造紙廠——抄紙工藝教案.doc

干燥部第一節(jié) 引言紙頁經(jīng)過壓榨后，其中殘余的水分必須在干燥部蒸發(fā)脫除。蒸發(fā)過程需要大量的熱能，通常以蒸汽形式供給。干燥部一般是紙機(jī)中能耗最大的。熱能從蒸汽傳遞到紙幅，需要有相當(dāng)?shù)膫鳠崦娣e，所以干燥部通常是紙機(jī)最龐大的部分。 干燥部的目的：1. 要以最少量的干燥設(shè)備有效地蒸發(fā)掉水分為目標(biāo)。2. 要在保證紙頁的質(zhì)量的前提下進(jìn)行。3. 干燥部及附屬設(shè)備的設(shè)計，必須能盡量的降低能耗。4. 干燥部的設(shè)計必須使紙機(jī)有較高的總效率。第二節(jié) 傳統(tǒng)的烘缸干燥 最常見的干燥方法是使用一系列蒸汽加熱的烘缸。從壓榨來的濕紙頁，通過一組單層烘缸，通過導(dǎo)輥承托紙頁，可以減少紙頁的拉伸和斷頭，但影響生產(chǎn)能力。之后是雙層布置的一系列烘缸。上下烘缸單獨(dú)使用干毯，上下烘缸之間的紙頁沒有承托。存在紙頁抖動問題。第三節(jié) 干燥的基本原理干燥過程可以分成兩大部分，即：1.蒸汽傳熱給烘缸的同時，傳熱給紙頁；2.在出烘缸到進(jìn)入下一個烘缸之間的部位，從紙頁蒸發(fā)出來的水分進(jìn)入大氣中。在多烘缸紙機(jī)上濕紙幅的干燥過程是間歇的，是由一系列反復(fù)循環(huán)的周期性干燥過程組成的。每個周期內(nèi)都發(fā)生短暫的升溫和蒸發(fā)的過程，但時間只有十分只幾秒。干燥曲線：指烘缸表面的溫度曲線，也就是將各個烘缸表面的溫度值連接起來畫成的曲線。一般是開始時逐漸升高，然后平直，最后稍有降低。單個烘缸的干燥機(jī)理：紙頁在烘缸上的四個分段區(qū)：一段紙頁附近空氣和水汽與紙頁一同進(jìn)入烘缸，形成烘缸和紙頁間的空氣膜。二段干毯將大部分空氣趕出，蒸汽的熱量通過烘缸外殼傳入紙張中，隨著紙幅接觸烘缸表面，干毯將紙頁壓向烘缸面，并改善接觸狀況。紙頁在烘缸上時，干毯還阻止水分蒸發(fā)。因此當(dāng)熱量傳給紙頁時，烘缸上的紙頁溫度上升而很少有蒸發(fā)。紙頁溫度對干燥效率的影響：增加傳熱將增加紙張離開烘缸的溫度，并增加在烘缸間紙頁的蒸發(fā)作用。同樣高效率的蒸發(fā)過程將使紙頁溫度降低，從而使紙頁進(jìn)入下一個烘缸時的溫度較低，較低的溫度有利于熱量的傳遞，提高干燥效率。三段和四段，紙頁開始大量蒸發(fā)水分。影響干燥效率的因素：主要有兩個方面：一蒸汽壓力，二是傳熱系數(shù)。為了提高干燥效率可以通過提高蒸汽的壓力來提高烘缸溫度，但所使用的最高壓力是有局限性的。大多數(shù)低定量印刷紙是不能用高壓力的，特別是在干燥初期，開始壓力要低些，而后逐漸提高。所以存在在干燥初期蒸汽壓力低于大氣壓力的情況。壓力太高容易使紙頁表面的纖維粘在烘缸上，造成紙面粗糙，產(chǎn)生掉粉等紙病。并由于紙頁從烘缸剝離的不一致，出現(xiàn)紙頁不平等問題。使用壓力的大小主要依據(jù)紙頁質(zhì)量。一般規(guī)律是：印刷的要求越高，初期的壓力越小，而且壓力提高的越緩慢。傳熱系數(shù)是傳熱阻力的大小。主要包括：1. 凝結(jié)水層的厚度和湍動程度。（設(shè)計因素和定期排放）2. 烘缸的厚度。（設(shè)計因素，烘缸結(jié)垢）3. 烘缸表面的污垢或纖維。