Производство бумаги и картона

быть тщательно отполированы до зеркального блеска, а цилиндры, устанавливающиеся после клеильных прессов и меловальных уст­ ройств, должны, кроме того, обладать повышенными антикор­ розионными и антиадгезионными свойствами. Высокими антикор­ розионными свойствами должны обладать также холодильные цилиндры.

Основными частями цилиндров являются корпус и соединенные

сним при помощи болтов торцевые крышки с цапфами. В крышке

слицевой стороны имеется герметично закрытый люк овальной фор­ мы размером 325 х 400 мм, предназначенный для монтажа и ремонта системы удаления конденсата из цилиндра, а в торце этой крышки на­ ходится канавка для заправочных канатиков.

Греющий пар поступает в цилиндр, а конденсат, образующий­ ся там, удаляется через пароконденсатную головку и полую цапфу, расположенную с приводной стороны. Конструкция цапф разная

взависимости от скорости машины, давления пара и способа уда­ ления конденсата. Они опираются на роликовые подшипники, один из которых - «плавающий», допускающий компенсацию темпера­ турных деформаций цилиндра. На цапфу приводной стороны насаживается шестерня паразитного привода, обеспечивающего синхронное вращение группы цилиндров.

Конденсат из цилиндров удаляется различными способами в зависимости от частоты их вращения и размеров. На машинах, работающих со скоростью до 250 м/мин, конденсат удаляется из нижней части цилиндров с помощью вращающихся спиральных черпаков или черпаков-сифонов, а при более высоких скоростях машины, когда в цилиндрах образуется замкнутое конденсатное кольцо, - с помощью неподвижных или вращающихся сифонов, принцип действия которых основан на выдавливании конденсата паром в конденсатопровод.

Для поддержания поверхности сушильных цилиндров в чис­ том состоянии и предотвращения наматывания на них высуши­ ваемого полотна в случае его обрыва они имеют шаберы. На пре­ одоление силы трения шаберов с поверхностью цилиндров расходуется до 30...40 % энергии, потребляемой сушильной ча­ стью, поэтому для уменьшения этого недостатка на некоторых машинах шаберы устанавливают только на всех цилиндрах первой приводной группы, а далее лишь на первых и последних цилиндрах

каждой последующей группы. Если сушильная часть картоноделательной машины имеет сушильные сукна, то устанавливаются и сукносушильные цилиндры.

Сукносушильные цилиндры не имеют приводных шестерен, приводятся в движение за счет сукон. Они служат для высушива­ ния сукон и повышения их температуры для уменьшения конденсации в них пара. Число сукносушильных цилиндров зави­ сит от вида вырабатываемой продукции и типа применяемых сукон и может составлять от 15 до 30 % от числа сушильных цилиндров. Наибольшее их число устанавливается в средней части машины, т.е. там, где удаляется основное количество воды.

На некоторых машинах сушильная часть может иметь только первые приводные группы цилиндров, а вместо сукносушильных цилиндров установлены полые сукносушильные валики различной конструкции взамен обычных сукноведущих. В полости валиков подается горячий воздух температурой до 110 °С, который под не­ большим давлением (2...5 кПа) проходит через толщу сукна

ивысушивает его.

Впоследнее время вместо сушильных сукон стали широко ис­ пользоваться синтетические сетки. В этом случае упрощается конструкция сушильной части машины, так как в отличие от сукон для сеток не требуется устанавливать дополнительные сушильные цилиндры.

Для предотвращения обрывов полотна бумаги и картона и обес­ печения возможности его усадки в процессе сушки сушильная часть машины в зависимости от вида вырабатываемой продукции разделя­ ется на 5... 10 приводных групп, между которыми поддерживается определенное соотношение скоростей. Чем больше усадка полотна, тем меньше цилиндров должно быть в приводной группе. Наиболь­ шую усадку имеет бумага и картон, вырабатываемые из массы жирного помола, а наименьшую - из массы садкого помола, а также бумага и картон, содержащие в своей композиции значительное ко­ личество древесной массы. Для обеспечения заданного темпера­ турного режима сушки и наиболее рационального использования те­ пла пара и конденсата сушильная часть машины разделяется также на несколько групп по подводу пара.

