Brevet FR2556014A1 — publié le 19850607

Hotte à flux de séchage differenciable pour correction de profil d'hunidite d'une feuille papetiere, et procede de correction correspondant. L'invention concerne le domaine des machines à papier, et plus precisement la partie de la machine où la feuille est séchée. On sait qu'une feuille papetière contient une très forte proportion d'eau à la sortie de la toile. La feuille passe alors dans une secherie où la proportion requise d'eau est eliminee. Cette operation conduit a une feuille présentant un-profil d'humidite, dans le sens travers, relativement irregulier. L'invention concerne un dispositif pour corriger ce profil, c'est-à-dire atténuer ses irrégularités, car de telles irrégularités sont bien sûr très préjudiciables au comportement ultérieur de la feuille. Ces problèmes sont connus depuis longtemps et il existe plusieurs dispositifs visant à effectuer ces corrections, Un premier système connu est celui où on sèche la feuille puis on la réhumidifie selon un profil régulier par pulvérisation d'eau, soit directement sur la feuille, soit sur le feutre du cylindre, aux moyens de rinceurs modulés. Ce système de sur-séchagel réhumidification est évidemment très consommateur d'énergie, ne corrige pas la cause de l'irrégularité de profil constatée dans le papier (ce qui fait que le phénomène s'aggrave, avec des conséquences néfastes au niveau de la machine elle-même, par exemple encrassement du feutre), et induit un risque de "curl" ou "roulage du fait de la réhumidification irrégulière de la feuille de papier en fin de séchage. Un second système connu consiste à souffler de l'air chaud sur la feuille au moyen d'une hotte en modulant le débit d'air soufflé. Un tel système ne peut fonctionner - et n'est utilisé -que sur des achines connues sous le no de "sANKEE'. Ces machines particulières sont equippées d'un cylindre de très grand diamètre dit "cylindre YANKEE". Ces machines sont soit monocylindriques, soit multi-cylindriques, étant entendu que dans l'un ou l'autre des cas la plus grande partie du séchage s'effectue sur un cylindre a très grand développement et, la feuille encore humide est plaquée et littéralement collée à ce cylindre par une presse. Cette caractéristique fait que l'on peut utiliser des puissances relativement fortes de soufflage (et donc atteindre une puissance d'évaporation raisonnable) sans que la feuille se décolle du cylindre et "batte". L'inconvénient des dispositifs connus à soufflage d'air chaud est que, pour obtenir le résultat recherché, on doit utiliser une puissance de soufflage très élevée. Sur une machine contenant plusieurs cylindres sécheurs, un tel soufflage fait battre la feuille aux endroits où la feuille passe d'un cylindre l'autre, ce qui est évidemment rhédibitoire. Ceci est la raison pour laquelle de tels systèmes ne donnent à peu près satisfaction que sur les machines monocylindriques où la feuille est plaquée mécaniquement sur le cylindre. On connait également des systèmes où la correction est realisée par rayonnement infrarouge. Ces systèmes conviennent pour des machines à sécherie multicylindrique, et utilisent des batteries de lampes , tubes, briques refractaires emettant de préférence un rayonnement I.R. dont la longueur d'onde et fonction de la température, ce qui conditionne le pouvoir pénétrant et la puissance du rayonnement. Ces systèmes à puissance modulée présentent deu limitations importantes. En premier lieu, la puissance applicable par unité de surface est limitée à cause du risque de feu. En second lieu, la capacité d'évaporation est limitée entre autres facteurs à cause du temps nécessaire à la migration de l'eau du coeur de la feuille vers la surface. Le résultat est que la puissance d'évaporation du système de ce type connu sous la dénomination "IMPACT" ou "INFRO" ne peut dépasser une quarantaine de kilos d'eau/m2 de surface couverte par le dispositif. Avec une puissance d'évaporsstion supérieure, se produit une perte de résistance superficielle et un début de dégradation thermique qui se traduit par le roussissement de la surface de la feuille. Ce phénomène est bien entendu rhédibitoire pour l'utilisation du papier. Par ailleurs, le papier qui sort de ce système a été chauffé par endroit et des problèmes se présentent au moment du passage de la feuille sur les systèmes "apprêteurs" tels que la lisse