紙機工藝通風設計簡介

張小云

(中國中輕國際工程有限公司,北京,100026)

·通風設計·

紙機工藝通風設計簡介

張小云

(中國中輕國際工程有限公司,北京,100026)

(E-mail:zhangxy@bcel-cn.com)

Abstract:The importance of ventilation for papermachine is discussed.Based on characteristic and requirement of papermachine running, combiningwith the project example the ventilation design for papermachine is introduced in detail.The proposals for stable running of the system and energy saving are presented.

Key words:wire section ventilation;dryer section ventilation;ventilation design;heat recovery

指出了通風在紙機工藝運行中的重要性。根據紙機工藝運行的特點和要求,結合工程實例比較深入地介紹了紙機工藝通風系統的設計,同時對系統的穩定運行及節能提出了一些意見。

網部排風;干燥部送排風;通風設計;熱回收

在造紙工藝生產過程中,網部和干燥部會產生大量的水蒸氣,為了滿足穩定運行的要求,需要通過通風的方式排除這些高溫高濕氣體。網部通風系統和干燥部通風系統的性能好壞嚴重影響紙機的運行效率、生產能耗及產品質量。隨著紙機規模的不斷擴大,紙機車速也在不斷提高,網部和干燥部密閉汽罩內的氣流形式越來越復雜,流入空氣的處理難度也越來越大。尤其是干燥部密閉汽罩的通風效果直接影響紙機的正常運行。因此,紙機工藝通風設計對紙機的正常穩定運行以及設備的運行能耗非常重要。以下結合工程實例深入地介紹了紙機工藝通風系統的設計情況,并對系統的穩定運行及節能情況提出了一些意見。

1 紙機工藝通風設計

1.1 紙機工藝通風設計紙機的基本參數

紙種:新聞紙

定量:45 g/m2

卷紙寬度:4960 mm

工作車速:900 m/min

設計車速:900 m/min

紙機軌距:6400 mm

各部分的干度:出壓榨后的干度42%

出干燥部的干度92%

烘缸直徑:1830 mm

干燥部烘缸數:21只

熱源:蒸汽壓力為0.4 MPa

1.2 紙機工藝通風設計室外氣象參數

夏季通風室外計算溫度:33℃

夏季通風室外計算相對濕度:80%冬季通風室外計算溫度:4℃

冬季通風室外計算相對濕度:77%

1.3 紙機工藝通風系統概述

紙機通風系統主要分為網部排風系統、干燥部送排風系統和各種漿池排風系統。紙機通風系統流程見圖1～圖3。

1.3.1 網部排風系統

網部排風系統分為網部水霧排氣系統、網部真空脫水系統和高壓噴淋真空脫水系統。

圖1 紙機網部通風流程圖

紙機運行時,網部會產生大量水霧,這些水霧散發到廠房內,會惡化車間環境,導致屋面結露滴水,影響紙機的正常生產。本系統擬在流漿箱、白水盤、真空吸水箱、真空網清洗器、水霧收集器、伏輥坑等處設置收集點,由離心風機排走網部水霧。

1.3.2 干燥部送風系統

干燥部送風系統分為引紙送風系統和穩紙送風系統。

引紙送風系統 引紙送風系統新風取自車間內,經初步過濾后,再由熱回收裝置預熱,然后通過蒸汽加熱器加熱到所需溫度,通過風管送入引紙吹風箱和紙幅出口吹風箱。

穩紙送風系統 穩紙送風系統1送風箱送風量50%取自汽罩排風, 50%取自車間內的空氣;穩紙送風系統2、穩紙送風系統3送風箱送風量均取自車間內的空氣。穩紙吹風箱逆向干毯和烘缸的運行方向吹風,排除了界面層空氣,產生了一個負壓作用,促使紙幅緊貼在干網上,從而使紙幅平穩運行。

