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未来的纸机：高车速下的干燥

Paper Machines of Tomorrow：Drying to Speed

本文是纸机干燥系统和抄纸贵重器材业专家对成倍提高纸机车速的相关条件和障碍的预言及意见。

TAPPI杂志问：在3000～3600m/min车速下，现有的烘缸能否做到动平衡?

Beloit答：是的，在高车速下烘缸能建立动平衡。可以把烘缸看作是直径很大的刚性辊，也就是说，它们不能经受象“细”和纸辊那样的中线面的抖动。这使烘缸比纸辊更易平衡。烘缸通常能达到ISO1930G2.5或G1.0的平衡标准。此标准所允许的不平衡量随车速提高而降低，因此必须使用精确平衡，目前有能力做到这点。

Deublin答：虹吸管托板和烘缸外壳之间的空隙是排空冷凝水的关键。不平衡烘缸可能严重影响这一关键间隙。实际上，任何车速下不平衡问题都很重要。在高车速下，工业上认为可使用冲角滚珠轴承(com负荷开关pactangularrollerbearings)。

今年8月新能源汽车产销量同比分别增长2.9倍和3.5倍 Gardner答：在3000～3600m/min车速下，铸铁辊的平衡没有问题。问题是由向心力引起的外壳上的抗张应力。铸铁辊的理论安全极限通常为1800m/min的表面速度。应力随速度的平方而提高。

GL＆V答：是的，车速提高到此范围的纸机是采用机械加工烘缸内径来制造的。这就意味着不平衡源相对较小，因此，这些烘缸在高速下能够平衡。

Johnson答：对所有造纸工作者来说，高车速都是一个挑战，特别是对改装的纸机。因此，能平衡具有纸机所需的干燥能力的单层部分长度的结构是必要的。将来，在不影响干燥能力的情况下，单层部分应尽可能的长。单层烘缸有意义是因为与开放(式)引纸的传统顶缸和底缸相比，它们能减少纸页断头和计划外停机。单层烘缸是矛盾的统一体，一方面，它们能保证湿部的运转性能；另一方面，却限制纸机的干燥能力。通过加湍流棒能提高干燥能力，并且单层部分能更长。

只有通过监控、排除故障和诊控才能使烘缸在高速下完全最佳化。烘干部实时诊断能测量烘缸关键性能的变化，由此大大改进烘缸操作，提高纸页质量和降低能耗。通过模拟、排除故障和预测模型对烘缸精确控制将成为例行程序。

ThermoWisconsin答：理论上是这样，但此时此系统的费用不能认为是合算的，现在，对这包括大众、福特、通用、索尼、格力等知名企业么高的车速还没有实际运行经验，而且1800m/min似乎是烘缸性能所容许的上限。

TAPPI杂志问：在纸页干燥过程中，蒸汽烘缸是否为传热的最佳方法，是否还有其它可选择的技术?

Beloit答：实际上有多种可供选择的干燥技术，但是，预计将来在纸页干燥中蒸汽加热烘缸仍将继续扮演重要角色。即使采用预计先进的压榨技术(脉冲干燥、HTP系统和闪击压榨)，干燥的能量成本在生产总成本中仍占有重要比例。在许多废热发电厂，作为副产品的蒸汽生产成本很低，这就使蒸汽成为干燥所需的很经济的选择。这种低能耗成本也确保在将来一段时间内蒸汽烘缸仍将保持其在纸机中的位置。

可是，这种烘缸还需要几种辅助系统，这包括单层结构、空气冲击系统、新型部设计、高张力承载系统。

Beublin答：目前，其它先进的干燥技术有由A/D快速转换成数字信号送给计算机进行数据处理电感、红外线和微波，但蒸汽是最低廉却最有效的能量。因此，根据目前的技术，烘缸加热最好的能源仍是蒸汽。

