SE449880B - Forfarande for utnyttjande av entalpiinnehallet i kylvatten vid en sugtorkningsprocess for en pappers-, kartong- eller annan poros matta eller bana - Google Patents

Description

449' 880 för uppvärmning av fabriksbyggnader. Detta vatten har inte varit tillräck- ligt varmt för att användas - åtminstone i större omfattning - såsom fjänr- värmevatten eller värmekällvatten för värmepumpning. _ Våmqmmning i samband med torkning av en pappers- eller kartongbana har visserligen utvecklats bl.a. i några patentskrifter (US-patent 2 933 826, SE-patent 7111908-5; DE-patent 2630853). Gemensamt för dessa uppfinningar är det att värme återvinnes genom överföring av värme från den nämnda bland- ningen av luft och vattenånga i en värmeväxlare direkt till vatten eller något annat medium, som strömmar eller förångas under lågt tryck i värme- växlaren. I alla fall kan med det återvunna värmet förångas vatten, varvid den bildade ångan pressas i en eller flera kompressorer till för torkcylin- dern lämpliga tryck. I Dessa metoder har dock inte lett till kommerciella produkter på grund av den tämligen ringa ekonomiska fördelen i förhållande till för- brukningen av mottrycksånga och på grund av de driftsvårigheter, som före- kommer till exempel när banan utsätts för brott i samband med en huva, som förslutits tätare än normalt.

Sugtorkning mellan två band eller mellan en cylinder och ett band (Fl-patent 545l#, US-patent b1l2586, GB-patent l502Dü0, Fl-patentansökan 762Ä39) sker helt annorlunda än vanlig torkning. Värmeenergln för avdunst- ande av vatten från banan tillföras såsom mättad ånga till inre ytan av cylinderns yttre mantel eller till det heta bandets ena sida, varifrån värme-energin ledes till banan genom det relativt tunna metallskiktet. l banan intränger värmet till ett djup där avdunstningen sker. Den avdunstade ångan passerar genom den övriga delen av banan samt filten och kondenseras på en kall metallyta som från yttre sidan avkyles och medelst kylvatten.

Kylvattnet avgår från torkningsprocessen vid en temperatur under MOOC.

Det är klart att entalpiinnehållet i kylvattnet som avgår från den ovan beskrivna kända sugtorkningsprocessen kan utnyttjas bätte, till exem- pel vid värmepumpning, om temperaturen av vattnet kunde höjas. Denna ut- veckling har dock förhindrats av en sådan fördom att en högre temperatur av kylvattnet vid dess avgång från processen skulle göra själva torknings- processen långsammare. I flera värmeaggregat är ju värmeströmmen direkt proportíonell med värmedifferensen. Därför kunde man antaga att även vid den ovan beskrivna kända sugtorkningen skulle den genom den heta metallytan till banan, som skall torkas, övergående värmeströmmen vara nästan direkt proportíonell med värmedifferensen mellan den heta och den kalla metallytand 449 880 s Den långsammare torkprocessen skulle i sin tur ha menliga följder.

I praktiken är det ju viktigt, att torkhastigheten inte sjunker mycket, emedan detta skulle kräva större torkytor (ofta flera cylindrar), vilket skulle bli dyrt.

Om temperaturen av uppvärmningsångan höjes från 100°C-till i8D°C, blir torkhastigheten cirka sexdubbel. Den optimala ångtemperaturen är en totalekonomisk fråga. " Ändamålet med föreliggande uppfinning är att bättre utnyttja entalpi- innehållet l kylvattnet vid den ovan beskrivna sugtorkningsprocessen. Enligt uppfinningen åstadkommes detta genom att avleda kylvattnet från processen vid en temperatur på 600-l00°C.

Uppfinningen baserar sig på det medelst prov bevisade överraskande faktumet, att kylvattnet vid sugtorkning kan införas till och med vid en temperatur på 8006 och avledas vid l00°C utan att sänka torkningshastig- heten med mera än några procent i jämförelse med en situation, där kyl~ vattnet avleds vid en temperatur mellan 100 och 3006.