1.3.3 干燥部排風系統

干燥部排風系統用于排除紙幅烘干過程中產生的水汽,水汽通過汽罩頂部的匯風道集結,由汽罩頂部的排風口排出干燥部,排風經過熱回收系統后,通過風機排出室外。干燥部不同部位的排風量,由汽罩內匯風道上的風閥進行調節。

1.3.4 伏損池、壓損池、干損池、復卷機損紙池排風系統

伏損池、壓損池、干損池、復卷機損紙池內的濕空氣分別由立式軸流通風機排出室外,漿池內設擋紙隔柵板。

1.4 紙機工藝熱回收系統

圖2 紙機烘干部密閉汽罩通風流程圖

圖3 紙機通風流程圖圖例

密閉汽罩的排風溫度一般在82℃左右,含濕量在0.14 kg H2O/kg干空氣左右,每千克排風中的熱焓約為455 kJ。本紙機年產量為10萬t,密閉汽罩的排風量約為1.6×105kg/h,每小時排風中的熱焓約為7.28×107kJ。相當于32.8 t蒸汽的潛熱放熱量,熱焓值是相當可觀的。由于密閉汽罩的使用,排風溫度和含濕量均較高,為排風的熱回收創造了條件。本紙機熱回收系統將排風進行如下一、二級熱回收。

1.4.1 一級汽-氣熱回收

用排風來預熱汽罩內送風系統,這種熱回收的利用價值很高,一年四季都在回收熱量,是密閉汽罩排風必須設置的。設置這樣一套熱回收裝置,其投資回收周期不到一年。一級汽-氣熱回收裝置,采用管式換熱器,由于是汽-氣換熱,換熱系數小,回收熱量比較有限,一級熱回收裝置回收的熱量只占排風熱焓的4.5%左右。經過一級熱回收后,汽罩送風溫度可達到55℃左右,汽罩排風溫度在58.5℃左右,排風熱焓仍然很高。

1.4.2 二級汽-水熱回收

二級熱回收裝置一般是用排風來加熱工藝用水的,工藝清洗毛毯要用大量的熱水,如果用蒸汽來加熱清水則要消耗大量的蒸汽,完全可以利用排風來加熱這部分工藝水。二級熱回收是汽-水熱回收,采用不銹鋼換熱管,汽水換熱系數較高,回收熱量較高,且是全年運行,二級熱回收裝置,其投資回收期一般在半年左右。經過二級熱回收裝置后,工藝水溫可達45℃左右,排風溫度約為50℃,回收的熱量約占排風總熱焓的6.4%。經過二次熱回收之后,排風的熱焓仍然較大,但由于溫度低,回收的價值已不大,一般經過擋水板后直接排出室外。

1.5 紙機工藝通風控制系統

為了有效調節和控制密閉汽罩內的氣流和壓力,控制排風溫度和濕度,更好地滿足在不同季節和不同工作狀況下通風系統的要求和節能,紙機通風系統設置自動調節控制系統,并入DCS系統,方便操作和管理。

1.5.1 汽罩排風控制系統

在汽罩內或排風風管內設置溫、濕度傳感器,溫、濕度變送器根據傳感器的信號,將信號傳入DCS系統,由DCS系統控制變頻調速電機的轉速,以調節排風量,從而達到穩定排風溫度和濕度的要求。

1.5.2 汽罩“零位”控制系統

壓差傳感器安裝在傳動側汽罩壁板上,安裝高度離地面2000～2500 mm,測量管與汽罩內相通,測出汽罩內外壓差(PDT), PDT的值作為零位壓差送入DCS系統顯示,經P ID調節后其輸出量轉換為百分比,輸送給變頻器調節變頻電機的轉速,調節風量。

