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Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung von Restdampf im Dampf- und Kondensatsystem einer Faserbahn-Herstellungsmaschine. Der Restdampf ist aus einer Dampfgruppe der Trockenpartie stammender Durchströmdampf (Durchblasdampf), der normalerweise kondensiert und ins Kraftwerk zurückgeleitet wird.
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Aufgabe des Dampf- und Kondensatsystems ist es, die Versorgung der Trockenpartie mit Wärmeenergie zum Trocknen der Materialbahn auf den angestrebten Endfeuchtegehalt sicherzustellen, für die Abführung des Kondensats aus den Zylindern zu sorgen und die Abführung nicht kondensierter, d. h. inerter Gase aus dem Kreislauf unter allen Bedingungen zu gewährleisten.
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Den Zylindern der Trockenpartie wird nahezu gesättigter Dampf zugeführt, der beim Kondensieren eine große Menge Energie freisetzt. Diese Energie wird von der Zylinderinnenwand über den Zylindermantel auf die Materialbahn übertragen. Die Oberflächentemperatur der Trockenzylinder nimmt vom Nassende der Trockenpartie zum Trockenende hin gleichmäßig zu. Geregelt wird die Oberflächentemperatur über den Druck des den Zylindern zugeführten Dampfes. Eine bestimmte Gruppe von Zylindern hat den gleichen Dampfdruck und diese Gruppe wird als Dampfgruppe bezeichnet. Im typischen Fall hat eine Papier- oder Kartonmaschine drei bis sechs Dampfgruppen, die unabhängig von den Antriebsgruppen sind.
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Der kondensierte Dampf wird aus den Zylindern mit Hilfe von Siphons abgeführt. Um eine effektive Kondensatabführung gewährleisten zu können, muss zwischen der Dampf- und der Kondensatseite eine gewisse Druckdifferenz vorhanden sein. Infolge dieser Druckdifferenz geht aus den Zylindern zusammen mit dem Kondensat auch Durchströmdampf ab. Man ist bestrebt, den Durchströmdampf entweder in der gleichen Dampfgruppe oder in einer Dampfgruppe niedrigeren Druckes weiter zu nutzen. Mit Hilfe des Durchströmdampfes soll außerdem sichergestellt werden, dass die Luft und die nicht kondensierten Gase aus dem Zylinder abgehen. Das abgeführte Kondensat und der Durchströmdampf werden in Kondensatbehältern gesammelt, wo der Dampf vom Kondensat geschieden wird. Jener Teil des Durchströmdampfes, der in den Dampfgruppen nicht genutzt werden kann, wird einem Kondensator zugeführt, wo er im Allgemeinen mit einem kalten Rohwasserstrom kondensiert wird. Die Kondensate des Kondensators und der Kondensatbehälter werden zurück ins Kraftwerk geleitet und dort erneut zur Dampferzeugung genutzt.
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Die Dampf- und Kondensatsysteme von Papier- und Kartonmaschinen sind gewöhnlich Kaskadensysteme, Thermokompressorsysteme oder Kombinationen derselben.
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Beim Kaskadensystem wird der aus den Zylindern der jeweiligen Dampfgruppe in den Kondensatbehälter gelangte Durchströmdampf in der folgenden, einen niedrigeren Dampfdruck aufweisenden Dampfgruppe genutzt. Sind drei Dampfgruppen vorhanden, so werden diese als Hauptdampfgruppe, Zwischengruppe und Nassgruppe bezeichnet. Die Hauptdampfgruppe erhält ihren gesamten Dampf aus der Hauptdampfleitung und weist den höchsten Dampfdruck auf. Der Durchströmdampf wird aus dem Kondensatbehälter der Haupt(dampf)gruppe in die Zylinder der Zwischengruppe geleitet. Aus dem Kondensatbehälter der Zwischengruppe wird der Durchströmdampf in die Nassgruppe, die in Dampfströmungsrichtung betrachtet letzte Dampfgruppe geleitet. In der Nassgruppe herrscht also der niedrigste Dampfdruck. Aus dem Kondensatbehälter der Nassgruppe wird der Durchströmdampf in einen Kondensator geleitet. Jeder Dampfgruppe kann neben dem Durchströmdampf auch Frischdampf zugeführt werden.
