EP3344813B1 - Verfahren zum betreiben einer papiermaschine sowie papiermaschine - Google Patents

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EP3344813B1
EP3344813B1 EP16770702.5A EP16770702A EP3344813B1 EP 3344813 B1 EP3344813 B1 EP 3344813B1 EP 16770702 A EP16770702 A EP 16770702A EP 3344813 B1 EP3344813 B1 EP 3344813B1
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EP
European Patent Office
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medium
drying
heat
heat pump
cylinder
Prior art date
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EP16770702.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3344813A1 (de
Inventor
Vladimir Danov
Florian REISSNER
Hermann Schwarz
Jochen SCHÄFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3344813A1 publication Critical patent/EP3344813A1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/20—Waste heat recovery

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a paper machine for producing paper, cardboard or paperboard according to the preamble of patent claim 1 and to a paper machine according to the preamble of patent claim 5.
  • the paper machine further comprises at least one subsequent to the drying cylinder in the conveying direction smoothing cylinder, by means of which the fibrous web is smoothed on at least one side.
  • a second medium for heating the smoothing cylinder is supplied to the smoothing cylinder.
  • the heat pump For heating the medium, the heat pump is used because the medium downstream of the drying area has a lower temperature than upstream of the drying area. Since the heat pump is used, heat can be dissipated by the medium at a first location of the medium located downstream of the drying area, which is colder than upstream of the drying area at the first location, so that the medium is disposed at a second location upstream of the drying area dissipated heat can be heated. In other words, the dissipated heat can be supplied to the medium at the second location, so that a particularly efficient operation of the paper machine can be represented.
  • the heat pump comprises at least one heat exchanger for effecting heat transfer from a different medium from the medium to the first medium.
  • the other medium is, for example, the working medium of the heat pump.
  • the single FIGURE shows a schematic representation of a paper machine designated as a whole by 10 for producing paper, cardboard or cardboard.
  • the paper machine 10 comprises at least one container device 12, in which, for example, a fiber suspension is received. From this fiber suspension at least one fibrous web 14 is produced, from which in turn the paper or the cardboard or the paperboard is produced.
  • the fibrous web 14 is also referred to as a paper web, web or cellulosic web and is, for example, initially designed as a very moist fiber fleece.
  • a generally designated 16 conveyor of the paper machine 10 the fibrous web 14 is conveyed in an illustrated by a directional arrow 18 conveying direction.
  • the paper machine 10 has a total of 20 denoted drying area through which the fibrous web 14 is conveyed by means of the conveyor 16 therethrough.
  • the fibrous web 14 is dried.
  • the fibrous web 14 which initially has a very high moisture content, is dehumidified, thereby reducing the moisture content of the fibrous web 14.
  • a desired moisture content is set by drying the fibrous web 14. To dry the fibrous web 14, it is heated in the drying region 20, whereby moisture, which is initially contained in the fibrous web 14, at least partially removed from the fibrous web 14.
  • the fibrous web 14 also passes over the smoothing cylinder during its course through the drying region 20, so that the fibrous web 14 touches the smoothing cylinder, for example. It is possible that the smoothing cylinder is heated or heated, so that a heat transfer from the smoothing cylinder 28 to the, in particular the smoothing cylinder-contacting, fibrous web 14 can take place. As a result, the fibrous web 14 is dried. Furthermore, the paper machine 10 comprises deflecting cylinders 38 for deflecting and guiding the fibrous web 14.
  • At least one of the drying cylinders 26 has, for example, an outer circumferential side surface on which the fibrous web 14, in particular under the mediation of the mat, is supported.
  • the respective outer circumferential side surface has at least one passage opening.
  • the respective outer circumferential side surface has a plurality of passage openings. The medium, which is fed to the drying cylinder 26 and thereby introduced into the drying cylinder 26, can flow through the respective passage opening, so that the medium in the form of air or steam can flow out of the drying cylinder 26 via the respective passage opening.
  • the supply of the medium to or into the drying region 20, in particular the respective drying cylinder 26, is illustrated by a directional arrow 30.
  • the medium is supplied to the drying area 20, for example at a first temperature T1, so that the steam or the air (medium) at the temperature T1 flows into the drying area 20, in particular the drying cylinder 26.
  • the medium is thus, for example, drying air for drying the fibrous web 14 upstream of the drying region 20.
  • the paper machine 10 comprises a heat pump 34. From the figure it can be seen that the medium is discharged downstream of the drying area 20 of the drying area 20 and supplied as a heat source of the heat pump 34, by means of which Medium upstream of the drying area 20 is heated. This means that heat which is still contained in the medium downstream of the drying area 20, in particular downstream of the drying cylinders 26, is used to heat with the aid of this heat the medium upstream of the drying area 20, in particular the upstream of the drying cylinder 26. This means that at least part of the heat contained in the medium downstream of the drying area 20 is used to heat the medium by means of the heat pump 34 upstream of the drying area 20.
  • the heat pump 34 the medium upstream of the drying area 20, for example, is supplied with a temperature T2, this temperature T2, for example, is less than the temperature T1 and may be 175 degrees Celsius.
  • the temperature T2 is thus lower than the first temperature T1.
  • the medium having the temperature T2 is supplied to the heat pump 34 upstream of the drying section 20 in a first state of aggregation.
  • the medium flowing from the heat pump 34 to the drying area 20 is supplied to the drying area 20 in a second state of aggregation.
  • the second state of aggregation is a different state of aggregation from the first state of aggregation.
