WO2009149481A1 - Vorrichtung und verfahren zur entwässerung einer faserstoffbahn - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur entwässerung einer faserstoffbahn Download PDF

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Peter Fisera
Franz Petschauer
Josef Steinegger
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    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/001—Drying webs by radiant heating
    • D21F5/002—Drying webs by radiant heating from infrared-emitting elements

Definitions

  • the invention relates to a device for dewatering a fibrous web, for example a pulp or paper web, wherein at least one pressing zone and at least one infrared heating device are provided. It also relates to a method for dewatering a fibrous web, for example a pulp or paper web, the web being passed through at least one press zone and at least one infrared heater. Fiber webs are usually formed by a headbox and a first dewatering zone. This is followed by one or more
  • AT 394 739 proposes to use steam boxes and opposite suction boxes.
  • EP 0 868 567 describes a system in which heating devices are provided in relation to a suction roll. However, after one or more mechanical presses, the web is already compressed so that e.g. no further water can be expelled by steam, but on the contrary condenses the steam in the surface of the fibrous web and thus rewet the web.
  • the aim of the invention is therefore to provide a system and a method in which a high dry content is achieved by mechanical dewatering in order to make better use of the available drying capacity of the subsequent dryer can.
  • the invention is therefore characterized in that two infrared heaters are arranged on opposite sides of the web and before the last press zone.
  • two infrared heaters are arranged on opposite sides of the web and before the last press zone.
  • the invention also relates to a method for dewatering a fibrous web, for example a pulp or paper web, wherein the web passes through at least one
  • Press zone and at least one infrared heater is passed, which is characterized in that the web by two infrared heaters, which are arranged on opposite sides and before the last press zone, warmed and dewatered in the last press zone.
  • the heating takes place here at a position at which the fibrous web is guided in the free train.
  • FIG. 2 shows a detail of FIG. 1 with heating devices according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the arrangement of the heating devices.
  • the pulp suspension is fed to a first dewatering part 1 via a headbox 2 between a top wire and a bottom wire.
  • the headbox 2 can be optionally equipped with or without basis weight cross profile control.
  • the first Drainage zone 1 extend the upper wire 3 and the lower wire 4 in the region 5 in a wedge shape to each other. This is also called a wedge zone.
  • the pulp web produced is guided here between the two endless screens. The web thickness is usually between 5 and 20 mm.
  • the fabric is only more on the lower wire and is to a warm-up, which consists either of a hot water application or a steam blower box 7 on the fibrous web or pulp web and an associated suction box under the underlying sieve out.
  • a shoe press roller 8 is provided by way of example here, over which a felt 9 runs. Due to the revolving felt, the squeezed-out water is absorbed into the felt and can therefore be better transported away from the fibrous web.
  • a dewatering roller 10 is provided as counter-roller in the lower wire 4. After that is one
  • Shoe press unit 11 which consists of a shoe roll 12 and a counter-roller 13. Again, an upper felt 14 and a lower felt 15 are provided, which is guided over the respective rollers. With systems of this type, dry contents of approximately 53% can be achieved today after the second press 11 and before the thermal dryer 18.
  • FIG. 2 shows a section of FIG. 1 with a pressing unit 11 and a subsequent thermal dryer 18.
  • the pressing unit 11 represents the last pressing zone.
  • an upper IR heating element 19 is arranged above the track 16 and a lower IR heating element 20 below the track 16.
  • the last press zone can have any form of press such as a roller press, a high-pressure press, a shoe press, a vacuumed press or a cycle press.
  • the web runs in the area of the IR heating elements as a free train, ie it is not supported here by felts or sieves. As a result, the energy can be introduced directly into the web.
  • These heating elements can be supplied with gas or electrical energy. With gas-operated heating elements, infrared temperatures of approx.
  • the wavelength is here between about 2.5 and 3.5 microns.
  • the infrared temperature is not limited by the combustion gas.
  • the IR absorbency is in water or Pulp with a wavelength of about 1 micron limited, which corresponds to a temperature of about 2600 0 C.
