纸机干燥部的最优化方案

纸机干燥部的最优化方案

为有效提高纸机干燥部的工作性能并使其达到最优化，必须对最优化过程进行系统研究。这需要对决定干燥部运转性能的变量进行持续不断的监控和测定，如毛布的透气性、毛布的结构和张力、袋式通风设备、气罩通风系统、烘缸表面氧化皮及冷凝水排放等。

优化干燥部的运行性能和效率需要将整个干燥部看作一个整体。干燥部的冷凝水排放系统和通风系统包含影响干燥部总体运行性能的65％以上的变量，对干燥部的影响很大。

本文采用基本的烘缸工作特性测量四步法优化干燥部。并特别介绍了虹吸器的选择方式，以及虹吸器与造纸机运行性能及最佳系统灵活性之间的关系。

1干燥部的优化方案

优化干燥部的四步法包括：①Can-By-Can蒸汽流量分析；②虹吸器的选择和设计；③蒸汽冷凝水系统分析；④能量守恒分析。

1.1Can-By-Can分析

将造纸机的工作状态如烘缸转速、蒸汽压力、纸张湿度、烘缸尺寸和纸张等级等数据用键盘输入Can-By-Can进行蒸汽和冷凝水流量分析。这套程序可产生3个测量数据来分析现有的工作状态并估计干燥部的运转性能，包括干燥速度、热量传递系数、烘缸表面温度。

1.1.1干燥速度

干燥速度指单位面积每小时蒸发的水量，用于确定实际的干燥部性能。对于一定的纸张，冷凝速度越高，干燥部的性能就越好。如果干燥速度相对较低，则必须重新确定并解决对其产生影响的干燥部工作参数如冷凝水排放、蒸汽压力、纸张湿度、袋通风系统和干毯结构。

1.1.2热量传递系数

热量传递系数用于考核干燥部热效率，包括热量的流动。热量传递系数（U）可用于比较生产类似等级纸张的纸机性能。热量传递的最大阻力是烘缸内冷凝水层的热阻，还包括造纸干毯的结构和张力、烘缸氧化皮、烘缸壁的厚度、烘缸内的不凝气体以及干燥部的通风。最佳冷凝水排放工艺会促进干燥部的高效运行。较高的U值表明干燥部具有较好的热量传递和有效的冷凝水排放。

1.1.3烘缸表面温度

烘缸表面温度也用于优化干燥部性能。烘缸内蒸汽温度和烘缸表面温度之间的温差高，表明烘缸的冷凝水排放较差。该温差值取决于纸机的车速和干燥速度。但是，任何情况下温差大于33℃均表明烘缸的冷凝水排放存在问题。绘出烘缸内蒸汽和烘缸表面的温差曲线，以供纸机操作人员确定是否发生了淹缸现象或者烘缸内的冷凝水排放是否通畅。

根据Can-By-Can程序的分析结果，也可以重新检查干燥设备的尺寸是否合理。决定旋转接头和虹吸器尺寸的关键因素是冷凝水的实际流动速度、蒸汽压力和需要的冷凝水流动速度。因此，Can-By-Can程序的分析结果对选择干燥设备尺寸的计算过程具有很重要的作用。虹吸器和接头尺寸的选择过程通常被认为与选择适当尺寸的输送管道的过程差不多，但实际上，这里面涉及到大量对整个虹吸系统已有设计的确认和对所需部件的选择。

1.2虹吸器的选择和设计

利用Can-By-Can程序的分析结果研究干燥部性能最关键的步骤就是虹吸器

的选择和冷凝水的排放。干燥部的性能优化可以并且应该从纸机烘缸的正确设计并选用合适的虹吸器开始。

1.2.1虹吸系统的选择

选择虹吸系统类型的主要依据是纸机车速，其他因素如蒸汽冷凝水系统的结构和纸机的结构也有一定的作用，但纸机车速是决定性因素。

有8种基本类型的虹吸系统供选用，每种类型均有其优点和缺点。在大多数情况下，均有2种或2种以上最佳冷凝水排放性能的虹吸系统供选用。应在具体情况下重新检查虹吸系统的使用状况，以便判断是否需要更换新类型的虹吸器。一成不变的方法将导致干燥部的性能无法优化。如果只考虑纸机车速，则推荐悬臂式固定虹吸器，它可适用于任何车速。

1.2.2设计依据

悬臂式固定虹吸器的设计基于两种考虑：可靠性和运转性能。对固定式虹吸器的长期性能和效果影响最大的运行因素是振动。由于所有的机械零件均有其内在的固有频率并产生振动，因此，在虹吸器的设计中减少其振动很重要。同时，虹吸设备的固有频率不应在烘缸缸体固有频率的士25％范围内，也不能处在缸体固有频率的第二或第三次谐波频率上，否则烘缸的振动就会被严重地放大并可能会导致虹吸器的过早损坏。因此，虹吸器制造商应分析烘缸以及固定式虹吸设备的固有频率以避免虹吸器的严重损坏。

1.2.3悬壁式固定虹吸器的特点

(1)许多纸机均对干燥部进行了改造，增加悬臂式固定虹吸器以简化蒸汽冷凝水系统的结构并提高干燥部效率。在任何工作状态下，对于悬臂式固定虹吸器，恒定不变的20kPa压差足以将烘缸中的冷凝水排出。对于工作压力可能低于大气压力且很难产生大压差的干燥部，悬臂式固定虹吸器的这种低压差要求使其更容易控制。10％一12％的最低吹通蒸汽比率可以节约蒸汽用量，同时由于系统中的吹通蒸汽量较少，从而允许采用较小尺寸的回路管道和阀门。

（2）悬臂式固定虹吸器通常适用于中等车速到高速的纸机。由于很难将烘缸总是停在虹吸器处于烘缸竖直的位置，造纸干毯驱动的烘缸虹吸器首选悬臂式固定虹吸器。当纸机停止运转时，如果旋转式虹吸器不是处于烘缸的竖直位置，烘缸中就会残留一些冷凝水，并且由于需要更多的电流来驱动里面存有冷凝水的烘缸而增加烘缸动力系统的额外负载。与旋转式虹吸器相比，固定式虹吸器的另外一个优点是新鲜蒸汽使用量较少，这是由于前者总是需要较高的工作压差，需要较高的新鲜蒸汽压力才可与热泵共同产生较大的压差。

(3)支撑地很好的悬臂式固定虹吸器可以应用在虹吸间隙为3mm的条件下。虹吸间隙决定了烘缸中的冷凝水量，减小虹吸间隙可使热量传递和烘缸温度曲线达到最佳。旋转式虹吸器在出厂时设定虹吸间隙为1.5mm，而固定式虹吸器的虹吸间隙可根据其结构而变化。由于固定式虹吸器需要较大的虹吸间隙，因此建议在烘缸中采用湍流器。

1.2.4湍流器的使用

湍流器在旋转的烘缸内重建了冷凝水的扰动，从而提高了烘缸的热量传递速率并产生了一个平坦的烘缸温度曲线。烘缸转速提高时，烘缸中的冷凝水所受的摩擦力和离心力也随之增大，冷凝水沿着烘缸壁向上朝着烘缸的旋转方向旋转，最终在整个烘缸壁上形成冷凝水环流。在烘缸的环流阶段，重力造成冷凝水向上运动的负加速度或冷凝水向下运动的正加速度，这一速度变化造成冷凝水振荡并使冷凝水产生扰动从而降低对热量传递的阻力。