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1、节能讲座 纸 机 高 温 封 闭 通 风 气 罩 工 作 原 理 及 运 行 主讲人 ：王明阳 第一章 基 础 知 识 1.湿空气： 是指干空气和水蒸气的混合物，其特点在 于 其中的一种组元蒸汽在一定条件下将发生集 态的变化，即蒸汽凝结或蒸发。 2.道尔顿分压定律： 当混合气体中某一组元单独占有与混合物相同 的容积，并处于与混合物相同的温度时，所呈 现的气体压力称为该组元的分压力Pi；各组元 分压力的和等于混合物气体压力P； 组元1 T,V, n1,P1 组元2 T,V, n2,P2 组元3 T,V, n3,P3 混合物 T,V, n,P 3.湿空气的参数 3.1绝对湿度v： 指单位体积的湿空
2、气中包含的水蒸气质量，即 水蒸气的密度，其大小与湿空气的温度T和其中 的水蒸气分压Pv相关。v=f（T, Pv） 3.2饱和空气： 在一定温度下，湿空气中水蒸气的分压力愈高 ，其绝对湿度愈大。但一定温度下水蒸气的分 压力不可能超过某一值-Ps。当水蒸汽分压力 达到Ps时，空气中的水蒸汽开始凝结，我们称 Ps为该温度下的的饱和压力，此时的湿空气称 为饱和空气。饱和空气具有该温度下最大的绝 对湿度s。 3.湿空气的参数 3.3相对湿度： u 定义： 湿空气的绝对湿度与该温度下饱和空气的绝对湿度比值 称为相对湿度，用符号表示，可以衡量空气的潮湿程 度；=Pv/Ps。 u 相对湿度的意义： 相对湿度值
3、在0100%的范围内。相对湿度越小，表示空 气中水蒸气距离饱和状态越远，空气吸收水分的能力越 大，即越干燥；相对湿度越大，表示空气中水蒸气距离 饱和状态越近，空气吸收水分的能力越小，即空气越潮 湿。饱和空气的相对湿度为100%，除非提高空气的温度 ，否则它不能再吸收水分。 3.湿空气的参数 3.4含湿量：湿空气中包含的水蒸气质量mv与 干空气 的质量ma之比称为含湿量，用符合d 表示。含湿量表示单位质量的干空气中所携 带的水蒸气质量。 3.5露点温度：水蒸气分压力为Pv的未饱和湿 空气，保持水蒸气分压力Pv不变，降低湿空 气温度，当温度降低至Td时，水蒸气开始凝 结，空气达到饱和状态，我们称T
4、d为对应水 蒸汽分压力为Pv的湿空气的露点温度。 3.6干球温度和湿球温度 u 定义：如图，干球温度计为普通温度计，而湿球 温度计的感测件被尾端浸入水中的洗液芯包裹。当 湿空气流过干球温度计和湿球温度计时，干球温度 计指示的是空气温度T，称为干球温度。湿球温度计 指示的是洗液芯中水温度，称为湿球温度，用tw表 示。 3.6干球温度和湿球温度： u 含义： 如果空气是未饱和空气，则洗液芯中的水将向 空气中蒸发而使水温下降，空气与水出现温差 导致空气向洗液芯中的水传热，从而阻止水温 不断下降。如此，达到平衡时，湿球温度总是 低于干球温度，但高于空气的露点温度。（为 什么？）。如果空气是饱和的，那么
5、水蒸发过 程不会发生，从而传热过程也不会发生，这时 干球温度等于湿球温度。 因此，湿球温度总是不高于干球温度，且不低 于露点温度。干球温度与湿球温度差越大，表 示空气的不饱和程度越高，空气越干燥。通过 测量湿空气的干湿球温度，可以计算其相对湿 度和含湿量。 第二章 干燥通风系统的发展 概 论 纸机在运行过程中，于干燥部纸页中大量的 水分被蒸发，散至环境空气中。如这部分水蒸 气不能及时排出，则干燥部环境空气湿度将逐 渐增大，乃至饱和结露，因此，纸机干燥通风 系统最初也是最基本的功能即是：及时排除干 燥部的湿热空气，保证纸机正常干燥能力。随 着造纸工艺的发展，纸机车速的不断提高以及 纸页品质要求的
6、不断提高，从纸机效率、生产 能耗、产品质量等方面均对干燥部通风提出更 高的要求。干燥部通风对整个纸机运行也具有 越来越重要的作用。 干燥部通风设施的发展 1、最初的通风设施： 利用厂房环境的自然通风，即纸页散发出的 水蒸气直接进入厂房空间，通过厂房自然排风排 至室外。 湿空气 湿空气 水蒸气 烘 缸 2、开放式顶盖气罩： 最简单的一种气罩形式，即在干燥部上方 安装一个顶盖和不封闭的侧板，将纸机与厂房 简单分隔，干燥部散发的水蒸气被集中在气罩 内通过风机排出。 特点： A.因为不封闭，泄露是主要问题-干燥 部湿热空气可散发至厂房内，同时厂房内冷空 气可进入气罩内。 B.为捕集水汽和防止冷凝，排气
7、量大。一 般此类气罩排气含湿量在 0.040.07kg.H2o/kg.d.a，每蒸发1kg水约需 13kg干空气； C.排气温度低，热回收经济性差，一般不 做热回收装置。 厂 房 排风机 湿空气 气罩 水蒸气 冷空气 冷空气 运行层 纸机支架 烘 缸 开放式顶盖气罩图 3、封闭式顶盖气罩： 气罩由操作层以上的一个保温密闭罩和干燥部下 部不保温的密封底板组成。操作层保温密闭罩前侧 采用提升屏，后侧采用移动屏作为干燥部进出口。 气罩将纸机和厂房分隔开来，理论上厂房内空气无 法进入纸机内部，因此，气罩内除配置排风装置外 ，还需要专门的送风装置。 特点： A. 纸机排气湿度0.10.17kg.H2O/
8、kg.d.a，干 球温度8085C，湿球温度5962C。每蒸发1kg水 约排出干空气710kg，比开放式气罩降低约3045% ； B流经气罩的空气流量降低，从而减小空气 流动对纸页运行的影响； C因排气温度高，可设置经济的热回收装置 ，其回收热量一般用于预热气罩供风、加热生产用 水和加热建筑物补充空气； 封闭式顶盖气罩 不同气罩纸机能耗对比 能耗消耗项项开放式气罩一般封闭闭气罩高湿度封闭闭气罩 烘缸加热273626752688 袋通风和通风527435314 室内空气加热579170100 无热回收能耗384232803102 热回收热量39518992048 有热回收能耗3447138110
9、54 与开放式气罩相比，封闭式气罩具有更低的能耗。 能耗最大的差别来自室内空气加热和热回收部分。 如果热回收装置不能正常投用，则封闭气罩的绝大 部分优势则无法发挥。 第三章 封闭气罩通风系统的组 成和工作原理 1 气罩 1.1组成与结构 n操作层以上保温密闭罩，配置上部集气箱、操 作侧提升屏、传动侧滑动屏、换辊活动门和照 明、消防设施； n下部不保温密闭板，配置相应的进出门； 1.2功能 n捕集干燥部水汽并将其排出纸机和厂房； n避免气罩上部湿热空气散发至厂房内、下部 厂房内冷空气进入气罩； n减少气罩上部向室内的散热量，保证气罩内 较高的环境温度； n保证气罩内不结露滴水； n合理组织气罩内
10、空气流动，特别是纸机纵向 空气调节，保证纸机各部位干燥需求； n保证纸机正常操作调整和维修便捷； 1.3结构要求 n整个气罩应具有良好的密封性； n上部气罩具有良好的保温性能； n气罩集气箱必须沿纸机纵向具有空气调整 能力； n有合理的操作和维修空间、进出通道； 2.气罩排风装置 2.1组成和结构： 排风机和风道； 2.2功能： 为气罩内湿热空气排出提高流动通道和驱动力 ； 2.3结构要求： u 风机性能应满足纸机排出湿热空气量和流动 阻力值； u 风道具有良好的密封性和保温性； u 耐腐蚀性； 3.气罩送风装置 3.1组成与结构： 由送风机、加热器、风道等组成； 3.2功能： 向干燥部送入热
11、风以平衡气罩排出的风量或满足纸 机工艺用风量，避免气罩内产生结露冷凝现象和纸 机抄造性能； 3.3结构要求： u 风机性能必须满足平衡气罩排风所需风量或纸机工 艺用风量，并克服风道及补风设施阻力； u 加热器换热面积及换热系数满足气罩所需送风温度 ； u 设置合理的空气净化设施，以保证纸机内部清洁； u 风道具有良好的密封性、保温性和调节性； 4.袋通风装置 4.1 毯辊：自然袋通风 u自然袋通风装置工作原理 如上图，随着干毯的移动，干毯挾着 大量附着在其界面层上的空气，在毯辊与 干毯汇聚区形成一个正压区，该正压区气 流强制穿过干毯并进入袋区。在毯辊的出 口侧，随着干毯离开毯辊而形成一个负压
