基於尾汽流量控制及熱泵技術的生活用紙單缸紙機的製作方法

2023-10-05 19:54:39

專利名稱：基於尾汽流量控制及熱泵技術的生活用紙單缸紙機的製作方法
技術領域：
本發明屬於造紙設備技術領域，具體涉及一種基於尾汽流量控制及熱泵技術的生活用紙單缸紙機。
背景技術：
在造紙領域，低克重生活用紙，主要指的是克重 範圍在ll_15g/m2的紙張，由於克重很低，所以紙張容易被烘乾，所以往往此類紙機僅配置I個直徑在2500mm、幅寬在2000mm左右的烘缸就可以實現對紙張的乾燥。在我國存在著大量此類單缸紙機車速在300m/min以下的低克重低車速生活用紙紙機，每日單臺機生產生活用紙的產能僅為5-6噸紙/天。此類紙機普遍採用疏水閥來排放蒸汽乾燥紙張過程當中在烘缸產生的冷凝水，有些甚至是直接排放，造成了巨大的蒸汽資源浪費，使得生產一噸此類低克重生活用紙的蒸汽消耗量在4. 8-5. 5噸蒸汽/天，夏季稍低冬季較高。經過我們利用尾汽流量控制熱泵技術應於實際的單機改造後，將一臺日產量在5噸左右的單缸紙機的噸紙氣耗由5. 5噸/天降低至3. 5噸/天，相當於每日減少了 10噸/天的蒸汽消耗，一噸蒸汽的生產成本以150元/噸計，所以單臺機每日即可減少蒸汽消耗價值1500元，一年如果按照340天生產計算，單臺機就可以節約生產成本51萬元。傳統單缸紙機蒸汽系統配置形式如下圖I所示，此類蒸汽系統配置存在如下幾個問題，造成蒸汽消耗很高，總結如下
I、此類蒸汽系統往往採用通過觀測蒸汽進氣壓力管路上面設置的壓力表，手動調節進氣閥門來調節進入烘缸的蒸汽的量的多少。造紙廠整體用氣並不是一個穩定的狀況，整廠用氣量低的時候蒸汽來氣壓力較高，整廠用氣量高的時候蒸汽來氣壓力較低，所以用氣壓力始終是處在一個波動的狀態，無法預知也不能控制，所以通過手閥調節進氣壓力顯然無法滿足恆定的乾燥能力，造成紙張水分變化過大，有時甚至因為來氣壓力降低過多，沒來得及開大進氣閥門而造成紙張無法烘乾而斷紙。2、採用疏水閥排水無法妥善解決疏水閥洩漏量大、不凝結氣體容易在烘缸內累計的問題。熱動力式的疏水閥不帶排不凝氣裝置，造成不凝結氣體會在烘缸內累計，造成烘缸熱效率的降低，同時會在疏水閥上部聚集形成氣堵現場而無法排水。浮球式的疏水閥內部帶有一個雙金屬的排氣口，使用時間一長發生故障的概率極大，很快就變成常開狀態，增大了蒸汽洩漏量。3、對烘缸熱傳遞效率有幾個主要的影響因素烘缸的壁厚、烘缸表面的清潔程度，還有就是烘缸內的冷凝水的多少等。這幾個主要影響因素當中，影響最大的就是烘缸內的冷凝水的多少，冷凝水越多，烘缸內熱傳遞傳效率就越低。傳統單缸紙機蒸汽系統的設計無法滿足及時暢通的排水要求，導致烘缸內冷凝水過多，而大大降低了熱傳遞效率增加蒸汽的使用量。因為傳統蒸汽系統設計當中是通過疏水閥來排水的，而疏水閥排水能力是固定的無法應對烘缸內冷凝水產生量的變化情況。由於疏水閥的排水能力受到疏水閥尺寸的限制，排水量越大需要的開啟壓差越大，同時排水量越大蒸汽的洩漏量也會越大，所以在在選擇疏水閥的時候不會無限制的放大排水量，選型確定之後，疏水閥的排水量就是一個固定的數值，也就意味著排水能力一定。在紙張乾燥過程當中，受到紙張幹度變化、蒸汽進氣壓力波動等因素的影響，往往烘缸的進氣壓力是處在一個不斷變化的情況之下。操作壓力變化的時候，烘缸內的冷凝水產生量的變化不是等比例的，而是成倍的增長。如圖2所示，當操作壓力從I. 7 bar增加到2. Ibar的瞬間，烘缸內產生的冷凝水量從O. 5m3,瞬間增加到I m3左右。當操作壓力從I. 7 bar增加到2. 7bar的瞬間，烘缸內產量的冷凝水量會從O. 