(1)當PDT的值小于設定值(一般為0～5 Pa) 時,則需通過增大變頻電機的轉速,增大送風量,將罩內氣壓上調。

(2)當PDT的值大于設定值時,則需通過減小變頻電機的轉速,減少送風量,將罩內氣壓下調。

1.5.3 汽罩送風控制系統

汽罩送風控制系統主要是通過在密閉汽罩內設置溫、濕度傳感器,溫、濕度變送器根據傳感器的信號,將信號傳入DCS系統,由DCS系統通過改變變頻風機的轉速改變調節送風風量的要求。送風溫度可通過熱回收裝置和氣動蒸汽閥進行自動調節。

1.5.4 定時噴淋清洗系統控制

熱回收裝置噴淋清洗由DCS系統控制自動開關閥,每4 h噴淋清洗2 min。網部裝置噴淋清洗由DCS系統控制自動開關閥,每2 h噴淋清洗2 min。

1.5.5 汽罩提升門控制系統

汽罩提升門控制和斷紙信號連鎖,發生斷紙時則由DCS系統來控制電動提升門自動提升,汽罩提升門還可通過手動控制柜上的手動按鈕來開、閉。

1.6 紙機工藝通風設計計算參數

通風設計理論計算產量:12052.8 kg/h(按定量45 g/m2,車速900 m/min,紙幅寬4960 mm計算)

干燥部紙幅蒸發水量:14349 kg H2O/h

排氣量:155790 kg/h

溫度:82℃

含濕量:0.14 kg H2O/kg干空氣

露點溫度:58.5℃

紙機干燥部密閉汽罩總送風量:109060 kg/h

其中:①穩紙送風系統1送入新風量15630 kg/h

與50%汽罩排風混合后經過空氣加熱器加熱到所需溫度

溫度:51～95℃

總加熱量:210 kW

耗費蒸汽總量:363 kg/h

②穩紙送風系統2、穩紙送風系統3送風量及汽罩總補風量:93430 kg/h

溫度:95℃

含濕量:0.035 kg H2O/kg干空氣

送風取自室內,經兩級加熱

先由一級汽-氣熱回收裝置預熱

溫度:20～55℃

總換熱量:916 kW

再由蒸汽空氣加熱器加熱至所需溫度

溫度:55～95℃

總加熱量:1300 kW

耗費蒸汽總量:2236 kg/h

表1 紙機工藝通風設備表

表2 密閉汽罩排風熱回收設備

1.7 紙機工藝通風設備選型

根據紙機工藝的要求,網部和干燥部的送、排風機選型見表1。

密閉汽罩排風設置兩套熱回收裝置,每套分別設置一級汽-氣熱回收和二級汽-水熱回收,見表2。密閉汽罩排風設置4套蒸汽加熱裝置,見表3。紙機通風水、電、汽消耗為:清水(噴淋),20680 kg/d(壓力0.3MPa);裝機容量,500.5 k Wh(380 V、50 Hz);飽和蒸汽3285 kg/h(0.4MPa)。

表3 密閉汽罩蒸汽加熱熱回收裝置

2 紙機工藝通風的設計要點

根據工藝要求,為了達到汽罩內部的干球溫度(95℃左右)和露點溫度(58℃左右)以及高溫高濕氣體不結露滴水,除了設計和優化密閉汽罩的結構設計外,密閉汽罩的通風系統設計尤為重要。密閉汽罩通風設計應注意如下要點:

2.1 設計合理的干燥曲線,穩定汽罩“零位”,嚴格控制露點

在紙機干燥部的不同位置,紙幅的干燥速率不同。由在干燥部不同位置的干燥速率連成的曲線形成干燥曲線。干燥部中的干燥曲線如圖4所示。設計中選擇合理的干燥曲線,可以提高紙機運行效率和產品質量。紙機工藝通風系統應根據干燥曲線的變化調節不同位置的通風量,以滿足紙幅的運行穩定和干燥要求。

