【中國傳動(dòng)網(wǎng) 技術(shù)前沿】 近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國造紙業(yè)產(chǎn)能逐年增加，據(jù)中國造紙協(xié)會(huì)調(diào)查資料，2017年全國紙及紙板生產(chǎn)量已達(dá)11130萬噸，隨著國際和國內(nèi)市場競爭的加劇以及能源緊缺的情況下，造紙企業(yè)都在努力探索著提高產(chǎn)能和效率以及降低生產(chǎn)成本的方法，而紙機(jī)干燥部中的蒸汽冷凝水系統(tǒng)是一個(gè)非常重要但又常常被大多數(shù)紙廠所忽略的系統(tǒng)，紙機(jī)各部位脫水率和脫水成本的關(guān)系參見圖1，干燥部脫水率僅為紙機(jī)總脫水率的1%，但脫水成本卻高達(dá)78%，因此干燥部節(jié)能潛力巨大。本文主要介紹應(yīng)用吹通蒸汽控制技術(shù)的原理和特點(diǎn)，以及應(yīng)用吹通蒸汽控制技術(shù)的熱泵系統(tǒng)改造傳統(tǒng)多段通氣系統(tǒng)后的節(jié)能效果，以供造紙同行借鑒。

圖1,紙機(jī)各部位脫水率和脫水成本的關(guān)系

1.多段通氣系統(tǒng)運(yùn)行的局限性

多段通氣系統(tǒng)屬于被動(dòng)式蒸汽串聯(lián)系統(tǒng)，高溫段的冷凝水經(jīng)過汽水分離器分離后的閃蒸汽進(jìn)入中溫段使用，中溫段的閃蒸汽送到低溫段進(jìn)行使用，不足的蒸汽通過新鮮蒸汽閥門進(jìn)行補(bǔ)充，低溫段的閃蒸汽一般進(jìn)入由表面冷凝器以及真空泵構(gòu)成的真空系統(tǒng)進(jìn)行換熱進(jìn)而形成真空，各組之間需保持一定的壓差方可實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。雖然現(xiàn)代多段通氣系統(tǒng)各組配備了具有分層控制邏輯的壓差控制閥以及多種控制邏輯，但由于系統(tǒng)自身的原理特性，在運(yùn)行時(shí)仍然有如下的問題以及局限性：

1.1傳統(tǒng)的固定壓差控制方式意味著虹吸管固定的排水速率，系統(tǒng)不能自動(dòng)響應(yīng)紙張透氣度以及網(wǎng)壓部脫水變化導(dǎo)致紙張進(jìn)缸干度的變化情況，一旦紙張進(jìn)缸干度降低，烘缸進(jìn)汽上升引起冷凝水增多，固定壓差控制方式極易造成烘缸積水以及淹缸等問題。

1.2當(dāng)紙機(jī)斷紙時(shí)，由于烘缸表面濕紙幅的脫離引起缸內(nèi)冷凝水量的急劇下降，由于壓差下降，傳統(tǒng)的壓差控制方式會(huì)將各組壓差排空閥全部打開排放至表面冷凝器造成蒸汽的浪費(fèi)，直到重新引紙成功排空閥才會(huì)關(guān)閉。

1.3新紙機(jī)開機(jī)調(diào)試以及斷紙后重新引紙前，各組烘缸進(jìn)汽壓力較低，無法保持段間壓差，進(jìn)而造成排空閥打開蒸汽浪費(fèi)以及烘缸積水等問題。

1.4紙機(jī)烘干能力無法達(dá)到最大化。

2.吹通蒸汽控制的理論基礎(chǔ)

為了避免傳統(tǒng)壓差控制方式多段通氣系統(tǒng)的局限性，我們提出了采用吹通蒸汽控制方式的可調(diào)熱泵系統(tǒng)，流程圖參見圖2。

圖2,采用吹通蒸汽控制方式的可調(diào)熱泵系統(tǒng)流程圖

2.1吹通蒸汽的概念

蒸汽通入烘缸內(nèi)，一部分冷凝，另有一部分未冷凝，此部分未冷凝的蒸汽稱之為吹通蒸汽，它是冷凝水的載體，在烘缸內(nèi)與冷凝水混合成兩相流體，降低冷凝水的密度，具有冷凝水“運(yùn)輸機(jī)”的作用，同時(shí)也是烘缸的排水動(dòng)力。烘缸虹吸管內(nèi)排水示意圖參見圖3。

圖3，烘缸虹吸管內(nèi)排水示意圖

2.2虹吸管特性

不論蒸汽在任何壓力下或是何種形式的虹吸管，虹吸管的工作表現(xiàn)和吹通蒸汽流的百分比有直接的關(guān)系。

2.3吹通蒸汽控制原理

吹通蒸汽控制是把烘缸組排出的汽水混合物通入高效率汽水分離器，分離出的尾氣（由吹通蒸汽和二次閃蒸蒸汽組成）經(jīng)過一個(gè)流量孔板檢測裝置后，再通過可調(diào)式熱泵壓縮后回到本烘缸組繼續(xù)使用。

由孔板流量計(jì)算公式得知，當(dāng)孔板前后的壓差設(shè)定值固定時(shí)，吹通蒸汽的流量是與蒸汽密度的平方根成比例關(guān)系。由大量實(shí)驗(yàn)得知：烘缸內(nèi)的冷凝速率也與蒸汽密度平方根成比例關(guān)系。同時(shí)由于虹吸管自身的特性，因此，在正常操作狀況之下，保持烘缸組尾氣對(duì)烘缸組冷凝速率的比值為一個(gè)固定的值即可以實(shí)現(xiàn)烘缸可靠順暢的排水。

采用吹通蒸汽控制方式的熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢在于將整個(gè)烘干部在所有的操作條件及速度之下，提供可靠的冷凝水排放并具有最大的熱傳導(dǎo)效率以及蒸汽使用的最佳效率。系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)或斷紙時(shí)均提供可靠的控制，以獲得較高的紙機(jī)效率及較低的維修量?？梢允拐麄€(gè)系統(tǒng)控制快速靈敏并且隨著冷凝速率的變化來自動(dòng)調(diào)整烘缸的冷凝水排放量。當(dāng)冷凝水增多時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)增大烘缸進(jìn)出口壓差進(jìn)而多排水，避免淹缸；當(dāng)冷凝水減少時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低烘缸進(jìn)出口壓差進(jìn)而少排水，降低蒸汽的排放量，節(jié)約能源。