于 雷

(江蘇騰旋科技股份有限公司,江蘇無錫,214112)

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·紙機(jī)干燥部改造·

淺談泰國(guó)Inter Pacific紙廠紙機(jī)干燥部改造總承包工程

于 雷

(江蘇騰旋科技股份有限公司,江蘇無錫,214112)

介紹了泰國(guó)Inter Pacific紙廠紙機(jī)干燥部改造總承包工程的具體改造內(nèi)容,對(duì)比了改造前后的運(yùn)行效果,解決了干燥部傳動(dòng)負(fù)荷大的問題,提高了干燥部干燥能力,達(dá)到了預(yù)期效果。

蒸汽冷凝水系統(tǒng)；干燥部；旋轉(zhuǎn)接頭；虹吸器；擾流棒

(E-mail: yulei@tengxuan.net )

泰國(guó)Inter Pacific紙廠的PM1是2006年從新西蘭Carter Holt Harvey紙業(yè)公司購(gòu)買的Beloit二手雙疊網(wǎng)箱紙板機(jī),幅寬4450 mm,設(shè)計(jì)車速600 m/min,傳統(tǒng)浸泡式施膠機(jī),前干燥部46只1500 mm烘缸,后干燥部12只1500 mm烘缸,半密閉式氣罩。蒸汽冷凝水系統(tǒng)為隨紙機(jī)配套的傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng),自開機(jī)以來,紙機(jī)一直在470 m/min左右車速下運(yùn)行,紙機(jī)車速提高一直主要受制于干燥部的高負(fù)荷以及高的蒸汽消耗量,因此Inter Pacific紙廠決定對(duì)紙機(jī)關(guān)鍵部件以及干燥部進(jìn)行整體改造。文章主要介紹該公司紙機(jī)干燥部改造總承包工程的主要項(xiàng)目和優(yōu)化措施,以供造紙同行借鑒。

1 干燥部干燥能力和運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試

通過對(duì)紙機(jī)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況的觀察，以及與現(xiàn)場(chǎng)管理人員交流分析與統(tǒng)計(jì)運(yùn)行參數(shù),確定在紙機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行過程中,用烘缸內(nèi)外溫差法判定每只烘缸傳熱性能的好壞[1]。烘缸內(nèi)部溫度即為蒸汽的溫度(可通過每組烘缸進(jìn)氣壓力來判定),烘缸表面溫度使用“烘缸表面接觸式測(cè)溫儀”直接接觸烘缸表面來精確測(cè)量,測(cè)量距離為從操作側(cè)烘缸紙邊緣向內(nèi)500 mm(測(cè)量位置見圖1(a)),儀器原理為數(shù)字型熱電偶溫度計(jì),以攝氏度的度數(shù)直接顯示所對(duì)應(yīng)數(shù)字,準(zhǔn)確率高達(dá)98%以上；將記錄的所有烘缸表面溫度以及內(nèi)部蒸汽溫度輸入軟件中,即得出每只烘缸內(nèi)外的溫差,溫差大意味著傳熱效果差,相反,意味著傳熱效果好。一般而言,如果烘缸排水良好,合理的溫差約為15～25℃。另外,紙張的溫度測(cè)量可使用紅外線測(cè)溫儀,測(cè)量位置如圖1(b)所示。

采用上述測(cè)量方法,對(duì)PM1所有烘缸進(jìn)行烘缸表面溫度測(cè)量,計(jì)算烘缸內(nèi)蒸汽溫度與烘缸表面溫度差,其結(jié)果見圖2。

同時(shí)通過用干球溫度和濕球溫度測(cè)量法,來測(cè)量袋區(qū)濕度,結(jié)果見圖3。

圖1 烘缸表面溫度和紙張溫度的測(cè)量位置

圖2 紙機(jī)烘缸內(nèi)蒸汽溫度和烘缸表面溫度差

圖3 紙機(jī)干燥部袋區(qū)濕度

由以上數(shù)據(jù)得知,約1/2的烘缸溫差超過正常值,也就意味著排水效果不好,傳熱效率低,部分烘缸存在淹缸現(xiàn)象。袋區(qū)濕度測(cè)試表面有約1/3的袋區(qū)濕度過高,傳熱效率差。因此建議對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的排水工具虹吸器、蒸汽冷凝水系統(tǒng)以及氣罩進(jìn)行徹底改造。

