DE3336998T1

DE3336998T1 - Verfahren zur verstaerkung der ventilation in einem gehaeuse einer papiermaschine

Info

Publication number: DE3336998T1
Application number: DE833336998T
Authority: DE
Inventors: Pekka 20740 Turku Eskelinen
Original assignee: Valmet Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1983-03-16
Publication date: 1984-01-12
Anticipated expiration: 2003-03-17
Also published as: SE458039B; DE3336998C2; FI63980B; FI63980C; SE8306204D0; US4536970A; SE8306204L; WO1983003269A1

Description

» ■ Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verstär-• kung der Ventilation in Trockenpartien mit geschlossenem Gehäuse einer Papiermaschine, bei dem Luft in geeignetem Zustand auf fur Niederschlag von Kondensat anfällige Oberflächen geblasen wird.

Bei modernen Papiermaschinen wird der Primärwärmeverbrauch fast gänzlich von der Trockenpartie beansprucht. Der spezifische Primärwärmeverbrauch beim Trockungsprozeß pro Einheit verdampften Wassers ist vom Feuchtigkeitsgehalt der Abluft abhängig.

Die ganze Zeit ist das Bestreben darauf gerichtet worden, den Feuchtigkej tsgehalt der Abluft aus einem Papiermaschinengehäuse zu erhöhen. Im Falle der offenen Gehäuse betrug der Feuchtigkeitsgehalt der Abluft 50-80 g pro kg trockener Luft. Mit geschlossenem Gehäuse wurde in den sechziger Jahren ein Wert von 100 g pro kg trockener Luft erreicht, und dieser Wert wurde in den siebziger Jahren auf einen Wert von 120 g pro kg trockener Luft gesteigert. In den

V ■ ' ■

letzten Jahren wurde als Bemessungsgröße für die Abluft 130-140 g pro kg trockener Luft verwendet.

Das Hindernis,um den Feuchtigkeitsgehalt über 150 g pro kg trockener Luft anzuheben_fist der Niederschlag des sogenannten Kondensats oder die Kondensation von Wasserdampf an der Gehäusestruktur. Diese Erscheinung tritt auf, wenn die Oberflächentemperatur der Struktur niedriger ist als der Taupunkt der Luft im jeweiligen Zustande. Die Kondensation ist eine sehr nachteilige Erscheinung im Gehäuse unter _%anderem auf Grund beschleunigter Korrosion der Gehäusestruktur und der auf die Papierbahn fallenden Wassertropfen.

Verschiedene Maßnahmen sind erprobt worden,um das Vorkommen von Kondensation im Gehäuse bei hoher Abluftfeuchtigkeit zu verhindern. An erster Stelle ist hierbei eine bessere Wärmedämmung des Gehäuses zu nennen. Während in den sechziger Jahren die Wärmedämmung noch eine Dicke von ungefähr 50 mm hatte, wird heute im allgemeinen eine Dicke von ungefähr 100 mm verwendet. Eine andere angewendete Maßnahme, um Kondensation zu verhindern, ist das Blasen von heißer und trockener Luft an die Stellen des Gehäuses, an denen Kondensation auftritt. Dieses Verfahren ist in einer Schrift der Firma Svenska Fläktfabriken Ab mit dem Titel "Moderne Papiermaschinengehäuse und Raumventilations-Systerne" offenbart worden, die beim Geräuschdämmungssymposium in Halmstad im Juli 1981 durch Nordiskafilt AB vorgetragen wurde.

Wenn jedoch erwünscht ist, den Feuchtigkeitsgehalt der Abluft des Gehäuses beträchtlich über den gegenwärtigen Stand zu steigern, zum Beispiel bis zu 200 g pro kg trockener Luft, kann Kondensation nicht mehr durch zuneh-

mende Dicke der Gehäusewandisolierung vermieden werden.

Jr

- ti- -Dies ist auf häufig hohe, lokale Luftfeuchtigkeiten oder auf lokale niedere Oberflächentemperaturen zurückzuführen, die an sogenannten Wärmebrücken und undichten Stellen auftreten. Die Türen und Fenster des Gehäuses sind in dieser Hinsicht besonders betroffen. Die Beseitigung von Wärmebrücken und Verluststellen würde eine solch teure Lösung erfordern, daß dies in der Praxis nicht ausgeführt werden kann.

