СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА В СУШИЛЬНОЙ СЕКЦИИ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
METHOD AND DEVICE FOR HEAT RECOVERY IN DRYING SECTION OF PAPER-MAKING MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу утилизации избыточного тепла (тепла отходящих газов), исходящего от нагретого до высокой температуры (высокотемпературного) колпака в сушильной секции бумагоделательной машины, а также к устройству, пригодному для реализации указанного способа.
Предлагаемые способ и устройство предназначены для повышения уровня утилизации энергии, которая содержится в воздухе, отходящем от указанного колпака.
Уровень техники
Сушильная секция бумагоделательной машины состоит из сушильного блока (блока сушильных цилиндров), нагреваемого паром, и расположенного над ним высокотемпературного колпака, нагреваемого паром или газом. Обычно сушильный цилиндр работает при давлениях пара в интервале 0,1-1 МПа, а температура воздуха, которым продувается колпак, составляет 250-700°С. Уровню техники соответствует, в принципе, ступенчатая (в несколько приемов) утилизация избыточного тепла воздушного потока, обдувающего высокотемпературный колпак. Этим избыточным теплом нагревают, главным образом, приточный воздух, воздух в зонах горения, а также воду в отопительных сетях и технологическую воду. В DE 3501584 описано также устройство, с помощью которого избыточное тепло воздушного потока, обдувающего высокотемпературный колпак, можно применять для выработки пара. С этой целью конденсат, скапливающийся в сушильном цилиндре, переносят из сепаратора пара (конденсационного горшка) в теплообменник, предназначенный для утилизации избыточного тепла колпака. В таком теплообменнике конденсат испаряется за счет энергии, содержащейся в воздухе, поступающем от колпака. Далее выработанный таким образом пар снова подают в сушильный цилиндр.
Недостаток этого известного процесса рекуперации тепла заключается в том, что количество конденсата, проходящего через теплообменник, необходимо всегда подбирать таким, чтобы гарантировать его полное испарение в теплообменнике или после любого понижения давления. Поэтому при контроле потока конденсата, проходящего через теплообменник, важно учитывать испаряющую способность теплообменника, причем, если имеют место флуктуации температуры воздуха, отходящего от колпака, соответствующая регулировка становится затруднительной.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке улучшенного способа рекуперации тепла, который легче поддается регулировке, не имеет перечисленных недостатков и обеспечивает более качественное использование избыточного тепла, отводимого от колпака. Кроме того, изобретение относится к соответствующему устройству, реализующему указанный способ.
Поставленная задача решается посредством способа рекуперации, при осуществлении которого избыточный пар, отводимый от паровой системы, подают в сепаратор пара, причем часть полученного конденсата возвращают в сепаратор через теплообменник, помещенный в отдельном замкнутом контуре. Посредством указанного теплообменника к конденсату подводят тепло, которое содержится в воздухе, отведенном от высокотемпературного колпака.
В такой схеме поступление избыточного пара из сушильного цилиндра сушильной секции не является обязательным, т.к. источником такого пара могут служить другие процессы, использующие пар.
Преимущество рекуперации тепла посредством отдельного замкнутого контура для конденсата сводится к тому, что поток конденсата, проходящий через теплообменник высокотемпературного колпака к сушильному цилиндру или к каким-то другим блокам, можно регулировать независимо от подачи пара. Возвращение конденсатной трубы к сепаратору пара после теплообменника обеспечивает другое преимущество: отпадает необходимость испарять конденсат полностью, поскольку его неиспарившуюся часть просто снова возвращают в теплообменник. В результате появляется возможность оптимальным образом использовать для генерации пара избыточное тепло, содержавшееся в воздухе, который отводится от высокотемпературного колпака.
В предпочтительном варианте осуществления способа избыточный пар забирают из сушильного цилиндра, нагреваемого паром, т.е. тепло, исходящее от высокотемпературного колпака, можно использовать непосредственно для генерации пара.
Конечно, в порядке альтернативы можно для процесса рекуперации тепла забирать избыточный пар из отдельной паровой системы.
Желательно, чтобы давление в теплообменнике превышало давление в сепараторе пара, поскольку при таком соотношении давлений можно гарантировать, что конденсат до возвращения в сепаратор не будет испаряться. В данном случае предпочтительны давление в теплообменнике 1,5-2,5 МПа и давление в сепараторе пара 0,5-1 МПа.
Целесообразно какую-то часть конденсата отвести из сепаратора пара и подать в испаритель для генерации пара. Тем самым в сепараторе предотвращается слишком большое накопление конденсата, происходящее из-за недостаточной испаряющей способности теплообменника.
В особо предпочтительном варианте циркулирующий (т.е. подаваемый через теплообменник) поток массы конденсата превышает поток массы конденсата, подаваемый в испаритель. Такое увеличение первого из указанных потоков позволяет повысить уровень использования избыточного тепла.
Другой задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка устройства, предназначенного для утилизации избыточного тепла, исходящего от высокотемпературного колпака. В устройстве по изобретению сепаратор пара подсоединен к началу и концу трубы для циркуляции конденсата, причем устройство содержит теплообменник, находящийся в контуре, образованном указанной трубой, и подсоединенный к трубе, отводящей воздух от высокотемпературного колпака. Перемещение конденсата в отдельной системе циркуляции позволяет регулировать процесс рекуперации тепла независимо от подачи пара.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения сепаратор пара помещен после сушильного цилиндра, что позволяет для генерации пара, предназначенного для указанного цилиндра, использовать избыточное тепло воздуха, отходящего от колпака.
