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造紙機干燥部的發展

瀏覽: 發布日期:2018-12-16

造紙機干燥部的發展

1、單干毯干燥裝置

傳統的多缸造紙機的干燥部都是上下兩層烘缸,雙干毯配置。為了有效地排出干燥部內的濕空氣,獲得良好的通風效果,要使用高透氣度的干毯。但這種高透氣度的干毯在有效排出濕空氣的同時也把強氣流帶入袋區,從而在生產低定量高速造紙機上產生了紙頁抖動問題,即在上下缸無支撐段的紙頁產生波動和拍打,在紙頁邊緣產生起皺和斷紙,在干燥部的濕端濕紙頁十分脆弱,非常易斷頭,且車速越高抖動越嚴重,越易斷頭。解決這個問題比較有效的辦法是采用單干毯配置。如圖6-2所示,取消了下干毯,上干毯帶著紙頁包繞上下烘缸。因此在上下烘缸之間的牽引部分,干毯也托著紙頁,紙頁不受牽引力作用,從而減輕紙頁抖動、起皺和斷頭。同時還消除了氣袋,紙頁橫向水分均勻了,省掉干毯輥,烘缸可以靠近力;紙頁是在無牽引下干燥,避免了因受牽引干燥時的縱向被過分拉長和橫向過分收縮現象,可以提高成紙質量。

圖6-2雙排烘缸單干毯配置干燥裝置

2、單排烘缸干燥裝置( SymRun干燥)

上述的單干毯干燥裝置對于車速在500m/min以下的中低速造紙機,能夠有效地控制紙頁抖動,減少斷頭。但當車速進一步提高時其作用就大大減弱,而且下排烘缸對干燥作用不大,從而就產生了單排烘缸、單干毯配置的SymRun干燥裝置,如圖6-3所示。

圖6-3新式單排烘缸的干燥裝置

在SymRun干燥裝置中所有通蒸汽加熱的烘缸均在上部,而下部所有的輥子均為真空輥(VacRoll),真空輥的結構如圖6-4(a)、(b)所示。圖6-4(a)為帶溝紋而無內部真空箱的真空輥,其與吹風箱配合使用,可以使溝紋中保持一定的負壓,使紙頁緊貼在干網上包覆輥筒而不受離心力及氣流影響,從而進一步提高操作的適應性,另外為了將紙頁蒸發出來的高含濕量空氣吸入,排到氣罩頂部,在其輥的端部有與風機相連的接管,以便形成負壓。真空輥表面加工有深4mm,寬5mm的溝槽,每隔一條溝槽在溝底鉆出小孔同輥內真空相通,而在兩端部位處則每個溝槽均鉆孔,且孔數較多,使紙頁部位更為密貼干網且便于引紙。通孔開孔率約0.1%-0.4%,表面溝槽有效開孔率20%-35%。真空輥的真空度為2kPa

圖6-4真空輥的結構

圖6-4(b)為表面鉆有階梯通孔和內置真空箱的真空輥,外表面開孔率達50%以上、內表面為3%-8%。內置真空箱形成的真空區超過被紙幅包圍的區域,被紙幅包圍的區域支撐紙幅,而未被包圍的區域吸入被真空輥和紙幅泵入到紙幅與真空輥接觸點的空氣。

這種全密閉式和紙頁被支撐通過整個干燥部,紙頁的運行性能更穩定,又由于紙頁與干網包繞烘缸的弧長更長,有利于傳熱,紙頁沿下輥運行有更大的蒸發距離,故干燥效率更高。也有全單排烘缸干燥裝置采用上下交錯單排烘缸的布置方式,其作用是使紙頁兩面都得到干燥,因為有些紙種對單面干燥較為敏感,容易產生皺紋和卷曲等現象,而采用烘缸和真空輥上下交錯布置可以克服這些現象。

3、opti干燥裝置

單排烘缸干燥裝置的主要缺點是干燥裝置較長,為了克服這一缺點,許多研發工作者多年前就開始重點開發一種新型的、運行可靠的干燥方法,其主要宗旨是提高干燥部單位長度的干燥效率、運行的穩定性以及獲得優異的紙質。Opti干燥裝置正是集極佳的運行穩定性、最大的干燥能力以及最佳的紙頁質量于一體的新型干燥裝置,同時干燥部的長度也比單排烘缸干燥裝置縮短25%左右,如圖6-5所示。

