纸机工艺通风设计简介

张小云

(中国中轻国际工程有限公司,北京,100026)

·通风设计·

纸机工艺通风设计简介

张小云

(中国中轻国际工程有限公司,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

指出了通风在纸机工艺运行中的重要性。根据纸机工艺运行的特点和要求,结合工程实例比较深入地介绍了纸机工艺通风系统的设计,同时对系统的稳定运行及节能提出了一些意见。

网部排风;干燥部送排风;通风设计;热回收

在造纸工艺生产过程中,网部和干燥部会产生大量的水蒸气,为了满足稳定运行的要求,需要通过通风的方式排除这些高温高湿气体。网部通风系统和干燥部通风系统的性能好坏严重影响纸机的运行效率、生产能耗及产品质量。随着纸机规模的不断扩大,纸机车速也在不断提高,网部和干燥部密闭汽罩内的气流形式越来越复杂,流入空气的处理难度也越来越大。尤其是干燥部密闭汽罩的通风效果直接影响纸机的正常运行。因此,纸机工艺通风设计对纸机的正常稳定运行以及设备的运行能耗非常重要。以下结合工程实例深入地介绍了纸机工艺通风系统的设计情况,并对系统的稳定运行及节能情况提出了一些意见。

1 纸机工艺通风设计

1.1 纸机工艺通风设计纸机的基本参数

纸种:新闻纸

定量:45 g/m2

卷纸宽度:4960 mm

工作车速:900 m/min

设计车速:900 m/min

纸机轨距:6400 mm

各部分的干度:出压榨后的干度42%

出干燥部的干度92%

烘缸直径:1830 mm

干燥部烘缸数:21只

热源:蒸汽压力为0.4 MPa

1.2 纸机工艺通风设计室外气象参数

夏季通风室外计算温度:33℃

夏季通风室外计算相对湿度:80%冬季通风室外计算温度:4℃

冬季通风室外计算相对湿度:77%

1.3 纸机工艺通风系统概述

纸机通风系统主要分为网部排风系统、干燥部送排风系统和各种浆池排风系统。纸机通风系统流程见图1～图3。

1.3.1 网部排风系统

网部排风系统分为网部水雾排气系统、网部真空脱水系统和高压喷淋真空脱水系统。

图1 纸机网部通风流程图

纸机运行时,网部会产生大量水雾,这些水雾散发到厂房内,会恶化车间环境,导致屋面结露滴水,影响纸机的正常生产。本系统拟在流浆箱、白水盘、真空吸水箱、真空网清洗器、水雾收集器、伏辊坑等处设置收集点,由离心风机排走网部水雾。

1.3.2 干燥部送风系统

干燥部送风系统分为引纸送风系统和稳纸送风系统。

引纸送风系统 引纸送风系统新风取自车间内,经初步过滤后,再由热回收装置预热,然后通过蒸汽加热器加热到所需温度,通过风管送入引纸吹风箱和纸幅出口吹风箱。

稳纸送风系统 稳纸送风系统1送风箱送风量50%取自汽罩排风, 50%取自车间内的空气;稳纸送风系统2、稳纸送风系统3送风箱送风量均取自车间内的空气。稳纸吹风箱逆向干毯和烘缸的运行方向吹风,排除了界面层空气,产生了一个负压作用,促使纸幅紧贴在干网上,从而使纸幅平稳运行。

1.3.3 干燥部排风系统

干燥部排风系统用于排除纸幅烘干过程中产生的水汽,水汽通过汽罩顶部的汇风道集结,由汽罩顶部的排风口排出干燥部,排风经过热回收系统后,通过风机排出室外。干燥部不同部位的排风量,由汽罩内汇风道上的风阀进行调节。

1.3.4 伏损池、压损池、干损池、复卷机损纸池排风系统

伏损池、压损池、干损池、复卷机损纸池内的湿空气分别由立式轴流通风机排出室外,浆池内设挡纸隔栅板。

1.4 纸机工艺热回收系统

图2 纸机烘干部密闭汽罩通风流程图

图3 纸机通风流程图图例

密闭汽罩的排风温度一般在82℃左右,含湿量在0.14 kg H2O/kg干空气左右,每千克排风中的热焓约为455 kJ。本纸机年产量为10万t,密闭汽罩的排风量约为1.6×105kg/h,每小时排风中的热焓约为7.28×107kJ。相当于32.8 t蒸汽的潜热放热量,热焓值是相当可观的。由于密闭汽罩的使用,排风温度和含湿量均较高,为排风的热回收创造了条件。本纸机热回收系统将排风进行如下一、二级热回收。