Ovannämnda mätnings~resultat som visar en mindre inverkan av kyl- vattnets temperatur verkar kanske överraskande. Orsaken till det beskrivna förhållandet torde vara följande. Avdunstningshastigheten från banan är praktiskt taget direkt proportionell med värmeströmmen från den heta ytan till banan. Detta igen beror på temperaturdifferensen mellan den heta ytan och avdunstningspunkten inne i banan. Ifall alltså den heta ytans tempera- tur är densamma i två olika situationer och ifall även avdunstningshastig- heten och sålunda värmeströmmen är nästan samma, måste också temperaturen av det område av banan, där avdunstníngen sker, vara nästan samma i de båda nämnda fallen. Detta betyderockså att avdunstningstrycket i dessa två fall är nästan detsamma.

Den avdunstade ångan går ju genom en del av banan och genom filten för att kondenseras på den kalla metallytan. Trycket av ångan vid dess an- komst på den kalla ytan är beroende av denna ytas temperatur. Om denna temperatur är till exempel Z9°C (motsvarande kylvatten på cirka 1700) eller 87°C (motsvarande kylvatten på 7500), är motsvarande âgtryck ca. 5 kPa resp. ca. 70 kPa. _ l det förra fallet är ångans specifika volym cirka 6 gånger så stor som i det senare fallet. Då till den kalla ytan i båda fallen kommer en nästan lika stor volymström av ånga genom filten, är denna ångas hastighet 449 880 i det förra fallet cirka 6 gånger så stor som i det senare fallet. Den med en större hastighet strömmande ångan undergår också en större tryck- förlust på sin väg genom en del av banan och genom filten. Således är det också möjligt (detta kan bevisas med hjälp av kalkyler), att samma volymströmning av ånga i dessa två olika situationer utgår från samma avdunstningstryck och kommer till den kalla metallytan med olika tryck för att kondenseras där. Detta förklarar tidigare nämnda testresultat, där även stora förändringar i kylvattnets temperatur endast.obetydligt påverkade torkníngshastigheten. _ _ Kylvattnet, som enligt uppfinningen avleds från torkprocessen vid en hög temperatur, kan användas för värmepumpning eller direkt för till exempel fjärrvärmning.

Om kylvattnet används för värmepumpning, avleds det från torkproces- sen fördelaktigt vid en temperatur mellan 60° och 85°C. Den lägsta tempera- turen för lönsam värmepumpning är nämligen cirka 60°C och den högsta för- månliga temperaturen för torkning av papper och kartong är cirka 85°C.

Härvid får en del av det avlägsnade kylvattnet avdunsta under lågt tryck i en lämplig expansionsenhet, till exempel i en kolonn med fyllnadskroppar eller i en cyklon, medan det för avdunstning nödvändiga latenta entalpi- innehållet erhålles från denldel av vattnet, som ej avdunstas och vilket vatten kommer ut från expansionsenheten vid en lägre temperatur, 500-65°C, än vid vilken det införts. Detta vatten föres tillbaka till torkenheten såsom kylvatten. Den avdunstade ångan pressas med kompressorer till ett önskat tryck för att ledas in i torkprocessen. I Såsom ovan beskrivits, kommer ångan till värmepumpningskompressorer~ na under betydligt högre tryck än vad som kan erhållas från expansionsen- heten av en värmepumpningsprocess i samband med den kända sugtorkprocessen, där kylvattnet avleds från torkprocessen vid en temperatur under ÜOOC. Ångan under högre tryck medför en bättre verkningsgrad för värmepumpningen och en mera ekonomisk torkprocess.

Om kylvattnet används för fjärrvärmning, införs det í torkanord- ningen vid en låg temperatur, 00-50°C, och avleds vid en hög temperatur, företrädesvis 75°~100°C. Efter att ha nått fjärrvärmnïngsobjektet och använts för uppvärmning, kan vattnet antingen föras vid en låg temperatur tillbaka till torkenheten där den återigen införs såsom kylvatten, eller från torkprocessen till något annat ställe. I det sistnämnda fallet måste torkprocessen fortfarande tillföras nytt kylvatten. 449 880 Kyivattnets avledningstemperatur kan kontrolleras genom att ändra kylvattnets strömningsvolym. Om banans torkhastighet förblir oförändrad,^ betyder det att värmeströmmen genom det kalla bandet till kylvattnet för- blir oförändrad, och om kylvattnets införingstemperatur hålles oförändrad, stiger kylvattnets avledningstemperatur när kylvattnets strömfimgsvolym minskas. Således är det lätt att även i större omfattning kontrollera kylvattnets avledningstemperatur under olika driftförhållanden.

