提　要：结合福建省龙岩市造纸实业公司对纸机提速改造的经验，提出了纸机干燥部改造方面的思路和方法。   关键词：纸机；提速；湿部；脱水；干燥部；袋通风；蒸汽冷凝水系统；虹吸管；挠流棒　1　前 言　　纸机提速改造，将从原有的平衡达到一个新的平衡。在确定新的平衡点时，干燥部的能力应当是考虑的主要因素。　　提高干燥能力可以从多方面着手，包括：提高湿部脱水能力，增加烘缸组，改善袋通风，改进蒸汽冷凝水系统，改进虹吸管形式，增加挠流棒等方法。但本人认为，除非需要改为机内涂布或施胶而加一组烘缸外，改造应以尽量不增加烘缸为宜。2　提高湿部脱水能力　　一般，进烘缸纸页的水分降低1%，可以节约蒸汽5%。所以，从湿部做文章，提高进烘缸纸页的干度来提高纸机的生产能力，将比单从干燥部努力更为有效。　　我厂于1993年从加拿大散得贝引进一台二手纸机。这台纸机的网部曾在1987年进行过改造，改为VALMET SYM-FLO流浆箱和SYM-FORMER叠网成形器，设计车速1000m/min。当时压榨部和烘缸还未进行改造，车速只开650～700m/min，进烘缸的纸页干度只有36%～38%。引进后，我们对压榨部进行了改造，从原来的两道平压，改为三辊两压区复合压榨加一道平压（原有的）。目前，这台纸机的进烘缸纸页干度可达40%～43%。　　按照现有的设备条件，如果从以下几方面努力，还能进一步提高进烘缸纸页干度，使之达到43%以上。　　(1)精细调节网部脱水元件，使之达到最佳脱水状态，使纸页成形和出伏辊的干度达到最佳。　　(2)合理配置和使用好毛毯清洗元件，加强洗涤水过滤，确保喷淋管不堵塞，使毛毯始终保持清洁状态。这一点是极其重要的。　　(3)由于纸机压榨辊没有中高控制，所以确保各辊子中高合适，辊面吻合良好，这一点也是很重要的。　　(4)提高浆料温度，改善纸页成形，使用有效的助剂，优化抄纸的工艺条件。　　在有必要且经济能力允许时，也可以考虑把第三道平压改为靴式压榨。据VOITH公司介绍，世界上第一台使用靴式压榨的纸机，把第三道传统压榨改为靴式压榨后，在车速提高200m/min(达到1200m/min)之后，进烘缸纸页的干度还提高5%，达到49%～50%，纸机产量提高16%。3　改善袋通风　　我厂纸机干燥部的密闭汽罩和袋通风系统是引进时新改造的，是加拿大ENNERQUEN提供的产品。整个系统合理完整，如果使用得好，本可以达到很好的效果。但目前由于烘缸部的干网时而会跑偏等原因，操作工养成了不关闭气罩的坏习惯，造成了设备资源的浪费。目前车速低，所以觉得还影响不大，将来如果车速提高了以后，使用好气罩就显得很有必要。要把密闭气罩和袋通风用好，以下几方面应当注意：　　(1)加强风机、热交换器等设备的检查维护，确保工作正常。　　(2)经常清除空气滤袋的灰尘。　　(3)排除干网跑偏等各种不利因素，正常生产时一定要把气罩门关闭。4　改进蒸汽冷凝水系统4．1　我厂现有三段通汽系统存在的缺点　　(1)不利于单独控制各段烘缸的压力和用汽量，难以建立满足工艺要求的温度曲线。　　(2)每组背压较高，没有足够的压差使冷凝水顺利排出，容易造成烘缸积水。特别是断纸时烘缸压差变小，更容易积水。烘缸的严重积水，又可带来以下一系列副作用：　　①由于水的导热系数是铸铁烘缸壁的1/87，造成传热效率大幅度降低。　　②造成烘缸内各部位温度不均，常有局部过热现象，容易引起纸幅在烘缸部断头。　　③为了排除积水，常常要人为加大进汽压力，这样容易造成各段失衡，且常导致汽头过分受压而损坏，使汽头的维修量增大。　　④由于烘缸积水对虹吸管造成冲击作用，使虹吸管容易折断，造成维修量大大增加。　　