紙機干燥通風系統現狀及研究展望,第1 部分：裝備與技術

摘要： 通風系統影響干燥能耗、運行成本及紙張質量等，是干燥過程優化潛力最大的操作單元。本文對干燥通風裝備與技術現狀及發展進行了梳理，指出高效、綠色、智能是裝備與技術發展的趨勢，需強化CFD仿真、數值計算等前沿技術在設備開發及性能提升的融入；指出了通風系統能耗差異大、缺乏與蒸汽冷凝水系統協同調控、調節策略不完善、關鍵狀態參數與指標缺乏監控與評價等，需對通風與蒸汽冷凝水系統進行整體分析與設計，加強關鍵參數及指標監控，結合蒸發負荷變化完善通風控制。最后，提出應完善通風系統與蒸汽冷凝水系統的協同作用機理，為升級通風系統裝備與技術提供理論基礎。

關鍵詞：紙張干燥；氣罩通風系統；協同調控；節能

中圖分類號：TS734 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 02. 017

2022年全球紙和紙板產量達4.15億t（中國占比達30.9%），相比2000年增長21.8% [1]，能耗占全球工業能耗的6%[2]。作為能源密集度最高的行業之一，造紙業快速發展的同時帶來了高碳排放，其發展面臨“碳中和”“碳達峰”的新約束。中國是世界制漿造紙行業中碳減排潛力最大的國家，總減排潛力達55%[3]，節能增效仍是造紙業踐行“雙碳”政策的主要手段[4]。據國家統計局數據分析，“十二五”“十三五”噸紙綜合能耗已分別降低23.6%、14.9%，“十四五”提出“單位產值能耗下降13.5%”[5]的政策背景下，如何進一步降低造紙生產能耗是造紙行業亟待解決的共性問題。

干燥約占造紙過程總能耗的70%[6]，蒸汽消耗約占整個制漿造紙生產過程的75%[7]，其能效高低對于紙張生產能耗有著重要影響。紙張干燥被認為是蒸汽冷凝水系統與通風系統協調作用的結果[8]，從能源使用角度可被劃分為蒸汽冷凝水系統和通風系統[9]；鑒于過程的復雜性，干燥是造紙操作中優化程度最低的過程之一[9]。理論上，除紙張和不凝氣所帶走的熱量外，干燥耗熱主要用于蒸發和空氣加熱，其中蒸發所需熱量基本固定；盡管通風耗能僅占14.2% （TAPPITIP 0404-33），但決定干燥效率的15%～20%[8]，因空氣狀態直接影響干燥過程的傳熱傳質，進而影響能耗、生產成本、工作環境、甚至紙張質量[9-10]，也被認為是優化潛力最大的干燥操作單元[9，11]。大量現場測試、診斷及研究[6， 12-15]表明，通風系統與蒸汽冷凝水系統相互獨立，存在裝備及技術性能差異大、運行狀態不穩定、運行參數遠超設計值等問題。本文擬對通風系統裝備與技術現狀及發展進行系統性的梳理，以期為裝備與技術升級、實現干燥系統的協同調控與優化干燥運行指明方向，助力干燥能耗的進一步降低和推動“碳中和”與“智能制造”的進程。

1 通風裝備及技術現狀與發展

多烘缸干燥是最廣泛的干燥方式，約占總干燥方法應用的85%～90%[8]，而衛生紙機干燥系統主要包括常規含濕壓的揚克烘缸（Yankee dryer） 干燥和不含壓榨的穿透空氣干燥（through air drying，簡稱TAD）2 種[16]，其配套通風系統為Yankee 氣罩通風系統和TAD通風系統，這3種干燥方式基本涵蓋了原紙生產的干燥系統。因此，本節以多烘缸干燥通風系統、Yankee氣罩通風系統和TAD通風系統為對象分別展開論述。

1. 1 多烘缸干燥通風裝備及技術

通風系統隨氣罩的產生而出現，先后經歷敞開式（非保溫、保溫）、半密閉式和密閉式（低露點、高露點） 等氣罩結構的轉變[8， 17-19]，通風裝備與技術也不斷完善與發展。隨著裝備與技術的不斷進步，通風系統承擔著收集并攜帶走所蒸發水分以維持干燥動力、提高能源利用效率和紙機運行穩定性、減小噪音污染維持工作環境，避免廠房與機械設備腐蝕等功能（TAPPI TIP 0404-24， TIP 0404-50）。典型多烘缸干燥通風系統如圖1所示，干燥通風系統包括氣罩本體、送風系統、排風及熱回收系統。也有研究將排風系統、熱回收系統、吹風元件或排風元件分別作為氣罩的一部分[8]，本文按功能將吹風元件或排風元件分別歸入送、排風系統考慮，并將排風與熱回收系統作為一個整體。

