造紙烘缸加熱方法發展探究
——從專利角度分析

李 娜

（審協江蘇中心，江蘇 蘇州 215011）

1 造紙干燥概述

造紙機干燥裝置的主要作用是脫去紙頁中多余的水分。由于濕紙頁經壓榨部壓榨后一般仍然含有60%～70%的水分，即使是用最新式的復合壓榨，濕紙頁仍含有50%～60%的水分，而這些水分用機械壓榨的辦法已不易脫除，必須用加熱干燥的辦法進一步脫水，使成紙水分含量降到5%～8%。盡管近些年來發展了熱空氣沖擊干燥、穿透干燥、紅外線調節橫幅水分、真空接觸干燥、壓榨干燥、過熱蒸汽干燥等新技術，但這些新技術都是作為烘缸干燥的強化或改善干燥效率的輔助措施。

2 造紙烘缸加熱方法技術領域申請量分析

為了研究造紙烘缸加熱技術專利技術的發展情況，通過專利檢索獲取初步結果后，將專利文獻中的明顯噪聲清理，再對該領域的專利申請數據進行統計分析，如下：

圖1 全球申請量國家分布

圖1是造紙烘缸加熱技術專利主要申請人及其申請量數據。申請量排名靠前的國家為德國、美國、中國、芬蘭、日本。排名第一的德國的申請量高于其他國家，顯示出開發研究活躍度，這與德國的造紙技術發展比較快速、成熟有很大的關系。

表1 主要專利申請人的專利申請量

表1中給出了全球范圍內造紙烘缸加熱技術相關專利申請量排名前5位的申請人，其中沃依特公司的申請總量為230個，該公司的申請量高居榜首，為該技術領域中的主導企業，其次，美卓、維美德、BELOIT、三菱重工的申請量緊隨其后，在全球范圍內都具備一定的競爭實力。

綜觀造紙烘缸加熱技術，主要涉及四大類：蒸汽加熱、載熱介質、燃燒、電加熱。圖2-3示出了造紙烘缸加熱專利技術分支申請量的占比情況，可以看出蒸汽加熱和載熱介質加熱是造紙烘缸加熱技術的兩大主要研究方向，并且蒸汽加熱技術占比較大，技術競爭最激烈。

圖2 全球各技術分支申請量分布

3 造紙烘缸加熱方法發展概況

3.1 蒸汽加熱

烘缸由烘缸體、缸蓋、蒸汽接頭、凝結水排除裝置、軸承等零部件組成。為改善大烘缸內蒸汽循環，并減少軸頭內徑，蒸汽管和凝結水管分別在兩端引出。一般從操作側通入蒸汽，從傳動側排出凝結水，凝結水溫度較低，傳熱少，使傳動機構和減速器受熱較少。

KING HENRY CLAY在專利GB189703391A中提到向烘缸中通入蒸汽來干燥紙張，同時根據紙張通過導引輥時的張緊情況來調節蒸汽的通入量，使得紙張達到合適的干燥程度。

PAUL ANDREW GREENLEAF在專利GB190002863A采用固定設置在烘缸內的虹吸管道將冷凝水排出，管道一端開口朝向烘缸壁，另一端與中心軸連通，固定管道從烘缸壁中吸取冷凝液通過中心軸將冷凝液排出烘缸。MILNE SAMUEL在專利GB190301116A中提到設置幾種不同結構的冷凝液吸收排除虹吸管使得冷凝液被高效排出同時防止冷凝液回流。

BELOIT在專利GB939926A中采用虹吸管延伸到每個凹槽中將冷凝液及時排出。WILLIAM MESSINGER在專利GB658912A中提到采用旋轉虹吸管排水，烘缸內凝結水無論是呈水環式或聚積在下部，旋轉虹吸管都可以把它排出來。BELOIT在專利US4498249A中在烘缸軸頸處采用剛性虹吸管，剛性虹吸管外面套設蒸汽通入管，并將蒸汽通入管樞接在烘缸軸頸處，由此結構將冷凝液穩定排出烘缸。STEFFERO在專利US4590688A中將虹吸管與排出管之間采用球狀體樞接的方式將冷凝液排出，可以方便將冷凝排出裝置拆卸，同時可以用于不同直徑大小的烘缸中。BELOIT在專利CN85103852A中首次提到在蒸汽加熱干燥器滾筒中，內表面上裝置一些縱長方向的擾流板，可使內壁面主要部分面積上的冷凝液產生紊流，從而使該主要部分面積得到大體上均勻的熱傳導，一固定式虹吸管頭由蒸汽室吸出冷凝液可使虹吸管頭所對的一窄圈面積上的冷凝液產生紊流。擾流裝置可以是刷子、剛性的或柔性的板狀結構。KOREA在專利KR20120133754A中提到多開口烘缸的概念提供了一種全新的提高紙頁干燥速率的方法，其是使進入烘缸內的蒸汽通過在烘缸內表面上縱向開的小溝槽內的流動，將凝結水排出缸外，使凝結水形成的隔熱水環降到最小值，可消去延伸到烘缸壁的虹吸管排水裝置。

3.2 載熱介質加熱

采用蒸汽加熱烘缸技術中存在蒸汽壓力控制、冷凝液及時回收、降低冷凝液對烘缸加熱效果影響等問題，因此，加熱烘缸技術中出現了另一種技術載熱介質加熱，其是通過烘缸內部設置管道，載熱介質沿管道流動將熱量傳遞給烘缸來加熱的。

CURTIN EDWARD JOSEPH在專利GB189729772A中首次提到將載熱液體通入盤管或其他置于烘缸內腔中的管道，將載熱液體的熱量傳遞給烘缸，以此干燥紙幅。BARMAG BARMER MASCHF在專利DE1900653A1中提到繞烘缸內壁設置螺旋狀管道，加熱介質通過螺旋狀管道來加熱烘缸使加熱效果均勻。VEPA AG在專利DE2914231A1提到雙向提供加熱介質使得烘缸兩端加熱溫度均勻，同時對加熱的介質回收重復利用。

