纸机干燥部

纸机干燥部1.0 干燥的目的纸页出压榨以后，纸页干度一般在40%左右，在新式压榨中，高的可达50%，残余的水分必须在纸机干燥部蒸发脱除。

蒸发过程需要大量热能，通常以蒸汽形式供给，干燥部一般是纸机中耗能最大的，热能从蒸汽传到纸幅，常用的设备是烘缸。

1.1 干燥的作用在造纸过程中，干燥的作用主要脱除出压榨的纸页中的水分，同时提高纸张的强度，增加纸的平滑度和完成纸的施胶效应。

进入干燥部的湿纸中有三种不同形式的水分：游离水、毛细管水和结合水。

干燥初期，纤维彼此间可以自由滑动，去掉游离水后，水的表面张力开始将纤维拉拢在一起，纸的干度小于40%时，纤维结合并不明显，一旦干度达到一临界值，纸种的收缩开始产生氢键结合。

当纸的干度达到了55%以上，随着水分含量的减少，或者说随着干度的增加，以氢键结合力为基本因素的纸的各项强度，如抗张强度、耐破度等迅速增长。

但纸幅在干燥部的横向收缩是我们值得注意的问题，因为在整个纸机中（包括湿部），纸幅在干燥部的横向收缩占80%左右，纸在干燥部的收缩大，成纸的伸长率愈高，吸湿变形性或伸缩率也愈大。

1.2 干燥部设计或选型的要求⑴蒸发纸页中的水分，且要用最少量的干燥设备。

干燥部的设备庞大又昂贵，因此干燥部设计要注意提高蒸发速率，同时又要兼顾提高蒸发速率而不能破坏纸页结构。

⑵蒸发纸页水分时要确保纸页质量，尤其是横向的均一性。

其次是纸页的表面性能、起皱、卷曲和抗张性能等。

⑶干燥部及其附属设备的设计，必须能降低能耗。

最佳目标值是蒸发1Kg水，能耗2960kJ。

⑷干燥部的设计必须使纸机有较高的总效率，这主要是指减少干燥部纸幅的断头，因为纸机断头中干燥部占大头。

2.0 传统的烘缸干燥最常见的干燥方法是使用一系列蒸汽加热的烘缸。

如下图是典型的烘缸干燥装置。

烘缸直径一般为1.2米、1.5米或1.8米，现代新型纸机烘缸的直径常用1.8米。

蒸汽进入烘缸，热能通过铸铁外壳传递给纸幅，蒸汽压力范围从负压到1000kPa（视纸种而定）。

合纤编织物（干毯）将纸页紧压在烘缸上，使纸幅与缸面更好接触，促进热传递。

烘缸分为几组，通常每组由6-12个缸组成干毯与烘缸的包角一般为1800，在干毯回路上有207导毯辊、张紧辊、校正辊等。

在传统的烘缸干燥中，通常靠近湿部的单层烘缸结构（UNORUN装置），它可减轻纸幅的抖动，尽可能避免产生“纸毛洞”等纸病，但由于干毯被夹在纸页和缸面之间，损失了下烘缸的生产能力。

单层烘缸结构后面是一个十分传统的双毯干燥部，即上下烘缸单独使用干毯，这样干燥部的生产能力大，但在高速纸机上存在纸页抖动问题。

3.0 干燥过程原理干燥过程可分为两大部分：一是蒸汽传热给烘缸的同时，传热给纸幅，二是纸页中的水分蒸发出来，并进入大气中。

3.1 烘缸传热随着纸幅接触烘缸表面，干毯将纸页压向缸面，蒸汽的热能通过烘缸外壳传入纸中，烘缸上的纸页的温度上升。

如图显示的是烘缸外壳干燥传热的剖视图。

传热按照下列基本传热方程式：Q = KA（T S—T P）式中：Q—从蒸汽到纸张的传热量，kJ/hK—总传热系数（热流阻力的大小）A—跟纸幅接触的烘缸表面积，m2T S—蒸汽温度，KT P—纸页温度，K纸页的温度是可变的，它跟传热及蒸发过程有关。