“雙碳”背景下，造紙行業的節能及環保要求不斷提高，國際廠商不斷致力于促進產品的更新換代。如德國Lamp;E公司從結構設計和換熱材料兩方面對通風裝備與技術進行整體研究和設計，以改善氣罩保溫性、氣密性、耐腐蝕性等性能，利用二次蒸汽和冷凝水降低了95%通風系統熱耗[20]。芬蘭TM Systems設計緊湊、高效的袋區吹風裝置，向袋區送風的同時吸走大量水汽，提高了蒸發速率、余熱回收率及車速和產量[21]。芬蘭Runtech Systems開發的緊湊型高露點密閉氣罩則通過減少排氣量和送風量，降低設備投資和熱負荷，高效回收余熱提高通風能效[22]。德國Voith將排風露點從56 ℃提高至62 ℃，余熱回收增加19%的同時，功率需求降低了約70%[23]。芬蘭Valmet采用3D掃描和建模，進行精準可視化設計，通過減少烘缸和輥子之間的間距，增大紙幅烘缸包角以提高干燥能力，產生高真空以減少鼓風機和空氣管道的數量，降低了能耗和維護成本[24]。由此可知，緊湊、高效節能是通風裝備與技術的主流發展方向；除需配套高精度數控加工設備、大型性能測試裝置外，CFD（computation?al fluid dynamics） 仿真、3D掃描和建模、強度數值計算等多種先進設計工具已深度融入設計及制造過程。

此外，伴隨著物聯科技和數字化管理應用的發展，大數據分析、云計算及智能算法等AI技術已逐步在生產過程體現，信息化和智能化也已成為通風裝備與技術的主要發展趨勢。如TM Systems通過采集現場數據結合專家系統識別并消除瓶頸或異常、優化生產流程，借助工業互聯網（IioT） 遠程收集生產數據、動態優化流程、定時維護、故障排除和服務指導[25]。德國Voith將其EcoHood 62 和65氣罩集成加入其數字化產品Voith “造紙4.0”中，提高生產效率、穩定產品質量、監測和優化生產，并將相關數字應用集成在其工業物聯網IIoT 平臺——dataPARC云上提供遠程服務[23]。Valmet氣罩產品OptiAir通過其控制系統DNAe，與外部系統實現OT（運營技術） /IT（信息技術） 連接，依靠Valmet工業互聯網解決方案，基于Valmet大數據運行中心（VPC） 匯總生產數據、數據模型分析，對生產進行溯源、發現并解決問題[24]。

經過多年發展，中國廠商在產品設計與加工制造、設備成套水平及系統設計能力等方面均有了顯著提高，涌現出一批優秀的國產裝備與技術廠商。如無錫維科通風機械有限公司（以下簡稱無錫維科）、湖南晟明環保科技有限公司（以下簡稱晟明環保）、山東豐信科技發展有限公司（以下簡稱豐信科技） 等。因高精度數控加工、大型性能測試、設計及制造過程仿真計算等方面的積累有限，中國裝備與技術的研發側重于局部能效的提高，如利用余熱減少蒸汽消耗、減少熱損失等。無錫維科憑借為Valmet、Voith等著名造紙機械制造企業配套通風系統，成為中國該領域領頭企業，主要從密閉性能、外觀設計、裝備材料及涂層、余熱回收等方面提高產品性能。豐信科技注重紙幅轉移真空箱、穩紙器、袋區吹風箱、余熱回收裝置等關鍵元件及高濕度氣罩系統的研制，還可提供高溫高速揚克氣罩、氣浮熱風干燥箱、氣翼干燥器等其他熱風干燥裝置[26]。由上述案例可見，中國廠家通過不斷消化吸收國際先進技術的同時，通過模仿、開發、研制與國際高速紙機廠家配套的密閉氣罩、通風裝置和換熱器等，實現了對部分國際巨頭高速紙機的配套，如廣東華泰紙業有限公司5590/1400紙機的穩紙通風系統，山東華泰紙業股份有限公司PM9 6060/1000紙機的氣罩通風系統等[27]；河南省龍源紙業股份有限公司5 600 mm/950 mpm密閉氣罩及其空氣系統等[26]。但受制于起步較晚、技術研發積累不足，中國廠商與國際巨頭在結構設計、產品性能與穩定性方面仍存在一定差距，盡管個別企業提及智能化理念，但先進設計工具及AI技術的融入產品鮮有報道，仍處于起步階段。

1. 2 Yankee通風裝備及技術

鑒于TAD 紙機較高的投資和運行成本，Yankee通風系統在生活用紙生產中仍占主導地位。受蒸汽壓力限制，揚克烘缸干燥能力有限，通常配備揚克氣罩來強化傳熱[28]。該氣罩將高溫高速熱風垂直吹到紙上以破壞或減小紙張表面空氣滯留層，產生快速的對流傳熱以提高傳熱和傳質系數、強化蒸發，相比多烘缸干燥，其產品的松厚度和柔軟性得到明顯提高[29]。

根據供風方式不同，通風系統可分單套通風和雙套通風，其中單套通風系統適宜生產能力較小的紙機，已較少采用。按熱源可分為蒸汽氣罩和燃氣氣罩，其中蒸汽氣罩送風溫度約200 ℃[30]，其與揚克烘缸干燥能力比約為25%∶75%，起火風險較低，但紙毛易交織聚集、堵塞氣孔[31]，常配套生產能力較低的紙機；生產能力較大則需采用燃氣氣罩，熱風溫度可達450 ℃，其與揚克缸的干燥能力比為40%∶60%[31]，該氣罩不僅可以燒掉氣罩的紙毛，還可以提高生產能力和車速。圖2為典型雙套通風系統示意圖。如圖2所示，以燃氣氣罩為例，其通風系統同樣包括了氣罩、送風系統（送風機、空氣加熱器或燃燒器）、排風及余熱回收系統。烘缸加熱紙張蒸發其水分，送風系統將空氣加熱到必要的溫度，并增加其壓力以實現所需的沖擊速度，加速紙張水分的蒸發；而排風系統將氣罩內濕熱空氣抽出，一部分與新鮮風混合回用，剩余部分被用來預熱“補充”空氣，循環后排出[32]。氣罩內配備供風分配噴嘴系統，通過面向紙張表面孔、噴嘴或槽將熱空氣吹到紙張上，并設置回風槽或管使部分氣罩內濕熱空氣循環利用。