Das Einblasen von trockener und heißer Luft an Stellen, die für Kondensation empfindlich sind, schlägt auch fehl, um die Probleme, die mit der Kondensation entstehen, zu. lösen, weil es einfach nicht genug Luft für. diesen Zweck gibt, da alle Luft verbraucht

werden muß, um die Verdampfung zu steigern. Dies ist besonders dann der Fall, wenn eine hohe Austrittsluftfeuchtigkeit benutzt wird, weil mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt der Luft innerhalb des Gehäuses die Verdampfung mit abnehmendem Feuchtigkeitsgradient zwischen der umgebenden Luft und der gesättigten Grenzschicht auf der Verdampfungsoberfläche, zum Beispiel dem Papierstreifen, ererschwert ist. Darüberhinaus führt die verminderte Abluftmenge zu einer verringerten Austauschluftmenge, da die Austauschluft nur 65-80 % der Abluft beträgt.

;

In der U.S.-Patentschrift 4 268 974 ist ein Papiermaschinengehäuse offenbart, bei dem die Rahmenstruktur des Gehäuses auch als ein System mit Luftkanälen dient. Die Wärmerückgewinnung erfolgt auch innerhalb des Gehäuses. Obwohl in dem Gehäuse gemäß US-PS 4 268 974. die Temperatur so hoch gewählt werden kann, daß keine Kondensation auftritt, bleibt die Kondensation von Wasserdampf zum Beispiel an Fenstern und Türen noch ungelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch welche Kondensation sogar dann verhindert werden kann,

wenn die Feuchtigkeit der Abluft des Gehäuses in Größenordnungen bis zu 200 g pro kg trockener Luft liegt. Ferner soll, das Feuchtigkeitsprofil der Papierbahn ausgeglichen werden, indem übermäßiges Trocknen an einem oder beiden Rändern der Papierbahn verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäß .durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Wie bekannt ist, sind in den unteren Teilen des Papiermaschinengehäuses Türen, Fenster und andere gleichbedeutende Abdeckungen vorhanden, die regelmäßig geöffnet werden müssen und die Dichtungsprobleme hervorrufen, wobei Wärmebrücken nicht immer vermieden werden können. Diese Probleme werden auf einfache Art durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden.

Die Luftströme können auch dazu benutzt werden, um aus ihren naheliegenden Seitenräumen des Gehäuses heiße und feuchte Luft auszublasen, wodurch ermöglicht ist, den Feuchtigkeitsgehalt und das Temperaturniveau im Bereich der Laufgänge des Gehäuses zu steigern. Durch eine solche Steigerung ist es möglich, das übermäßige Trocknen der Papierbahnränder und die Wärmeverluste an den Enden der Trocknungszylinder zu verringern. Dies trägt zu einer besseren Wärmeausnutzung in der Trockenpartie bei.

Eine mögliche erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens besteht darin, das einseitige Feuchtigkeitsprofil der Papierbahn auszugleichen, indem man auf der Seite der Trocknungszylinder mehr Luft durch die Luftkanäle bläst, auf der die Papierbahn einen höheren Feuchtigkeitsgehalt hat. An dem fraglichen Rand wird durch das Blasen der Luft ein leichter Überdruck erzeugt, der eine axial quer zur Maschine streichende Luftströmung verursacht.

Mit diesem Verfahren wird der Papierrand auf der Seite des Blaseffekts schneller trocken als der gegenüberliegende Rand, weil die Luft während der Strömung quer zur Maschine in die Kammern ständig befeuchtet wird, und die ungleiche Trocknung ausgeglichen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand schematischer Zeichnungen ausführlich erklärt.

Es zeigen:
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Fig. 1 den spezifischen Wärmeverbrauch von in der. Praxis gebauten Papiermaschinen, aufgetragen über dem Feuchtigkeitsgehalt der Abluft,

Fig. 2A und 2B einen schematischen Querschnitt der verschalten Gehäusewand und die Wärmeübergangskoeffizienten der freien und erzwungenen Konvektion,

Fig. 3A und 3B Längsschnitte des Gehäuses der Trockenpartie einer Papiermaschine, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, wobei Fig. 3A das Gehäuse gesehen in Richtung A und Fig. 3B das Gehäuse gesehen in Richtung B gemäß Fig. 3 zeigt, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Gehäuse einer Trocken partie einer Papiermaschine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird.
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In Fig. 1 sind die Ergebnisse von Messungen dargestellt, die in sechs verschiedenen bestehenden Papiermaschinen durchgeführt wurden. Es ist zu sehen, daß der spezifische Wärmeenergieverbrauch mit zunehmender Feuchtigkeit der Abluft abnimmt. Dies rührt daher, daß die zur

Ventilation in der Trockenpartie benötigte Luftmenge mit

zunehmender Abluftfeuchtigkeit abnimmt. Dies impliziert • verringerte Gebläseleistung und weniger Dampf, der zum Heizen der eintretenden Luft benötigt wird. Außerdem arbeitet die Wärmerückgewinnung mit höherer Effektivität, wenn der Bettrag der sogenannten Feuchtigkeitswärmeübertragung zunimmt. ·

In den Figuren 3A, 3B und 4 ist schematisch ein Gehäuse 1 einer Trockenpartie einer'Papiermaschine gezeigt. Es umfaßt vertikale Seitenwände 7A, 7B, ein Dach 23 und eine Decke 24, wobei letztere zwischen sich einen Deckenzwischenraum 15 festlegen. Femer ist ein Bodenniveau 2 der Papiermaschinenhalle dargestellt. Über diesem Niveau werden Trocknungszylinder der Papiermaschine durch Lagerbolzen 5A, 5B in Seitenrahrnen 6A, 6B gehalten. Fig. 4 zeigt von diesen einen Zylinder in der oberen Reihe und einen Zylinder 4 in der unteren Reihe. Der untere Teil der Seitenwände 7A, 7B ist mit Türen 12A und 12B des Gehäuses 1 versehen, an deren Innenseite Laufgänge 22A und 22B des Gehäuses eingerichtet sind. Wie Fig. 4 zeigt,

hat die unter der Wand 7B angeordnete Türe 12B ein Fenster 17. Die Türe 12B ist aus einem verschalten Aufbau 16 zusammengesetzt ,der später noch beschrieben wird.

Kondensation, d.h. Niederschlag von Wasserdampf kommt im Gehäuse 1 vor, wenn die Struktur innerhalb des Gehäuses eine Oberflächentemperatur hat,die niedriger ist als der Taupunkt der Innenluft des Gehäuses . Die Oberflächentemperatur der Innenwände 12, 16, 17 des Gehäuses kann mit folgender Formel berechnet werden.

(D

T_n, „. =T, - - (T. - T_rt)

Oberfl. ι _rj_ . ι <*>'

,-ro"'

wobei

ist.

T. dieLufttemperatur innerhalb des Gehäuses 1,

T_a j Le Lu fttemperatur außerhalb des Gehäuses 1 (in der Maschinenhalle)

t/. ■ cterWärmeübergangskoeff izient von Luft zur Wand innerhalb des Gehäuses 1 , und

k der-Wärmedurchgangskoef f izient

Die Wärmedurchgangszahl einer ebenen Fläche kann durch die folg'ende Formel berechnet werden:

wobei '

Oi. derwärmeübergangskoeffizient von Luft zur Wand,

Oi derwärmeübergangskoeffizient von Wand zur Luft,

3. .

s . dieoicke des Materials j_/

^.die Wärmeleitfähigkeit des Materials j ist.

Wenn die Bewegung der innerhalb des Gehäuses an den Wänden und Oberflächen anliegenden Luft verstärkt wird,

_Qn nimmt der Wärmeübergangskoeffizient OC. von Luft zur Wand zu. Die Wännedurohgangszahl k nimmt ebenfalls zu (FormelXl) ,

wenngleich nicht im selben Ausmaß, da alle anderen Faktoren, die einen Einfluß nach Formel dl) ausüben unverändert bleiben. Daraus folgt, daß die Oberflächentempe-

gc ratur der Gehäuseinnenwand zunimmt, da der Term k/^, .. (T.-T ). in der Formel (I) für die Oberflächentemperatur abnimmt.

In Fig. 2Α ist ein schematischer Querschnitt einer Wärmeisolierung 16 des Gehäuses 1 und ähnlich in Fig. 2B derjenige eines Fensters 17 des Gehäuses gezeigt. Die Wärmeisolierungswand 16 hat an beiden Seiten ein ungefähr 1 mm dickes Aluminiumblech und innen als Wärmeisolierung 100 mm Mineralwolle. Der verschalte Aufbau nach Fig. 2A

hat einen Wärmewiderstand von 0.833;m ..⁰C pro Watt, Wärmebrücken mit eingeschlossen.

Der Fensteraufbau in Fig. 2B hat zwei 3 mm Isolierungsplatten 2 0 und einen 15 mm Luftspalt 21. Dieser Aufbau 20,21 Hat einen Wärmedurchgangswiderstand von 0.182 m C pro Watt.

