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Die Erfindung betrifft eine wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte Bahnbildungsmaschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn wie insbesondere einer Papier-, Karton- oder Zellstoffbahn.
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Eine Bahnbildungsmaschine der eingangsgenannten Art ist beispielsweise aus
DE 10 2011 085 821 A1 bekannt. Die dort beschriebene Bahnbildungsmaschine weist mehrere Dampfverbraucher wie z.B. einen Dampfblaskasten einer Pressenpartie zur Entwässerung und Vorformung der Faserstoffbahn, als Bestandteil einer Trockenpartie für die Faserstoffbahn eine heißluftbetriebene Trocknungseinrichtung, an welche eine Abluftleitung für heiße Abluft aus der Trocknungseinrichtung angeschlossen ist, und eine Dampferzeugungseinrichtung zum Bereitstellen von Speisedampf für die Dampfverbraucher auf.
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Die Dampferzeugungseinrichtung umfasst eine Speisewasserzuführung, einen Wärmetauscher, einen Verdampfer und einen Dampfabscheider. Der Wärmetauscher ist in der Abluftleitung installiert, so dass diesem Speisewasser aus der Speisewasserzuführung unter Druckerhöhung zuführbar ist, um im Wärmetauscher durch Wärmeenergie der Abluft erhitzt zu werden. Dem Verdampfer ist Speisewasser zuführbar, das in dem Wärmetauscher erhitzt wurde, um daraus im Verdampfer durch Entspannung ein zumindest teilweise Dampf enthaltendes Ausgabemedium zu erzeugen. Dem Dampfabscheider ist das Ausgabemedium des Verdampfers zuführbar, um an einem Dampfausgang des Dampfabscheiders Speisedampf bereitzustellen. Die Dampfverbraucher sind mit dem Dampfausgang des Dampfabscheiders zur Abnahme des Speisedampfs verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte Bahnbildungsmaschine bereitzustellen, bei welcher die Dampferzeugungseinrichtung einen höheren Wirkungsgrad hat.
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Dies wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung weist eine Bahnbildungsmaschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn eine Trocknungseinrichtung für die Faserstoffbahn, eine Dampferzeugungseinrichtung und einen Dampfverbraucher auf. An die heißluftbetriebene Trocknungseinrichtung ist eine Abluftleitung für heiße Abluft aus der Trocknungseinrichtung angeschlossen. Die Dampferzeugungseinrichtung umfasst eine Speisewasserzuführung, einen Wärmetauscher, einen Verdampfer und einen Dampfabscheider. Der eine Wärmetauscher ist in der Abluftleitung installiert, so dass diesem Speisewasser aus der Speisewasserzuführung unter Druckerhöhung zuführbar ist, um in dem einen Wärmetauscher durch Wärmeenergie der Abluft erhitzt zu werden.
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Dem Verdampfer ist Speisewasser zuführbar, das in dem einen Wärmetauscher erhitzt wurde, um daraus im Verdampfer durch Entspannung ein zumindest teilweise Dampf enthaltendes Ausgabemedium zu erzeugen. Dem Dampfabscheider ist das Ausgabemedium des Verdampfers zuführbar, um an einem Dampfausgang des Dampfabscheiders Speisedampf bereitzustellen. Der Dampfverbraucher ist mit dem Dampfausgang des Dampfabscheiders zur Abnahme des Speisedampfs verbunden.
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Gemäß der Erfindung weist die Dampferzeugungseinrichtung einen weiteren oder zusätzlichen Wärmetauscher auf, der in der Abluftleitung installiert ist und dem Speisewasser aus der Speisewasserzuführung zuführbar ist, um darin durch Wärmeenergie der Abluft vorerhitzt zu werden, wobei ein Wassereingang des einen Wärmetauschers mit einem Wasserausgang des weiteren Wärmetauschers verbunden ist, so dass das dem einen Wärmetauscher zuführbare Speisewasser in dem weiteren Wärmetauscher vorerhitztes Speisewasser ist. Bevorzugt ist zur Druckerhöhung des Speisewassers zwischen dem Wasserausgang des weiteren Wärmetauschers und dem Wassereingang des einen Wärmetauschers eine Hochdruckpumpe in der Speisewasserzuführung installiert.
