DE4029098A1

DE4029098A1 - Kontakttrockenzylinder-haube

Info

Publication number: DE4029098A1
Application number: DE4029098A
Authority: DE
Inventors: Mauri Soininen
Original assignee: Teollisuusmittaus Oy
Current assignee: Teollisuusmittaus Oy
Priority date: 1989-09-15
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1991-04-11
Also published as: FI83679C; FI894369A0; IT9048281A1; IT9048281A0; FI83679B; IT1247720B; SE9002917D0; ATA186090A; CA2025408A1; SE9002917L

Description

Diese Erfindung betrifft eine auf dem die Bahn trocknenden Teil der Zylinderoberfläche eines Kontakttrocknungszylinders, z. B. eines Yankee-Zylinders, anzuordnende, an ihren beiden Enden und Seiten geschlossene Haube und speziell eine Haube mit einer im wesentlichen parallel zur Zylinderoberfläche verlaufenden, sich in einem gewissen Abstand vom Zylinder und vom Haubenmantel quer durch die Haube erstreckenden Zwischenwand zwecks Bildung zweier konzentrischer, im Querschnitt kreisbogenförmiger, sich im we sentlichen an einem oder an beiden Enden der Haube vereinigenden Strömungskanäle, wobei der äußere Strömungskanal eine Eintritts öffnung für das Trocknungsgas und, bevorzugt in dessen Nähe, beispielsweise durch eine Querwand separiert, eine Austritts öffnung für das feuchte Trocknungsgas aufweist.

Der Yankee-Zylinder der Papier-Trockenmaschine hat einen Durch messe von 4-6 m, und dieser Zylinder wird entweder zur Herbei führung von Papierglanz oder zum Trocknen von Sanitätspapier, das mit einem einzigen Zylinder erfolgen muß, benötigt.

Aus zahlreichen verschiedenen Gründen ist die spezifische Ver dampfung beim Yankee-Zylinder viel größer als beim herkömmlichen Zylinder einer mehrzylindrigen Maschine, dessen Durchmesser gewöhnlich 1,5-1,8 m beträgt. Als Einflußfaktoren wirken dabei:

- Geringer Kontaktwiderstand zwischen Zylinderoberfläche und Papier, bedingt dadurch, daß das Papier mit der Yankee-Presse gegen die Zylinderoberfläche gedrückt wird;
- aus dem gleichen Grunde werden in Verbindung mit den Zylin dern im allgemeinen keine den Wärme- und Massenübergang behin dernden Trockenfilze eingesetzt;
- infolge des langen Kontaktweges entfällt auf die Erwärmung der Bahn auf dem Zylinder ein kleinerer Teil der Gesamttrockenzeit als bei kleinen Zylindern;
- die Zylinder haben eine große innere Wärmeleitzahl;
- die Zylinder werden in der Regel für einen hohen Dampfdruck ausgelegt.

Um die Trocknungsluftströmung unter Kontrolle zu halten und auch zur Intensivierung des Trocknungsvorganges wurden die Yankee-Zy linder ursprünglich mit einer Niederdruck-Yankee-Haube ausgestat tet, deren wesentlicher Teil aus einer Trennwand bestand, die in passendem Abstand von der Bahn angeordnet wurde. In dem von der Trennwand und der Bahn gebildeten Spalt erfolgte die Trocknungs luftführung bevorzugt gegenströmig zur Bahn. Auf diese Weise bewirkte man luftseitig eine die spezifische Verdampfung erhöhende Wärmeleitzahl, und die gleichmäßige Luftverteilung bewirkte eine gleichmäßigere Trocknungsintensität in Bahnquer richtung. Das Trocknungsluftgebläse und die die Luft aufheizende Rippenrohrbatterie wurden bevorzugt in Verbindung mit der Wärmerückgewinnungsanlage angeordnet. In der Wärmerückgewinnungs anlage erfolgte das Vorwärmen der frischen Trocknungsluft mit Hilfe der aus der Haube abgesaugten Abluft.