（刮刀的使用，合理的干燥曲線和進(jìn)干燥水分）4. 夾在紙頁和烘缸之間的空氣。（進(jìn)入角度、干毯張緊程度、干毯定量和透氣度）5. 紙頁的性能。（定量、水分、厚度、粗糙度、透氣度等）6. 烘缸內(nèi)的不凝氣體。（設(shè)計因素和定期排放）第四節(jié) 蒸 發(fā)紙頁在烘缸上受熱后，紙頁中的水分由液相變成汽相。在傳統(tǒng)的干燥條件下，這種相的改變，所需要的熱量為2290KJ/Kg。大多數(shù)蒸發(fā)作用是在烘缸間的開放引紙區(qū)進(jìn)行的。紙頁中的水汽壓力，直接與紙頁溫度有關(guān)系。紙頁溫度是傳熱過程和蒸發(fā)過程的聯(lián)系點(diǎn)，有效的傳熱提高了紙頁溫度，并提高了紙頁中水分的水汽分壓，在紙頁中蒸發(fā)水分時紙頁溫度下降。紙頁周圍空氣中的水汽分壓與空氣的絕對濕度有關(guān)。袋區(qū)內(nèi)的高濕度提高水汽分壓和降低蒸發(fā)作用。與透氣度良好的干毯相關(guān)的袋通風(fēng)系統(tǒng)，其作用就是向袋區(qū)內(nèi)引入干熱的空氣，并沖洗袋區(qū)內(nèi)的濕空氣。袋區(qū)通風(fēng)效率降低或干毯的透氣度降低是造成袋區(qū)高濕度的主要原因。我們需要解決好干毯的透氣度和紙頁穩(wěn)定性之間的矛盾。高透氣度的干毯可以將大量的空氣吸入袋區(qū)，但會造成紙頁的抖動。低透氣度的干毯可阻止進(jìn)入袋區(qū)的氣流，但袋區(qū)濕度增加，干燥效率降低。一、干燥變數(shù)的影響影響干燥效率的變數(shù)很多，這些變數(shù)都是假設(shè)烘缸的幾何形狀固定和蒸汽溫度不變。各種干燥變數(shù)對烘缸總效率的影響的估計數(shù)字見下表：變數(shù) 影響率變數(shù) 影響率1.冷凝水的排出 304.袋區(qū)通風(fēng) 152.配比、品種和紙頁的特性 255.烘缸罩和烘缸空氣系統(tǒng) 5 3.干毯的結(jié)構(gòu)、透氣度和抗張力 206.其他 5二、干燥區(qū)紙頁中各點(diǎn)的干燥速率不同，紙頁開始進(jìn)入干燥部時的溫度低于蒸發(fā)所需要的溫度。烘缸必須將紙頁中的纖維和水分加熱到蒸發(fā)溫度。此階段稱為“加熱區(qū)”。紙頁的加熱區(qū)視紙頁的初溫、烘缸的蒸汽壓力、紙頁水分含量和紙頁的定量而定。紙頁中的水分分類：紙頁中存在結(jié)合水、吸附水和游離水三種形式1. 結(jié)合水是以化學(xué)結(jié)合的形式存在于紙中，實(shí)質(zhì)上是紙頁的一部分，無法用干燥的形式除去。2. 吸附水和纖維以及物料之間的結(jié)合形式具有物理和化學(xué)性質(zhì)。它沒有嚴(yán)格的含量，但在吸附過程中伴有熱效應(yīng)和物料的收縮現(xiàn)象。紙張的吸水過程開始是放熱，之后是吸熱。3. 游離水存在于纖維的細(xì)胞腔中和毛細(xì)管中。紙頁蒸發(fā)作用一直持續(xù)到最高速率，然后進(jìn)入“恒速區(qū)”。恒速區(qū)的蒸發(fā)速率很快，在該區(qū)內(nèi)很容易蒸發(fā)掉游離水。下一個干燥區(qū)是“降速干燥區(qū)”，在該區(qū)中紙頁表面不再存在游離水，這部分主要是除去結(jié)合水。紙頁中大量的空隙失去水分，傳質(zhì)的有效面積減少。