Gardner答：蒸汽烘缸是用于干燥的最好的传热手段，因为相对于其它方式其热传递速率很高，并且蒸汽热成本低于其它任何一种方法的1/4。鉴于需要大量的热量，即使采用先进的压榨手段，热耗(成本)也是最重要的因素。

GL＆V答：目前，蒸汽烘缸是将热量传递到纸页中最经济有效的方法，但采用这种体系仍有一些不足之处。冷凝、外壳材料及其厚度、尺寸、纸页和烘缸之间的接触面都是导致低效的阻热源。将热量传递到纸页中更为高效的其它技术已经得到开发，但就总体操作结果来看，蒸汽烘缸仍是最有效的干燥方式。

JHK答：使用新设计的单层烘缸提高了蒸汽烘缸的效率。燃气烘缸的使用有可能取代蒸汽烘缸。但考虑到全厂整体能量循环，最好还是选择蒸汽方式。

Johnson答：由于蒸汽的性能众所周知，造纸用蒸汽烘缸仍有较长的使用寿命。压力和温度之间的直接关系可调整外壳温度，从而直接影响纸页质量。但是像脉冲干燥就有可能节能和省时，使操作者能将纸页夹在过热元件之间，使蒸汽波通过纸页。也就是说，由于干部所需操作设备较少，因此只需较少的烘缸和较少维修。

Marsden答：蒸汽烘缸用于向纸幅传热，并保持其张力以限制其收缩。烘缸温度的局限性和湿纸幅与金属的接触面积都影响传热效率。受热后，湿纸幅结构中的水分向其表面转移，并以恒定速率蒸发。但是，干部再往前水分就不足以充满气孔和毛细管，所以干燥速率下降。湿纸幅内部保持湿态，而外层为液体不饱和状态，特别是在湿纸总水分为30％～35％时发生这种情况。因此，纸机干燥烘缸约2/3需处于干燥速率下降段。热量需通过绝热纤维传导，并且必须把水分传送到外表面。这些热量和物质传导的局限性在低紧度、松厚的湿纸幅中更增强了。综合考虑这些因素，烘缸中蒸汽的蒸发速率宜春在5～25kg/m2。h的范围内。这么低的蒸发速率正是纸机为什么需要那么多烘缸的原因。

纸的干燥，可以从蒸汽烘缸的热传递和采用气体或红外干燥两者中进行选择。辐射温度、辐射率、纸的辐射系数和辐射表面积影响传热效率。红外系统的蒸发速率远高于烘缸的蒸发速率，一般在122～245kg/m2。h范围内。高性能红外干燥，并面对面(在湿纸幅对面)地装配质量传递空气棒，能使蒸发速率超过367kg/m2。h。

红外干燥优于传导干燥的另一优点是恒定速率干燥期的持久性。红外干燥系统直到湿纸幅总水分为12％～15％时才进入干燥速率下降阶段，而蒸汽烘缸干燥为30％～35％。

许多红外系统能为横向水分分布控制提供划分区域，在蒸汽烘缸干燥中无法得到这种能力，并且它能提高纸机车速和纸页质量，同时降低纤维的需用量。

早期的红外系统没有很好引起造纸界的关注。火险、可靠性和对红外辐射的慢反响使这一大有前景的技术具有一定的缺陷。幸运的是：红外技术的新发展为造纸市场带来了瞬时冷/热辐射体。这些技术进步能降低火险、缩短纸页断头/停机后的恢复时间、改进过程控制。

ThermoWisconsin答：蒸汽干燥最好用于纸页相对较湿的纸机部位。另外选择红外干燥和热风干燥相结合的技术，整体效果会更好。

TAPPI杂志问：今后两年，对纸机碱性染料来说，“蓝天”技术如微波干燥和热风悬浮烘缸是否可行?

Beloit答：不，除非对有限的装备，否则不可能采用这种技术。因为这种系统的能量费用将很高，在高车速下纸幅的调节也成问题；而且对这一领域的研究也很有限。

Deublin答：微波技术的低安全性也是一个问题。不，现在我们还没发现今后两年内的可靠性技术是什么。

Gardner答：无论何时，“蓝天”技术都不可能对纸机产生冲击。比如，作为热源，微波太昂贵。作为悬浮式干燥器的发明者，根据湿纸幅张力的需要和其它问题，我能明确无误地把它排除在外。对于涂布和印刷油墨的初始干燥，悬浮式干燥器有很好的作用。

GL＆V答：我想，将来会有几种新型干燥技术，它们能为干燥提供多种选择的余地。但我不认为在今后两年内这种技术会作为生产手段而出现。

我们正在与Paprican研究一项新的技术课题，这项技术组合使用大直径烘缸、两压区压榨和冲击罩，对纸的干燥更有效。这一项目将于1999年下半年用于试生产。

JHK答：“蓝天”计划对产品物理性能的影响无疑将会对上述两种方法造成损失。同时，它们很可能影响工厂供汽系统的平衡。

Johnson答：用微波干燥药草和葡萄干很常见，但这为什么不能用于象纸这种大量有机聚集而成的材料呢?在较低的单位能耗下微波干燥的时间确实很短。热风悬浮干燥也有同样的特点，特别是对涂布纸。如果这两种技术的效果显著，今后10年它们在造纸行业中可能占有绝对优势。采取的另一重要途径是降低湿部的水分含量，这样就减少了干燥的任务。不论哪种方法，基准测试和自动调节将为所有干燥技术提供最高效率和运转性能，将重点由作为竞争优势的纸机效率转向纸页的高质量和客户在造纸行业中取得成功的高附加值。

ThermoWisconsin答：新技术很快就会有效。两年后，红外干燥和热风干燥相结合会改善干燥过程，目前虽未将现有技术与新技术相结合，但今后4年肯定能得到发展，并且其性能将远远超过目前的体系。

Valmet答：由于能源费用的缘故，微波技术是不可行的。低成本的蒸汽成为廉价的干燥能源。将来，我们认为冲击干燥和CondebeltTM干燥会具有潜力。

在改建项目中，纸机长度常常受到限制，在原位置传统烘缸干燥不可能提高车速。使用JetRunTM组件的冲击干燥是一种有潜力的选择。这种观点是：高温热风以高速吹到烘缸承载的湿纸幅上。值得一提的是：它能在不影响纸页性能的情况下获得较高的干燥速率。

已表明另一新型干燥技术--用于纸板干燥的CondebeltTM干燥能大大提高纸幅强度。尽管传统的烘缸干燥仍将占主流，但这些技术有望占有部分市场。

TAPPI杂志问：目前烘缸宽度的限制因素是什么?烘缸厚度是否会使热传导受到限制?我们能否继续铸造精度足够高的烘缸并使它们在高速纸机上保持平衡?

Beloit答：烘缸的压力容器章程要求烘缸外壳厚度随烘缸直径和汽压的提高而增加。章程不要求宽幅纸机增加外壳厚度。几年前纸机幅宽已达到了巅峰时期(Beloit在1975年制造了10.2m宽的纸机，现在最大纸机幅宽仍未超过11m)。幅宽的限制因素是一个经济因素而非技术原因。纸机横向构件的横截面积随纸机宽度的增加而指数增大。这些纸机横向构选粉机件包括：弧面成形板、压榨辊、横轴、心轴、横向拉杆、纸辊、辊、毛布辊和汽缸辊。也就是说，所有昂贵的纸机构件变得更加昂贵。

铸铁烘缸有一个额外的局限性。高速纸机运行需要更大的烘缸直径、更高的纤维张力、增高的汽压。结果使烘缸的外壳较厚，热传递速率较低。但是，烘缸仍能提供较高的热效率。大部分烘缸的外壳内外完全都是机械铸造的，机器公差而非铸造公差，决定着最后烘缸外壳

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