Yankee通風裝備國際廠商主要有Valmet集團子公司PMP、Voith 子公司Toscotec、Andritz、Brunnsch?weiler、TM System等，最大設計產能達7萬t/a，車速達2 400 m/min。高效節能、清潔能源化、智能型成為其裝備與技術的主流發展方向。如Valmet針對定量lt;25 g/m2的紙品開發的純排風Intelli-Cap?節能氣罩，基于CFD建模所設計導流葉片和吹風槽可避免氣罩內壁冷凝和減少紙塵聚集；可將送風溫度降低至90～100 ℃、取消了熱回收和減小了風機功率，采用烘缸冷凝水加熱空氣，可節能并減少設備投資[31]。Andritz則通過使用生物合成氣，借助CFD模擬燃燒、熱傳遞及污染物排放來實現能源的清潔化和減量化[33]。Toscotec兼并氣罩和通風系統專業公司Milltech，將通風系統融入紙機整體設計，可根據生產工況自動調整通風系統，實現最佳效率、節能及系統的智能化[34]。中國廠商通過模仿、研制與國際高速紙機配套的密閉氣罩、通風裝置和換熱器等，基本占據了國產衛生紙機的市場，如晟明環保、湖南三匠人科技有限公司、無錫維科等。因高精度數控加工、大型性能測試、設計及制造過程仿真計算等方面的積累有限，其裝備與技術研發側重于減少蒸汽消耗和熱損失等局部能效的提高。圖3 為集成透平風機余熱的衛生紙機氣罩系統。如圖3所示，依次用透平真空系統排風、閃蒸罐的冷凝水加熱送風，并用閃蒸罐的蒸汽加熱到130 ℃以上，以減少干燥的蒸汽用量。

1. 3 TAD通風裝備與技術

因TAD紙機主要由真空和直通干燥2種非壓縮的操作實現脫水，其所生產紙張具有優異的蓬松度、縱向拉伸和吸收性等，同時減少了纖維用量，特別適用于生活用紙的生產。圖4為帶有2個TAD缸和揚克烘缸的典型TAD紙機。如圖4所示，TAD紙機干燥部常采用2道TAD穿透干燥和1道揚克烘缸干燥相結合的方式[36]。紙張經TAD 干燥后干度在50%～（70%～80%）變化，揚克干燥系統被用于最終干燥和起皺；Kim?berly-Clark則開發出不起皺的TAD工藝，紙幅在2～3道TAD系統中干燥至最終出紙。圖5為2個TAD缸組成的典型穿透干燥的空氣系統。

如圖5 所示，TAD 干燥系統主要包括TAD 缸、TAD氣罩和空氣系統[37]，氣罩內通入熱干空氣，氣罩覆蓋TAD缸部分產生弧形的真空干燥區，其空氣系統與揚克氣罩無本質區別。紙幅中水被蒸發轉移到干燥空氣中，穿過紙幅、缸毯進入TAD穿透缸；穿過紙幅的熱空氣吸收了紙張中的濕氣后溫度降低、濕度增加，一部分（約占總空氣的25%） 通過排風機排出，大部分在系統內循環利用。循環空氣與補充空氣經燃氣加熱提高溫度至200～250 ℃后通入氣罩內[36]。

TAD 紙機主要集中在能源相對便宜的北美地區（超過30%的生活用紙由TAD紙機生產）；而在歐洲等能源價格相對較高的區域，傳統工藝仍占主導地位。2021年2月，TAD技術開創者Toscotec向恒安集團提供2臺TAD衛生紙機，才正式開啟TAD紙機在中國的應用。隨著中國消費水平的提升，領頭企業開始尋找新的差異化產品來保持領先優勢，TAD紙機產品松厚度、柔軟度、吸水性遠優于傳統紙巾，在中國有充足的發展空間。Toscotec基于獨特的直流式和蜿蜒型熱風穿透區域的設計，保障產品優越的松厚度、柔軟度和吸水性的同時，提高了運行性能和設備效率，能耗低至4.5～5.5 MWh/t，明顯低于標準TAD能耗（6.0～7.0 MWh/t） [38]。Valmet所設計TAD缸缸面開孔面積達95%，利用沖壓和快速轉移（rush trans?fer） 將進干燥部干度提高至50%， 顯著降低了能耗[39]。2000 年，Andritz 進入TAD 紙機市場，在提高產品質量和降低能耗方面做了大量工作，如通過開發關鍵元件、借助CFD分析優化熱風系統和能源效率、燃燒器的空燃比、控制TAD的送、排風特性，利用各種熱回收減少總能源消耗，調節不同TAD蒸發負荷降低干燥能耗15%～20%，緊湊設計減少廠房占地面積和土建成本等[40]。

