DE102011075477A1

DE102011075477A1 - Verfahren zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn und Trockenpartie

Info

Publication number: DE102011075477A1
Application number: DE102011075477A
Authority: DE
Inventors: Erich Brunnauer; Andreas Ziegelwanger; Erich Rollenitz; Norbert Karner
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-15
Also published as: WO2012152546A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie (1) einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, bei welchem die Materialbahn wenigstens mittelbar an einer Mehrzahl von beheizbaren Trockenzylindern (TZI1 bis TZIVn) getrocknet wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der in Durchlaufrichtung der Materialbahn durch die Trockenpartie (1) erste Trockenzylinder (TZI1) und gegebenenfalls weitere diesem nachgeordnete Trockenzylinder (TZI2 bis TZIn) als doppelwandige Trockenzylinder (2) ausgeführt sind, welche mit einem flüssigen Heizmedium (HM) beaufschlagt werden, wobei die Temperatur des flüssigen Heizmediums (HM) durch die zumindest mittelbare Nutzung von Wärme zumindest eines Massenstromes (MS) aus der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn beeinflusst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, bei welchem die Materialbahn wenigstens mittelbar an einer Mehrzahl von beheizbaren Trockenzylindern getrocknet wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Trockenpartie für eine Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, mit einer Mehrzahl von beheizbaren Trockenzylindern.
Trockenpartien für Maschinen zur Herstellung einer Materialbahn, in denen die Materialbahn an zumindest einem beheizbaren Trockenzylinder getrocknet wird, sind in verschiedensten Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Häufig ist eine Mehrzahl von Trockenzylindern vorgesehen, wobei im Bereich des Einlaufs der Materialbahn in die Trockenpartie mit Dampf beheizbare Trockenzylinder eingesetzt werden, die über spezielle Schaltungen im den einzelnen Trockenzylindern oder einer Mehrzahl dieser gemeinsam zugeordneten Dampf-/Kondensatsystem auch mit niedrigeren Zylinderoberflächentemperaturen hinunter bis zu 45°C bis 50°C betrieben werden können. Dazu ist jedoch auch eine Betriebsweise mit Vakuum erforderlich, was aufgrund der dafür vorzusehenden Mittel und des steuerungstechnischen Aufwandes mit entsprechenden Betriebs- und Investitionskosten verbunden ist. Auch sind der minimal erreichbaren Temperatur physikalische Grenzen gesetzt. So beträgt zum Beispiel bei einem Druck von 0,3 bar die Sättigungsdampftemperatur 69,1 °C. Die Temperatur an der jeweiligen Zylinderoberfläche ist bei derartigen beheizbaren Zylindern bei Betrieb durch die Wärmeabnahme durch das Papier um 15°C bis 25°C niedriger als die Dampftemperatur. Für einen Überführvorgang (kein Papier auf Zylinder) nach einem Bahnabriss sind die Temperaturen an den Zylinderoberflächen jedoch wesentlich höher, da keine Wärmeabnahme erfolgt.. Dies kann zu Problemen beim Überführen führen, da der Streifen am Zylinder wegen des großen Unterschiedes zwischen der Temperatur des Streifens und der Zylinderoberfläche haftet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trockenpartie derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden und im Bereich des Einlaufs in die Trockenpartie auch Temperaturen der als Heizfläche fungierenden Zylinderoberflächen der Trockenzylinder bereitgestellt werden können, die im Bereich zwischen 40°C und 60°C liegen, ohne eine Vakuumstufe vorsehen zu müssen. Ferner soll die erfindungsgemäße Lösung geeignet sein, die Oberflächentemperatur am jeweiligen Trockenzylinder schnell zu reduzieren, um Überführvorgänge effektiver zu gestalten und zu erleichtern.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Lösung ist hinsichtlich der Betriebsweise der Trockenpartie durch ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung charakterisiert. Das erfindungsgemäßes Verfahren zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, bei welchem die Materialbahn wenigstens mittelbar an einer Mehrzahl von beheizbaren Trockenzylindern getrocknet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der in Durchlaufrichtung der Materialbahn durch die Trockenpartie erste Trockenzylinder und gegebenenfalls weitere diesem nachgeordnete Trockenzylinder als doppelwandige Trockenzylinder ausgeführt werden, welche mit einem flüssigen Heizmedium beaufschlagt werden, wobei die Temperatur des flüssigen Heizmediums durch die zumindest mittelbare Nutzung von Wärme zumindest eines Massenstromes aus der Trockenpartie und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn beeinflusst wird.
Als Wärmerückgewinnung werden alle Verfahren zur Nutzbarmachung der thermischen Energie eines einen Prozess verlassenden Massenstromes angesehen.
Unter einem Massenstrom im Sinne der Erfindung wird ein Strom aus flüssigen oder gasförmigen Medien oder Gemischen aus diesen verstanden. Dieser ist durch die Masse eines Mediums definiert, die sich in einer bestimmten Zeiteinheit durch einen Querschnitt bewegt. Bei den Massenströmen kann es sich um Prozessströme handeln. Prozessströme sind Ströme, die an Prozessen in irgendeiner Form beteiligt sind, d.h. Eingangsströme beziehungsweise einem Prozess zuzuführende Ströme, den Prozess durchlaufende Ströme sowie Ausgangsströme. Die Ausgangsströme können entweder wieder als Prozessströme in anderen Prozessen fungieren oder als reine Abproduktströme vorliegen.
Die Beaufschlagung des doppelwandigen Trockenzylinders mit Heizmedium erfolgt dabei in den sich durch die Doppelwand ergebenden Hohl- beziehungsweise Zwischenraum. Der Trockenzylinder umfasst dazu einen radial äußeren Zylindermantel und einen koaxial zu diesem angeordneten und wenigstens mittelbar mit diesem unter Ausbildung wenigstens eines mit dem flüssigen Heizmedium beaufschlagbaren Hohl- beziehungsweise Zwischenraumes gekoppelten radial inneren Zylindermantel. Unter den koaxial zueinander angeordneten und wenigstens mittelbar miteinander unter Ausbildung wenigstens eines mit Dampf beaufschlagbaren Hohl- beziehungsweise Zwischenraumes gekoppelten Zylindermänteln werden in einer ersten Ausbildung zylindrische Schalen, d.h. separate zylindrische Komponenten, die miteinander über entsprechende Mittel lösbar oder unlösbar verbunden sind, verstanden. Die zweite Ausbildung ist durch die integrale Bauweise und über Ausnehmungen und Bohrungen im äußeren Wandbereich eines Hohlzylinders eingearbeitete Hohlräume charakterisiert.
Der thermodynamische Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass an den Oberflächen der im Einlaufbereich in die Trockenpartie angeordneten Trockenzylinder wesentlich geringere Temperaturen gegenüber den mit Dampf beheizbaren Trockenzylindern gemäß dem Stand der Technik eingestellt werden können. Dadurch ergeben sich Vorteile bezüglich des Ablöseverhaltens der Materialbahn sowie des Verschmutzungsverhaltens, insbesondere beim Überführen der Materialbahn durch die Vermeidung von übermäßigen Haftkräften des Materialbahnstreifens. Zusätzlich können Möglichkeiten der Zylinderoberflächenbeschichtung (z.B. Wolframkarbid) eingesetzt werden.
Neben der Einstellbarkeit geringer Oberflächentemperaturen ist die Trägheit des Systems gering, d.h. die geforderten einzustellenden Oberflächentemperaturen können sehr schnell, d.h. zeitnah eingestellt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet des Weiteren den Vorteil, dass ohnehin vorhandene Wärmeströme in einer Trockenpartie oder aus anderen Bereichen einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn effektiv ausgenutzt werden können und somit die Energiebilanz der Trockenpartie und damit auch der Maschine zur Herstellung von Materialbahnen insgesamt verbessert wird.
In vorteilhafter Weise wird die Oberflächentemperatur des jeweiligen Trockenzylinders als Funktion der Temperatur des Heizmediums eingestellt. In einer bevorzugten Ausführung wird dazu die Temperatur des Heizmediums gesteuert, besonders bevorzugt geregelt. Die Regelung bietet den Vorteil der kontinuierlichen Gewährleistung gleicher Verhältnisse an der Oberfläche des jeweiligen Trockenzylinders.
Bezüglich der Wärmeübertragung auf das Heizmedium besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese kann zumindest mittelbar, d.h. über zumindest einen Wärmeüberträger oder direkt erfolgen. Gemäß der ersten Möglichkeit wird die Wärme des zumindest einen Massenstromes über wenigstens einen Wärmeüberträger auf das Heizmedium übertragen. In dieser Ausführung sind Massenstrom und Heizmedium getrennt, d.h. es erfolgt keine Vermischung. Diese Ausführung ist in besonders vorteilhafter Weise für Massenströme geeignet, die nicht als flüssige Medien vorliegen, wodurch das Spektrum der Wärmeausnutzung in einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn erheblich erweitert wird.
Gemäß der zweiten Möglichkeit wird zumindest ein Teilstrom des zumindest einen Massenstromes in Funktionskonzentration direkt als Heizmedium verwendet. In dieser Ausführung wird auf separate Wärmeüberträger und dadurch bedingte Übertragungsverluste verzichtet und der Aufwand zur Medienführung aufgrund des Wegfalls der Führungswege für ein Medium erheblich reduziert.
Als Massenstrom gelangt ein Prozessstrom aus einem in der Trockenpartie und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn ablaufenden Prozess, zum Einsatz. Bei diesen handelt es sich um ohnehin beim Betrieb der Trockenpartie beziehungsweise der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn vorliegende beziehungsweise in diese einzubringende Ströme, deren Wärme somit effektiv genutzt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung wird als Massenstrom aus der Trockenpartie und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn ein Abgasstrom, insbesondere ein Abluftstrom eines Heißlufttrockenelementes, beispielsweise in Form einer einem Trockenzylinder zugeordneten Heißlufthaube verwendet.
In einer weiteren Ausbildung ist es denkbar, als Massenstrom aus der Trockenpartie und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn einen Medienstrom aus zumindest einem der nachfolgenden Medien zu verwenden:

– Dampf
– Dampf-/Kondensatgemisch
– Kondensat

Die Verwendung von Kondensat erlaubt es, sehr geringe Temperaturen am mit diesem direkt beaufschlagten oder indirekt durch Wärmeabgabe an das Heizmedium beaufschlagten Trockenzylinder einzustellen. Ferner kann eine separate Aufbereitung dessen entfallen.
Als Heizmedium wird insbesondere bei Wärmeeintrag über einen Wärmeüberträger ein Fluid in Form von Wasser verwendet. Bei direkter als auch indirekter Nutzung der Wärme aus einem Massenstrom einer Trockenpartie und/oder einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn findet in vorteilhafter Weise als Heizmedium ein bei der Betriebsweise anderer Trockenzylinder anfallendes Kondensat Verwendung, dass über eine oder mehrere Kondensatabscheiderstufen geführt werden kann.
Vorrichtungsmäßig ist eine erfindungsgemäße Trockenpartie für eine Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, mit einer Mehrzahl von beheizbaren Trockenzylindern dadurch gekennzeichnet, dass der in Durchlaufrichtung erste Trockenzylinder und gegebenenfalls weitere diesem nachgeordnete Trockenzylinder mit einem jedem einzelnen Trockenzylinder oder einer Mehrzahl von diesen zugeordneten Heizmedium-Versorgungssystem zur Beaufschlagung mit einem flüssigen Heizmedium ausgeführt sind, wobei das einzelne Heizmedium-Versorgungssystem wärmetechnisch mit zumindest einem Massenstrom der Trockenpartie und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn gekoppelt ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist zumindest eine mit dem ersten Trockenzylinder und gegebenenfalls weiteren diesem nachgeordneten Trockenzylindern gekoppelte Zufuhrleitung für Heizmedium des Heizmedium-Versorgungssystems wärmetechnisch mit zumindest einem Massenstrom der Trockenpartie und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn gekoppelt.
Bezüglich der Vorteile der doppelwandigen Ausführung und Beaufschlagung mit flüssigem Heizmedium wird auf die Ausführungen zum Verfahrensanspruch verwiesen.
Zur indirekten Nutzung der Wärme aus zumindest einem Massenstrom der Trockenpartie und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn umfasst das Heizmedium-Versorgungssystem eine separate Heizmediumquelle, die mit dem Trockenzylinder koppelbar ist, und derart ausgeführt ist, geeignet zu sein, flüssiges Heizmedium bereitzustellen, wobei die wärmetechnische Kopplung des Heizmedium-Versorgungssystems mit dem zumindest einen Massenstrom der Trockenpartie und/oder Massenstrom der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn über zumindest einen Wärmeüberträger, insbesondere Wärmetauscher erfolgt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass alle theoretisch möglichen Massenströme als Wärme abgebende Ströme zur Verfügung stehen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt jedoch die wärmetechnische Kopplung des Heizmedium-Versorgungssystems mit dem zumindest einen Massenstrom der Trockenpartie und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn direkt, indem das Heizmedium-Versorgungssystem aus Bestandteilen eines anderen Trockenzylindern zugeordneten Dampf-/Kondensatsystems gebildet wird und zumindest eine Kondensat- beziehungsweise ein Dampf-/Kondensatgemisch führende Leitung dessen mit dem in Durchlaufrichtung ersten oder den ersten Trockenzylindern der Trockenpartie zur Beaufschlagung verbunden ist. Diese Lösung ist durch eine hohe Funktionskonzentration mit geringem konstruktivem und steuerungstechnischem Aufwand charakterisiert.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind im Heizmedium-Versorgungssystem Mittel zur individuellen Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des Heizmediums vorgesehen. Diese können als zusätzliche Heiz- oder Kühleinrichtungen ausgeführt sein, über die auf einfache Art und Weise eine örtlich flexible Feineinstellung der Temperatur des Heizmediums möglich ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert.
Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht eine erste Grundausführung einer Trockenpartie und eines Verfahrens zur Wärmerückgewinnung;
2 verdeutlicht den Grundaufbau eines im Bereich des Einlaufs der Materialbahn in die Trockenpartie ausgeführten Trockenzylinders;
3 zeigt eine zweite Grundausführung einer Trockenpartie und eines Verfahrens zur Wärmerückgewinnung;
4 zeigt eine Weiterentwicklung der zweiten Grundausführung einer Trockenpartie und eines Verfahrens zur Wärmerückgewinnung;
5 zeigt beispielhaft eine besonders vorteilhafte Ausführung einer Trockenpartie und eines Verfahrens zur Wärmerückgewinnung.
Die 1 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung beispielhaft eine erfindungsgemäße Ausführung einer Trockenpartie 1 und anhand dieser das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmerückgewinnung. Die Trockenpartie 1 umfasst eine Mehrzahl von beheizbaren Trockenzylindern TZ, wobei jeweils einer oder eine Mehrzahl dieser in Trockengruppen zusammenfassbar sind. Im dargestellten Fall sind Trockengruppen I und II beispielhaft vorgesehen, wobei jede der Trockengruppen zumindest einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Trockenzylindern TZ_I1 bis TZ_In beziehungsweise TZ_II1 bis TZ_IIn mit n > 1 umfasst. Dargestellt sind beispielhaft nur der erste und letzte Trockenzylinder einer Trockengruppe I, II. Die 1 zeigt dabei nicht einen konkreten Aufbau einer Trockenpartie 1, sondern lediglich die zur Erläuterung des Grundprinzips erforderlichen Komponenten in stark schematisiert vereinfachter Darstellung. Nicht dargestellt sind weitere Funktionseinheiten und die Faserstoffbahn beziehungsweise die diese stützenden Bänder, insbesondere Trockensiebbänder.
Eine derartige Trockenpartie 1 ist Bestandteil einer hier nicht dargestellten Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn, in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn. Die einzelnen Trockengruppen I und II sind dabei in Durchlaufrichtung durch diese hintereinander geschaltet. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist beispielhaft ein Koordinatensystem an die Trockenpartie 1 angelegt. Die X-Richtung beschreibt dabei die Erstreckungsrichtung der Trockenpartie in Längsrichtung der Maschine und wird daher auch als Maschinenrichtung MD bezeichnet. Die Y-Richtung entspricht der Breitenrichtung quer zur Maschinenrichtung MD und wird daher auch als Maschinenquerrichtung CD bezeichnet. Die Z-Richtung fällt mit der Höhenrichtung zusammen.
Erfindungsgemäß ist zumindest ein Trockenzylinder, insbesondere der in Durchlaufrichtung erste Trockenzylinder TZ_I1 der Trockengruppe I, welche in Durchlaufrichtung der ersten Trockengruppe entspricht, als doppelwandig ausgeführter beheizbarer Zylinder, nachfolgend als Heizzylinder 2 bezeichnet, ausgeführt. Vorzugsweise ist jedoch eine Vielzahl von Trockenzylindern der ersten Trockengruppe I, ganz besonders bevorzugt sind alle Trockenzylinder TZ_I1 bis TZ_In als doppelwandige Heizzylinder 2 ausgeführt.
Ein derartiger Heizzylinder 2 ist beispielhaft im Querschnitt in 2 dargestellt. Dabei umfasst jeder der doppelwandigen Heizzylinder 2 eine radial innere Zylinderschale 3 und eine im Abstand zu dieser unter Ausbildung zumindest eines mit dem Heizmedium HM beaufschlagbaren Hohl- beziehungsweise Zwischenraumes 4 angeordnete radial äußere Zylinderschale 5. Bei dem Heizmedium HM handelt es sich erfindungsgemäß um ein Fluid, insbesondere ein flüssiges Heizmedium in Form von Warmwasser oder Kondensat. Der Hohl- beziehungsweise Zwischenraum 4 kann als in Umfangsrichtung und/oder Längsrichtung, d.h. parallel zur Zylinderachse betrachtet, durchgängig ringförmiger Zwischenraum ausgeführt sein oder aber aus einer Vielzahl von einzelnen ringsegmentförmigen Teilzwischenräumen, die in Umfangsrichtung und/oder Querrichtung des einzelnen Heizzylinders 2 einander benachbart angeordnet sind, ausgebildet werden. Die einzelnen Teilzwischenräume können einzeln oder in Gruppen oder gemeinsam mit Heizmedium HM beaufschlagt werden.
Durch den Betrieb der Trockenzylinder TZ_I1 zumindest der ersten Trockenbaugruppe I mit flüssigem Heizmedium HM, insbesondere Kondensat, ist es möglich, die Trockenzylinder in entsprechender Anpassung an die jeweiligen, an ihren Oberflächen einzustellenden Temperaturbereiche mit geringen Investitions- und Betriebskosten zu betreiben. Dadurch können insbesondere für die im Eingangsbereich in die Trockenpartie 1 angeordneten Trockenzylinder, hier für den ersten Trockenzylinder TZ_I1 beziehungsweise die Trockenzylinder TZ_In, geringere Oberflächentemperaturen eingestellt werden, wodurch sich erhebliche Vorteile bezüglich des Bahnablöseverhaltens sowie des Verschmutzungsverhaltens für die zu trocknenden Materialbahnen ergeben.
Bezüglich der Beaufschlagung des einzelnen Heizzylinders 2 mit Heizmedium HM besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Das flüssige Heizmedium HM wird dabei erfindungsgemäß entsprechend den Anforderungen beim Betrieb der Trockenpartie 1 erwärmt und/oder abgekühlt. Im einfachsten Fall gemäß 1 ist dazu ein Heizmedium-Versorgungssystem 6 vorgesehen, das zum Zweck der Beaufschlagung mit Heizmedium HM zumindest einem, vorzugsweise einer Mehrzahl von doppelwandigen Heizzylindern 2 der Trockengruppe I und gegebenenfalls der Trockengruppe II zugeordnet ist. Die Anpassung an die zu erzielenden Temperaturen an den Oberflächen der Heizzylinder 2 in den einzelnen Betriebsweisen kann dabei durch gezielte Erwärmung und/oder Abkühlung des Heizmediums HM im Heizmedium-Versorgungssystem 6 erfolgen.
Das Heizmedium-Versorgungssystem 6 kann, wie in 1 dargestellt, als autarkes System mit zumindest einer Heizmediumquelle 9 ausgeführt sein. Über diese wird das Heizmedium HM, insbesondere das Fluid bereitgestellt. Die Erwärmung/Kühlung des Heizmediums HM erfolgt durch Nutzung der Wärme zumindest eines Massenstromes MS aus der Trockenpartie 1 oder anderen Abschnitten der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn. Die Wärmeenergie wird dabei konkret Massenströmen in Form von ohnehin vorhandenen Prozess- und/oder Ausgangsströmen der Trockenpartie 1 und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn entnommen. Unter einem Massenstrom wird ein Strom aus flüssigen oder gasförmigen Medien oder Gemischen aus diesen verstanden. Prozessströme sind Ströme, die einem Prozess zugeführt werden und/oder an diesem beteiligt sind, d.h. Eingangströme und Prozess durchlaufende Ströme sowie Ausgangsströme, die wiederum in anderen Bereichen beziehungsweise bei anderen Prozessen als Prozessströme fungieren können. Ausgangsströme sind Ströme, die nach Durchlaufen eines Prozesses vorliegen. Diese können entweder wieder als Prozessströme in anderen Prozessen fungieren oder als reine Abproduktströme vorliegen.
Zur Nutzung der Wärmeenergie eines Massenstromes MS wird dieser gemäß einer ersten Ausführung in 1 über einen Wärmetauscher 10 geführt, über welchen ebenfalls das Heizmedium HM geführt wird, beispielsweise im Gleich- und/oder Gegenstrom. Der Wärmetauscher 10 kann verschiedenartig ausgeführt sein. Entscheidend ist, dass dieser geeignet ist, eine vordefinierte Wärmemenge an das Heizmedium HM abzugeben.
Über die Wärmeabgabe an das Heizmedium HM kann die Temperatur an der Oberfläche des Trockenzylinders TZ_I1 eingestellt, insbesondere gesteuert und/oder geregelt werden. Die Wärmeabgabe kann beispielsweise über die die Führungswege von Heizmedium HM und Massenstrom MS innerhalb des Wärmetauschers 10 charakterisierenden Parameter, wie Länge der Führungswege, Dimensionierung der Führungswege, Strömungsgeschwindigkeit von Heizmedium HM und/oder Massenstrom MS sowie die Parameter des Heizmediums (HM) sowie des Massenstromes (MS), wie Temperatur, Druck e.t.c. definiert werden.
Bei nichtausreichender Wärmemenge zur Einstellung der gewünschten Oberflächentemperatur am Trockenzylinder TZ_I1 ist es denkbar zusätzliche Heizeinrichtungen 7 und/oder Kühleinrichtungen 8 vorzusehen. Mittels diesen ist eine direkte Beeinflussung der Betriebsparameter des Heizmediums HM möglich. Bei den Heiz- und Kühleinrichtungen 7, 8 kann es sich dabei um Einrichtungen zum direkten Erwärmen oder Abkühlen unter erforderlichem zusätzlichem Energieeinsatz handeln. In diesem Fall wird keine Energie aus anderen Systemen der Maschine zum Einsatz gelangen.
Zeigt die 1 eine Ausführung mit mittelbarer Nutzung des Massenstromes MS durch Nutzung lediglich der Wärmeenergie dessen, verdeutlicht 3 eine besonders vorteilhafte Ausführung mit direkter Nutzung der Wärme des Massenstromes MS durch die zumindest teilweise Nutzung dessen als Heizmedium HM. In dieser Ausführung umfasst das Heizmedium-Versorgungssystem 6 Bestandteile von Massenströme führenden Systemen, hier beispielhaft eines Dampf-/Kondensatsystems 11 der zweiten Trockengruppe II. Als Heizmediumquelle 9 fungiert hier das Dampf-/Kondensatsystem 11 der zweiten Trockengruppe II, insbesondere ein Funktionselement dessen in Form eines Kondensatabscheiders. Mit dem aus diesem ausgegebenen Massenstrom MS werden dann der erste Trockenzylinder TZ_I1 und gegebenenfalls weitere Trockenzylinder der ersten Trockengruppe I beaufschlagt. Zur Einstellung des Sollwertes X-soll für die Temperatur an der Oberfläche dieser Trockenzylinder TZ_I1 bis TZ_In können weitere Einrichtungen 12, hier beispielsweise in Form von Heiz- und/oder Kühleinrichtungen 7, 8 vorgesehen werden, welche über eine Steuereinrichtung 13 ansteuerbar sind. Die Steuereinrichtung 13 kann als Steuergerät oder dezentrale Steuereinrichtung ausgeführt sein. Zur Einstellung der gewünschten Temperatur wird zumindest eine, den einzustellenden Sollwert X-soll für die Temperatur an der Oberfläche des einzelnen Heizzylinders 2 wenigstens mittelbar charakterisierende Größe in dieser verarbeitet und zumindest eine Stellgröße zur Ansteuerung einer Einrichtung 12 zur Beeinflussung der Temperatur des Heizmediums HM gebildet und ausgegeben, hier eine Stellgröße Y12 zur Ansteuerung der Einrichtung 12.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung kann die Temperatur an der Oberfläche der Trockenzylinder TZ_I1 bis TZ_In auch geregelt werden. In diesem Fall wird für jeden Trockenzylinder oder eine Mehrzahl von diesen ein Sollwert X-soll vorgegeben und der aktuelle Istwert X-ist oder zumindest eine, diesen wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über Funktionen oder andere Parameter charakterisierende Größen erfasst. Aus der Abweichung wird die Stellgröße Y12 gebildet.
Die 4 verdeutlicht eine Weiterentwicklung einer Ausführung gemäß 3, bei welcher neben oder alternativ zu einer Beeinflussung der Temperatur des Massenstromes MS nach Abfuhr aus einem Prozess bereits in die den Massenstrom MS bildenden Prozesse mit eingegriffen wird und dadurch bereits ein Massenstrom MS mit den gewünschten, diesen charakterisierenden Parametern, wie Temperatur bereitgestellt wird, der dann dem Trockenzylinder TZ_I1 direkt zugeführt wird. In diesem Fall wird über die Steuereinrichtung 13 auch in den Prozess der Bereitstellung des Massenstromes MS mit eingegriffen, beispielsweise durch Ansteuerung eines Kodensatabscheiders im Dampf-/Kondensatsystem 11 der zweiten Trockengruppe II. In diesem Fall wird zumindest eine weitere Stellgröße YII über die Steuereinrichtung 13 ermittelt und mittels dieser die jeweilige Stelleinrichtung angesteuert.
Die 5 verdeutlicht dabei eine besonders vorteilhafte Ausführung des Heizmedium-Versorgungssystems 6 einer Trockenpartie 1. Beispielhaft dargestellt sind hier einzelne Trockenzylinder TZ_I1 bis TZ_IVn, die in einzelnen Trockengruppen I bis IV angeordnet sind. Im Einzelnen sind hier die Trockenzylinder TZ_I1 bis TZ_In in der Trockengruppe I zusammengefasst, die Trockenzylinder TZ_II1 und TZ_IIn in der Trockengruppe II und die Trockenzylinder TZ_III1 und TZ_IIIn in der Trockengruppe III. Der Trockenzylinder TZ_IV ist Bestandteil einer Trockengruppe IV. Der Trockengruppe I ist ein Heizmedium-Versorgungssystem 6 zugeordnet. Dieses ist Bestandteil eines Dampf-/Kondensatsystems 11 zumindest einer, vorzugsweise mehrerer anderer Trockengruppen II bis IV, hier der Trockengruppen II bis IV. Erkennbar ist dabei, dass jede der einzelnen Trockengruppen I bis IV an eine zentrale Dampfzufuhr 14, insbesondere Dampfzufuhrleitung koppelbar ist, über die der Dampf D auf die einzelnen Trockengruppen II bis IV verteilt wird. Die Kopplung/Entkopplung an diese/von dieser und/oder die Einstellung der Dampfparameter, insbesondere des Druckes kann über entsprechende Einrichtungen einzeln oder gruppenweise erfolgen. Im einfachsten Fall sind in die Einrichtungen als Ventileinrichtungen ausgeführt, wobei es sich bei diesen vorzugsweise um Druckregelventile handelt. Im dargestellten Fall sind die einzelnen Trockengruppen II, III und IV über jeweils eine derartige Einrichtung 15.1 bis 15.3 mit der Dampfzufuhr 14 verbunden. Die Möglichkeit der Beeinflussung der Dampfparameter ist beispielsweise über entsprechende Einrichtungen 16.1, 16.2 in der Kopplung einzelner Trockenzylinder einzelner Trockengruppen, hier der Trockenzylinder TZ_II1 und TZ_III1 der Trockengruppen II und III an die Dampfzufuhr 14 gegeben.
Im Betrieb der Trockenzylinder TZ_II1 bis TZ_IVn der Trockengruppen II bis IV kondensiert der den einzelnen Trockenzylindern zugeführte Dampf aufgrund der Wärmeabgabe durch den Trockenzylinder TZ an die Faserstoffbahn. Das dabei entstehende Dampf-/Kondensatgemisch DKII1, DKII2, DKIII1, DKIII2 DKIV1 wird aus den Trockenzylindern TZ_II1 bis TZ_IV1 abgeführt. Dabei wird das jeweilige Dampf-/Kondensatgemisch DKII1, DKII2, DKIII1, DKIII2 DKIV1 über eine oder mehrere Kondensatabscheidestufen geführt, wobei das dabei abgeschiedene Kondensat KII, KIII als Heizmedium HM des Heizmedium-Versorgungssystems 6 der Trockenzylinder TZ_I1 bis TZ_In genutzt wird. Im dargestellten Fall ist der Trockengruppe II und der Trockengruppe III jeweils ein Kondensatabscheider S2 und S3 zugeordnet, wobei das Dampf-/Kondensatgemisch DKIV1 beispielhaft über den Kondensatabscheider S2 geführt wird. Die Zufuhr der Dampf-/Kondensatgemische DKII1, DKII2, DKIV1 erfolgt zu zumindest einem Eingang 17 am Kondensatabscheider S2 und der Dampf-/Kondensatgemische DKIII1, DKIII2 zu zumindest einem Eingang 18 am Kondensatabscheider S3. An den einzelnen Kondensatabscheidern S2 und S3 kann im Dampf-/Kondensatgemisch DKII1, DKII2, DKIII1, DKIII2 DKIV1 enthaltener Dampf als separierter Dampf aufsteigen. Zusätzlich kann Kondensat aufgrund der Druckverhältnisse im Kondensatabscheider S2, S3 wieder verdampfen und steigt als so genannter Brüdendampf auf. Der separierte Dampf und der so genannte Brüdendampf ergeben dann einen Dampf DS2 beziehungsweise DS3, der aus dem Kondensatabscheider S2, insbesondere am Ausgang 19 beziehungsweise S3, insbesondere am Ausgang 20 abgeführt und anderen Dampfverbrauchersystemen beziehungsweise den einzelnen Trockenzylindern der Trockengruppen zugeführt werden können. Dieser Dampf DS2 und DS3 ist Sattdampf entsprechend dem Druck in den Kondensatabscheidern S2 und S3.
An den Ausgängen 21 und 22 der Kondensatabscheider S2 und S3 wird das Kondensat KII beziehungsweise K3 ausgegeben. Das Kondensat KII, KIII kann im Dampf-/Kondensatsystem 11 in einem Tank 23 gesammelt werden. Vorzugsweise wird das Kondensat KII, KIII in das Heizmedium-Versorgungssystem 6 eingespeist. Der Tank 23 bildet dabei die Heizmediumquelle 9. Das Heizmedium-Versorgungssystem 6 ist als Kreislauf mit integriertem Tank 23 ausgeführt. Der Zulauf vom Tank 23 zu den einzelnen Trockenzylindern TZ_I1 bis TZ_In ist mit 25 und der Rücklauf von den einzelnen Trockenzylindern TZ_I1 bis TZ_In zum Tank 23 mit 26 bezeichnet. Im dargestellten Fall sind die einzelnen Trockenzylinder TZ_I1 bis TZ_In im Heizmedium-Versorgungssystem 6, insbesondere dem Kreislauf 24 parallel geschaltet.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungen beschränkt. Andere Ausbildungen, insbesondere des Heizmedium-Versorgungssystems 6 sind denkbar. Grundsätzlich ist es möglich, die unterschiedlichsten vorhandenen Wärmeströme in der Trockenpartie 1 oder anderen Bereichen einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn zur Steuerung der Oberflächentemperatur eines mit einem flüssigen Heizmedium HM beaufschlagbaren Heizzylinders 2 einzusetzen. Die Einstellung der Oberflächentemperatur selbst erfolgt dabei indirekt über die Einstellung der Temperatur des flüssigen Heizmediums HM, wobei dessen Temperatur durch Ausnutzung der Wärmeenergie aus vorhandenen Wärmeströmen aktiv gesteuert werden kann.
Die 6 verdeutlicht beispielhaft anhand eines Signalflussbildes ein Verfahren zur Steuerung der Oberflächentemperatur von Trockenzylindern, insbesondere den Trockenzylindern TZ_I1 bis TZ_In im Eingangsbereich der Trockenpartie 1. Daraus ersichtlich ist, dass in einem Verfahrensschritt A der oder die Trockenzylinder TZ_I1 bis TZ_In mit einem flüssigen Heizmedium HM beaufschlagt werden und in einem zweiten Verfahrensschritt B eine Sollvorgabe X-soll für die zu erzielende Temperatur an der jeweiligen Zylinderoberfläche vorgegeben wird, während im Verfahrensschritt C die Sollvorgabe, insbesondere der Sollwert X-soll_I für die Temperatur an der Oberfläche des Trockenzylinders durch Änderungen der Temperatur des Heizmediums HM eingestellt wird. Dieser Verfahrensschritt C ist dabei durch eine Stellgrößenvorgabe Y charakterisiert, wobei die Stellgröße Y als Funktion des zur Einstellung des Sollwertes X-soll_I erforderlichen Kennwertes für die Temperatur des Heizmediums HM gewählt wird. In Abhängigkeit der entsprechenden Stellgröße Y wird dieser in einem Verfahrensschritt D an einer Stelleinrichtung, insbesondere im Heizmedium-Versorgungssystem 6 eingestellt und damit der Trockenzylinder mit dem Heizmedium mit der erforderlichen Temperatur beaufschlagt. Diese Temperatur kann dabei gesteuert oder geregelt werden. Bei einer Reglung ist ein entsprechender Abgleich zwischen dem Soll- und dem Ist-Wert X-soll und X-ist erforderlich, der hier zusätzlich im Signalflussbild unter Verfahrensschritt E zur Erfassung des Istwertes, F zum Abgleich und C zur Ausgabe einer Stellgröße angegeben ist.
Die Steuerung und/oder Regelung der jeweiligen erforderlichen Temperaturen der einzelnen Trockenzylinder und der daraus erforderlichen Eingriffe an den jeweiligen Heizmedium-Versorgungssystemen 6 kann über eine separat der Trockenpartie 1 zugeordnete Steuervorrichtung realisiert werden.