12、区，以及随着干毯接触到下一个烘缸而形 成一个正压区，空气在压差作用下被驱除 袋区。 这是一种由毯辊几何布置所形成的自然 形态的袋通风，其空气流通量受纸机车速 、干毯透气度和毯辊位置影响。 u自然袋通风装置功能与特点 功能： 能够提高干燥能力-与无袋通风相比提高约20%， 并使横幅水分更为均一； 特点： 这种袋通风抽吸入袋区的空气是气罩内的湿空气， 流通空气量运行中无法控制，受干毯透气度影响， 干毯透气度过高则将过量空气抽吸入袋区，使袋区 产生“过压”，空气自纸机两端逸出，使纸页产生抖 动；干毯透气度过低则袋区空气流动量不足，造成 袋区中心部位空气湿度过高，降 低了干燥能力； 因此，自然袋通风系
13、统必须与干毯协调运作； 4.2 袋通风箱和喷嘴：强制袋通风 u强制袋通风装置工作原理 如上图，风箱上面的喷嘴用来阻挡干毯 界面层带来的湿热空气，下面的喷嘴则阻 挡被毯辊吸引过来的空气。在风嘴之间形 成一个正压区，该压力区在受控的情况下 将准确数量的干热空气送入袋区，湿空气 则通过自然抽吸作用从袋区排出。送入袋 区的是干热空气而非气罩内湿热空气； u强制袋通风装置功能 n 平衡和控制进出袋区的空气流量：袋区要求 吸入和压出的空气量相等，如果不等，则袋 区将产生轴向空气流。轴向空气流使纸页产 生抖动，易断纸和产生纸病；另外，当吸入 空气量低于压出空气量时，由于边缘部位进 口空气流动，导致边部纸页水
14、分偏低，中心 部位的湿度则较高；高速袋通风装置可准确 的控制袋区送风量，保证袋区的平衡，尽量 避免袋区的轴向空气流动，从而保证最低的 纸页抖动。 n使袋区湿度低而均一：强制袋通风送入袋区的 是干空气而非气罩内湿空气，能够控制低而均 一的袋区湿度；低而均一的袋区湿度可大大提 高纸机的干燥速率，且有助于获得均一的横幅 水分分布。一般在烘缸压力低于2bar时，袋区 湿度控制在0.18kg.H2O/kg.d.a，在较高压力时 可为0.20 kg.H2O/kg.d.a，且横向波动不超过 10%；该数值与车速和品种相关； n有矫正纸页横幅水分分布的能力：横幅水分分 布受横向空气流量的影响，因此，强制袋通风
15、 能够对纸页横幅水分分布产生一定的影响，但 这种影响具有一定的局限性，资料介绍，一般 成品水分含量为4%时将横幅水分矫正1%是可以 做到的。 5 稳定纸幅设施 随着纸机车速的不断提高，干毯、烘 缸壳体、毯辊等纸机运动部件表面所挾带 的空气流动（科恩达效应、边界层）对纸 页的扰动作用越来越强，导致纸页不稳产 生“纸病”，而通过速差使纸页绷紧的措 施，又增加了断纸频率，因此，现代化高 速纸机在干燥部，甚至压榨部增设了纸幅 稳定设施-吹风箱，以改善纸幅稳定性 ； 5.1 吹风箱的工作原理 纸页的不稳定状况，如图，干毯携带 着大量界面层空气，在下烘缸入口区，界 面层空气形成正压，并被强制压入干毯、 烘
16、缸汇聚区。有部分界面层空气被压过干 毯，沿下烘缸被截聚在干毯与纸页之间， 该部分空气使纸页浮离干毯，并失去稳定 性；从上烘缸一出来，纸页有一种跟着其 缸体走的倾向。这使纸页内形成气囊，从 而导致皱褶。所有截聚在纸页和干毯之间 的空气，在到上烘缸的入口处时被强制压 出，也可能会引起皱褶。 解决纸页不稳定问题的办法是，在界 面层空气有可能截聚在纸页和干毯间以前 ，就把它除去。吹风箱就是逆着干毯和烘 缸的运行方向吹风，以排除界面层空气。 吹风作用产生了一个负压，使纸页紧贴在 干毯上，不再在其间截留空气。纸页揭离 上烘缸就受到负压的作用，直到它到达下 烘缸为止。 吹风箱的工作原理 图 6.热回收装置 n（略） 第四章 高温封闭气罩的运行调节 1.干燥部通风系统的功能 n捕集并排出干燥部所产生的水汽。这是干燥 部通风系统的基本功能。进入干燥部纸页的 干度一般为40%左右，也就是说约成纸量1.5 倍的水分自干燥部排出，如果这么大量的水 汽直接排至