Uppfinningen beskrives närmare i det följande med hänvisning till bifogad ritning, som visar schematiskt värmepumpning i samband med sug- torkning enligt GB-patemæt15020Å0. _Ritningens övre del visar en sugtork l, som har ett övre änplöst, lufttätt metallband 2 med god värmeledningsförmåga och ett ljkadant'nedre metallband 3. Banden_löper parallellt över en bestämd sträcka. Pappersbanan Å som skall torkas ínföres mellan banden så att dessa innesiuter banan helt mellan sig över nämndaäparaiiella område. Mellan pappersbanan.och det nedre bandet 3 löper en bana n uppbärande ändlös torkfilt 5. På inre sidan av det övre bandet 2 har anbragts en uppvärmingsiåda_6, vars nedre sida är öppen mot bandets övre yta inom det parallella området. Lådan är försedd med ett inlopp 7 för uppvärmningsånga och med ett utlopp 8 för kondensat. På det nedre bandets 3 inre sida har anbragts en avkylningslåda 9, vars övre sida är öppen mot bandets nedre yta på det parallella området. Lädan är försedd med ett inlopp 10 för kylvatten och med ett utlopp 11 för förbrukat vatten.

När den våta banan löper genom sugtorken är den alltså innesluten mellan det övre, medelst ånga uppvärmda bandet 2 och det nedre, medelst vatten avkylda bandet 3. Härigenom avdunstas vattnet från banan och passe- rar genom banan och filten och kondenseras slutligen på det nedre bandet, 'såsom beskrivits i den brittiska patentskriften. Efter torkningen separeras den torkade banan från filten.

Kylvattnet Wj avlägsnas från torken vid en temperatur på 600-l00°C och föres genom en ledning 12 till en blandare 13. Genom en ledning le in- föres till blandaren också kondensat wa från uppvärmningslådan 6 genom en kondensatavskiljare 15 och en tryckreduceringsventil 16. En del av konden- satet avdunstas när det passerar genom tryckreduceringsventilen. Den här ringa ångvolymen kondeseras i alla fall i blandaren omedelbart när den har kommit i kontakt med kylvattnet. 449 880 Den största delen av vattnet föres från blandaren 13 genom en led- ning 17 och en tryckreduceringsventil 18 till en avdunstningskolonn 19.

Denna är en sedvanlig, vanligen under vakuum arbetande kolonn med fyllkrop- par, som inmatas ovanifrån och varifrån den bildade ångan avgår upptill.

Resten av vattnet, som avkylts med ca. i0°C, avgår nedtill. Detta vatten Wj pumpas med en pump 20 såsom kylvatten tillbaka till sugtorkens avkyi- ningslåda 9 genom en ledning 21. Från avdunstningskolonnen föres ångan genom en ledning 22 till en elmotordriven kompressor 23. Antingen före kompressorn, inne i kompressorn eller efter kompressorn spritsas in i ångan vatten, som tillförs från blandaren genom en ledning Zk och en pump , så att ångan som kommer från kompressorn är mättad. Denna ånga föres med en ledning 26 till en annan kompressor 27 som fungerar på motsvarande sätt. Antalet kompressorer i serien bestämmas ekonomiskt optimalt. I prak- tiken är antalet oftast två, eventuellt någon gång tre. Från den sista kompressorn föres ångan genom en ledning 28 till sugtorkens uppvärmnings- -låda 6. Till uppvärmningsångan kommer också ånga från en ångcirkulations- kompressor 29 genom en ledning 30. Till denna kompressor ledes ånga från kondensatavskiljaren 15.

Den beskrivna processen är sluten, utam att den våta banan går in i torken och den torra banan och det avdunstade vattnet kommer ut från torken.

Elkraft behövs för kompressorernas elmotorer och för.cirkulationspumparnas motorer. Smärre mängder av värme förloras genom rörledningarnas och anord- ningarnas värmeisolering till omgivningen. I motsats till vanlig cylinder- huv-torkning behöver torken ingen inmatning av mottrycks- eller annan ånga.