圖6-5Opti干燥裝置

在Opti干燥裝置中,紙幅是通過封閉傳遞的方式從壓榨毛毯上傳遞到第一個烘缸的干網上,這種傳遞是靠真空傳遞輥來完成的,紙幅可以在高速、穩定的狀態下封閉的通過整個干燥部。

最新的研究認為只有保證紙幅處于無擾動狀態的操作,才能提高紙幅在高速紙機上的穩定性及可運行性。而要做到這一點就必須使濕紙幅在生產過程中處于支撐狀態,以減小其張力從而減小斷頭。對于低速造紙機,空氣的黏度對有支撐紙幅干燥部的干燥操作影響很小,而對高速造紙機則影響很大,即在高速造紙機上的干燥部,快速運行著的紙幅拖曳著其表面的空氣一同運行,其中距離紙幅表面最近的空氣分子的運動速度幾乎與紙幅本身的運動速度一樣快。這些處于邊界層的空氣因其具有足夠的黏度而吸附到紙幅或干毯的表面上,從而導致袋區內濕熱空氣的大量充塞現象。充塞現象使得袋區內壓力升高以致發生過壓力化,這種過壓力以及伴隨而來的空氣擾動可能會將紙幅吸離干毯,如圖6-6(a)所示。而濕紙幅一旦離開干毯的支撐作用必然容易發生抖動,伸長乃至斷頭,從而影響正常操作。為了解決這個問題,在Opti干燥裝置中使用SymRun Hs風箱,風箱位于真空輥之上,兩個烘缸之間的干毯袋區之內。

圖6-6SymRun HS型風箱的工作原理

SymRun HS風箱的工作原理如圖6-6(b)所示。風箱的作用是由噴嘴和袋區兩側同時通風而除去濕熱空氣來實現的。通風箱邊緣的固定噴嘴位于干毯與烘缸切線的上方,送風的方向與干毯和烘缸運行方向相反,從而可以有效地防止干毯將其表面的濕熱空氣拖曳到袋區里。與此同時,由于噴嘴噴出熱空氣的流動,產生足夠的負壓將紙幅牢牢地吸附在干毯表面上,使干毯能有效地支撐紙幅,防止抖動等現象產生。

在干毯與烘缸的下行方向一側,可通過噴嘴來調節最高負壓值所出現的準確位置;在干毯與烘缸的上行方向一側,除了送風以外,隨干毯表面一起運動的空氣邊界層也能起到“通風”作用,即干毯本身也能將部分空氣帶出袋區。

通風箱的通風系統對高、低速造紙機都適宜,當造紙機車速提高時,干毯的運行速度也隨之加快,而干毯將濕熱空氣移出袋區的速度也加快,這樣即使是在車速提高的情況下,負壓值也能容易保持在一定的水平上。而且,根據風箱的適度調整,負壓值還可以隨車速的提高而增大。 Sym Run HS型通風箱外形結構如圖6-7所示。

圖6-7SymRun HS型通風箱外形結構

這種風箱的特點是,能夠在整個袋區實現負壓化,在造紙機的橫向無機械密封,從而可大大減少設備的維護工作量,減少磨損。

在Opti干燥裝置中,單排烘缸干燥與熱風沖擊式干燥交替結合,一般含有3個熱風沖擊式干燥裝置。造紙機是在干毯的支撐下運行的,斷紙的可能性很小,即便出現斷紙現象,也很容易排除。