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Am Anfang der Trockenpartie muss die Oberflächentemperatur der Zylinder relativ niedrig sein um ein nachteiliges Anhaften der Materialbahn an die Zylinder infolge hoher Oberflächentemperatur zu vermeiden. Deshalb wird in den Zylindern der Nassgruppe oft ein unter dem normalen Luftdruck liegender Dampfdruck gefahren. Dabei muss dann auch im Kondensatbehälter Unterdruck herrschen, damit das für den Differenzdruck sorgende Ventil richtig funktioniert. Aufgabe des Kondensators ist es, allen ihm zuströmenden Dampf zu kondensieren und den erforderlichen Unterdruck zu erzeugen. Aufgabe der Vakuumpumpe ist das Abziehen von Luft und nicht kondensierten Gasen aus dem System. Arbeitet das System ständig mit Überdruck, erübrigt sich die Vakuumpumpe.
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Im Thermokompressorsystem wird der Durchströmdampf mit einem Thermokompressor, d. h. einem Dampfejektor, vor dem Rückleiten des Dampfes entweder in die gleiche oder in die folgende, mit niedrigerem Druck arbeitende Dampfgruppe auf einen höheren Druck verdichtet. Der Thermokompressor benötigt als Antriebskraft Treibdampf, der gewöhnlich aus Entnahmegegendruckdampf besteht. Der Thermokompressor liefert Dampf, dessen Druck höher ist als der des Durchströmdampfes, aber niedriger als der des Treibdampfes. Die nicht kondensierten Gase werden aus dem System entweder über einen Kondensator und eine Vakuumpumpe oder, wenn das System unter Überdruck arbeitet, direkt durch Ausblasen ausgetragen.
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Aus der Schrift
WO 2010/025999 A1 kennt man ein Faserbahnmaschinen-Heizsystem, das Mittel zur Verdichtung des Durchströmdampfes der in Dampfströmungsrichtung letzten Heizgruppe und Rückleiten desselben in das Heizsystem umfasst. Zur Verdichtung des Durchströmdampfes wird entweder ein mechanischer Kompressor oder ein Thermokompressor, in dem der Druck des Durchströmdampfes mit Frischdampf erhöht wird, benutzt. Der auf höheren Druck verdichtete Durchströmdampf wird in die Trockenzylinder der letzten Dampfgruppe geleitet. Das System umfasst auch einen Kondensator und eine Vakuumpumpe zum Erzeugen von Unterdruck und zum Abführen der nicht kondensierten Gase aus dem System.
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Aus der Schrift
US 4,447,964 ist ein Dampf- und Kondensatsystem bekannt, bei dem der Durchströmdampf und die nicht kondensierten Gase in einem Thermokompressor auf höheren Druck verdichtet werden und der Großteil des verdichteten Dampfes in die gleiche Dampfgruppe zurückgeleitet wird. Ein kleiner Teil des auf höheren Druck verdichteten Dampfes wird in eine mit niedrigerem Druck arbeitende Dampfgruppe geleitet. Der Durchströmdampf und die nicht kondensierten Gase der mit niedrigerem Druck arbeitenden Dampfgruppe werden in ihrer Gesamtheit in einen Kondensator geleitet, hinter den auf an sich bekannte Weise eine Vakuumpumpe zum Abführen der nicht kondensierten Gase aus dem System geschaltet ist. Als Treibdampf für den Thermokompressor wird Hochdruckdampf eingesetzt.