⑤为了增大压差，排除烘缸积水，常要打开直排旁通阀。这样不但造成蒸汽损失，而且由于表面冷凝器、热水收集槽和真空泵等设备经不起如此大的热负荷冲击，容易引起系统紊乱和各种设备故障。　　(3)汽水分离器分离效果太差，造成以下后果：　　①二次蒸汽中往往带有大量的冷凝水，带到下段烘缸，影响下段烘缸的热效率，并造成下段烘缸大量积水。　　②汽水分离器压力较高，冷凝水在冷凝水泵内容易变成闪蒸蒸汽，难以抽出。　　(4)由于整个蒸汽冷凝水系统是串联逆向操作，使烘缸冷凝水难以排出，热平衡调节很缓慢，同时由于各段会互相干扰，当一个部位出现问题时，系统很难达到动态平衡，以致于QCS系统经常难以适应系统的较大变化，造成成纸的水分失控。4.2　热泵的应用　　现代较先进的蒸汽冷凝水系统，采用热泵作为烘缸排水的动力，二次蒸汽主要在本段内循环，从原理和本质上与原来的三段通汽有很大的区别，其热泵的作用意义也不同。它使三段通汽的许多弊病得以根本地解决。如美国GARDNER SYSTEM公司研究开发的热泵和蒸汽吹贯（BROW-THRU）控制技术（在福建青州纸厂新的牛皮纸板机采用，见图1），以及四川绵阳的海天测控公司的引射式烘缸供热系统，都是这一技术非常成功的应用。图1　GARDNER SYSTEM公司的热泵和蒸汽吹贯供热系统　　所谓蒸汽吹贯，是指利用控制汽水分离器出口管线上的孔板前后的压差，使一股相对稳定的蒸汽流在本组烘缸的进出口间形成回路。这股蒸汽流主要由从烘缸中排出的未冷凝蒸汽和从汽水分离器中闪蒸出来的二次蒸汽组成，称为吹贯蒸汽。该系统的主要特点是：　　(1)烘缸内冷凝水排出的动力主要不是靠压差，而是靠吹贯蒸汽。这样当烘缸压力和压差在很低的情况下（例如断纸时），烘缸内的冷凝水可以照常顺畅地排出，而不必打开排空阀。　　(2)二次蒸汽主要在本段内循环，各段之间不会互相干扰。控制也比较简单，就象一个单段通汽独立控制。　　该系统的工作原理是：通过控制孔板前后的压差，从而控制流经孔板吹贯蒸汽的动压头。此动压头是控制吹贯蒸汽携带冷凝水量的关键。从下面气体的孔板流量计算式中可看出，当压差设定值(Pa－Pb)为一个常数时，吹贯蒸汽的流量V是随着蒸汽密度ρm的平方根而变化。而烘缸内的冷凝率，基本上也是蒸汽密度平方根的函数。因此在任何烘缸压力之下，吹贯蒸汽流量与冷凝率都保持着一个固定的百分比。当冷凝率升高时，吹贯蒸汽的流量自动地升高；当纸机断纸时，冷凝率降低，吹贯的流量也自动地降低。　　V=C0A0ε 2(Pa－Pb)/ρm式中：V—流量　　　C0—流量系数　　　A0—孔板小孔截面积　　　ε—气体膨胀系数　　　Pa－Pb—孔板前后压差　　　ρm—气体密度　　如果采用烘缸组进出口压差来控制，情况则不同：当低压力或断纸时，为了保持压差值，吹贯蒸汽的流量将以指数倍增加，这时就必须把排汽阀打开。如图2的流程，当压差值低于设定值时，将自动打开通往下一段的控制阀，通过真空泵的抽吸力继续维持必要的压差值。借此机会，还能排除烘缸内的不冷凝气体。因此，这种流程也是可以的。　　蒸汽来源可以有两种：一种是低压蒸汽直接用于烘缸进汽，另一种是高压蒸汽用于运行热泵，控制热泵孔板前后的压差。在使用蒸汽压力较低的纸机，也可以只用一种蒸汽源(如图2的流程)，但总管压力必须保证比干燥部用汽压力高50%以上。否则运行热泵用的蒸汽量将超过吹贯蒸汽量的两倍以上，如此大量的蒸汽超过烘缸组所需的蒸汽，将造成压力控制上的困难。〓〓该系统的关键设备：热泵、汽水分离器、虹吸管等。图2　海天测控公司的引射器供热系统图3　自带调节器的热泵　热泵是用来将吹贯蒸汽再压缩而送回原烘缸组的有效装置。