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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Papiermaschine mit einer Nasspartie
und einer Trockenpartie, wobei in der Trockenpartie eine Trocknungsvorrichtung
für die
Papierbahn vorgesehen ist, insbesondere eine Trockenhaube.
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Eine
Papiermaschine nach dem Stand der Technik ist dabei in 1 gezeigt.
In der Nasspartie 1 ist dabei ein umlaufendes Sieb 20 vorgesehen,
auf welches eine Faserstoff-Suspension aus einem Stoffauflauf 21 aufgebracht
wird. In der Siebpartie 6 wird die auf das Endlossieb aufgebrachte
Faserstoffsuspension zu einem Faservlies entwässert und durch das umlaufende
Sieb weitertransportiert. Daraufhin folgt die Pressenpartie 23,
in welcher das feuchte Faservlies durch den Druck von Walzenpaaren
weiter entwässert
wird. In der Nasspartie 1 aus Siebpartie 22 und
Pressenpartie 23 können
weiterhin auch Siebsaugwalzen, Pickup-Walzen oder sonstige Saugstellen
vorgesehen sein.
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Aus
der Nasspartie 1 wird das Faservlies 6 dann in
die Trockenpartie 2 transportiert, wo das verbleibende
Restwasser aus dem Papier verdampft. Zum Beispiel läuft die
Papierbahn hier über
mehrere dampfbeheizte Trockenzylinder. Die was serdampfbeladene Trockenluft
wird dabei über
eine Trockenhaube 3 mittels zu einer Wärmerückgewinnung abgeführt, was
mittels einer Pumpe 4 erfolgt. Die in der Trockenpartie
verwendete Blasluft heizt dabei die Papierbahn auf und dient als
Transportmedium für
den entstehenden Wasserdampf bei der Trocknung der Papierbahn.
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Aus
dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, gasbeheizte Systeme
mit sehr hohen Temperaturen am Ende der Nasspartie anzuordnen, um die
Temperatur des Faservlieses zu erhöhen. Eine überschlägige Rechnung besagt dabei,
dass eine Temperaturerhöhung
vor der Presspartie von 10% zu einer Erhöhung des Trockengehaltes um
1% führt, was,
wie anhand von 6 ersichtlich ist, aufgrund der
erhöhten
Entwässerungskosten
in der Trockenpartie zu einer möglichen
Einsparung an Entwässerungskosten
von bis zu 5% führen
kann. Die gasbeheizten Systeme zur Erwärmung der Papierbahn sind jedoch
investitionsintensiv, gegebenenfalls nicht unkritisch für die Bespannung
und benötigen
Primärenergie.
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Ansonsten
erfolgt die Bahnaufheizung in der Nasspartie im Stand der Technik
mittels Siebwassertemperaturerhöhung
oder mittels eines Blaskastens 8, wobei sich hierdurch
jedoch die gleichen Probleme bezüglich
des Energieverbrauchs ergeben.
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Durch
Nutzung von Primärenergie
und Prozessdampf wird bei den Verfahren gemäß dem Stand der Technik unnötig Energie
verschwendet. Dabei ergeben sich zudem Verluste von Kondensat, welche allein
pro Jahr zu einem Verlust von ca. eur 50.000 führen können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Papiermaschine und
ein Verfahren zur Herstellung von Papier zur Verfügung zu
stellen, welche eine effektivere Papierherstellung ermöglichen und
insbesondere weniger Energie verbrauchen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Papiermaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Hierbei
wird die Energie aus der Abluft der Trocknungsvorrichtung zur Erwärmung der
Papierbahn in einer in der Nasspartie angeordneten Erwärmvorrich tung
verwendet. Da die Abluft aus der Trocknungsvorrichtung durch ihren
Wassergehalt einen sehr hohen Energieinhalt aufweist, kann dieser
für die
Erwärmung
der Papierbahn in der Nasspartie verwendet werden. Hierdurch kann
bereits vor der Trockenpartie die Bahntemperatur signifikant erhöht werden,
ohne dass hierfür
weitere Primärenergie
eingesetzt werden müßte. Die
Erwärmvorrichtung
kann dabei prinzipiell an beliebiger Stelle in der Nasspartie angeordnet
werden, d. h. in der Siebpartie, zwischen der Siebpartie und der
Pressenpartie, in der Pressenpartie oder nach der Pressenpartie.