5m3,瞬間增加到2m3左右。如果這些瞬間增加的冷凝水可以被及時排出的話，大約在4分鐘之後烘缸內在新的操作壓力之下達到一個新的熱平衡狀態的時候，冷凝水的產生量又會趨於穩定，只是比I. 7bar時略高。因為當烘缸處於I. 7bar進氣壓力之下，烘缸處於一個熱平衡的狀態，當紙張幹度不夠，我們要提高烘缸進氣壓力進而提高烘缸表面溫度，我們首先需要通入大量的蒸汽來加熱烘缸這個大鑄鐵，當烘缸的溫度加熱 到我們所需要的溫度之後才可以把熱量帶給紙張，烘缸升溫的過程是相對比較快的，所以會瞬間產生數倍的冷凝水，待烘缸表面溫度穩定在新的操作壓力之下的時候，冷凝水的產生才會趨於平穩。所以烘缸進氣壓力變化的時候產生的冷凝水成幾何數級變化的，疏水閥固定的排水能力顯然無法應對此種情況，最終會導致冷凝水排放不暢而降低了烘缸內的熱效率，增加了蒸汽的消耗。4、疏水閥由於經常排水不暢造成紙張烘不幹，需要打開放空閥排水，放空閥一開會將烘缸內的水帶出來的同時也會帶出大量的新鮮蒸汽，這些蒸汽全部都會被排至大氣而浪費。5、從烘缸中經過疏水閥排放出來的冷凝水溫度均在120以上，這些熱量沒有被充分的利用而直接被收集至敞口的冷凝水收集裝置，由於壓力降低，在大氣壓的作用下發生閃蒸，這些閃蒸蒸汽和疏水閥或者排空閥洩露出來的尾汽就會排放到大氣當中，造成相當的能量浪費。總結如上幾個問題，現有技術生活用紙單缸紙機最需要問題主要有兩個，一個是解決烘缸的排水問題，另一個是解決隨著冷凝水一起排出來的尾汽和閃蒸蒸汽的回用。如果在解決這兩個主要問題的基礎之上，能同時解決系統內不凝氣體的排放、冷凝水中殘餘熱量的回用，就可以最大限度的降低此類紙機的蒸汽消耗，達到最大限度的節能降耗。

發明內容
本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種基於尾汽流量控制熱泵技術的生活用紙單缸紙機，
本發明的技術路線是
基於尾汽流量控制及熱泵技術的生活用紙單缸紙機，包括主烘缸和控制系統，其特徵在於所述主烘缸連接一個氣液分離器，經氣液分離器分離出的尾汽流經一個流量檢測裝置後被可調熱泵壓縮後返回主烘缸再利用，所述可調熱泵主要由移動裝置、噴嘴，閥芯、喉結、釋放器、尾汽吸入端和中高壓蒸汽吸入端組成，閥芯的上部連通中高壓蒸氣吸入端，下部連通尾汽吸入端，前端連接噴嘴，後端與移動裝置相連，中高壓蒸汽從中高壓蒸氣吸入端進入閥芯後經由噴嘴噴射而出，同時中高壓蒸汽的噴射在噴嘴出口處形成的負壓抽吸尾汽吸入端的尾汽，中高壓蒸汽和尾汽在喉結當中壓縮，然後通過釋放器增大壓力後從出口當中排出。所述氣液分離器與尾汽流量檢測裝置之間的管道上設有一個不凝結氣體排放裝置，內含感溫元件感知溫度來決定該排放裝置的啟閉。所述氣液分離器分離出的熱水經管道進 入一個用於熱能再利用的換熱器。所述控制系統主要包括以下部分
壓力控制迴路由控制閥和壓力變送器組成，用於調節進入烘缸的蒸汽壓力；
壓差顯示及防空迴路由控制閥和壓差變送器組成，自動狀態下主要用於顯示烘缸的進出口壓差，同時檢測壓力控制迴路的高限報警信號，一旦操作壓力超高則控制閥自動打開釋放壓力，保護烘缸安裝；手動狀態下主要用於開機暖缸時排出空氣；
尾汽流量比率控制迴路由可調熱泵、尾汽流量檢測孔板、及壓差變送器組成，尾汽流量孔板檢測出來的數據通過壓差變送器轉換為4-20mA信號輸入DPIC控制器，進而調節熱泵維持設定的尾汽的流量；
液位控制迴路由控制閥以及磁翻板液位計上配的液位變送器組成，通過調節控制閥來維持汽水分離器液位恆定。一種生活用紙單缸紙機蒸汽再循環方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 步驟一低壓蒸汽通入主烘缸，把熱量傳遞給溼紙張，變成冷凝水和為做熱交換的蒸汽