In den letzten Jahrzehnten hat man den Yankee-Zylinder im allgemeinen mit einer Hochleistungshaube ausgerüstet, und zwar deshalb, weil man so große spezifische Verdampfungswerte anstrebte, daß die Kapazität einer Niederdruckhaube nicht ausreichte.

Wesentlich für die Hochleistungshaube ist, daß man die verbes serte spezifische Verdampfung durch Düsenblasen der Bahnober fläche erzielt, was zu einer Verbesserung der Wärmeleitzahl an der Bahnoberfläche führt. Hierbei erfolgt die angestrebte größere spezifische Verdampfung bei im Vergleich zur Niederdruckhaube niedrigerer Bahntemperatur, so daß der Wärmestrom vom Zylinderinneren im Verhältnis der Differenz aus Dampf-Kondensationstemperatur und Bahntemperatur zunimmt. Auch der Wärmestrom aus der Trocknungsluft nimmt zu, wenngleich sein relativer Anteil am Gesamtwärmestrom im allgemeinen ziemlich gering ist wenn es sich um eine Haube handelt, deren Trocknungs luft in einer Dampf(rohr)batterie aufgeheizt wird.

Das Funktionsprinzip der Hochleistungshaube bringt zahlreiche konstruktionsbedingte Nachteile mit sich, die im folgenden an Hand eines konkreten Beispiels beleuchtet werden sollen:

Die Kontaktflächenlänge der Bahn betrage 1,5/m, die angestrebte spezifische Verdampfung 0,0278 kg/m²s gleich 100 kg/m² h, die sich mit einer auf die Bahnoberfläche bezogenen Trocknungsluft-Massen stromdichte von ca. 0,8 kg/m²s erreichen läßt. Die Wärmeleitzahl an der Bahnoberfläche beträgt dann ca. 0,15 kW/m²°C. Weiter be trage die Feuchtezunahme der Trocknungsluft 0,2 kg H₂O/kg trockener Luft (Abluftfeuchte × ≈ 0,21). Mit Hilfe dieser Werte lassen sich folgende auf den Meter Bahnbreite bezogene Werte berechnen:

- Verdampfung 0,347 kg/s,
- Trocknungsluftbedarf 1,74 kg/s,
- Düsenblasluftbedarf 10 kg/s.

Somit beträgt der Zirkulationsluftstrom (= Düsenblasluftstrom) fast das Sechsfache des Trocknungsluftstromes (= Abluftstrom). Um zu verhindern, daß die Zirkulationsluftgebläse und die Strö mungsquerschnitte übermäßig groß ausfallen, ist es üblich, die Haube in mehrere - zwei oder drei - Abschnitte zu unterteilen, die bevorzugt so miteinander gekoppelt werden, daß die Trock nungsluft gegenströmig zur Bahn von Abschnitt zu Abschnitt strömt.

Zum Aufheizen der Zirkulationsluft müssen, falls die Aufheizung mit Dampf erfolgt, in die Konstruktion Rippenrohrbatterien, deren Heizfläche größenordnungsmäßig etwa das Zehnfache der Bahnflä che beträgt, sowie Filter, die ein Verstauben der Rippenflächen verhindern, eingebaut werden.

Oft hat man eine Konstruktion gewählt, bei der die Haube, um ein gleichmäßiges Beblasen zu erzielen, in Bahnbreitenrichtung in zahlreiche Druck- und Saugkammern für die Zirkulationsluft unter teilt ist.

Insgesamt gesehen führte somit die Verwirklichung des Düsen blasens zu einer komplizierten, kostspieligen sowie schwer zu regulierenden, wartenden und reparierenden Konstruktion.

Das vorgenannte durch das Düsenblasen bedingte Problem, nämlich die angewachsene Baugröße der Gebläse und Zirkulationsluft kanäle, löst man oft in der Weise, daß man auf dem Zylinder nur die Düsenkästen anordnet, während man die Gebläse und Rohr batterien (oder bei Aufheizung der Zirkulationsluft durch Rauchgas die Brenner) separat für sich neben der Trockenmaschine aufstellt.

