纸机高温封闭通风气罩工作原理及运行

1、 1.湿空气： 是指干空气和水蒸气的混合物，其特点在 于其 中的一种组元蒸汽在一定条件下将发生集态 的变化，即蒸汽凝结或蒸发。 2.道尔顿分压定律： 当混合气体中某一组元单独占有与混合物相同的 容积，并处于与混合物相同的温度时，所呈现 的气体压力称为该组元的分压力Pi；各组元分 压力的和等于混合物气体压力P； 组元组元1 T,V, n1,P1 组元组元2 T,V, n2,P2 组元组元3 T,V, n3,P3 混合物混合物 T,V, n,P 3.湿空气的参数湿空气的参数 3.1绝对湿度v： 指单位体积的湿空气中包含的水蒸气质量，即水 蒸气的密度，其大小与湿空气的温度T和其中的水 蒸气分压Pv相

2、关。v=fv=f（T, PvT, Pv） 3.2饱和空气： 在一定温度下，湿空气中水蒸气的分压力愈高， 其绝对湿度愈大。但一定温度下水蒸气的分压力 不可能超过某一值-Ps。当水蒸汽分压力达到Ps 时，空气中的水蒸汽开始凝结，我们称Ps为该温 度下的的饱和压力，此时的湿空气称为饱和空气。 饱和空气具有该温度下最大的绝对湿度s。 3.湿空气的参数湿空气的参数 3.33.3相对湿度：相对湿度： u 定义：定义： 湿空气的绝对湿度与该温度下饱和空气的绝对湿度比值称湿空气的绝对湿度与该温度下饱和空气的绝对湿度比值称 为相对湿度，用符号为相对湿度，用符号表示，可以衡量空气的潮湿程度；表示，可以衡量空气的潮

3、湿程度； =Pv/Ps=Pv/Ps。 u 相对湿度的意义：相对湿度的意义： 相对湿度值在相对湿度值在0100%0100%的范围内。相对湿度越小，表示空气的范围内。相对湿度越小，表示空气 中水蒸气距离饱和状态越远，空气吸收水分的能力越大，中水蒸气距离饱和状态越远，空气吸收水分的能力越大， 即越干燥；相对湿度越大，表示空气中水蒸气距离饱和状即越干燥；相对湿度越大，表示空气中水蒸气距离饱和状 态越近，空气吸收水分的能力越小，即空气越潮湿。饱和态越近，空气吸收水分的能力越小，即空气越潮湿。饱和 空气的相对湿度为空气的相对湿度为100%100%，除非提高空气的温度，否则它不，除非提高空气的温度，否则它不

4、 能再吸收水分。能再吸收水分。 3.湿空气的参数湿空气的参数 3.4含湿量：湿空气中包含的水蒸气质量mv与干 空气 的质量ma之比称为含湿量，用符合d表示。 含湿量表示单位质量的干空气中所携带的水蒸 气质量。 3.5露点温度：水蒸气分压力为Pv的未饱和湿空 气，保持水蒸气分压力Pv不变，降低湿空气温 度，当温度降低至Td时，水蒸气开始凝结，空 气达到饱和状态，我们称Td为对应水蒸汽分压 力为Pv的湿空气的露点温度。 3.6干球温度和湿球温度 u 定义：如图，干球温度计为普通温度计，而湿球温 度计的感测件被尾端浸入水中的洗液芯包裹。当湿空 气流过干球温度计和湿球温度计时，干球温度计指示 的是空气

5、温度T，称为干球温度。湿球温度计指示的 是洗液芯中水温度，称为湿球温度，用tw表示。 3.6干球温度和湿球温度：干球温度和湿球温度： u 含义： 如果空气是未饱和空气，则洗液芯中的水将向空 气中蒸发而使水温下降，空气与水出现温差导致 空气向洗液芯中的水传热，从而阻止水温不断下 降。如此，达到平衡时，湿球温度总是低于干球 温度，但高于空气的露点温度。（为什么？）。 如果空气是饱和的，那么水蒸发过程不会发生， 从而传热过程也不会发生，这时干球温度等于湿 球温度。 因此，湿球温度总是不高于干球温度，且不低于 露点温度。干球温度与湿球温度差越大，表示空 气的不饱和程度越高，空气越干燥。通过测量湿 空气

6、的干湿球温度，可以计算其相对湿度和含湿 量。 概概 论论 纸机在运行过程中，于干燥部纸页中大量的 水分被蒸发，散至环境空气中。如这部分水蒸气 不能及时排出，则干燥部环境空气湿度将逐渐增 大，乃至饱和结露，因此，纸机干燥通风系统最 初也是最基本的功能即是：及时排除干燥部的湿 热空气，保证纸机正常干燥能力。随着造纸工艺 的发展，纸机车速的不断提高以及纸页品质要求 的不断提高，从纸机效率、生产能耗、产品质量 等方面均对干燥部通风提出更高的要求。干燥部 通风对整个纸机运行也具有越来越重要的作用。 干燥部通风设施的发展干燥部通风设施的发展 1、最初的通风设施： 利用厂房环境的自然通风，即纸页散发出的水

7、蒸气直接进入厂房空间，通过厂房自然排风排至室 外。 湿空气湿空气 湿空气湿空气 水蒸气水蒸气 烘烘 缸缸 2、开放式顶盖气罩： 最简单的一种气罩形式，即在干燥部上方安 装一个顶盖和不封闭的侧板，将纸机与厂房简单 分隔，干燥部散发的水蒸气被集中在气罩内通过 风机排出。 特点： A.因为不封闭，泄露是主要问题-干燥部 湿热空气可散发至厂房内，同时厂房内冷空气可 进入气罩内。 B.为捕集水汽和防止冷凝，排气量大。一般 此类气罩排气含湿量在0.040.07kg.H2o/kg.d.a， 每蒸发1kg水约需13kg干空气； C.排气温度低，热回收经济性差，一般不做 热回收装置。 厂厂 房房 排风机 湿空气

8、 气罩气罩 水蒸气 冷空气 冷空气 运行层 纸机支架 烘烘 缸缸 开放式顶盖气罩图开放式顶盖气罩图 3、封闭式顶盖气罩： 气罩由操作层以上的一个保温密闭罩和干燥部下部 不保温的密封底板组成。操作层保温密闭罩前侧采用 提升屏，后侧采用移动屏作为干燥部进出口。气罩将 纸机和厂房分隔开来，理论上厂房内空气无法进入纸 机内部，因此，气罩内除配置排风装置外，还需要专 门的送风装置。 特点： A. 纸机排气湿度0.10.17kg.H2O/kg.d.a，干 球温度8085C，湿球温度5962C。每蒸发1kg水 约排出干空气710kg，比开放式气罩降低约3045%； B流经气罩的空气流量降低，从而减小空气流

9、动对纸页运行的影响； C因排气温度高，可设置经济的热回收装置， 其回收热量一般用于预热气罩供风、加热生产用水和 加热建筑物补充空气； 封闭式顶盖气罩封闭式顶盖气罩 排 风 管 道 热 回 收 装 置 排 风 机 纸 机 机 架 传 动 侧 移 动 门 气 罩 供 风 管 底 层 封 闭 墙 操 作 侧 提 升 门 上 部 气 罩 集 气 箱 烘 缸 不同气罩纸机能耗对比不同气罩纸机能耗对比 能耗消耗项能耗消耗项开放式气罩开放式气罩一般封闭气罩一般封闭气罩高湿度封闭气罩高湿度封闭气罩 烘缸加热273626752688 袋通风和通风527435314 室内空气加热579170100 无热回收能耗3

10、84232803102 热回收热量39518992048 有热回收能耗344713811054 与开放式气罩相比，封闭式气罩具有更低的能耗。 能耗最大的差别来自室内空气加热和热回收部分。 如果热回收装置不能正常投用，则封闭气罩的绝大 部分优势则无法发挥。 1 气罩气罩 1.11.1组成与结构组成与结构 n操作层以上保温密闭罩，配置上部集气箱、操作操作层以上保温密闭罩，配置上部集气箱、操作 侧提升屏、传动侧滑动屏、换辊活动门和照明、侧提升屏、传动侧滑动屏、换辊活动门和照明、 消防设施；消防设施； n下部不保温密闭板，配置相应的进出门；下部不保温密闭板，配置相应的进出门； 1.21.2功能功能 n

11、捕集干燥部水汽并将其排出纸机和厂房； n避免气罩上部湿热空气散发至厂房内、下部厂 房内冷空气进入气罩； n减少气罩上部向室内的散热量，保证气罩内较 高的环境温度； n保证气罩内不结露滴水； n合理组织气罩内空气流动，特别是纸机纵向空 气调节，保证纸机各部位干燥需求； n保证纸机正常操作调整和维修便捷； 1.31.3结构要求结构要求 n整个气罩应具有良好的密封性； n上部气罩具有良好的保温性能； n气罩集气箱必须沿纸机纵向具有空气调整 能力； n有合理的操作和维修空间、进出通道； 2.气罩排风装置气罩排风装置 2.12.1组成和结构：组成和结构： 排风机和风道； 2.22.2功能：功能： 为气罩

12、内湿热空气排出提高流动通道和驱动力； 2.32.3结构要求：结构要求： u 风机性能应满足纸机排出湿热空气量和流动 阻力值； u 风道具有良好的密封性和保温性； u 耐腐蚀性； 3.气罩送风装置气罩送风装置 3.13.1组成与结构：组成与结构： 由送风机、加热器、风道等组成； 3.23.2功能：功能： 向干燥部送入热风以平衡气罩排出的风量或满足纸机 工艺用风量，避免气罩内产生结露冷凝现象和纸机抄 造性能； 3.33.3结构要求：结构要求： u 风机性能必须满足平衡气罩排风所需风量或纸机工 艺用风量，并克服风道及补风设施阻力； u 加热器换热面积及换热系数满足气罩所需送风温度； u 设置合理的空

13、气净化设施，以保证纸机内部清洁； u 风道具有良好的密封性、保温性和调节性； 4.袋通风装置袋通风装置 4.1 毯辊：自然袋通风毯辊：自然袋通风 毯 辊 烘 缸 烘 缸 烘 缸 袋 区 u自然袋通风装置工作原理自然袋通风装置工作原理 如上图，随着干毯的移动，干毯挾着大 量附着在其界面层上的空气，在毯辊与干毯 汇聚区形成一个正压区，该正压区气流强制 穿过干毯并进入袋区。在毯辊的出口侧，随 着干毯离开毯辊而形成一个负压区，以及随 着干毯接触到下一个烘缸而形成一个正压区， 空气在压差作用下被驱除袋区。 这是一种由毯辊几何布置所形成的自然 形态的袋通风，其空气流通量受纸机车速、 干毯透气度和毯辊位置影

14、响。 u自然袋通风装置功能与特点自然袋通风装置功能与特点 功能： 能够提高干燥能力-与无袋通风相比提高约20%，并 使横幅水分更为均一； 特点： 这种袋通风抽吸入袋区的空气是气罩内的湿空气，流 通空气量运行中无法控制，受干毯透气度影响，干毯 透气度过高则将过量空气抽吸入袋区，使袋区产生 “过压”，空气自纸机两端逸出，使纸页产生抖动； 干毯透气度过低则袋区空气流动量不足，造成袋区中 心部位空气湿度过高，降 低了干燥能力；因此，自 然袋通风系统必须与干毯协调运作； 4.2 袋通风箱和喷嘴：强制袋通风袋通风箱和喷嘴：强制袋通风 毯 辊 袋 区 送 风 箱 烘 缸 烘 缸 控 制 界 面 层 气 流

15、的 逆 向 空 气 u强制袋通风装置工作原理强制袋通风装置工作原理 如上图，风箱上面的喷嘴用来阻挡干毯 界面层带来的湿热空气，下面的喷嘴则阻挡 被毯辊吸引过来的空气。在风嘴之间形成一 个正压区，该压力区在受控的情况下将准确 数量的干热空气送入袋区，湿空气则通过自 然抽吸作用从袋区排出。送入袋区的是干热 空气而非气罩内湿热空气； u强制袋通风装置功能强制袋通风装置功能 n 平衡和控制进出袋区的空气流量：平衡和控制进出袋区的空气流量：袋区要求 吸入和压出的空气量相等，如果不等，则袋区 将产生轴向空气流。轴向空气流使纸页产生抖 动，易断纸和产生纸病；另外，当吸入空气量 低于压出空气量时，由于边缘部位

16、进口空气流 动，导致边部纸页水分偏低，中心部位的湿度 则较高；高速袋通风装置可准确的控制袋区送 风量，保证袋区的平衡，尽量避免袋区的轴向 空气流动，从而保证最低的纸页抖动。 n使袋区湿度低而均一：使袋区湿度低而均一：强制袋通风送入袋区的是 干空气而非气罩内湿空气，能够控制低而均一的 袋区湿度；低而均一的袋区湿度可大大提高纸机 的干燥速率，且有助于获得均一的横幅水分分布。 一般在烘缸压力低于2bar时，袋区湿度控制在 0.18kg.H2O/kg.d.a，在较高压力时可为0.20 kg.H2O/kg.d.a，且横向波动不超过10%；该数值 与车速和品种相关； n有矫正纸页横幅水分分布的能力页横幅水

17、分分布的能力：横幅水分分布 受横向空气流量的影响，因此，强制袋通风能够 对纸页横幅水分分布产生一定的影响，但这种影 响具有一定的局限性，资料介绍，一般成品水分 含量为4%时将横幅水分矫正1%是可以做到的。 5 稳定纸幅设施稳定纸幅设施 随着纸机车速的不断提高，干毯、烘缸 壳体、毯辊等纸机运动部件表面所挾带的 空气流动（科恩达效应、边界层）对纸页 的扰动作用越来越强，导致纸页不稳产生 “纸病”，而通过速差使纸页绷紧的措施， 又增加了断纸频率，因此，现代化高速纸 机在干燥部，甚至压榨部增设了纸幅稳定 设施-吹风箱吹风箱，以改善纸幅稳定性； 5.1 吹风箱的工作原理吹风箱的工作原理 纸页的不稳定状况

18、，如图，干毯携带 着大量界面层空气，在下烘缸入口区，界 面层空气形成正压，并被强制压入干毯、 烘缸汇聚区。有部分界面层空气被压过干 毯，沿下烘缸被截聚在干毯与纸页之间， 该部分空气使纸页浮离干毯，并失去稳定 性；从上烘缸一出来，纸页有一种跟着其 缸体走的倾向。这使纸页内形成气囊，从 而导致皱褶。所有截聚在纸页和干毯之间 的空气，在到上烘缸的入口处时被强制压 出，也可能会引起皱褶。 纸 页 干 毯 纸 页 与 干 毯 间 的 空 气 形 成 气 囊 纸 页 倾 向 于 跟 着 烘 缸 空 气 穿 过 干 毯 干 毯 挾 带 着 界 面 层 空 气 解决纸页不稳定问题的办法是，在界 面层空气有可能

19、截聚在纸页和干毯间以前， 就把它除去。吹风箱就是逆着干毯和烘缸 的运行方向吹风，以排除界面层空气。吹 风作用产生了一个负压，使纸页紧贴在干 毯上，不再在其间截留空气。纸页揭离上 烘缸就受到负压的作用，直到它到达下烘 缸为止。 吹 风 箱 干 毯 挾 带 着 界 面 层 空 气 干 毯 纸 页 吹风箱的工作原理图吹风箱的工作原理图 6.6.热回收装置热回收装置 n（略）（略） 1.干燥部通风系统的功能干燥部通风系统的功能 n捕集并排出干燥部所产生的水汽。捕集并排出干燥部所产生的水汽。这是干燥部 通风系统的基本功能。进入干燥部纸页的干度 一般为40%左右，也就是说约成纸量1.5倍的水 分自干燥部排

20、出，如果这么大量的水汽直接排 至室内，则现场环境将是很糟糕的。只能通过 更大量的室内排风机排出室外，造成极大的电 耗。 n提供可控的、满足纸机生产运行的干燥环境。提供可控的、满足纸机生产运行的干燥环境。 其一，控制合理的袋区湿度且横幅均一；其二， 保持合理的气罩温度和湿度，避免干燥部结露； 其三，沿纸机纵向送排风满足工艺干燥曲线要 求。 n稳定纸幅。稳定纸幅。随着纸机车速的持续提高，保持干 燥部纸幅的稳定已成为干燥部通风系统的重要 任务。为了使纸页有良好的抄造性能，必须妥 善处理好干燥部内部的气流。 n优化节能效率。优化节能效率。加热空气所需的热量约为 400440kj/kg.蒸发水，约占干燥

21、部热量的14%。 干燥部绝大部分由蒸汽所释放的用于干燥纸张 的热量，包含在排除的水汽内而被气罩抽走。 良好的气罩设置和运行可回收这些热量的大部 分。封闭气罩和开放式气罩最大的区别就在于： 因两者的排气温度不同，可回收的热量不同， 从而导致纸机热耗的差异。 2 气罩运行调整的基本概念和知识气罩运行调整的基本概念和知识 2.1 2.1 零位：零位： 空气密度与空气的温度和湿度有关， 温度越高、湿度越大则密度越低，即 1/1/（T T、d d），式中、T T、d d分别是空 气的密度、温度和含湿量。因此，封闭气 罩内空气压力分布受两方面的影响，其一 为烘缸加热和纸页蒸发的热空气向上流动 产生的热动力

22、，其二为气罩排风量总是大 于送风量而产生的负压，如下图： 0 压力 0 压力 0 压力 热动力 排送风量差 气罩内压力分布 零位 高度 高度 高度 假设气罩外环境空气压力为1个大气压，即表 压为零，则气罩内压力为零点即为“零位”。实 际 运行中，因环境压力并不一定等于1bar，定义气 罩内压力等于环境压力点为“零位”。在“零位” 点， 气罩内外压力相等，因此气罩内外无空气流动。 “零位”点以下，环境空气有流入气罩的趋势， “零 位”以上，气罩内湿热空气有流入环境的趋势。 纸的干燥过程可分为两个过程：传热过程和蒸发过程；传热过程和蒸发过程； u传热过程传热过程： 纸页接触烘缸过程中，通过烘缸外壁

23、将烘缸内 蒸汽的热量传递至纸页中。在传热过程中纸页温度上 升而很少有蒸发。按照基本传热公式传递的热量为： Q=KA（Ts-Tp） 式中 Q-传递至纸页的传热量，KJ/ K-总传热系数（表明热流阻力的大小） A-与纸页接触的烘缸表面积，m2 Ts-蒸汽温度，K Tp-纸页平均温度，K 传热过程是纸页干燥的基础。通过传热过程离 开烘缸纸页的温度升高，为蒸发过程提供了驱动 力。 传热过程的驱动力：温压，温压，T=Ts-TpT=Ts-Tp 传热过程的阻力：热阻，U=1/K 强化传热可以提高纸页离开烘缸的温度，提高 干燥能力。强化传热的途径： l 增大驱动力：提高蒸汽压力，因饱和温度决定 于蒸汽压力，提

24、高温度即需提高蒸汽压力。但蒸 汽压力的上限受纸种限制。 l 降低阻力：提高换热系数-壁面清洁、冷凝 水排除通畅、不凝气体排除等； 纸页经过烘缸传热，温度提高，在离开烘缸的开放 引纸区，纸页中的水分因蒸发作用而脱离纸页，这个过 程为蒸发过程。纸页蒸发作用的基本传质方程式为： G=KG=KA A（Ps-PaPs-Pa） 式中式中 G-G-纸页蒸发的水分，纸页蒸发的水分， K-K-传质系数，传质系数，KK（T T、U0.5U0.5）其中）其中T T为蒸发温为蒸发温 度，度，U U为空气与纸页相对速度；为空气与纸页相对速度； A-A-蒸发面积，蒸发面积， Ps-Ps-纸页中水的水汽压力，纸页中水的水汽

25、压力， Pa-Pa-纸页周围空气中的水汽分压，纸页周围空气中的水汽分压， 由式中可见，由式中可见， 蒸发过程的驱动力：水汽压差，即蒸发过程的驱动力：水汽压差，即P=Ps-PaP=Ps-Pa； 蒸发过程的阻力：蒸发过程的阻力： 空气阻力，空气阻力，1/K1/K Ps正比于纸页温度，纸页温度越高则纸 页中水分的水汽压力越大，增大蒸发作用； Pa正比于空气中的含湿量，空气含湿量越 大，则空气中水汽分压越大，降低蒸发作 用； 在纸的干燥过程中，纸页温度是变化的， 它既与传热过程相关，同时影响着蒸发过 程。增强传热将提高纸页离开烘缸的温度， 则增强了纸页的蒸发作用。同时，因水分 蒸发过程是吸热过程，高效

26、的蒸发过程可 降低纸页温度，从而当纸页回到下一个烘 缸时，入缸纸页温度较低，较低 的纸页温度又有利于下个传热过程。 3 3 封闭气罩运行调节的基本原则封闭气罩运行调节的基本原则 3.1 3.1 送风量调整：送风量调整： n气罩各部送风量以保证纸机抄造性能和干燥能力为依 据； n各吹风箱送风量应保证纸页与干网、烘缸或辊件良好 贴合、边部不抖动； n袋区送风箱送风量应保证该袋区内空气湿度符合纸种 干燥要求，且湿度横向偏差不超过10%。按公司现有 机台主干燥压力均不超过2bar，袋区空气湿度应控制 在不超过200g.H2O/kg.d.a，横幅偏差不超过10%。 n送风量调整合理后，各部分风门开度应做

27、好记录，且 在纸种无变动时保持不变； n当纸机车速和蒸发量变化时，应相应的调整送风机。 车速提高、蒸发量增大，则增加送风量，反之减少。 3.2 3.2 送风温度调节：送风温度调节： n送风温度不能低于气罩排放温度，一般应 控制在90110C； n送风温度具体调整应以保证气罩内无结露 现象发生，包括局部结露。当气罩排气温 度偏低而相对湿度偏高时，应提高送风温 度，反之，减低； 3.3 3.3 排风量的调整排风量的调整零位调整零位调整 n纸机“零位”一般应控制在纸页出干燥点的高 度； 过低的零位导致湿热空气散入室内，影响室内环 境，特别是湿热空气自纸页出口处溢出，遇室内 冷空气时在该部位结露，影响

28、纸机运行；过高的 零位导致大量冷空气进入气罩内，降低气罩内温 度，易于气罩内发生结露现象，且排风电耗增大； n减少排风量，气罩零位降低，反之，增高； 3.4 3.4 气罩空气平衡气罩空气平衡排气温度和湿度调节排气温度和湿度调节 n气罩送风用于携带干燥过程中产生的水蒸气，而 排风则是即时排除湿热空气，保证干燥环境。因 此，气罩内送、排风的空气平衡状况将决定气罩 内的空气参数-排气温度和湿度，即气罩内干 燥环境，其对干燥过程的能耗和纸页的质量有着 重大的影响； n当干燥部的干燥水分确定时，送风量的大小决定 干空气与水蒸气的比例，直接影响着排气的湿度。 湿度偏高，表明送气量偏低，应提高送风量，反 之应降低送风量。当然，对于有吹风箱的纸机， 调整送风量时，应综合考虑吹风箱是否能正常工 作。无吹风箱的纸机，则可按排气湿度调整送风 量。 n当送风量确定后，排风量的大小将决定气 罩内各点的排气阻力。排风量大，则零位 高，各点排风阻力小，干燥能力大，但电 耗增加，反之亦然。另外，排风量的大小， 一定程度影响气罩外冷风进入气罩内的数 量，对气罩内排气温度和湿度同时存在一 定的影响，虽然这种影响是非主流的，但 其存在，排气量