DE102013110971A1 - Process for drying paper webs and drying arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung von Papierbahnen (100), die über einen rotierenden Trocknungszylinder (1) geführt werden und von einer Trocknungseinrichtung (2) mit Wärme beaufschlagt werden, wobei als Wärmequelle zur Erzeugung der Wärme das Rauchgas eines mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugers verwendet wird, wobei die Wärme zumindest teilweise in einen von der Trocknungseinrichtung (2) strömungstechnisch entkoppelten Wärmetransportkreislauf (4) eingebracht wird und von diesem zumindest teilweise in einen mit der Trocknungseinrichtung (2) strömungstechnisch gekoppelten Luftströmungskreis (7), innerhalb dessen Luft zur Trocknungseinrichtung (2) hin und von dieser weg strömt, übertragen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Trocknungsanordnung zur Trocknung von Papierbahnen (100).The invention relates to a method for drying paper webs (100), which are guided over a rotating drying cylinder (1) and are acted upon by a drying device (2) with heat, as a heat source for generating the heat, the flue gas of a fossil fuel-fired steam generator the heat is at least partially introduced into a heat transport circuit (4) which is fluidically decoupled from the drying device (2) and at least partially into an airflow circuit (7) fluidically coupled to the drying device (2) within which air flows to the drying device ( 2) flows towards and away from this, is transmitted. Moreover, the invention relates to a drying arrangement for drying paper webs (100).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung von Papierbahnen, die über einen rotierenden Trocknungszylinder bewegt werden und von einer Trocknungseinrichtung mit Wärme beaufschlagt werden. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Trocknungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 zur Trocknung von Papierbahnen, die insbesondere zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist.The present invention relates to a method for drying paper webs, which are moved over a rotating drying cylinder and are acted upon by a drying device with heat. Moreover, the present invention relates to a drying arrangement according to the preamble of
Bei der Papierherstellung wird eine Cellulosesuspension, aus der die Papierbahn erzeugt wird, zumindest einem rotierenden Trocknungszylinder einer Papierherstellungsvorrichtung zugeführt und anschließend mittels einer Glättungsvorrichtung geglättet und mittels einer Aufrollvorrichtung aufgerollt. Beim Durchlaufen des mindestens einen Trocknungszylinders (es können prinzipiell auch mehrere Trocknungszylinder vorgesehen sein) erfolgt die endgültige Entwässerung der Cellulosesuspension, so dass eine Trocknung der Papierbahn bewirkt wird. Typische Vorschubgeschwindigkeiten, mit denen die Cellulosesuspension dem rotierenden Trocknungszylinder zugeführt wird, betragen dabei rund 1700 bis 1800 m/min. Zum Zwecke der Trocknung der Papierbahn weist die Papierherstellungsvorrichtung eine oder mehrere, insbesondere im Wesentlichen haubenartige Trocknungseinrichtungen auf, die jeweils einen Trocknungszylinder zumindest abschnittsweise umschließen und mit Trocknungswärme beaufschlagen können.In papermaking, a cellulosic suspension from which the paper web is produced is fed to at least one rotary drying cylinder of a papermaking apparatus and then smoothed by means of a smoothing device and rolled up by means of a retractor. When passing through the at least one drying cylinder (in principle, several drying cylinders can also be provided), the final dewatering of the cellulose suspension takes place, so that a drying of the paper web is effected. Typical feed rates at which the cellulosic suspension is fed to the rotating drying cylinder amount to about 1700 to 1800 m / min. For the purpose of drying the paper web, the papermaking device has one or more, in particular substantially hood-like, drying devices, each of which can enclose a drying cylinder at least in sections and can act upon drying heat.
