DE2038289A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Materialbahnen - Google Patents

Description

DIPL. -PHYS. F. ENDLICH sos* unterpfaffenhofen 3o. Juli 197o

BLUMENSTRASSE 5

PATENTANWALT E/G

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TELEGRAMMADRESSE; PATENDLICH MÜNCHEN

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2038289 Meine Akte: D-2663

Anmelder: DOMINION ENGINEERING WORKS, LIMITED Torontos Ontario, Ganada

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Materialbahnen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Materialbahnen mit Hilfe einer Gasturbine, insbesondere zum Trocknen von Papierbahnen.

Die Verwendung von Gasturbinen, zum Trocknen von Papierbahnen wurde bereits vorgeschlagen. Dieser Vorschlag hat sich jedoch bisher nicht als allgemein durchführbar erwiesen, weil sich dabei eine Reihe von Schwierigkeiten ergeben, welche auf die Wirkungsweise von Gasturbinen zurückzuführen sind. Gewisse Eigenschaften von Gasturbinen sind nämlich in diesem Zusammenhang nachteilig und ermöglichen keinen, hohen Wirkungsgrad der der Gasturbine zugeführten Energie beim Trocknen, von Papierbahnen o. dergl. Materialbahnen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den Einsatz von Gasturbinen unter Vermeidung der bestehenden Schwierigkeiten zu ermöglichen.

Diese Aufgäbe wird bei einem Verfahren zum Trocknen von Papierbahnen oder anderen Materialbahnen mit einer Gasturbine erfindungegemäß dadurch gelöst, daß vorerwärmte Luft in einer

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Gasturbine kompri.mie.rt wird, um komprimierte Luft als mechanische Eingangsenergie Schallgeneratoren oder dergleichen Einrichtungen an einen Trockenabschnitt zuzuführen, wobei die thermische Eingangsenergie zu einem folgenden Trockenabschnitt direkt oder durch Wärmeaustausch von den Abgasen der Turbine geliefert wird/ und wobei mindestens in einem Abschnitt eine Entfernung von Feuchtigkeit durch einen auftreffenden Luftstrahl erfolgt.

Durch die Erfindung wird die Funktion einer Gasturbine in einer wirksameren Weise ausgenutzt. Die effektive Ausnutzung einer Gasturbine hängt bei der Durchführung einer Trocknung von der Auswahl verträglicher Trocknungssysteme ab. Die Auswahl eines geeigneten Trocknungssystems oder die Kombination derartiger Systeme, einschließlich der Auswahl neuer Trockenverfahren, hängt von dem effektiven Wirkungsgrad derartiger Systeme ab,welcher durch die Wärmemenge bestimmt ist, die pro Gewichtseinheit des entfernten Wassers erforderlich ist.. Verfahren zur Bestimmung derartiger Werte sind bekannt.

Bei einem Vergleich des Energiebedarfs kann festgestellt werden, daß bei einem neuen Verfahren, bei dem in der Hauptsache keine Verdampfung erfolgt, 28ok.cal. pro kg Wasser benötigt werden, während bei einem Verdampfungsverfahren der zweifache oder vierfache Energiebetrag benötigt wird. Bei der Auswahl einer Verfahrenskombination, beispielsweise einer Schalltrocknung und einer Luftstrahltrocknung, kann der gesamte kombinierte spezifische Energiebedarf für diese beiden Verfahren durch komprimierte Luft und das Abgas, einer Gasturbine geliefert werden. Auf diese Weise kann ausreichend komprimierte Luft von dem Ausgang einer Gasturbine bei wesentlich .verringerter spezifischer Eingangsenergie "erhalten werden,- gemessen in kocal» pro kg komprimierter Luft, im Gegensatz su einem elektrisch angetriebenen getrennten Kompressor» Durch-.Integration der Anforderungen hinsichtlich der komprimierten Luft .sowohl für die Gasturbine als auch für die Schallfesödsnuag.in.einer ©innigen Maschine, kann ein Vorteil hinsichtlich delr Masd*±nengr8£e.-er sielt werden.