其构造有两种：一种本身带有控制阀(如图3所示)；也可以由一次蒸汽入口管线上的控制阀控制(图4)。其喷嘴和喉口的尺寸必须根据烘缸组的压力和负载精确计算后得出。设计喉口的尺寸，需要考虑在烘缸压力最低时能处理大量混合蒸汽流体的容积；而设计喷嘴尺寸，则需要考虑其在烘缸压力最高时能提供足够的能量以做最大的压缩功。一般，喉口的直径不超过热泵出口直径的47%。否则，太小了，低压蒸汽抽吸量降低造成“阻塞”现象，在控制上称为“负增益”；太大了，当烘缸压力最高时，蒸汽的密度和速度最大，因而流体的容积不会将喉口充满，蒸汽流则会因“乱流冲击损失”而造成热泵表现不佳。喷嘴过大，将在控制回路中带来过高的增益及许多其它的问题。图4　引射泵1-喷嘴 2-接受室 3-扩散室 4-混合室　图5　挠流棒　　汽水分离器的设计也是必须讲究的。一般的吹贯蒸汽携带300%～400%的雾状冷凝水，以超过1000m/min的速度进入汽水分离器。使用老式的汽水分离器不能将汽水很好地分离，必将使大量的水重新经过热泵进入烘缸，同时会造成对热泵喉口的侵蚀及其它许多问题。因此高效率的汽水分离器对热泵系统的操作是非常重要的。设计汽水分离器时必须根据该段烘缸负荷，即用汽量、用汽压力、吹贯蒸汽流量、流速及冷凝水量等参数进行精确计算。　　根据山东太阳纸业公司及浙江景兴纸业公司等的使用结果，采用海天测控公司的引射器供热系统后，吨纸蒸汽消耗可降低15%。　　国外有一台幅宽6500mm的纸机，抄造127g/m2瓦楞芯纸，使用GARDNER SYSTEM公司的热泵和蒸汽吹贯系统后，车速从650m/min增加到880m/min，蒸汽消耗量增加非常少。5　改进虹吸管的形式　　虹吸管有旋转式、固定式等各种各样，每种都有一定的适用范围。选用时要根据纸种、纸机车速、冷凝水量的多少等为依据。　　我厂现有的虹吸管随二手机而来，为旋转式虹吸管。这种虹吸管在1000m/min以下车速时仍是适用的，但纸机车速在1000m/min以上时，则最好选用固定式虹吸管。因为，当车速较高时，旋转式虹吸管旋转时产生的离心力与冷凝水排出的方向相反，产生排水阻力。所以高速纸机选用固定式虹吸管为宜。　　虹吸管与烘缸壁的距离决定着水环的厚度。距离越小，水环则越薄，热效率就越高。虹吸管的口径也必须根据冷凝水量的多少而计算得出。6　挠流棒的使用　　挠流棒使高速纸机烘缸内壁的冷凝水环产生湍流，从而提高烘缸壁的热传递效率。　　当车速较低时，冷凝水环在烘缸内壁会自然摆动，产生湍流。随着车速的提高，冷凝水环在烘缸内壁的摆动和湍动也越来越小。密实的冷凝水环对热传递形成了强大阻力，这时若使用挠流棒，就可以破坏水环，使水不断地湍动，可以有效地提高热传递效果。约翰逊公司的挠流棒在烘缸内安装如图5。在不同的车速下挠流棒的使用效果：纸机车速(m/min)干燥能力提高(%)30～5000500～6003～8600～10005～101000～12008～157　结 语　　要提高车速，首先应把现有的设备使用好。最大限度地降低进烘缸的水分，正确使用袋通风和密闭气罩。　　新式的热泵控制技术克服了三段通汽的许多不足，可以非常有效地提高干燥能力，降低蒸汽消耗，改善操作条件，便于各组烘缸单独调节，使干燥温度曲线符合工艺要求。　　虹吸管的合理选用也是很重要的，要根据纸种、纸机车速、冷凝水量的多少等选用不同类型、不同口径的虹吸管。　　挠流棒在车速较高的纸机上使用，可以破坏水环，提高传热效率。车速越高，效果越好。　　上述的各种方法可以根据实际的干燥能力与所需的能力差距，逐步选用。改善蒸汽冷凝水系统对提高干燥能力、生产控制和节能都是比较有利的，在改造时可以优先考虑。虹吸管和挠流棒，则可在统一设计之下根据需要逐步更换。