Der Papierherstellungsprozess ist allgemein ein sehr energieintensiver Prozess, bei dem neben Strom und Dampf auch fossile Brennstoffe, in erster Linie Erdgas, benötigt werden. So erfordert die Trocknung des Papiers sehr hohe Prozesstemperaturen, die typischerweise > 500°C sind. Zur Bereitstellung der Trocknungswärme werden im Stand der Technik insbesondere einzelne Gasbrenner verwendet, welche in einem ungekoppelten Prozess Heißluft erzeugen, die den haubenartigen Trocknungseinrichtungen zugeführt werden. Die
Auf Grund der stetig steigenden Kosten für fossile Brennstoffe, insbesondere für Erdgas, ist der Trocknungsprozess dementsprechend kostenintensiv. Lösungsansätze zur Wiedergewinnung von Prozessenergie aus dem Papierherstellungsprozess selbst sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Das
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Trocknung von Papierbahnen und eine Trocknungsanordnung zur Verfügung zu stellen, die eine effiziente und kostengünstige Trocknung der Papierbahnen während des Papierherstellungsprozesses ermöglichen.It is an object of the present invention to provide an alternative method for drying paper webs and a drying arrangement which enable efficient and cost-effective drying of the paper webs during the papermaking process.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Trocknungsanordnung wird diese Aufgabe durch eine Trocknungsanordnung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 5 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The solution to this problem provides a method of the type mentioned above with the features of the characterizing part of
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Trocknung von Papierbahnen zeichnet sich dadurch aus, dass als Wärmequelle zur Erzeugung der Wärme das Rauchgas eines mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugers verwendet wird, wobei die Wärme zumindest teilweise in einen von der Trocknungseinrichtung strömungstechnisch entkoppelten Wärmetransportkreislauf eingebracht wird und von diesem zumindest teilweise in einen mit der Trocknungseinrichtung strömungstechnisch gekoppelten Luftströmungskreis, innerhalb dessen Luft zur Trocknungseinrichtung hin und von dieser weg strömt, übertragen wird. Dadurch kann eine effiziente Erwärmung der Papierbahnen beim Passieren des mindestens einen Trocknungszylinders erfolgen. Das hier vorgestellte Verfahren ist dazu in der Lage, dem Trocknungsprozess Heißluft mit einer für die Papiertrocknung erforderlichen Temperatur von etwa 500°C zur Verfügung zu stellen, ohne dass im Luftströmungskreis selbst eine mit fossilen Brennstoffen betreibbare Erwärmungseinrichtung (zum Beispiel ein Gasbrenner) vorgesehen sein muss.A method according to the invention for drying paper webs is characterized in that the heat source used to generate the heat is the flue gas of a fossil fuel-fired steam generator, the heat being at least partially introduced into a heat transfer circuit fluidically decoupled from the drying device and at least partially therefrom in an air-flow circuit coupled fluidically with the drying device, within which air flows to and from the drying device, is transferred. As a result, efficient heating of the paper webs can take place when the at least one drying cylinder passes. The method presented here is capable of providing the drying process with hot air at a temperature of about 500 ° C. required for paper drying, without the need to provide a fossil fuel-operated heating device (for example a gas burner) in the air flow circuit itself ,
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Rauchgas durch Verbrennen von Reststoffen aus der Papierproduktion freigesetzt wird. Somit kann die bei der Verbrennung der Reststoffe ohnehin freigesetzte Wärmeenergie sinnvoll in den Papiertrocknungsprozess eingebracht werden. Die Reststoffe können in einem Reststoffkessel verbrannt werden und erzeugen dabei Rauchgase. Gemäß einschlägiger gesetzlicher Verordnungen müssen die Rauchgase innerhalb des eigentlichen Verbrennungsraums des Reststoffkessels auf einer Temperatur gehalten werden, die höher als 850°C ist. Eine derart hohe Temperatur ermöglicht es, dass die für den Papiertrocknungsprozess erforderliche Wärmeleistung dauerhaft auch nach der Wärmeübertragung auf die in dem Luftströmungskreis strömende Luft auf dem erforderlichen Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden kann.In a particularly advantageous embodiment, it is proposed that the flue gas is released by burning residues from the paper production. Thus, the heat energy released in any case during the combustion of the residues can usefully be introduced into the paper drying process. The residues can be burned in a residual boiler and thereby generate flue gases. According to relevant statutory regulations, the flue gases within the actual combustion chamber of the waste boiler must be kept at a temperature higher than 850 ° C. Such a high temperature allows the heat output required for the paper drying process to be durable as well after the heat transfer to the air flowing in the air flow circuit air can be provided at the required temperature level.