Процесс контактной сушки характеризуется цикличностью. Дви­ жущееся полотно последовательно огибает сушильные цилиндры, причем при переходе с одного цилиндра на другое оно поочередно со­ прикасается с их поверхностями обеими сторонами. В каждом цикле

происходят контактная и конвективная сушка: первая - при контакте влажного полотна с нагретой поверхностью сушильного цилиндра, а вторая - на участке его свободного пробега между цилиндрами. Про­ должительность этих циклов составляет десятые и сотые доли секунды в зависимости от скорости машины и размера цилиндров.

На современных БДМ, выпускающих газетную бумагу, для пре­ дотвращения обрывов еще недостаточно прочного полотна в начале сушильной части применяется так назьюаемая безобрывная проводка бумажного полотна, при которой бумага движется вместе с сушильной сеткой не только по цилиндрам, но и на участках свободного хода.

При двухрядном расположении сушильных цилиндров и тра­ диционной схеме проводки бумажного полотна его заправка производится с помощью канатиков, расположенных на лицевой стороне машины. Кроме канатиков устройство для заправки бу­ мажного полотна включает в себя натяжные станции, направляющие ролики и обод с канавкой на каждом цилиндре. У места передачи заправочной ленты с одной группы в другую уста­ навливаются воздушные сопла, облегчающие заправку.

Вентиляционный колпак предназначен для сбора и отвода обра­ зующейся паровоздушной смеси за пределы сушильной установки, а также для изоляции установки от окружающей среды и улучшения санитарно-гигиенических условий в зале БДМ. Применение вентиля­ ционных колпаков закрытого типа способствует экономии тепловой энергии и увеличению производительности машины.

В целях экономии тепла сушильная установка оборудуется те­ плообменниками, скрубберами, приточно-вытяжными системами и другими теплоулавливающими устройствами.

При наличии клеильного пресса сушильная установка делится на основную и досушивающую группы с самостоятельными при­ водными секциями, вентиляционными колпаками и системами пароснабжения.

6.5.5. Компоновка сушильной части

Схема сушильной части зависит от вида вырабатываемой бу­ маги, а также от скорости БДМ. Схема, приведенная на рис. 86, я, является традиционной и универсальной для выработки различных видов бумаги и картона. Здесь применяются бумагосушильные ци­ линдры диаметром 1500 и 1810 мм, которые располагаются двумя горизонтальными рядами в шахматном порядке (схемы тихоходных машин с двухрядным расположением бумагосушильных цилиндров

являются устаревшими). В качестве одежды используются шерстя­ ные или хлопчатобумажные сукна, для подсушки которых над верхним и под нижним рядами имеются сукносушильные сукна.

Схема, приведенная на рис. 86, б, отличается тем, что в ней от­ сутствуют сукносушильные цилиндры в связи с заменой шерстяных и хлопчатобумажных сукон на синтетические сушиль­ ные сетки, которые не требуют подсушки. Такая схема является более простой, длина сеток уменьшается по сравнению с сукном, высота сушильной части снижается.

Рис. 86. Варианты схем сушильной части БДМ: а - традиционная двухрядная компоновка с шахматным расположением; б-двухрядная компоновка цилиндров без сукносушителей и с синтетическими сушильными сетками; в - однорядная комоновка цилиндров с безобрывной проводкой и вакуумными валами; г - ком­ поновка сушильной части с клеильным прессом; д - компоновка цилиндров

с сушильным конвективным шкафом

Схема безобрывной проводки бумажного полотна, приведен­ ная на рис. 86, в, применяется на скоростных БДМ, выпускающих тонкие виды бумаги типа газетной, писчепечатной, типографской. Вместо нижнего ряда цилиндров здесь устанавливаются сеткона­ правляющие вакуумные валики для предотвращения образования пузырей и «мешков». В каждой группе цилиндров полотно пере­ мещается совместно с сушильной сеткой до тех пор, пока бумага не приобретет необходимую прочность, обеспечивающую дальней­ шую проводку полотна без обрывов. Безобрывная проводка применяется в одной или двух приводных группах.