2 更換現(xiàn)代動(dòng)態(tài)密封旋轉(zhuǎn)接頭和固定懸臂式虹吸器

原紙機(jī)烘缸配備老式旋轉(zhuǎn)接頭和旋轉(zhuǎn)式虹吸器,由于運(yùn)行多年,接頭存在密封O形圈老化和石墨環(huán)破裂等現(xiàn)象,運(yùn)行時(shí)存在漏氣問題,極大地浪費(fèi)了蒸汽能源，并污染了環(huán)境[2],因此需更換所有烘缸的旋轉(zhuǎn)接頭；另外,旋轉(zhuǎn)式虹吸器運(yùn)行時(shí)存在排水所需壓差大、吹通蒸汽(Blow-through steam)量大的現(xiàn)象,特別是車速越高,所需要的排水壓差越大,當(dāng)系統(tǒng)不足以提供足夠壓差時(shí),就會(huì)導(dǎo)致排水不暢甚至淹缸現(xiàn)象。而現(xiàn)代固定懸臂式虹吸器(見圖4)排水所需壓差小、吹通蒸汽量小,約為12～25 kPa排水壓差,另外,車速越高,排水壓差越小。旋轉(zhuǎn)式虹吸器和固定式虹吸器不同車速下所需壓差見圖5。因此將所有烘缸的虹吸器更換為現(xiàn)代固定懸臂式虹吸器。

3 烘缸內(nèi)部加裝擾流棒以促進(jìn)烘缸傳熱

蒸汽通過旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入烘缸內(nèi)釋放出汽化潛熱后形成冷凝水,冷凝水在不同車速烘缸內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)見圖6。

當(dāng)烘缸靜止時(shí),由于重力作用冷凝水沉積在烘缸底部,隨著車速越來越高,由于摩擦力的作用冷凝水逐漸成翻騰狀態(tài),當(dāng)車速繼續(xù)升高時(shí),就形成水環(huán),對(duì)于直徑1500 mm的烘缸而言,當(dāng)車速超過300 m/min時(shí),即形成水環(huán)狀態(tài),水環(huán)狀態(tài)對(duì)烘缸傳熱非常不利。因此烘缸內(nèi)部需要加裝擾流棒以破壞水環(huán),增加傳熱。烘缸內(nèi)部加裝擾流棒后如圖7所示。

圖4 現(xiàn)代固定懸臂式虹吸器

圖5 旋轉(zhuǎn)式虹吸器和固定式虹吸器不同車速下排水所需壓差

圖6 不同車速下冷凝水在烘缸內(nèi)的狀態(tài)

圖7 烘缸內(nèi)部加裝擾流棒

4 蒸汽冷凝水系統(tǒng)流程的設(shè)計(jì)

由于多年的運(yùn)行以及紙種參數(shù)的變化,舊的蒸汽冷凝水系統(tǒng)存在設(shè)備老舊、流程不合理,熱泵工作點(diǎn)發(fā)生變化,部分閥門定位器失靈,系統(tǒng)不能良好控制壓差,噸紙耗汽量高以及操作不靈活等問題,通過對(duì)舊系統(tǒng)的拆除,更換成現(xiàn)代靈活控制的多段通氣系統(tǒng)。通過對(duì)紙機(jī)整體干燥能力進(jìn)行核算,經(jīng)過前干燥部加裝3只烘缸后,可確保系統(tǒng)有足夠的干燥能力以確保紙機(jī)車速提高至750 m/min。

結(jié)合紙機(jī)的傳動(dòng)分組布置,考慮紙張的伸縮性,系統(tǒng)流程通過有效合理的烘缸分組,使下游低、中溫段充分利用上游高溫段所產(chǎn)生的閃蒸汽進(jìn)行全部的熱交換循環(huán),系統(tǒng)設(shè)計(jì)了表面冷凝器以產(chǎn)生足夠的真空度,使低溫段可以在負(fù)壓條件下進(jìn)行操作,避免了烘缸過熱對(duì)經(jīng)過壓榨后的紙張產(chǎn)生粘缸等紙病,同時(shí)系統(tǒng)配備了真空泵吸取整個(gè)系統(tǒng)中的不凝結(jié)氣體,增強(qiáng)傳熱效率。蒸汽冷凝水系統(tǒng)多余的閃蒸汽送入氣罩的閃蒸汽熱交換器進(jìn)行換熱,使能源進(jìn)一步充分利用；氣罩所有換熱器所產(chǎn)生的熱冷凝水進(jìn)入到總的冷凝水槽進(jìn)行回收,使蒸汽冷凝水系統(tǒng)和氣罩系統(tǒng)有效地結(jié)合,達(dá)到了能源的統(tǒng)一利用和回收。

控制方面：系統(tǒng)配備了多種控制回路(如壓力控制、壓差控制、分層控制、液位控制、真空控制等)；同時(shí)QCS的水分監(jiān)測(cè)與后干燥部進(jìn)氣壓力進(jìn)行連鎖確保了紙張的干度；上下排壓力控制避免高定量紙張翹曲現(xiàn)象；斷紙降壓功能,當(dāng)前干燥部斷紙時(shí),所有烘缸組進(jìn)氣壓力按設(shè)定值進(jìn)行壓力降低,當(dāng)后干燥部斷紙時(shí),后干燥部進(jìn)氣壓力降低,前干燥部壓力不變,斷紙降壓功能確保了重新引紙的可操作性以及靈活性。比值控制,確保了各段壓力隨著最后一段壓力的變化而變化,確保了多段通氣系統(tǒng)的可操作性。