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Eine derartige Anordnung ermöglicht, daß etwa die Hälfte der gesamten Trocknung in dem Trocknungsabschnitt durch Schalltrocknung ausgeführt wird. Die restliche Trocknung kann dann durch ein übliches thermisches Verfahren durchgeführt werden, bei dem ein höherer spezifischer Energiebedarf erforderlich ist/ welcher von dem Ausgang der Maschine geliefert wird, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen. Die Auswahl geeigneter ■ flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe und/oder die Verwendung einer wirksamen Ausnutzung heißer Gase, beispielsweise durch Gasfilter/ ist ebenfalls erforderlich.

Eine Schalltrocknung ermöglicht eine Verlagerung der Feuchtigkeit in die Bahnoberfläche oder die Bahnoberflächen, während durch einen Luftstrahl normalerweise Feuchtigkeit in erster Linie durch Verdampfung von der Bahnoberfläche bewirkt, so daß sich eine geeignete Kombination bei aufeinanderfolgender Anwendung ergibt, wenn die betreffenden Verfahren bei den Feuchtigkeitsbereichen angewandt werden, für die sie am besten geeignet sind.

Bei der bereits vorgeschlagenen Verwendung einer Schalltrocknung (Patentanmeldung P 2o 33 427.1) wird gewöhnlich eine Wärmezufuhr neben der Zufuhr von komprimierter Luft erforderlich, um das folgende zu erzielen:

a) Eine Erhöhung der Temperatur der komprimierten .'Luft.,,

die den Schallgeneratoren zugeführt wird, durch Vorwärmung am Eingang des Kompressors, oder wahlweise eine erneute Erhitzung der aus dem Kompressor austretenden Luft, was allerdings weniger wirtschaftlich ist; und

b) Eine Erhöhung der Temperatur der Sekundärluft, welche in der Resonanzzone umgewälzt wurde oder erneut umgewälzt wird, um die Feuchtigkeitsbedingungen zu steuern, wobei die zusätzliche Wärmezufuhr von dem Ausgang der Gasturbine direkt oder durch die Verwendung von Wärmetauschern erhalten werden kann.

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Bei der Beurteilung des Wirkungsgrads eines Kompressors für eine Einrichtung zur Schalltrocknung muß berücksichtigt werden, daß normalerweise unerwünschte Verluste -aufgrund innerer Verluste in dem Kompressor als vorteilhafter Anstieg der Temperatur der zu den Schallgeneratoren austretenden Luft auftreten. Dies ist sowohl für Gasturbinen-Kompressoren als auch für Kompressoren zutreffend, die durch einen Elektromotor angetrieben werden und vermeidet die Verwendung eines Kompressor-Zwischenkühlers. Im Falle einer Gasturbine mit einem eingebauten Kompressor mit zwei Spulen, kann eine vorteilhafte Verwendung dieser Eigenschaft erfolgen.

Im Falle eines äußeren mechanischen Antriebs eines Kompressors, bei spiel sv/ei se in Form eines Elektromotors, werden die mechanischen und elektrischen Energieverluste des Motors vernichtet, treten aber nicht als nutzbare Wärmeenergie in der austretenden Luft auf, weshalb die Verwendung eines direkten Antriebs einer Gasturbine als primäre Einrichtung vorzuziehen ist, wobei derartige Verluste praktisch vermieden sind.

Die Verwendung eines Teils des gesamten Trockenvorgangs als VerdampfungsVorgang, ermöglicht einen Ausgleich des gesamten Ausstosses der Gasturbine, um einen geeigneten Wärmehaushalt zu erzielen. Deshalb ermöglicht die Verwendung der mechanischen Ausgangsenergie der Turbine zur Erzeugung billiger elektrischer Leistung die wirtschaftliche Ausnutzung einer Mikrowellentrocknung, die sonst zu unwirtschaftlich wäre, wenn kommerzielle erzeugte Leistung Verwendung findet. Dies ist bedeutsam beispielsweise bei der Feuchtigkeitsverteilung im Falle überzogener Bahnen, wo die Eigenschaften der Mikrowellentrocknung wirksam Verwendung finden können, trotz der hohen Kosten der elektrischen Leistung, die normalerweise wegen des Kostenfaktors bei Verwendung konventioneller Energiequellen nicht eingesetzt werden kann.