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Vorteilhafterweise
erfolgt die Erwärmung
der Papierbahn in der Erwärmvorrichtung
dabei durch das Aufbringen von Blasluft. Hierdurch ergibt sich eine
einfache und zuverlässige
Erwärmung
der Papierbahn.
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In
weiterhin vorteilhafter Weise ist die Erwärmvorrichtung dabei im Bereich
einer Absaugvorrichtung in der Nasspartie angeordnet, insbesondere im
Bereich einer Siebsaugwalze oder einer Pickup-Walze. So kann die
Blasluft an geeigneten Stellen z. B. gegenüber von der Absaugung auf die
Papierbahn aufgebracht werden und die Papierbahn erhitzen.
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Es
ist jedoch auch vorstellbar, das System wie einen Dampfblaskasten
z. B. mit seitlichen Absaugungen oder ganz ohne Entlüftung zu
platzieren.
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Die
Verwendung der Energie aus der Abluft der Trocknungsvorrichtung
zur Erwärmung
der Papierbahn kann erfindungsgemäß entweder direkt oder indirekt
erfolgen.
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Vorteilhafterweise
wird dabei Abluft der Trocknungsvorrichtung in die Erwärmvorrichtung
geleitet und dort auf die Papierbahn aufgebracht. So kann durch
diese direkte Nutzung zumindest eines Teils der Abluft aus der Trockenhaube
als Blasluft in der Nasspartie verwendet werden, um die Bahntemperatur
bereits vor der Trockenpartie zu erhöhen, was eine Substitution
von Primärdampf
in der Trockenpartie und unter Umständen auch am Dampfblaskasten
bedeutet.
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In
weiterhin vorteilhafter Weise wird dabei die Abluft vor dem Aufbringen
auf die Papierbahn gefiltert.
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Ebenfalls
in weiterhin vorteilhafter Weise wird die Abluft vor dem Aufbringen
auf die Papierbahn weiter erwärmt,
um eine noch stärke
Erwärmung
der Papierbahn zu erreichen. Hierzu kann z. B. eine Brüdenstufe
vorgesehen sein.
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Alternativ
kann die Energie aus der Abluft der Trocknungsvorrichtung auch indirekt
zur Erwärmung der
Papierbahn verwendet werden. Vorteilhafterweise wird dabei der Abluft
in einem Wärmetauscher
Energie entnommen, welche in der Erwärmvorrichtung zum Erwärmen der
Papierbahn verwendet wird.
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In
weiterhin vorteilhafter Weise ist ein Wärmekreislauf vorgesehen, in
welchem die der Abluft entnommene Energie in der Erwärmvorrichtung über einen
weiteren Wärmetauscher
abgegeben wird. Über
ein solches Kreislaufverbundsystem kann die Energie von der Trocknungsvorrichtung
effektiv zur Erwärmvorrichtung
transportiert werden.
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Vorteilhafterweise
wird dabei die der Abluft entnommene Energie in der Erwärmvorrichtung über den
weiteren Wärmetauscher
an Blasluft abgegeben, welche die Papierbahn erwärmt.
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Dabei
kann im Wärmekreislauf
ein Energieeintrag vorgesehen sein, insbesondere über eine
in den Wärmekreislauf
integrierte Wärmepumpe.
Hierdurch ergibt sich wiederum die Möglichkeit, die Papierbahn noch
weiter zu erhitzen.
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In
weiterhin vorteilhafter Weise wird die Abluft und/oder die Blasluft
in der vorliegenden Erfindung zusätzlich erwärmt und/oder befeuchtet. Vorteilhafterweise
erfolgt diese zusätzliche
Erwärmung dabei
durch Brüdendampf
und/oder eine Gasbefeuerung.