  • the optimum wavelength is between 1.2 ⁇ m and 2.1 ⁇ m, it being found that a wave length of about 1.35 ⁇ m is particularly favorable.
  • a homogeneous temperature distribution in the z-direction of the web 16 can only be achieved if the IR (infrared) heating takes place simultaneously from above 19 and below 20 of the pulp web 16.
  • the infrared penetration in the case of gas radiators is sufficient to achieve a uniform temperature of the web in the z-direction, whereas an infrared heater as an electro-emitter is effective for exact heat development in the corresponding layer with thicker fibrous webs.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the arrangement of the infrared (IR) heaters 19, 20, 11 prior to the last press zone, the web temperature without heating here is about 60 0 C.
  • the inventive arrangement from opposite infrared (IR) heaters 19, 20 The web temperature can be increased to 75 - 80 0 C. Maximum temperature increases of approx. 25 ° C. were measured. This increase in temperature results in an increase in the dry content after the last press zone by about 1 - 2% points and sometimes more depending on the type of pulp. This results in a possible increase in production of about 5 - 10%.
  • the increased web temperature leads to a further increase in production of approx. 3 - 5% with a constant dryer output. Alternatively, of course, the energy used in the thermal dryer can be reduced accordingly.
  • the energy is absorbed in the water which is still abundant there, and thus only a small increase in the dry content and the web temperature can be achieved.
  • the energy can be used as best as possible and, by using the heat of the cooling air, the energy consumption of the thermal dryer can be substantially reduced or the production can be substantially increased.
  • the invention is based essentially on the effect that the compressibility of the pulp web increases significantly at a higher temperature. This gained compressibility together with a lower viscosity of the water is used in the press for higher water reduction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, beispielsweise einer Zellstoff- oder Papierbahn, wobei mindestens eine Presszone 11 und mindestens eine Infrarot-Heizeinrichtung 19, 20 vorgesehen sind. Es sind erfindungsgemäß zwei Infrarot-Heizeinrichtungen 19, 20 auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn 16 und vor der letzten Presszone 11 angeordnet, so dass eine bessere Entwässerung und eine Produktionssteigerung der Anlage erzielt werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Entwässerung einer Faserstoffbahn
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, beispielsweise einer Zellstoff- oder Papierbahn, wobei mindestens eine Press- zone und mindestens eine Infrarot-Heizeinrichtung vorgesehen sind. Sie betrifft auch ein Verfahren zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, beispielsweise einer Zellstoff- oder Papierbahn, wobei die Bahn durch mindestens eine Presszone und an mindestens einer Infrarot-Heizeinrichtung vorbei geführt wird. Faserstoffbahnen werden üblicherweise durch einen Stoffauflauf und eine erste Entwässerungszone gebildet. Daran schließen sich dann ein oder mehrere
Pressen an, die die Bahn mechanisch entwässern. Für eine vollständige Trocknung ist jedoch noch ein thermischer Trockner erforderlich, der eine große Energiemenge benötigt. Es wurden daher immer wieder Versuche mit verschiedensten Heizeinrichtungen gemacht. So schlägt z.B. die AT 394 739 vor, dazu Dampfblaskästen und gegenüberliegende Saugkästen einzusetzen. Die
Idee, dass durch eine aufgeheizte Bahn die Viskosität des Wassers reduziert wird und daher das Wasser leichter ausgepresst werden kann ist ebenfalls bereits seit Langem bekannt. So wird z.B. in der EP 0 868 567 eine Anlage beschrieben, bei der gegenüber einer Saugwalze Heizeinrichtungen vorgesehen sind. Die Bahn ist jedoch nach einer oder mehreren mechanischen Pressen bereits so komprimiert, dass z.B. durch Dampf kein weiteres Wasser ausgetrieben werden kann, sondern im Gegenteil der Dampf in der Oberfläche der Faserstoffbahn kondensiert und somit die Bahn auch rückbefeuchtet. Ziel der Erfindung ist es daher eine Anlage und ein Verfahren zu schaffen, bei dem durch mechanische Entwässerung ein hoher Trockengehalt erreicht wird, um die zur Verfügung stehende Trocknungskapazität des nachfolgenden Trockners besser nützen zu können.
Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass zwei Infrarot-Heizeinrichtungen auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn und vor der letzten Presszone angeordnet sind. Durch zwei Infrarot-Heizeinrichtungen auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn kann eine gleichmäßige Aufwärmung der Faserstoffbahn erreicht werden, wobei die Anordnung vor der letzten Presszone eine weitere mechanische Entwässerung auch bei bereits sehr komprimierter Bahn ermöglicht. Besonders günstig hat sich erwiesen, wenn die Bahn nach der letzten Presszone in einen thermischen Trockner geführt wird. Dadurch kann nicht nur der höhere Trockengehalt sondern auch die Wärme der Bahn die Trocknungskapazität der gesamten Produktionslinie erhöhen. Vorteilhaft ist es, wenn die zwei Infrarot-Heizeinrichtungen in mehrere Zonen aufgeteilt sind, die mit getrennten Energieanspeisungen verbunden sind. Dadurch kann in einfacher Weise das Querprofil der Bahnfeuchtigkeit gesteuert werden. Als Gasstrahler ausgebildete Infrarot-Heizeinrichtungen können günstig für relativ dünne Faserstoffbahnen, z.B. in einer Papiermaschine eingesetzt werden, während wenn die Infrarot-Heizeinrichtungen als Elektrostrahler ausgebildet sind diese speziell für dickere Faserstoffbahnen, z.B. Zellstoffbahnen für Zellstoffproduktion eingesetzt werden können. So kann eine gleichmäßigere Aufwärmung der Bahnmasse erreicht werden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, beispielsweise Zellstoff- oder Papierbahn , wobei die Bahn durch mindestens eine
Presszone und an mindestens einer Infrarot-Heizeinrichtung vorbei geführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bahn durch zwei Infrarot-Heizeinrichtungen, die auf gegenüberliegenden Seiten und vor der letzten Presszone angeordnet sind, aufgewärmt und in der letzten Presszone entwässert wird. Die Aufwärmung findet hier an einer Position statt, bei der die Faserstoffbahn im freien Zug geführt wird.
Wird die Bahn nach der Entwässerung in der letzten Presszone einer thermischen Trocknung in einem Trockner unterworfen, so kann besonders günstig die Trocknungskapazität der gesamten Produktionslinie erhöht werden. Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei
Fig. 1 eine Zellstoffentwässerungsanlage mit Trockner nach dem Stand der Technik ,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit erfindungsgemäßen Heizeinrichtungen, Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung der Heizeinrichtungen dar- stellt.
Beim Beispiel einer Zellstoffentwässerungsanlage wird die Faserstoffsuspension einem ersten Entwässerungsteil 1 über einen Stoffauflauf 2 zwischen ein Obersieb und ein Untersieb zugeführt. Der Stoffauflauf 2 kann dabei wahlweise mit oder ohne Flächengewichtsquerprofilregelung ausgestattet sein. In der ersten Entwässerungszone 1 verlaufen das Obersieb 3 und das Untersieb 4 im Bereich 5 keilförmig zueinander. Man spricht hier auch von einer Keilzone. Die erzeugte Zellstoffbahn wird hier zwischen den beiden Endlossieben geführt. Die Bahndicke beträgt dabei üblicherweise zwischen 5 und 20 mm. Anschließend daran liegt die Stoffbahn nur mehr auf dem Untersieb und wird zu einer Aufwärmstrecke, die entweder aus einer Heißwasseraufgabe oder einem Dampfblaskasten 7 über der Faserstoffbahn bzw. Zellstoffbahn sowie einem zugehörigen Absaugkasten unter dem darunterliegenden Sieb besteht, geführt. Durch die Bahnaufwärmung wird die Viskosität des in der Faserstoffbahn enthaltenen Wassers herabgesetzt und somit die Entwässerung in der nachfolgenden Presse begünstigt. Am Ende des Untersiebes 4 ist hier beispielhaft eine Schuhpresswalze 8 vorgesehen, über die ein Filz 9 läuft. Durch den mitlaufenden Filz wird das ausgepresste Wasser in den Filz aufgenommen und kann dadurch besser von der Faserstoffbahn abtransportiert werden. Als Gegenwalze im Untersieb 4 ist eine Entwässerungswalze 10 vorgesehen. Anschließend daran ist eine
Schuhpresseinheit 11 vorgesehen, die aus einer Schuhwalze 12 und einer Gegenwalze 13 besteht. Auch hier sind ein Oberfilz 14 und ein Unterfilz 15 vorgesehen, der über die jeweiligen Walzen geführt ist. Bei derartigen Anlagen können heute nach der zweiten Presse 11 und vor dem thermischen Trockner 18 Trockengehalte von ca. 53% erreicht werden.
