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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend einen Dampfblaskasten zur Beaufschlagung einer vorbeilaufenden Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn sowie die Bereitstellung und Veredelung von Dampf oder einem Dampf/Luft Gemisch verbunden mit einer Dampfversorgungsleitung.
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Derartige Dampfblaskästen verbunden mit einer separaten Dampfveredelung sind beispielsweise aus der
DE102018116125 A1 bekannt und kommen insbesondere in der Pressenpartie -
DE102018116125 A1 - und im Former von Papiermaschinen zum Einsatz. Über die Beaufschlagung der Faserstoffbahn mit Wasserdampf kann die Bahntemperatur erhöht werden und die Viskosität des enthaltenen Wassers in dieser gesenkt werden. Darüber kann ein verbesserte Entwässerung oder Trocknung erreicht werden, und die physikalischen Eigenschaften der Faserstoffbahn können vorteilhaft verändert werden.
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Zum Auftrag von Dampf auf die Papierbahn, muss der Dampf einen konstanten niedrigen Druck von typischerweise größer 4 bar haben um eine optimale Kondensation und einen optimalen Wärmeübergang an der Oberfläche der Faserstoffbahn zu ermöglichen. In der Dampfverteilleitung wird der Dampf typischerweise größer 6 bar vom Kesselhaus oder Kraftwerk zur Papiermaschine befördert. Nach dem Stand der Technik erfolgt die Entspannung und Dampfkonditionierung in einer separaten Dampfstation, bei der durch die Zugabe von Wasser der Dampf gekühlt wird, und über verschiedene längere Rohrleitungen und Ventile gleichmäßig Druckgeregelt wird. Der Dampfblaskasten selbst wird aktuell bei einem Druck von kleiner 2 bar betrieben. Beispiele dafür sind das Valmet System „IQ Steam Profiler“ und Voith Dampfaufbereitungsstation für den Dampfblaskasten. Eine solche Dampfkonditionierung ist schematisch auch in 3 dargestellt.
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Nachteilig an dieser Art der Dampfkonditionierung ist, dass die Dampfstation einen eigenen Bauraum benötigt, und meist mit einem eigenen Kondensat-System versorgt werden muss. Der oft limitierte Bauraum bei bestehenden Anlagen kann so das wirtschaftliche Nachrüsten eines Dampfblaskastens erschweren.
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Zudem ist in der Dampfstation eine aufwendige Regelung der Dampfkonditionen notwendig, die über meist mehrere Zustandsmessungen von Druck und/oder Temperatur erfolgt. Die Dampfleitung zwischen Dampf und Dampfblaskasten muss zudem größer ausgeführt werden, da hier Dampf mit einem niedrigeren Druck geleitet wird, was auch zu zusätzlichen Energieverlusten an der Leitung führen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Probleme des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Auftrag von Wasserdampf vorzuschlagen, welche mit geringerem Bauraum auskommt. Durch eine kompakte Anordnung der Vorrichtung kann die Erfindung wesentlich vorgefertigt werden und vor Ort einfacher und schneller in bestehende Papiermaschinen integriert werden, so lassen sich umbaumaßnahmen reduzieren und die Produktion nach einer Inbetriebnahme kann schnell wieder fortgesetzt werden. Zudem wird eine Vereinfachung der Regelung von Druck und Dampfmengen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung entsprechend Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Auftrag von Wasserdampf gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
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Es wird eine Vorrichtung zum Auftrag von Wasserdampf auf eine sich bewegende Papier-, Karton- Tissue- oder eine andere Faserstoffbahn vorgeschlagen, umfassend einen Dampfblaskasten mit einer Dampfverteilvorrichtung, mehrere separate Zonen mit Ventilen und zur Faserstoffbahn gerichteten Düsen, die mit einer Dampfversorgungsleitung, die Dampf bei einem Druck von größer 4 bar, typischer weise größer 6 bar, vorhält, verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass direkt in oder an dem Dampfblaskasten eine weitere Vorrichtung zur Reduzierung des Dampfdrucks umfassend ein Dampfventil in der Zuleitung, eine Dosiervorrichtung mit Düse zum Einbringen von Kühlwasser und mindestens einer Zustandsmessung des entspannten Dampfes.
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Dadurch werden die Funktionen des Dampfblaskastens und der Dampfstation in einer baulichen Einheit realisiert. Im Vergleich mit den bekannten zwei separaten Stationen sind Vorrichtungen gemäß einem Aspekt der Erfindung deshalb sehr kompakt, und kommen mit geringerem Bauraum aus. Insbesondere kann auf einen Druckbehälter zum Speichern des konditionierten Dampfes verzichtet werden, da der konditionierte Dampf direkt nach der Konditionierung auf die Faserstoffahn aufgebracht wird. Ein Zwischenspeichern ist somit nicht notwendig.