In der folgenden Tabelle A ist beispielhaft die Oberflächentemperätur der Gehäuseisolierung 16 aus Fig. 2A und in Tabelle B die des Fensters 17 aus Fig. 2B berechnet , jeweils für freie und erzwungene Konvention. Freie Konvektion ist gleichbedeutend mit der Situation in einem Gehäuse.das mit dem Stand der Technik übereinstimmt, während erzwungene Konvention der Situation in einem Gehäuse entspricht, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet ist.

Tabelle A

Wand (Fig. 2A)	⁰C	Freie Konvektion	Erzwungene Konvektion
T. 1	⁰C W/m C	75	78
T a <*J	2 ° W/m C 2 ° W/m C	22 6,0	22 ■ 9,5
a k	⁰C	5,5 0,85	5,5 0,89
T ' Oberfläche	6 7,5	72,8

Tabelle B

Fenster (Fig. 2B)	⁰C	Freie Konvektion	Erzwungene Konvektion
T.	⁰C	65	70
T a	W/m^{2 0}C	22	22
1	W/m^{2 0}C	6,0	9,5
«ς'	W/m^{2 0}C	5,5	5,5.
k	⁰C	1,89	2,13
^Oberfläche	51,5	59,2

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die oben beschriebene Zunahme der Oberflächentemperatur genutzt, die durch die Luftbewegung hervorgerufen wird.' Innen im Gehäuse 1 , nahe an dessen Seitenwänden 7A und 7B ,sind Luftkanäle 11 längs des Gehäuses 1 mindestens in der Höhe des oberen Rands der Türen 12A, 12B, vorzugswiese jedoch etwas höher, angeordnet. An einem unteren Rand der Kanäle 11A, 11B sind Düsen 8A, 8B angeordnet, von denen Luftströme F-, F nach unten oder schräg nach unten ausströmen. Die Luft in der Umgebung der Seitenwände 7A, 7B des Gehäuses 1 bewegt sich

durch den Ausstoßeffekt der Ströme F

und folglich

nimmt die Oberflächentemperatur der Innenwände des Gehäuses 1 zu, wodurch die Gefahr der Kondensation auf der Grundlage der oben beschriebenen physikalischen Gesetzmäßigkeit vermindert ist.

Die Luft, die durch die Düsen 8A, 8B in Form von Strömen F₁, F- ausgeblasen wird, ist entweder Luft aus dem Inneren des Gehäuses 1, die ein Gebläse 14 von dem Deckenzwischen-

raum 15 ansaugt oder teilweise Luft aus dem Gehäuse 1 und teilweise trockene Austauschluft.

Wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, erstrecken sich die Luftkanäle 11A und 11B im wesentlichen über die ganze Länge des Gehäuses 1 ; im Bereich ihrer beiden Enden sind vertikale Kanäle (9Ä, 913) vorgesehen. Die Kanäle 9A, 9B sind mit Gebläsen 14A, 14B verbunden denen Ansaugluft mit Saugrohren 1OA, 10B aus dem Deckenzwischen raum 15 zugeführt wird. Diese Kanäle 11A, 11B erstrecken sich im wesentlichen horizontal über den Türen 12A, 12B über die ganze Länge des Gehäuses 1. Die Kanäle 11A und 1 1B sind gemäß Fig. 3k und 3B in geeignet kleinen Abständen mit den Luftdüsen 8A, 8B versehen, so daß sich die Wirkung der Erfindung einheitlich über die ganze Lan-, ge des Gehäuses 1 erstreckt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es auch möglich das Feuchtigkeitsprofil des Papiers zu verbessern. Bei einem typischen quer zur Papierbahn verlaufenden Feuchtigkeitsprofil sind die Papierbahnenränder trockener als die Mitte. Man begründet dies zumindest zum Teil mit der ziemlich trockenen Luft, die von den Seiten der Maschine in die Kammern strömt, die von der Papierbahn, den Oberflächen der Zylinder 3, 4 und dem Trocknungslangsieb (nicht dargestellt ■) gebildet werden. In den Gängen 22A, 22B innerhalb des Gehäuses 1 beträgt der Feuchtigkeitsgehalt der Luft nur 50-100 g pro kg trockener