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Durch die Vorerhitzung des Speisewassers im weiteren Wärmetauscher tritt das Speisewasser mit einer höheren Temperatur in den einen Wärmetauscher ein und kann dadurch auf eine höhere Endtemperatur nacherhitzt werden. Durch die höhere Endtemperatur kann der Dampfanteil in dem Ausgabemedium des Verdampfers und damit der Wirkungsgrad der Dampferzeugungseinrichtung erhöht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die heißluftbetriebene Trocknungseinrichtung vorgesehen und eingerichtet zur Strichtrocknung der Faserstoffbahn und kann insbesondere eine Infrarotquelle aufweisen. Die in der Stricktrocknung anfallende heiße Abluft eignet sich wegen ihrer hohen Temperatur besonders für die erfindungsgemäße Dampferzeugungseinrichtung. Insbesondere ist die Trocknungseinrichtung als Schwebetrockner zur Strichtrocknung der Faserstoffbahn ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Dampfverbraucher ausschließlich mit dem Speisedampf der Dampferzeugungseinrichtung betrieben. D.h., dem Dampfverbraucher wird z.B. kein zusätzlicher kostenintensiver Frischdampf aus einem Kraftwerk zugeführt. Dadurch lässt sich der Betriebsaufwand der Bahnbildungsmaschine senken.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Dampfverbraucher mindestens einen Dampfblaskasten und insbesondere ausschließlich einen oder mehrere Dampfblaskästen. Ein Dampfblaskasten kann mit einem geringen Dampfdruck von 0,3 barg bis 1,5 barg, insbesondere einem Dampfdruck von 0,5 barg, betrieben werden und eignet sich daher besonders als Dampfverbraucher für den Speisedampf der erfindungsgemäßen Dampferzeugungseinrichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der weitere Wärmetauscher in der Abluftleitung strömungsabwärts des einen Wärmetauschers installiert. Dies berücksichtigt vorteilhaft, dass die Abluft mit der höheren Temperatur den die Endtemperatur des dem Verdampfer zuzuführenden Speisewassers realisierenden Wärmetauscher zuerst durchströmt. Damit kann der Wirkungsgrad der Dampferzeugungseinrichtung weiter erhöht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Wassereingang des weiteren Wärmetauschers mit einer Frischwasserquelle verbunden, aus welcher zur Verdampfung aufbereitetes Frischwasser als Speisewasser für die Speisewasserzuführung beziehbar ist. Durch die erfindungsgemäße Vorerhitzung des Speisewassers, bevor dieses dem die Endtemperatur des dem Verdampfer zuzuführenden Speisewassers realisierenden Wärmetauscher zugeführt wird, kann vorteilhaft relativ kühles Frischwasser als Speisewasser zugeführt werden und damit die mögliche Dampferzeugungsmenge erhöht werden.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wasserausgang des weiteren Wärmetauschers mit einem Wassereingang des Dampfabscheiders verbunden. Außerdem ist ein Kondensatausgang des Dampfabscheiders mit dem Wassereingang des einen Wärmetauschers verbunden. Auf diese Weise wird das Speisewasser dem weiteren Wärmetauscher nach Durchströmen des Dampfabscheiders über dessen Kondensatausgang zugeführt. Dies kann z.B. eine Zuspeiseregelung des Speisewassers erleichtern, indem via Sensor ein Flüssigkeitsstand im Dampfabscheider überwacht wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann aber auch der Wasserausgang des weiteren Wärmetauschers unter Umgehung des Dampfabscheiders mit dem Wassereingang des einen Wärmetauschers verbunden sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Abluftleitung eine Wärmequelle installiert, welche eingerichtet ist, die dem Speisewasser zuführbare Wärmeenergie der Abluft zu erhöhen. Dabei kann eine Wärmequelle strömungsaufwärts des einen Wärmetauschers angeordnet sein und/oder kann eine Wärmequelle zwischen dem einen Wärmetauscher und dem weiteren Wärmetauscher angeordnet sein. Bevorzugt weist die Wärmequelle mindestens einen Gasbrenner auf. Mit der Wärmequelle kann vorteilhaft die Temperatur der Abluft erhöht und damit auch die Dampferzeugungsleistung erhöht werden. Insbesondere kann durch entsprechende Ansteuerung der Wärmequelle die Menge an Speisedampf erhöht und/oder geregelt werden.
