低筛板两侧的压力差，从而提高筛选效率，降低能耗。

纤维从进浆侧通过筛孔（缝）时的运动轨迹有3种情况，即：纤维由头部先进入筛孔（缝）；纤维由尾部先进入筛孔（缝）；纤维由中间部分先进入筛孔（缝）。如图4-19所示。

图4-19 浆料纤维通过筛孔（缝）的运动轨迹

决定纤维通过筛孔（缝）形式的主要因素有：筛板表面的流型；纤维的柔软度；纤维与筛板间的径向距离。

对于光滑型筛板、冲孔波纹型筛板及齿型筛板，纤维主要由头部先进入筛孔。浆流流过开孔区时，纤维可能会产生弯曲甚至折叠，使纤维中间部分先进入筛孔。这种现象在光滑型筛板和齿型筛板较为突出。对于带有阻流棒的波形筛板（孔型和缝型），纤维主要由尾部先进入筛孔。这是由于线性排列的纤维经过阻流棒后来不及调节自身的方向，在浆流的涡流作用下把纤维的尾部拖进筛孔（缝）。

生产实践证明，波形筛具有提高筛选效率，提高筛选浓度，提高生产能力，降低筛浆电耗，减少筛板堵塞等特点和效果。不同筛板的相对生产能力、临界工作浓度及压力差等情况如图4-20、图4-21所示。

图4-20 不同筛板的相对生产能力及其最大工作浓度与筛板波形程度的关系

图4-21 不同筛板的相对生产能力与进浆和良浆压力降的关系

由图4-20可知，波形筛板可在较高的浓度下进行筛浆，提高了筛浆机的生产能力。由图4-21可知，波形筛可在较低的压力降下获得较高的生产能力，从而降低生产的能耗。

从流动机理角度考虑，同样是波形筛，开孔和开缝也会有很大的差别，主要差别是：在相同的筛鼓面积下，缝筛比孔筛的开孔率小，从而压力差也相应增大，相同的旋翼产生的前后压力脉冲的作用更大，有利于消除筛缝对长纤维通过的挂浆堵塞；缝筛的良浆排出除压力差外，开缝处的涡流起了重要作用，而孔筛的良浆排出主要依靠压力差的黏性作用，因此良浆更易于通过筛缝。在相同筛选率要求的情况下，孔径约为筛缝缝宽的2.5～3.5倍。

目前造纸供浆系统压力筛常用的筛缝缝宽为0.1～0.5mm，缝与缝中心距为2～5mm，开孔率较低，不超过20%，常在10%左右。随着筛选技术的发展，筛缝的宽度由大向小发展，筛缝宽度的减小能够提高筛选质量，从而提高纸张质量。筛缝宽度选择的依据是纸张的品种和质量要求。质量要求高的纸种，筛缝宽度要小一些，而纸板，筛缝宽度可以大一些。

（2）低脉冲旋翼

为了降低上网浆流的脉冲，研制了多种低脉冲旋翼，较早的有倾斜的旋翼，近期有多叶片旋翼，即将旋翼叶片数量增加并互相错开，使筛板全周产生许多均匀的局部小脉冲。这些结构的旋翼能够减少或基本消除上网浆流的压力波动，从而减少纸页纵向定量的波动。