CN102535227B - 纤维幅材机蒸汽与冷凝系统中处理残留蒸汽的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在纤维幅材生产机器的蒸汽与冷凝系统中处理残留蒸汽的方法，其中，借助蒸汽喷射器(31)以高压压缩蒸汽组(11)的残留蒸汽，其中，在蒸汽喷射器(31)的吸入侧产生负压。将经压缩的残留蒸汽输送到耗热器(33)中，在那里回收残留蒸汽中的热能，并将未冷凝的气体从经压缩的残留蒸汽中排除。通过这种方式，蒸汽组(11)能够在没有冷凝器和真空泵的情况下以负压工作。本发明还涉及一种用于在纤维幅材生产机器的蒸汽与冷凝系统中处理残留蒸汽的装置，该装置包括蒸汽喷射器(31)、耗热器(33)和用于从经压缩的残留蒸汽中去除未冷凝的气体的装置(34)。

Description

纤维幅材机蒸汽与冷凝系统中处理残留蒸汽的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在纤维幅材生产机器的蒸汽与冷凝系统中处理残留蒸汽的方法和装置。残留蒸汽是指源于干燥部蒸汽组的穿流蒸汽(吹入蒸汽)，其通常被冷凝并输送回动力站。

背景技术

蒸汽与冷凝系统用于确保向干燥部供应热能，以便将材料幅材干燥至所需要的最终水分含量，为此需要将冷凝水从缸中排出，并确保在各种条件下将非冷凝气体，即惰性气体从循环回路中排出。

近乎饱和的蒸汽被供应给干燥部的缸，这些蒸汽在液化时释放出大量的能量。这些能量从缸壁经缸护套转移到材料幅材上。干燥缸的表面温度随着干燥部从潮湿到干燥而均匀地升高。该表面温度受到供应给缸的蒸汽的压力的控制。设定的缸组具有相同的蒸汽压力，并将这种缸组称为蒸汽组。造纸机或纸板机通常具有三到六个独立于驱动器组的蒸汽组。

经冷凝的蒸汽通过虹吸管从缸排出。为了确保有效地排出冷凝水，在蒸汽侧和冷凝器侧之间须存在一定的压力差。穿流蒸汽由于这种压力差而与冷凝水一起从缸离开。人们寻求在同一蒸汽组或低压蒸汽组中再次使用这些穿流蒸汽。此外，还应该借助于穿流蒸汽确保使空气和非冷凝气体离开缸。所排出的冷凝水和穿流蒸汽积聚在冷凝水容器中，蒸汽在此与冷凝水分离。在蒸汽组中不能被再次使用的部分穿流蒸汽被输送到冷凝器中，在此通常利用冷的原水流使这部分穿流蒸汽液化。冷凝器和液化水容器中的冷凝水被输送回动力站，并在那里被重新用于产生蒸汽。

造纸机和纸板机的蒸汽与冷凝系统一般为级联系统、热压缩机系统或其组合。

在级联系统中，从各蒸汽组的缸到达冷凝水容器的穿流蒸汽被应用于后续的具有较低蒸汽压力的蒸汽组中。如果存在三个蒸汽组，那么将这些蒸汽组分别称为主蒸汽组、中间组和湿组。主蒸汽组接收来自主蒸汽管道的全部蒸汽并具有最高的蒸汽压力。穿流蒸汽从主(蒸汽)组的冷凝水容器输送到中间组的缸。而后，穿流蒸汽从中间组的冷凝水容器输送到湿组，也就是沿蒸汽流动方向观察的最后的蒸汽组中。湿组中的蒸汽压力最低。而后，穿流蒸汽从湿组的冷凝水容器输送到冷凝器。除了穿流蒸汽之外，还可以向每个蒸汽组输送新鲜蒸汽。

在干燥部的起始处，必须使缸的表面温度相对较低，以避免材料幅材由于较高的表面温度而不利地附着在缸上。因此，在湿组的缸中经常以低于正常压力的蒸汽压力启动。在此必须使冷凝水容器中也处于负压(Unterdruck)之下，由此使负责压力差的阀门正常工作。冷凝器用于使所有流入其中的蒸汽冷凝，并产生所需要的负压。真空泵用于使空气和未冷凝的气体从系统中分离。如果系统始终以正压(Ueberdruck)运行，则不需要真空泵。

在热压缩机系统中，在将蒸汽回送到同一蒸汽组或后续以较低压力运行的蒸汽组中之前，利用热压缩机，也就是蒸汽喷射器，以高压压缩穿流蒸汽。热压缩机需要动力蒸汽作为驱动力，动力蒸汽通常由背压蒸汽(Entnahmegegendruckdampf)构成。由热压缩机提供的蒸汽的压力高于穿流蒸汽的压力，但低于动力蒸汽的压力。未冷凝气体经由冷凝器和真空泵从系统排出，或者当系统在正压下运行时，直接通过吹风排出。

由专利文献WO2010025999A1可知一种纤维幅材机加热系统，该系统包括一种装置，用于对沿蒸汽流动方向位于最后的加热组的穿流蒸汽进行压缩并回送到该加热系统中。可以使用机械压缩机或热压缩机压缩穿流蒸汽，其中，利用新鲜蒸汽提高穿流蒸汽的压力。在较高压力下压缩的穿流蒸汽被输送到最后的蒸汽组的干燥缸中。该系统还包括冷凝器和真空泵，用于产生负压并将未冷凝的气体从系统中排出。

由专利文献US4447964可知一种蒸汽与冷凝系统，其中，在热压缩机中在较高的压力下压缩穿流蒸汽和未冷凝气体，并将大部分压缩蒸汽回送到同一蒸汽组中。小部分在较高压力下压缩的蒸汽被输送到以低压运行的蒸汽组中。以低压运行的蒸汽组的穿流蒸汽和非冷凝气体作为整体被输送到冷凝器中，在该冷凝器后以公知的方式连接有真空泵，用于将未冷凝的气体从系统中排出。使用高压蒸汽作为热压缩机的动力蒸汽。

一般情况下，从干燥部离开的穿流蒸汽的压力较低，从而可以仅仅使用在冷凝蒸汽时释放出的热量来将冷水加热到特定的温度。但是，在造纸过程中往往会产生过多的热水，这样，有一部分在冷凝器中转移到冷水中的热量就会流失。

发明内容

本发明的目的在于提出一种蒸汽与冷凝系统，该系统可以在没有冷凝器和真空泵的情况下工作，但仍然具有广泛的使用范围。该系统特别是能够加强从残留蒸汽回收热，更容易从系统中排出未冷凝气体，并能够降低蒸汽与冷凝系统的投资和运行成本。

在根据本发明的方法中，借助于蒸汽喷射器在较高的压力下压缩蒸汽组的残留蒸汽，其中，在蒸汽喷射器的吸入侧产生真空。将经压缩的残留蒸汽输送给耗热器()，在那里回收残留蒸汽所包含的热量并排除经压缩的残留蒸汽中未冷凝的气体。通过这种方法可以使蒸汽组在没有冷凝器和真空泵的情况下以负压运行。

根据本发明的用于处理残留蒸汽的装置包括用于在较高的压力下压缩残留蒸汽的蒸汽喷射器、用于从压缩残留蒸汽中回收热量的耗热器和用于从残留蒸汽中去除未冷凝气体的装置。由于这些组件可以使蒸汽组在没有冷凝器和真空泵的情况下以负压运行。

在本文中将残留蒸汽理解为低压穿流蒸汽，其通常被冷凝并回送到动力站中。残留蒸汽例如可以是源自湿组的冷凝水容器的吹入蒸汽，其压力很低，使其无法在蒸汽组中使用。

将蒸汽喷射器应用于干燥部中是公知的，但在所有已知的解决方案中，都是利用蒸汽喷射器提高穿流蒸汽的压力，以便能够将蒸汽回送到缸中。在根据本发明的解决方案中，蒸汽喷射器用于在冷凝水容器中产生负压，并提高穿流蒸汽的压力，在此，在压力升高之后，残留蒸汽例如可良好地适用于对干燥部的罩所需要的代用气体(Ersatzluft)进行加热。因此，为了产生负压不再需要冷凝器。也不再需要真空泵，因为即使没有真空泵也能将未冷凝的气体从经压缩的蒸汽中去除。

优选使用从工厂的主蒸汽管道获得的新鲜蒸汽来驱动蒸汽喷射器，也就是作为动力蒸汽。可以将从磨床车间(Schleiferei)、锅炉或动力站获得的新鲜蒸汽作为主蒸汽。蒸汽喷射器在其输出口上提供蒸汽，根据控制和压力条件，该蒸汽的压力是位于残留蒸汽压力和动力蒸汽压力之间的某个值。在常规的热压缩机系统中，从蒸汽组的冷凝器侧所吸取的穿流蒸汽被回送到同一蒸汽组或其他蒸汽组的蒸汽侧，在此，空气和未冷凝的气体将继续在系统中循环，除了在这种情况下：它们经由冷凝器或真空泵，或者当在正压下操作时通过直接排气将其从系统中排出。

蒸汽喷射器能够保持多大的负压，取决于蒸汽喷射器的类型和大小。例如对于纸板机而言，蒸汽喷射器是适合的负压发生器，在纸板机中干燥部所需的最大负压的数量级为-30至-40kPa。

在根据本发明的解决方案中，例如可以将来自蒸汽喷射器的经压缩的残留蒸汽用于加热热交换器中的空气或水，用于蒸汽喷箱或用于加热喷水板。这种蒸汽的一种优选的使用方式是加热用于排烟罩的代用气体。可以在耗热器的入口侧设置通风口，用以将空气和其他未冷凝的气体从压缩蒸汽中分离出来。可能在耗热器中形成的冷凝水被输送到工厂的主冷凝水容器或收集容器中。主冷凝水容器也可以配备通风口。

根据本发明的解决方案可在工厂中使用，其中可以将冷却水和密封水的使用减少到最低限度，并在已经有充足的热水时，将在工作水中对低压蒸汽能量(ND-Dampfenergie)的抽取和传输减小到最低限度。即便是湿组以较低的负压运行，也仍然能够利用湿组的穿流蒸汽的能量，这可以通过根据本发明的解决方案来实现。

通过根据本发明的解决方案可以获得若干优势：由于去掉了真空泵，因此也不再需要泵电动机以及密封水。真空泵通过蒸汽喷射器来代替，蒸汽喷射器优选消耗与供应给干燥缸的蒸汽相同的蒸汽。蒸汽喷射器不消耗电力也不消耗密封水。

由于不使用冷凝器，也不需要冷凝器冷却水。冷凝器的用水量至少约为3-6升/秒，最高约为40-60升/秒。冷凝器可以用其他任意的耗热器来代替，例如用于排烟罩的代用气体加热器。因此由蒸汽喷射器提供的压缩蒸汽可用于加热排烟罩所需要的代用气体。

根据本发明的解决方案允许干燥部的其他操作模式。湿组可以如同采用冷凝器和真空泵工作的普通级联系统那样在正压或负压下运行。

对于投资成本可以实现潜在的节约，因为例如用于排烟罩的代用气体并通过蒸汽运行的热交换器无论如何都归属于原料提供范围。蒸汽喷射器的费用大约只等于冷凝器、真空泵和水分离器的费用总和的一半。

根据本发明的方法和根据本发明的装置可以与级联系统联合使用，也可以良好地与热压缩机系统联合使用。

附图说明

下面借助附图对本发明进行说明，但是本发明并不受其限制。

图1示出了根据现有技术的残留蒸汽处理的原理图。

图2示出了根据本发明的用于处理残留蒸汽的装置的原理图。

具体实施方式

在图1中示出了根据现有技术的用于造纸机干燥部的蒸汽和冷凝系统的一部分的原理图。在此是级联系统，其中，来自主蒸汽管道10的蒸汽通过管道16输送到中间组12的缸，并通过管道18输送到湿组11的缸。冷凝水和由缸流出的穿流蒸汽被收集在相关蒸汽组11、12的冷凝水容器13、14中。

沿纤维幅材运行方向观察，湿组11构成了第一干燥缸蒸汽组。当纤维幅材遇到湿组11的缸时，纤维幅材仍然是相对较湿的，因此要采用相对较低的温度和相对较低的蒸汽压力来进行干燥。中间组12中的温度和压力要高于湿组11的。在干燥部的最后的蒸汽组(未示出)中使用的蒸汽压力最高。

由于这是一个级联系统，因此穿流蒸汽和未冷凝气体从最后的蒸汽组的冷凝水容器(未示出)出来经过管道15进入中间组12的蒸汽供应管16中。相应地，穿流蒸汽和未冷凝气体从中间组12的冷凝水容器14出来经过管道17进入湿组11的蒸汽供应管18。

将冷凝水从冷凝水容器13、14中抽出，并经过管道19进入冷凝水容器20，并从那里通过管道21进入锅炉(未示出)。通过管道22，还可以将纤维幅材生产机器以及特别是干燥部的其他冷凝水输送到主冷凝水容器20中，例如来自用于排烟罩代用气体的热交换器(未示出)的冷凝水。通常使用背压或低压蒸汽(Entnahme-oderNiederdruckdampf)来加热用于排烟罩的代用气体。

从湿组的冷凝水容器13中出来的低压穿流蒸汽，也就是残留蒸汽，通过管道23输送到冷凝器24中，在那里，借助于在冷却水管道25中循环的原水使蒸汽冷凝。在蒸汽冷凝时，其压力和体积降低。在冷凝器24的后面设有水分离器26，冷凝水从该水分离器中流出通过管道27和19被输送到主冷凝水容器20中。未冷凝的气体从水分离器26中出来，通过管道28输送到真空泵29。真空泵29将空气和未冷凝气体排放到大气中。真空泵29需要密封水，密封水通过管道30离开冷却水循环。

由于湿组11以负压运行，因此必须要有冷凝器24和真空泵29，以向冷凝水容器13施加负压，并使未冷凝气体从系统中排出。冷凝器24和真空泵29的运行需要冷却水。转移到冷却水中的热能常常是未被利用的，因为在该过程中存在剩余的热水。真空泵29的电机消耗电能。

在图2中示出了配备有根据本发明的装置的蒸汽与冷凝系统的一部分。在图1和图2中彼此相应的部分以相同的附图标记表示。

在图2中，冷凝器和真空泵被蒸汽喷射器31代替，该蒸汽喷射器产生负压，该负压使残留蒸汽和未冷凝的气体通过管道23被从湿组11的冷凝水容器13中吸出。蒸汽喷射器31的运行不需要电和水，而是利用动力蒸汽工作，动力蒸汽通过管道32从主蒸汽管道10中输入。蒸汽喷射器31产生压缩的蒸汽，压缩后的蒸汽的压力低于从主蒸汽管道10获得的动力蒸汽的压力，但高于从冷凝水容器13获得的穿流蒸汽的压力。

由蒸汽喷射器31提供的、在较高压力下压缩的蒸汽通过管道38输送到热交换器33，在这种情况下，热交换器由用于加热排烟罩代用气体的加热器组成。在管道38中，在热交换器33之前接有通风口34，通过该通风口排出经压缩的蒸汽中的空气和其他未冷凝的气体。在热交换器33中，残留蒸汽冷凝，并对用于排烟罩的代用气体加热。从热交换器33流出的冷凝水通过管道35流入主冷凝水容器20中，而被加热的代用气体37则输送到干燥部的排烟罩，并在那里排挤掉已分离的潮湿空气。管道35可以具有称之为蒸汽疏水阀36的冷凝水分离器，该蒸汽疏水阀同样将空气和未冷凝的气体从系统中排出。

传统上通过背压蒸汽或低压蒸汽来加热排烟罩的代用气体。利用根据本发明的解决方案，可以降低新鲜蒸汽的消耗，并有效地回收仍然包含在湿组11的残留蒸汽中的能量。

在本文中，纤维幅材生产机器是指造纸机、纸板机、棉纸机和纸浆干燥机。

在本发明的范围内，可以有本发明的许多不同的变形。

Claims (9)

1.一种用于在纤维幅材生产机器的蒸汽与冷凝系统中处理残留蒸汽的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

借助于蒸汽喷射器(31)以高压压缩蒸汽组(11)的残留蒸汽，其中，在所述蒸汽喷射器(31)的吸入侧产生负压，

将经压缩的残留蒸汽输送到耗热器(33)中，并在那里回收残留蒸汽中的热能，以及

排除经压缩的残留蒸汽中未冷凝的气体，其中，所述蒸汽组(11)能够在没有冷凝器和真空泵的情况下以负压工作。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述蒸汽喷射器(31)中采用从工厂的主蒸汽管道(10)获得的蒸汽作为动力蒸汽。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用热交换器作为所述耗热器(33)，其借助经压缩的残留蒸汽加热排烟罩的代用气体(37)或水。

4.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，从所述蒸汽喷射器(31)到所述耗热器(33)的管道(38)配备有通风口(34)。

5.一种用于在纤维幅材生产机器的蒸汽与冷凝系统中处理残留蒸汽的装置，其特征在于，该装置包括：

蒸汽喷射器(31)，用以压缩蒸汽组(11)的残留蒸汽，其中，在所述蒸汽喷射器(31)的吸入侧产生负压，

耗热器(33)，用以从经压缩的残留蒸汽中回收热能，以及

用于从经压缩的残留蒸汽中去除未冷凝的气体的通风口(34)，

其中，所述蒸汽组(11)能够在没有冷凝器和真空泵的情况下以负压工作。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述蒸汽喷射器(31)设计为，借助从工厂的主蒸汽管道(10)获得的动力蒸汽来压缩从所述蒸汽组(11)的冷凝水容器(13)获得的穿流蒸汽。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述耗热器由热交换器(33)构成，并设计为，借助经压缩的残留蒸汽来加热排烟罩的代用气体(37)或工作水。

8.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述通风口(34)连接在从所述蒸汽喷射器(31)到所述耗热器(33)的管道(38)上。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述通风口(34)连接在从所述蒸汽喷射器(31)到所述耗热器(33)的管道(38)上。