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In
weiterhin vorteilhafter Weise ist zusätzlich zur Verwendung der Energie
aus der Abluft zur Erwärmung
der Papierbahn eine weitere Energierückgewinnung für die Abluft
vorgesehen. Diese Energierückgewinnung
kann z. B. zur Beheizung der Trocknungsvorrichtung verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann so
neben der Verwendung der Energie aus der Abluft zum Erwärmen der
Papierbahn auch die bereits im Stand der Technik verwendete Energierückgewinnung
genutzt werden, um die Energie aus der Abluft flexibel und effektiv
zu nutzen.
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Vorteilhafterweise
sind dabei Mittel zum Steuern der Energieströme und/oder Luftströme vorgesehen.
Hierdurch kann z. B. ein Teil der Abluft direkt zum Erwärmen der
Papierbahn in der Nasspartie verwendet werden, während ein anderer Teil der
Abluft der Energierückgewinnung
zugeführt
wird. Zum Beispiel können
hierfür
Ventile vorgesehen sein.
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Papier, bei welchem
die Papierbahn eine Nasspartie und eine Trockenpartie durchläuft, wobei
die Papierbahn in der Trockenpartie durch einen Luftstrom getrocknet
wird. Erfindungsgemäß wird dabei
die Energie aus der Abluft der Trocknung zur Erwärmung der Papierbahn in der
Nasspartie verwendet. Hierdurch ergeben sich die gleichen Vorteile,
wie sie bereits oben bezüglich der
Papiermaschine dargestellt wurden.
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Vorteilhafterweise
kommt dabei bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Papiermaschine zum
Einsatz, wie sie weiter oben beschrieben wurde. Die vorliegende
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1:
eine Papiermaschine nach dem Stand der Technik,
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2:
ein erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer direkten Erwärmung der
Papierbahn über
die Abluft aus der Trocknungsvorrichtung,
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3:
ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer indirekten Erwärmung der
Papierbahn über
die Abluft, bei welcher ein Kreislaufverbundsystem mit einer Pumpe
vorgesehen ist,
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4:
ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer indirekten Erwärmung der
Papierbahn durch die Abluft, wobei ein Kreislaufverbundsystem mit
einer Wärmepumpe
vorgesehen ist,
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5:
eine tabellarische Aufstellung der erreichbaren Aufwärmung der
Papierbahn durch die Nutzung der in der Abluft enthaltenen Energie
und
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6:
eine graphische Darstellung der Entwässerungsleistung sowie der
Entwässerungskosten in
Siebpartie, Pressenpartie und Trockenpartie einer Papiermaschine.
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2 bis 4 zeigen
Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Papiermaschine,
welche vom prinzipiellen Aufbau her der in 1 gezeigten Papiermaschine
gemäß dem Stand
der Technik entsprechen, so dass die einzelnen Komponenten, soweit
identisch, hier nicht noch einmal beschrieben werden.
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Erfindungsgemäß ist nun
in dem in 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel
eine Verbindungsleitung zwischen der Trocknungsvorrichtung und der
Erwärmvorrichtung 8 vorgesehen, über welche
Abluft von der Trocknungsvorrichtung zur Erwärmvorrichtung geleitet wird
und dort auf die Papierbahn aufgebracht wird. Die Trocknungsvorrichtung weist
dabei eine Trockenhaube 3 auf, welche über die Pumpe 4 die
feuchtigkeitsbeladene Abluft aus der Trockenpartie absaugt, welche
daraufhin über
die Verbindungsleitung 9 zu der als Blaskasten ausgeführten Erwärmvorrichtung 8 weiterfließt.
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Weiterhin
steht die Trocknungsvorrichtung auch mit einer Wärmerückgewinnung 5 in Verbindung,
in welche der Abluftstrom ebenfalls geleitet werden kann. Hierbei sind
in der Leitung zur Wärmerückgewinnung 5 sowie
in der Leitung zur Erwärmvorrichtung 8 Ventile 11 und 10 vorgesehen, über welche
der Luftstrom entsprechend gesteuert werden kann. Durch die erfindungsgemäße direkte
Nutzung eines Teils der Abluft als Blasluft in der Nasspartie kann
die Bahntemperatur bereits vor der Trockenpartie signifikant erhöht werden.