In Fig. 2 ist nun ein Ausschnitt aus Fig. 1 mit Presseinheit 11 und anschließendem thermischen Trockner 18 dargestellt. Die Presseinheit 11 stellt hier die letzte Presszone dar. Vor dieser Presszone ist ein oberes IR Heizelement 19 oberhalb der Bahn 16 und ein unteres IR Heizelement 20 unterhalb der Bahn 16 angeordnet. Die letzte Presszone kann jede Form einer Presse wie z.B. Walzenpresse, Hochdruckpresse, Schuhpresse, besaugte Presse oder Taktpresse aufweisen. Die Bahn verläuft im Bereich der IR Heizelemente als freier Zug, d.h. sie wird hier nicht von Filzen oder Sieben gestützt. Dadurch kann die Energie direkt in die Bahn eingebracht werden. Diese Heizelemente können mit Gas oder elektrischer Energie versorgt werden. Bei gasbetriebenen Heizelementen können Infrarot-Temperaturen von ca. 900 - 1100 0C erreicht werden. Die Wellenlänge liegt hier etwa zwischen 2,5 und 3,5 μm. Bei elektrisch betriebenen Heizelementen ist die Infrarot-Temperatur nicht durch das Verbrennungsgas limitiert. Jedoch ist die IR Absorptionsfähigkeit in Wasser oder Zellstoff mit einer Wellenlänge von ca. 1 μm limitiert, was einer Temperatur von ca. 2600 0C entspricht. Ein Optimum ergibt sich mit elektrischer IR Energie bei einer Temperatur im Bereich von etwa 2000 0C. Die optimale Wellenlänge beträgt zwischen 1 ,2 μm und 2,1 μm, wobei sich herausgestellt hat, dass eine Wellen- länge von ungefähr 1 ,35 μm besonders günstig ist. Eine homogene Temperaturverteilung in z-Richtung der Bahn 16 (Bahndicke) kann nur erreicht werden, wenn die IR (Infrarot-) Heizung gleichzeitig von oberhalb 19 und unterhalb 20 der Zellstoffbahn 16 erfolgt. Für dünne Faserstoffbahnen ist die Infrarot-Penetration bei Gasstrahlern ausreichend, um eine gleichmäßige Temperatur der Bahn in z-Richtung zu erreichen, dagegen ist eine Infrarot-Heizeinrichtung als Elektro- strahler für eine exakte Wärmeentwicklung in der entsprechenden Schicht bei dickeren Faserstoffbahnen zielführend.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung der Infrarot (IR) Heizeinrichtungen 19, 20 vor der letzten Presszone 11. Die Bahntemperatur ohne Aufheizung beträgt hier ca. 60 0C. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von gegenüberliegenden Infrarot (IR) Heizeinrichtungen 19, 20 kann die Bahntemperatur auf 75 - 80 0C erhöht werden. Es wurden maximale Temperaturerhöhungen von ca. 25 0C gemessen. Durch diese Temperaturerhöhung ergibt sich eine Steigerung des Trockengehaltes nach der letzten Presszone um ca. 1 - 2 %-Punkte und teilweise mehr je nach Art des Zellstoffes. Dadurch ergibt sich eine mögliche Produktionssteigerung um ca. 5 - 10 %. Die erhöhte Bahntemperatur führt zu einer weiteren Produktionssteigerung von ca. 3 - 5% bei gleichbleibender Trocknerleistung. Alternativ kann natürlich auch der Energieeinsatz im thermischen Trockner entsprechend reduziert werden. Da die Umsetzung der Energie bei der Infrarotheizung nicht vollständig erfolgt, sondern auch Energieverluste durch eine nötige Kühlung auftreten, kann angenommen werden, dass die erforderliche Kühlluft von Umgebungstemperatur auf ca. 120 - 140 0C aufgeheizt wird. Diese Luft kann nun zusätzlich dem thermischen Trockner zugeführt werden, wodurch weitere Energie für den Trockner eingespart werden kann.
Bei einem Einsatz von Infrarot (IR) Heizeinrichtungen vor früheren Presszonen als der letzten wird die Energie im dort noch reichlich vorhandenen Wasser absorbiert und kann somit nur eine geringe Steigerung des Trockengehaltes und der Bahntemperatur erreicht werden. Beim erfindungsgemäßen Einsatz vor der letzten Presszone kann die Energie bestmöglich eingesetzt und durch die Nutzung der Wärme der Kühlluft der Energieverbrauch des thermischen Trockners wesentlich gesenkt bzw. die Produktion wesentlich erhöht werden. Die Erfindung basiert im Wesentlichen auf dem Effekt, dass die Kompressibilität der Zellstoffbahn bei höherer Temperatur deutlich zunimmt. Diese gewonnene Kompressibilität zusammen mit einer niedrigeren Viskosität des Wassers wird in der Presse zur höheren Wasserreduktion genutzt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, beispielsweise einer ZeII- stoff- oder Papierbahn, wobei mindestens eine Presszone und mindestens eine Infrarot-Heizeinrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Infrarot-Heizeinrichtungen (19, 20) auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn (16) und vor der letzten Presszone (11) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Press- zonen entlang der Bahn (16) hintereinander angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (16) nach der letzten Presszone (11 ) in einen thermischen Trockner (18) geführt wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Infrarot-Heizeinrichtungen (19, 20) in mehrere Zonen aufgeteilt sind, die mit getrennten Energieanspeisungen verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Infrarot-Heizeinrichtungen (19, 20) mit der gleichen Energie- anspeisung verbunden sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarot-Heizeinrichtungen (19, 20) als Gasstrahler ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarot-Heizeinrichtungen (19, 20) als Elektrostrahler ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abluftleitung für Kühlluft der Infrarot- Heizeinrichtungen (19, 20) vorgesehen ist, die mit der Zuluftleitung für den nachfolgenden thermischen Trockner (18) verbunden ist.
9. Verfahren zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, beispielsweise einer Zellstoff- oder Papierbahn, wobei die Bahn durch mindestens eine Presszone und an mindestens einer Infrarot-Heizeinrichtung vorbei geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn durch zwei Infrarot-Heizeinrichtungen, die auf gegenüberliegenden Seiten und vor der letzten Presszone angeordnet sind, aufgewärmt und in der letzten Presszone entwässert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn mehrere Presszonen zur mechanischen Entwässerung durchläuft.
11.Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn nach der Entwässerung in der letzten Presszone einer thermischen Trocknung in einem Trockner unterworfen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass den Infrarot-Heizeinrichtungen unterschiedliche Energien, insbesondere Energiemengen, zugeführt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass den Infrarot-Heizeinrichtungen dieselbe Energie bzw. Energiemenge zugeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Infrarot - Heizeinrichtungen erwärmte Kühlluft der Trocknungsluft des nachfolgenden thermischen Trockners zugeführt wird.
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