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Normalerweise hat der aus der Trockenpartie abgehende Durchströmdampf einen so niedrigen Druck, dass die beim Kondensieren des Dampfes freigesetzte Wärme lediglich zum Erwärmen von Kühlwasser bis auf eine bestimmte Temperatur eingesetzt werden kann. Warmwasser fällt im Papierherstellungsprozess jedoch oft im Übermaß an, wobei dann ein Teil der im Kondensator auf das Kühlwasser übertragenen Wärme verloren geht.
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Ziel dieser Erfindung ist ein Dampf- und Kondensatsystem, das ohne Kondensator und Vakuumpumpe arbeitet und dennoch für einen breiten Einsatzbereich geeignet ist. Besonders hat man sich die Aufgabe gestellt, die Rückgewinnung von Wärme aus dem Restdampf zu intensivieren, das Abführen der nicht kondensierten Gase aus dem System zu erleichtern und die Investitions- und Betriebskosten des Dampf- und Kondensatsystems zu senken.
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Gelöst werden diese Aufgaben mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Für die erfindungsgemäße Anordnung wiederum ist charakteristisch, was darüber im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 5 ausgeführt ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Restdampf der Dampfgruppe mit Hilfe eines Dampfejektors auf einen höheren Druck verdichtet, wobei auf der Saugseite des Dampfejektors Vakuum entsteht. Der verdichtete Restdampf wird einem Wärmeverbraucher zugeführt, wo in ihm enthaltene Wärme zurückgewonnen wird und nicht kondensierte Gase aus dem verdichteten Restdampf entfernt werden. Dank dieser Maßnahmen kann die Dampfgruppe ohne Kondensator und Vakuumpumpe mit Unterdruck arbeiten.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur Behandlung von Restdampf umfasst einen zum Verdichten von Restdampf auf höheren Druck eingerichteten Dampfejektor, einen Wärmeverbraucher, der zur Rückgewinnung von Wärme aus dem verdichteten Restdampf eingerichtet ist, und Mittel zum Entfernen nicht kondensierter Gase aus dem Restdampf. Dank dieser Komponenten kann die Dampfgruppe ohne Kondensator und Vakuumpumpe mit Unterdruck arbeiten.
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Unter Restdampf ist in diesem Zusammenhang Durchströmdampf niedrigen Druckes zu verstehen, der normalerweise kondensiert und ins Kraftwerk zurückgeleitet wird. Der Restdampf kann zum Beispiel aus dem Kondensatbehälter der Nassgruppe stammender Durchblasdampf sein, dessen Druck so niedrig ist, dass er in den Dampfgruppen nicht genutzt werden kann.
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Der Einsatz eines Dampfejektors in der Trockenpartie ist an sich bekannt, aber in allen bekannten Lösungen wird mit dem Dampfejektor der Druck des Durchströmdampfes erhöht um den Dampf zurück in die Zylinder leiten zu können. Bei der erfindungsgemäßen Lösung dient der Dampfejektor zur Erzeugung von Unterdruck im Kondensatbehälter und zur Erhöhung des Druckes des Durchströmdampfes, wobei nach erfolgter Druckerhöhung der Restdampf zum Beispiel gut zum Erwärmen der für die Haube der Trockenpartie benötigten Ersatzluft geeignet ist. So wird also zur Erzeugung von Unterdruck kein Kondensator mehr benötigt. Auch die Vakuumpumpe erübrigt sich, denn das Abführen der nicht kondensierten Gase aus dem verdichteten Dampf lässt sich auch ohne Vakuumpumpe bewerkstelligen.