  • the first state of aggregation is liquid, so that the heat pump 34, the medium upstream of the drying area 20 as a liquid, in particular water, is supplied.
  • the second state of aggregation is, for example, gaseous, so that the medium is supplied to the drying region 20 as gas or vapor.
  • the heat pump 34 upstream of the drying area 20 caused heating of the medium (water), the water is evaporated, whereby the steam, which is supplied to the drying area 20, is formed.
  • the steam supplied to the drying area 20 can condense, so that condensate or liquid, in particular in the form of water, is formed from the steam, this condensate, which is still the medium, as the aforementioned heat source downstream of the drying area 20 of the heat pump 34 is supplied.
  • the lower temperature T3 compared to the temperatures T1 and T2 can be used to remove heat from the medium 20 downstream of the drying area and to heat the medium by means of the heat extracted upstream of the drying area 20 and in particular evaporate in the present case, so that a particularly efficient and thus energy-efficient operation of the paper machine 10 can be realized.
  • efficient steam generation can be realized.
  • the heat exchanger 44 is supplied with the medium, in particular with the third temperature T3, downstream of the drying region 20, so that the heat exchanger 44 can be flowed through by the medium downstream of the drying region and by the working medium. Heat transfer from the medium to the working medium downstream of the drying zone 20 takes place via the heat exchanger 44, as a result of which the working medium is heated and the medium downstream of the drying zone 20 is cooled to the temperature T4. As a result, the fourth temperature T4 is lower than the third temperature T3, wherein, for example, the heat exchanger 44, the medium is discharged, which is illustrated in the figure by the directional arrow 40.
  • a heating device 48 is arranged downstream of the heat exchanger 44 and in particular upstream of the heat exchanger 46, by means of which the already heated via the heat exchanger 44 working medium, in particular downstream of the heat exchanger 44 and in particular upstream of the heat exchanger 46, is heated.
  • the heating device 48 comprises, for example, a compressor which has at least one compressor wheel for compressing the working medium.
  • the compressor is designed for example as an electric compressor and in this case comprises a motor, in particular in the form of an electric motor, by means of which the compressor wheel can be driven in particular via a shaft.
  • the motor By driving the compressor wheel, the working fluid is compressed and thereby heated.
  • the motor is supplied with electrical energy, so that the working fluid by means of the compressor by means of electrical energy or Electric current can be compressed and thereby heated.
  • the products of the endothermic reaction can be used as starting materials of the exothermic reaction.
  • Ferners are products of the exothermic reaction of the endothermic reaction.
  • Heat released in the exothermic reaction may be transferred to the medium upstream of the drying section 20, particularly via a heat exchanger such as the heat exchanger 46, to heat the medium upstream of the drying section 20. Since the products of the endothermic reaction are used as educts of the exothermic reaction, the energy released during the exothermic reaction or at least part of the energy stored in the products of the endothermic reaction, so that the chemical equilibrium reaction or the endothermic reaction and the exothermic Reaction at least a portion of the energy contained in the medium downstream of the drying region 20 can be used can to heat the medium upstream of the drying area 20.
  • an exothermic reactor is used, via which, for example, heat which is released during the exothermic reaction is transferred, in particular indirectly, to the medium upstream of the drying zone 20.
  • the educts and / or products of the reverse reaction for example, are spatially separated from the medium to be heated.
  • the medium upstream of the drying zone 20 directly touches the reactants and / or products of the reverse reaction, that is, flows against or flows around.
  • the respective reactor is for example part of the heat pump 34.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Papiermaschine zum Herstellen von Papier, Karton oder Pappe gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Papiermaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
  • Ein solches Verfahren sowie eine solche Papiermaschine zum Herstellen von Papier, Karton oder Pappe sind bereits aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die Papiermaschine umfasst eine Fördereinrichtung, mittels welcher wenigstens eine aus einer Fasersuspension hergestellte Faserstoffbahn in eine Förderrichtung gefördert wird. Die Papiermaschine weist ferner wenigstens einen Trocknungsbereich auf, in welchem die Faserstoffbahn, welche durch den Trocknungsbereich gefördert wird, mittels wenigstens eines Trocknungszylinders getrocknet wird. Mit anderen Worten ist der Trocknungszylinder in dem Trocknungsbereich angeordnet, sodass die Faserstoffbahn mittels des Trocknungszylinders getrocknet wird. Hierzu wird die Faserstoffbahn beispielsweise über den Trocknungszylinder geführt. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Faserstoffbahn auf einer Matte, insbesondere einem Vlies, gefördert und über die Matte um den Trocknungszylinder geführt wird.
  • Dem Trocknungsbereich, insbesondere dem Trocknungszylinder, wird ein erstes Medium zum Trocknen der Faserstoffbahn zugeführt. Mit anderen Worten wird das erste Medium in den Trocknungszylinder eingeleitet. Der Trocknungszylinder weist eine außenumfangsseitige Mantelfläche auf, um welche die Faserstoffbahn, insbesondere über die Matte, geführt wird. Dabei weist die außenumfangsseitige Mantelfläche üblicherweise wenigstens eine Durchströmöffnung, insbesondere mehrere Durchströmöffnungen auf, durch welche das dem Trocknungszylinder zugeführte und insbesondere in den Trocknungszylinder eingeleitete, erste Medium aus dem Trocknungszylinder ausströmen kann. Dies bedeutet, dass das erste Medium durch die Durchgangsöffnung strömt. Das erste Medium strömt dann durch die Matte und insbesondere durch die Faserstoffbahn, wodurch diese getrocknet wird. Dadurch kann die Faserstoffbahn entfeuchtet werden.