圖4 干燥部中紙幅的干燥曲線

汽罩“零位”在這樣一個位置上,即汽罩內外壓差為零。“零位”以下,密閉汽罩內的高溫高濕氣體流向罩外,污染車間的工作環境;“零位”以上,車間內的相對低溫氣體會進入汽罩內,在進入汽罩口處的汽罩表面結露滴水。“零位”的高低取決于密閉汽罩內送風量和排風量的分布和大小。穩定汽罩“零位”是通過設置在罩體上的“零位”檢測裝置通過變頻風機控制送風量和排風量來實現。通常,汽罩“零位”點位置一般穩定在二樓樓面約2.5 m處,有利于設置提升門的開啟,同時需要保證提升門和密閉汽罩非常好的密閉性。

密閉汽罩排風系統的露點控制是為了保證紙幅的正常運轉,同時杜絕在汽罩頂板產生結露滴水。露點控制主要是通過在密閉汽罩內或排風風管內設置溫、濕度傳感器,溫、濕度變送器根據傳感器的信號,傳輸給控制器,由控制器通過改變變頻風機的轉速改變調節排風風量的要求。排風風量的可調余量一般設計為總排風量的15%～20%,排風溫度為82℃,露點溫度為58.5℃。

密閉汽罩的送風系統主要由引紙送風系統和穩紙送風系統組成。引紙送風系統新風來自車間,先經初效過濾器、調節風閥,再經蒸汽加熱器加熱到所需溫度,送入引紙吹風箱。每個引紙吹風箱的風量可通過風閥進行調節,送風溫度可通過氣動蒸汽閥進行自動調節。穩紙送風系統主要是通過在密閉汽罩內設置溫、濕度傳感器,溫、濕度變送器根據傳感器的信號,傳輸給控制器,由控制器通過改變變頻風機的轉速改變調節送風風量的要求。每個穩紙吹風箱的風量可通過風閥進行調節,送風溫度可通過熱回收裝置和氣動蒸汽閥進行自動調節。

2.2 注意減少紙幅進出汽罩口結露滴水

為解決紙幅進出汽罩口結露滴水的問題,設置各種高效率的吹風箱,安裝在紙幅上部,形成風幕阻擋紙幅上部汽罩內外空氣對流,在下部安裝活動提升門既方便引紙又阻擋紙幅下部汽罩內外空氣對流。在設計時還應考慮隨著季節變換和氣溫的變化,適當地調節吹風箱風溫、風量和風壓,將紙幅進出汽罩口結露滴水現象降低到最小。

2.3 設計合理可行的汽罩內部照明、消防等設施

密閉汽罩內應具備完整的低壓照明系統和自動噴淋滅火系統,以滿足消防和照明要求。

汽罩內照明系統為防霧防爆低壓照明燈,耐溫電纜。

汽罩內消防系統一般是蒸汽消防系統。密閉汽罩頂部設有多個溫度傳感器,將溫度信號通過變送器接入DCS系統,由DCS控制送、排風系統。當排氣溫度過高時,安裝在排風管道上的火災探測器向控制柜發出報警信號,此時,送、排風機停止運行,提升門關閉,氣動蝶閥啟動,消防蒸汽向密閉汽罩噴射,以隔離空氣,從而達到消防的目的。

3 結 語

良好的紙機通風系統,能改善生產環境,降低生產能耗,提高紙機效率和產品質量。目前造紙工業的發展對造紙工藝技術水平提出了更高的要求。設計人員進行紙機工藝通風設計時,應該充分應用新技術、新材料,優化通風設計,使紙機工藝通風系統更加合理,以滿足高效率、高車速的紙機穩定運行的需要。

(責任編輯:趙旸宇)

I ntroduction of Ventilation Design of PaperMachine Runn ing

ZHANG Xiao-yun

(China BCEL International Engineering Co.,L td.,Beijing,100026)

張小云先生,碩士,工程師;主要研究方向:造紙工業廠房及民用建筑暖通空調設計。

TS7

A

0254-508X(2010)02-0039-05

2009-08-10(修改稿)