蒸發(fā)速率降低，且隨著出現(xiàn)更多的空隙，失水速率持續(xù)降低。最后一小部分的結(jié)合水很難除去，蒸發(fā)的速率極低。許多的紙機(jī)都將紙干燥到低于規(guī)定的水分含量，如果橫向水分不均，有時采用通過過度干燥來拉平橫幅的水分分布。但會增加能耗。最好的辦法是找出水分不均的原因。三、干燥能耗干燥部的蒸汽主要用于；紙頁的加熱、蒸發(fā)、不凝氣體的排除、不凝氣體的排除和排汽等方面。每部分所占的比重見下表：項目熱量消耗（KJ/Kg）所占比重（%）紙頁的加熱2007蒸發(fā)230078不凝氣體的排除42014不凝氣體的排除452排汽00合計2965100將紙頁的溫度提高到蒸發(fā)溫度所需要的熱量，視白水的溫度而定。現(xiàn)在出現(xiàn)通過在進(jìn)干燥前噴蒸汽的方法，來提高進(jìn)干燥的紙頁溫度。蒸發(fā)需要的熱量基本是固定的，傳統(tǒng)的干燥系統(tǒng)想要改造不是很容易?？諝饧訜岱矫嫱梢怨?jié)約大量的能耗。應(yīng)該將加熱的空氣送入干燥部把蒸發(fā)的水分帶走。也可以利用烘缸散失的輻射熱氣來加熱空氣。烘缸罩和空氣系統(tǒng)的狀況對空氣加熱的效率影響很大。運(yùn)轉(zhuǎn)不良時能耗可高達(dá)700 KJ/Kg，是正常的一倍左右。不凝氣體可在干燥部聚集，并使干燥效率降低。必須從系統(tǒng)中排除少量的蒸汽以防止不凝氣體的積聚。排除不暢時能耗可高達(dá)465 KJ/Kg，是正常的十倍左右。設(shè)計良好的干燥排水系統(tǒng)是不應(yīng)該用排放蒸汽的辦法來維持烘缸內(nèi)的壓差的，但很多時候操作者都習(xí)慣地將蒸汽排放到冷凝器或大氣中。排放的損失能耗可高達(dá)1160 KJ/Kg，是正常時總能耗的1/3左右。第五節(jié) 蒸汽和冷凝水系統(tǒng)蒸發(fā)水分所需要的能量來自蒸汽，釋放能量后蒸汽在烘缸內(nèi)部產(chǎn)生冷凝。將蒸汽送入烘缸和排除冷凝水是干燥部作業(yè)的重要組成部分。它對干燥的效率、節(jié)能效率、紙張質(zhì)量和紙機(jī)的總效率都有影響。一、冷凝水層對干燥的影響受車速情況影響，烘缸內(nèi)冷凝水的三種存在形式：水塘型、瀑布型和甩邊型。車速極慢時（低于150米），冷凝水在烘缸底部形成一個小水塘，小水塘的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沒有水的區(qū)域。隨著車速的提高，由于烘缸壁和冷凝水的摩擦力，水開始攀升到烘缸的側(cè)面上。水塘的內(nèi)部還會因為摩擦力而產(chǎn)生湍動現(xiàn)象，增加了傳熱作用。在車速達(dá)到300米左右時，冷凝水攀升上缸壁，又跌落到烘缸的底部，這樣湍動程度更高，傳熱更好。但高湍動狀態(tài)會使烘缸的傳動功率和負(fù)荷增大和不穩(wěn)定。嚴(yán)重時引起齒輪損壞。一旦烘缸達(dá)到一定速度，冷凝水全部附著在烘缸的內(nèi)壁。發(fā)生這種甩邊現(xiàn)象的車速大小取決于烘缸的直徑、冷凝水的負(fù)荷和缸體內(nèi)表面的平滑度。通常是在車速300-400米之間發(fā)生這種現(xiàn)象。即使冷凝水層附著在周邊上，但它與烘缸表面仍有一定的相對位移。冷凝水層呈現(xiàn)激蕩狀態(tài)。