高速卫生纸机气罩的节能优化设计方案

夏吉瑞 山东信和造纸工程股份有限公司

夏雷之 山东工程技师学院

张凤玉 聊城市技师学院

随着国家对环保工作的高度重视，很多生活用纸企业已经严格禁用燃煤锅炉，取而代之的是燃气锅炉，造成生产成本增加。纸幅经过真空托辊后的干度36%～40%，气罩和扬克烘缸在卫生纸机中是蒸汽消耗的主要部位（图1），气罩和烘缸相比，气罩系统消耗蒸汽的量比较大，优化气罩及其外循环是节约蒸汽的关键。

气罩是利用高温、高速气流通过内部吹风箱吹到湿纸幅上，属于射流传热。气流喷射打破了纸幅的空气分界层，产生了高效热交换，热转移通常由强制对流产生。影响热交换系数的主要参数是：（1）喷射温度；（2）喷射速度；（3）喷射孔形状及布局；（4）喷射湿度。通常使用的是130℃以上的饱和蒸汽，如何使用和发挥好饱和蒸汽的作用是提升气罩效率的关键。

图1 卫生纸机干燥部的构造

1 气罩吹风箱的设计

吹风箱与烘缸间距，一般选取15～20mm，实践证明，传热系数随其间距增大而急剧下降。吹汽孔为圆形冲孔，这样的冲孔风阻较小，孔径大多为5～8mm，冲击速度为50～90m/s，孔为三角形布局，这种布局传热效果比较好（图2）。为了保持吹风箱的刚度，箱板厚度一般在3mm以上。

图2 吹风箱吹汽孔的布局

2 气罩的吹风宽度

吹风宽度太宽，纸幅边缘干，纸边太热，易断纸，由于受到中高的影响，全幅横向定量水分会产生问题；吹风宽度太窄，纸幅边缘湿，加剧了刮刀片和扬克缸边缘的磨损，烘缸边缘喷涂化学品控制容易产生问题。一般气罩吹风宽度等于扬克缸上的纸幅宽度（图3）。

图3 气罩吹风宽度

3 气罩的外循环系统

气罩是由并联的、相互独立的、带有热回收系统的两个高温高速热风罩组成，是运用了对流干燥的原理，来强化传热效果的高效干燥装置。根据纸幅的干度情况两部分压入的热空气温度不同，后面的部分温度相对较低。热风罩用管材和型钢构成骨架，用不锈钢板和隔热材料制成外壳。干部和湿部有各自独立的循环风系统，但相互连接。循环风从气罩排风口排出，经风机、蒸汽热交换器后返回气罩进风端。循环风机的电机速度控制风量和吹风速度。热风温度由进入热交换器的蒸汽流量来控制。当气罩张开时，相应降低循环风机转速。

现今气罩的外循环完全依赖乏汽和冷凝水加热进风，尽量避免使用新鲜蒸汽加热（图4）。另外，如果真空系统使用透平风机，透平风机能释放90～110℃热风，这部分热风也进入热回收系统用来加热进风。

图4 2850/1500卫生纸机气罩外循环流程

图5 蒸汽冷凝水系统

湿端排气时，如果湿度大有滴水现象，原则上都排掉；如果干度大一些，可以回流1/4，其余3/4排掉。

干端、湿端回路上装有平衡管，平衡管路上设有气动阀门，有效地控制湿气排除的量。

进风经过热回收后温度大约有60～70℃，然后再经过冷凝水加热器（用最后一个闪蒸罐出来的冷凝水），温度上升至100℃左右，再各自进入干、湿端循环风，用从烘缸出来的乏汽经第一个闪蒸罐分离出的高压蒸汽进入干、湿端加热器，把进风加热到130℃以上，通过吹风箱喷射到纸页上（图5）。

气罩的热风系统和烘缸的蒸汽冷凝水系统紧密相连，烘缸用新鲜蒸汽，气罩利用其乏汽，从而实现蒸汽及其余热利用的平衡。

在引纸和清理缸面时，气罩可从缸面缩回大约 200mm,且每一部分气罩都有一个人孔，工人可进入气罩内部每个角落进行清理及维修工作。气罩顶部的设计也考虑到了方便维修的问题。

4 结语

由于以上特殊的设计已把热量损失降到了最小限度，所以气罩里每一处表面都能保持干燥和高温。气罩的结构设计也已详尽地考虑到热膨胀问题。要不断地优化热风系统的设计，减少热损失，争取创造最大的节能效果。