維美德Intelli-Cap?超節能氣罩
——應對新挑戰的明智之選

李浪 維美德（中國）有限公司

近幾年國內生活用紙市場快速發展，市場總體呈現供大于求，因此生活用紙企業在節約成本方面如果能夠做到更好，那么在市場競爭中就能夠占據更多的優勢。生活用紙原紙生產成本中，能源成本是除原材料外的第二大成本，實現節能降耗對企業節省成本起著重要的作用。

紙機干燥部不僅是造紙過程中的主要耗能部位，而且還是影響紙機車速、產量以及紙張品質的主要因素之一，氣罩是衛生紙機干燥部的核心部件之一。目前市場上主要有兩種類型的氣罩，一種是燃氣氣罩，一種是蒸汽氣罩。這兩種氣罩最主要的區別是：第一，加熱的介質不同；第二，加熱的方式不一樣，燃氣氣罩通常是以燃氣為燃料通過燃燒器燃燒的方式進行加熱；蒸汽氣罩通常是以高壓蒸汽為熱源，通過熱交換器對進入氣罩的空氣進行加熱的。

值得關注的是氣罩作為一種干燥設備，其本身的干燥效率僅50%左右，低于烘缸的干燥效率。也就是說如果把紙機的干燥任務分配給氣罩的份額越多，紙機整體的干燥效率也就越低。另外氣罩尾氣溫度相對較高，通常需要增加尾氣回收設備，從而進一步增加了工程設計和設備本身的成本。

1 燃氣氣罩和蒸汽氣罩特點

1.1 燃氣氣罩

對于燃氣氣罩來說，首先，燃氣氣罩內的熱風溫度非常高，最高可以達到接近500℃，因此干燥能力相對更高。其次，因為氣罩內部的溫度高于紙頁的燃點，氣罩內部不會有紙塵積聚的問題。此外，紙頁進入氣罩最開始干燥速度非常快，在這個過程當中，會形成多孔的結構。這種結構會使紙頁質量更好，手感更好。

燃氣氣罩通常需要配合再蒸發系統來使用，回收排出去的尾氣，投資成本比較高，且能量回收過程中，也存在能量損耗。燃氣氣罩還有一個比較大的缺點，就是氣罩內的熱風溫度太高，存在火災風險。

通過圖1可以看到氣罩下產生火苗，紙機在運行狀態下，也有可能有火星濺到紙機的其他部位。

圖1 高溫氣罩存在火災風險

當燃氣氣罩內空氣溫度高達500℃時，其與揚克缸的干燥份額為40%/60%，以3.6m幅寬的紙機為例，循環風機的電機裝機功率通常在400～500kW。相對于蒸汽氣罩來說，電機裝機功率更小。但是燃氣氣罩的排放尾氣溫度通常在250℃～280℃。能量損失也是非常大的。所以燃氣氣罩的熱回收至關重要。燃氣氣罩生產低定量紙品時，蒸汽和燃氣的總消耗通常約1,550kWh每噸紙。

1.2 蒸汽氣罩

蒸汽氣罩內的溫度相對來說比較低，所以起火風險也比較低。蒸汽氣罩和揚克缸在整個紙機干燥能力分配比率中，通常是揚克缸約占75%，蒸汽氣罩約占25%。

以3.6m幅寬的紙機為例，循環風機的電機裝機功率通常在710～800kW，裝機功率非常高。因為蒸汽氣罩里面的熱風溫度相對較低，空氣密度比較高，所以需要更多的能量來使空氣進行循環。氣罩內部需要較高的熱風沖擊速度，通常需要超過100m/s。

蒸汽氣罩的排放尾氣溫度約為110℃～120℃，為了不損失這些能量，應安裝合適的熱回收系統。這使得投資成本更高，尤其是應用在設計產能較高的紙機上。蒸汽氣罩和揚克缸的整體蒸汽消耗大約為每噸紙2.4t。

但值得注意的是蒸汽氣罩最大的問題是堵塞問題，會導致產能和效率的極大降低。通過圖2可以看到，蒸汽氣罩內的堵塞情況，循環風在氣罩里面多次利用，吹風箱和熱交換器都有可能會被堵塞。

圖2 蒸汽氣罩堵塞問題（吹風箱和熱交換器）

市場上有自動過濾清潔裝置投入應用，工作人員也可以增加清潔頻率。但還是不可避免的會有因為堵塞問題而造成計劃外的停機情況。這對于規模化生產的企業來說，損失也是非常大的。

2 維美德Intelli-Cap?超節能氣罩

傳統的熱風氣罩，不管是使用燃氣還是蒸汽，受到熱傳導效率的制約，排放尾氣溫度較高，為了不損失這些能量，應安裝合適的熱回收系統，但這也使得投資成本更高。維美德中小紙機事業部（原PMP）推出的維美德Intelli-Cap?超節能氣罩，采用了新的氣罩理念為解決這種矛盾提供了新的思路。