通過虹吸裝置排除主烘缸外，進入一個氣液分離器進行氣液分離；
步驟二 步驟一種分離出的尾汽流經一個流量檢測裝置後被可調熱泵壓縮後回到主烘缸再利用。改造單缸紙機蒸汽系統用到的關鍵設備是可調熱泵，首先介紹一下可調熱泵概念和在系統當中的作用。可調熱泵的構造圖如圖3所示，可調熱泵包含的主要部分有移動裝置、噴嘴，閥芯、喉結、釋放器、尾汽吸入端和中高壓蒸汽吸入端。熱泵通過接受電信號來調節移動裝置，移動裝置與閥芯相連，通過改變閥芯與噴嘴之間的間隙來調節中/高壓蒸汽的引入量。當中/高壓蒸汽高速的從噴嘴當中噴射而出之後，會在噴嘴的出口部分形成一個負壓，對尾汽有一個抽吸作用。少量的中/高壓蒸汽與尾汽在後端的喉結當中壓縮，然後通過釋放器增大壓力後從出口當中排出。所以可調熱泵可以實現上述兩個作用
1、通過高能量的中/高壓蒸汽來提升尾汽的操作壓力；
2、文丘裡現象的作用下，噴嘴的背壓處會形成一個負壓，負壓會對尾汽有強烈抽吸作用。本發明的技術路線圖如圖4所示，低壓蒸汽通入主烘缸，把熱量傳遞給溼的紙張，變成冷凝水。冷凝水和一部分未做熱交換的蒸汽通過虹吸裝置排出烘缸之外，進入氣液分離器進行分離。分離出來的蒸汽，我們稱之為「尾汽」，尾汽流經一個流量檢測裝置後被熱泵壓縮後回到主烘缸再利用。在尾汽流經的管道上面設置一個不凝結氣體排放裝置，原理裝置內部有感溫元件，根據溫度的不同來選擇是打開還是關閉，當不凝氣積存在不凝結氣體排放裝置周圍時候，溫度降低，則打開；待不凝結氣體排出之後蒸汽補充過來，溫度上升則關閉。可調熱泵需要使用少量的中/高壓蒸汽作為壓縮尾汽的動力源，同時可調熱泵的開大和關小是根據尾汽流量檢測裝置給予的信號來調節的。氣液分離器中排出的熱水可以首先經過一個小的換熱裝置，交換一些熱水衝洗毛毯，提高毛毯的溫度或者交換一些熱的空氣來吹一下網毯部分的溼氣，有助於提高幹燥效率。經過上述改造之後，可調熱泵可以將烘缸內排出的尾汽全部壓縮回用，同時可調熱泵對尾汽的抽吸作用會增大排水壓差，排水壓差是烘缸冷凝水排放的動力，壓差越大，冷凝水排放效果越好。排水壓差也不能過大，過大的排水壓差會導致隨著冷凝水排放帶出來大量的尾汽，壓縮大量的尾汽需要更大量的中/高壓蒸汽而造成浪費。所以我們需要將尾汽經過一個流量檢測裝置，選擇一個合適的流量比率，即可以保證尾汽全部被壓縮回用，又可以提供足夠的壓差動力來保證順暢的排放冷凝水。烘缸內的冷凝水順暢的排放出來，可以保證烘缸內的冷凝水儘可能的少，蒸汽通入烘缸之後的使用效率會儘可能的高，降低蒸汽的使用量。


圖I為現有技術單缸紙機配置示意圖。

圖2為冷凝水量與啟動時間關係圖。圖3為本發明可調熱泵結構示意圖。圖4為本發明單缸紙機配置示意圖。圖5為本發明單缸紙機系統配置流程圖，其中，圖2從上至下第一根曲線表示操作壓力從I. 7升至2. 7 Bar ;第二根曲線表示表示操作壓力從I. 7升至2. I Bar ;第三根曲線表不操作壓力穩定在I· 7 Bar。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做進一步的描述。如圖4和圖5所示，單缸衛生紙機的主幹燥部件為一個烘缸5，蒸汽系統配置有一根中/高壓蒸汽管路1，中/高壓蒸汽通過壓力變送器3檢測烘缸進氣總管路4上面的壓力，並通過控制閥2來調節進入烘缸5的操作壓力。進入烘缸的蒸汽經過熱交換，變成冷凝水，冷凝水在烘缸5進出口壓差的作用下通過虹吸器6排出烘缸之外，進出口壓差由壓差變送器25檢測，壓差變送器通過導壓管37取壓。