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Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung – soweit dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert sein können.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur detaillierter beschrieben.
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1 zeigt ein Blockschaltbild von Komponenten einer erfindungsgemäßen Bahnbildungsmaschine.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 eine Bahnbildungsmaschine 1 gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Bahnbildungsmaschine 1 ist eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, wie z.B. einer Papier-, Karton- oder Zellstoffbahn, und ist insbesondere eine Papierherstellungsmaschine. Bevorzugt ist die Faserstoffbahn eine Papierbahn für grafisches Papier, eine Verpackungspapierbahn oder eine Kartonbahn.
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Die Bahnbildungsmaschine 1 weist eine Pressenpartie 10 mit mindestens einer Presse (nicht separat gezeigt und bezeichnet) zur Entwässerung und Vorformung der Faserstoffbahn und eine der Pressenpartie 10 ggf. im Bahnlauf nachgelagerte oder separate Trockenpartie 20 zur Trocknung der aus der Pressenpartie 10 austretenden Faserstoffbahn auf.
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Um einen nach der Pressenpartie 10 vorliegenden Trockengehalt der Faserstoffbahn zu erhöhen und/oder eine Profilierung dieser zu unterstützen, weist die Pressenpartie 10 vor der Presse einen Dampfblaskasten 11 auf, welcher mit Speisedampf SD mit einem Druck von 0,3 barg bis 1,5 barg, insbesondere einem Druck von 0,5 barg, versorgt wird. Der Dampfblaskasten 11 stellt somit einen Dampfverbraucher dar.
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Im Detail weist die Trockenpartie 20 zur Strichtrocknung der aus der Pressenpartie 10 austretenden Faserstoffbahn eine heißluftbetriebene Trocknungseinrichtung 21 auf, welche mit Heißluft mit einer Temperatur von bis zu 450°C arbeitet und welche z.B. eine Infrarotquelle (nicht separat gezeigt und bezeichnet) aufweisen kann. Diese Heißluft wird in der Trocknungseinrichtung 21 im Wesentlichen im Umlauf geführt und nimmt dabei Feuchtigkeit von der Faserstoffbahn auf. Da die Heißluft jedoch irgendwann mit Feuchtigkeit gesättigt ist und keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann, wird ein Teil der Heißluft als Abluft abgegeben und durch frische bzw. trockene Heißluft ersetzt. Für die heiße Abluft AL aus der Trocknungseinrichtung 21 ist an die Trocknungseinrichtung 21 eine Abluftleitung 22 angeschlossen, welche z.B. an einem Mündungsende frei in die Atmosphäre A münden kann. Die aus der Trocknungseinrichtung 21 in die Abluftleitung 22 austretende heiße Abluft AL hat z.B. eine Temperatur in einem Bereich von etwa 200°C bis etwa 300°C.
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Um den Speisedampf SD für den Dampfblaskasten 11 als Dampfverbraucher zu erzeugen, weist die Bahnbildungsmaschine 1 eine Dampferzeugungseinrichtung 30 auf. Die Dampferzeugungseinrichtung 30 umfasst eine Frischwasserquelle 31 zur Bereitstellung von zur Verdampfung aufbereitetem Frischwasser als Speisewasser, eine Speisewasserzuführung 32, einen ersten Wärmetauscher 50, einen zweiten Wärmetauscher 55, einen Verdampfer 60 und einen Dampfabscheider 70.
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Der erste Wärmetauscher 50 ist in der Abluftleitung 22 installiert, so dass die heiße Abluft AL durch diesen hindurchströmen kann. Ein Wassereingang 51 des ersten Wärmetauschers 50 ist über eine erste Speisewasserleitung 33 der Speisewasserzuführung 32 mit der Frischwasserquelle 31 verbunden, so dass dem ersten Wärmetauscher 50 das zur Verdampfung aufbereitete Frischwasser als Speisewasser zuführbar ist. Ein Wasserausgang 52 des ersten Wärmetauschers 50 ist über eine zweite Speisewasserleitung 34 der Speisewasserzuführung 32 mit einem Wassereingang 71 des Dampfabscheiders 70 verbunden.