qui se situe en haut de machine. De plus, un tel système ne convient plus du tout pour les papiers dits "lourds" (dès que le grammage dépasse 90-100 g/m2). En particulier, pour de tels papiers, l'application d'une puissance d'évaporation convenable s'accompagne d'une brûlure de la surface et d'un résidu d'humidité à coeur préjudiciable au papier lui-même. On connait encore un système fonctionnant grâce à des électro-aimants selon le principe des courants de FOUCAULT. Ce système n'est pour l'instant applicable qu'aux sécheurs YANKEE. Les électro-aimants sont en cffct placés sous le cylindre; il faut donc, d'une part, disposer d'une place suffisante et, d'autre part, d'un cylindre entraîne par un moteur suffisamment puissant pour supporter le freinage induit par les électro-aimants. Un tel système ne convient donc absolument pas pour une sécherie normale comportant plusieurs cylindres de petites dimensions. Malgré leurs incovénients, certains de ces systèmes sont utilisés, faute de dispositifs plus performants. Il existe donc un besoin tout a fait marqué pour un dispositif présentant au moins les avantages des systèmes connus sans en présenter les inconvénients. L'invention parvient à ce résultat par un dispositif autorisant une tres forte puissance d'évaporation tout en restant très souple d'emploi et en conduisant à une efficacité de correction au moins égale à celle des meilleurs systèmes antérieurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en se référant au dessin annexe, sur lequel la figure unique représente un mode de réalisation de l'invention. les références ont les significations suivantes ': hotte 2,3,4 : compartiments 2a, 2b, 2c, 3a,...: volumes de soufflage d'air cbaud 2A, 2B, 3A,...: volumes d'aspíration de l'air soufflé, destiné au recyclage. 5 : feuille papetière, sens travers. 6 : bord inférieur des compartiments 7 : ventilateur R1.R2.R3 : résistances électriques à puissance modulée par thyristor Vl.V2.V3 : Vannes de modulation de débit d'air soufflé à commande manuelle à distance V'1.V'2.V'3 : vannes de modulation de débit recyclé commande manuelle à distance V5 : Vanne de réglage débit air extrait V6 : Vanne de réglage débit air neuf T1.T2.T3. : Coffrets de régulation thyristor S1.S2.S3. :Sondes de température Le moyen de l'invention consiste donc à souffler de l'air chaud sur la feuille, cet air chaud étant canalisé par un certain nombre de compartiments répartis selon le sens travers de la feuille, la température de l'air chaud étant elle-même modulée selon les compartiments en fonction du profil d'humidité de la feuille dans le sens travers, l'air soufflé étant en majeure partie recyclé grâce à des volumes d'aspiration menagés au sein desdits compartiments. Selon une variante tout à fait préférée, l'air est chauffée par des résistances électriques blindées ou non alimentées en énergie par des thyristors qui peuvent être commandés soit par un système régulant la puissance appliquée (système dit à limitation de courant ou d'intensité") soit par une régulation couplée avec une sonde mesurant la température du flux gazeux. A l'intérieur d'un compartiment, les resistances seront alimentées en parallèle de façon que, en cas de coupure de l'une des résistances, la ou les autres puissent toujours fonctionner et que la résistance défectueuse puisse être remplacée lors d'un arrêt normal d'entretien. On parvient ainsi à une modulation rapide et précise des températures. Le recyclage de l'air soufflé n'a pas pour seul intérêt d'améliorer grandement le bilan thermique du système. En fait, le recyclage de l'air permet surtout d'éviter le battement de la feuille même si la puissance de soufflage est élevée. Dans les techniques antérieures, les tentatives de recyclage de l'air chaud s'étaient au contraire soldées par un échec, les différents paramètres complexes d'un tel système n'ont jamais pu être maîtrisés , ce qui entraînait un phénomène d'aspiration de la feuille en certains endroits. La modulation des températures d'air soufflé participe également au fait que l'on évite le battement de la feuille, en ce sens que cette modulation permet pour la première fois de limiter le débit soufflé sans altérer l'efficacité. Ainsi, ce système selon l'invention fonctionne grâce à la combinaison du soufflage d'air chaud modulé en température dans le sens travers et de l'aspiration de cet air