Схема с двумя сушильными группами, основной и досуши­ вающей, приведенная на рис. 86, г, применяется на БДМ, в которых имеется клеильный пресс. В основной группе влажность бумаги доводится до 4...5 %, в клеильном прессе бумажное полотно ув­ лажняется до 25...30 %, в досушивающей группе испаряется влага, внесенная в клеильном прессе.

Схема, приведенная на рис. 86, д, включает три узла сушки: предварительная (цилиндровая) сушка; конвективный сушильный шкаф и досушивающая (цилиндровая) сушка. Такие схемы су­ шильной части применяются в тех случаях, когда бумажному или картонному полотну необходимо придать повышенную усадку, в результате чего высушиваемый материал приобретает высокие показатели растяжимости и излома.

Впоследние годы в схемах скоростных БДМ (скорость больше 1600 м/мин), вырабатывающих тонкие виды бумаги типа газетной, нашло распространение однорядное расположение всех сушильных цилиндров, имеющих диаметр 2200 мм (рис. 87). Над цилиндрами располагаются сетконатяжные и сетконаправляющие валики, а под ними - вакуумные перфорированные валики. Сушильная сетка оги­ бает верхнюю часть сушильных цилиндров, что способствует беспрепятственной уборке брака. Основная задача такой компонов­ ки заключается в безобрывной проводке полотна бумаги по сушильной части и бесканатиковой его заправке. В одной привод­ ной группе в начале и в конце сушки находится по три цилиндра,

ав остальных группах - по четыре.

Вэтой схеме бумажное полотно соприкасается со всеми ци­ линдрами одной стороной листа, что вызывает неравномерное испарение влаги и распределение температуры и влажности по толщине. Сторона листа, соприкасающаяся с цилиндрами, высыха­

ет быстрее и скручивается в сторону меньшей влажности. По этой причине в конце сушильной части предусматриваются два машин­ ных двухвальных каландра. Перед первым каландром более сухая сторона бумаги увлажняется паром, а во втором каландре полотно подсушивается стальным обогреваемым валом. Таким образом, решается проблема устранения скручиваемости бумажного листа при его односторонней сушке.

Рис. 87. Схема сушильной части скоростной БДМ с безобрывной проводкой бумажного полотна: 1 - вакуумные валики; 2 - сушильные цилиндры; 3 - бу­ мажное полотно; 4 - сушильная сетка; 5 - увлажняющий каландр;

б- подсушивающий каландр; 7 - накат

Внекоторых схемах вместо увлажняющего и досушивающего

каландров устанавливают традиционную сушильную группу

сдвухрядным шахматным расположением сушильных цилиндров

идвумя сушильными сетками - верхней и нижней. Отличительной особенностью этой сушильной группы является то, что верхний

инижний ряды сушильных цилиндров имеют самостоятельные схе­ мы пароснабжения и отвода конденсата, с помощью которых могут устанавливаться различное давление пара и соответственно темпе­ ратура цилиндров, в результате чего устраняется скручиваемость бумаги, приобретенная при односторонней сушке.

Бумагосушильные цилиндры разделяются на приводные груп­ пы, различающиеся окружной скоростью цилиндров, что связано

снеобходимостью компенсации усадки полотна бумаги в машин­ ном направлении (скорость полотна уменьшается к накату).

Пароконденсатная система сушильной части. Важным ус­ ловием эффективной сушки бумаги является надлежащая система подвода пара в цилиндры и отвода из них конденсата. Количество пара, подаваемого в цилиндры, регулируется вентилем на главном паропроводе.

В старых системах, подвод пара осуществляется из параллель­ ных патрубков, соединяющих каждый сушильный цилиндр с главным паропроводом, и регулируется вентилем на патрубках. Недостатком этой системы является отсутствие циркуляции пара в цилиндрах.

Более совершенна система со ступенчатым подводом пара, обес­ печивающая циркуляцию пара в цилиндрах. Свежий пар из главного паропровода поступает в конечную по ходу машины группу, насчиты­ вающую до 75 % от общего числа цилиндров. Смесь конденсата и пара из этой группы поступает в водоотделитель, откуда конденсат уходит в сборник конденсата, а вторичный пар направляется в цилин­ дры средней группы. Давление пара в ней примерно на 30 % ниже. После отделения конденсата пар из средней группы поступает в пер­ вую сушильную группу (по ходу машины), а из этой группы - в водоотделитель, затем в теплообменник, где конденсируется. Весь конденсат направляется в котельную.

Сушильная часть по подаче пара может быть разделена на три, четыре и даже пять групп.

Преимущество циркуляции пара - отсутствие накапливания воздуха в системе.

6.5.4.Особенности сушки картона

Входе сушки происходит не только окончательное обезвожи­ вание картонного полотна путем испарения из него воды, но протекают и другие процессы, предопределяющие качество гото­ вой продукции. По мере удаления воды из влажного полотна происходит дальнейшее сближение волокон за счет сил поверхно­ стного натяжения с образованием межволоконных водородных связей, от количества которых зависят плотность и прочность кар­ тона. При сушке завершается процесс проклейки картона за счет гидрофобизации проклеивающих веществ, вводимых в бумажную массу или наносимых на его поверхность.

Из всех известных методов сушки картона наиболее широкое распространение получил контактный способ, при котором тепло передается влажному картонному полотну непосредственно от по­ верхности сушильных цилиндров, нагреваемых изнутри паром. Для интенсификации процесса сушки картона и лучшего регулирования его влажности по ширине полотна наряду с контактной сушкой

иногда используется и конвективная сушка с установкой над неко­ торыми сушильными цилиндрами колпаков скоростной сушки, а также дополнительной обдувки горячим воздухом полотна вдоль цилиндров.

После нанесения на поверхность картона мелованного покры­ тия может использоваться конвективная сушка в виде так назы­ ваемой сушки на воздушной подушке, широко применяемой для сушки целлюлозы на современных пресспатах, а иногда для до­ сушки некоторых видов бумаги.

В последние годы для сушки некоторых видов бумаги и карто­ на и придания им повышенной пористости стали применять сушку с тепломеханическим вытеснением влаги, при которой происходит не только испарение воды за счет подвода соответствующего коли­ чества тепла, ни и механическое вытеснение ее путем прососа через поры полотна горячего воздуха. Интенсивность такой сушки при­ мерно в 10 раз выше, чем обычной контактной сушки.

Для предварительной сушки тонких покровных слоев, наносимых на полотно перед его контактной сушкой, иногда используются ин­ фракрасные лучи. Считается, что при сушке латексных покрытий использование инфракрасных лучей является более эффективным, чем использование горячего воздуха (конвективная сушка).

Имеются примеры использования сушки в поле высокой час­ тоты в сочетании с контактной сушкой. Высокочастотная уста­ новка, расположенная перед контактной сушкой, позволяет улуч­ шить поверхностный слой полотна и устранить прилипание компонентов покрытия к поверхности сушильных цилиндров.

В настоящее время все указанные методы сушки картона яв­ ляются эффективными лишь в сочетании с контактной сушкой, поэтому целесообразней рассмотреть более подробно устройство и работу сушильной части машины.

На машинах, предназначенных для выработки картона с высо­ кой односторонней гладкостью, сушильная часть может делиться на три части: предварительная сушильная часть, лощильный ци­ линдр и досушивающая часть. Для получения высокой гладкости картона на лощильном цилиндре необходимо, чтобы сухость кар­ тона перед ним не превышала 60...75 %. Лощильный цилиндр несколько отличается по устройству и размерам от обычных су­ шильных цилиндров, он имеет диаметр от 3 до 6 м и обеспечивает более высокую интенсивность процесса испарения влаги.