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In der zweiten Speisewasserleitung 34 sind eine Speisepumpe 35 zum Fördern des Speisewassers in Richtung zum Dampfabscheider 70 und ein Regelventil 36 zum Regeln der Speisewasserzufuhr zum Dampfabscheider 70 angeordnet. Die Speisepumpe 35 und das Regelventil 36 werden über eine nicht dargestellte Steuervorrichtung in Abhängigkeit bestimmter Parameter wie z.B. eines Flüssigkeitsstandes im Dampfabscheider 70 angesteuert.
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Der zweite Wärmetauscher 55 ist ebenfalls in der Abluftleitung 22 installiert, so dass die heiße Abluft AL durch diesen hindurchströmen kann. Wie aus 1 ersichtlich, ist der erste Wärmetauscher 50 in der Abluftleitung 22 strömungsabwärts des zweiten Wärmetauschers 55 installiert. Ein Wassereingang 56 des zweiten Wärmetauschers 55 ist über eine dritte Speisewasserleitung 37 der Speisewasserzuführung 32 mit einem Kondensatausgang 72 des Dampfabscheiders 70 verbunden, so dass dem zweiten Wärmetauscher 55 sowohl Kondensat aus dem Dampfabscheider 70 als auch Speisewasser aus der Speisewasserzuführung 32 zuführbar ist.
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Zur Druckerhöhung des Speisewassers für den zweiten Wärmetauscher 55 ist zwischen dem Wasserausgang 52 des ersten Wärmetauschers 50 und dem Wassereingang 56 des zweiten Wärmetauschers 55 eine Hochdruckpumpe 38 in der Speisewasserzuführung 32 installiert. Genauer ist die Hochdruckpumpe 38 zwischen dem Kondensatausgang 72 des Dampfabscheiders 70 und dem Wassereingang 56 des zweiten Wärmetauschers 55 in der dritten Speisewasserleitung 37 der Speisewasserzuführung 32 angeordnet, um das Speisewasser für den zweiten Wärmetauscher 55 auf ein höheres Druckniveau zu bringen.
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Im Ergebnis der obigen Konfiguration ist dem ersten Wärmetauscher 50 Speisewasser aus der Speisewasserzuführung 32 zuführbar, um im ersten Wärmetauscher 50 durch Wärmeenergie der Abluft AL auf eine Temperatur von etwa 70°C bis etwa 110°C vorerhitzt zu werden. Dem zweiten Wärmetauscher 55 ist unter Druckerhöhung durch die Hochdruckpumpe 38 ebenfalls Speisewasser aus der Speisewasserzuführung 32 zuführbar, um im zweiten Wärmetauscher 55 durch Wärmeenergie der Abluft auf eine Temperatur von etwa 150°C bis etwa 240°C nacherhitzt zu werden. Da der Wassereingang 56 des zweiten Wärmetauschers 55 über den Dampfabscheider 70 mit dem Wasserausgang 52 des ersten Wärmetauschers 50 verbunden ist, ist das dem zweiten Wärmetauscher 55 zuführgeführte Speisewasser das in dem ersten Wärmetauscher 50 auf die Temperatur von etwa 70°C bis etwa 110°C vorerhitzte Speisewasser.
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Ein Wasserausgang 57 des zweiten Wärmetauschers 55 ist über eine vierte Speisewasserleitung 39 der Speisewasserzuführung 32 mit dem Verdampfer 60 verbunden, so dass dem Verdampfer in dem zweiten Wärmetauscher 55 auf die Temperatur von etwa 150°C bis etwa 240°C erhitztes Speisewasser zuführbar ist, um aus diesem durch Entspannung ein zumindest teilweise Dampf enthaltendes Ausgabemedium AM zu erzeugen. Das Ausgabemedium AM kann als ein Gemisch von Dampf und Kondensat ausgebildet sein. Der Verdampfer 60 kann z.B. in Form einer Blende oder eines geeigneten Ventils ausgebildet sein.