  • Die Papiermaschine umfasst ferner wenigstens einen sich an den Trocknungszylinder in Förderrichtung anschließenden Glättungszylinder, mittels welchem die Faserstoffbahn auf wenigstens einer Seite geglättet wird. Dabei wird dem Glättungszylinder ein zweites Medium zum Beheizen des Glättungszylinders zugeführt.
  • Der Glättungszylinder wird beispielsweise auch als MG-Zylinder bezeichnet, wobei MG "Machine Glazed" bezeichnet. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, sogenanntes "einseitigglattes" Papier herzustellen. Hierbei handelt es sich um eine Papiersorte mit besonders hoher Festigkeit.
  • Eine Trocknungsvorrichtung, bei welcher es sich insbesondere um eine Trockenpartie einer Papiermaschine handeln kann ist in der DE 26 30 853 A1 beschrieben. Darüber hinaus offenbart die WO 87/06284 ein System zur Wärmerückgewinnung aus der Abluft eines Trockners einer Papiermaschine. Ein Wärmerückgewinnungsverfahren für Lufttrocknungsprozesse mit einer Energiekopplung für Ab- und Zuluft beispielsweise einer Papiermaschinentrockenpartie ist aus DE 33 19 348 A1 bekannt.
  • Des Weiteren ist in der DE 10 2007 051 165 A1 eine Papiermaschine beschrieben, bei welcher Energie aus der Abluft einer Trocknungsvorrichtung zur Erwärmung einer Papierbahn verwendet wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Papiermaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Papiermaschine realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Papiermaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Papiermaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Medium stromab des Trocknungsbereichs, insbesondere des Trocknungszylinders, von dem Trocknungsbereich, insbesondere dem Trocknungszylinder, abgeführt und als Wärmequelle einer Wärmepumpe zuführt wird, mittels welcher das Medium stromauf des Trocknungsbereichs, insbesondere des Trocknungszylinders, erwärmt wird.
  • Das Medium strömt beispielsweise zunächst durch die Wärmepumpe und wird mittels der Wärmepumpe erwärmt, woraufhin das erwärmte Medium dem Trocknungszylinder zugeführt und in den Trocknungszylinder eingeleitet wird.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in der Zellstoffindustrie ein sehr hoher Wärmebedarf besteht, um beispielsweise Papier, Karton oder Pappe herzustellen. Dieser hohe Wärmebedarf rührt insbesondere daher, dass die zunächst sehr nasse beziehungsweise einen sehr hohen Feuchtegehalt aufweisende Faserstoffbahn getrocknet wird. Durch dieses Trocknen kann ein erwünschter Feuchtegehalt der Faserstoffbahn eingestellt werden. Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist es nun, zumindest ein Teil der Wärme, die in dem Medium stromab des Trocknungsbereichs, insbesondere stromab des Trocknungszylinders, noch enthalten ist zu nutzen, um das Medium stromauf des Trocknungsbereichs, das heißt bevor das Medium dem Trocknungsbereich, insbesondere dem Trocknungszylinder, zugeführt wird, zu erwärmen.
  • Dadurch kann der Wärmebedarf der Papiermaschine insgesamt im Vergleich zu herkömmlichen Papiermaschinen gering gehalten werden, sodass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Papier, Karton oder Pappe auf energiegünstige Weise hergestellt werden kann.
  • Zum Erwärmen des Mediums wird die Wärmepumpe genutzt, da das Medium stromab des Trocknungsbereichs eine geringere Temperatur als stromauf des Trocknungsbereichs aufweist. Da die Wärmepumpe genutzt wird, kann von dem Medium an einer stromab des Trocknungsbereichs angeordneten ersten Stelle des Mediums, das an der ersten Stelle kälter als stromauf des Trocknungsbereichs ist, Wärme abgeführt werden, sodass das Medium an einer stromauf des Trocknungsbereiches angeordneten zweiten Stelle mittels der abgeführten Wärme erwärmt werden kann. Mit anderen Worten kann die abgeführte Wärme dem Medium an der zweiten Stelle zugeführt werden, sodass ein besonders effizienter Betrieb der Papiermaschine darstellbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass als die Wärmepumpe eine thermochemische Wärmepumpe verwendet wird, bei welcher mittels Wärme, die der Wärmepumpe zugeführt wird, eine chemische, Wärme aufnehmende Reaktion, das heißt eine endotherme Reaktion, bewirkt wird, wobei Wärme zum Erwärmen des zweiten Mediums mittels einer chemischen, Wärme abgebenden Reaktion, das heißt einer exothermen Reaktion, bereitgestellt wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Wärmepumpe ein von dem Medium unterschiedliches Arbeitsmedium umfasst, welches mittels wenigstens eines Verdichters verdichtet und mittels wenigstens einer Expansionseinrichtung expandiert wird. Dabei ist die Wärmepumpe beispielsweise als Kompressionswärmepumpe ausgebildet.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Wärmepumpe wenigstens einen Wärmetauscher zum Bewirken eines Wärmeübergangs von dem Medium an ein davon unterschiedliches, weiteres Medium umfasst. Das weitere Medium ist beispielsweise das Arbeitsmedium der Wärmepumpe.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Wärmepumpe wenigstens einen Wärmetauscher zum Bewirken eines Wärmeübergangs von einem vom Medium unterschiedlichen, weiteren Medium an das erste Medium umfasst. Das weitere Medium ist beispielsweise das Arbeitsmedium der Wärmepumpe.
