紙機工藝通風(fēng)設(shè)計簡介

張小云

(中國中輕國際工程有限公司,北京,100026)

·通風(fēng)設(shè)計·

紙機工藝通風(fēng)設(shè)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(fēng)在紙機工藝運行中的重要性。根據(jù)紙機工藝運行的特點和要求,結(jié)合工程實例比較深入地介紹了紙機工藝通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計,同時對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及節(jié)能提出了一些意見。

網(wǎng)部排風(fēng);干燥部送排風(fēng);通風(fēng)設(shè)計;熱回收

在造紙工藝生產(chǎn)過程中,網(wǎng)部和干燥部會產(chǎn)生大量的水蒸氣,為了滿足穩(wěn)定運行的要求,需要通過通風(fēng)的方式排除這些高溫高濕氣體。網(wǎng)部通風(fēng)系統(tǒng)和干燥部通風(fēng)系統(tǒng)的性能好壞嚴重影響紙機的運行效率、生產(chǎn)能耗及產(chǎn)品質(zhì)量。隨著紙機規(guī)模的不斷擴大,紙機車速也在不斷提高,網(wǎng)部和干燥部密閉汽罩內(nèi)的氣流形式越來越復(fù)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(fēng)效果直接影響紙機的正常運行。因此,紙機工藝通風(fēng)設(shè)計對紙機的正常穩(wěn)定運行以及設(shè)備的運行能耗非常重要。以下結(jié)合工程實例深入地介紹了紙機工藝通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計情況,并對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及節(jié)能情況提出了一些意見。

1 紙機工藝通風(fēng)設(shè)計

1.1 紙機工藝通風(fēng)設(shè)計紙機的基本參數(shù)

紙種:新聞紙

定量:45 g/m2

卷紙寬度:4960 mm

工作車速:900 m/min

設(shè)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(shù):21只

熱源:蒸汽壓力為0.4 MPa

1.2 紙機工藝通風(fēng)設(shè)計室外氣象參數(shù)

夏季通風(fēng)室外計算溫度:33℃

夏季通風(fēng)室外計算相對濕度:80%冬季通風(fēng)室外計算溫度:4℃

冬季通風(fēng)室外計算相對濕度:77%

1.3 紙機工藝通風(fēng)系統(tǒng)概述

紙機通風(fēng)系統(tǒng)主要分為網(wǎng)部排風(fēng)系統(tǒng)、干燥部送排風(fēng)系統(tǒng)和各種漿池排風(fēng)系統(tǒng)。紙機通風(fēng)系統(tǒng)流程見圖1～圖3。

1.3.1 網(wǎng)部排風(fēng)系統(tǒng)

網(wǎng)部排風(fēng)系統(tǒng)分為網(wǎng)部水霧排氣系統(tǒng)、網(wǎng)部真空脫水系統(tǒng)和高壓噴淋真空脫水系統(tǒng)。

圖1 紙機網(wǎng)部通風(fēng)流程圖

紙機運行時,網(wǎng)部會產(chǎn)生大量水霧,這些水霧散發(fā)到廠房內(nèi),會惡化車間環(huán)境,導(dǎo)致屋面結(jié)露滴水,影響紙機的正常生產(chǎn)。本系統(tǒng)擬在流漿箱、白水盤、真空吸水箱、真空網(wǎng)清洗器、水霧收集器、伏輥坑等處設(shè)置收集點,由離心風(fēng)機排走網(wǎng)部水霧。

1.3.2 干燥部送風(fēng)系統(tǒng)

干燥部送風(fēng)系統(tǒng)分為引紙送風(fēng)系統(tǒng)和穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)。

引紙送風(fēng)系統(tǒng) 引紙送風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)取自車間內(nèi),經(jīng)初步過濾后,再由熱回收裝置預(yù)熱,然后通過蒸汽加熱器加熱到所需溫度,通過風(fēng)管送入引紙吹風(fēng)箱和紙幅出口吹風(fēng)箱。

穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng) 穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)1送風(fēng)箱送風(fēng)量50%取自汽罩排風(fēng), 50%取自車間內(nèi)的空氣;穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)2、穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)3送風(fēng)箱送風(fēng)量均取自車間內(nèi)的空氣。穩(wěn)紙吹風(fēng)箱逆向干毯和烘缸的運行方向吹風(fēng),排除了界面層空氣,產(chǎn)生了一個負壓作用,促使紙幅緊貼在干網(wǎng)上,從而使紙幅平穩(wěn)運行。

1.3.3 干燥部排風(fēng)系統(tǒng)

干燥部排風(fēng)系統(tǒng)用于排除紙幅烘干過程中產(chǎn)生的水汽,水汽通過汽罩頂部的匯風(fēng)道集結(jié),由汽罩頂部的排風(fēng)口排出干燥部,排風(fēng)經(jīng)過熱回收系統(tǒng)后,通過風(fēng)機排出室外。干燥部不同部位的排風(fēng)量,由汽罩內(nèi)匯風(fēng)道上的風(fēng)閥進行調(diào)節(jié)。

1.3.4 伏損池、壓損池、干損池、復(fù)卷機損紙池排風(fēng)系統(tǒng)

伏損池、壓損池、干損池、復(fù)卷機損紙池內(nèi)的濕空氣分別由立式軸流通風(fēng)機排出室外,漿池內(nèi)設(shè)擋紙隔柵板。

1.4 紙機工藝熱回收系統(tǒng)

圖2 紙機烘干部密閉汽罩通風(fēng)流程圖

圖3 紙機通風(fēng)流程圖圖例

密閉汽罩的排風(fēng)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(fēng)中的熱焓約為455 kJ。本紙機年產(chǎn)量為10萬t,密閉汽罩的排風(fēng)量約為1.6×105kg/h,每小時排風(fēng)中的熱焓約為7.28×107kJ。相當(dāng)于32.8 t蒸汽的潛熱放熱量,熱焓值是相當(dāng)可觀的。由于密閉汽罩的使用,排風(fēng)溫度和含濕量均較高,為排風(fēng)的熱回收創(chuàng)造了條件。本紙機熱回收系統(tǒng)將排風(fēng)進行如下一、二級熱回收。

1.4.1 一級汽-氣熱回收

用排風(fēng)來預(yù)熱汽罩內(nèi)送風(fēng)系統(tǒng),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(fēng)必須設(shè)置的。設(shè)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(shù)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(fēng)熱焓的4.5%左右。經(jīng)過一級熱回收后,汽罩送風(fēng)溫度可達到55℃左右,汽罩排風(fēng)溫度在58.5℃左右,排風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(shù)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(jīng)過二級熱回收裝置后,工藝水溫可達45℃左右,排風(fēng)溫度約為50℃,回收的熱量約占排風(fēng)總熱焓的6.4%。經(jīng)過二次熱回收之后,排風(fēng)的熱焓仍然較大,但由于溫度低,回收的價值已不大,一般經(jīng)過擋水板后直接排出室外。

1.5 紙機工藝通風(fēng)控制系統(tǒng)

為了有效調(diào)節(jié)和控制密閉汽罩內(nèi)的氣流和壓力,控制排風(fēng)溫度和濕度,更好地滿足在不同季節(jié)和不同工作狀況下通風(fēng)系統(tǒng)的要求和節(jié)能,紙機通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng),并入DCS系統(tǒng),方便操作和管理。

1.5.1 汽罩排風(fēng)控制系統(tǒng)

在汽罩內(nèi)或排風(fēng)風(fēng)管內(nèi)設(shè)置溫、濕度傳感器,溫、濕度變送器根據(jù)傳感器的信號,將信號傳入DCS系統(tǒng),由DCS系統(tǒng)控制變頻調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速,以調(diào)節(jié)排風(fēng)量,從而達到穩(wěn)定排風(fēng)溫度和濕度的要求。

1.5.2 汽罩“零位”控制系統(tǒng)

壓差傳感器安裝在傳動側(cè)汽罩壁板上,安裝高度離地面2000～2500 mm,測量管與汽罩內(nèi)相通,測出汽罩內(nèi)外壓差(PDT), PDT的值作為零位壓差送入DCS系統(tǒng)顯示,經(jīng)P ID調(diào)節(jié)后其輸出量轉(zhuǎn)換為百分比,輸送給變頻器調(diào)節(jié)變頻電機的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)風(fēng)量。