В порядке альтернативы, предусмотрена также возможность подсоединить сепаратор пара к отдельной паровой системе. В таком варианте сгенерированный пар можно использовать для решения задач нагрева в процессе приготовления бумажной массы или для обеспечения функционирования нагнетательной камеры. Это позволяет повысить уровень утилизации избыточного тепла, исходящего от высокотемпературного колпака, для других блоков, которые используют пар.
В предпочтительном варианте осуществления устройства, утилизирующего указанное тепло, перед теплообменником находится компрессор, а за теплообменником в трубе с циркулирующим конденсатом - редукционный клапан. В такой схеме конденсат не испаряется до тех пор, пока не окажется на участке после теплообменника.
Желательно придать теплообменнику трубчатую форму, т.к. это позволяет сформировать компактную конструкцию.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано на примере двух вариантов осуществления, представленных на чертежах, из которых
фиг.1 схематично представляет общую схему устройства согласно изобретению, предназначенного для утилизации избыточного тепла, исходящего от высокотемпературного колпака;
на фиг.2 схематично показана общая схема другого варианта изобретения.
Осуществление изобретения
Как можно видеть из фиг.1, в сушильной секции бумагоделательной машины используется высокотемпературный колпак 1, установленный вокруг сушильного цилиндра 2. Бумажное полотно огибает указанный цилиндр 2, нагреваемый паром, который подводится через трубу 3 свежего пара. Влага, содержащаяся в бумажном полотне, поглощается потоком воздуха, поступающим от колпака 1 и отводящимся через отводящую трубу 4. Сушильный цилиндр 2 соединен отводной трубой 5 для пара с сепаратором 6, в котором происходит разделение пара и конденсата.
Часть конденсата, образующегося в сепараторе 6, циркулирует по трубе 7 для циркуляции конденсата. Указанная труба 7 содержит теплообменник 8, нагреваемый через отводящую трубу 4 высокотемпературного колпака 1. Кроме того, в трубе 7 для циркуляции конденсата имеются также компрессор 9 и редукционный клапан 10, которые помещены соответственно после сепаратора 6 и теплообменника 8.
Пар, удаленный из сепаратора, возвращается в сушильный цилиндр 2 через отводную трубу 12 для пара и через трубу 3 "свежего" пара. Для генерации пара часть конденсата подают из сепаратора 6 пара через трубу 13 сброса конденсата в испаритель 11. Далее этот пар можно снова подать в сушильный цилиндр 2 по трубе 3.
В ходе работы часть конденсата, выходящего из сепаратора 6 пара, циркулирует по трубе 7 для циркуляции конденсата через теплообменник 8. Компрессор 9 и редукционный клапан 10 обеспечивают повышение давления конденсата в теплообменнике 8 относительно давления в сепараторе 6. Тем самым предотвращается испарение конденсата в теплообменнике 8. Как только конденсат, нагретый теплообменником 8, проходит через редукционный клапан 10 в сепаратор 6, он, по меньшей мере, частично испаряется. Заново генерированный таким образом пар через отводную трубу 12 для пара подается вместе с паром, удаленным в сепараторе 6, в сушильный цилиндр 2. После теплообменника 8 воздух, отходящий от высокотемпературного колпака 1, можно подать в дополнительные теплообменники 14-16, посредством которых за счет остаточного тепловыделения отведенного воздуха нагревают воздух в зонах горения, а также воду в отопительных сетях и технологическую воду.
Предпочтительно придать теплообменнику 8 трубчатую форму.
Другой вариант осуществления изобретения представлен на фиг.2 с использованием тех же или аналогичных цифровых обозначений, что и на фиг.1. В этом варианте тепло, исходящее от воздуха, отведенного от высокотемпературного колпака 1, подают в отдельную паровую систему.
В данном случае избыточный пар из отдельной паровой системы подают через соответствующую отводную трубу 5' в сепаратор 6' пара. Из указанного сепаратора 6' через теплообменник 8 конденсат проходит в трубу 7' для циркуляции конденсата. Теплообменник 8 нагревают воздухом, отведенным от высокотемпературного колпака 1, в результате чего к конденсату, циркулирующему по указанной трубе 7', подается тепло. Наличие в данной трубе 7' компрессора 9' и редукционного клапана 10' гарантирует повышение давления в теплообменнике 8 относительно давления в сепараторе 6' пара. Пар, удаленный в сепараторе 6' пара, и "свежий" пар, сгенерированный подведенным теплом в теплообменнике 8, подают в отдельную паровую систему. Ее функцию могут выполнять нагнетательная камера для пара или нагревательный элемент в системе приготовления бумажной массы.
Представленные на чертежах варианты осуществления приведены только в качестве предпочтительных примеров. Изобретение охватывает также и другие варианты, в которых, например, конденсат не подают по трубе 13 сброса конденсата в испаритель 11, генерирующий пар, а применяют в других процессах, использующих содержащийся в конденсате избыточный пар или сам конденсат.