С легким паром

Существующие логические схемы и основные преимущества пара как способа передачи энергии, которую используют на гофроагрегатах

Много тайн кроется в пароконденсатной системе, причем все они созданы инженерами, работающими с этими системами и знающими себе цену.

Основы

Пар, бесспорно, является самым лучшим средством для нагрева гофроагрегатов. Ни один другой способ не дает таких преимуществ: • пар является носителем энергии большой плотности, поэтому для его транспортировки нужны трубопроводы небольшого диаметра;

при использовании сухого насыщенного пара теплоотдача происходит при постоянной температуре; • пар эффективно передает тепловую энергию;

автоматически поток пара направляют быстрее в то место, где в нем есть самая большая необходимость;

более того, пар не вреден для окружающей среды, не ядовит и не горюч.

Что такое «сухой насыщенный пар» и почему его используют на гофроагрегатах?

Зависимость температуры давления насыщенного пара приведена в таблице по пару.

Один бар - атмосферное давление на уровне моря (14 фунтов на кв. дюйм). Так, при абсолютном давлении пара 16 бар на манометре появится значение 15 бар (разница между абсолютным давлением и атмосферным давлением) и температура пара достигнет 201 °С.

При производстве двухслойного гофрированного картона наблюдаем следующее распределение энергии: 70% - для нагрева влажной бумаги и выпаривания влаги; 20% - для желеобразования и сушки крахмального клея; 10% - потери при конвекции и инфракрасном излучении.

При нагреве воды при атмосферном давлении вводимая энергия повышает температуру до 100 °С

▼ Таблица пара
	Т(°С)	v'	v"	h'	г	h"
0.5	81	0.00103	3.240	340	2305	2645
1.0	100	0.00104	1.673	419	2257	2676
5.0	152	0.00109	0.3747	640	2107	2748
10.0	180	0.00113	0.1943	763	2014	2776
16.0	201	0.00115	0.1237	859	1933	2792

v = удельный объем (м³/кг) h = содержание тепла (кДж/кг)

г = удельная теплота парообразования скрытая энергия (кДж/кг) «- пар ' - вода

Крахмальний (⁹ Ф/"² объем нанесения крахмального клея, ^у клея клей 28% содержание абсолютного сухого вещества, -20%

20% Н₂0 остаточное содержание влаги в пленке клея)

Нагретая масса бумаги Н20

от 25°С до 100°С -50%

-20% Н_г0 пара выходит из бумаги 10% конвекция + излучение

Бумага+Н₂0            Н₂0 Щ\

бумага             Пар

VL Итого эффективность нагрева: ^Щг 3800 кг пара/час = 2400 кВт/час

Р = абсолютное давление

Используемая бумага Крафт лайнер 200 гр/м² влажность 8% Мак. флют. 125 гр/м² влажность 7% Крафт лайнер 200 гр/м^г влажность 8%

▲ Диаграмма санкей для процесса выработки энергии на гофроагрегате

(212 °F), до температуры кипения. В этой точке тепловая энергия составляет 419 килоджоулей на килограмм. При дальнейшем нагревании вода превращается в пар. Если пар подают в сосуд, в котором температура достигает 100 °С при атмосферном давлении (1 бар), то это сухой насыщенный пар. Он несет тепловую энергию воды энергоемкостью 419 кДж/кг плюс тепловую энергию при парообразовании (скрытая теплота на парообразование), всего 2257 кДж/ кг. Если он вступит в контакт с холодным предметом или тепло каким-то образом уйдет с поверхности сосуда, то насыщенный пар немедленно начнет отдавать максимально необходимое количество скрытой тепловой энергии, чтобы довести температуру окружающей среды до 100 °С. В процессе, обратном парообразованию, пар превращается в воду - он конденсирует. Пока пар обновляется, температура остается на уровне 100 °С .

Если вода закипает при давлении выше 1 бара, то точка кипения поднимается и, таким образом, выходит скрытая тепловая энергия пара. Если пар продолжают нагревать при отсутствии воды, он становится перегретым, но не конденсирует (отдавая большое количество своей скрытой тепловой энергии) до тех пор, пока его температура не опустится до точки кипения при данном давлении и он снова не превратится в насыщенный пар. Перегретый пар - не то, что нам нужно. Нам нужен насыщенный пар. Насыщенный пар нужно поддерживать в сухом состоянии, периодически удаляя из него конденсационную воду. Это очень важно.

Сгущаемые газы

В любой воде содержатся воздух и другие газы, растворенные в ней. При кипении вода превращается в пар. Газы не создают проблем, пока вы не собираетесь передать тепло через стенки вращающегося сосуда или через верхнюю поверхность стационарного сосуда. Между паром и нагреваемой поверхностью газы создают изолирующую пленку. Пленка воздуха толщиной в тысячную часть дюйма (40 микрон) имеет такую же проводимость, как и 9" (230 мм) медь. Поэтому наша иароконденсатная система оснащена устройствами для удаления сгущающихся газов в тех местах, где они собираются. Газы попадают в систему не только через воду, но и при останове системы на выходные дни.

Система подачи пара на гофроагрегат

Устройство

Обычно система подачи пара состоит из следующих компонентов (см. рис. ниже):

Подпиточную воду добавляют в бак для подпиточной воды после соответствующей обработки. Она нужна для того, чтобы восстановить потери пара, особенно распыляемого, и обеспечить его возврат в котел. Бак для подпиточной воды должен иметь температуру приблизительно 103 °С; она соответствует давлению, превышающему атмосферное на 0,2 бара. В котле воду продолжают нагревать до образования пара.

Расходный резервуар воды Бойлер

Насос

А Система подачи пара

Производительность бойлера:       6 тн/ч, лучше 8 тн/ч. Область преобразования энергии: от 15% до 100%

Расчетное давление:                    18 бар

Макс, рабочее давление:              16 бар

Изменение давления:                   <+/- 0,5 бар

Очистка воды:                              4 м³/час

Дегазирование:                            термически при 103°С

▲ Парообразование

/

▲ Традиционная камера

насыщенный пар 13 бар Т=195 °С пар7конденсат блокирующий слой

\

.Т

187 °С

Просверденные по окружности отверстия

Котел

Котел должен полностью соответствовать объему загрузки сверхмощного гофроагрегата и следующим конструкционным параметрам:

Конструкция котла никоим образом не влияет на производство гофрированного картона, просто в котле нужно поддерживать постоянное давление в пределах 15-16 бар.

Трубопроводы

Пар на гофроагрегат подают по хорошо изолированным трубопроводам. От главного трубопровода, который проходит вдоль мокрой части гофроагрегата, через подводящие трубы пар подают на отдельные части машины, такие как гофропресс, подогреватель и система подогрева пресса для производства трехслойного гофрированного картона.

При проектировании трубопроводов нужно учесть следующее:

•     трубопроводы проектируют под определенным углом для удаления конденсата;

•    дренаж на конце трубопровода и деаэрация;

•    дренаж на нижних точках;

•    не рекомендуют использовать концентрические переходники при переходе на меньший диаметр трубопровода, так как они создают водяные заторы (конденсат проходит по ступенькам);

всегда прокладывайте путь пара с верхней части трубопровода.

Теплопередача и превращение тепла

Пар подают на вращающийся цилиндр по закрепленному трубопроводу через паровые головки, которые представляют собой герметическую вращающуюся систему, установленную на осях цилиндра.

Внутри цилиндра пар отдает свое тепло на стенки цилиндра, при этом образуется конденсат. В процессе формирования пленки конденсата и более толстой стенки на валах с традиционной системой нагрева падает поверхностная температура. На валах с просверленными по окружности отверстиями не образуется пленка конденсата благодаря более высокой скорости потока пара, которая значительно повышает поверхностную температуру.

Небольшими преимуществами обладают нагревательные плиты с просверленными в них отверстиями:

повышение температуры нагрева поверхности бумаги до 15 °С и больше;

•     быстрый нагрев и скоростная система регулировки температурных режимов для разных технологических условий;

•    ровная температура по всей рабочей ширине.

Конденсационные горшки

Поплавок А Поплавковое устройство

Фильтр

Гнездо клапана

При подаче пара на отдельные секции он конденсирует, и конденсат направляют в конденсационные горшки. Конденсационные горшки предназначены

Выхлопное отверстие для неконденсирующи) газов

▲ Конденсационный горшок для обезвоживания группы

▲ Отдельные конденсационные горшки для каждой сессии

для удаления конденсата и воздуха из нагреваемых сосудов.

Особенно важно удалить воздух с гофроагрегата. При разогреве гофроагрегата пар выталкивает перед собой воздух. Так как воздух не конденсирует, он собирается перед конденсационными горшками. Воздух - плохой проводник, он создает изоляционный эффект, который может привести к перепадам температур в процессе работы, что создает проблемы.

Принцип работы конденсационных горшков:

•    давление в горшках выше давления в трубопроводах для конденсата. Конденсат, поступающий в горшок, поднимает поплавок. Клапан открывается, и конденсат выходит наружу. После того как уровень воды понизится, поплавок опускается, а клапан снова закрывается. Если в конденсаторном горшке есть воздух, то температура падает и выхлопное отверстие открывается;

•             чтобы обезводить зону, в которой содержится пар, и подать конденсат в трубопровод для конденсата, используют относительное давление;

при обезвоживании группы один конденсационный горшок обслуживает несколько нагретых сосудов. С одной стороны, имеем преимущество в том, что для одной группы нагретых сосудов используют только один конденсационный горшок, что снижает затраты; а с другой - имеем следующие недостатки:

•    меньше конденсата в сосуде, из которого расходовали меньше тепла. Т. е. пар может попасть в конденсационный горшок и закрыть его, при этом другая емкость не будет обезвожена.

В результате имеем:

•    медленный нагрев; перепады температур;

•    неравномерный нагрев;

•    низкую рабочую скорость.

Лучше использовать индивидуальные системы сбора конденсата для каждой отдельной секции, потребляющей пар.

Конденсатная система

После того как конденсат собрали в горшки, можно использовать два разных способа его возврата в котел:

•    простой, открытая система;

•    закрытая система высокого давления. Параллельно существуют другие системы.

Открытая система

Из бака для подпиточной воды готовую (очищенную) воду подают на паровой котел. Здесь вырабатывают пар, который конденсирует в нагретых сосудах, и поток конденсата направляют в конденсатную систему через конденсационные горшки.

При открытой системе горячий конденсат (температура до 180 °С, давление 9 бар) направляют в котельную, в бак для подпиточной воды. Бак открыт, а это значит, что горячий конденсат испаряется, как пар, и большое количество энергии выбрасывается в атмосферу.

Преимущество системы в том, что в баке создается низкое давление, которое повышает безопасность работы.

Затраты на энергию, а также на химикаты и воду, которые уходят в трубу, составляют около 28 тыс. евро/год.

Расходный резервуар _чводы

Нагреваемые сосуды

Простая открытая система

Бойлер

Расходный резервуар

А Закрытая система

А Паро-конденсатная система на «Моно Фейсере»

с просверленными по окружности отверстиями

Закрытая система

Отличается от открытой системы тем, что конденсат под высоким давлением собирают в отдельном баке и под давлением откачивают насосом обратно в котел. Распыляемый пар также подают из этого бака.

Большое преимущество системы в том, что практически нет потерь энергии, воды или химикатов, хотя капитальные затраты довольно высоки.

Нагретые сосуды на гофроагрегате

Гофропресс

Для примера возьмем гофропресс «БХС Моно Фейсер». На машине используют традиционную камеру для

А Паро-конденсатная система на «Моно Фейсере» с традиционной системой нагрева гофровалов

нагрева гофровалов, острый пар подают прямо на каждый вал. Конденсат направляют через сифонные трубки в конденсационные горшки, которые связаны с системой возврата конденсата под высоким давлением.

На гофропрессе используют систему гофровалов с отверстиями по окружности. Комплект гофровалов напрямую связан с системой управления острым паром. Пар сначала подают на верхние гофровалы, а затем каскадом - на нижние. С нижнего гофровала пар подают в отстойный резервуар перед подачей на конденсационные горшки. Острый пар подают на каждый нагретый цилиндр на гофропрессе.

Чтобы рационально удалить конденсат из гофровалов, используют относительное давление 2,5-3 бара, при котором достигают гарантированно хорошего уровня потока на всех участках. Другие цилиндры такие же, как и в традиционной системе: используют сифонные трубки для сбора конденсата в конденсационные горшки под высоким давлением. Дополнительные расходы на периферийный нагрев здесь не оправданы, так как уровень точности меньше, чем на гофровалах.

Система нагрева на прессе для изготовления трехслойного гофрированного картона

Каскадная система

При каскадной системе отработанный пар с первой секции нагревательных пластин обезвоживают pi направляют на вторую секцию и т. д. Клапаны, регулирующие давление, связаны последовательно.

Самое высокое давление - на первой секции. На второй и третьей секциях поддерживают соответственно более низкие уровни давления, чтобы обеспечить хороший уровень потока.

▲ Новая система нагрева пара

А Каскадная система в секции нагрева

Паровая система, контролируемая секционно

В зависимости от:

▲ Каскадная система на прессе для изготовления трехслойного гофрированного картона

типичные настроики

Для лучшего использования энергии отработанный пар из кондесационных горшков с первой секции используют для подогрева второй. Этот пар пропускают через вентиль с электроприводом М2. Ту же схему используют на участке между 2-й и 3-й секциями. Самый низкий уровень давления, который можно задать в третьей секции, зависит от нисходящего потока конденсатной системы.

Таким образом, температуру понижают в направлении движения бумаги по машине, что подходит для большинства марок картона. Однако возникают проблемы с новыми типами микрогофры (F, G, N и О). Проблемы в том, что:

•     плотная бумага и небольшой объем воздуха в картоне задерживают пар, и при формировании образуются пузырьки;

•    очень низкие температуры крахмального клея.

В этом случае лучше начать с низкой температуры и добиться хорошего сцепления, а затем постепенно повышать температуру сушки картона. В будущем нужно модернизировать каскадную систему и использовать в ней параллельную схем}' вместо последовательной.

Параллельное подключение

Все три секции напрямую подключены к линии острого пара. Используя эту систему, можно работать с пониженным или с повышенным давлением. Вторичный пар с отдельных секций используют при каскадной системе. Однако нужно больше линий возврата конденсата, причем их используют только на секциях с низким давлением пара.

Самый низкий уровень давления, который можно снова задать, зависит от нисходящего потока конденсатной системы.

По материалам энциклопедии «Гофроиндустрия. В поисках совершенства»