1.4.1 一级汽-气热回收

用排风来预热汽罩内送风系统,这种热回收的利用价值很高,一年四季都在回收热量,是密闭汽罩排风必须设置的。设置这样一套热回收装置,其投资回收周期不到一年。一级汽-气热回收装置,采用管式换热器,由于是汽-气换热,换热系数小,回收热量比较有限,一级热回收装置回收的热量只占排风热焓的4.5%左右。经过一级热回收后,汽罩送风温度可达到55℃左右,汽罩排风温度在58.5℃左右,排风热焓仍然很高。

1.4.2 二级汽-水热回收

二级热回收装置一般是用排风来加热工艺用水的,工艺清洗毛毯要用大量的热水,如果用蒸汽来加热清水则要消耗大量的蒸汽,完全可以利用排风来加热这部分工艺水。二级热回收是汽-水热回收,采用不锈钢换热管,汽水换热系数较高,回收热量较高,且是全年运行,二级热回收装置,其投资回收期一般在半年左右。经过二级热回收装置后,工艺水温可达45℃左右,排风温度约为50℃,回收的热量约占排风总热焓的6.4%。经过二次热回收之后,排风的热焓仍然较大,但由于温度低,回收的价值已不大,一般经过挡水板后直接排出室外。

1.5 纸机工艺通风控制系统

为了有效调节和控制密闭汽罩内的气流和压力,控制排风温度和湿度,更好地满足在不同季节和不同工作状况下通风系统的要求和节能,纸机通风系统设置自动调节控制系统,并入DCS系统,方便操作和管理。

1.5.1 汽罩排风控制系统

在汽罩内或排风风管内设置温、湿度传感器,温、湿度变送器根据传感器的信号,将信号传入DCS系统,由DCS系统控制变频调速电机的转速,以调节排风量,从而达到稳定排风温度和湿度的要求。

1.5.2 汽罩“零位”控制系统

压差传感器安装在传动侧汽罩壁板上,安装高度离地面2000～2500 mm,测量管与汽罩内相通,测出汽罩内外压差(PDT), PDT的值作为零位压差送入DCS系统显示,经P ID调节后其输出量转换为百分比,输送给变频器调节变频电机的转速,调节风量。

(1)当PDT的值小于设定值(一般为0～5 Pa) 时,则需通过增大变频电机的转速,增大送风量,将罩内气压上调。

(2)当PDT的值大于设定值时,则需通过减小变频电机的转速,减少送风量,将罩内气压下调。

1.5.3 汽罩送风控制系统

汽罩送风控制系统主要是通过在密闭汽罩内设置温、湿度传感器,温、湿度变送器根据传感器的信号,将信号传入DCS系统,由DCS系统通过改变变频风机的转速改变调节送风风量的要求。送风温度可通过热回收装置和气动蒸汽阀进行自动调节。

1.5.4 定时喷淋清洗系统控制

热回收装置喷淋清洗由DCS系统控制自动开关阀,每4 h喷淋清洗2 min。网部装置喷淋清洗由DCS系统控制自动开关阀,每2 h喷淋清洗2 min。

1.5.5 汽罩提升门控制系统

汽罩提升门控制和断纸信号连锁,发生断纸时则由DCS系统来控制电动提升门自动提升,汽罩提升门还可通过手动控制柜上的手动按钮来开、闭。

1.6 纸机工艺通风设计计算参数

通风设计理论计算产量:12052.8 kg/h(按定量45 g/m2,车速900 m/min,纸幅宽4960 mm计算)

干燥部纸幅蒸发水量:14349 kg H2O/h

排气量:155790 kg/h

温度:82℃

含湿量:0.14 kg H2O/kg干空气

露点温度:58.5℃

纸机干燥部密闭汽罩总送风量:109060 kg/h

其中:①稳纸送风系统1送入新风量15630 kg/h

与50%汽罩排风混合后经过空气加热器加热到所需温度

温度:51～95℃

总加热量:210 kW

耗费蒸汽总量:363 kg/h

②稳纸送风系统2、稳纸送风系统3送风量及汽罩总补风量:93430 kg/h

温度:95℃

含湿量:0.035 kg H2O/kg干空气

送风取自室内,经两级加热

先由一级汽-气热回收装置预热

温度:20～55℃

总换热量:916 kW

再由蒸汽空气加热器加热至所需温度

温度:55～95℃

总加热量:1300 kW

耗费蒸汽总量:2236 kg/h

表1 纸机工艺通风设备表

表2 密闭汽罩排风热回收设备

1.7 纸机工艺通风设备选型

根据纸机工艺的要求,网部和干燥部的送、排风机选型见表1。

密闭汽罩排风设置两套热回收装置,每套分别设置一级汽-气热回收和二级汽-水热回收,见表2。密闭汽罩排风设置4套蒸汽加热装置,见表3。纸机通风水、电、汽消耗为:清水(喷淋),20680 kg/d(压力0.3MPa);装机容量,500.5 k Wh(380 V、50 Hz);饱和蒸汽3285 kg/h(0.4MPa)。

