【中國傳動網(wǎng) 技術(shù)前沿】 近年來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國造紙業(yè)產(chǎn)能逐年增加，據(jù)中國造紙協(xié)會調(diào)查資料，2017年全國紙及紙板生產(chǎn)量已達11130萬噸，隨著國際和國內(nèi)市場競爭的加劇以及能源緊缺的情況下，造紙企業(yè)都在努力探索著提高產(chǎn)能和效率以及降低生產(chǎn)成本的方法，而紙機干燥部中的蒸汽冷凝水系統(tǒng)是一個非常重要但又常常被大多數(shù)紙廠所忽略的系統(tǒng)，紙機各部位脫水率和脫水成本的關(guān)系參見圖1，干燥部脫水率僅為紙機總脫水率的1%，但脫水成本卻高達78%，因此干燥部節(jié)能潛力巨大。本文主要介紹應(yīng)用吹通蒸汽控制技術(shù)的原理和特點，以及應(yīng)用吹通蒸汽控制技術(shù)的熱泵系統(tǒng)改造傳統(tǒng)多段通氣系統(tǒng)后的節(jié)能效果，以供造紙同行借鑒。

圖1,紙機各部位脫水率和脫水成本的關(guān)系

1.多段通氣系統(tǒng)運行的局限性

多段通氣系統(tǒng)屬于被動式蒸汽串聯(lián)系統(tǒng)，高溫段的冷凝水經(jīng)過汽水分離器分離后的閃蒸汽進入中溫段使用，中溫段的閃蒸汽送到低溫段進行使用，不足的蒸汽通過新鮮蒸汽閥門進行補充，低溫段的閃蒸汽一般進入由表面冷凝器以及真空泵構(gòu)成的真空系統(tǒng)進行換熱進而形成真空，各組之間需保持一定的壓差方可實現(xiàn)能量的梯級利用。雖然現(xiàn)代多段通氣系統(tǒng)各組配備了具有分層控制邏輯的壓差控制閥以及多種控制邏輯，但由于系統(tǒng)自身的原理特性，在運行時仍然有如下的問題以及局限性：

1.1傳統(tǒng)的固定壓差控制方式意味著虹吸管固定的排水速率，系統(tǒng)不能自動響應(yīng)紙張透氣度以及網(wǎng)壓部脫水變化導(dǎo)致紙張進缸干度的變化情況，一旦紙張進缸干度降低，烘缸進汽上升引起冷凝水增多，固定壓差控制方式極易造成烘缸積水以及淹缸等問題。

1.2當(dāng)紙機斷紙時，由于烘缸表面濕紙幅的脫離引起缸內(nèi)冷凝水量的急劇下降，由于壓差下降，傳統(tǒng)的壓差控制方式會將各組壓差排空閥全部打開排放至表面冷凝器造成蒸汽的浪費，直到重新引紙成功排空閥才會關(guān)閉。

1.3新紙機開機調(diào)試以及斷紙后重新引紙前，各組烘缸進汽壓力較低，無法保持段間壓差，進而造成排空閥打開蒸汽浪費以及烘缸積水等問題。

1.4紙機烘干能力無法達到最大化。

2.吹通蒸汽控制的理論基礎(chǔ)

為了避免傳統(tǒng)壓差控制方式多段通氣系統(tǒng)的局限性，我們提出了采用吹通蒸汽控制方式的可調(diào)熱泵系統(tǒng)，流程圖參見圖2。

圖2,采用吹通蒸汽控制方式的可調(diào)熱泵系統(tǒng)流程圖

2.1吹通蒸汽的概念

蒸汽通入烘缸內(nèi)，一部分冷凝，另有一部分未冷凝，此部分未冷凝的蒸汽稱之為吹通蒸汽，它是冷凝水的載體，在烘缸內(nèi)與冷凝水混合成兩相流體，降低冷凝水的密度，具有冷凝水“運輸機”的作用，同時也是烘缸的排水動力。烘缸虹吸管內(nèi)排水示意圖參見圖3。

圖3，烘缸虹吸管內(nèi)排水示意圖

2.2虹吸管特性

不論蒸汽在任何壓力下或是何種形式的虹吸管，虹吸管的工作表現(xiàn)和吹通蒸汽流的百分比有直接的關(guān)系。

2.3吹通蒸汽控制原理

吹通蒸汽控制是把烘缸組排出的汽水混合物通入高效率汽水分離器，分離出的尾氣（由吹通蒸汽和二次閃蒸蒸汽組成）經(jīng)過一個流量孔板檢測裝置后，再通過可調(diào)式熱泵壓縮后回到本烘缸組繼續(xù)使用。

由孔板流量計算公式得知，當(dāng)孔板前后的壓差設(shè)定值固定時，吹通蒸汽的流量是與蒸汽密度的平方根成比例關(guān)系。由大量實驗得知：烘缸內(nèi)的冷凝速率也與蒸汽密度平方根成比例關(guān)系。同時由于虹吸管自身的特性，因此，在正常操作狀況之下，保持烘缸組尾氣對烘缸組冷凝速率的比值為一個固定的值即可以實現(xiàn)烘缸可靠順暢的排水。

采用吹通蒸汽控制方式的熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢在于將整個烘干部在所有的操作條件及速度之下，提供可靠的冷凝水排放并具有最大的熱傳導(dǎo)效率以及蒸汽使用的最佳效率。系統(tǒng)在正常運轉(zhuǎn)或斷紙時均提供可靠的控制，以獲得較高的紙機效率及較低的維修量。可以使整個系統(tǒng)控制快速靈敏并且隨著冷凝速率的變化來自動調(diào)整烘缸的冷凝水排放量。當(dāng)冷凝水增多時，系統(tǒng)自動增大烘缸進出口壓差進而多排水，避免淹缸；當(dāng)冷凝水減少時，系統(tǒng)自動降低烘缸進出口壓差進而少排水，降低蒸汽的排放量，節(jié)約能源。