該型號氣罩被設計成排風氣罩，通過高效排出紙幅經烘缸干燥所蒸發出的潮濕空氣來發揮作用，氣罩本身不參與干燥。暖風入口溫度90℃～100℃，排風溫度低，甚至低于60℃。所有的干燥任務都是由揚克烘缸完成的，由于烘缸的干燥效率更高，因此，干燥系統整體干燥效率相對更高。此外，該氣罩具有操作簡便、投資成本低等特點。該氣罩系統穩定運行的關鍵是保持氣罩下的相對濕度，若水滴在氣罩下開始形成，則表明它的相對濕度未滿足要求。但企業使用這款節能氣罩代替加熱型氣罩時，由于紙幅干燥全部由揚克烘缸完成，對紙幅的定量有一定的限制，生產的紙品上網定量應小于25g/m2。當生產定量較高的紙品時（卷取超過30g/m2）有起泡的風險，在這種情況下，選擇加熱型氣罩更合適。

從結構上來看，這款超節能氣罩用先進的CFD建模方式進行設計計算。最主要的目的是要防止氣罩內壁產生冷凝水，在設計的時候，通過流體力學設計保證氣罩內的溫度始終超過水的冷凝溫度。其次是減少紙塵積聚在氣罩的內壁。氣罩的結構在設計的過程中保證了每個區域都具有足夠高的風速，防止了紙塵在內壁積聚，而且氣罩內沒有吹風箱。

為了避免氣罩內的氣流產生過大的湍流，經過計算在氣罩內最佳位置安裝有特殊設計的導流葉片和吹風槽。同時保持氣罩的進氣量和排氣量平衡，始終使氣罩內處于微負壓。

圖3 氣罩內部空氣流速的流體力學的建模

總的來說，維美德Intelli-Cap?超節能氣罩的優勢：第一，氣罩風機裝機功率非常小，以3.6m幅寬紙機為例，進風和排風風機只需要兩個45kW的電機。第二，不需要使用新鮮蒸汽，可以直接采用冷凝水罐出來的高溫冷凝水，對進入氣罩的新鮮空氣做預加熱，就可以達到保溫的效果。第三，排風溫度非常低，只有60℃甚至60℃以下。較低的排風溫度降低了熱能的浪費，同時不需要使用熱回收設備，進一步節省設備的投資。此外，當使用維美德Intelli-Cap?超節能氣罩時，蒸汽冷凝水系統甚至可以無需安裝冷凝水泵。維美德Intelli-Cap?超節能氣罩最大的優勢就是節能。

表1 不同類型氣罩干燥部的干燥能耗比較

從表1可以看出，Intelli-Cap?超節能氣罩，紙頁的干燥全部由烘缸完成。與傳統熱風氣罩相比，整個系統的干燥效率最高。從整體的電機功率和干燥能耗上來看，Intelli-Cap?超節能氣罩也是裝機功率最小的，并且差距非常明顯。另外，燃氣氣罩的排風溫度高，其熱回收的投資成本也更高。

3 維美德Intelli-Cap?超節能氣罩在國內紙廠的案例分析

圖4 維美德Intelli-Cap?超節能氣罩運行現場案例1

案例1：紙機的車速1,600m/min，幅寬3.5m，揚克缸直徑16ft，同時配備了大直徑的真空壓榨輥。真空壓榨輥與烘缸的壓區更寬，紙張松厚度能夠得到更好的保證。其次紙頁進入烘缸之前，干度能夠得到進一步提升，因此也能夠達到進一步節能的效果。

從圖4可以看出維美德Intelli-Cap?超節能氣罩的外形和蒸汽氣罩或是燃氣氣罩有所不同，有一半是圓弧形的，紙機整體高度更低，同時排風口在側邊。這種設計對廠房整體的高度要求更小。另外，氣罩熱風系統的設備非常少，也比較簡單，所以對工廠二層平臺空間要求也非常小，對紙廠來說可以進一步節省土建成本。

這臺紙機最終性能驗收，每噸紙汽耗僅為1.8t，電耗340 kWh。電耗的驗收范圍是從沖漿泵開始到卷取部，包含了真空系統，達到行業內領先水平。

案例2：第二個案例是維美德Intelli-Cap?超節能氣罩最初的原型。最開始紙機的設計車速是1,200m/min，相對來說這臺紙機的產能比較小。卷紙幅寬也比較窄，只有2.85m，定量10.4～15.3g/m2。配備12ft鋼制揚克缸，真空輥的輥徑也比較小為812mm。這臺紙機驗收時，每噸紙汽耗僅為1.89t，電耗為263kWh。

圖5 維美德Intelli-Cap?超節能氣罩運行現場案例2

這臺紙機是2014年開機的，證實了采用超節能氣罩，紙機整體能耗非常低，操作性能極佳。后續機型在此基礎上進行了進一步優化。