DE10146032A1

DE10146032A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer gestrichenen Papier- oder Kartonbahn

Info

Publication number: DE10146032A1
Application number: DE10146032A
Authority: DE
Inventors: Richard Aust
Original assignee: Krieger GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-04-03
Also published as: US20030051369A1; EP1295987A3; EP1295987A2

Abstract

Zum Trocknen einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer gestrichenen Papier- oder Kartonbahn, ist es bekannt, die Bahn zunächst in einem Infrarot-Trockner (1) mit Infarot-Strahlen vorzutrocknen und anschließend in einem Lufttrockner (2) mit Luft weiter zu trocknen. DOLLAR A Nach der Erfindung wird der Lufttrockner (2) so betrieben, daß der Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Trocknungsluft (8) und der Bahn in Bahnlaufrichtung ansteigend verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer gestrichenen Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Bahn zunächst in einem Infrarot-Trockner mit Infrarot-Strahlen vorgetrocknet und anschließend in einem Lufttrockner mit Luft weiter getrocknet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens.
Bei der Herstellung von mit Streichfarbe beschichteten Papier- und Kartonbahnen werden zum Trocknen der Bahnen nach dem Auftrag der Streichfarbe bekannterweise Trocknungssysteme eingesetzt, die Infrarot-Strahler oder mit Heißluft trocknende Lufttrockner enthalten. Dabei ist es bekannt, Abwärme aus einem Infrarot-Strahler in einem nachfolgenden Lufttrockner zu nutzen. In dem Aufsatz von Sommer und Aust "IR Drying Concepts for High Energy Yield" (Wochenblatt für Papierfabrikation 22, 1997) ist ein sogenannter Integral-Trockner beschrieben, bei den unmittelbar hinter einem Infrarot- Tockner ein Lufttrockner angeordnet ist, der die Abwärme der Infrarot-Strahler nutzt und so den Wirkungsgrad der Trocknung erhöht. Dazu wird Luft im Bereich der IR-Strahler gegen die Bahn geblasen und anschließend abgesaugt. Die erhitzte, mit Wasserdampf beladende Luft wird anschließend als Trocknungsluft im nachfolgenden Lufttrockner verwendet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trocknungsverfahren und eine Trocknungsvorrichtung bereitzustellen, das (die) über eine möglichst kurze Bahnlänge eine schonende Trocknung von gestrichenen Papier- oder Kartonbahnen mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Lufttrockner so betrieben wird, daß der Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Trocknungsluft und der Bahn in Bahnlaufrichtung ansteigend verläuft.
Es hat sich bei der Trocknung von gestrichenen Papier- oder Kartonbahnen gezeigt, daß Probleme im Endprodukt, beispielsweise hinsichtlich der Bedruckbarkeit, auftreten, falls die Verdampfungsrate beim Trocknen zeitweise bestimmte Werte übersteigt.
Beim Durchlauf der Bahn durch den Lufttrockner wird somit die Trocknung zunächst mit einem geringeren und anschließend mit einem sukzessiv steigenden Wärmeübergangskoeffizienten durchgeführt. Der relativ geringe Wärmeübergangskoeffizient zu Beginn der Konvektionstrocknung führt dazu, daß der bei bekannten Integral-Trocknern schlagartige Anstieg der Verdampfungsrate am Beginn der Konvektionstrocknung erheblich geringer ausfällt. Eine Überschreitung des die Qualität des Endprodukts beeinträchtigenden Grenzwerts der Verdampfungsrate wird so vermieden. Nach dem die Verdampfungsrate durch Abfall der Bahntemperatur genügend abgesunken ist, wird die Trocknung mit einem erhöhten Wärmeübergangskoeffizienten durchgeführt, so daß über die Trocknerlänge gegenüber bekannten Trocknersystemen die gleiche Trocknungsleistung erreicht wird.
Bevorzugt wird die Konvektionstrocknung mit dem Lufttrockner in mehreren Stufen durchgeführt. Der Lufttrockner enthält dann mehrere sich quer über die Bahn erstreckende und in Bahnlaufrichtung hintereinander angeordnete Blasdüsen, die so betrieben werden, daß der Wärmeübergangskoeffizient stufenweise ansteigt.
Bevorzugt wird das Ansteigen des Wärmeübergangskoeffizienten dadurch bewirkt, daß der flächenspezifische Luftstrom, also die Luftmenge pro Zeit und Bahnfläche, in jeder Stufe des Lufttrockners ansteigt. Alternativ können auch andere den Wärmeübergangskoeffizienten beeinflussende Parameter verändert werden, beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit der Luft.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die Seitenansicht eines bekannten Integral-Trockners,
Fig. 2 zeigt einen Trockner nach der Erfindung,
Fig. 3 zeigt den Verlauf der Verdampfungsrate beim Trocknen als Vergleich zwischen den bekannten Trocknungsverfahren (Kurve 1) und den Trocknungsverfahren nach der Erfindung (Kurve 2), und
Fig. 4 den entsprechenden Vergleich der Bahntemperaturen beim Trocknen.
Wie in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt besteht die erfindungsgemäße Trocknungsvorrichtung aus einem Infrarot-Trockner 1 und einem in Bahnlaufrichtung (in den Figuren von links nach rechts) dahinter angeordneten Lufttrockner 2. Der Infrarot- Trockner 1 ist aus mehreren - im Ausführungsbeispiel vier - Trocknungseinheiten 3 aufgebaut, die jeweils Reihen von Infrarot-Strahlern 4 enthalten, die mit fluchtenden Abstrahlflächen angeordnet sind. Die Infrarot-Strahler 4 werden mit einem Fluid- Luftgemisch beheizt, vorzugsweise mit einem Gas-Luftgemisch. Bei jeder Trocknungseinheit 4 wird an der Bahneinlaufseite aus Düsen 5 Luft in Richtung zur Bahn geblasen. Die mit Abgasen der Strahler 4 und mit Dampf beladende Luft wird am Auslaufende jeder Trocknungseinheit 4 über Saugöffnungen 6 abgesaugt.