增加传热将增加纸张离开烘缸的温度，并增加在上下烘缸间送纸时的蒸发作用。

同时，高效的蒸发过程将随着蒸发使烘缸间纸张的温度下降，从而当纸张回到下一烘缸时，它的温度降低，较低的纸张温度有利于热能的传递。

烘缸数量固定时，在传热方程式中唯一能控制的变数是饱和蒸汽温度和总传热系数。

提高烘缸内部的蒸汽压力，可使温度增加，但所能使用的最高压力是有局限性的。

208大多数低定量印刷纸都不能用高压力，特别是在干燥部的湿端，开始压力要低些，随着纸张在干燥部的行进而逐步提高，湿端的压力常有低于大气压的现象。

在湿端，压力太高，易使纸页外表面的纤维粘在烘缸上，造成纸面粗糙，并由于纸面从烘缸剥离的不一致，易造成纸幅断头等问题。

在干端，所用最大蒸汽压力也有类似的局限性。

高定量纸板机与低定量纸机情况不同，它可在早期就使用较高的蒸汽压力，以下是典型的几种纸所用的蒸汽压力：湿端压力kPa 干端压力kPa新闻纸- 35~100 345~415全化浆书写纸- 30~0 345~520全化浆拷贝纸- 35~35 520~690超压磨木浆纸- 35~0 275~345低定量涂布纸- 35~0 275~345挂面纸板和瓦楞芯纸200~520 1030一般的规律是，印刷的要求愈高，湿端的蒸汽压力愈低，而且蒸汽压力的提高亦愈缓慢。

总传热系数是传热阻力的大小，构成总传热系数的阻力有：⑴凝结水层的厚度和湍溜程度烘缸内的凝结水层是蒸汽传热和凝结过程中形成的。

凝结水层构成了传热的阻力，在高速抄造时，因凝结水湍动减少，阻力变得很大。

在干燥过程中，要提高传热量就要保持又薄又湍动的凝结水层。

⑵烘缸金属外壳的厚度外壳厚度取决于烘缸所用压力，这个很难改变。

⑶积聚在烘缸表面的任何污垢和纤维烘缸表面保持清洁能有效地提高传热效率。

⑷纸页与烘缸外壳之间的空气薄层纸页上到烘缸后，在纸页与烘缸外壳之间夹着一层薄空气层，该空气膜形成一层非常有效的绝热层。

干毯的功能作用就是将纸页压到烘缸上，尽量减少空气膜的阻力。

湿端的纸页渗透性较差，空气膜特别重要；干端的纸页较易渗透空气，夹在中间的空气膜可被强制地压进纸页，使纸页更好地与烘缸接触。

⑸纸页的性能纸页的水分含量、厚度、表面粗糙、透气度等都影响传热效果。

⑹烘缸内不凝结气在进烘缸蒸汽中可能挟带着空气或其他不凝结气体，不凝结气体如果积累起来，会严重降低传热作用。

3.2 蒸发烘缸上的纸页受热后，纸页中的水分由液相变为气相，在传统的干燥条件下，这种相的改变，所需热量为2290 kJ/Kg。

大多数蒸发作用是在烘缸间的开放引纸区进的。

纸页的蒸发作用按基本传热方程式列式如下：E V AP = KA(P s– P a)209式中E V AP——纸页蒸发水分，Kg水/HK —传热系数（纸页表面空气膜的阻力大小）A —蒸发面积（视引纸的长度而定）m2P s ——纸页中的水汽压力，PaP a—纸页周围空气中的水汽分压，Pa由于传统干燥的布置形式，很难减少伴随着纸页的界面层的空气阻力（K），现在还没有办法可以“冲洗”掉界面层而又不干扰纸页或不造成烘缸袋区内的阻力。

纸页中水分的水气压力，直接与纸页温度有关。

纸页温度是传热过程和蒸发过程的联系点，有效的传热提高了纸页温度，并提高了纸页中水分的水汽压力（P s），在从纸页中蒸发水分时，纸页的温度下降。

纸页周围空气中的水汽分压直接与空气的绝对湿度有关。

纸页周围高湿度会提高周围空气的水汽分压，降低蒸发作用。

因此合适的干毯的透气性以及良好的通风效果会降低纸页周围的湿度，提高蒸发作用。

合适的干毯的透气性是指既能降低纸页周围的湿度又不影响纸页运行的稳定性。

3.2.1 影响干燥的因素影响干燥的因素很多，除了烘缸本身和蒸汽压力外，还有以下影响因素，其影响率大致如下：影响因素影响率影响因素影响率1. 凝结水排除30% 4. 袋区通风15%2. 纸页本身特性25% 5. 烘缸罩和烘缸空气系统5%3. 干毯结构、透气度、和抗张力20% 6. 其他5%3.2.2 干燥区干燥中各点的干燥速率不同，如图表示纸张典型的干燥曲线。