從烘缸5內排出的尾汽和冷凝水的混合物通過排水總管7進入汽水分離器8。汽水分離器上面安裝有壓力表9以及磁翻板液位計10，磁翻板液位計10可以通過內部帶有的液位變送器11輸出至控制系統。汽水分離器分離出來的尾汽通過管路18，在經過流量檢測孔板21後，進入可調式熱泵的低壓吸入口，在尾汽進入低壓吸入口之前安裝有一個單向閥26。中/高壓蒸汽接入可調熱泵的高壓吸入口，中/高壓蒸汽將汽水分離器分離出來的尾汽壓縮後排出，壓縮後的尾汽經過一個安全閥29後通過管道30回到烘缸5內再次回用。汽水分離器分離出來的冷凝水經過排水管12後進入換熱器15。排水管12上面設有控制閥13，可根據汽水分離器8的液位來調節排水能力。冷凝水進入熱交換器15後，可與帶壓的空氣或者冷水做熱交換，溫度降低後的冷凝水從管道14排至冷凝水收集區。低溫帶壓的空氣或者冷水經過管道16進入換熱器，加熱之後的帶壓的熱空氣或者熱水經過管道17排出，熱空氣可用於吹走毛毯上面的水霧；熱水可以用於清潔成型網或者用於紙漿，提高成型網或者紙漿的溫度有助於節約能源。
可調熱泵主要由移動裝置50、噴嘴53，閥芯52、喉結55、釋放器56、尾汽吸入端52和中高壓蒸汽吸入端51組成，閥芯52的上部連通中高壓蒸氣吸入端51，下部連通尾汽吸入端51，前端連接噴嘴53，後端與移動裝置50相連，中高壓蒸汽從中高壓蒸氣吸入端51進入閥芯52後經由噴嘴53噴射而出，同時中高壓蒸汽的噴射在噴嘴53出口處形成的負壓抽吸尾汽吸入端52的尾汽，中高壓蒸汽和尾汽在喉結55當中壓縮，然後通過釋放器56增大壓力後從出口 57當中排出。控制部分說明
整個紙機控制系統主要包括4個控制及顯示迴路
1、PIC壓力控制迴路34 :由控制閥2和壓力變送器3 組成，用於調節進入烘缸的蒸汽壓力。2、DPI壓差顯示及放空迴路33 :由控制閥23和壓差變送器25組成，自動狀態下主要用於顯示烘缸的進出口壓差，同時檢測Pic壓力控制迴路的高限報警信號35，一旦操作壓力超高則控制閥23自動打開釋放壓力，保護烘缸安裝。手動狀態下主要用於開機暖缸時排出空氣用。3、DPIC尾汽流量比率控制32 :由可調熱泵28、尾汽流量檢測孔板21、及壓差變送器22組成。尾汽流量孔板21檢測出來的數據通過壓差變送器22轉換為4-20mA信號輸入DPIC控制器，進而調節熱泵維持設定的尾汽的流量。4、LIC液位控制迴路35 由控制閥13以及磁翻板液位計上配的液位變送器11組成。通過調節控制閥來維持汽水分離器液位恆定。由於低速單缸紙機配置低，往往並不帶有控制系統，所以出於功能性價比因素考慮，我們選擇4塊人工智慧調節器(PID單表)來實現4個控制迴路的自動控制。並把4塊人工智慧調節器整合到一個控制箱31內集中安裝、供電。人工智慧調節器可以實現手/自動兩種控制狀態的轉換，操作十分方便。經過如上的改造之後，單缸紙機的蒸汽系統具有以下新的特點
I、增加了自動控制，可代替人工做操，減少人工工作量。同時自控可以使烘缸進氣壓力平穩，可以克服外來氣源壓力的波動，充分保證成紙乾燥質量。2、冷凝水排放順暢，且整個系統具有可調節的排水能力，隨時根據烘缸內的冷凝水的多少來調節排水壓差。3、從烘缸內排出的尾汽可以再次循環回用到系統當中使用，降低蒸汽消耗。4、增加不凝氣體排放單元，保證系統當中無不凝氣體累計，提高烘缸熱交換的傳熱效率。5、排放的高溫冷凝水可以通過熱風或者熱水回收部分熱量，用於降低單缸紙機其他部分的能源消耗。6、烘缸排水順暢可以獲得最高的熱傳效率，提高紙機乾燥能力，降低烘缸傳動負荷、減少虹吸器損壞概率，為提聞廣量創造條件。因此，應用於低速單缸生活用紙紙機的尾汽循環熱泵控制系統設計原理先進，是在客服了原有蒸汽冷凝水系統所有弊病的情況下發明的，具備本文中介紹的許多優點。在設備投資增加不多的情況下，可大幅降低企業的生產成本，最大限度的增加企業的利潤空間。