Der nachfolgend angeordnete Lufttrockner 2 enthält mehrere - im Ausführungsbeispiel vier - Blasdüsen 7, die in Bahnlaufrichtung mit Abstand von einander angeordnet sind und sich quer über die Bahnbreite erstrecken. Aus den Blasdüsen 7 wird Trocknungsluft 8 gegen die Bahnoberfläche geblasen, die über eine gemeinsame Lufthaube 9 zugeführt wird. Zwischen den Blasdüsen 7 befinden sich an der Unterseite der Lufthaube 9 Absaugöffnungen, über die mit Wasserdampf beladende Luft abgesaugt wird. Zum Trocknen einer auf beiden Seiten beschichteten Bahn ist der Lufttrockner 2 bevorzugt als Schwebetrockner ausgebildet. Bei einem Schwebetrockner sind oberhalb und unterhalb der Bahn Blasdüsen 7 angeordnet, aus denen Trocknungsluft gegen die freischwebend geführte Bahn geblasen wird.
Der aus dem Infrarot-Trockner 1 und dem Lufttrockner 2 bestehende Integral-Trockner wird so betrieben, daß die Abluft aus dem Integral-Trockner 1 als Trocknungsluft 8 in dem Lufttrockner 2 verwendet wird. Der Lufttrockner 2 nach dem Ausführungsbeispiel weist keinen eigenen Heißlufterzeuger auf, so daß die gesamte Trocknungsenergie von den Strahlern 4 erzeugt wird.
Alternativ ist es möglich, den Lufttrockner 2 mit einem eigenen Heißlufterzeuger auszustatten und der erzeugten Heißluft Abluft aus dem Infrarot-Trockner 1 zuzumischen.
Soweit ist der in Fig. 1 dargestellte Integral-Trockner bekannt und beispielsweise in dem Aufsatz von Sommer und Aust "IR Drying Concepts for High Energy Yield" (Wochenblatt für Papierfabrikation 22, 1997) beschrieben. Bei den bekannten Integral-Trocknern tritt aus jeder Blasdüse 7 des Lufttrockners 2 derselbe Strom an Trocknungsluft 8 aus, dies ist in Fig. 1 durch übereinstimmende Länge der Pfeile 8 dargestellt.
Der in Fig. 2 dargestellte Integral-Trockner nach der Erfindung stimmt bis auf die nachfolgend aufgeführten Unterschiede mit dem bekannten Integral-Trockner nach Fig. 1 überein. Der erfindungsgemäße Integral-Trockner enthält einen Lufttrockner 2, der Mittel aufweist, um den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen der Trocknungsluft 8 und der Bahn in Bahnlaufrichtung ansteigend verlaufend einzustellen. Bevorzugt wird ein ansteigender Wärmeübergangskoeffizient beim Trocknen dadurch erreicht, daß der flächenspezifische Strom an Trocknungsluft 8, also die Luftmenge pro Zeit und m² Bahnoberfläche, über die Länge des Lufttrockners 2 ansteigend eingestellt wird. Dazu weisen die einzelnen, hintereinander angeordneten Blasdüsen 7 Mittel auf, den aus ihnen austretenden Strom an Trocknungsluft 8 einzustellen. Bevorzugt enthält jede Blasdüse 7 an ihrem Lufteintritt eine Luftklappe, mit der sich der Strom an aus der Lufthaube 9 in die Blasdüse 7 einströmenden Trocknungsluft und somit auch die Menge an aus der Blasdüse 7 austretender Trocknungsluft 8 einstellen läßt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den Austrittsquerschnitt der Düsenschlitze oder -löcher jeder Blasdüse 7 variabel zu gestalten, damit der Strom an austretender Trocknungluft 8 über die Länge des Lufttrockners 2 ansteigend eingestellt werden kann.
Falls für das Trocknungsverhalten vorteilhaft, wird der zwischen den Blasdüsen 7 abgesaugte, also von der Bahn weggeführte Luftstrom dem Strom an Zuluft aus den jeweiligen Blasdüsen 7 angepaßt. Dies läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß an der Unterseite der Lufthaube 9 zwischen den Blasdüsen 7 Absaugöffnungen aufweisende Lochbleche angebracht sind, wobei der Querschnitt der Öffnungen und/oder die Anzahl der Öffnungen für einen steigenden Absaugquerschnitt sich in Bahnlaufrichtung vergrößert.
In den Fig. 3 und 4 ist der unterschiedliche Trocknungsverlauf zwischen den bekannten Trockner nach Fig. 1 (Kurve 1) und dem erfindungsgemäßen Trockner nach Fig. 2 (Kurve 2) dargestellt. In Fig. 3 ist die Verdampfungsrate über die Trocknerlänge dargestellt, in Fig. 4 die Bahntemperatur über die Trocknerlänge.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, steigt bei dem bekannten Trockner die Verdampfungsrate zu Beginn des Lufttrockners 2 schlagartig in erheblichen Umfang an und fällt anschließend kontinuierlich ab. Bei dem erfindungsgemäßen Trockner wird dagegen am Anfang des Lufttrockners 2 mit einem relativ geringen Wärmeübergangskoeffizienten getrocknet, so daß die Verdampfungsrate erheblich weniger ansteigt und unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes bleibt, der beispielsweise 250 kg/hm² beträgt. Anschließend wird in der zweiten Blasdüse 7 aufgrund des vergrößerten Stroms an Trocknungsluft 8 mit einem gesteigerten Wärmeübergangskoeffizienten getrocknet, so daß die Verdampfungsrate in diesem Bereich ansteigt. Analog wird in den nächsten Blasdüsen 7 der Wärmeübergangskoeffizient durch einen weiter erhöhten Strom an Trocknungluft 8 gesteigert, so daß ein sägezahnförmig abfallender Verlauf der Verdampfungsrate entsteht. Da bei dem erfindungsgemäßen Trockner gegen Ende des Lufttrockners 2 im Vergleich zu den bekannten Trockner erhöhte Verdampfungsraten vorliegen, stimmen die Gesamtleistungen beiden Trockner im wesentlichen überein. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Bahntemperatur bei einem erfindungsgemäßen Trockner langsamer abfällt als bei dem bekannten Trockner nach Fig. 1.