Unter Umständen kann die Situation eintreten, dass die Temperatur der innerhalb des Luftströmungskanals strömenden Luft für die Papiertrocknung nicht ausreichend hoch ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird daher vorgeschlagen, dass die Luft innerhalb des Luftströmungskreises nach der Übertragung von Wärme aus dem Wärmetransportkreislauf mittels einer Nacherwärmungseinrichtung, insbesondere mittels eines Gasbrenners nacherwärmt wird. Die Nacherwärmungseinrichtung ist vorzugsweise selektiv aktivierbar beziehungsweise deaktivierbar, so dass sie bei Bedarf verwendet werden kann, um die Luft auf höhere Temperaturen aufzuheizen.Under certain circumstances, the situation may occur that the temperature of the air flowing inside the air flow channel for the paper drying is not sufficiently high. In a particularly advantageous embodiment, it is therefore proposed that the air within the air flow circuit after the transfer of heat from the heat transport cycle by means of a reheating device, in particular by means of a gas burner is reheated. The post-heating device is preferably selectively activatable or deactivatable, so that it can be used as needed to heat the air to higher temperatures.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Wärme mittels einer wärmespeichernden Salzschmelze innerhalb des Wärmetransportkreislaufs transportiert wird. Die wärmespeichernde Salzschmelze dient als Wärmeträgerfluid dem Transport der Wärme von dem Ort der Wärmeeinkopplung in den Wärmetransportkreislauf, die insbesondere über einen ersten Wärmetauscher erfolgt, zum Ort der Wärmeauskopplung aus dem Wärmetransportkreislauf, die insbesondere über einen zweiten Wärmetauscher erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass sich Salzschmelzen als Wärmeträgerfluid besonders gut für das hier beschriebene Verfahren eignen, da sie in der Regel bis etwa 500°C, teilweise sogar bis etwa 600°C stabil sind. Derartige Salzschmelzen werden bei Temperaturen von etwa 150°C flüssig, so dass sie ein Fließverhalten, welches mit demjenigen von Wasser vergleichbar ist, haben und somit sehr einfach durch den Wärmetransportkreislauf gepumpt werden können. Besonders gut geeignet sind Salzschmelzen, die Kaliumnitrat (KNO3) enthalten. Beispielsweise kann als Wärmeträgerfluid eine Salzschmelze verwendet werden, die 60% NaNO3 und 40% KNO3 enthält. Im Vergleich zu der Verwendung von Luft als Wärmeträgerfluid, die grundsätzlich möglich wäre, können beim Einsatz von Salzschmelzen wesentlich kleinere Leitungsquerschnitte gewählt werden. Die Wärmeverluste können dadurch ebenfalls relativ gering gehalten werden.In a particularly preferred embodiment, it is proposed that the heat is transported by means of a heat-storing molten salt within the heat transport circuit. The heat-storing molten salt serves as a heat transfer fluid to transport the heat from the place of heat input into the heat transport circuit, which takes place in particular via a first heat exchanger, to the location of the heat extraction from the heat transport circuit, which takes place in particular via a second heat exchanger. It has been shown that salt melts are particularly suitable as a heat transfer fluid for the method described here, since they are usually stable up to about 500 ° C, sometimes even up to about 600 ° C. Such molten salts become liquid at temperatures of about 150 ° C, so that they have a flow behavior which is comparable to that of water, and thus can be pumped through the heat transport circuit very easily. Particularly suitable are salt melts containing potassium nitrate (KNO 3 ). For example, can be used as a heat transfer fluid, a molten salt containing 60% NaNO 3 and 40% KNO 3 . In comparison to the use of air as a heat transfer fluid, which would be possible in principle, much smaller pipe cross-sections can be selected when using molten salts. The heat losses can also be kept relatively low.