4、帶預干燥裝置的Opti干燥裝置

在Opticoncept整個技術中,帶預干燥裝置的opti干燥裝置是一種比較理想的干燥形式,其結構形式如圖6-8所示。

圖6-8帶預干燥的Opti干燥裝置

帶預干燥的Opti干燥的目標就是在紙頁的控制和運行性能等方面有重大提高,尤其是在干燥部的開始部位。帶預干燥的Opti干燥裝置是緊隨OptiPress后面的高效干燥方式,紙幅從壓榨部傳遞到預干燥部是通過干毯全封閉式傳遞,因此,當紙頁進入干燥部第一個烘缸前,就已經獲得了較高的溫度和干度,這樣就大大提高了紙幅在干燥部第一個烘缸這一關鍵部位的運行性能,同時也獲得較高的干燥能力。在預干燥之后就是單排烘缸干燥和沖擊干燥交替排列。在帶預干燥的Opti干燥裝置中,有效地利用三個干燥階段對紙幅進行干燥。在預干燥階段,紙幅被有效地加熱和干燥,使得紙幅進人干燥部前就獲得了較高的溫度和干度,從而為紙幅提供極好的運行性能;在熱風沖擊干燥階段,紙幅獲得極高的蒸發效率,最大化的蒸發水分,從而縮短了干燥部長度;在單排烘缸干燥階段,雖然干燥效率降低了,但可以通過不同的方法對紙頁質量進行控制。

5、雙鋼帶( Condebelt)干燥裝置

雙鋼帶干燥裝置目前主要適于紙板的干燥,車速可達到850m/min,抄寬可達4.6m,據介紹雙鋼帶干燥技術不僅干燥效率高,節約原材料,熱能回收潛力大,而且可顯著提高紙板的質量。這主要是其可使紙板緊度提高10%-40%,從而極大增加纖維間結合力,提高強度;若在保持強度不變下可降低定量20%-30%,節約大量纖維原料,也可用廢紙漿料生產出與原生纖維紙漿相當的箱紙板和牛皮箱紙板。雙鋼帶干燥裝置的結構和干燥過程原理如圖6-9所示。

圖6-9 雙鋼帶干燥裝置的結構和干燥過程原理

由圖6-9(a)可知,上部為蒸汽加熱室,由鋼板焊成的外殼、上鋼帶和上密封條組成,其中通入過熱蒸汽,壓力0.05-0.70MPa,溫度110-170℃,上鋼帶與濕紙頁接觸,并隨紙頁一起移動,以便加熱紙頁、蒸發水分,在紙頁的下面有細、粗目網和下鋼帶,細目網是為了降低紙面的網痕,粗目網是用于收集從紙頁中蒸發出來蒸汽冷凝后所形成的冷凝水。為了在紙頁的下面形成一個真空區空間,以提高紙頁中水分的蒸發,在上下鋼帶的兩側設有邊緣密封板,在下鋼帶的下面是由鋼板焊接成外殼,下鋼板和密封板形成冷卻水室,其中通入60-90℃冷卻水,壓力與蒸汽壓力相一致。粗、細目網和下鋼帶也與紙頁一同移動,以便除水和清潔。鋼帶厚度一般為1mm。

雙鋼帶干燥裝置的工作原理如圖6-9(b)所示:熱的上鋼帶提高紙幅的溫度,使紙幅中的水分蒸發并向下移動,然后在下鋼帶上面被冷凝,冷凝水蓄存在粗目網空間中,隨粗目網移出冷凝區間時被真空排出。在上下兩條鋼帶之間形成真空空間,不僅提高蒸發速度,而且也提高紙幅的Z向壓力,一般可達0.2-1.0MPa,提高紙幅緊度和平滑度。

在相同的蒸汽壓力下,雙鋼帶干燥工藝的干燥速度高于烘缸的干燥速度。原因是:①由于鋼帶一般為lmm厚,遠遠低于烘缸壁厚,所以熱鋼帶的傳熱性優于烘缸;②由于在雙鋼帶干燥工藝中Z向壓力很高,使紙幅與鋼帶間熱接觸充分;③在雙鋼帶干燥工藝中紙幅在上下兩條鋼帶的真空區間干燥時無空氣存在,紙幅與鋼帶接觸傳熱和擴散阻力小,其傳熱阻力比烘缸干燥小1/3-1/2。這是由于冷熱鋼帶間較大溫度差引起的熱管現象。熱管現象的特點是在一小溫差下就可實現大量熱量的傳遞,其熱傳遞率是普通烘缸熱傳遞率的10倍,這主要是因為在雙鋼帶干燥中從紙幅蒸發出的蒸汽向冷的鋼帶表面移動中不受空氣分子的阻力,因為發生熱管現象的前提是紙幅溫度必須超過水的沸點,這樣紙幅表面就不存在空氣。

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