Claims

1. Verfahren zum Trocknen einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer gestrichenen Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Bahn zunächst in einem Infrarot-Trockner (1) mit Infrarot-Strahlen vorgetrocknet und anschließend in einem Lufttrockner (2) mit Luft weiter getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufttrockner (2) so betrieben wird, daß der Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Trocknungsluft (8) und der Bahn in Bahnlaufrichtung ansteigend verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenspezifische Luftstrom an Trocknungsluft (8) über die Länge des Lufttrockners (2) ansteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abluft aus dem Infrarot-Trockner (1) als Trocknungsluft (8) in dem Lufttrockner (2) verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung eines Trocknungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Infrarot-Trockner (1) und einem in Bahnlaufrichtung dahinter angeordneten Lufttrockner (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Lufttrockner (2) Mittel aufweist, um den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen der Trocknungsluft (8) und der Bahn in Bahnlaufrichtung ansteigend verlaufend einzustellen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufttrockner (2) Blasdüsen (7) mit Luftklappen enthält, mittels der sich der aus einer Blasdüse (7) austretende Strom an Trocknungsluft (8) einstellen läßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt der Düsenschlitze oder -löcher jeder Blasdüse (7) variabel ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Blasdüsen (7) Trocknungsluft (8) über eine gemeinsame Lufthaube (9) zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Abluft aus dem Infrarot-Trockner (1) der Trocknungsluft (8) des Lufttrockners (2) zugemischt wird.