  • Um eine Papiermaschine der im Begriff des Patentanspruchs 6 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Papiermaschine realisiert werden kann, ist erfindungsgemäß wenigstens eine Wärmepumpe zum Erwärmen des Mediums stromauf des Trocknungsbereichs vorgesehen, wobei das Medium von dem Trocknungsbereich stromab des Trocknungsbereichs abführbar und als Wärmequelle der Wärmepumpe zuführbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Papiermaschine anzusehen und umgekehrt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung einer Papiermaschine zum Herstellen von Papier, Karton oder Pappe, mit wenigstens einer Wärmepumpe, mittels welcher ein besonders effizienter Betrieb der Papiermaschine realisierbar ist.
  • Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Papiermaschine zum Herstellen von Papier, Karton oder Pappe. Die Papiermaschine 10 umfasst wenigstens eine Behältereinrichtung 12, in welcher beispielsweise eine Fasersuspension aufgenommen ist. Aus dieser Fasersuspension wird wenigstens eine Faserstoffbahn 14 hergestellt, aus welcher wiederum das Papier beziehungsweise der Karton oder die Pappe hergestellt wird. Die Faserstoffbahn 14 wird auch als Papierbahn, Bahn oder Zellstoffbahn bezeichnet und ist beispielsweise zunächst als sehr feuchtes Faservlies ausgebildet. Mittels einer im Ganzen mit 16 bezeichneten Fördereinrichtung der Papiermaschine 10 wird die Faserstoffbahn 14 in eine durch einen Richtungspfeil 18 veranschaulichte Förderrichtung gefördert.
  • Die Papiermaschine 10 weist einen im Ganzen mit 20 bezeichneten Trocknungsbereich auf, durch welchen die Faserstoffbahn 14 mittels der Fördereinrichtung 16 hindurch gefördert wird. In dem Trocknungsbereich 20 wird die Faserstoffbahn 14 getrocknet. Darunter ist zu verstehen, dass die Faserstoffbahn 14, welche zunächst einen sehr hohen Feuchtegehalt aufweist, entfeuchtet wird, um dadurch den Feuchtegehalt der Faserstoffbahn 14 zu reduzieren. Insbesondere wird durch das Trocknen der Faserstoffbahn 14 ein gewünschter Feuchtegehalt eingestellt. Zum Trocknen der Faserstoffbahn 14 wird diese in dem Trocknungsbereich 20 erwärmt, wodurch Feuchtigkeit, die zunächst in der Faserstoffbahn 14 enthalten ist, zumindest teilweise aus der Faserstoffbahn 14 entfernt wird.
  • Hierzu ist in dem Trocknungsbereich 20 wenigstens ein Trocknungszylinder 26 angeordnet. Der Trocknungsbereich 20 umfasst dabei einen ersten Teilbereich 22 und einen zweiten Teilbereich 24, welcher sich bezogen auf die Förderrichtung an den ersten Teilbereich 22 anschließt. Dabei ist in dem ersten Teilbereich 22 eine Mehrzahl von Trocknungszylindern 26 angeordnet, mittels welchen die Faserstoffbahn 14 getrocknet wird. Hierzu läuft die Faserstoffbahn 14 über die Trocknungszylinder 26. Die Faserstoffbahn 14 wird beispielsweise auf einer gas- beziehungsweise dampfdurchlässigen Matte, insbesondere durch den Trocknungsbereich 20, gefördert, wobei die Faserstoffbahn 14 über die Matte um den jeweiligen Trocknungszylinder 26 geführt und über die Matte an dem jeweiligen Trocknungszylinder 26 abgestützt wird. Dies bedeutet, dass die Matte zwischen der Faserstoffbahn 14 und dem jeweiligen Trocknungszylinder 26 angeordnet ist.
  • Ferner ist es denkbar, dass wenigstens einer der im Trocknungsbereich 20 angeordneten Zylinder ein Glättungszylinder ist. Der Glättungszylinder ist beispielsweise im zweiten Teilbereich 24 angeordnet und schließt sich an zumindest einen der anderen Trocknungszylinder 26 in Förderrichtung an.
  • Die Faserstoffbahn 14 verläuft während ihres Verlaufs durch den Trocknungsbereich 20 auch über den Glättungszylinder, sodass die Faserstoffbahn 14 den Glättungszylinder beispielsweise berührt. Dabei ist es möglich, dass der Glättungszylinder erwärmt beziehungsweise beheizt wird, sodass ein Wärmeübergang von dem Glättungszylinder 28 an die, insbesondere den Glättungszylinder berührende, Faserstoffbahn 14 erfolgen kann. Hierdurch wird die Faserstoffbahn 14 getrocknet. Ferner umfasst die Papiermaschine 10 Umlenkzylinder 38 zum Umlenken und Führen der Faserstoffbahn 14.
  • Der Glättungszylinder ist beispielsweise ein Hochpräzisions-Trockenzylinder und wird auch als MG-Zylinder bezeichnet. Dabei bedeutet MG "Machine Glazed" und bezeichnet "einseitigglatt". Mittels des MG-Zylinders ist somit beispielsweise einseitigglattes Papier herstellbar. Hierbei handelt es sich um eine Papiersorte, welche eine besonders hohe Festigkeit aufweist. Hierzu weist der Glättungszylinder beispielsweise einen sehr großen Durchmesser auf, wobei die Faserstoffbahn 14 den Glättungszylinder eine besonders lange Zeit berührt. Durch die sehr lange Verweilzeit wenigstens einer Seite der Faserstoffbahn 14 auf einer außenumfangsseitigen Mantelfläche des Glättungszylinders kann eine besonders vorteilhafte Glätte der Faserstoffbahn 14 auf einer dem Glättungszylinder zugewandten und insbesondere den Glättungszylinder berührenden Seite erzeugt werden. Dies bedeutet, dass die Faserstoffbahn 14 mittels des Glättungszylinders auf wenigstens einer Seite der Faserstoffbahn 14 geglättet wird, wobei diese Seite dem Glättungszylinder zugewandt ist.