綜上所述，節能、清潔能源化、系統化與智能化是衛生紙機通風裝備與技術發展的主要方向。“雙碳”背景下，國際廠商均非常重視裝備與技術的能效與穩定性。國際巨頭通過收購或自主研發擁有性能優異的通風系統，注重從裝備結構設計、關鍵零部件、系統運行、流場模擬全方位的尋優以實現產品質量和能耗的最優化；中國廠家以國產紙機配套為主，注重于局部改良。國際巨頭均重視CFD仿真、強度數值計算等前沿技術應用于對氣罩內流場的模擬與裝備設計，為中國廠家提升產品性能和能效指明了方向。此外，Valmet Intelli-Cap? 節能氣罩將通風溫度由常規的200 ℃降低至100 ℃，明顯降低了能耗和設備投資，也反映出現有干燥相關理論研究還有待進一步提高，特別是缺乏集成通風蒸汽協同干燥紙張的機理。

2 通風系統存在的不足

通風系統運行狀態影響干燥效率、能量消耗、紙機操作環境甚至紙張質量。為確保生產的穩定性，通風系統均配備了排風露點或濕度、送風溫度控制系統以確保干燥質量及生產安全；多烘缸干燥還需控制氣罩零位（送風量），揚克烘缸干燥系統需控制空氣沖擊速度、回流比，TAD干燥系統則需控制空氣壓差以滿足生產要求。此外，其他控制系統如熱回收噴淋控制系統、提升門控制系統、氣罩內消防控制系統則主要針對生產異常的保護或處理，在此不做論述。然而，因操作人員缺乏優化調節方法導致不合理送排風，使得氣罩仍普遍處于低露點排風或局部袋區濕度接近飽和狀態，蒸汽用量較高等。

2. 1 通風系統能效差異大、通風系統與蒸汽冷凝水系統調控缺乏協同

實際生產過程，主要通過各段蒸汽壓差控制以達到紙張干度的要求，而通過控制送風溫度、送風量、排風露點等參數來確保干燥通風系統的正常運行，通風系統與蒸汽冷凝水系統控制目標不同，兩者研究相對孤立、能耗耦合關系不明確。以瓦楞原紙為例，烘缸蒸汽壓差通常設置為15～35 kPa （固定式虹吸） 或40～95 kPa （轉動式虹吸） （TAPPITIP0404-63），袋區送風溫度為82～93 ℃；袋區濕度維持在0.12～0.28 kgH2O/kg 絕干空氣（d.a），排風濕度為0.13～0.17 kgH2O/kg d.a，通風需求量為7～10 kgd.a/kg H2O （TAPPI TIP0404-24），噸紙干燥蒸汽消耗在1.2～1.9 t變化（TAPPI TIP0404-47）。

理論上，隨產品定量、車速變化，操作人員需主動調節蒸汽壓力以確保紙張干度，而烘缸供熱量隨蒸汽壓差調整發生變化后，各烘缸蒸發負荷和袋區空氣狀態也將隨之變化。為確保各袋區空氣狀態處于合理的范圍需相應調整通風系統；然而，在不影響生產穩定性的情況下，通風系統很少主動調整。袋區空氣狀態受送風溫度和排風露點控制影響，改變送風溫度或排風量均將直接影響余熱回收，進而影響送、排風量及其電耗，也將影響空氣加熱器的蒸汽消耗[12-13]。因此，片面追求通風系統的低能耗可使烘缸蒸汽消耗增加，甚至影響生產；為了實現干燥整體能耗的最小化，需對通風與蒸汽冷凝水熱力系統進行能量平衡分析及整體設計，需集成通風系統與蒸汽冷凝水系統以實現協同調控。

2. 2 通風系統運行參數差異明顯，調節策略不夠完善

送風溫度控制系統通過調節送風空氣加熱器蒸汽量來控制送風溫度，以確保氣罩內無結露現象，特別是局部袋區的結露。送風溫度過高將增加蒸汽消耗，過低易導致局部濕空氣飽和滴露。TAPPI推薦在82～93 ℃ （TAPPI TIP0404-24）， 也有研究指出在90～95 ℃[8]。送風溫度的設定因紙種、定量不同存在一定差異，研究發現將送風溫度從80～90 ℃提高到120～130 ℃，蒸發速率變化很小、但蒸汽消耗增加2%[8]。生產過程，送風溫度常依據進熱回收裝置排風濕度或氣罩內局部濕度人為設定，存在不確定性或片面性，難以權衡干燥能耗及運行穩定性。大量現場測試數據[6， 12-14]證實，由于缺乏精準調控策略，實際生產過程常將送風溫度設定過高以避免滴漏。因此，掌握氣罩內空氣溫濕度場變化規律，結合現有控制邏輯完善送風溫度控制系統，將提高通風系統控制效果和能效。