權利要求
1.基於尾汽流量控制及熱泵技術的生活用紙單缸紙機，包括主烘缸和控制系統，其特徵在於所述主烘缸連接一個氣液分離器，經氣液分離器分離出的尾汽流經一個流量檢測裝置後被可調熱泵壓縮後返回主烘缸再利用，所述可調熱泵主要由移動裝置、噴嘴，閥芯、喉結、釋放器、尾汽吸入端和中高壓蒸汽吸入端組成，閥芯的上部連通中高壓蒸氣吸入端，下部連通尾汽吸入端，前端連接噴嘴，後端與移動裝置相連，中高壓蒸汽從中高壓蒸氣吸入端進入閥芯後經由噴嘴噴射而出，同時中高壓蒸汽的噴射在噴嘴出口處形成的負壓抽吸尾汽吸入端的尾汽，中高壓蒸汽和尾汽在喉結當中壓縮，然後通過釋放器增大壓力後從出口當中排出。
2.根據權利要求I所述的基於尾汽流量控制及熱泵技術的生活用紙單缸紙機，其特徵 在於所述氣液分離器與尾汽流量檢測裝置之間的管道上設有一個不凝結氣體排放裝置，內含感溫元件感知溫度來決定該排放裝置的啟閉。
3.根據權利要求I所述的基於尾汽流量控制及熱泵技術的生活用紙單缸紙機，其特徵在於所述氣液分離器分離出的熱水經管道進入一個用於熱能再利用的換熱器。
4.根據權利要求I所述的基於尾汽流量控制及熱泵技術的生活用紙單缸紙機，其特徵在於所述控制系統主要包括以下部分 壓力控制迴路由控制閥和壓力變送器組成，用於調節進入烘缸的蒸汽壓力； 壓差顯示及防空迴路由控制閥和壓差變送器組成，自動狀態下主要用於顯示烘缸的進出口壓差，同時檢測壓力控制迴路的高限報警信號，一旦操作壓力超高則控制閥自動打開釋放壓力，保護烘缸安裝；手動狀態下主要用於開機暖缸時排出空氣； 尾汽流量比率控制迴路由可調熱泵、尾汽流量檢測孔板、及壓差變送器組成，尾汽流量孔板檢測出來的數據通過壓差變送器轉換為4-20mA信號輸入DPIC控制器，進而調節熱泵維持設定的尾汽的流量； 液位控制迴路由控制閥以及磁翻板液位計上配的液位變送器組成，通過調節控制閥來維持汽水分離器液位恆定。
5.一種生活用紙單缸紙機蒸汽再循環方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 步驟一低壓蒸汽通入主烘缸，把熱量傳遞給溼紙張，變成冷凝水和為做熱交換的蒸汽通過虹吸裝置排除主烘缸外，進入一個氣液分離器進行氣液分離； 步驟二 步驟一種分離出的尾汽流經一個流量檢測裝置後被可調熱泵壓縮後回到主烘缸再利用。
全文摘要
本發明屬於造紙設備技術領域，具體涉及一種基於尾汽流量控制熱泵技術的生活用紙單缸紙機。包括主烘缸和控制系統，其特徵在於所述主烘缸連接一個氣液分離器，經氣液分離器分離出的尾汽流經一個流量檢測裝置後被可調熱泵壓縮後返回主烘缸再利用，所述可調熱泵主要由移動裝置、噴嘴，閥芯、喉結、釋放器、尾汽吸入端和中高壓蒸汽吸入端組成，閥芯的上部連通中高壓蒸氣吸入端，下部連通尾汽吸入端，前端連接噴嘴，後端與移動裝置相連，中高壓蒸汽從中高壓蒸氣吸入端進入閥芯後經由噴嘴噴射而出，同時中高壓蒸汽的噴射在噴嘴出口處形成的負壓抽吸尾汽吸入端的尾汽，中高壓蒸汽和尾汽在喉結當中壓縮，然後通過釋放器增大壓力後從出口當中排出。本發明是解決了烘缸的排水問題，另一個是解決了隨著冷凝水一起排出來的尾汽和閃蒸蒸汽的回用問題。
文檔編號G05D7/06GK102787526SQ201210236329
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者李永華, 王子坤 申請人:李永華, 王子坤