(1)當(dāng)PDT的值小于設(shè)定值(一般為0～5 Pa) 時,則需通過增大變頻電機的轉(zhuǎn)速,增大送風(fēng)量,將罩內(nèi)氣壓上調(diào)。

(2)當(dāng)PDT的值大于設(shè)定值時,則需通過減小變頻電機的轉(zhuǎn)速,減少送風(fēng)量,將罩內(nèi)氣壓下調(diào)。

1.5.3 汽罩送風(fēng)控制系統(tǒng)

汽罩送風(fēng)控制系統(tǒng)主要是通過在密閉汽罩內(nèi)設(shè)置溫、濕度傳感器,溫、濕度變送器根據(jù)傳感器的信號,將信號傳入DCS系統(tǒng),由DCS系統(tǒng)通過改變變頻風(fēng)機的轉(zhuǎn)速改變調(diào)節(jié)送風(fēng)風(fēng)量的要求。送風(fēng)溫度可通過熱回收裝置和氣動蒸汽閥進行自動調(diào)節(jié)。

1.5.4 定時噴淋清洗系統(tǒng)控制

熱回收裝置噴淋清洗由DCS系統(tǒng)控制自動開關(guān)閥,每4 h噴淋清洗2 min。網(wǎng)部裝置噴淋清洗由DCS系統(tǒng)控制自動開關(guān)閥,每2 h噴淋清洗2 min。

1.5.5 汽罩提升門控制系統(tǒng)

汽罩提升門控制和斷紙信號連鎖,發(fā)生斷紙時則由DCS系統(tǒng)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(fēng)設(shè)計計算參數(shù)

通風(fēng)設(shè)計理論計算產(chǎn)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(fā)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(fēng)量:109060 kg/h

其中:①穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)1送入新風(fēng)量15630 kg/h

與50%汽罩排風(fēng)混合后經(jīng)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(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)2、穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)3送風(fēng)量及汽罩總補風(fēng)量:93430 kg/h

溫度:95℃

含濕量:0.035 kg H2O/kg干空氣

送風(fēng)取自室內(nèi),經(jīng)兩級加熱

先由一級汽-氣熱回收裝置預(yù)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(fēng)設(shè)備表

表2 密閉汽罩排風(fēng)熱回收設(shè)備

1.7 紙機工藝通風(fēng)設(shè)備選型

根據(jù)紙機工藝的要求,網(wǎng)部和干燥部的送、排風(fēng)機選型見表1。

密閉汽罩排風(fēng)設(shè)置兩套熱回收裝置,每套分別設(shè)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(fēng)設(shè)置4套蒸汽加熱裝置,見表3。紙機通風(fēng)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(fēng)的設(shè)計要點

根據(jù)工藝要求,為了達到汽罩內(nèi)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(jié)露滴水,除了設(shè)計和優(yōu)化密閉汽罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計外,密閉汽罩的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計尤為重要。密閉汽罩通風(fēng)設(shè)計應(yīng)注意如下要點:

2.1 設(shè)計合理的干燥曲線,穩(wěn)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(shè)計中選擇合理的干燥曲線,可以提高紙機運行效率和產(chǎn)品質(zhì)量。紙機工藝通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)干燥曲線的變化調(diào)節(jié)不同位置的通風(fēng)量,以滿足紙幅的運行穩(wěn)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(nèi)外壓差為零。“零位”以下,密閉汽罩內(nèi)的高溫高濕氣體流向罩外,污染車間的工作環(huán)境;“零位”以上,車間內(nèi)的相對低溫氣體會進入汽罩內(nèi),在進入汽罩口處的汽罩表面結(jié)露滴水?！傲阄弧钡母叩腿Q于密閉汽罩內(nèi)送風(fēng)量和排風(fēng)量的分布和大小。穩(wěn)定汽罩“零位”是通過設(shè)置在罩體上的“零位”檢測裝置通過變頻風(fēng)機控制送風(fēng)量和排風(fēng)量來實現(xiàn)。通常,汽罩“零位”點位置一般穩(wěn)定在二樓樓面約2.5 m處,有利于設(shè)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(fēng)系統(tǒng)的露點控制是為了保證紙幅的正常運轉(zhuǎn),同時杜絕在汽罩頂板產(chǎn)生結(jié)露滴水。露點控制主要是通過在密閉汽罩內(nèi)或排風(fēng)風(fēng)管內(nèi)設(shè)置溫、濕度傳感器,溫、濕度變送器根據(jù)傳感器的信號,傳輸給控制器,由控制器通過改變變頻風(fēng)機的轉(zhuǎn)速改變調(diào)節(jié)排風(fēng)風(fēng)量的要求。排風(fēng)風(fēng)量的可調(diào)余量一般設(shè)計為總排風(fēng)量的15%～20%,排風(fēng)溫度為82℃,露點溫度為58.5℃。