5 將半密閉式氣罩改造為高溫全密閉式氣罩

本項(xiàng)目將原半密閉式氣罩改造為高溫全密閉式氣罩,給氣罩內(nèi)部提供了高溫的環(huán)境,改造后氣罩內(nèi)送風(fēng)溫度保持在95℃左右,排風(fēng)溫度達(dá)到83℃,露點(diǎn)為60℃,排風(fēng)的含濕量達(dá)到150 g水/kg絕干空氣,大大減少了排風(fēng)量,利于熱量的回收,同時(shí)節(jié)約了電耗；與此同時(shí)通過對(duì)袋區(qū)通風(fēng)箱的局部改造,袋區(qū)的濕度由原來的0.43 kg水/kg絕干空氣降低至0.25 kg水/kg絕干空氣,降低了空氣中的水蒸氣分壓,提高了傳質(zhì)的推動(dòng)力,進(jìn)而提高了干燥部的干燥能力。

6 三維管道圖紙工程設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目提供詳細(xì)的工程設(shè)計(jì),提供平面設(shè)備布置圖、平面管道布置圖以及立面管道布置圖,所有圖紙均由三維軟件設(shè)計(jì)完成,三維軟件的應(yīng)用,確保了工程項(xiàng)目的進(jìn)度和安裝的準(zhǔn)確性,減少了管道間的相互碰撞,所有管道均可實(shí)施預(yù)焊接、預(yù)安裝等作業(yè),為加快改造進(jìn)度做好了充分的準(zhǔn)備,所有管道提供ISO單線圖,本項(xiàng)目整個(gè)系統(tǒng)的安裝在10天內(nèi)完成。圖8為三維軟件生成的局部三維圖。

圖8 蒸汽冷凝水系統(tǒng)三維管道設(shè)計(jì)圖

改造前改造后對(duì)比說明紙機(jī)車速/m·min-1470700提高了230前干燥部烘缸出力/kg水·h-1·m-216252258提高了633后干燥部烘缸出力/kg水·h-1·m-221612797提高了636袋區(qū)濕度/kg水·(kg絕干空氣)-1043025降低了018各組排水壓差/kPa4512降低了33高溫段進(jìn)汽壓/kPa657487降低了170蒸發(fā)水量/t·h-11984526873提高了7028噸紙耗汽量/t18616降低了026

7 項(xiàng)目改造后系統(tǒng)測(cè)試以及改造前后重要參數(shù)對(duì)比

本項(xiàng)目經(jīng)過干燥部的整體改造后,對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行干燥部測(cè)試,測(cè)試后的結(jié)果見圖9。測(cè)試表面所有的烘缸溫差值均在可接受范圍內(nèi),這就意味著所有的烘缸傳熱效率均達(dá)到預(yù)期值。紙機(jī)改造前后重要參數(shù)對(duì)比見表1。

8 結(jié) 語(yǔ)

綜合上述的干燥部系統(tǒng)改造以及紙機(jī)其他關(guān)鍵部件的改造,目前該紙機(jī)車速提高至700 m/min,系統(tǒng)改造前生產(chǎn)中能夠從紙幅中蒸發(fā)19.845 t水/h,改造后在該紙機(jī)能夠蒸發(fā)26.873 t水/h,比改造前提高了35%,即意味著改造以后,該紙機(jī)干燥部的干燥能力提高了35%。與此同時(shí),針對(duì)于噸水耗汽量來說,改造前從紙幅中蒸發(fā)1 t水所需要的蒸汽量為1.24 t蒸汽,改造后從紙幅中蒸發(fā)1 t水所需要的蒸汽量為1.19 t,約合噸紙耗汽量為1.6 t,大大減少了噸紙耗汽量,為企業(yè)提高了生產(chǎn)能力并節(jié)約了生產(chǎn)成本。

[1] GONG Xiao-dong. Operation Experience and Retrofit of Steam and Condensate System of the Special Paper Machine[J]. China Pulp & Paper, 2014, 33(5): 46.

龔小冬. 特種紙?jiān)旒垯C(jī)蒸汽冷凝水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和改造[J]. 中國(guó)造紙, 2014, 33(5): 46.

[2] KE Xiao-jun. The Optimization Scheme for PM Dryer Section[J]. China Pulp & Paper, 2007, 26(2): 41.

(責(zé)任編輯：董鳳霞)

Brief Introduction to Dryer Section of Paper Machine Rebuilding Turnkey Project in Thailand Inter Pacific Paper Co., Ltd.

YU Lei

(TengxuanTechnologyCo.,Ltd.,Wuxi,JiangsuProvince, 214112)

The dryer section rebuilding turnkey project of Inter Pacific Paper Co., Ltd., Thailand was introduced. The problem of high condensate load at dryer section was solved, the drying capacity was increased. The project achieved expected effect and satisfied the requirements of production.

steam and condensate system; dryer section; rotary joint; syphon; tabulator bar

于 雷先生,系統(tǒng)工程師；主要從事紙機(jī)干燥部蒸汽冷凝水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、檢測(cè)和安裝調(diào)試服務(wù)工作。

2016- 01-14(修改稿)

TS734

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.08.012