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Weiterhin kann der Inbetriebnehmer mit der Inbetriebnahme einer solchen Vorrichtung gleichzeitig den Dampfblaskasten und die Konditionierung in Betrieb nehmen. Diese spart im Vergleich zur separaten Inbetriebnahme der beiden einzelnen Aggregate deutlich an Zeit, auch weil die komplette Vorrichtung vormontiert werden kann.
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Das zur Kühlung und Entspannung dosierte Wasser, sollte salzfrei und frei von unlöslichen Partikeln sein, um einen Verschleiß der Düsen in der Dosiervorrichtung zu reduzieren. Vorzugsweise kann hier Kondensat oder Kesselspeisewasser verwendet werden.
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In bevorzugten Ausführungen kann die Dosiervorrichtung eine oder mehrere zerstäubende Düsen enthalten, die in eine Dampfleitung zwischen automatischem Ventil und Dampfblaskasten angeordnet sind und geeignet sind das dosierte Wasser in Tropfen mit einem Durchmesser kleiner 0,5 mm zu zerstäuben.
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Das in der Dosiervorrichtung eingebrachte Wasser, soll zur Kühlung und Entspannung des Dampfes selbst in die Dampfphase übergehen. Es ist daher vorteilhaft über eine zerstäubende Düse das Wasser in kleinen Tropfen einzubringen, da die höhere Spezifische Oberfläche den Wärmeübergang und damit die Phasenänderung begünstigt. Daher können auch noch kleinere Tropfendurchmesser, z.B. 0,4 mm, 0,3 mm bzw. 0,2 mm oder kleiner vorteilhaft sein da diese die Phasenänderung noch weiter begünstigen. Je nach Menge des verwendeten Dampfes kann es auch vorteilhaft sein mehrere Düsen an der Dampfleitung anzubringen, um eine gleichmäßige Verteilung des eingebrachten Wassers zu erreichen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Dosiervorrichtung über eine oder mehrere zerstäubende Zweiphasen-Düsen verfügt, die in eine Dampfleitung zwischen automatischem Ventil und Dampfblaskasten angeordnet sind, geeignet durch die Zugabe von Dampf oder Luft das dosierte Wasser noch feiner zu zerstäuben, insbesondere zu eine Tropfengröße kleiner 0,2 mm.
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Das Zugeben von Luft oder Dampf an der Düse kann über die Expansion der komprimierten Gases und/oder die höhere Strömungsgeschwindigkeit zusätzliche Energie für eine feinere Zerstäubung der Flüssigkeit einbringen. Wenn dabei Dampf verwendet wird, kommt zudem noch die thermische Energie in das zu zerstäubende Wasser, was ebenfalls eine schnelle Phasenänderung der flüssigen Tropfen unterstützt. Derartige zerstäubende Düsen sind am Markt verfügbar und z.B. in
WO2010/054798A1 veröffentlicht.
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Nach der Dosiervorrichtung ist eine Wirkstrecke vorteilhaft damit das dosierte Wasser gleichmäßig und vollständig in die Dampfphase übergehen kann, diese Wirkstrecke soll dabei mindestens 1 m Länge aufweisen, vorzugsweise mindestens 2 Meter. Zudem ist die Wirkstrecke vorteilhaft um den Druck vor dem Dampfblaskasten gleichmäßig auf den Zielwert zu regeln.
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Für die Regelung des Drucks ist mindestens eine Zustandsmessung nach der Dosiervorrichtung vorzugsweise nach der Wirkstrecke vorteilhaft. Als Zustandsmessung kann die Dampftemperatur, der Druck und oder der Volumenstrom gemessen werden, um so das Dampfventil in Abhängigkeit von der vom Dampfblaskasten abgegebenen Dampfmenge zu regeln.
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Der Dampfblaskasten wird üblicherweise über die gesamte Papierbahn gebaut, daher ist eine tragfähige Konstruktion besonders wichtig. Hier kann die beschriebene Wirkstrecke einen direkten Beitrag zur Stabilität leisten. Dies geschieht vorzugsweise durch eine im Querschnitt runde Bauform oder rechteckige Bauform, mit einem Querschnitts-Verhältnis von Höhe zu Breite größer 1 vorzugsweise größer 2, wobei Höhe als senkrecht zur Schwerkraft definiert ist. Die Stabilität kann zudem verbessert werden wenn das Material der Wirkstrecke entsprechend ausgeführt wird, vorzugsweise mit einer Wandstärke größer 1 mm und aus einem Stahlwerkstoff.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst indem mindestens eine der beschriebenen Vorrichtungen verwendet wird um den Dampf so zu konditionieren, dass er mit dem Dampfblaskasten vorteilhaft auf die Papierbahn aufgebracht werden kann. Es ist vorteilhaft den Dampfblaskasten bei einem Überdruck von weniger als 2 bar zu betreiben, insbesondere bei einem Überdruck von 0,5 bis 1,5 bar, da sonst Strömungsgeschwindigkeit und Temperaturen in einem ungünstigen Bereich liegen um eine ideale Kondensation des Dampfes an der Materialbahn zu ermöglichen.