soufflé, le résultat d'ensemble étant l'absence de battement de la feuille, une très bonne efficacité de correction du profil et une remarquable puissance d'évaporation applicable. Cettedernière caractéristique, qui ne doit pas être confondue avec l'efficacité de correction, est capitale du point de vue industriel, car elle conditionne entre autres la vitesse de défilement de la feuille, et donc la productivité de la machine. Selon un mode préféré de réalisation, les parois verticales des compartiments présentent, jusqu'au bord inférieur (6) de chaque compartiment, et dans le sens machine (c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la figure unique) un profil non pas rectiligne mais en dents de scie, ou présentant des ondulations de part et d'autre du plan vertical de la paroi, ou un profil analogue, de manière à éviter la délimitation d'une solution de continuité dans le profil d'humidité entre deux zones de la feuille se trouvant en regard de deux comparti ments adjacents. Au contraire, un profil non rectiligne favorisera l'établissement d'un gradient de température autour de la frontière de deux telles zones. Dans un autre mode préféré, les compartiments formeront un angle par rapDort au sens de défilé de la feuille. Cet angle sera calculé pour que la zone correspondant à la paroi verticale séparant deux compartiments couvre toute la largeur du comparti- ment dans une longueur développée de la hotte. De manière également préférée, les parois verticales des compartiments comporteront un isolant thermique pour éviter les transferts de chaleur d'un compartiment à l'autre. L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple Vitesse : 400 m/min Papier : 110 g/m2 Profil d'humidité : maximal : 4,46 minimal : 1,85 moyenne : 3,05% Cas No. 1 La machine est maintenue à vitesse constante et l'humidité maximale reste à 4,46Z. Quantité d'eau évaporée parla hotte : par heure et par mètre de largeur de mach - dans la zone à humidité masimale : 68,9 kg par mètre largeur de machine - dans la zone à humidité minimale : O kg par mètre largeur de machine En moyenne : 31,56 kg par mè de largeur de machine Pour maintenir l'humidité à 4,46, quantité de vapeur introduite dans la sécherie sera réduite. D'autre part, pour un kilogramme de papier séchable, la quantité de matières fibreuses et autres sera réduite de 969,5g par kg à 955,4 g/kg soit une économie de matières de l,45@. Cas No . Si la machine à papier n1 est limitée cue par la capacité de séchage, l'utilisation de la hotte correctrice permet une augmentation de vitesse. ta sapa- cité évaporatoire de la hotte est au oins de 60 kg d'eau par mètre carré et par heure, ce qui, pour une hotte ayant une longueur développée utile de 2320m correspondant à son installation au-dessus d1un sécheur de 1,5 m de diamètre, donne une capacité évaporatoire de 132 kg par mètre de largeur de machine et pour une seule hotte. L'accroissement de production possible par utilisation de la capacité maximale de la hotte sur la zone la plus humide de la feuille peut atteindre (par exemple si la hotte est appliquée après une presse encolleuse de laquelle la feuille de papier sort avec 31 g d'eau pour 100 g de papier sec) 187 de la production initiale. Capacité initiale: 400 x 60 (0.31-0,0305) x 0,1lO = 738,kgiheure Capacité additionnelle = 132 kg/heure Capacité totale = 870 kg/h/m (870/738) - 1 = 0,1789 = 18z. On trouvera dans le tableau unique ci- après une comparaison des principaux systèmes antérieurs, et du système selon l'invention On voit que l'invention - apporte un rendement nettement supérieur; - ne modifie pas la température de la feuille, - autorise une remarquable correction du profil d'humidité. A titre indicatif, une puissance élec- trique de 160-200 kw permet de souffler 1 air à une température de 100-300"C et d'obtenir les résultats visés. On notera que l'invention permet également de fonctionner en élimination des "pointes" d'humide ou en limitation du séchage aux endroits les plus secs, et donc de fonctionner différemment selon les périodes de l'année à électricité "chère" ou à bon marché". L'invention permet donc de corriger efficacement le profil d'humidité de la feuille dans le sens travers, et apporte un gain de vitesse d'au moins 2 à 4% qui se traduit par un gain de productivité de 1,8 à 3,6% environ (pour un rendement de 90v). Par ailleurs, l'invention permet