此外，排風露點或濕度控制用于杜絕氣罩頂板滴漏、確保氣罩正常運行。提高排風濕度，余熱回收潛力提高、送風加熱蒸汽減少，對于送、排風量的需求量也將降低[9]。表1 為各氣罩類型的典型工藝參數。如表1所示，目前，中國產氣罩常以中濕度運行，排風露點約為53～57 ℃， 排風濕度處于0.12～0.14 kgH2O/kg d.a[8]；國際先進紙機配套高濕度氣罩，露點常處于61～63 ℃[41]，排風濕度約為0.16～0.18 kg H2O/kg d.a[8]，Valmet 密閉氣罩設計濕度高達0.20 kg H2O/kg d.a[42]，Voith設計露點溫度達65 ℃，送風量和排風量減少近20%[23]。它們通過檢測排風管道內的濕空氣溫、濕度調節排風量來實現，而排風管道空氣無法代表氣罩各區域特別是死角區域的空氣，局部的濕度過大導致實際運行過程排風濕度設置差異較大。氣罩排風露點差異明顯，除氣罩設計方面的差異外，也體現了現有控制邏輯的不完善，因此，加強對氣罩頂板區域局部薄弱點的監測，完善排風濕度的控制將有助于提高氣罩運行的穩定性和能效。

通常零位控制系統通過調節總送風量來控制零位。零位過高，外界冷空氣易滲入氣罩內引起紙幅抖動；零位過低，氣罩內濕熱空氣易擴散至車間，惡化車間環境、增加能耗。根據蒸發速率變化曲線可知各干燥段蒸發水量差異較大，即使紙種、定量或車速變化，袋區通風量分配在開機調試過程已通過送風管道的風閥手動調節確定且基本不作調節，且橫向空氣狀態缺乏監控，局部空氣濕度過大易產生凝結。實際生產過程，氣罩濕端零位較低的問題依然比較普遍[43]，生產人員因擔憂局部空氣飽和滴露、產生紙病而增加排風或提高送風溫度確保生產安全，但為了維持零位需相應提高送風量，會導致送、排風機電耗均增加。因此，有必要結合蒸發負荷變化動態調整各袋區送風量，加強關鍵袋區及橫向空氣狀態監測，以完善送風量及零位控制系統。

2. 3 關鍵狀態參數與指標缺乏監控與評價

首先，通風系統能耗主要包括空氣加熱器蒸汽或燃氣消耗、送排風電能消耗。蒸汽或燃氣用來加熱送風，風機電耗主要用來泵送熱風進出氣罩，其均與通風量和送風溫度有關。現階段通風系統中空氣加熱器蒸汽消耗、風機電耗均缺乏單獨計量和核算，且缺乏對干燥總能耗進行統計與分析。其次，紙張干燥的傳質動力是紙張表面水汽分壓與袋區空氣水汽分壓之差，為維持持續的干燥動力良好的袋區通風需確保各袋區空氣絕對濕度不宜過高或過低、且分布趨于均勻，如圖6（a）所示；通風不佳將使得各袋區空氣濕度分布不均，部分袋區空氣濕度明顯過高（TAPPI TIP0404-33），甚至產生飽和滴露，這將降低干燥速率和生產效率，如圖6（b）所示。

與圖6中目標值一致，TAPPI建議袋區濕度應低于0.2 kg H2O/kg d.a（TAPPI TIP 0404-33），而實際生產過程需維持在0.12～0.28 kg H2O/kg d.a （TAPPI TIP0404-24）。盡管部分紙機袋區空氣在0.25～0.30 kg H2O/kg d.a仍正常運行（TAPPI TIP 0404-33），但出于對干網保護和送風吸濕能力考慮，袋區最高濕度不應高于0.30 kg H2O/kg d.a[44]。圖7為排風濕度對干燥速率的影響。從圖7可知，袋區空氣濕度越低，干燥速率越高；降低袋區濕度有利于提高干燥速率，其對于低定量紙種（新聞用紙） 的影響明顯高于高定量紙種（掛面紙板） [41]。低袋區濕度意味著過度的排風或送風，將造成能源浪費；但濕度過高將使得干燥動力降低，影響紙張干燥速率，袋區空氣易飽和冷凝。然而，實際生產過程對于袋區空氣狀態和通風能耗缺乏監控及對氣罩或袋區滴漏的擔憂，這可能也是袋區通風量分配不做調整的原因，因未按蒸發負荷調整送風，基于對大量生產線干燥袋區空氣濕度測量結果也表明部分袋區相對濕度非常大，甚至達到飽和。

最后，氣罩空氣平衡率即進出氣罩的空氣量之比，對于維持干燥能效、確保車間環境及產品質量至關重要。受氣罩結構和性能的影響，中濕度密閉氣罩空氣平衡率為55%～80%，高濕度氣罩處于65%～80%（TAPPI TIP0404-24）。平衡率過低，外界空氣易滲入氣罩內，導致氣流失控產生紙張顫動，紙張橫幅水分分布不均；平衡率過高，則使得氣罩內濕空氣向車間內泄漏，導致能耗增加、惡化工作環境。圖8為氣罩平衡對干燥速率和蒸汽消耗的影響。如圖8所示，空氣平衡率越高，意味著泄露空氣少，將維持更高的干燥速率；而更高的排風濕度和溫度將使其余熱得到更高效的回收，從而降低了蒸汽消耗。實際生產過程，訂單切換可能意味著產品定量及紙機車速的調整，干燥各段蒸發負荷將隨之變化，理應相應調整送、排風，實際運行并沒有監測氣罩平衡率，其對干燥效率的影響也被忽略[8， 45]。