密閉汽罩的送風(fēng)系統(tǒng)主要由引紙送風(fēng)系統(tǒng)和穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)組成。引紙送風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)來自車間,先經(jīng)初效過濾器、調(diào)節(jié)風(fēng)閥,再經(jīng)蒸汽加熱器加熱到所需溫度,送入引紙吹風(fēng)箱。每個引紙吹風(fēng)箱的風(fēng)量可通過風(fēng)閥進行調(diào)節(jié),送風(fēng)溫度可通過氣動蒸汽閥進行自動調(diào)節(jié)。穩(wěn)紙送風(fēng)系統(tǒng)主要是通過在密閉汽罩內(nèi)設(shè)置溫、濕度傳感器,溫、濕度變送器根據(jù)傳感器的信號,傳輸給控制器,由控制器通過改變變頻風(fēng)機的轉(zhuǎn)速改變調(diào)節(jié)送風(fēng)風(fēng)量的要求。每個穩(wěn)紙吹風(fēng)箱的風(fēng)量可通過風(fēng)閥進行調(diào)節(jié),送風(fēng)溫度可通過熱回收裝置和氣動蒸汽閥進行自動調(diào)節(jié)。

2.2 注意減少紙幅進出汽罩口結(jié)露滴水

為解決紙幅進出汽罩口結(jié)露滴水的問題,設(shè)置各種高效率的吹風(fēng)箱,安裝在紙幅上部,形成風(fēng)幕阻擋紙幅上部汽罩內(nèi)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(nèi)外空氣對流。在設(shè)計時還應(yīng)考慮隨著季節(jié)變換和氣溫的變化,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)吹風(fēng)箱風(fēng)溫、風(fēng)量和風(fēng)壓,將紙幅進出汽罩口結(jié)露滴水現(xiàn)象降低到最小。

2.3 設(shè)計合理可行的汽罩內(nèi)部照明、消防等設(shè)施

密閉汽罩內(nèi)應(yīng)具備完整的低壓照明系統(tǒng)和自動噴淋滅火系統(tǒng),以滿足消防和照明要求。

汽罩內(nèi)照明系統(tǒng)為防霧防爆低壓照明燈,耐溫電纜。

汽罩內(nèi)消防系統(tǒng)一般是蒸汽消防系統(tǒng)。密閉汽罩頂部設(shè)有多個溫度傳感器,將溫度信號通過變送器接入DCS系統(tǒng),由DCS控制送、排風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)排氣溫度過高時,安裝在排風(fēng)管道上的火災(zāi)探測器向控制柜發(fā)出報警信號,此時,送、排風(fēng)機停止運行,提升門關(guān)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(jié) 語

良好的紙機通風(fēng)系統(tǒng),能改善生產(chǎn)環(huán)境,降低生產(chǎn)能耗,提高紙機效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前造紙工業(yè)的發(fā)展對造紙工藝技術(shù)水平提出了更高的要求。設(shè)計人員進行紙機工藝通風(fēng)設(shè)計時,應(yīng)該充分應(yīng)用新技術(shù)、新材料,優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計,使紙機工藝通風(fēng)系統(tǒng)更加合理,以滿足高效率、高車速的紙機穩(wěn)定運行的需要。

(責(zé)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(yè)廠房及民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計。

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A

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

2009-08-10(修改稿)