激蕩可以產(chǎn)生湍動并增進(jìn)傳熱。 隨著車速的提高，這種激蕩作用逐漸趨于凝滯。形成一道傳熱效率很低的水膜。水膜厚度的微小變化都會引起烘缸傳熱系數(shù)發(fā)生很大變化，進(jìn)而導(dǎo)致干燥質(zhì)量的波動，比如影響干燥速率和導(dǎo)致橫向水分不均（車速越高紙機(jī)越寬這種現(xiàn)象的影響越明顯）。二、烘缸虹吸管作用：排除冷凝水。形式：旋轉(zhuǎn)虹吸管和固定虹吸管。通過缸內(nèi)蒸汽壓力和缸外冷凝水管之間的壓差，冷凝水和蒸汽的混合物被帶出。固定式和旋轉(zhuǎn)式的區(qū)別：旋轉(zhuǎn)式還要附加克服離心力所需要的壓差。附加壓差主要是克服虹吸管內(nèi)凝結(jié)水和蒸汽的混合物的離心力，離心力的大小取決于混合物的密度，密度又取決于噴吹蒸汽的百分比，太低離心力大，水無法排除。由于固定虹吸管不用克服汽水混合物的離心力，所以固定式要比旋轉(zhuǎn)式所需要的壓差要小。固定式的缺陷為，一定要準(zhǔn)確保持虹吸管的位置，通常距離缸底的間隙為小于0.75mm否則會造成事故。許多寬幅新型紙機(jī)上裝有兩個虹吸管，即每個烘缸的一端使用一個。其原因是為了提供一個更均一的冷凝水層。重力壓差是將冷凝水排入虹吸管的唯一動力。寬幅紙機(jī)的重力壓頭足以使整個烘缸的傳熱發(fā)生波動。使用兩個虹吸管大大減少了此類問題。在車速超過900米時，想用單一的虹吸管獲取均一的水分分布，必須安裝烘缸肋條。三、烘缸肋條烘缸肋條是一系列沿長度方向安裝在烘缸內(nèi)表面的板條。肋條的作用：通過擾動冷凝水層，改善熱量的傳遞。在車速低于460米時，增加肋條對提高干燥效率的意義不大。除了提高干燥效率外，肋條還大大改進(jìn)紙機(jī)橫向的傳熱均一性，整個烘缸寬度上傳熱系數(shù)的均一，將減少冷凝水層的微小變化所帶來的影響，這一點(diǎn)對寬幅紙機(jī)非常重要。四、干燥供汽形式a. 老式低速紙機(jī)通常采用一段供汽的形式。蒸汽直接由總管道通到每個烘缸，并在每個烘缸上裝上疏水器（疏水器的作用是使冷凝水通過而又防止蒸汽逸出）所以全部進(jìn)入烘缸的蒸汽都要在烘缸內(nèi)完全冷凝。沒有蒸汽通過烘缸時，空氣會逐漸在烘缸內(nèi)聚集，影響傳熱，需要定期排放。大量的疏水器需要經(jīng)常看管和維護(hù)，使操作復(fù)雜。采用幾個烘缸共用一個疏水器，又限制了調(diào)節(jié)單個烘缸溫度的需求，并且在個別烘缸因進(jìn)入的蒸汽減少而壓力下降時，冷凝水會經(jīng)過疏水器倒灌入烘缸內(nèi)。b.新型紙機(jī)供汽方式：分段降壓的蒸汽系統(tǒng)一般是向干燥部的中段和后段的烘缸和全部的干毯缸通入新蒸汽，紙機(jī)的前后的一部分則使用一段各缸的剩余蒸汽和二次蒸汽，最前面的幾個缸則使用第二段的剩余蒸汽和二次蒸汽。分段供汽時烘缸排水必須依靠壓差和噴吹蒸汽。烘缸外部的蒸汽和冷凝水的處理系統(tǒng)對產(chǎn)生壓差和處理噴吹蒸汽起很大的作用。分段降壓系統(tǒng)的干燥壓力是在主控烘缸設(shè)定的，它占了全部烘缸的大部分，二次蒸汽（噴吹蒸汽）和冷凝水從烘缸排除到分離器（閃蒸罐），把二次蒸汽（噴吹蒸汽）和冷凝水分開，二次蒸汽送至下一干燥段。冷凝水被統(tǒng)一回收。中間的蒸汽段的壓力是根據(jù)主控烘缸所需要的壓差而設(shè)定。