Luft, während in den Hohlräumen die Luftfeuchtigkeit 150-500 g pro kg trockener Luft beträgt. Beim erfindungsgemäßen Blasvorgang wird heiße und feuchte Luft vorn oberen Teil des Gehäuses 1 her auf die Höhe der Gänge 22A und 22B geblasen (Pfeile E₁ und E„ in Fig. 4), wodurch der Feuchtigkeitsgehalt und das Temperaturniveau in den Gän-

gen 22A, 22B zunimmt. Das Ergebnis ist geringere Übertrocknung der Papierbahnränder. Die Wärmeverluste an den Enden der Zylinder 3, 4 werden auch geringer, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Maschine teilweise verbessert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Korrektur eines Feuchtigkeitsprofils, bei dem der eine Rand der Papierbahn trockener als der andere ist, indem mehr Luft auf eine Seite der Maschine geblasen wird, wodurch die Luft quer zur Maschine strömt. Die Folge davon ist, daß

ein Rand der Papierbahn schneller trocknet als der andere und das ungleich verlaufende Feuchtigkeitsprofil korrigiert wird.

Obwohl die Erfindung anhand eines spezifischen Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist offensichtlich, daß im Rahmen der Ansprüche verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können.

Claims

Patentansprüche

1 λ Verfahren zur Verstärkung der Ventilation in TrokkenpäTtien mit geschlossenem Gehäuse (1) von Papiermaschinen, wobei Luft in geeignetem

Zustand auf solche Oberflächen geblasen wird, die für Niederschlag von Kondensat anfällig sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch neben beiden Seitenwänden (7A, 7B) des Gehäuses (1) angebrachte Luftkanäle (11A, 11B) Luftströme (Fw Fp) _fiin wesentlichen schräg nach unten, zumindestens teilweise in Richtung auf innere Oberflächen von Türen, Luken und/oder Fensterstrukturen (12A, 12B, 16, 1.7) in Verbindung mit dem unteren Teil der Seitenwände (7A, 7B) des Gehäuses (1) geblasen werden,wobei die geblasene

Luft aus der Luft innerhalb des Gehäuses (1) oder als Luftmischung aus Luft aus dem Gehäuse (1)und aus trockener Austauschluft besteht, die in die Luftkanäle (ΙΙΑ,ΙΙΒ) geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Luftkanäle (11A, 11B) im wesentlichen horizontale Luftkanäle verwendet werden, die sich im wesentlichen über die ganze Länge des Gehäuses (1) erstrecken und an denen Luftdüsen (8A, 8B) angeordnet sind, deren Blasrichtung schräg auf die innere Oberfläche der Türen (12A, 12B) oder gleichbedeutender Gehäuseteile (1) nahe oder un-

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ter ihnen,gerichtet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit der Luft der Luftströme (F₁, F₉) aus zu diesen benachbarten Seitenräumen des Gehauses (1) heiße und feuchte Luft ausgestoßen wird, und daß dadurch die Luftfeuchtigkeit und das Temperaturniveau im Bereich von Gängen (22A, 22B) im Gehäuse (1) erhöht v.'ird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die letztgenannte Erhöhung der Luftfeuchtigkeit und dös Temperaturniveaus das übetrocknen der Papierbahnränder vermindert wird,und das querverlaufende Feuchtigkeitsprofil der Papierbahnen ausgeglichen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Erhöhung der Luftfeuchtigkeit und des Temperaturniveaus die Wärmeverluste an den Enden von Trock nungszylindern (3, 4) vermindert werden, wobei ein Beitrag zur besseren Wärmeausnutzung in der Trockenpartie geleistet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Ausgleichen eines einseitigen Feuchtigkeitsprofils der Papierbahn angewendet wird, indem durch die Luftkanäle (11A, 11B) mehr ■ Luft auf der Seite der Trocknungszylinder (3,4) geblasen wird, auf der die Papierbahn einen größeren Feuchtigkeitsgehalt hat, wodurch der eine Randbereich der Papierbahn

stärker getrocknet wird als der andere Randbereich , wodurch das Feuchtigkeitsprofil ausgeglichen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in die Luftkanäle (11A,

■" ~ 11B) im Bereich ihrer beiden Enden durch vertikale Kanäle (9A, 9B) geblasen wird, die über die Gebläse (14A, 14B)

mit Luft versorgt werden, wobei die Luft durch die Gebläse (14A, 14B) von einem Deckenzwischenraum (15) oder entsprechend vom Gehäuse (1) angesaugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ,!■ekennzeichnet. daß bei dem Verfahren, das in Papiermaschinenßehriusen (1) angewendet wird,' die Abluft einen Feuchtigkeitsgehalt hat, der im Bereich von 200 g/kg trockener Luft liegt.