SCHWAEBISCHE HUETTENWERKE GMBH在 專 利DE3014891A1、SANDVIK CONVEYOR GMBH在專利DE3023682A1中烘缸內設不同形式通道結構，結合絕熱材料來加熱烘缸。

KVAERNER EUREKA AS在專利US5590704A采用夾層烘缸，在夾層烘缸中設置一個緩沖過渡層，載熱介質通入夾層烘缸，緩沖過渡層使得載熱介質按不同通道流動來加熱烘缸，使得烘缸加熱均勻、減少熱量損失。SCHWAEBISCH在專利DE4036121A1中采用從烘缸一端輸入加熱介質，加熱介質沿著循環管路加熱烘缸，加熱介質加熱完后重新返回輸入口，使得烘缸兩端加熱溫度均勻。孫建在專利CN200971451Y中利用導熱油溫差自然循環的熱輥，設計有通油半軸和環形油室兩級分配器，使導熱油得到緩沖再分配，并且外筒與內筒夾層中用分隔板分隔成相互平行的油路通道，從根本上解決了導熱油流動中的紊亂問題。

3.3 電加熱

COLLIS JOHN HENRY在專利GB191108043A中首次提到采用電加熱方式來加熱烘缸。THAMES PAPER COMPANY LTD在專利GB122352A中提到電加熱裝置包括高電阻盤管和被高電阻盤管環繞的薄金屬管組成。SCHWAEBISCHE在專利EP0470554A1提到在烘缸內設置電阻加熱元件來產生熱量，由此加熱烘缸表面。

宋大興在專利CN1070443A中提到電熱烘缸包括缸套筒、缸蓋、套筒軸，套筒是由一個或多個密封氣室構成的夾層，每個氣室連通至少一個同樣密封的激發室激發室中裝有電熱元件，電源線由激發室引出，通過設于缸蓋外側的滑環、電刷與電源相接，其操作安全，沒有環境污染并且節省能耗。劉玉帆在專利CN2440835Y中提到新型紅外線節能造紙設備主要由機體、烘缸、紅外線加熱爐、紅外線液化氣加熱爐灶構成，關鍵是烘缸是圓柱空心桶狀鑄鐵結構，采用先進的干式直熱紅外線電熱管爐灶，或無污染液化氣紅外線爐灶兩種加熱方式，熱效率高、無污染、無噪音。綿竹三溪香茗茶葉有限責任公司在專利CN201193299Y中提到利用電磁感應加熱原理來烘干紙漿的電磁感應式造紙機烘缸，在軸向轉動的烘缸側壁外，設置有至少一組電磁感應線圈，通過向電磁感應線圈中通上交變電流，使電磁感應線圈產生高速變化磁場，當磁場內的磁力線通過烘缸時，在烘缸內產生強大的渦流，而烘缸本身處于短路狀態，因此渦流在烘缸自身電阻的作用下烘缸自行高速發熱，從而實現了電能與熱能的轉換，達到烘干烘張的目的。

3.4 燃燒加熱

KUESTERS EDUARD在專利DE3509104A1中提到設置加熱管道，燃燒氣體通過管道進入烘缸內部并通過燃燒噴嘴將燃燒氣體噴向烘缸內表面。ALVARES DE ABREU F在專利BR9303449A中提到在烘缸內壁環設空間中存在導熱油，燃燒裝置設置在烘缸內，燃燒裝置通過燃燒將熱量傳遞給導熱油，導熱油將熱量傳遞給烘缸。

ASEA BROWN BOVERI INC在專利EP0857931A1中提到在烘缸內部設置燃燒裝置，向燃燒裝置中通入燃料或者燃氣燃燒后轉化為熱氣體，熱氣體在烘缸內對流和紅外輻射加熱烘缸，廢氣從烘缸一端排出，烘缸內設置控制裝置來控制燃燒狀態。

BAKALAR S F在專利US6560893B1中提到在烘缸內部設置沿烘缸壁排列的一系列燃燒模塊，通過燃燒模塊的燃燒使得對烘缸加熱更加均勻，燃燒模塊由燃燒裝置控制。

VOITH在專利CN1922361A中提到烘缸通過熱氣體從外部加熱，即熱氣體借助至少一個設在烘缸表面附近的燃燒器產生，熱氣體施加到烘缸表面。烘缸沿烘缸軸線方向可逐區加熱。使用催化燃燒器，借助燃料與空氣或氧氣的催化燃燒來產生熱氣體。

BEKAERT NV SA在專利CN1926383A中提到一種用于向氣體燃燒器提供空氣和氣體的裝置，該裝置包括氣體管和空氣管，氣體管包括用于將氣體提供到空氣管內部的孔。空氣管包括用于接收氣體燃燒器的后部管的第一孔。該裝置的特性是氣體管的孔設有可拆卸連接裝置的第一部件，用于接收可拆卸連接裝置的設置在后部管上的第二部件，允許氣體從氣體管進入后部管。

4 結語

本文針對造紙烘缸加熱技術進行了相關專利分析，近些年造紙烘缸加熱技術的全球申請量比較穩定，德國專利申請量較多，研究也較深入。我國造紙烘缸技術起步較晚，研究不夠深入，我國相關企業需保持對歐美大公司高度關注，對各公司專利申請及授權情況進行密切追蹤，及時了解各競爭對手的技術發展動態，以有利于我國相關企業調整技術研發方向，盡可能開發具有自主知識產權的烘缸加熱技術，建立起有效的專利保護體系。

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