  • Dem Trocknungsbereich 20, insbesondere dem jeweiligen Trocknungszylinder 26, wird beispielsweise ein Medium insbesondere dampfförmig zugeführt. Das dampfförmige Medium wird auch als Dampf bezeichnet, welcher insbesondere in den jeweiligen Trocknungszylinder 26 eingeleitet wird.
  • Zumindest einer der Trocknungszylinder 26 weist beispielsweise eine außenumfangsseitige Mantelfläche auf, an welcher die Faserstoffbahn 14, insbesondere unter Vermittlung der Matte, abgestützt wird. Die jeweilige, außenumfangsseitige Mantelfläche weist wenigstens eine Durchgangsöffnung auf. Insbesondere weist die jeweilige, außenumfangsseitige Mantelfläche eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen auf. Das Medium, das dem Trocknungszylinder 26 zugeführt und dabei in den Trocknungszylinder 26 eingeleitet wird, kann die jeweilige Durchgangsöffnung durchströmen, sodass das Medium in Form von Luft oder Dampf über die jeweilige Durchgangsöffnung aus dem Trocknungszylinder 26 ausströmen kann.
  • Das Medium kann dann durch die Matte und insbesondere durch die Faserstoffbahn 14 strömen, wodurch diese getrocknet beziehungsweise entfeuchtet wird.
  • In der Figur ist durch einen Richtungspfeil 30 die Zuführung des Mediums zu dem beziehungsweise in den Trocknungsbereich 20, insbesondere den jeweiligen Trocknungszylinder 26, veranschaulicht. Das Medium wird dem Trocknungsbereich 20 beispielsweise mit einer ersten Temperatur T1 zugeführt, sodass der Dampf beziehungsweise die Luft (Medium) mit der Temperatur T1 in den Trocknungsbereich 20, insbesondere den Trocknungszylinder 26, einströmt. Das Medium ist somit stromauf des Trocknungsbereichs 20 beispielsweise Trocknungsluft zum Trocknen der Faserstoffbahn 14.
  • Der Glättzylinder wird beispielsweise mittels des Mediums erwärmt beziehungsweise beheizt. Das Medium kann beispielsweise keine außenumfangsseitige Mantelfläche des Glättungszylinders durchströmen, sondern wird beispielsweise aus dem Glättungszylinder über eine Auslassöffnung abgeführt, welche in einer axialen Stirnseite des Glättungszylinders vorgesehen ist.
  • Um nun einen besonders effizienten Betrieb der Papiermaschine realisieren zu können, umfasst die Papiermaschine 10 eine Wärmepumpe 34. Aus der Figur ist erkennbar, dass das Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 von dem Trocknungsbereich 20 abgeführt und als Wärmequelle der Wärmepumpe 34 zugeführt wird, mittels welcher das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 erwärmt wird. Dies bedeutet, dass Wärme, die noch in dem Medium stromab des Trocknungsbereichs 20, insbesondere stromab der Trocknungszylinder 26, enthalten ist, genutzt wird, um mit Hilfe dieser Wärme das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20, insbesondere der stromauf der Trocknungszylinder 26, zu erwärmen. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teil der im Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 enthaltenen Wärme genutzt wird, um das Medium mittels der Wärmepumpe 34 stromauf des Trocknungsbereichs 20 zu erwärmen.
  • Die Führung des Mediums von der Wärmepumpe 34 zu dem Trocknungsbereich 20, insbesondere den Trocknungszylindern 26, ist in der Figur durch einen Richtungspfeil 28 veranschaulicht. Dabei wird das Medium dem Trocknungsbereich 20 beziehungsweise den Trocknungszylindern 26 in gasförmigem beziehungsweise dampfförmigem Zustand, das heißt als Dampf zugeführt, sodass das Medium als Dampf in den Trocknungsbereich 20 beziehungsweise die Trocknungszylinder 26 einströmt. Das Medium wird dem Trocknungsbereich 20 mit einer Temperatur T1 zugeführt, welche beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 190 Grad Celsius bis einschließlich 195 Grad Celsius liegt. Beispielsweise weist das von der Wärmepumpe 34 zum Trocknungsbereich 20 strömende Medium einen Massenstrom von 15 Kilogramm pro Sekunde und einen Druck von 12,5 bar auf.
  • In der Figur ist ferner durch einen Richtungspfeil 36 dargestellt, dass der Wärmepumpe 34 das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 beispielsweise mit einer Temperatur T2 zugeführt wird, wobei diese Temperatur T2 beispielsweise geringer als die Temperatur T1 ist und beispielsweise 175 Grad Celsius betragen kann. Die Temperatur T2 ist somit geringer als die erste Temperatur T1. Das die Temperatur T2 aufweisende Medium wird der Wärmepumpe 34 stromauf des Trocknungsbereichs 20 in einem ersten Aggregatszustand zugeführt. Das von der Wärmepumpe 34 zum Trocknungsbereich 20 strömende Medium wird dem Trocknungsbereich 20 in einem zweiten Aggregatszustand zugeführt. Der zweite Aggregatszustand ist ein vom ersten Aggregatszustand unterschiedlicher Aggregatszustand. Beispielsweise ist der erste Aggregatszustand flüssig, sodass der Wärmepumpe 34 das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 als Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zugeführt wird.