Eine erfindungsgemäße Trocknungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass
- – die Mittel zur Erzeugung von Heißluft einen mit fossilen Brennstoffen befeuerbaren Dampferzeuger umfassen, und
- – die Trocknungsanordnung einen von der Trocknungseinrichtung strömungstechnisch entkoppelten und von einem Wärmeträgerfluid durchströmten Wärmetransportkreislauf umfasst, der so ausgebildet ist, dass die von dem Dampferzeuger freigesetzte Wärmeenergie zumindest teilweise in das Wärmeträgerfluid des Wärmetransportkreislaufs eingebracht werden kann und von diesem zumindest teilweise in den Luftströmungskreis übertragen werden kann. Dadurch wird eine Trocknungsanordnung geschaffen, die eine effiziente Erwärmung der Papierbahnen beim Passieren des mindestens einen Trocknungszylinders ermöglicht. Die hier vorgestellte Trocknungsanordnung ist so ausgebildet, dass sie dem Trocknungsprozess Heißluft mit Temperaturen von etwa 500°C zur Verfügung stellen kann, die für die Papiertrocknung benötigt werden, ohne dass im Luftströmungskreis selbst eine mit fossilen Brennstoffen betreibbare Erwärmungseinrichtung (zum Beispiel ein Gasbrenner) vorgesehen sein muss.
- - The means for generating hot air comprise a fossil fuel-fueled steam generator, and
- - The drying arrangement comprises a fluidically decoupled from the drying device and flowed through by a heat transfer fluid heat transfer circuit which is designed so that the heat energy released from the steam generator can be at least partially introduced into the heat transfer fluid of the heat transfer circuit and can be transferred from this at least partially into the air flow circle , As a result, a drying arrangement is provided which enables efficient heating of the paper webs when passing through the at least one drying cylinder. The drying arrangement presented here is designed so that it can provide the drying process with hot air at temperatures of about 500 ° C, which are required for paper drying, without providing in the air flow circuit itself operated with fossil fuels heating device (for example, a gas burner) have to be.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Dampferzeuger ein Reststoffkessel ist, der so ausgebildet ist, dass er Reststoffe aus der Papierproduktion verbrennen kann.In a particularly preferred embodiment, it is proposed that the steam generator is a residual boiler, which is designed so that it can burn residues from paper production.
Dadurch ist es möglich, die bei der Verbrennung der Reststoffe ohnehin freigesetzte Wärmeenergie sinnvoll zu verwenden und zumindest teilweise in den Papiertrocknungsprozess einzubringen.This makes it possible to make sensible use of the heat energy released in any case during the combustion of the residues and to introduce it at least partially into the paper drying process.
Vorzugsweise kann der Wärmetransportkreislauf einen ersten Wärmetauscher umfassen, der so ausgebildet ist, dass er zumindest einen Teil der Wärmeenergie des Rauchgases auf das Wärmeträgerfluid übertragen kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass der Dampferzeuger/Reststoffkessel einen Leerzug umfasst, innerhalb dessen der erste Wärmetauscher angebracht ist. In dem Leerzug erreichen die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase typischerweise Temperaturen von etwa 700° bis 800°C. Überraschend hat es sich ferner gezeigt, dass sich der Einbau des Wärmetauschers in den Leerzug ebenfalls positiv auf die Korrosionsneigung auswirken kann, da ein Teil der Wärmeenergie des Rauchgases vom Wärmetauscher aufgenommen wird und damit nicht den Korrosionsprozess, insbesondere Chlor-Hochtemperatur-Korrosion, begünstigt.Preferably, the heat transport circuit may include a first heat exchanger configured to transfer at least a portion of the heat energy of the flue gas to the heat transfer fluid. In a particularly preferred embodiment, there is the possibility that the steam generator / residue boiler comprises a Leerzug, within which the first heat exchanger is mounted. In the empty train, the flue gases produced during combustion typically reach temperatures of about 700 ° to 800 ° C. Surprisingly, it has also been found that the installation of the heat exchanger in the Leerzug can also have a positive effect on the tendency to corrosion, since a part of the heat energy of the flue gas is absorbed by the heat exchanger and thus not the corrosion process, especially chlorine-high-temperature corrosion favors.
Vorzugsweise kann der Wärmetransportkreislauf einen zweiten Wärmetauscher umfassen, der so ausgebildet ist, dass er zumindest einen Teil der von dem Wärmeträgerfluid aufgenommenen Wärmeenergie des Rauchgases auf die innerhalb des Luftströmungskreises strömende Luft übertragen kann.Preferably, the heat transport circuit may include a second heat exchanger configured to transfer at least a portion of the heat energy of the flue gas received by the heat transfer fluid to the air flowing within the air flow circuit.
