CN1005421B - 纸和纸板过热蒸汽干燥法及干燥机 - Google Patents

Abstract

本发明是纸和纸板过热蒸汽干燥法及干燥机。纸或纸板是在过热蒸汽环境内干燥，可控制湿纸温度高于１００℃，木质素被软化。纤维之间能形成较多的健结合。比现有干燥法，可提高含木质素的纸或纸板的物理强度０～２０％，因此可扩大磨木浆、半化学木浆、特别是阔叶材半化学浆的应用范围。既省木材又扩大造纸用材的来源。此外排出的废水蒸汽，容易回收利用。比现有干燥法可大幅度节能。可提高干燥速度。即使不回收利用废汽也比现有干燥法节能。本发明提供了四种不同干燥机。

Description

纸和纸板过热蒸汽干燥法及干燥机

本发明是关于用过热蒸汽烘干纸或纸板或浆板的方法和干燥机，尤其是关于用过热蒸汽烘干用磨木浆、化学磨木浆、半化学木浆抄的纸和纸板的方法。这种干燥法可以提高这类纸和纸板的物理强度，还可以节省热能。

由于全世界制浆用木材的供应越来越紧张，造纸工业被迫提高纸浆的得率和用阔叶材代替针叶材制浆，但提高纸浆的得率的结果是脱木素不完全，纤维变得粗硬，特别是阔叶材浆更是严重，因此降低了成纸的强度和挺度。现有干燥方法，如烘缸干燥、热空气干燥、红外线干燥、高频干燥等，湿纸是在空气的环境内干燥的，从湿纸中蒸发的水分由其周围的空气带走，湿纸的温度一般不超过80℃，纸内的木质素不能被软化，不能改变含木质素的纤维的硬挺特性，因此在干燥过程中纤维之间形成的键结合数目较少，成纸的强度和挺度较低。

在现有纸机中，大多数采用烘缸干燥，从湿纸中蒸发出来的水蒸汽是靠流动的空气把它带走。水蒸汽与空气混合成为含湿量低于0.15公斤水分/公斤干空气的湿空气。通常每生产1公斤纸要向纸机干燥部送20～75公斤空气，以便带走蒸发的水蒸汽，大量空气带走了大量热量。由于废湿空气的温度低以及比热焓低，因而难以回收利用废湿空气中的废热，即使有回收废湿空气废热的设备，也只能用于加热空气或热水，节能很有限。烘缸干燥每蒸发1公斤水分的单位耗热量很大。热空气干燥存在同样缺点且单位耗热量比烘缸干燥还高。红外干燥、高频干燥除单位耗热量高外，还有两大缺点：只能作为辅助干燥且易引起火灾。

针对现有的烘缸干燥、热空气干燥、红外线干燥、高频干燥等存在的缺点，本发明提供了克服上述缺点的新干燥方法和干燥机-纸和纸板过热蒸汽干燥法和干燥机。本发明不但可以提高含木质素的纸和纸板的强度，且能大幅度节省热能。

本发明提供的纸和纸板过热蒸汽干燥法和干燥机，干燥介质是过热蒸汽，纸和纸板是在过热蒸汽环境内干燥的。湿纸的温度等于或高于过热蒸汽的饱和温度，控制过热蒸汽的压力等于或大于大气压力，湿纸的温度必然高于100℃，在这样的温度下烘干用磨木浆、化学磨木浆、半化学木浆抄的纸和纸板，其内的木质素及含木质素的薄壁细胞就会被软化，纤维变得柔软，干燥后纤维之间能形成较多的键结合，纤维之间的接触也较紧密、摩擦力也增加，因此可以提高成纸的物理强度。用本发明的过热蒸汽干燥法烘干由磨木浆、化学磨木浆、半化学木浆抄制的纸和纸板，其物理强度比用现有干燥法烘干的提高0～20%。阔叶材半化学木浆往往含有大量薄壁细胞。这类薄壁细胞木质素含量高，对成纸的物理强度不利。过热蒸汽干燥可以使木质素和薄壁细胞软化，特别有利于提高阔叶材半化学木浆纸和纸板的物理强度。应用本发明可扩大磨木浆、化学磨木浆、半化学浆的应用范围，节约木材资源。同时使很多阔叶材也成了造纸用材，扩大了木材来源。

本发明也可以用于干燥化学木浆类纸和纸板、各种非木纤维纸和纸板、各类浆板等。过热蒸汽的压力也可以低于大气压。

在本发明提供的纸和纸板过热蒸汽干燥法干燥机中，纸或纸板是在过热蒸汽的环境内干燥，废汽是蒸汽，从湿纸中蒸发的水蒸汽的潜热仍保留在废汽内，可以全部回收利用，热效率高。本发明的纸和纸板过热蒸汽干燥法和干燥机比现有干燥方法可节约20～80%的热能。即使不回收利用废汽也比现有干燥方法节约热能。

现有的烘缸干燥设备庞大，一台现代高速纸机需要装设50～100只烘缸，投资大，占的地面和空间大。本发明应用过热蒸汽喷流冲击纸面，强化了传热过程，提高了传热系数;又因为从湿纸中蒸发的水蒸汽是进入过热蒸汽内，没有传质阻力，因此大大提高了干燥速度，约为烘缸干燥的好几倍。可以缩短纸机干燥部的长度。过热蒸汽冲击结合烘缸热传导所达到干燥速度也比现有杨克热风干燥机的干燥速度高。

在现有的烘缸干燥、热空气干燥、红外干燥、高频干燥等过程中，纸或纸板或浆板是在空气的环境内烘干的，容易引起火灾。在本发明的过热蒸汽干燥过程中，纸或纸板或浆板是在过热蒸汽的环境内干燥，不与空气接触，可以消除火灾。

本发明提供了四种不同的过热蒸汽干燥机。

1.多烘缸过热蒸汽干燥机，附图1是它的流程图。

2.多辊过热蒸汽冲击穿透干燥机，附图2是它的流程图。

3.多辊过热蒸汽穿透干燥机，附图3是它的流程图。

4.单烘缸过热蒸汽干燥机，附图4是它的流程图。

本发明提供的四种过热蒸汽干燥机都是按本发明的过热蒸汽干燥法构思的，它们有以下三个共同点：

一、纸或纸板或浆板是在过热蒸汽的环境内烘干的。干燥室是密封的，过热蒸汽把热量传给湿纸，蒸发的水蒸汽进入过热蒸汽流内，过热蒸汽循环使用。由于从湿纸中蒸发出来水蒸汽，为了保持密封系统内压力不变，需要连续排出部分蒸汽，其重量等于从湿纸中蒸发出来的水分的重量。排出的水蒸汽可以送去其它用热设备作加热用。如果用热设备所需的蒸汽压力等于排出的蒸汽的压力，就直接利用。如用热设备需要的压力高于排出的蒸汽压力，就需要设置蒸汽压缩机把排出的水蒸汽压缩提高压力。现有干燥方法不管是烘缸干燥、热空气干燥、红外线干燥、高频干燥、湿纸都是在空气的环境内被烘干的，空气带走了从湿纸中蒸发出来的水蒸汽，同时被加热带走大量热量。湿空气的比热焓低，废热很难回收利用，即使废热回收利用，在经济上不合算。用过热蒸汽烘干纸的过程中，没有冷空气进入干燥机，也没有热空气随水蒸汽排出，不存在通风空气带走大量热量所造成的热损失，从湿纸中蒸发的水蒸汽的潜热可以全部被回收利用，因此比现有干燥方法可大幅度节省热能。即使排出的水蒸汽不回收利用，也比现有干燥方法节省热能。

二、纸或纸板是在过热蒸汽环境内烘干的。湿纸的温度等于或高于过热蒸汽的饱和温度。调节过热蒸汽的压力就可以控制湿纸的温度。现有干燥方法是在空气内烘干纸、湿纸温度一般不超过80℃。在低于80℃的温度下，木质素和脱木质素不完全的薄壁细胞不会被软化。含木质素的纸或纸板的纤维较硬挺不柔软，烘干后纤维之间形成的键结合数目较少，成纸物理强度较低。应用过热蒸汽烘干纸或纸板的方法时，调节控制过热蒸汽的压力在0～4公斤/平方厘米表压内，就可以控制湿纸温度在100～190℃，木质素及脱木质素不完全的薄壁细胞就会被软化，纤维变得柔软，烘干后纸的物理强度比用现有干燥方法烘干的要高些。用过热蒸汽烘干用磨木浆、化学磨木浆、半化学木浆抄的纸或纸板，比用现有干燥方法烘干的可提高纸或纸板的物理强度0～20%，随浆种纸种的不同而不同。也可用于干燥化学木浆类和非木纤维类纸或纸板或浆板。过热蒸汽的压力也可以是负压。

三、用过热蒸汽烘干纸或纸板或浆板，过热蒸汽的温度应在200～400℃之间。温度过低会结露，干燥速度低，热效率低;温度过高对设备不利，也影响纸的质量，较高的温度，干燥速度较高，热效率较高。

本发明提供了四种不同的过热蒸汽干燥机。下面以附图1至附图4说明四种不同过热蒸汽干燥机流程。

附图1是多烘缸过热蒸汽干燥机的流程图。这种干燥机可用于烘干纸或纸板或浆板。它是由密封的干燥室（1）、蒸汽过热器（2）、蒸汽循环机（3）、蒸汽压缩机（4）、饱和蒸汽发生器（5）等部分组成。

干燥室是密封的、前、后、左、右、上、下各面有保温层。干燥室内有烘缸（6），过热蒸汽喷嘴（7）、耐热网（8）等必要的装置。其他设备按需要设置。湿纸（9）（或湿纸板或湿浆板）由一对喂纸辊（10）导入干燥室，烘干后由一对纸辊（11）引出，它们既保证纸（9）（或纸板或浆板）顺利进出，又保持密封不漏出蒸汽或渗入空气。干燥室内过热蒸汽的压力可以根据需要进行调节，控制湿纸或湿纸板的温度，从而控制成纸或纸板的质量。

进入干燥室的纸（9）（或纸板或浆板）绕在烘缸（6）上，在纸的外面包有耐热网（8）。烘缸外面装有多排过热蒸汽喷嘴（7），过热蒸汽从喷嘴喷出冲击在纸上，把热量传给纸。烘缸由＊和蒸汽加热，纸同时从烘缸表面得到热量。又因水分是在过热蒸汽的环境内蒸发，不存在扩散阻力，蒸发速度取决于传热速度，因此过热蒸汽冲击结合烘缸传热可以大大提高干燥速度，是现有多烘缸干燥机的好几倍。

喷嘴的过热蒸汽来自过热器，从湿纸中蒸发出来的水蒸汽与过热蒸汽混合成为过热度较低的过热蒸汽，然后由蒸汽循环机（3）抽出，大部分循环使用，再加热后作为喷流。多余部分蒸汽排出，或直接送往其他用热设备，或经压缩机压缩后提高压力再送往其他用热设备，根据工厂用热设备的情况而定。

干燥过程所需的热量来自蒸汽过热器。循环使用的蒸汽由蒸汽循环机（3）从干燥室抽出，然后送入蒸汽过热器加热至所需要的温度，再通过管道送到每个喷嘴。蒸汽过热器可使用煤或重油等劣质燃料。当然也可以用其他优质燃料。加热方式为间接式以保持过热蒸汽干净。由于过热蒸汽的温度高，即使采用逆流换热方式，由过热器排出的烟气的温度也较高，因此可装设饱和蒸汽发生器利用过热器排出的烟气的热量来产生饱和蒸汽用于加热烘缸。如果条件许可，也可以用纸厂的锅炉的部分给热面作为过热器加热循环蒸汽及用锅炉的饱和蒸汽加热烘缸，不另单独设置蒸汽过热器和饱和蒸汽发生器。

如果工厂所在地电力很便宜，则电热是最理想的热源，可以直接加热蒸汽而不污染蒸汽，热效率高，设备简单。

干燥室内烘缸的只数及喷嘴的数量决定于生产的品种和生产规模，烘缸可以设许多只也可以只设一只。

耐热网（8）承受一定的张力，它的作用是保证湿纸与烘缸面紧密接触，有利于热传导，同时可以得到平滑的纸面。对耐热网（8）施加较大的张力将使纸受到较大的压力，对干纸的强度有好处。在烘干高定量纸板和浆板时可以不要耐热网。

附图2是应用过热蒸汽烘干纸或纸板的另一种干燥机的流程图。它与前者的不同有两点：它没有烘缸，烘缸被蜂窝辊（或多孔辊）26代替;它比前者多一个抽汽机212，用于抽吸蜂窝辊内的蒸汽造成辊内外有一定压力差。这种型式的干燥机由密封的干燥室21、蒸汽循环机23、抽汽机212、蒸汽过热器22、蒸汽压缩机24等部分组成。它最适用于烘干半透气性纸种。过热蒸汽由喷嘴27喷出冲击在纸29上，把热量传给纸，蒸发水分，大部分蒸汽喷〈＆＆〉同部分蒸发的水分从纸上反射回来。由蒸汽循环机23排出循环使用。由于辊内压力低于辊外，小部分过热蒸汽穿过纸并蒸发和带走水分进入辊内。由抽汽机212抽出加压至干燥室过热蒸汽的压力后和干燥室排出的废汽混合循环使用。多余部分蒸汽（其重量等于从纸中蒸发的水分的重量）被排出。或直接用于别的加热设备。或经蒸汽压缩机24加压后用于别的加热设备。比现有干燥方法节能20～80%。蜂窝辊（或多孔辊）26的数目可以是多只，也可以是一只。

附图3是多辊过热蒸汽穿透干燥机的流程图，它与多辊过热蒸汽冲击穿透干燥的不同是：密封干燥室内只有蜂窝辊或多孔辊，而辊外不设过热蒸汽喷嘴。蒸汽循环机直接从辊内抽吸过热蒸汽造成辊内外有压差。蒸汽循环机把从辊内吸出的蒸汽循环，送入蒸汽过热器加热至所需温度，然后送入干燥室。这种干燥机主要由密封干燥室〔31〕、蒸汽过热器〔32〕、蒸汽循环机〔33〕、蒸汽压缩机〔32〕组成。由于蒸汽循环机抽吸蜂窝辊或多孔辊〔36〕的内部造成压差，干燥室内的过热蒸汽穿透湿纸进入辊内，把热量传给湿纸，蒸发水分，并把水分带走。过热蒸汽循环使用。从干燥机排出的从湿纸中蒸发的水蒸汽容易回收利用，或直接用于别的用热设备，或经蒸汽压缩机加压后送往其他用热设备。比现有干燥方法节能20～80%。蜂窝辊或多孔辊可以是一只或多只。

附图4是应用过热蒸汽烘干纸的第四种干燥机的流程图。它只有一只烘缸46，密封干燥罩41与烘缸表面配合紧密保持密封，湿纸贴在烘缸表面由密封辊410导入干燥室，烘干后由密封411导出干燥室。干燥室内有多排过热蒸汽喷嘴47，从喷嘴出来的过热蒸汽喷射在纸面，把热量传给纸。烘缸用饱和蒸汽加热，纸同时从烘缸表面得到热量。蒸发的水分和过热蒸汽喷流混合由蒸汽循环机43抽出干燥室，大部分循环使用，通过管道送入蒸汽过热器42加热至所需要的温度，然后通过管道送到每个喷嘴作为喷流。多余部分蒸汽由管道413排出，或直接用于别的加热设备，或由蒸汽压缩机44加压后送往别的用热设备使用。比现有干燥方法节能20～80%。

Claims (4)

1、一种烘干纸或板板或浆板的干燥方法，其特征在于湿纸或湿纸板或湿浆板是在过热蒸汽的环境内干燥的，隔绝了空气，湿纸或湿纸板或湿浆板在干燥过程中不与空气接触。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于过热蒸汽循环使用，排出的多余过热蒸汽被回收利用。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于湿纸或湿纸板的温度是可以调节的。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于湿纸或湿纸板的温度为100-190℃。

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