  • Der zweite Aggregatszustand ist beispielsweise gasförmig, sodass das Medium dem Trocknungsbereich 20 als Gas beziehungsweise Dampf zugeführt wird. Durch das mittels der Wärmepumpe 34 stromauf des Trocknungsbereichs 20 bewirkte Erwärmen des Mediums (Wasser) wird das Wasser verdampft, wodurch der Dampf, der dem Trocknungsbereich 20 zugeführt wird, entsteht.
  • In der Figur ist ferner durch einen Richtungspfeil 38 die Führung des Mediums von dem Trocknungsbereich 20 zur Wärmepumpe 34 dargestellt. Anhand des Richtungspfeils 38 ist erkennbar, dass der Wärmepumpe 34 das Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 beispielsweise mit einer Temperatur T3 zugeführt wird, wobei diese Temperatur T3 beispielsweise geringer als die Temperaturen T1 und T2 ist und beispielsweise 100 Grad Celsius betragen kann. Das die Temperatur T3 aufweisende Medium wird der Wärmepumpe 34 stromab des Trocknungsbereichs 20 in einem dritten Aggregatszustand zugeführt. Der dritte Aggregatszustand ist vorliegend flüssig, sodass das Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 der Wärmepumpe 34 als Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zugeführt wird.
  • In der Figur ist außerdem durch einen Richtungspfeil 40 dargestellt, dass das Medium stromab der Wärmepumpe und stromab des Trocknungsbereichs 20 der Wärmepumpe mit einer Temperatur T4 abgeführt wird. Die Temperatur T4 ist geringer als die Temperatur T3 und beträgt beispielsweise 80 Grad Celsius. Das die Temperatur T4 aufweisende Medium weist beispielsweise einen vierten Aggregatszustand auf, welcher beispielsweise dem dritten Aggregatszustand entspricht und demzufolge flüssig ist.
  • Insgesamt ist erkennbar, dass der dem Trocknungsbereich 20 zugeführte Dampf kondensieren kann, sodass aus dem Dampf Kondensat beziehungsweise Flüssigkeit insbesondere in Form von Wasser entsteht, wobei dieses Kondensat, welches immer noch das Medium ist, als die zuvor genannte Wärmequelle stromab des Trocknungsbereichs 20 der Wärmepumpe 34 zugeführt wird.
  • Durch den Einsatz der Wärmepumpe 34 kann die gegenüber den Temperaturen T1 und T2 wesentliche geringere Temperatur T3 genutzt werden, um dem Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 Wärme zu entziehen und das Medium mittels der entzogenen Wärme stromauf des Trocknungsbereichs 20 zu erwärmen und vorliegend insbesondere zu verdampfen, so dass ein besonders effizienter und somit energiegünstiger Betrieb der Papiermaschine 10 realisierbar ist. Insbesondere kann eine effiziente Dampferzeugung realisiert werden.
  • Die Wärmepumpe 34 ist beispielsweise als Kompressionswärmepumpe ausgebildet und umfasst vorliegend einen ersten Wärmetauscher 44, welcher auch als kalter Wärmetauscher bezeichnet wird. Ferner umfasst die Wärmepumpe 34 einen zweiten Wärmetauscher 46, welcher auch als warmer oder heißer Wärmetauscher bezeichnet wird. Ferner umfasst die Wärmepumpe 34 einen Kreislauf 42, welcher von einem Arbeitsmedium durchströmbar ist. Die Wärmetauscher 44 und 46 sind in dem Kreislauf 42 angeordnet und demzufolge von dem Arbeitsmedium durchströmbar.
  • Dem Wärmetauscher 44 wird das Medium, insbesondere mit der dritten Temperatur T3, stromab des Trocknungsbereichs 20 zugeführt, so dass der Wärmetauscher 44 von dem Medium stromab des Trocknungsbereichs und von dem Arbeitsmedium durchströmbar ist. Über den Wärmetauscher 44 erfolgt ein Wärmeübergang von dem Medium an das Arbeitsmedium stromab des Trocknungsbereichs 20, wodurch das Arbeitsmedium erwärmt und das Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 auf die Temperatur T4 gekühlt wird. Dadurch ist die vierte Temperatur T4 geringer als die dritte Temperatur T3, wobei beispielsweise dem Wärmetauscher 44 das Medium abgeführt wird, was in der Figur durch den Richtungspfeil 40 veranschaulicht ist.
  • Bezogen auf eine Strömungsrichtung des Arbeitsmediums durch den Kreislauf 42 ist stromab des Wärmetauschers 44 und dabei insbesondere stromauf des Wärmetauschers 46 eine Erwärmungseinrichtung 48 angeordnet, mittels welcher das bereits über den Wärmetauscher 44 erwärmte Arbeitsmedium, insbesondere stromab des Wärmetauschers 44 und dabei insbesondere stromauf des Wärmetauschers 46, erwärmt wird.
  • Das erwärmte Arbeitsmedium wird stromab der Erwärmungseinrichtung 48 dem Wärmetauscher 46 zugeführt. Ferner wird dem Wärmetauscher 46 das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 zugeführt, so dass der Wärmetauscher 46 von dem Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 und von dem Arbeitsmedium durchströmbar ist. Über den Wärmetauscher 46 erfolgt stromauf des Trocknungsbereichs 20 ein Wärmeübergang von dem Arbeitsmedium an das Medium, wodurch das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 von der Temperatur T2 auf die Temperatur T1 erwärmt wird. Dadurch wird das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 verdampft, so dass das Medium als Dampf dem jeweiligen Trocknungszylinder 26 zugeführt werden kann. Durch den Wärmeübergang von dem Arbeitsmedium über den Wärmetauscher 46 an das Medium kühlt das Arbeitsmedium ab.
  • Bezogen auf die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums durch den Kreislauf 42 ist beispielsweise stromab des Wärmetauscher 46 und insbesondere stromauf der Wärmetauschers 44 eine Expansionseinrichtung 50 angeordnet, mittels welcher das Arbeitsmedium expandiert beziehungsweise entspannt wird.
  • Bei der Ausgestaltung der Wärmepumpe 34 als Kompressionswärmepumpe umfasst die Erwärmungseinrichtung 48 beispielsweise einen Verdichter, welcher wenigstens ein Verdichterrad zum Verdichten des Arbeitsmediums aufweist. Der Verdichter ist beispielsweise als elektrischer Verdichter ausgebildet und umfasst dabei einen Motor insbesondere in Form eines Elektromotors, mittels welchem das Verdichterrad insbesondere über eine Welle antreibbar ist. Durch das Antreiben des Verdichterrads wird das Arbeitsmedium verdichtet und dadurch erwärmt. Zum Antreiben des Verdichterrads wird der Motor mit elektrischer Energie versorgt, so dass das Arbeitsmedium mittels des Verdichters mithilfe von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom verdichtet und dadurch erwärmt werden kann.
  • Der Verdichter ist dabei eine Strömungsmaschine beziehungsweise Fluidenergiemaschine. Der Wärmetauscher 46 ist beispielsweise ein Kondensator, mittels welchem das Arbeitsmedium kondensiert wird. Mittels der Expansionseinrichtung 50 wird das Arbeitsmedium entspannt, wobei der Wärmetauscher 44 beispielsweise ein Verdampfer ist, mittels welchem das Arbeitsmedium verdampft wird. Schließlich kann das Arbeitsmedium mittels des Verdichters wieder verdichtet werden.
  • Das erste Medium weist beispielsweise einen Massenstrom von 15 Kilogramm pro Sekunde und einen Druck von 12,5 Bar auf. Bei der Papiermaschine 10 wird der hohe Massenstrom des Kondensats aus dem Trocknungsbereich 20 genutzt, um das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 zu erwärmen. Hierzu wird zumindest ein Teil der im Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 enthaltenen Wärme der Wärmepumpe 34 zugeführt, welche zumindest ein Teil der in dem Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 enthaltenen Wärme nutzt, um das Medium, insbesondere indirekt über das Arbeitsmedium, stromauf des Trocknungsbereichs 20 zu erwärmen. Dadurch kann der Trocknungsbereich 20, insbesondere der jeweilige Trocknungszylinder 26, besonders effizient mit Dampf versorgt werden.
  • Ferner ist es denkbar, dass die Wärmepumpe 34 als eine thermochemische Wärmepumpe ausgebildet ist. Bei der thermochemischen Wärmepumpe wird mittels Wärme, die der Wärmepumpe 34 zugeführt wird, eine chemische, Wärme aufnehmende und somit endotherme Reaktion bewirkt. Ferner wird bei der thermochemischen Wärmepumpe Wärme zum Erwärmen des Mediums stromauf des Trocknungsbereichs 20 mittels einer chemischen, Wärme abgebenden und somit exothermen Reaktion bereitgestellt.
  • Bei der thermochemischen Wärmepumpe entfallen beispielsweise das Arbeitsmedium, die Erwärmungseinrichtung 48 und die Expansionseinrichtung 50 sowie der Kreislauf 42. Dabei wird beispielsweise zumindest ein Teil der im Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 enthaltenen Wärme, insbesondere über einen Wärmetauscher wie beispielsweise den Wärmetauscher 44, Edukten der endothermen chemischen Reaktion zugeführt, um dadurch die endotherme chemische Reaktion zu bewirken. Dadurch kann zumindest ein Teil der Wärme zum Bewirken der endothermen Reaktion in Produkten der endothermen chemischen Reaktion gespeichert werden.
  • Die endotherme chemische Reaktion ist beispielsweise eine Hinreaktion einer chemischen Gleichgewichtsreaktion. Die zuvor beschriebene exotherme chemische Reaktion ist beispielsweise eine Rückreaktion der chemischen Gleichgewichtsreaktion.
  • Dadurch können beispielsweise die Produkte der endothermen Reaktion als Edukte der exothermen Reaktion genutzt werden. Ferners sind Produkte der exothermen Reaktion Edukte der endothermen Reaktion. Somit wird im Rahmen der exothermen Reaktion Wärme freigesetzt, welche zuvor in den Produkten der endothermen Reaktion gespeichert wurde.
  • Wärme, die bei der exothermen Reaktion freigesetzt wird, kann, insbesondere über einen Wärmetauscher wie beispielsweise den Wärmetauscher 46, an das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 übertragen werden, um das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 zu erwärmen. Da als Edukte der exothermen Reaktion die Produkte der endothermen Reaktion verwendet werden, ist die im Rahmen der exothermen Reaktion freigesetzte Energie beziehungsweise zumindest ein Teil der in den Produkten der endothermen Reaktion gespeicherten Energie, so dass über die chemische Gleichgewichtsreaktion beziehungsweise die endotherme Reaktion und die exotherme Reaktion zumindest ein Teil der im Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 enthaltenen Energie genutzt werden kann, um das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 zu erwärmen.