Für eine besonders effiziente Erwärmung der Luft hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Luftströmungskreis eine Bypass-Leitung umfasst, in der der zweite Wärmetauscher angeordnet ist.For a particularly efficient heating of the air, it has proved to be advantageous that the air flow circuit comprises a bypass line in which the second heat exchanger is arranged.
Um eine hohe Temperaturbeständigkeit zu erreichen, wird in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass der erste und/oder der zweite Wärmetauscher zumindest teilweise aus einem Keramikwerkstoff, insbesondere aus einem Keramikwerkstoff auf Basis von Siliziumkarbid, hergestellt sind/ist. In order to achieve a high temperature resistance, it is proposed in a particularly advantageous embodiment that the first and / or the second heat exchanger is / are at least partially made of a ceramic material, in particular of a ceramic material based on silicon carbide.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass der erste und/oder der zweite Wärmetauscher Schottheizflächen umfassen/umfasst. Schottheizflächen sind geschlossene und plattenartige Heizflächen, bei denen einzelne nebeneinander angeordnete Rohre mit diesen zugeordneten Stegen zu Rohr-Steg-Rohr-Kombinationen verschweißt sind. Sie zeichnen sich durch eine hohe Effizienz bei der Wärmeübertragung aus.In an advantageous embodiment, it is possible for the first and / or the second heat exchanger to comprise / comprise Schott heating surfaces. Schottheizflächen are closed and plate-like heating surfaces in which individual juxtaposed tubes are welded to these associated webs to pipe-web-tube combinations. They are characterized by a high efficiency in heat transfer.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass innerhalb des Luftströmungskreises eine selektiv aktivierbare Nacherwärmungseinrichtung, insbesondere ein Gasbrenner, zum Nacherwärmen der Luft angeordnet ist. Diese Nacherwärmungseinrichtung kann bei Bedarf selektiv zugeschaltet werden, wenn zum Beispiel die Temperatur der mittels des zweiten Wärmetauschers erwärmten Luft nicht ausreichend hoch sein sollte. Im Idealfall wird die Luft jedoch ausreichend stark erwärmt, so dass der Gasbrenner überhaupt nicht aktiviert werden muss.In a particularly advantageous embodiment, provision may be made for a selectively activatable reheating device, in particular a gas burner, to be arranged within the air flow circuit for reheating the air. This reheating device can be selectively switched on when needed, for example, if the temperature of the heated by the second heat exchanger air should not be sufficiently high. Ideally, however, the air is sufficiently heated so that the gas burner does not need to be activated at all.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Wärmetransportkreislauf ein Wärmeträgerfluidspeicherreservoir, insbesondere ein Salzschmelzereservoir, umfasst. Innerhalb des Wärmeträgerfluidspeicherreservoirs kann ein Wärmeträgerfluid gespeichert werden und mittels einer Pumpvorrichtung durch den Wärmetransportkreislauf gepumpt werden. Wie oben erwähnt, hat sich die Verwendung einer Salzschmelze für den Wärmetransport als besonders vorteilhaft erwiesen.In a preferred embodiment, it is proposed that the heat transport circuit comprises a heat transfer fluid storage reservoir, in particular a salt melt reservoir. Within the Wärmeträgerfluidspeicherreservoirs a heat transfer fluid can be stored and pumped by a pumping device through the heat transport circuit. As mentioned above, the use of a molten salt for heat transfer has proven to be particularly advantageous.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenFurther features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show in it
In den Figuren sind gleiche beziehungsweise funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
In
Um der Trocknungseinrichtung
Da der unmittelbare Kontakt der heißen Rauchgase mit der Papierbahn
Vorliegend ist der erste Wärmetauscher
Der Wärmetransportkreislauf
Als Wärmeträgerfluid können grundsätzlich verschiedene Medien verwendet werden. Luft wäre zwar als Wärmeträgerfluid grundsätzlich geeignet, hat aber den Nachteil, dass für den Wärmetransport große Luftmengen erforderlich sind. Demzufolge müsste der Fluidströmungskreis
Um die haubenartige Trocknungseinrichtung
In einer alternativen Ausführungsform kann die Trocknungsanordnung so ausgelegt sein, dass sie die mittels des zweiten Wärmetauschers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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| R163 | Identified publications notified | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: FRITZ PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTNERSCHAFT, DE |
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| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |