纸张烘干技术讲座Word文档下载推荐.docx
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积聚在烘缸内壁上的水垢将形成一层隔热体，从而减少热量的传递。
因为水垢的积聚，为了达到同样的烘干效果，烘缸需要通入更高的压力和温度的蒸汽，所以烘缸内壁上的水垢降低了烘缸的烘干效率。
工艺处理可以防止水垢的积聚，但比较困难，在生产蒸汽时对其进行化学处理可以防止水垢的生成。
存在于纸张和烘缸壁之间的任何空气也会对热量的传递产生阻力。
最后，当纸张与烘缸表面相接触时，在烘缸的外表面上可能会积聚一层杂质、纤维或薄膜。
通常，烘缸上的刮刀能够避免这些杂质和污物的积聚。
水分的蒸发是一项精密的科学，但是，在纸张烘干过程中发生的变量使得这种烘干过程更表现为一种技巧而非科学。
烘缸冷凝层剖面图
干毯
纸张
杂质和空气
蒸汽
冷凝水
水垢
热量传递的阻力
厚度
运动
积聚的水垢
内表面光洁度
外表面积聚物
积聚的空气
纸种
图1-2
烘缸中热量的传递
冷凝水或烘缸的排水系统是纸张烘干过程的核心，如果没有冷凝水系统，我们将无法对烘干过程进行控制，也不能有效地对纸张进行烘干。
记住，在烘干部将一磅水从纸张中蒸发出去的费用是在压榨部将一磅水从纸张中压榨出去所需费用的20倍。
烘缸的排水系统与汽车发动机上的火花塞类似，当火花塞变形时，可能依旧可以发动汽车，但汽车的里程油耗将急剧地下降。
当烘缸的排水系统有问题时，虽然可以继续运行烘缸，但能耗的费用将大大增加。
更好地了解造纸机上这部分的功能对于成功地运行烘缸是至关重要的，不要因为冷凝水系统位于不易看见的底层就认为它无关紧要。
冷凝水系统的特性要求其应位于造纸机的下面。
既然我们已经认识到冷凝水系统的重要性，下面我们就来看一下冷凝水是如何排出烘缸的。
每一台烘缸均配有一套蒸汽旋转接头和虹吸器。
虹吸器是一种与管道连接的装置，通过虹吸器和这些管道，烘缸内的冷凝水、吹通蒸汽、空气和其它非冷凝气体就能够流到旋转接头的出口了。
有两种类型的虹吸器：
旋转式虹吸器和固定式虹吸器。
通常情况下，由于旋转式虹吸器的开口与烘缸内壁保持一定的位置关系并且被牢牢地固定在这个位置上，因而旋转式虹吸器只需较少的维护保养。
旋转式虹吸器也能减少烘缸中的冷凝水量，但是由于离心力的作用，在相同的条件下，固定式虹吸器只需要比旋转式虹吸器更小的压差。
旋转接头可以是单向的，也可以是双向的。
双向的旋转接头通过烘缸的同一端向烘缸内通入蒸汽并将烘缸内的冷凝水排出。
对于单向的旋转接头，蒸汽通常从传动侧通入烘缸内部而冷凝水则从烘缸的操作侧排出。
石墨环和O型圈是作为密封蒸汽的关键部件。
旋转接头是一件十分精巧的装置，如果处置得当的话，它能够长时间地无故障运行。
石墨环有时会因受冲击而损坏，这个冲击作用可能是由于过高的压力、干燥的旋转接头或受压不均而造成的。
在对烘缸进行加热之前，不要转动烘缸。
对烘缸的加热应缓慢地进行，以免在系统内部造成高的温差。
旋转接头上的所有部件均应被均匀地加热，这样有助于避免产生任何不必要的应力。
要记住蒸汽和冷凝水也是旋转部件的润滑剂，换句话说，不要在干燥状态下持续运行常规的旋转接头，否则会使密封元件的寿命降低。
在某些造纸机上，当纸张断裂或由于某种原因而造成纸张脱离烘缸表面时，由于系统不能够处理增加的吹通蒸汽，因而蒸汽压力会立即开始上升。
随着蒸汽压力的增加，烘缸会变得越来越热，这将会造成引纸条的过分干燥从而造成在引纸过程中产生断裂的现象。
通常情况下，对于较短时间的停机，将蒸汽压力下降10%到15%应是足够的，但是，对于大约为20分钟或更长时间的停机，蒸汽压力降低25%到30%应较为妥当。
烘缸烘干
由于烘缸外面包绕着一层纸张，较高的蒸汽压力就意味着较高的蒸汽温度，因而这将导致产生较高的蒸发速度。
热量将“向下”流动，换句话说，热量将从高温区域向低温区域传递，即从热的烘缸向较冷的纸张传递。
在前面的叙述中曾经提到过，纸张中水分的排出速度与两个因素有关：
热量传递和质量传递。
热量传递一词，或者说热量传递到纸张上提高其温度涉及许多因素。
从造纸的角度看，我们发现纸张烘干过程是由热源和热阻这两个因素控制着的。
在这种情况下，热源是蒸汽。
通常情况下，操作人员可以完全控制蒸汽或者说热源，他可以按要求升高或降低蒸汽的压力，如果冷凝水系统配备了过热蒸汽降温器，他甚至可以控制蒸汽的温度。
这些功能通常十分简单。
对热阻的控制就没那么简单了，但是，如果我们知道了影响热阻的因素，我们就能够更好地对烘干系统进行优化。
让我们看一下影响烘干系统热阻的一些因素：
1.汽参数
蒸汽的温度和压力的大小。
2.隔热体
在蒸汽和纸张之间的任何物质均是
隔热体。
从蒸汽中释放出来的热量在到
达被烘干的纸张之前首先要通过一层冷
凝水，接着是一层水垢、铸铁烘缸壁、
另外一层水垢和一薄层空气间隙。
3.纸张克量
需要烘干多少纸张以及纸张内的水分到达纸张表面需要多长的距离。
记住，纸张重量越大，纸张内的水分到达纸张表面就必须经过越长的距离，纸张本身就成了隔热体。
4.纸张结构
纸张的配料是什么，硬木还是松
木？
有无干毯将纸幅包裹住？
5.干燥部袋通风的湿度
干燥部袋通风空气的湿度越高，纸张中水分蒸发遇到的阻力就会越大。
6.纸张湿度
纸张越干燥，去除掉剩余的水分就越困难。
7.冷凝水层厚度
或许这是所有的影响因素中最重要
的一个因素。
在一个处于环流状态的烘
缸中，残留的冷凝水层厚度越大，热量
传递的阻力就越大。
纸的干燥是一个复杂的过程。
将纸张中最后的水分蒸发出去的热量会对将纸张纤维相互连结的化学键产生影响，在烘干部所进行的烘干过程将在很大程度上影响纸张的许多性能。
通常，当纸张在与生产率相匹配的烘干速度的最低温度下被烘干时可以获得最高的纸张质量。
皱折、卷曲、外形不平以及成品纸的表面硬化是造纸厂家面临的一些问题，烘缸排水系统的工作将有助于减少这些情况的发生。
第二部分
蒸汽的基本概念
蒸汽的基本概念
本部分将向您阐述蒸汽的一些定义、特有的规律以及特性，如果在蒸汽和冷凝水处理设备的使用过程中考虑到了这些规律和特性，您就可以减少在使用过程中遇到的问题，但是，如果忽视了这些规律和特性，在使用过程中您就会遇到麻烦。
蒸汽→通过锅炉中燃料的燃烧向水中增加热能
而产生的无色气体，水（液体）转变为气
体。
特性：
1.高的可用的热含量；
2.在恒温下释放出热量；
3.由水产生-丰富而廉价；
4.清洁，无色无味；
5.热量可以被反复地利用；
6.能够产生动力，发动机、汽轮机、
采暖、加工、空气调节、增湿等、
等；
7.很容易地对其进行分配和控制；
8.恒定的特性-压力/温度/体积关
系。
A.可重复的性能。
分子→所有物质均是由被称作分子的非常小的
微粒组成，而分子又是由原子组成。
分子
是物质最小的颗粒，它具有物质的所有化
学性质，这些性质使我们可以说这是盐、
糖等等。
水→蒸汽的每一个分子是由两个氢原子和一个
氧原子组成，因此，它可以用H2O来表
示。
物质的分子所具有的能量有两种形式：
1.动能—以分子的运动而存在的能量；
2.动能—以分子所处的位置而存在的能量。
在不改变物质状态的情况下向物质中增加能量，这个能量在物质中是以动能的形式而存在的，由于物质温度的升高而增加了分子的动能。
热量→能量的一种形式。
温度→表示热的程度的单位，它没有热能的量
的含义。
温度以华氏度的形式来表示，
32F=冰点；
212F=标准大气压力下的
沸点。
BTU→英国热量单位,将一磅水升高1F所需要
的热量，更准确一点说，BTU就是在标
准大气压力下将一磅水从32F升高到
212F时所需要的热能的1/180。
当然，
BTU也是将一磅水的温度降低1F所释
放出来的热量。
压力→磅/平方英寸（b/in2）。
PSIA→绝压，包括标准大气压力，-14.7PSI。
通常应用在其它气体问题中。
PSIG→磅/平方英寸（表压）。
在标准大气压力
下的测量压力。
PSIG=14.7PSIA。
通常
应用在蒸汽工程中。
真空→低于标准大气压的压力，以英寸汞柱
（Hg）或水柱（H2O）的形式表示。
完
全真空或绝对真空=29.92In.Hg。
液体热→也就是显热，单位为BTU/LB，将一磅
水从冰点升高到对应于一定压力下的
沸点所需要的热量。
蒸发热→也就是汽化潜热，单位为BTU/LB，即
一磅水完全汽化所需要的热量。
汽化潜热是蒸汽的势能，也就是蒸汽中“可用的”能量部分，当这些热量被释放或散发出来时，蒸汽就会发生冷凝现象并生成冷凝水。
※随着压力的升高，将一磅水转变为蒸汽所需要的能量将减少。
比容→单位为Ft3/LB，即在一定压力下一磅蒸
汽所占有的空间。
随着蒸汽压力的升高，其比容下降，或者说每立方英尺蒸汽的重量增加。
饱和蒸汽→饱和蒸汽就是与产生它的水直接接
触的蒸汽。
饱和蒸汽的状态就是蒸
汽压力保持恒定，饱和蒸汽的热量或
BTUs的任何损失均会伴随着冷凝现
象的发生。
过热蒸汽→如果向饱和蒸汽中增加热量，在饱
和蒸汽所处的压力下，蒸汽温度将
升高到高于水的沸点的温度，并且在
压力保持不变的条件下，饱和蒸汽的
比容下降，同时蒸汽的单位立方英尺
重量也开始减少。
在同一压力下，过
热蒸汽比饱和蒸汽具有更高的温度。
有关过热的错误说法：
在行业中，有关过热蒸汽及其将造成的情况和不会造成的情况存在相当多的错误说法，这些错误说法通常是：
1.过热蒸汽将造成烘缸表面变得十分的热,并在
烘缸上产生粘缸。
这是不真实或不可能的。
烘缸中冷凝水的温度不会超过烘缸内压力下的
饱和蒸汽的温度，不管进入烘缸内的蒸汽过热
程度如何，冷凝水的温度将保持在该压力下的
饱和蒸汽温度，冷凝水的温度就是通过烘缸壁
传导并控制热量的温度。
对于一给定的工作条
件，改变影响烘缸壁温度的冷凝水的温度的唯
一方式就是改变蒸汽的压力。
在约翰逊公司进
行的测试已经多次表明，蒸汽过热现象的存在
不会对烘缸的平均表面温度或烘缸的温度分布
曲线产生显著的影响。
2.在断纸时，烘缸内的所有冷凝水快速地蒸发
掉，仅仅留下一个空空的烘缸壳，并且烘缸
的表面温度将上升到蒸汽的过热温度。
这也
是不可能的。
用于冷却烘缸内的过热蒸汽所需
要快速蒸发的冷凝水量占烘缸内冷凝水总量的
极小的一部分。
一旦过热的蒸汽被冷却，在更
多的被减温蒸汽进入烘缸之前，它们将凝结。
在断纸过程中，烘缸内总是存在着冷凝水。
在断纸过程中，烘缸表面温度的升高并不是因为过热蒸汽，而是由于烘缸表面上没有了需要被烘干的纸张来作为散热器带走热量。
断纸过程中的烘缸表面的温度将等于冷凝水的温度，减去越过烘缸壁的温度降。
断纸过程中烘缸的表面温度将比烘缸内饱和蒸汽的温度低约15F～20F。
3.过热会造成断纸、干燥能力的损失以及其
它运行问题。
过热蒸汽唯一可能成为问题是
在纸机上的烘干能力有限，而补给阀运行在
全开状态时。
比容的升高会造成过度的压力
降并进而导致烘缸内较低的饱和蒸汽压力。
应该被重点关注但通常情况下却又被忽略的问题是美国机械工程师学会标准（ASMEcode）允许的最大过热量是多少。
该标准要求对铸铁容器的最高温度为450F。
当进入烘缸内的蒸汽温度达到这一温度时，应停机直到将过热温度降到低于450F时为止。
同时，过热蒸汽也会使旋转接头的密封困难。
蒸汽原理
1.如果与水直接接触的话，在一定的压力下，
饱和蒸汽只能有一种温度。
对于每一个压力
值，均有一个相对应的饱和蒸汽温度，反之亦
然。
2.在同一条件下，给定压力下的蒸汽只能有一
个比重（单位立方英尺重量）和一个比容数
据。
3.蒸汽的压力越高，其温度越高，比重就越
大，其比容也就越小。
4.蒸汽的压力-温度关系和压力-体积关系不是
线性关系。
附表一
蒸汽表
压力（PSIG）
50
100
150
温度（沸点温度）
212
298
338
366
将水温从32F升高到沸点所需要的热量，BTU/LB
180
268
309
339
水汽化所需要的热量，BTU/LB
970
912
881
857
总热量，BTU/LB
1150
1179
1190
1196
比容，FT3/LB
26.8
6.65
3.88
2.74
※注意，随着压力的升高，使水沸腾就需要较多的热量和较高的温度。
同时还应注意，在较高的压力下，将水转变为蒸汽只需要较少的热量（潜热）。
同时，随着压力的升高，每磅蒸汽所占用的空间将减少。
利用蒸汽表进行计算
我们假设加热水每小时需要压力为100PSI的蒸汽的潜热为1321500BTU，那么，每小时需要多少磅的蒸汽？
管道中的蒸汽流量
如果已经知道了蒸汽流量、管道的横截面积和蒸汽压力，蒸汽的流动速度可由下列因素确定：
V=流动速度，ft/Min
A=蒸汽流量，LB/HR
B=给定压力下的比容，Ft3/LB
C=管道的横截面积，in2
最大推荐速度
4000～6000（英尺/分钟）FPM--压力小于50PSIG时
6000～8000（英尺/分钟）FPM--压力大于50PSIG时
高流速将会导致：
1.侵蚀
2.高的压力降
3.噪音和水击作用
速度对照
英尺/分钟
英里/小时
4000
45
6000
68
8000
90
10000
114
举例
在下列状态下，4英寸管壁厚度在80系列的管道中的流速是：
1.3000Lb/Hr←100PSIG
2.3000Lb/Hr←5PSIG
对于状态1的数据：
对于状态2的数据：
比容（FT3/LB）与压力之间的相互关系
PSIG
水
蒸汽
蒸汽/水
0.0167
26.80
1600
0.0175
6.66
380
0.0179
216
300磅/小时流量←4000FPM
需要的压力（PSIG）
比容（Ft3/Lb）
管道尺寸（英寸）
5英寸汞柱
32
3
0PSI
2-1/2
10
16.3
2
25
10.5
1-1/2
6.7
1-1/4
3.9
1
压力为100PSIG流量为1000磅/小时的蒸汽流量
速度（FPM）
3/4
17580
10830
6250
4600
2780
闪蒸蒸汽→对于任一给定的饱和蒸汽或冷凝水
压力，在蒸汽表中均仅有一组对应
的温度、显热、潜热、比容等的数
对于一给定压力下的冷凝水，在被排放到一较低的压力区域时，冷凝水会自动地调整到较低压力下的饱和条件。
对应于每一种条件下的一定数量的热量必须释放出来并发生作用，冷凝水被重新蒸发而成为蒸汽，这一现象被称作“闪蒸”现象，生成的蒸汽就被称为“闪蒸蒸汽”。
假设用压力为100PSIG的蒸汽和冷凝水为例。
将冷凝水通过疏水阀排放到与大气相通的汽水分离器中，并将来自汽水分离器的冷凝水排放到向大气开放的冷凝水接收器中。
蒸汽表显示，在100PSIG的压力下，每磅冷凝水中含有309BTU的热量，而在0PSIG的压力或大气压力下，每磅冷凝水中含有180BTU的热量。
这样，高压下每磅冷凝水含有的热量就比大气压力下每磅冷凝水含有的热量多309（100PSIG）-180（0PSIG）也就是129BTU的热量。
根据能量守恒定律，每磅返回的冷凝水中就有129BTU的热能被释放到大气中而浪费掉。
由于标准大气压力（0PSIG）下的蒸汽的汽化潜热为970BTU/LB，在这些条件下，伴随着每磅返回的冷凝水，就有129/970=0.133lb.的蒸汽析出或者说“闪蒸”出来，从另外一个方面看，就将有0.133x100=13.3%的冷凝水被闪蒸出去。
通过解答下列方程式，就可以计算出任何条件下的闪蒸损失：
式中：
SH=较高压力下的冷凝水的显热
SL=较低压力下的冷凝水的显热
LHL=冷凝水被排出到较低压力下的蒸汽中的汽化潜热。
举例：
压力为100PSIG的冷凝水被排放到敞
口槽（0PSIG）中
在上述加热水的举例中，1500磅/小时压力为100PSIG的蒸汽被冷凝。
如果这些冷凝水被返回到0PSIG压力下的水槽中，将有1500磅/小时×
13.3%=200磅/小时的闪蒸蒸汽被释放到大气中。
初始蒸汽压力（PSIG）
闪蒸蒸汽百分率
最终蒸汽压力（PSIG）
5
20
30
40
1.58
2.86
1.29
15
2.97
2.38
1.10
4.87
3.33
2.06
6.47
4.94
3.68
1.65
7.82
6.31
5.06
3.04
1.41
8.98
7.43
6.24
4.25
2.62
1.23
60
9.98
8.46
7.26
5.28
3.67
2.28
1.06
70
10.92
9.40
8.22
4.65
3.27
80
11.77
10.25
9.09
7.13
5.54
4.17
13.27
11.76
10.61
8.67
7.10
5.75
4.56
120
14.59
13.09
11.92
10.03
8.48
7.14
5.96
16.32
14.82
13.71
11.78
10.28
8.96
7.81
利用闪蒸蒸汽→闪蒸蒸汽中含有很好的有利用
价值的热量，不应该使其从冷
凝水接收器释放到大气中而白
白地浪费掉，闪蒸蒸汽中的有
效汽化潜热在热含量方面与来
自锅炉的蒸汽的热含量完全相
同。
来自介质和高压返回冷凝水的闪蒸蒸汽可以被输送到低压供汽管道中。
在利用闪蒸蒸汽时，必须做三个方面的重要考虑。
首先，低压系统的蒸汽消耗量应该超过产生的闪蒸蒸汽的量，显然，如果对闪蒸蒸汽的使用量是断断续续的或者小于产生的闪蒸蒸汽量的话，高压系统将不能够进行充分的排放。
例如，如果高压工艺系统被排放到配有向低压供热系统提供闪蒸蒸汽的接收器中，那么这个系统在冬季的供暖季节将会工作得很好，但是，如果没有对利用或冷凝闪蒸蒸汽做准备的话，在非供暖的月份，这个系统就会发生故障。
通常情况下，除闪蒸蒸汽之外，供汽管道上应安装补充蒸汽阀，这个阀同时保持着低压系统的压力。
第二个必须考虑的重要因素是通过在冷凝水接收器中保持一定的背压来降低加热介质或高压工艺过程的实际排放压力差。
为了确保冷凝水的充分排放和设备的工作性能，汽水分离器的选择和尺寸应考虑高压系统的实际工作条件。
密闭的冷凝水接收器上安装的适当尺寸的安全阀将确保高压系统的持续排放。
我们建议采用适当尺寸的恒温排气口来排
出系统中的空气和其它的非冷凝气体，以防止它们与闪蒸蒸汽一起流向低压系统。
另外，我们还建议在密闭的冷凝水接收器上安装一套压力范围适当的压力表。
第三，当采用密闭的闪蒸蒸汽系统时，应仔细考虑冷凝水接收器和管道的尺寸。
为了避免闪蒸蒸汽带出冷凝水而造成低压蒸汽质量下降，闪蒸槽或冷凝水接收器的面积是非常重要的。
与约翰逊系统一同推荐使用的冷凝水接收器的尺寸已经将这些因素考虑在内了。
许多专业人士认为蒸汽流动速度在4000～6000FPM范围之间是较好的设计数据。
应检查从闪蒸槽到低压系统之间的管道尺寸并根据速度数据设计管道尺寸。
第三部分
蒸汽流量和冷凝速度的计算
水分自纸张中的蒸发
通常情况下，烘干部所蒸发的水分的量取决于每生产一磅干燥的纸所需要蒸发的水分量。
通常使用下列公式（公式1）进行计算：
公式1
M=每生产一磅干燥的纸所蒸发的水分
量；
E=纸张进入烘干部时的干燥度（水分含
量）；
L=纸张离开烘干部时的干燥度（水分含
量）。
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