Den beskrivna processens ekonomiska fördelar i jämförelse med saw". torkprocess utan värmepumpning och med mottrycksånga som inledes till tork- anordningen utifrån, beror framför allt av priset på den elkraft som behövs för värmepumpningen i jämförelse med priset på mottrycksånga som erfordras utan värmepumpningen, samt av kapitalkostnaden för de anordningar som behövs för värmepumpníngen. Till exempel om vid själva torkningen behövs ånga med trycket 0,8 MPa, är priset på mottrycksånga cirka 50 mk/(Mwh latent entalpiinnehåll i ångan). Om det nödvändiga trycket0,8 MPa däremot erhålles genom att avdunsta vatten med temperaturen 60°C och komprimera den avdunstade ångan till önskat tryck med en kompressor vars verknings- grad är 0,83, är kostnaden för den erforderliga eieffekten 69,0 mk/(Mwa latent entalpiinnehåll i ångan), förutsatt att priset på elkraft är 120 mk/ Mwh.0m ångan däremot komprimeras från avdunstande med temperaturen 80°C, 4490880 är kostnaden för ångan ë5,9 mk/(MWh latent entalpiinnehåll i ångan).

Enligt ovannämnda priser är alltså torkångan som erhållits genom värmepump- ning från vatten med temperaturen 8000 redan billigare än motsvarande mot- trycksånga, medan från vatten med temperaturen 6000 värmepumpad ånga är dyrare. l framtiden kan priset på elkraft antagas sjunka i jämförelse med fossila bränslen. Då blir den ovan beskrivna värmepumpningen mera ekonomisk än idag.

: Den ovan beskrivna värmeåtervinningen kan tillämpas också i en sug- tork, där det andra bandet, företrädesvis det uppvärmda bandet ersatts med en roterande cylinder enligt FI-patentansökan 762Å39. Ytterligare kan upp- finningen tillämpas vid användning av den ovan beskrivna sugtorkningsmeto- den vid stegvis torkning.

Följande tabell visar flere exempel på hur kylvattnets önskade av- ledningstemperatur (utloppstemperatur) erhålles genom att reglera kylvatt- nets inloppstemperatur och strömningsvolymen. l alla exempel förutsättes att till kylvattnet övergår en konstant mängd av 15.000 kw värme per tids- enhet och att de övriga förhållandena samt banans kvalitet förblir oföränd- rade.

Exempel Kylvattnets inloppstemperatur utloppstemperatur strömnhgsvolym 1 5o°c V V 6o°c 359 kg/S 2 5o°c 7u°c 179 kg/S 3 5o°c a0°ç 119 kg/S A .sn°c 1oo°c 179 kg/S o°c 6o°c ' eo kg/S 6 o°c 7o°c 51 kg/s 7 o°c ßo°c M5 kg/5 8 o°c 1oo°c 36 kg/s I ovanstående exempel varierar banans torkhastighet bara några - procent.

Ritningen och beskrivningen avser endast att åskådliga uppfinningen.

Till sina detaljer kan metoden enligt uppfinningen variera betydligt inom ramen för patentkraven.

Claims (6)

449 880 . Patentkrav:

1. l. Förfarande för utnyttjande av entalpiinnehållet i kylvatten vid en sugtorkningsprocess för en pappers-, kartong- eller annan porös matta eller bana, varvid den våta mattan eller banan (Å) och en torkfilt (5) som uppbär densamma befinner sig mellan två lufttäta ytor (2,3) med god värme- ledningsförmåga, vilka ytor ínnesluter mattan eller banan över hela dess bredd mellan sig och varvid en I beröring med mattan eller banan stående ytan uppvärms (6) för avdunstande av vattnet från mattan eller banan och den med torkfilten i beröring stående ytan avkyls (9) medelst kylvatten För kondenserande av det från mattan eller banan avdunstande vattnet in i torkfilten, varefter torkfilten separeras från den torkade mattan eller banan och befrias från kondenserat vatten, k ä n n e t e c k n a t därav, att kylvattnet (Wj) avleds från torkprocessen vid en temperatur på 600- 1oo°c. 0

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e C k n a t därav, att kylvattnet (Wj) avleds vid en temperatur på 75-l00°C.'

3. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att kylvattnet (Wj) avleds vid en temperatur på 60-8500.

4. H. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att kylvattnets (Wj) avledníngstemperatur regleras genom att reglera temperaturen och/eller genomströmningsmängden av det i processen införda kylvattnet. '

5.Förfarande enligt patentkravet H, k ä n n e t e c k n a t därav, att kylvattnet (Wj) införs i torkprocessen vid en temperatur på 50-8000.

6. Förfarande enligt patentkravet Å, k ä n n e t e_c k n a t därav, att kylvattnet (Wj) införs i torkprocessen vid en temperatur på 0-5000.