浅谈纸机汽罩(终版).doc

浅谈纸机封闭式气罩湖南泰格林纸技术中心 周乐才 （湖南岳阳.泰格林纸集团技术中心 414002 ）摘 要：本文简述了封闭式气罩在纸机干燥过程中的作用；常见气罩的结构、形式和特点；气罩排风的热回收；气罩通风系统的控制。并结合生产实际对封闭式气罩的设计要点进行了一些探讨。关键词：封闭式气罩；湿度；露点；零位；干燥部通风系统的性能已严重到影响到纸机运行效率、生产能耗和产品质量。由于纸机车速的不断增加，干燥部气罩内的气流组织也越来越复杂，流入空气的处理难度也越来越大。封闭式气罩作为气流组织与空气处理的关键设备，是纸机通风系统中价值是最高的，在纸机的运行中已处于举足轻重的地位。封闭式气罩的效率直接影响到纸机的正常运行。1 气罩在纸机干燥部的作用1.1气罩的最主要的作用是从干燥部捕集和除去水气气罩和气罩抽风机是完成此任务的主要设备。高产量纸机的干燥部，每分钟将蒸发上吨的水气。而气罩和抽气系统可将干燥部的水气集中后，将其进行热量回收后排出厂房。使干燥能力和纸机产量最大化。1.2 提供可控的干燥环境，优化袋区通风性能袋区通风系统和气罩协调操作，可以控制干燥环境，将袋区湿度控制到很低，而且均一。提高纸机的干燥能力，降低横幅水分分布的波动。1.3 调整气罩内部的气流组织，稳定纸幅，提高纸机效率及车速干燥部内纸幅的稳定运行，是纸机高效率、高车速的重要条件。纸幅稳定器和气罩协调操作，妥善处理好气罩内的气流，才能使纸页稳定地运行。1.4 提高热效率气罩和通风系统能最大限度地回收热量，并能有最高质量的“回收能”。气罩和气罩抽风机将绝大部分蒸汽干燥纸张后的热量，包含在排出的水气内从气罩抽走，进入热回收系统进行热量回收再利用。2 开放式气罩和封闭式气罩的结构、形式及特点干燥部通风系统的设计，主要参数是气罩排出水气的湿度。气罩的结构形式及密封性能对气罩排出水气的湿度有非常大的影响。干燥部低湿度运行需要有较高的排气量和较高的供风量。合理的结构形式和好的密封性能是高效气罩的保证。气罩按结构形式分为开放式气罩和封闭式气罩。2.1 开放式顶盖气罩 这是最简单的一种气罩形式，即在干燥部上方装一个顶盖。很多罩盖只用低绝热值的板材制成，要用高排气量才能防止冷凝。也有采用外加保温护板，以提供较好的绝热性能，其湿度可略为提高。这类气罩一般都不是紧密地装配到干燥部的，泄漏是最大的问题，为了捕集水气和防止冷凝，排气量的设计值非常大。开放式顶盖气罩设计的排气湿度范围为0.04-0.07kg蒸发水/kg干空气。简易的罩盖排气湿度约为0.04kg蒸发水/kg干空气。带保温护板简易的罩盖排气湿度约为0.07kg蒸发水/kg干空气。 每蒸发1kg水约需13kg空气，由于高气流量通过干燥部而使能耗增加。高排气量必须与加热建筑物的供风量相平衡，从而增加了建筑物的热负荷。低排气温度又使热回收费用增加，多数是不可取的。 在新型纸机上已很少使用开放式气罩。许多老纸机仍在用开放式气罩。它们正逐步被效率更高的封闭式气罩所替代。2.2 中湿度封闭式气罩这种气罩形式在北美最为通用。气罩由操作楼面上的一个保温密闭罩所组成。前面用升降屏和后面用滑移屏作为操作楼面上干燥部的进出口。气罩还包括干燥部底面不保温的密闭底板。密闭底板的作用是防止从底板漏气。如果没有密闭底板，操作楼面上的封闭气罩将会“升压”。