因此，中間烘缸的壓力要低于主烘缸組，這樣二次蒸汽才能進(jìn)入中間蒸汽段。中間蒸汽段的補(bǔ)充蒸汽壓力閥受主控烘缸組壓差控制器的控制。該閥允許適當(dāng)?shù)恼羝M(jìn)入中間烘缸組，為主烘缸組提供合適的壓差。如果主烘缸組的壓差不夠，中間蒸汽段的補(bǔ)充閥門就會關(guān)閉，以降低中間烘缸組的壓力。干燥前段（低溫段）烘缸的布汽形式相似。它的操作壓力低于中間烘缸，從低溫段出來的蒸汽和冷凝水，送入真空冷凝器。用一臺真空泵將系統(tǒng)中的不凝氣抽走。排空閥的作用：在主控烘缸組和中間烘缸組上有排空閥，在正常情況下，這些排空閥是關(guān)閉的。但壓差無法滿足要求時，排空閥打開，直接排汽到冷凝器以保證烘缸冷凝水排除通暢。分段供汽的局限：1. 有一定的操作范圍限制。主烘缸組的壓力不能設(shè)定的太低，否則就會使壓差不夠，或需要過度排空。而主烘缸組的壓力過低會造成初期干燥壓力提高，對紙頁產(chǎn)生不良影響（初期強(qiáng)干燥，紙頁水分急劇蒸發(fā)造成空隙度增加，收縮變形大）。2. 控制系統(tǒng)不容易穩(wěn)定。蒸汽壓力的變化將使所有的烘缸壓力發(fā)生變化。3. 系統(tǒng)出現(xiàn)故障不容易處理。因為所有的烘缸都有聯(lián)系，很難找出故障的根源。最新的干燥控汽方式：到目前為止，大多數(shù)常用的控汽方法是壓差控制。即測量并控制主汽管道與主冷凝水管之間的壓差。但要建立正確的壓差很不容易，而且正確的設(shè)定常常因為紙機(jī)抄造條件的改變而改變?！傲髁靠刂啤笔钱?dāng)前最常用的方法。流量控制是監(jiān)控前部來的二次蒸汽的流量，并自動調(diào)節(jié)壓差，以滿足穩(wěn)定二次蒸汽流量的需要。因為二次蒸汽量決定烘缸的排水狀況。流量控制相對于壓差控制的優(yōu)點(diǎn)為：1. 操作簡單，一旦設(shè)定不需要調(diào)整。2. 使用的生蒸汽量減少，系統(tǒng)自動的將壓差設(shè)定在最低水平，并提供足夠的二次蒸汽來保證烘缸排水。3. 減少蒸汽浪費(fèi)，在斷頭和冷凝速率降低時，控制系統(tǒng)自動減少壓差。4. 消除烘缸滿水的問題，控制系統(tǒng)可以迅速調(diào)整系統(tǒng)的不正常狀態(tài)。如果發(fā)生滿水現(xiàn)象，系統(tǒng)將降低二次蒸汽流量和增加排水壓差。第六節(jié) 干燥部通風(fēng)系統(tǒng)一、熱風(fēng)的作用：1. 從干燥部收集和除去水汽。2. 提高干燥能力和紙機(jī)產(chǎn)能。3. 提供可控的干燥環(huán)境。4. 穩(wěn)定紙幅，提高紙機(jī)效率，5. 保護(hù)紙機(jī)設(shè)備，6. 優(yōu)化節(jié)能效率。二、通風(fēng)系統(tǒng)的組成1. 汽罩：捕集水汽。2. 汽罩排風(fēng)機(jī)：排除水汽。3. 汽罩供風(fēng)裝置：將熱風(fēng)引入干燥，平衡從汽罩排除的風(fēng)量。如不引入熱風(fēng)將產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象和抄造問題。4. 袋通風(fēng)裝置：用袋通風(fēng)噴嘴或熱風(fēng)輥將空氣引入烘缸袋區(qū)，來吹除水汽，降低