Dieser Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kontakttrockenzylinder-Haube des in der Einleitung genannten Typs, das heißt eine Niederdruckhaube zu schaffen, mit der dennoch die spezifische Verdampfung einer Hochleistungshaube erzielt wird, das heißt es soll eine Kontakttrockenzylinder- Haube geschaffen werden, die in sich die guten Seiten der bereits bekannten Niederdruckhaube und Hochdruckhaube vereint ohne mit deren Nachteilen behaftet zu sein.

Die Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus den Patentansprüchen hervor.

Die spezifische Verdampfung der erfindungsgemäßen Niederdruck haube läßt sich auf das Niveau einer Hochleistungshaube bringen indem man eine Trennwand in einem solchen Abstand von der Zylinderoberfläche anordnet, daß das Trocknungsgas eine hohe Geschwindigkeit erreicht, und indem man die Trennwand mit an eine externe Wärmequelle anzuschließenden Heizelementen zur konvek tiven Übertragung von Wärme in das Trocknungsgas und zur Über tragung von Strahlungswärme auf die Bahn ausrüstet.

Bei der erfindungsgemäßen Kontakttrockenzylinder-Haube kann die Trennwand durch an eine externe Stromquelle anzuschließende Heizwiderstände beheizt oder aber als Wärmetauscher konstruiert werden, der so nahe bei der Zylinderoberfläche angeordnet wird, daß mit Hilfe hoher Luftgeschwindigkeit dem Düsenblasen ver gleichbare Wärmeleitzahlen erzielt werden.

Die Trennwand kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Wärmetauscher konzipiert werden indem man daran zahlreiche sich im wesentlichen in Zylinderdrehrichtung erstreckende, an eine externe Dampfquelle anzuschließende Kanäle, beispielsweise Rohre, in Trennwandquerrichtung in einem gegenseitigen Abstand und eventuell noch von diesen Kanälen auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Trennwand sich erstrecken de, bevorzugt wenigstens in den inneren Strömungskanal reichende, den Wärmeübergang verstärkende Fortsätze, bevorzugt das Trock nungsgas leitende, sich im wesentlichen in Zylinderdrehrichtung erstreckende Flansche ausbildet.

Die an der Trennwand ausgebildeten Kanäle sind bevorzugt an einen gemeinsamen, mit der externen Dampfquelle verbundenen quer laufenden Dampfverteilungskanal und an ihren unteren Enden wie derum an einen gemeinsamen querlaufenden Kondensatabführungskanal angeschlossen. Die Kondensatabführungskanäle können dicht an die Haubenenden gefügt werden, wobei die sich an die Kondensatabfüh rungskanäle fügenden Trennwand-Randpartien Öffnungen haben, über die zwecks Erzielens einer lokal verstärkten Bahntrocknung das Trocknungsgas vom äußeren in den inneren Strömungskanal strömen kann.

Die Trennwand kann auch in zwei in Zylinderdrehrichtung betrachtet hintereinander befindliche Trennwandteile geteilt werden, die getrennte Austrittsöffnung für das feuchte beladene Trocknungsgas haben. Dabei strömt das Trocknungsgas in dem Raum zwischen dem einen Trennwandteil und dem Zylinder gleichgerichtet zur Zylinderdrehrichtung und in dem Raum zwischen dem anderen Trennwandteil und dem Zylinder gegengerichtet zur Zylinderdrehrichtung.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen stirnseitigen Schnitt einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung in Verbindung mit einem Kontakttrocken zylinder;

Fig. 2 einen Schnitt längs der in Fig. 1 angedeuteten Geraden I-I;

Fig. 3 einen stirnseitigen Schnitt vom anderen Ende einer alternativen Ausführungsform;

Fig. 4 einen stirnseitigen Schnitt einer alternativen weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Trennwand in zwei hintereinander befindliche Teile geteilt ist.