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Für den Betrieb der Zonenventile im Dampfblaskasten ist ein gleichmäßiger Dampfdruck besonders vorteilhaft, dies kann über das Verwenden der Wirkstrecke und eine präzise und schnelle Regelung des Dampfventils erreicht werden.
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Für die Entspannung des Dampfes ist es vorteilhaft Wasser zur Kühlung mit einem überdrück von 20 bis 500 mbar einzubringen. Es ist weiterhin vorteilhaft das eingebrachte Wasser in kleine Tropfen zu zerstäuben, da so über die größere spezifische Oberfläche eine schnellere Phasenänderung/Verdampfung ermöglicht wird. Wird zusätzliche noch Dampf oder Luft in die Zerstäubungsdüsen eingegeben können die Tröpfchen über höhere Fließgeschwindigkeiten feiner zerstäubt oder zerrissen werden.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung
- 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung
- 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik
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1 zeigt die Vorrichtung in einem schematischen Längsschnitt, wobei im Bereich des Dampfblaskastens 5 mehrere unabhängige Zonen zur Bedampfung gezeigt sind, die jeweils ein Zonenventil 9 und eine Auftragsdüse 8 umfassen. Durch die Dampfversorgungsleitung 1 wird Dampf mit einem hohen Druck von mehr als 4 barü, typischerweise 6 barü der Vorrichtung zugeführt, die Menge wird dabei durch das Dampfventil 2 geregelt. Der Dampf wird dann mit einer Dosiervorrichtung 3 durch Zugabe von Wasser oder einem Wasser / Gas Gemisch gekühlt und entspannt, wobei die Zustandsmessung 4 für die Regelung von dosiertem Wasser und über das Dampfventil 2 zugegebener Dampfmenge dient. Der gleichmäßig druckgeregelte und gekühlte Dampf wird dann über die Verteilvorrichtung 7 zu den Zonenventilen geleitet.
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2 unterscheidet sich von der in 1 dadurch, dass eine zusätzliche Wirkstrecke 10 gezeigt ist, und die Zustandsmessung 4 entsprechend nach der Wirkstrecke angeordnet ist. Wie in 2 dargestellt, kann die Wirkstrecke dabei direkt in den Dampfblaskasten 5 integriert werden und mit diesem eine bauliche Einheit bilden. Dadurch ist zudem die Möglichkeit gegeben, den Dampfblaskasten 5 mit der Wirkstrecke 10 konstruktiv zu stützen und die Wärmeverluste durch die Bauliche Einheit mit der Dampfverteilvorrichtung 7 vermindern.
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3 zeigt im Vergleich zu den vorangegangenen Figuren den nach dem Stand der Technik ausgeführten Dampfblaskasten 5 mit separater Dampfstation 11. Die Dampfstation ist dabei von dem Dampfblaskasten separiert durch eine weitere Dampfleitung 17 die den Dampf in gekühltem und druckgeregeltem Zustand zum Dampfblaskasten leitet. Der Stand der Technik erfordert meist ein separates Kondensat-System 12 sowie eine Mehrzahl an Zustandsmessungen 15 um den Dampf mit den Kühlwasserdüsen 13 zu konditionieren. Die durch die Dampfleitung 17 separierte Dampfstation 11 benötigt zudem üblicherweise weitere Sicherheitsventile 14 und eine Separate Wirkstrecke 16 um die Dampfkonditionierung gleichmäßig und sicher zu erreichen. Generell ist die Ausführung nach dem Stand der Technik auch nachteilhaft, da große Oberflächen auch zu Wärmeverlusten führen können oder zumindest mehr thermische Isolierung erfordern.
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Die in den Figuren gezeigten Ausführungen stellen lediglich vorteilhafte Beispiele dar. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dampfversorgungsleitung
- 2
- Dampfventil
- 3
- Dosiervorrichtung
- 4
- Zustandsmessung
- 5
- Dampfblaskasten
- 6
- Faserstoffbahn
- 7
- Dampfverteilvorrichtung
- 8
- Auftragsdüsen
- 9
- Zonenventil
- 10
- Wirkstrecke
- 11
- Dampfstation
- 12
- Kondensat-System
- 13
- Kühlwasserdüsen
- 14
- Sicherheitsventil
- 15
- Zustandsmessungen
- 16
- Separate Wirkstrecke
- 17
- Dampfleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018116125 A1 [0002]
- WO 2010/054798 A1 [0016]