de tolérer dans la feuille la présence d'environ 0,6 d'eau en supplément, ce qui se traduit par un papier plus à plat sur la lisse, par d'importantes économies de fibres constitutives de la feuille ainsi que d'énergie et de déchets. Ce recyclage ameliore aussi grandement le bilan énergétique. On note encore que ces résultats sont obtenus sans que le fonctionnement du dispositif soit accompagné des inconvénients et risques inhérents aux techniques antérieures: battement de la feuille, risque de feu, de brûlure de la surface, de roulage, etc... mentionnés plus haut. Enfin, le fait d'effectuer la correction sur une feuille très humide (car le dispositif n'est pas placé en fin de sécherie comme par exemple les systèmes I.R.) apporte un bien meilleur rendement de la sécherie postérieure: pas de risque de collage de la feuille sur les feutres, de peluchage, propreté de la sécherie, pas de "pétouilles" (blancs causés à l'impression par l'élimination de petit éléments du papier). L'invention, par une combinaison de moyens originale qui, malgré un soufflage et un recyclage, évite notamment le phénomène de battement, apporte une cascade d'améliorations toutes importantes au niveau de la fabrication industrielle, et conduit à un produit de qualité très supérieure. Tableau Production de papier de 2500 kg/h/mètre de largo Technique I.R. Soufflage Invention l d'air chaud à débit modulé Rendement(+) net - moyen # 20% 16% @ 36 - maximal 27% 22% 46,;; Température de la feuille sortie sécherie modifiée non modifiée | non modifiee Quantité maximale d'eau évapo rable kg/h/m de largeur 58 132 Quantité d'eau évaporable sans effets secondaires néfastes (+++) kg/h/m de large 30 Correction maximale applicable (@) 1,2% 0,5% (+) quantité d'eau réallement évaporée/théorie (++) avec de l'air à 275 C (+++) résultant par exemple de la migration de coloran@@ @@/c@@@@s matières d'encollage. (@) compte-tenu du rendement reel moyen, de l'imprécis mesures d'humidité réelle par les systèmes existant@@@@ sur machine à papier, des effets secondaires etc... REVENDTCATIONS 1. Motte pour sécherie de machine d papier, pour correction du profil d'humide de la fenille, caractérisée en ce qu'elle est disposée au-dessus et selon le sens travers de la feuille, comporte plusieurs comparti- ments (2,3,4) séparés divisant cette hotte dars le sens travers, chaque compartiment étant lui-meme divise en volumes (2a, ..) de soufflage d'air et volumes (2A,...) d'aspiration d'air ouverts à leur partie inférieure proche de la surface de la feuille et reliés respectivement, a leur partie supérieure, à des moyens de soufflage d'air chaud ou d'aspiration d'air, et en ce que chaque compartiment est alimenté en air chaud par un circuit comportant un moyen indé?endant de modulation de la tempera-ture de l'air chaud en fonction du degré d'humidité de la partie de la feuille se trouvant en regard de l'suver- ture inférieure dudit compartiment. 2. Hotte selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le moyen de modulation consiste en résistances électriques blindées ou non alimentées en énergie par des thyristors qui peuvent être commandés soit par un système régulant la puissance appliquée soit par une régulation couplée avec une sonde mesurant la température du flux gazeux. 3. Hotte selon la revendication 1 DU 2, caractérisée en ce que les circuits de soufflage et aspiration comportent des vannes de modulation du débit d'air. 4. Hotte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les parois verticales délimitant les compartiments ont un profil, dans le sens machine, en dents de scie ou analogue, au moins dans leur partie inférieure, pour éviter la déli- mitation d'une solution de continuité de degré d'humidité sur la feuille, ou bien en ce que, dans le meme but, les parois verticales sont légèrement désaxées par rapport au sens machine. 5. sotte selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les parois verticales délimitant les compartiments sont munies d'un isolant thermique. 6. Procédé de correction du profil d'humidité en sens travers d'une feuille papetière, avec une forte efficacité et une forte puissance d'évaporation, caractérisée en ce que l'on souffle sur la feuille de l'air dont à la fois le débit et la température sont modulés selon le sens travers, et en ce que l'on aspire la majeure partie de l'air soufflé pour le recyclage.