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Der Verdampfer 60 ist über eine bevorzugt kurze Verbindungsleitung 40 mit einem Abscheidungseingang 73 des Dampfabscheiders 70 verbunden, so dass dem Dampfabscheider 70 das Ausgabemedium AM des Verdampfers 60 über den Abscheidungseingang 73 zuführbar ist, um an einem Dampfausgang 74 des Dampfabscheiders 70 den Speisedampf SD bereitzustellen.
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Zur Abnahme des Speisedampfs SD aus dem Dampfausgang 74 des Dampfabscheiders 70 ist ein Dampfeingang 12 des Dampfblaskastens 11 über eine Dampfzuführleitung 80 mit dem Dampfausgang 74 des Dampfabscheiders 70 verbunden. In der Dampfzuführleitung 80 ist ein durch die Steuervorrichtung angesteuertes Regelventil 81 angeordnet, um die Dampfeinspeisung in den Dampfblaskasten 11 zu regeln. Auf diese Weise kann der Dampfblaskastens 11 nach Bedarf mit Speisedampf SD mit einem Druck von 0,3 barg bis 1,5 barg, insbesondere einem Druck von 0,5 barg, versorgt werden.
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Obwohl in 1 nicht so dargestellt, kann gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung der Wasserausgang 52 des ersten Wärmetauschers 50 unter Umgehung des Dampfabscheiders 70 mit dem Wassereingang 56 des zweiten Wärmetauschers 55 verbunden sein. In diesem Fall ist bevorzugt die zweite Speisewasserleitung 34 der Speisewasserzuführung 32 nicht an den Wassereingang 71 des Dampfabscheiders 70, sondern strömungsaufwärts der Hochdruckpumpe 38 an die dritte Speisewasserleitung 37 der Speisewasserzuführung 32 angeschlossen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in der Abluftleitung 22 eine Wärmequelle 90, 90' installiert sein, welche eingerichtet ist, die dem Speisewasser zuführbare Wärmeenergie der Abluft AL zu erhöhen. Dabei kann eine Wärmequelle 90 strömungsaufwärts des zweiten Wärmetauschers 55 angeordnet sein und/oder kann eine Wärmequelle 90' zwischen dem zweiten Wärmetauscher 55 und dem ersten Wärmetauscher 50 in der Abluftleitung 22 angeordnet sein. Bevorzugt weist die Wärmequelle 90, 90' mindestens einen Gasbrenner auf. Mit der Wärmequelle 90, 90' kann die Temperatur der Abluft AL erhöht und damit auch die Dampferzeugungsleistung erhöht werden. Insbesondere kann durch Ansteuerung über die Steuervorrichtung die Menge an Speisedampf SD erhöht und/oder geregelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bahnbildungsmaschine
- 10
- Pressenpartie
- 11
- Dampfblaskasten
- 12
- Dampfeingang
- 20
- Trockenpartie
- 21
- Trocknungseinrichtung
- 22
- Abluftleitung
- 30
- Dampferzeugungseinrichtung
- 31
- Frischwasserquelle
- 32
- Speisewasserzuführung
- 33
- Speisewasserleitung
- 34
- Speisewasserleitung
- 35
- Speisepumpe
- 36
- Regelventil
- 37
- Speisewasserleitung
- 38
- Hochdruckpumpe
- 39
- Speisewasserleitung
- 40
- Verbindungsleitung
- 50
- Wärmetauscher
- 51
- Wassereingang
- 52
- Wasserausgang
- 55
- Wärmetauscher
- 56
- Wassereingang
- 57
- Wasserausgang
- 60
- Verdampfer
- 70
- Dampfabscheider
- 71
- Wassereingang
- 72
- Kondensatausgang
- 73
- Abscheidungseingang
- 74
- Dampfausgang
- 80
- Dampfzuführleitung
- 81
- Regelventil
- 90
- Wärmequelle
- 90'
- Wärmequelle
- A
- Atmosphäre
- AL
- Abluft
- AM
- Ausgabemedium
- SD
- Speisedampf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011085821 A1 [0002]