纸页开始进入干燥时的温度低于蒸发所需的温度，烘缸必须将纸页中的纤维和水分加热到蒸发温度，此段称为“纸页加热区”。

纸页加热区的位置通常在第一至第四个烘缸，视纸页初温、烘缸蒸汽压力、纸页水分含量和纸页定量而定。

纸页蒸发作用一直持续到最高速率，然后进入“恒速干燥区”。

恒速干燥区的蒸发速率很高，一般认为该区蒸发的是纸页的游离水。

最后一个干燥区为“降速干燥区”，该区中纸页表面不在存在游离水。

降速干燥区的前期蒸发速率很高，除去毛细管水和结合水，后期蒸发速率很低，除去的是结合水，很小的一部分水。

在降速干燥区的后期操作中一般都加以控制，因为这个阶段蒸发效率极低，耗能却很高（甚至高于纸机总干燥能力的10%），有时为了解决横幅水分的均一，才使用这种过度干燥。

随着大量孔隙失去水分，传质的有效面积减少，蒸发速率降低，要区分恒速区和降210速区的界限较难。

4.0 蒸汽和凝结水系统烘缸干燥的能源来自蒸汽，蒸汽在烘缸内部凝结，将蒸汽送入烘缸和排除凝结水是干燥部工艺控制的重要组成部分，它直接影响到干燥部效率和成纸质量。

4.1 凝结水对干燥的影响随着蒸汽的凝结，在烘缸内部形成凝结水层，它影响干燥的效率和均一性。

根据车速的不同，凝结水在烘缸内的形式不一样：车速低于150米/分时，凝结水在烘缸内形成一个“小水塘”，“小水塘”区域以外的传热系数很高。

随着车速的增加，由于烘缸壁与凝结水之间的摩擦力，“小水塘”开始攀升到烘缸侧面上。

“水塘”内部还因为摩擦力而产生湍动而增强了传热效果。

在车速300米/分，凝结水攀上缸顶，并跌到缸底，湍动程度高传热效果好，但高湍动使烘缸传动系统的功率和传动负荷增大。

一旦烘缸达到足够的速度时，凝结水将全部附着在烘缸的周边上，发生这种现象的车速大小取决于烘缸直径大小、凝结水负荷和缸内表面的平滑度，通常车速是300~400米/分，即使凝结水附着在烘缸的周边上，但它与缸面仍有一定的位移，凝结水成“激荡状”行为。

激荡作用产生湍动，增进传热。

随着车速的提高，这种激荡作用趋于凝滞，在现代的高速纸机上，烘缸内凝结水层接近于形成一道传热效率很低的薄膜层。

凝结水层的微小变化（即使是0.5毫米）传热系数将有明显的变化。

而且这会导致横向干燥速率和纸卷的横向水分分布的变化。

形成水环的临界速度：V c = πD i N c……………………………………. ⑴式中D i——烘缸内径，m其中：N c ——形成水环的烘缸临界转速N c =30/（R i0.5）…………………………….……….. ⑵R i—烘缸半径（严格地讲，应是形成水环时的环内层半径），m由⑴和⑵可得：V c≈30πD i0.5车速愈高，缸径愈小，则水环愈厚，而水环厚度达到一定的临界厚度时，水环又破裂，水环的形成和破裂会引起烘缸传动负荷的变化。

如右图4.2 烘缸虹吸管如不及时有效地排除烘缸内的凝结水，将大大影响蒸汽对烘缸内壁的传热，水环破211裂又满满地装在烘缸的下部，不仅占据了大部分传热面积，而且会影响烘缸的传动负荷。

排除凝结水的装置主要是戽斗汲管式、固定虹吸管、和旋转虹吸管三种。

戽斗汲管式用于低速纸机，下面只介绍虹吸管式。

固定和旋转式虹吸管排除凝结水，烘缸内蒸汽压力与烘缸外凝结水管压力之间应有一定的压差，压差是蒸汽流动和凝结水排除的推动力。

影响凝结水排除的因素有几个方面：压差大小、进烘缸蒸汽压力、虹吸管管径、凝结水管径和虹吸管结构。