  • Das Trocknen der Faserstoffbahn 14 ist ein zumindest im Wesentlichen kontinuierlicher Prozess, so dass der Einsatz der thermochemischen Wärmepumpe, insbesondere in Kombination mit der durch den Verdichter bewirkbaren mechanischen Verdichtung, insbesondere des Arbeitsmediums, vorteilhaft ist.
  • Zur Realisierung der endothermen Reaktion wird beispielsweise ein endothermer Reaktor eingesetzt, über welchen den Edukten der endothermen Reaktion zumindest einen Teil der im Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 enthaltenen Wärme zugeführt wird. Dies erfolgt vorzugsweise über einen indirekten Kontakt, so dass beispielsweise Wärme von dem Medium an die Edukte der endothermen Reaktion übergehen kann. Dabei ist beispielsweise eine räumliche Trennung zwischen den Edukten der Hinreaktion und dem Medium vorgesehen. Alternativ ist es denkbar, dass das Medium stromab des Trocknungsbereichs 20 die Edukte der Hinreaktion direkt berührt, dass heißt anströmt beziehungsweise umströmt. Beispielsweise wird dem endothermen Reaktor das Medium stromab des Trocknungsbereichs zugeführt. Der endotherme Reaktor ist beispielsweise in der Strömung des Mediums zu dem Trocknungsbereich 20 angeordnet.
  • Zur Realisierung der exothermen Reaktion wird beispielsweise ein exothermer Reaktor verwendet, über welchen beispielsweise Wärme, die bei der exothermen Reaktion freigesetzt wird, insbesondere indirekt an das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 übertragen wird. Dabei sind die Edukte und/oder Produkte der Rückreaktion beispielsweise räumlich von dem zu beheizenden Medium getrennt. Alternativ ist es denkbar, dass das Medium stromauf des Trocknungsbereichs 20 die Edukte und/oder Produkte der Rückreaktion direkt berührt, das heißt anströmt beziehungsweise umströmt. Der jeweilige Reaktor ist beispielsweise Bestandteil der Wärmepumpe 34.
  • Insgesamt ist aus der Figur erkennbar, dass sich durch einen Einsatz der Wärmepumpe 34 ein besonders effizienter Betrieb der Papiermaschine 10, insbesondere ein besonders effizientes Trocknen der Faserstoffbahn 14 mittels der Trocknungszylinder 26, realisieren lässt.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Papiermaschine (10) zum Herstellen von Papier, Karton oder Pappe, mit einer Fördereinrichtung (16), mittels welcher wenigstens eine aus einer Fasersuspension hergestellte Faserstoffbahn (14) in eine Förderrichtung gefördert wird, mit wenigstens einem Trocknungsbereich (20), in welchem die Faserstoffbahn (14), welche durch den Trocknungsbereich (20) gefördert wird, mittels wenigstens eines im Trocknungsbereich (20) angeordneten Trocknungszylinders (26) getrocknet wird, wobei dem Trocknungszylinder (26) ein Medium zum Trocknen der Faserstoffbahn (14) zugeführt und in den Trocknungszylinder (26) eingeleitet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Medium stromab des Trocknungsbereichs (20) von dem Trocknungsbereich (20) abgeführt und als Wärmequelle einer Wärmepumpe (34) zugeführt wird, mittels welcher das Medium stromauf des Trocknungsbereichs (20) erwärmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass als die Wärmepumpe (34) eine thermochemische Wärmepumpe verwendet wird, bei welcher mittels Wärme, die der Wärmepumpe (34) zugeführt wird, eine chemische, Wärme aufnehmende Reaktion bewirkt wird, wobei Wärme zum Erwärmen des Mediums mittels einer chemischen, Wärme abgebenden Reaktion bereitgestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (34) ein von dem Medium unterschiedliches Arbeitsmedium umfasst, welches mittels wenigstens eines Verdichters (48) verdichtet und mittels wenigstens einer Expansionseinrichtung (50) expandiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (34) wenigstens einen Wärmetauscher (44) zum Bewirken eines Wärmeübergangs von dem Medium an das Arbeitsmedium umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (34) wenigstens einen Wärmetauscher (46) zum Bewirken eines Wärmeübergangs vom Arbeitsmedium an das Medium umfasst.
  6. Papiermaschine (10) zum Herstellen von Papier, Karton oder Pappe, mit einer Fördereinrichtung (12) zum Fördern wenigstens einer aus einer Fasersuspension hergestellten Faserstoffbahn (14) in eine Förderrichtung, mit wenigstens einem zumindest einen Trocknungszylinder (26) aufweisenden Trocknungsbereich (20), in welchem die durch den Trocknungsbereich (20) zu fördernde Faserstoffbahn (14) mittels des Trocknungszylinders (26) zu trocknen ist, wobei dem Trocknungszylinder (26) ein Medium zum Trocknen der Faserstoffbahn (14) zuführbar und das Medium in den Trocknungszylinder (26) einleitbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wärmepumpe (34) zum Erwärmen des Mediums stromauf des Trocknungsbereichs (20) vorgesehen ist, wobei das Medium von dem Trocknungsbereich (20) stromab des Trocknungsbereichs (26) abführbar und als Wärmequelle der Wärmepumpe (34) zuführbar ist.
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