表3 密闭汽罩蒸汽加热热回收装置

2 纸机工艺通风的设计要点

根据工艺要求,为了达到汽罩内部的干球温度(95℃左右)和露点温度(58℃左右)以及高温高湿气体不结露滴水,除了设计和优化密闭汽罩的结构设计外,密闭汽罩的通风系统设计尤为重要。密闭汽罩通风设计应注意如下要点:

2.1 设计合理的干燥曲线,稳定汽罩“零位”,严格控制露点

在纸机干燥部的不同位置,纸幅的干燥速率不同。由在干燥部不同位置的干燥速率连成的曲线形成干燥曲线。干燥部中的干燥曲线如图4所示。设计中选择合理的干燥曲线,可以提高纸机运行效率和产品质量。纸机工艺通风系统应根据干燥曲线的变化调节不同位置的通风量,以满足纸幅的运行稳定和干燥要求。

图4 干燥部中纸幅的干燥曲线

汽罩“零位”在这样一个位置上,即汽罩内外压差为零。“零位”以下,密闭汽罩内的高温高湿气体流向罩外,污染车间的工作环境;“零位”以上,车间内的相对低温气体会进入汽罩内,在进入汽罩口处的汽罩表面结露滴水。“零位”的高低取决于密闭汽罩内送风量和排风量的分布和大小。稳定汽罩“零位”是通过设置在罩体上的“零位”检测装置通过变频风机控制送风量和排风量来实现。通常,汽罩“零位”点位置一般稳定在二楼楼面约2.5 m处,有利于设置提升门的开启,同时需要保证提升门和密闭汽罩非常好的密闭性。

密闭汽罩排风系统的露点控制是为了保证纸幅的正常运转,同时杜绝在汽罩顶板产生结露滴水。露点控制主要是通过在密闭汽罩内或排风风管内设置温、湿度传感器,温、湿度变送器根据传感器的信号,传输给控制器,由控制器通过改变变频风机的转速改变调节排风风量的要求。排风风量的可调余量一般设计为总排风量的15%～20%,排风温度为82℃,露点温度为58.5℃。

密闭汽罩的送风系统主要由引纸送风系统和稳纸送风系统组成。引纸送风系统新风来自车间,先经初效过滤器、调节风阀,再经蒸汽加热器加热到所需温度,送入引纸吹风箱。每个引纸吹风箱的风量可通过风阀进行调节,送风温度可通过气动蒸汽阀进行自动调节。稳纸送风系统主要是通过在密闭汽罩内设置温、湿度传感器,温、湿度变送器根据传感器的信号,传输给控制器,由控制器通过改变变频风机的转速改变调节送风风量的要求。每个稳纸吹风箱的风量可通过风阀进行调节,送风温度可通过热回收装置和气动蒸汽阀进行自动调节。

2.2 注意减少纸幅进出汽罩口结露滴水

为解决纸幅进出汽罩口结露滴水的问题,设置各种高效率的吹风箱,安装在纸幅上部,形成风幕阻挡纸幅上部汽罩内外空气对流,在下部安装活动提升门既方便引纸又阻挡纸幅下部汽罩内外空气对流。在设计时还应考虑随着季节变换和气温的变化,适当地调节吹风箱风温、风量和风压,将纸幅进出汽罩口结露滴水现象降低到最小。

2.3 设计合理可行的汽罩内部照明、消防等设施

密闭汽罩内应具备完整的低压照明系统和自动喷淋灭火系统,以满足消防和照明要求。

汽罩内照明系统为防雾防爆低压照明灯,耐温电缆。

汽罩内消防系统一般是蒸汽消防系统。密闭汽罩顶部设有多个温度传感器,将温度信号通过变送器接入DCS系统,由DCS控制送、排风系统。当排气温度过高时,安装在排风管道上的火灾探测器向控制柜发出报警信号,此时,送、排风机停止运行,提升门关闭,气动蝶阀启动,消防蒸汽向密闭汽罩喷射,以隔离空气,从而达到消防的目的。

3 结 语

良好的纸机通风系统,能改善生产环境,降低生产能耗,提高纸机效率和产品质量。目前造纸工业的发展对造纸工艺技术水平提出了更高的要求。设计人员进行纸机工艺通风设计时,应该充分应用新技术、新材料,优化通风设计,使纸机工艺通风系统更加合理,以满足高效率、高车速的纸机稳定运行的需要。

(责任编辑:赵旸宇)

I ntroduction of Ventilation Design of PaperMachine Runn ing

ZHANG Xiao-yun

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

张小云先生,硕士,工程师;主要研究方向:造纸工业厂房及民用建筑暖通空调设计。

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

2009-08-10(修改稿)