干燥部内的自然烟囱效应造成“升压”作用，密封底板可限制气流量并防止升压作用。 早期设计的封闭式气罩，排气湿度约0.09kg蒸发水/kg干空气。大多数中湿度气罩目前在0.11-0.13kg/kg范围内运行。蒸发每kg水约排出空气10kg。这种气罩的典型排气温度为80干球温度和59湿球温度。 中湿度封闭气罩所回收的热量，通常对北方气候很有吸引力。其回收热量常用于预热气罩供风、加热生产用水和加热建筑物补充空气。2.3 高湿度封闭气罩高湿度气罩的整体结构和布置形式与中湿度气罩基本相同，但在制造和材料的选用上更为讲究。中湿度气罩使用的企口接合的保温板不宜在高湿度环境下长期使用，并有密封不严和渗漏的问题；高湿度气罩使用高绝热值板材、耐高温橡胶等材料，并且能很好地密封。基本上解决了中湿度气罩升降门密封不严和气罩渗漏的问题。高湿度气罩可减少能耗，且非常利于热量回收。高湿度气罩设计的排气湿度约为0.16-0.17 kgH2O/kgd.a。为蒸发1kg水约消耗7kg空气。典型的排气温度为85干球温度和62湿球温度。高湿度气罩的主要优点是，减少经过气罩的空气流量及空气流量对纸页运行产生的影响。可以更好地控制流经干燥部的空气，满足高速纸机运行的需要。3 封闭式气罩通风系统的控制 为了有效调节和控制气罩内的气流和压力，控制排风温度和湿度，更好地满足在不同季节和不同工作状况时对通风系统的需求和节省能源，纸机通风系统设置自动调节控制系统，并由纸机DCS系统控制，以方便管理。3.1 排风露点（排风量）控制系统在排风风管上的装设温、湿度检测及变送器，通过检测排风的温度和湿度，并传送信号进入DCS系统，由DCS系统控制排风机上的变频器，以调节排风量，从而达到稳定排风温度和湿度的目的。3.2 气罩零位（送风量）控制系统在气罩内设置有零位检测装置，通过检测气罩实际零压点的位置，由DCS系统控制送风量，如零压点高于设定位置值，则通过DCS系统控制送风机上的变频器增加送风量，如低于设定位置值，则减少送风量。3.3 气罩送风温度控制系统送风管上设有温度检测及变送器，通过检测送风的温度并传送信号进入DCS系统，由DCS系统温度控制程序通过信号调节蒸汽管上的气动调节阀，以调节送风温度或保证送风温度的恒定。3.4 热回收喷淋定时控制系统气气热回收装置采用自动喷淋清洗系统，由DCS系统定时程序控制，每隔8小时清洗1分钟。3.5 提升门控制系统气罩提升门和断纸信号连锁，发生断纸时则由DCS系统来控制电动提升门自动提升，气罩提升门还可通过纸机操作台上的手动按钮来开、闭。3.6 气罩内消防控制系统在气罩内设置有温度检测装置，通过检测气罩实际温度，由DCS系统控制蒸汽消防开关。当气罩内温度达到起火温度时，变送器根据检测的信号发出报警，DCS系统关闭排风、送风系统，并打开蒸汽消防电动阀，向罩内喷射蒸汽以达到灭火目的。4 封闭式气罩排风热回收 封闭式气罩的排风温度一般在82左右，含湿量在016kgH20/kg.d.a左右，每千克排风中焓为507kJ。一个年产量为十万吨的纸机，封闭式气罩的排风量约为150000kg/h左右（不同纸种的纸机会有所不同）。每小时排风中的热焓约为76050000kJ,相当于33吨蒸汽的凝结放热量，热焓值是相当可观的，直接排掉，能量浪费很大。由于密闭气罩的使用，排风温度和含湿量均较高，这为排风的热回收创造了条件。通常将排风进行如下三级进行热回收：4.1 第一级为气-气热回收用排风来预热气罩内送风系统，这种热回收的利用价值最高，一年四季都在回收热量，是任何封闭式气罩排风都必须设置的，因为设置这样一套热回收装置，其投资在不到一年的时间就可以收回。第一级气一气热回收装置，采用管式换热器，由于是气一气换热，换热系数小，回收热量比较有限，一级热回收装置回收的热量只占排风总热焓的6左右。经过一级热回收后，送风温度可达60左右，排风温度在62左右，排风热焓仍然很高。4.2 第二级气-水热回收装置来回收热量 第二级热回收装置一般是用排风来加热工艺用水，工艺上洗毛毯要用大量的热水，如果用蒸汽来加热清水则要消耗大量的蒸汽，完全可以利用排风来加热这部分水。第二级热回收是气-水热回收，采用不锈钢换热管，汽水换热系数较高，回收热量较高，且是全年运行，只要有需求，二级热回收的投资一般都可以在半年收回。经过二级热回收装置后，水温可达45左右，排风温度约45左右，回收的热量约占排风总热焓的20左右。经过二次热回收后，排风的热焓仍然较大，但由于温度低，回收的价值已不大，只有采暖室外计算温度低于-15的地区才考虑设第三级热回收。4.3 第三级热回收为气-乙二醇溶液热回收用排风来加热20左右的乙二醇溶液，用来预热车间补风。造纸车间排风量大，为了达到车间风量平衡，需要向车间补充大量的室外新风。北方地区冬季室外风温很低，加热这部分需要大量的热量，因此对于寒冷的北方地区，完全有必要设置三级热回收。第三级热回收的量，一般可占到排风总热焓的25左右，经过三级热回收后，排风中的热焓已很难再回收。上述三次热回收装置均设有自动喷水清洗装置，防止纸毛堆积在换热器表面。气罩排风热回收，可根据地区气候情况选择一级或二级热回收。以便热回收系统投资资金在尽量短的时间内收回。5 封闭式气罩的设计要点5.1封闭式气罩是一个封闭的干球温度为8085；露点温度为5862；且方便纸机运行状况的监视、操作和维护、引纸和换辊的高温环境为了达到气罩内部的干球温度（8085）和露点温度（5862）且高温高湿气体不结露滴水，封闭式气罩的结构设计现在已经应模块化（见气罩结构图）：气罩顶板、端板、侧板采用三明治结构，内板和外板为防锈铝板，中间为硬质离心玻璃棉板。板与板之间采用“迷宫式”连接方式(最大限度地消除“冷桥”)。面板可选用正弦波纹板或梯形波纹板。气罩的封闭效果和热效率完全取决于气罩制作材料、制作质量和安装精度。气罩密闭性好的气罩壁板接缝处没有风感。整块壁板外表温度在正常开机情况下不超过40。为方便纸机运行状况的监视、操作和维护，封闭式气罩设计时在操作侧应设带通长隔热玻璃观察窗的电动提升门（单个提升门高为2.5米，长一般为6-9米），在端部设有手拉合页门（在提升门未提起时，方便工作人员进入气罩操作和维护）。且电动提升门的提升应与断纸信号连锁，一旦断纸提升门应自动提升。操作侧气罩壁上配备换辊门，气罩内设有纵向小车和横向手拉葫芦，辊和干网通过壁板上的换辊门和吊装设备，能方便地换辊和干网。而纸机传动侧设置的手动带隔热玻璃观察窗滑动门，可供传动侧维修、检查时用。5.2设计合理的干燥曲线；稳定气罩“零位”；严格控制“露点”；杜绝气罩顶板的凝露滴水；节省能源和改善车间环境所谓“零位”即表示在这一位置上，气罩内压差为零，“零位”以下，空气是从罩外向罩内流动，“零位”以上，空气是从罩内向罩外流动，为了能使气罩在提升门打开时，气罩内的热湿气体不外溢出来污染车间环境，同时，也不让车间内冷空气大量地进入气罩影响气罩内的高温环境，气罩零压点位置一般稳定在二楼楼面约2.5米处，且提升门上沿以上的罩体，密封性应非常好。