Bezüglich der konkreten konstruktiven Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung ist diese nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführung beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Trockenpartie
2: Heizzylinder
3: radial innere Zylinderschale
4: Hohl- beziehungsweise Zwischenraum
5: radial äußere Zylinderschale
6: Heizmedium-Versorgungssystem
7: Heizeinrichtung
8: Kühleinrichtung
9: Heizmediumquelle
10: Wärmetauscher
11: Dampf-/Kondensatsystem
12: Einrichtung
13: Steuereinrichtung
14: Dampfzufuhr
15.1, 15.2, 15.3: Einrichtung zur Kopplung/Entkopplung und/oder Einstellung der Dampfparameter
16.1, 16.2: Einrichtung zur Kopplung/Entkopplung und/oder Einstellung der Dampfparameter
17: Eingang Kondensatabscheider S2
18: Eingang Kondensatabscheider S3
19: Ausgang Kondensatabscheider S2
20: Ausgang Kondensatabscheider S3
21: Ausgang Kondensatabscheider S2
22: Ausgang Kondensatabscheider S3
23: Tank
24: Kreislauf
25: Zulauf
26: Rücklauf
I, II, III, IV: Trockengruppen
A–F: Verfahrensschritte
CD: Maschinenquerrichtung
D: Dampf
DS2, DS3: Dampf
DKII1, DKII2, DKIII1 DKIII2, DKIV1: Dampf-/Kondensatgemisch
HM: Heizmedium
KII, KIII: Kondensat
MD: Maschinenrichtung
MS: Massenstrom
S2, S3: Kondensatabscheider
TZ_I1–TZ_In: Trockenzylinder der ersten Trockengruppe
TZ_II1–TZ_II2: Trockenzylinder der zweiten Trockengruppe
TZ_III1–TZ_III2: Trockenzylinder der dritten Trockengruppe
TZ_IV1: Trockenzylinder der vierten Trockengruppe
X-ist: Istwert
X-soll: Sollwert
Y12, YII: Stellgröße

Claims

Verfahren zur Wärmerückgewinnung für eine Trockenpartie (1) einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, bei welchem die Materialbahn wenigstens mittelbar an einer Mehrzahl von beheizbaren Trockenzylindern (TZ_I1 bis TZ_IVn) getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der in Durchlaufrichtung der Materialbahn durch die Trockenpartie (1) erste Trockenzylinder (TZ_I1) und gegebenenfalls weitere diesem nachgeordnete Trockenzylinder (TZ_I2 bis TZ_In) als doppelwandige Trockenzylinder (2) ausgeführt sind, welche mit einem flüssigen Heizmedium (HM) beaufschlagt werden, wobei die Temperatur des flüssigen Heizmediums (HM) durch die zumindest mittelbare Nutzung von Wärme zumindest eines Massenstromes (MS) aus der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heizmediums (HM) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme des zumindest einen Massenstromes (MS) über wenigstens einen Wärmeüberträger (10) auf das Heizmedium (HM) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstrom des zumindest einen Massenstromes (MS) als Heizmedium (HM) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Massenstrom (MS) aus der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn ein Prozessstrom, insbesondere ein Eingangstrom und/oder ein während des Prozesses vorliegender Strom und/oder ein Ausgangstrom verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Massenstrom (MS) aus der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn ein Abluftstrom eines Heißlufttrockenelementes, insbesondere einer einem Trockenzylinder (TZ_I1 bis TZ_IVn) zugeordneten Heißlufthaube (3) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Massenstrom (MS) aus der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn ein Medienstrom aus zumindest einem der nachfolgenden Medien verwendet wird: – Dampf – Dampf-/Kondensatgemisch – Kondensat (KII, KIII)
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizmedium (HM) ein Fluid in Form von Wasser verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizmedium (HM) bei der Betriebsweise anderer Trockenzylinder (TZ_II1 bis TZ_IVn) anfallendes Kondensat (KII, KIII) verwendet wird.
Trockenpartie (1) für eine Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, mit einer Mehrzahl von beheizbaren Trockenzylindern (TZ_I1 bis TZ_IVn), dadurch gekennzeichnet, dass der in Durchlaufrichtung erste Trockenzylinder (TZ_I1) und gegebenenfalls weitere diesem nachgeordnete Trockenzylinder (TZ_I2 bis TZ_In) als doppelwandige Trockenzylinder (2) mit einem jedem einzelnen Trockenzylinder (TZ_I1 bis TZ_In) oder einer Mehrzahl (TZ_I1 bis TZ_In) von diesen zugeordneten Heizmedium-Versorgungssystem (6) zur Beaufschlagung mit einem flüssigen Heizmedium (HM) ausgeführt sind, wobei das einzelne Heizmedium-Versorgungssystem (6) wärmetechnisch mit zumindest einem Massenstrom (MS) der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn gekoppelt ist.
Trockenpartie (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine mit dem ersten Trockenzylinder (TZ_I1) und gegebenenfalls weiteren diesem nachgeordnete Trockenzylindern (TZ_I1 bis TZ_In) gekoppelte Zufuhrleitung für Heizmedium (HM) des Heizmedium-Versorgungssystems (6) wärmetechnisch mit zumindest einem Massenstrom (MS) der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn gekoppelt ist.
Trockenpartie (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium-Versorgungssystem (6) eine separate Heizmediumquelle (9) umfasst, die mit dem Trockenzylinder (TZ_I1 bis TZ_In) koppelbar ist, wobei die wärmetechnische Kopplung des Heizmedium-Versorgungssystems (6) mit dem zumindest einen Massenstrom (MS) der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn über zumindest einen Wärmeüberträger, insbesondere Wärmetauscher (10) erfolgt.
Trockenpartie (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmetechnische Kopplung des Heizmedium-Versorgungssystems (6) mit dem zumindest einen Massenstrom (MS) der Trockenpartie (1) und/oder der Maschine zur Herstellung einer Materialbahn direkt erfolgt, indem das Heizmedium-Versorgungssystem (6) aus Bestandteilen eines anderen Trockenzylindern (TZ_II1 bis TZ_IVn) zugeordneten Dampf-/Kondensatsystems (11) gebildet wird und zumindest eine Kondensat- beziehungsweise ein Dampf-/Kondensatgemisch führende Leitung dessen mit dem in Durchlaufrichtung ersten oder den ersten Trockenzylindern (TZ_I1 bis TZ_In) der Trockenpartie (1) zur Beaufschlagung verbunden ist.
Trockenpartie (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizmedium-Versorgungssystem (6) Mittel zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des Heizmediums (HM) vorgesehen sind.