In Fig. 1 trägt die die Bahn trocknende Zylinderfläche des Kontakttrockenzylinders, gewöhnlich eines Yankee-Zylinders, allgemein die Bezugszahl 1. Die Bahn W läuft in Richtung des Pfeiles B und wird von den Walzen P gegen die Zylinderoberfläche 1 gedrückt. Über der Zylinderoberfläche 1 und der daran anlie genden Bahn W ist die erfindungsgemäße Haube angeordnet, die allgemein die Bezugszahl 2 trägt. Die Haube 2 besteht aus einem wärmeisolierten Mantel 3, der an seinen Seiten durch die Stirn wände 14 und an seinen beiden Enden 15 so verschlossen ist, daß er, gegen die Zylinderoberfläche 1 und der darauf befindlichen Bahn W anliegend, zusammen mit dem Kontakttrockenzylinder einen im wesentlichen gasdichten Raum bildet. Wie aus Fig. 1 deutlich ersichtlich ist, ist der von der Zylinderoberfläche 1 und der Haube 2 begrenzte Raum in einem kleinen Abstand von der Zylin deroberfläche 1 durch die im wesentlichen parallel zu derselben verlaufende Trennwand 4, die sich zwischen den Stirnseiten 14 der Haube 2 erstreckt, aber in einem kleinen Abstand von den Enden 15 der Haube 2 endet, in zwei konzentrische, im Querschnitt kreis bogenförmige Strömungskanäle so geteilt, daß Trocknungsgas zwischen der Vorderkante beziehungsweise der Hinterkante der Trennwand 4 und dem entsprechenden Ende 15 der Haube von einem Strömungskanal in den anderen strömen kann. Zwischen der Trennwand 4 und dem wärmeisolierten Mantel 3 der Haube 2 ist außerdem die Querwand 10 angeordnet, die den äußeren Strö mungskanal in zwei hintereinander befindliche Teile teilt, wobei die Trocknungsgas-Eintrittsöffnung 11 am vorderen Ende des hinteren Teils und die Austrittsöffnung 12 für das feuchte Trocknungsgas am hinteren Ende des vorderen Teils angeordnet ist, so daß also das Trocknungsgas von der Eintrittsöffnung 11 in Richtung des Pfeiles A1 zwischen der Trennwand 4 und dem Mantel 3 der Haube 2 durch den äußeren Strömungskanal in Richtung des Pfeiles A2 und dann in Richtung des Pfeiles A3 zwischen der Hinterkante der Trennwand 4 und dem Ende 15 der Haube 2 hindurch in den vom Zylinder und der Trennwand begrenzten inneren Strömungskanal und dort in Richtung des Pfeiles A4 gegenläufig zur Laufrichtung der auf der Zylinderoberfläche befindlichen Bahn W strömt, bis der nun feuchtebeladene Trocknungsgasstrom zum Schluß zwischen der Vorderkante der Trennwand 4 und dem entsprechenden Ende 15 der Haube 2 in Richtung des Pfeiles A5 ins vordere Teil des äußeren Strömungskanals gelangt und in Richtung des Pfeiles A6 über die Austrittsöffnung 12 für das feuchte Trocknungsgas abgeht. Zur Intensivierung der Wärmeabgabe der Trennwand 4 sind im ersten Teil des äußeren Trocknungsgas- Strömungskanals und im inneren Trocknungsgaskanal über die gesamte Länge desselben zahlreiche sich in der Drehrichtung des Zylinders erstreckende und in Querrichtung in einem gegenseitigen Abstand voneinander befindliche Flansche 7′ und 7′′ angeordnet, die gleichzeitig zur Lenkung der Gasströmung dienen.

Wie aus Fig. 1 und genauer aus Fig. 2 ersichtlich ist, fungiert die Trennwand 4 als Wärmetauscher, der Wärme konvektiv an das Trocknungsgas und außerdem durch Strahlung an die Bahn W abgibt. Die als Wärmetauscher fungierende Trennwand, in Fig. 2 allgemein durch die Bezugszahl 4 bezeichnet, besteht bei einer vorteil haften Ausführungsform der Erfindung aus zahlreichen in Dreh richtung der Zylinderoberfläche verlaufenden, in einem kleinen Querabstand parallel zueinander angeordneten gekrümmten Rohren 5, die in Querrichtung durch die Trennwandelemente 6 untereinander verbunden und außerdem mit senkrecht zu den Trennwandelementen verlaufenden, sich von beiden Seiten der Trennwand 4 er streckenden, das Trocknungsgas leitenden und den Wärmeübergang intensivierenden, sich in der Drehrichtung der Zylinderoberfläche erstreckenden Flanschen 7′ und 7′′ versehen, wobei die Höhe der Flansche 7′ etwas kleiner ist als der Abstand zwischen den Rohren 5 und dem wärmeisolierten Mantel 3 der Haube 2 und die Höhe der Flansche 7′′ etwas kleiner ist als der Abstand der Rohre 5 von der Zylinderoberfläche 1 einschließlich der Dicke der Bahn W. Da der Abstand zwischen Trennwand 4 und Zylinderoberfläche 1 verhältnis mäßig klein ist, kommt es zwischen den Flanschen 7′′ zur Bildung von Wirbelpaaren B, wobei die beiden Wirbel des einzelnen Wirbelpaares entgegengesetzt zueinander rotieren; siehe Fig. 2. Diese Wirbelpaare verbessern den Wärmeübergang zwischen der Trennwand 4 und der Zylinderoberfläche 1 erheblich.

Mit der mit erfindungsgemäßer mit Wärmetauscher arbeitender Trennwand 4 ausgestatteten Haube 2 erzielt man eine sehr günstige Trocknungsströmung und die gleiche Trocknungsleistung wie bei der Hochleistungshaube mit Düsenblasen, jedoch mit einer kleine ren Wärmeleitzahl. Seine Ursache hat dies darin, daß infolge Fehlens von Zirkulationsluft die Trocknungsluft beim Einströmen in Richtung des Pfeiles A3 in Fig. 1 in den von der Trennwand 4 und der Zylinderoberfläche 1 begrenzten inneren Trocknungsgas kanal trocken ist, weshalb die Bahn W eine niedrigere Temperatur als bei der Hochleistungshaube aufweist. Dadurch wird nicht nur der Wärmeübergang vom Trocknungsgas auf die Bahn W sondern vor allem auch der Wärmeübergang von der Zylinderoberfläche 1 auf die Bahn W intensiviert.

Die als Wärmetauscher fungierende Trennwand 4 wird mit aus einer externen Quelle zugeführtem kondensierenden Dampf beheizt, und zu diesem Zweck sind die Rohre 5 der Trennwand 4 an ein gemeinsames Dampfverteilungsrohr 8, wie in Fig. 1 zu sehen, und an ihren beide Enden an ein gemeinsames Kondensatabführungsrohr 9 an geschlossen.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, die von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform darin abweicht, daß beide Trennwandenden, an denen sich die Kondensatabführungsrohre 9 befinden, dicht an die Enden 15 der Haube 2 gefügt sind, wobei die Trocknungsgasströmung vom äußeren in den inneren Strö mungskanal über zahlreiche an den Enden der Trennwandelemente 6 befindliche Öffnungen 13 erfolgt. Diese Ausführungsform funk tioniert dann lokal an den Öffnungen 13 gleich einem Düsen trockner, wobei an den Enden der Haube 2 je ein Bereich intensivierter Trocknung entsteht, wo das Trocknungsgas mit hoher Geschwindigkeit gegen die Papierbahn W strömt. Auf diese Weise erzielt man eine lokale Erhöhung der Trocknungsintensität, und außerdem bietet diese Anordnung den Vorteil geringerer Leckagen in den Umraum.

Leckagen in den Umraum oder aus dem Umraum lassen sich weiter mit der in Fig. 4 gezeigten Lösung verringern, bei der man Trocknungsgas in der Mitte der Haube über die Eintrittsöffnungen 11′ und 11′′ einleitet und dieses in Richtung der Pfeile A3 um die äußersten Kanten der in zwei hintereinander befindliche Teile geteilten Trennwand 4′ und 4′′ herum leitet und schließlich aus dem vom Trennwandteil 4′ bzw. 4′′ und der Zylinderoberfläche 1 begrenzten Raum, das heißt aus dem inneren Trocknungsgaskanal, über die zwischen den Eintrittsöffnungen 11′ und 11′′ befindliche Austrittsöffnung 12 abführt. Bei dieser Lösung strömt das Trock nungsgas in dem einen äußeren Trocknungsgaskanal erst gleichge richtet und danach im darauffolgenden inneren Trocknungsgaskanal entgegengerichtet zur auf der Zylinderoberfläche 1 befindlichen Bahn W.

