維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩
——應(yīng)對新挑戰(zhàn)的明智之選

李浪 維美德（中國）有限公司

近幾年國內(nèi)生活用紙市場快速發(fā)展，市場總體呈現(xiàn)供大于求，因此生活用紙企業(yè)在節(jié)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(jù)更多的優(yōu)勢。生活用紙?jiān)埳a(chǎn)成本中，能源成本是除原材料外的第二大成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗對企業(yè)節(jié)省成本起著重要的作用。

紙機(jī)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(jī)車速、產(chǎn)量以及紙張品質(zhì)的主要因素之一，氣罩是衛(wèi)生紙機(jī)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?xì)鈿庹?，一種是蒸汽氣罩。這兩種氣罩最主要的區(qū)別是：第一，加熱的介質(zhì)不同；第二，加熱的方式不一樣，燃?xì)鈿庹滞ǔＪ且匀細(xì)鉃槿剂贤ㄟ^燃燒器燃燒的方式進(jìn)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(jìn)入氣罩的空氣進(jìn)行加熱的。

值得關(guān)注的是氣罩作為一種干燥設(shè)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(jī)的干燥任務(wù)分配給氣罩的份額越多，紙機(jī)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(shè)備，從而進(jìn)一步增加了工程設(shè)計(jì)和設(shè)備本身的成本。

1 燃?xì)鈿庹趾驼羝麣庹痔攸c(diǎn)

1.1 燃?xì)鈿庹?/h3>

對于燃?xì)鈿庹謥碚f，首先，燃?xì)鈿庹謨?nèi)的熱風(fēng)溫度非常高，最高可以達(dá)到接近500℃，因此干燥能力相對更高。其次，因?yàn)闅庹謨?nèi)部的溫度高于紙頁的燃點(diǎn)，氣罩內(nèi)部不會(huì)有紙塵積聚的問題。此外，紙頁進(jìn)入氣罩最開始干燥速度非?？欤谶@個(gè)過程當(dāng)中，會(huì)形成多孔的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)會(huì)使紙頁質(zhì)量更好，手感更好。

燃?xì)鈿庹滞ǔＰ枰浜显僬舭l(fā)系統(tǒng)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?xì)鈿庹诌€有一個(gè)比較大的缺點(diǎn)，就是氣罩內(nèi)的熱風(fēng)溫度太高，存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

通過圖1可以看到氣罩下產(chǎn)生火苗，紙機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，也有可能有火星濺到紙機(jī)的其他部位。

圖1 高溫氣罩存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)燃?xì)鈿庹謨?nèi)空氣溫度高達(dá)500℃時(shí)，其與揚(yáng)克缸的干燥份額為40%/60%，以3.6m幅寬的紙機(jī)為例，循環(huán)風(fēng)機(jī)的電機(jī)裝機(jī)功率通常在400～500kW。相對于蒸汽氣罩來說，電機(jī)裝機(jī)功率更小。但是燃?xì)鈿庹值呐欧盼矚鉁囟韧ǔＴ?50℃～280℃。能量損失也是非常大的。所以燃?xì)鈿庹值臒峄厥罩陵P(guān)重要。燃?xì)鈿庹稚a(chǎn)低定量紙品時(shí)，蒸汽和燃?xì)獾目傁耐ǔ＜s1,550kWh每噸紙。

1.2 蒸汽氣罩

蒸汽氣罩內(nèi)的溫度相對來說比較低，所以起火風(fēng)險(xiǎn)也比較低。蒸汽氣罩和揚(yáng)克缸在整個(gè)紙機(jī)干燥能力分配比率中，通常是揚(yáng)克缸約占75%，蒸汽氣罩約占25%。

以3.6m幅寬的紙機(jī)為例，循環(huán)風(fēng)機(jī)的電機(jī)裝機(jī)功率通常在710～800kW，裝機(jī)功率非常高。因?yàn)檎羝麣庹掷锩娴臒犸L(fēng)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(jìn)行循環(huán)。氣罩內(nèi)部需要較高的熱風(fēng)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(yīng)安裝合適的熱回收系統(tǒng)。這使得投資成本更高，尤其是應(yīng)用在設(shè)計(jì)產(chǎn)能較高的紙機(jī)上。蒸汽氣罩和揚(yáng)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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)能和效率的極大降低。通過圖2可以看到，蒸汽氣罩內(nèi)的堵塞情況，循環(huán)風(fēng)在氣罩里面多次利用，吹風(fēng)箱和熱交換器都有可能會(huì)被堵塞。

圖2 蒸汽氣罩堵塞問題（吹風(fēng)箱和熱交換器）

市場上有自動(dòng)過濾清潔裝置投入應(yīng)用，工作人員也可以增加清潔頻率。但還是不可避免的會(huì)有因?yàn)槎氯麊栴}而造成計(jì)劃外的停機(jī)情況。這對于規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)來說，損失也是非常大的。