Nicht gezeigt sind in 2 eventuell benötigte Filter
oder Zusatzheizeinrichtungen wie Brüdenstufen, welche zwischen
der Erwärmvorrichtung
und der Trocknungsvorrichtung, z. B. in der Verbindungsleitung 9,
vorgesehen sein können.
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In 3 ist
nunmehr eine indirekte Nutzung der Energie aus der Abluft zur Erwärmung der
Papierbahn in der Nasspartie gezeigt. Die Abluft aus der Trockenhaube 3 wird
dabei von einer Pumpe 4 durch einen Wärmetauscher 12 zur
Wärmerückgewinnung 5 transportiert.
Der Wärmetauscher 12 steht
dabei mit einem weiteren Wärmetauscher 13 über Verbindungsleitungen
und eine Pumpe 14 in Verbindung, so dass die in der Erwärmvorrichtung 8 auf
die Papierbahn aufgebrachte Blasluft in dem weiteren Wärmetauscher 13 mit
Energie aufgewärmt
wird, welche über
den ersten Wärmetauscher
der der Abluft entnommenen wurde. Die beiden Wärmetauscher 12 und 13 bilden
somit ein Kreislaufverbundsystem 15, über welches die Energie aus
der Abluft zur Erwärmung
der Blasluft, welche in der Nasspartie die Papierbahn erwärmt, verwendet
werden kann. Zum Transport der Blasluft durch den Wärmetauscher 13 in
die Erwärmvorrichtung 8 ist
dabei eine weitere Pumpe 16 vorgesehen.
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Weiterhin
kann zusätzlich
ein Energieeintrag im Wärmekreislauf
vorgesehen sein, wie dies in 4 dargestellt
ist. Dabei ist im Wärmekreislauf 15 eine
Wärmepumpe 17 vorgesehen, über welche
zusätzlich
Energie in den Kreislauf eingebracht werden kann, um die Blasluft
zur Erwärmung
der Papierbahn zusätzlich
zu erhitzen. Ansonsten entspricht die in 4 gezeigte
Anordnung der in 3 gezeigten Anordnung.
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Die
Erwärmvorrichtung 8 kann
dabei gegenüber
von Saugstellen in der Nasspartie angeordnet werden, z. B. oberhalb
von Siebsaugwalzen oder Pick-Up-Walzen. Auch können seitliche Saugvorrichtungen
vorgesehen sein, so dass das System wie ein Dampfblaskasten montiert
wird. Weiterhin ist es auch möglich,
die Erwärmvorrichtung
ganz ohne Entlüftung
zu platzieren.
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5 zeigt
eine tabellarische Aufstellung der erreichbaren Aufwärmung der
Papierbahn bei unterschiedlichen Abluftmengen und einem angenommenen
Wirkungsgrad von 50%. Zum Beispiel kann bei einer angenommenen Luftmenge
von 10.000 kg und einer nutzbaren Enthalpie von 410 kJ/kg eine Papierbahn
mit einer Produktionsmenge von 20.000 kg Fasermaterial und 24.600
kg Feuchtigkeit um 15,43 °K
erwärmt
werden. Bei entsprechend größeren Luftmengen
ergeben sich dann entsprechend größere Temperaturerhöhungen der
Papierbahn.
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In 6 ist
nun im linken Schaubild die prozentuale Entwässerungsleistung in Siebpartie,
Pressenpartie und Trockenpartie aufgetragen. Im rechten Schaubild
sind dagegen die Entwässerungskosten
in Euro pro Tonne Wasser in Siebpartie, Pressenpartie und Trockenpartie
gezeigt. Überschlägige Berechnungen
zeigen dabei, dass eine Temperaturerhöhung vor der Pressenpartie
von 10% zu einer Erhöhung
des Trockengehaltes um 1% führt.
Durch die hohen Entwässerungskosten
in der Trockenpartie kann hierdurch eine Kostenersparnis von bis
zu 5% erreicht werden.
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Durch
die vorliegende Erfindung kann so die Energie aus der Abluft aus
der Trocknungsvorrichtung effizient für die Erwärmung der Papierbahn in der
Nasspartie der Papiermaschine eingesetzt werden.