После сушки полотно картона имеет температуру около 70...90 °С, и если при такой температуре его смотать в рулон, то снижаться она будет очень медленно, что отрицательно скажется на качестве картона из-за частичной термической деструкции рас­ тительных волокон. Для устранения этого эффекта после сушки охлаждают до температуры 30...50 °С на холодильных цилиндрах, охлаждаемых изнутри проточной водой, или в специальных каме­ рах с обдувкой его воздухом.

Вследствие того, что температура холодильных цилиндров или камер ниже точки росы окружающего их воздуха, пар, содержа­ щийся в воздухе, будет конденсироваться на поверхности цилиндров. Образующийся конденсат увлажняет картон, благодаря чему он становится более эластичным и лучше поддается каланд­ рированию. Кроме того, частичное увлажнение картона при охлаждении способствует снятию с его поверхности статического электричества.

Холодильные цилиндры, как и сушильные, отличаются лишь устройством для подачи и отвода охлаждающей воды. Вода пода­ ется в холодильные цилиндры из водопроводной магистрали с лицевой стороны машины через перфорированную трубу, а уда­ ляется с помощью черпака или сифона, которые в отличие от сушильных цилиндров находятся на большом (80... 100 мм) удале­ нии от внутренней стенки.

6.5.5. Основныерасчеты сушильной части

Определение числа сушильных цилиндров и сушильной поверхности

Для определения необходимой поверхности сушильных цилинд­ ров пользуются методом удельных съемов воды Wxв сушильной части (кг/ч), испаренной с 1м2 поверхности контакта бумаги с сушильными цилиндрами (рабочей поверхности сушильной части). Число бумаго­ сушильных цилиндров определяется по формуле

п 60 v g (T K- T K) 1 ? l v g ( T K-T„)

’ d a-TM-Wl ’

где v - скорость бумаги на накате, м /мин; g - масса 1 м2 вырабатывае­ мой бумаги, кг; Тк - конечная сухость бумаги (после сушильной части), %; Тп - начальная сухость бумаги (перед сушильной части), %;

W\ - удельный съем воды с рабочей сушильной поверхности, кг/м2 • ч; D - диаметр бумагосушильных цилиндров, м; а - коэффициент обхва­ та сушильных цилиндров бумагой.

Значения W\, а приводятся в методических указаниях для кур­ сового и дипломного проектирования «Теплотехнический расчет сушильной части бумаго- и картоноделательной машины», 2003 г.

Определение рабочей площади и боковой поверхности бу­ магосушильных цилиндров

Рабочая площадь Fp (м2) и боковая поверхность F0(м2) бумаго­ сушильных цилиндров определяется по формуле

Fp = b-r\-D-n-a,

Fo

где b - необрезная ширина бумаги на накате, м; К - соотношение между общей рабочей и боковой поверхностью сушильных цилин­ дров (К = 0,57.. .0,64).

Длина сушильного цилиндра

Длина сушильного цилиндра Вп должна быть больше ширины полотна, поступающего в сушильную часть на 70...130 мм, т.е.:

К+26)100

+ (0,07+0,13),

ц100-.у

где В0 - обрезная ширина полотна, м; b - ширина кромок, обрезае­ мых на продольно-резательном станке (0,025...0,030 м); у - величина поперечной усадки полотна, выбирается из справочных данных.

В настоящее время ЗАО «Петрозаводскмаш» предлагает сле­ дующие сушильные части:

1) с двухрядным (двухъярусным) расположением сушильных цилиндров. При этом передача бумажного полотна может осущест­ вляться одной сеткой (система «слалом» позволяет устранить колебания кромок, уменьшает обрывность полотна бумаги, увели­ чивает угол охвата сеткой сушильного цилиндра, уменьшает поперечную усадку, упрощает обслуживание сушильной части; эта система применяется в первой сушильной группе или с первой по четвертую) или двумя сетками;