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Zum Antrieb des Dampfejektors, d. h. als Treibdampf, dient bevorzugt der Hauptdampfleitung der Fabrik entnommener Frischdampf. Als Hauptdampf gilt der aus der Schleiferei, der Kesselanlage oder dem Kraftwerk erhältlicher Frischdampf. Der Dampfejektor liefert an seinem Ausgang Dampf, dessen Druck je nach Regelungs- und Druckverhältnissen irgendwo zwischen den Drücken des Restdampfes und des Treibdampfes liegt. Im herkömmlichen Thermokompressorsystem wird der von der Kondensatseite der Dampfgruppe angesaugte Durchströmdampf auf die Dampfseite der gleichen oder einer anderen Dampfgruppe zurückgeleitet, wobei die Luft und die nicht kondensierten Gase außer in dem Fall, dass sie durch Ausblasen entweder über den Kondensator oder über die Vakuumpumpe oder, wenn man unter Überdruck operiert, durch direktes Ausblasen aus dem System abgeführt werden, weiter in dem System zirkulieren.
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Ein wie starker Unterdruck mit dem Dampfejektor aufrechterhalten werden kann, hängt von dessen Typ und Bemessung ab. Der Dampfejektor eignet sich gut als Unterdruckerzeuger zum Beispiel für Kartonmaschinen, bei denen die maximale Unterdruckforderung in der Trockenpartie in der Größenordnung von –30 bis –40 kPa liegt.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann der aus dem Dampfejektor kommende verdichtete Restdampf zum Beispiel zum Erwärmen von Luft oder Wasser in einem Wärmetauscher, für einen Dampfblaskasten oder zum Beheizen der Spritzwasserbleche benutzt werden. Eine bevorzugte Verwendungsform dieses Dampfes ist das Aufheizen der Ersatzluft für die Dunsthaube. Auf der Eintrittsseite des Wärmeverbrauchers kann ein Entlüfter angeordnet werden, mit dem aus dem verdichteten Dampf die Luft und andere nicht kondensierte Gase abgeschieden werden. Das im Wärmeverbraucher eventuell gebildete Kondensat wird in den Hauptkondensat- oder Sammelbehälter der Fabrik geleitet. Auch der Hauptkondensatbehälter kann mit einer Entlüftung ausgestattet sein.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann in Fabriken eingesetzt werden, in denen der Kühl- und Dichtwassereinsatz auf ein Minimum reduziert und das Pumpen sowie das Übertragen von ND-Dampfenergie in die Betriebswässer dann, wenn schon ansonsten genügend Warmwasser vorhanden ist, minimiert werden sollen. Auch wenn die Nassgruppe mit geringem Unterdruck gefahren wird, will man dennoch die Energie des Durchströmdampfes der Nassgruppe nutzen, und das wird durch die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich mehrere Vorteile erzielen: Entfällt die Vakuumpumpe, so benötigt man auch keinen Pumpenmotor und kein Dichtwasser. Die Vakuumpumpe wird durch einen Dampfejektor ersetzt, der bevorzugt den gleichen Dampf, mit dem auch die Trockenzylinder versorgt werden, verbraucht. Der Dampfejektor verbraucht weder Strom noch Dichtwasser.
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Da der Kondensator entfällt, wird auch kein Kondensator-Kühlwasser benötigt. Der Wasserverbrauch eines Kondensators beträgt mindestens ca. 3–6 l/s und höchstens ca. 40–60 l/s. Der Kondensator kann durch irgendeinen anderen Wärmeverbraucher, wie zum Beispiel einen Ersatzluft-Heizapparat für die Dunsthaube, ersetzt werden. Der vom Dampfejektor gelieferte verdichtete Dampf kann so zum Erwärmen der für die Dunsthaube benötigten Ersatzluft verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht alternative Fahrweisen der Trockengruppe. Die Nassgruppe kann, wie beim normalen Kaskadensystem, das mit Kondensator und Vakuumpumpe arbeitet, unter Überdruck oder Unterdruck betrieben werden.
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Bei den Investitionskosten wird ein Einsparungspotential erzielt, da zum Beispiel der mit Dampf betriebene Wärmetauscher für die Ersatzluft der Dunsthaube als sowieso zum Lieferumfang gehörend betrachtet wird. Der Dampfejektor kostet nur etwa halb so viel wie der Kondensator, die Vakuumpumpe und der Wasserabscheider zusammengenommen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung eignen sich in Verbindung mit dem Kaskadensystem ebenso gut wie mit dem Thermokompressorsystem.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, auf die die Erfindung jedoch nicht ausschließlich beschränkt werden soll, beschrieben.
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1 zeigt eine Prinzipzeichnung der Restdampfbehandlung nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine Prinzipzeichnung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Behandlung des Restdampfes.
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In 1 ist ein Teil des dem Stand der Technik entsprechenden Dampf- und Kondensatsystems der Trockenpartie einer Papiermaschine im Prinzip dargestellt. Es handelt sich dabei um ein Kaskadensystem, bei dem Dampf aus der Hauptdampfleitung 10 über die Rohrleitung 16 zu den Zylindern der Zwischengruppe 12 und über die Rohrleitung 18 zu den Zylindern der Nassgruppe 11 geleitet wird. Das Kondensat und der Durchströmdampf, die aus den Zylindern abgehen, werden in den Kondensatbehältern 13, 14 der betreffenden Dampfgruppen 11, 12 gesammelt.
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Die Nassgruppe 11 bildet in Laufrichtung der Faserstoffbahn betrachtet die erste Trockenzylinder-Dampfgruppe. Beim Auftreffen auf die Zylinder der Nassgruppe 11 ist die Faserstoffbahn noch relativ nass, weshalb dort zum Trocknen eine verhältnismäßig niedrige Temperatur und ein relativ niedriger Dampfdruck angewendet werden. In der Zwischengruppe 12 werden eine höhere Temperatur und ein höherer Dampfdruck als in der Nassgruppe 11 gefahren. In der letzten (nicht dargestellten) Dampfgruppe der Trockenpartie kommt der höchste Dampfdruck zur Anwendung.
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Da es sich um ein Kaskadensystem handelt, werden Durchströmdampf und nicht kondensierte Gase aus dem (nicht dargestellten) Kondensatbehälter der letzten Dampfgruppe über die Rohrleitung 15 in die Dampfversorgungsleitung 16 der Zwischengruppe 12 geleitet. Entsprechend werden aus dem Kondensatbehälter 14 der Zwischengruppe 12 Durchströmdampf und nicht kondensierte Gase über die Rohrleitung 17 in die Dampfversorgungsleitung 18 der Nassgruppe 11 geleitet.
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Aus den Kondensatbehältern 13, 14 wird Kondensat über die Rohrleitung 19 in den Kondensatbehälter 20 und von dort über die Rohrleitung 21 in die (nicht dargestellte) Kesselanlage gepumpt. Dem Hauptkondensatbehälter 20 werden über die Rohrleitungen 22 auch andere Kondensate der Faserbahn-Herstellungsmaschine und besonders der Trockenpartie zugeführt, wie zum Beispiel Kondensate aus den (nicht dargestellten) Wärmetauschern für die Ersatzluft der Dunsthaube. Zum Aufheizen der Ersatzluft für die Dunsthaube dient im Allgemeinen Entnahme- oder Niederdruckdampf.
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Aus dem Kondensatbehälter 13 der Nassgruppe wird Durchströmdampf niedrigen Druckes, d. h. Restdampf, über die Rohrleitung 23 in den Kondensator 24 geleitet, wo der Dampf mit Hilfe von Rohwasser, das in der Kühlwasserleitung 25 zirkuliert, kondensiert wird. Beim Kondensieren des Dampfes sinken sein Druck und sein Volumen. Hinter dem Kondensator 24 ist ein Wasserabscheider 26 angeordnet, aus dem das Kondensat über die Rohrleitungen 27 und 19 in den Hauptkondensatbehälter 20 geleitet wird. Die nicht kondensierten Gase werden aus dem Wasserabscheider 26 über die Rohrleitung 28 der Vakuumpumpe 29 zugeführt. Die Vakuumpumpe 29 setzt die Luft und die nicht kondensierten Gase in die Atmosphäre frei. Die Vakuumpumpe 29 benötigt Dichtwasser, das über die Rohrleitung 30 dem Kühlwasserkreislauf entnommen wird.