2 維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩

傳統(tǒng)的熱風(fēng)氣罩，不管是使用燃?xì)膺€是蒸汽，受到熱傳導(dǎo)效率的制約，排放尾氣溫度較高，為了不損失這些能量，應(yīng)安裝合適的熱回收系統(tǒng)，但這也使得投資成本更高。維美德中小紙機(jī)事業(yè)部（原PMP）推出的維美德Intelli-Cap?超節(jié)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(shè)計(jì)成排風(fēng)氣罩，通過高效排出紙幅經(jīng)烘缸干燥所蒸發(fā)出的潮濕空氣來發(fā)揮作用，氣罩本身不參與干燥。暖風(fēng)入口溫度90℃～100℃，排風(fēng)溫度低，甚至低于60℃。所有的干燥任務(wù)都是由揚(yáng)克烘缸完成的，由于烘缸的干燥效率更高，因此，干燥系統(tǒng)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(diǎn)。該氣罩系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)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(yè)使用這款節(jié)能氣罩代替加熱型氣罩時(shí)，由于紙幅干燥全部由揚(yáng)克烘缸完成，對紙幅的定量有一定的限制，生產(chǎn)的紙品上網(wǎng)定量應(yīng)小于25g/m2。當(dāng)生產(chǎn)定量較高的紙品時(shí)（卷取超過30g/m2）有起泡的風(fēng)險(xiǎn)，在這種情況下，選擇加熱型氣罩更合適。

從結(jié)構(gòu)上來看，這款超節(jié)能氣罩用先進(jìn)的CFD建模方式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。最主要的目的是要防止氣罩內(nèi)壁產(chǎn)生冷凝水，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過流體力學(xué)設(shè)計(jì)保證氣罩內(nèi)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(nèi)壁。氣罩的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過程中保證了每個(gè)區(qū)域都具有足夠高的風(fēng)速，防止了紙塵在內(nèi)壁積聚，而且氣罩內(nèi)沒有吹風(fēng)箱。

為了避免氣罩內(nèi)的氣流產(chǎn)生過大的湍流，經(jīng)過計(jì)算在氣罩內(nèi)最佳位置安裝有特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)流葉片和吹風(fēng)槽。同時(shí)保持氣罩的進(jìn)氣量和排氣量平衡，始終使氣罩內(nèi)處于微負(fù)壓。

圖3 氣罩內(nèi)部空氣流速的流體力學(xué)的建模

總的來說，維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩的優(yōu)勢：第一，氣罩風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率非常小，以3.6m幅寬紙機(jī)為例，進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)只需要兩個(gè)45kW的電機(jī)。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(jìn)入氣罩的新鮮空氣做預(yù)加熱，就可以達(dá)到保溫的效果。第三，排風(fēng)溫度非常低，只有60℃甚至60℃以下。較低的排風(fēng)溫度降低了熱能的浪費(fèi)，同時(shí)不需要使用熱回收設(shè)備，進(jìn)一步節(jié)省設(shè)備的投資。此外，當(dāng)使用維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩時(shí)，蒸汽冷凝水系統(tǒng)甚至可以無需安裝冷凝水泵。維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩最大的優(yōu)勢就是節(jié)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(jié)能氣罩，紙頁的干燥全部由烘缸完成。與傳統(tǒng)熱風(fēng)氣罩相比，整個(gè)系統(tǒng)的干燥效率最高。從整體的電機(jī)功率和干燥能耗上來看，Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩也是裝機(jī)功率最小的，并且差距非常明顯。另外，燃?xì)鈿庹值呐棚L(fēng)溫度高，其熱回收的投資成本也更高。

3 維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩在國內(nèi)紙廠的案例分析

圖4 維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩運(yùn)行現(xiàn)場案例1

案例1：紙機(jī)的車速1,600m/min，幅寬3.5m，揚(yáng)克缸直徑16ft，同時(shí)配備了大直徑的真空壓榨輥。真空壓榨輥與烘缸的壓區(qū)更寬，紙張松厚度能夠得到更好的保證。其次紙頁進(jìn)入烘缸之前，干度能夠得到進(jìn)一步提升，因此也能夠達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能的效果。

從圖4可以看出維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩的外形和蒸汽氣罩或是燃?xì)鈿庹钟兴煌?，有一半是圓弧形的，紙機(jī)整體高度更低，同時(shí)排風(fēng)口在側(cè)邊。這種設(shè)計(jì)對廠房整體的高度要求更小。另外，氣罩熱風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備非常少，也比較簡單，所以對工廠二層平臺(tái)空間要求也非常小，對紙廠來說可以進(jìn)一步節(jié)省土建成本。

這臺(tái)紙機(jī)最終性能驗(yàn)收，每噸紙汽耗僅為1.8t，電耗340 kWh。電耗的驗(yàn)收范圍是從沖漿泵開始到卷取部，包含了真空系統(tǒng)，達(dá)到行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。

案例2：第二個(gè)案例是維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩最初的原型。最開始紙機(jī)的設(shè)計(jì)車速是1,200m/min，相對來說這臺(tái)紙機(jī)的產(chǎn)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(yáng)克缸，真空輥的輥徑也比較小為812mm。這臺(tái)紙機(jī)驗(yàn)收時(shí)，每噸紙汽耗僅為1.89t，電耗為263kWh。

圖5 維美德Intelli-Cap?超節(jié)能氣罩運(yùn)行現(xiàn)場案例2

這臺(tái)紙機(jī)是2014年開機(jī)的，證實(shí)了采用超節(jié)能氣罩，紙機(jī)整體能耗非常低，操作性能極佳。后續(xù)機(jī)型在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。