綜上所述，完善通風系統調節策略、加強通風系統關鍵參數及運行性能的監控將有助于在確保產品質量和生產穩定的前提下維持干燥速率，進一步降低干燥能耗，并為解決通風系統運行瓶頸、優化氣罩通風系統運行提供基礎。

3 結語

面對升級后的干燥節能裝備及技術，如何進一步降低造紙生產能耗是當前“雙碳”目標約束下造紙工作者亟待解決的共性問題。通風影響干燥過程的傳熱、傳質，進而影響水分蒸發速率、紙張干燥能耗、運行成本、工作環境、甚至紙張質量，被認為是紙張干燥過程中優化空間最大的部分。通風裝備及技術除了向高效率節能、緊湊型發展外，清潔能源化及產品的數字化、智能化技術應用成為主流。中國廠商需注重將CFD仿真、強度數值計算等先進設計工具，結合工業控制、數據分析及智能算法等技術融入設計及制造過程。Valmet Intelli-Cap?通風溫度大幅調整降低了能耗和設備投資，反映出通風與蒸汽協同干燥紙張的機理研究需繼續加強，需集成通風系統與蒸汽冷凝水熱力系統進行整體平衡分析及設計，以實現協同調控。低露點排風、局部袋區空氣飽和、蒸汽用量高等現象，映射出通風系統與蒸汽冷凝水系統控制孤立、通風系統調節手段有限、運行關鍵狀態參數與指標缺乏監控與評價等問題本質，在明確蒸汽與通風系統協同作用的基礎上，通過對氣罩空氣流場的模擬，增設對局部高濕度袋區的監控，完善對干燥系統穩定運行關鍵參數的監測和控制。

此外，降低通風溫度可明顯降低能耗和設備投資，未按蒸發負荷分配送風而導致袋區濕度差異較大等方面反映出相關理論研究偏弱，缺乏兼顧運行穩定和整體能效的協同調控策略。因此，有必要系統性的梳理相關理論研究，基于紙張中水分存在的不同形式及其干燥速率控制條件、橫幅蒸發速率差異等按需通風來優化或合理設計通風系統，完善通風系統對紙張干燥的協同作用機理研究，以維持生產穩定、確保產品質量及進一步提高整體能源效率。

致謝

感謝湖南泛航智能裝備有限公司楊崎峰先生、安德里茲（中國）有限公司林治作先生、福伊特造紙（中國）有限公司陳勝先生、維美德（中國）有限公司匡利先生、Tri-Y Environmental Research Institute 的Helen Sun、Joan 女士等給予的支持。

參考文獻

［1］ FAO. Fores STAT-Forest products production， import and exportstatistics［EB/OL］. Available： http：//www. fao. org/forestry/statistics/80938/en/.［ 2024-3-28］.

［2］ KONG L， ZHAO J， LI J， et al. Evaluating energy efficiencyimprovement of pulp and paper production： Case study from factorylevel［J］. Journal of Cleaner Production， DOI： 10. 1016/j. jclepro.2020. 124018.

［3］ MAN Y， HAN Y， LI J， et al. Review of energy consumptionresearch for papermaking industry based on life cycle analysis ［J］.Chinese Journal of Chemical Engineering， 2019（7）： 1543-1553.

［4］ 中國造紙協會. 關于發布《造紙行業“十四五”及中長期高質量發展綱要》的通知［EB/OL］. Available： http：//www. chinappi. org/infs/20211224133011410957. html.［ 2024-3-24］.

China Paper Association. Notice on issuing the“ 14th Five Year Planand Medium-to Long Term High Quality Development Outline of thePaper Industry”［EB/OL］. Available： http：//www. chinappi. org/infs/20211224133011410957. html.［ 2024-3-24］.

［5］ 國務院. 國務院關于印發“十四五”節能減排綜合工作方案的通知［EB/OL］. Available： http：//www. gov. cn/zhengce/content/2022-01/24/content_5670202. htm.［ 2024-3- 24］.

The State Council. Notice on Issuing the Comprehensive Work Planfor Energy Conservation and Emission Reduction during the 14thFive Year Plan Period ［EB/OL］. Available：http：//www. gov. cn/zhengce/content/2022-01/24/content_5670202. htm.［ 2024-3-24］.

［6］ CHEN X， MAN Y， ZHENG Q， et al. Industrial verification ofenergy saving for the single-tier cylinder based paper drying process［J］. Energy， 2019， 170： 261-272.

［7］ SCHNEEBERGER M， LEUK P， HIRN U， et al. Paper drying：A simulation model to optimize the energy consumption［J］.International Paper World IPW， 2014（4/5）：45-47.

［8］ SUNDQVIST H. Dryer section ventilation and heat recovery［M］//InPapermaking Part 2： Drying， Finnish Paper Engineers Association，2000： 6-12.

［9］ NEJAD A M. Enhancement of drying of paper with phase changematerial： A numerical study［J］. International Journal of Heat andMass Transfer， DOI： 10. 1016/j. ijheatmasstransfer. 2019. 119169.

［10］ HOLIK H. Handbook of Paper and Board［M］. Weinheim：WILEY-VCH Verlag GmbH amp; Co. KGaA， 2006：280-290.

［11］ 湯 偉， 周 陽， 王 樨，等. 紙板機密閉氣罩控制系統的設計［J］. 中國造紙， 2012， 31（7）： 38-44.

TANG W， ZHOU Y， WANG X， et al. A Control System Design ofthe Closed Hood for Paperboard Machine［J］. China Pulp amp; Paper，2012， 31（7）： 38-44.

［12］ YIN Y， LI J， LIU H， et al. An energy-saving assessment approachfor hood retrofitting in multi-cylinder dryer sections［J］. DryTechnol， 2016， 34（15）：1868-1883.

［13］ YIN Y， YANG J， JIA Y， et al. Modeling of Ventilation’sInfluence on Energy Consumption in Multi-cylinder Dryer SectionPart 2： Simulations and Applications［J］. Int J Comput Intell Syst，DOI：10. 1007/s44196-022-00095-4.

［14］ CHEN X， LI J， LIU H， et al. Energy system diagnosis of paperdryingprocess， Part 1： Energy performance assessment［J］. DryTechnol，DOI：10. 1080/07373937. 2015. 1087022.

［15］ KONG L， TAO Z， LIU H， et al. Effect of operating parameters onthe drying performance of multi-cylinder paper machine dryersection［J］. Dry Technol， 2016， 34（13）：1641-1650.

［16］ Tissue Story . Through air drying （TAD） tissue making technology［EB/OL］. USA： Tissue Story， ［2024-3-31］. https：//www.tissuestory. com/2017/09/28/through-air-drying-tad-tissue-makingtechnology/.

［17］ 徐柱天. 造紙機烘干部的通風系統［J］. 中國造紙， 1983，2（2）： 57-61.

XU Z T. Ventilation System of Paper Machine Drying Section［J］.China Pulp amp; Paper， 1983，2（2）： 57-61.

［18］ 徐柱天. 造紙機烘干部的通風系統（續）［J］. 中國造紙， 1983，2（3）： 42-53.

XU Z T. Ventilation System of Paper Machine Drying Section （con?tinued）［J］. China Pulp amp; Paper， 1983， 2（3）： 42-53.

［19］ 周樂才. 淺談紙機封閉式氣罩［J］. 中國造紙學報， 2008，23（S1）： 295-302.

ZHOU L C. A Brief Introduction of the Closed Hood of Paper Ma?chine［J］. Transactions of China Pulp and paper， 2008，23（S1）：295-302.

［20］ 王淑英. 德國Lamp;E公司造紙機干部熱量整體循環利用系統介紹（續）［J］. 北方造紙， 1997， 4：58-59.

WANG S Y. Introduction to the overall heat recycling system of pa?per machine cadres of German Lamp;E （continued）［J］. North Pulpand Paper， 1997， 4： 58-59.

［21］ TM Systems. Dryer section air systems ［EB/OL］. Finland： TMSystems， ［2024-3-31］ ， https：//tmsystems. com/products/dryersection-air-systems/.

［22］ Runtech Systems. Paper Machine Drying hood ［EB/OL］. Finland：Runtech Systems， ［2024-3-31］. https：//www. runtechsystems. com/zh-tw/energy-and-vacuum-systems/paper-machine-dryer-hood.

［23］ Voith. EOS dew point control （DPC） system ［EB/OL］. Germany：Voith， ［2024-3-31］. https：//voith. com/corp-en/papermaking/airsystems.html？134303%5B%5D=1.

［24］ Valmet. Valmet process ventilation ［EB/OL］. Finland： Valmet，［2024-3-31］. https：//www. valmet. com/board-and-paper/board-andpaper-machines/process-ventilation/.

［25］ TM Systems. Information equals productivity ［EB/OL］. Finland：TM Systems， ［2024-10-10］， https：//tmsystems. com/solutions/production-process-improvement/.

［26］ 山東豐信科技. 高溫高濕密閉氣罩及客戶案例 ［EB/OL］. 山東： 山東豐信科技， ［2024-3-31］. https：//www. fosingroup. com//amp;http：//www. cnfxin. com/case/.

Shandong Fengxin Technology. High temperature and high humidi?ty closed hood and customer case ［EB/OL］. Shandong： ShandongFengxin Technology， ［2024-3-31］. http：//www. cnfxin. com/prod?uct/cpflac4/amp;http：//www. cnfxin. com/case/.

［27］ 湖南三匠人科技. 典型案例［EB/OL］. 湖南： 湖南三匠人科技，［2024-3-31］. https：//www. hnsjrtech. com/index. php？ m=con?tentamp;c=indexamp;a=listsamp;catid=35.

Hunan Sanjiangren Technology. Typical Case［EB/OL］. Hunan：Sanjiangren Technology， ［2024-3-31］. https：//www. hnsjrtech.com/index. php？m=contentamp;c=indexamp;a=listsamp;catid=35.

［28］ SCHUKOV V， WOZNY J. Yankee hood performance studies： theeffect of air balance on thermal efficiency［J］. Tappi Journal， 1991（4）：141-145.

［29］ 潘永康，王喜忠，劉相東. 現代干燥技術（第二版）［M］. 北京： 化學工業出版社， 2006： 599-608.