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Da die Nassgruppe 11 mit Unterdruck arbeitet, sind der Kondensator 24 und die Vakuumpumpe 29 unbedingt erforderlich um den Kondensatbehälter 13 mit Unterdruck zu beaufschlagen und die nicht kondensierten Gase aus dem System abzuführen. Für den Betrieb des Kondensators 24 und der Vakuumpumpe 29 ist Kühlwasser erforderlich. Die auf das Kühlwasser übertragene Wärmeenergie bleibt oft ungenutzt, weil in dem Prozess überschüssiges Warmwasser vorhanden ist. Der Motor der Vakuumpumpe 29 verbraucht Strom.
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In 2 ist ein Teil eines mit der erfindungsgemäßen Anordnung ausgerüsteten Dampf- und Kondensatsystems gezeigt. Einander entsprechende Teile sind in 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen belegt.
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In 2 sind der Kondensator und die Vakuumpumpe durch einen Dampfejektor 31 ersetzt, der Unterdruck erzeugt, der den Restdampf und die nicht kondensierten Gase über die Rohrleitung 23 aus dem Kondensatbehälter 13 der Nassgruppe 11 saugt. Der Dampfejektor 31 benötigt für seinen Betrieb weder Strom noch Wasser, sondern arbeitet mit Treibdampf, der über die Rohrleitung 32 aus der Hauptdampfleitung 10 zugeführt wird. Der Dampfejektor 31 erzeugt verdichteten Dampf, dessen Druck niedriger als der Druck des der Hauptdampfleitung 10 zu entnehmenden Treibdampfes aber höher als der Druck des dem Kondensatbehälter 13 zu entnehmenden Durchströmdampfes ist.
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Der vom Dampfejektor 31 gelieferte, auf höheren Druck verdichtete Dampf wird über die Rohrleitung 38 dem Wärmetauscher 33 zugeführt, der in diesem Fall aus einem Heizapparat zum Aufheizen der Dunsthauben-Ersatzluft besteht. In die Rohrleitung 38 ist vor dem Wärmetauscher 33 ein Entlüfter 34 eingefügt, über den aus dem verdichteten Dampf Luft und andere nicht kondensierte Gase abgeführt werden. Im Wärmetauscher 33 kondensiert der Restdampf und die Ersatzluft 37 für die Dunsthaube wird erwärmt. Das Kondensat wird aus dem Wärmetauscher 33 über die Rohrleitung 35 in den Hauptkondensatbehälter 20 geleitet und die erwärmte Ersatzluft 37 wird der Dunsthaube der Trockenpartie zugeführt und verdrängt dort die abgehende feuchte Luft. Die Rohrleitung 35 kann einen Kondensatabscheider, das heißt eine Dampffalle 36 aufweisen, die gleichfalls Luft und nicht kondensierte Gase aus dem System abführt.
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Die Ersatzluft der Haube hat man traditionell mit Entnahme- oder Niederdruckdampf erwärmt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann der Frischdampfverbrauch gesenkt und die im Restdampf der Nassgruppe 11 noch enthaltene Energie effektiv zurückgewonnen werden.
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Unter Faserbahn-Herstellungsmaschinen sind in diesem Zusammenhang Papier-, Karton- und Tissuemaschinen wie auch Zellstofftrockenmaschinen zu verstehen.
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Im Rahmen des durch die folgend aufgeführten Patentansprüche definierten Schutzbereichs sind zahlreiche verschiedene Variationen der Erfindung möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/025999 A1 [0009]
- US 4447964 [0010]