“零位”的高低取决于气罩送风量和排风量的大小。“零位”调节则是通过装在罩体上的“零位”检测装置控制送风量大小来实现的。在纸机烘干部的不同位置，纸幅干燥速率不同。设计合理的干燥曲线（见干燥曲线图）是提高纸机运行效率和产品质量的基础，故通风系统设计时应能根据需要调节不同位置的通风量（即送风量和排风量）。排风系统是整个烘干部通风系统的设计基础，排风系统的露点控制是保证密闭气罩能正常运转；杜绝气罩顶板的凝露滴水的前提。排风系统设计的关键在排风总量设计时排风总量有足够的可调余量，排风总量由DCS系统根据排风总管上的温度、湿度检测及变送器的温、湿度信号，由变频器控制风机的转速达到调节排风总量的目的。排风总量参数根据纸机的参数衡算，可调余量设计时控制在排风总量的10%-25%。排风设计时温度、含湿量、露点温度参数如下：温度：82 含湿量：0.14kgH2O/kgd.a 露点温度：58.5。烘干部不同部位的排风量，在气罩内汇风道侧面的调节风门进行手动调节，满足烘干部纵向各位置的排风量，汇风道设计是否合理直接影响干燥曲布置。送风系统主要由袋区送风系统和稳纸吹风系统组成，其主要设备是袋区吹风箱和稳纸吹风箱。袋区送风系统新风来自室外，先经初效过滤，再经热回收装置，然后用蒸汽加热到所需温度。每个袋区吹风箱的风量可以通过吹风箱进口管路上的风阀手动调节。供风温度通过设在蒸汽型加热器的进气管上的气动调节阀门进行自动调节。稳纸吹风箱送风系统的风取自气罩排风总管，通过稳纸吹风箱又送回到气罩内。不同位置的送风量通过吹风箱与排风相应调节，袋区送风系统设计是否合理直接影响纸幅的横幅水分的分布。5.3纸幅进出气罩口凝露滴水的问题纸幅进出气罩口凝露滴水是气罩设计时最头疼的事，为解决纸幅进出气罩口凝露滴水的问题，国内外气罩生产商开发设计了各种高效率的吹风箱安装在纸幅上部，形成风幕阻挡纸幅上部气罩内外空气对流，在纸幅下部安装活动提升门既方便引纸又阻挡纸幅下部气罩内外空气对流。在设计时还应考虑随着季节变换和气温的变化吹风箱风温、风量、风压的可调性，将纸幅进出气罩口凝露滴水现象降低到最小。目前较先进的结构如下图：5.4气罩设计时应充分考虑内部的照明、消防等设施；外观美观、协调和耐用封闭式气罩内应具备完整的低压照明系统和自动灭火系统，以满足消防、照明要求。气罩内照明系统为防雾防爆低压照明灯，耐温电缆。气罩内消防系统一般是蒸汽消防系统：在气罩顶部设有多个温度检测及变送器并接入DCS系统，由DCS控制排、送风系统。当排气温度过高时，安装在排风管道上的火灾探测器向控制柜发出报警信号，此时，排风、通风系统停止运行，提升门关闭，气动蝶阀启动，消防蒸汽（蒸汽压力为0.5MPa）向干燥部喷射出蒸汽以隔离空气，从而达到消防的目的。 气罩在造纸车间内所占面积很大，是纸机永久性的“衣裳”，气罩的外观直接影响整个造纸车间内部美观、协调。因此气罩外观设计在满足使用功能的前提下还要求美观、协调和耐用。6 结束语纸机干燥部配置高效封闭式气罩，能改善生产环境，降低生产能耗，提高纸机效率和产品质量。目前国内外纸机生产商在纸机干燥部通风及气罩设计时应用了大量的新技术、