Wesentlich für die Erfindung ist die Ausbildung der seit langem von den Niederdruckhauben der Kontakttrocknungsmaschinen-Zylin der, insbesondere der Yankee-Zylinder her bekannten Trennwand als Wärmetauscher, der konvektiv über das Trocknungsgas (-luft) und außerdem durch Strahlung Wärme an die Bahn abgibt, die mit Hilfe der heißen Oberfläche(n) der Zylinder/des Zylinders der Kontakttrockenmaschine getrocknet wird. Durch Bemessen der Haubenkonstruktion so, daß die Trocknungsluft besonders in dem Raum zwischen der trocknenden Fläche und dem Wärmetauscher eine hohe Geschwindigkeit erreicht, läßt sich mit der Konstruktion die gleiche Trocknungsintensität erzielen wie sie bei den seit mehreren Jahrzehnten in Gebrauch stehenden, auf dem Düsen trocknungsprinzip basierenden Hochdruckhauben üblich ist.

Claims

1. Über dem die Bahn trocknenden Teil der Zylinderoberfläche (1) eines Kontakttrockenzylinders anzuordnende, an ihren beiden Enden (15) und Seiten (14) geschlossene Haube (2) mit einer im wesentlichen parallel zur Zylinderoberfläche (1) verlaufenden, sich in einem gewissen Abstand von der Zylinderoberfläche (1) und vom Haubenmantel (3) quer durch die Haube (2) erstreckenden Trennwand (4) zwecks Bildung zweier konzentrischer, im Quer schnitt kreisbogenförmiger, sich im wesentlichen wenigstens an einem Ende der Haube vereinigenden Strömungskanäle, wobei der äußere Strömungskanal eine Eintrittsöffnung (11) für das Trocknungsgas und bevorzugt in deren Nähe, beispielsweise durch eine Querwand (10) separiert, eine Austrittsöffnung (12) für das feuchtebeladene Trocknungsgas aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Trennwand (4) zur konvektiven Wärmeübertragung auf das Trocknungsgas und zur Wärmeübertragung auf die Bahn (W) durch Strahlung mit an eine externe Energiequelle anzuschließen den Heizelementen (5) ausgestattet ist.

2. Haube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trennwand (4) zahlreiche sich im wesentlichen in Dreh richtung der Zylinderoberfläche (1) erstreckende, in Trennwand querrichtung in einem gegenseitigen Abstand voneinander befindliche an eine externe Dampfquelle anzuschließende Kanäle (5) und eventuell sich von diesen Kanälen (5) auf der einen oder auf beiden Seiten der Trennwand (4) erstreckende, bevorzugt wenigstens in den inneren Strömungskanal reichende, den Wärme übergang intensivierende Fortsätze, bevorzugt das Trocknungsgas gleichzeitig lenkende, sich im wesentlichen in der Drehrichtung der Zylinderoberfläche (1) erstreckende Flansche (7′, 7′′) angeordnet sind.

3. Haube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (5) an einen gemeinsamen, mit einer externen Dampfquelle zu verbindenden quergerichteten Dampfverteilungskanal (8) und an ihren unteren Enden an einen gemeinsamen quergerich teten Kondensatabführungskanal (9) angeschlossen sind.

4. Haube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatabführungskanäle (9) an die Enden (15) der Haube (2) gefügt sind und die an die Kondensatabführungskanäle (9) grenzen den Randpartien der Trennwand (4) Öffnungen (13) aufweisen, die eine lokal intensivierten Trocknungsgasstrom (A3) vom äußeren in den inneren Strömungskanal bewirken.

5. Haube nach irgendeinem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei in Drehrichtung der Zylinderober fläche (1) betrachtet hintereinander befindliche Trennwände (4′, 4′′) aufweist, die mit separaten Trocknungsgas-Eintrittsöffnungen (11′, 11′′) und einer gemeinsamen Austrittsöffnung (12) für das feuchtbeladene Trocknungsgas versehen sind.