PAN Y K， WANG X Z， LIU X D. Modern Drying Technology（ Sec?ond edition）［M］. Beijing： Chemical Industry Press， 2006：599-608.

［30］ 維杰科技. 蒸汽式揚克氣罩［EB/OL］. 湖南：湖南維杰科技，［2025-1-5］. https：//www. hnwjkj. com/product/32. html.

Weijie Technology. Yangke air hood heated by steam ［EB/OL］.Hunan： Weijie Technology， ［2025-1-5］. https：//www. hnwjkj.com/product/32. html.

［31］ 李 浪. 維美德Intelli-Cap超節能氣罩-應對新挑戰的明智之選［J］. 生活用紙， 2021， 21（4）：64-66.

LI L. Valmet Intelli-Cap Super Energy Saving Air Cap—A wisechoice to response new challenges［J］. Tissue Paper amp; DisposableProducts， 2021， 21（4）：64-66.

［32］ 林治作， 李繼庚， 尹勇軍，等. Bf-12型衛生紙機氣罩空氣平衡分析實踐［J］. 紙和造紙， 2012， 31（4）： 8-12.

LIN Z Z， LI J G， YIN Y J， et al. Analysis on Yankee Hood Air Bal?ance of BF-12 Tissue Paper Machine［J］. Paper and Paper Making，2012， 31（4）： 8-12.

［33］ Andritz. 一種新能源一個新的挑戰［J］. SPECTRUM， 2022， 43：48-52.

Andritz. A new kind of new energy A new challenge［J］. SPEC?TRUM， 2022， 43：48-52.

［34］ Toscotec. Toscotec absorbs Milltech into tissue technology business［EB/OL］. Italy： Toscotec， ［2024-3-31］. https：//www. toscotec.com/en/products/tissue-machines/tadvision-line/.

［35］ 夏吉瑞， 夏雷之， 張鳳玉. 高速衛生紙機氣罩的節能優化設計方案［J］. 生活用紙， 2021， 21（4）： 71-72.

XIA J R， XIA L Z， ZHANG F Y. An Optimization Design Plan onEnergy Saving with the Hood of Yankee［J］. Tissue Paper amp; Dispos?able Products， 2021， 21（4）： 71-72.

［36］ Tissue Story . Through air drying （TAD） tissue making technology［OE］. USA： Tissue Story， ［2024-3-31］. https：//www. tissuestory.com/2017/09/28/through-air-drying-tad-tissue-making-technology/.

［37］ WEINEISEN H. STENSTR M S. Modeling drying and energyperformance of industrial through-dryers［J］. Dry Technol， 2008，26（6）： 776-785.

［38］ 郭凱原. 衛生紙機新技術為行業發展蓄勢賦能——專訪拓斯克造紙機械（上海）有限公司總經理趙陽先生［J］. 生活用紙，2021， 21（9）： 12-13.

GUO K Y. The new technology of tissue paper machine empowersthe development of the industry—Interview with Mr Zhao Yang，General Manager of Tosk Paper Machinery （Shanghai） Co.， Ltd.［J］. Tissue Paper amp; Disposable Products， 2021， 21（9）： 12-13.

［39］ Valmet. Low energy ultra-premium tissue production AdvantageeTAD Technology ［EB/OL］. Finland： Valmet， ［2024-3-31］.https：//www. valmet. com/tissue/advantage-tissue-mills-solutions/Advantage-eTAD.

［40］ ELISABETH W. 安德里茨PrimeLine TAD衛生紙機——更低能耗、更高質量［J］. 中華紙業， 2024，43（1）：41-44.

ELISABETH W. Andritz Group PrimeLine TAD paper machine haslower energy. consumption and higher quality［J］. China Pulp amp;Paper Industry，2024， 43（1）：41-44.

［41］ GHOSH A K. Fundamentals of Paper Drying-theory and Applicationfrom Industrial Perspective， Evaporation， Condensation and Heattransfer［M］. Groatia：Intech Open Publishers， 2011： 555-560.

［42］ 姜世芳. 維美德密閉汽罩［J］. 輕工機械， 2004（ 1）： 95-96.JIANG S F. Valmet Closed Hood［J］. Light Industry Machinery，2004（ 1）： 95-96.

［44］ 林大宏. 干燥部氣罩內空氣系統平衡的調節［J］. 中華紙業，2005， 26（1）： 40-42.

LIN D H. Adjustment mechanism of air system balancing for thehood of paper machine drying-section［J］. China Pulp amp; Paper In?dustry， 2005， 26（1）： 40-42.

［45］ 姚新躍，張 輝. 大型紙機干燥部溫濕參數動態特征及熱能節約原理的研究［J］. 中國造紙學報， 2009， 24（4）： 81-86.

YAO X Y， ZHANG H. Dynamic Characteristics of Temperatureand Humidity Parameters and Heat Saving Principle in the DryerSection of a Large-scale Paper Machine［J］. Transactions of ChinaPulp and Paper， 2009， 24（4）： 81-86.

（責任編輯：董鳳霞）

基金項目：國家自然科學基金（22468006）；國家留學基金（CSCNO. 202106665001）；廣西自然科學基金（2024JJA120200）；廣西博世科環保科技股份有限公司國家企業技術中心開放基金（GXUBFY-2020-031）。