Deshalb ergibt ein kombiniertes Trocknungsverfahren erhebliche Kosteneinsparungen, bei dem eine Gasturbine Verwendung findet, die einerseits Gas für eine Schalltrocknung und eine

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Luftstrahltrocknung abgibt,, und die andererseits elektrische Energie, beispielsweise eine Feuchtigkeitsverteilung durch Mikrowellen liefert, in welchen beiden Fällen eine Kombination mit einer Wärmetrocknung erfolgt, für die die thermische Ausgangsenergie der Turbine Verwendung findet, im Vergleich zu einem entsprechenden System,bei dem kommerzielle elektrische Energie, Gaserhitzung und Verdichtung, mit üblichen Einrichtungen Verwendung findet.

Hinsichtlich des Wirkungsgrads des Kompressors begeben sich im Hinblick auf die praktisch vollständige Energieausnutzung der Verluste des Kompressors für Schalltrocknung erhebliche Vorteile, weil der Kompressor ohne Doppelmantel oder eine sonstige Kühleinrichtung vorgesehen werden kann, wodurch sich weitere Kosteneinsparungen bei der Auswahl des Kompressors oder der dazugehörigen Komponenten ergeben.

Die Verwendung einer Prozess-Gasturbine in der beschriebenen Art dient zur Erläuterung der Bedeutung des Wirkungsgrads der betreffenden Komponenten der Gasturbine, so daß die Anlagekosten entsprechend verringert werden können. Auch die Druckbelastung und die thermische Belastung der Maschinenkomponenten wird verringert, was ebenfalls gewisse Einsparungen bedeutet.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird deshalb sowohl die mechanische als auch die thermische Energieabgabe einer Gasturbine zur Trocknung verwandt, wodurch das Fehlen, des optimalen Wirkungsgrads der Komponenten bei der Kompression, oder der Expansion lediglich den Austeil oder Anteil ändert, der zwischen der nutzbaren thermischen Energieabgabe und der nutzbaren mechanischen Energieabgabe erzielt wird. Durch Verwendung einer Gasturbine, . bei der keine optimale Expansion erfolgt, können die Kosten für die Turbine beträchtlich verringert werden, während die Verwendung der Maschine als Generator für heißes Gas durch den höheren Ausgangs- ■ druck begünstigt ist, um die heißen Abgase zu den Komponenten der Trocknungseinrichtung zu fördern. Von den vielen unterschiedlichen Merkmalen der Konstruktion, die einen guten Wirkungsgrad und

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eine Kosteneinsparurig ermöglicht, ist die Form der Beschaufelung und deren Toleranzgrenzen, wie beispielsweise der Außenspielraum, typisch für den Bereich, in welchem eine Erhöhung der Toleranzen und Spielräume eine beträchtliche Kosteneinsparung bei einem annehmbaren Verlust des Wirkungsgrads ermöglichen=

Obwohl es eine Reihe von Möglichkeiten gibt, die mechanisch erzeugte Ausgangsenergie der Maschine zu nutzen, können die folgenden, an sich nicht neuen Möglichkeiten Verwendung findens

1. Mit dem komprimierten Gas wird ein Schallerzeuger betätigt, wie beispielsweise Düsenpfeifen, um die Feuchtigkeit aus der Bahn zu entfernen, wie in dem erwähnten älteren Patent dargestellt istο

2. Die Erzeugung elektrischer Leistung zum Antrieb von Komponenten der Papiermaschine und/oder des Trocknungsabschnitts und/oder für dielektrische Trocknung oder eine Trocknung durch Mikrowellen»

Während bei einem älteren Vorschlag für die Beseitigung der bestehenden Schwierigkeiten die Verwendung von Kompressorluft als Luftstrahl zum Trocknen einer Bahn vorgeschlagen wird, kann gemäß der Erfindung aufgrund des großen Betriebsdruckbereichs von Schallgeneratoren Druckluft von dem Kompressor Verwendung finden, um Schallgeneratoren der genannten Art anzutreiben, während zusätzlich eine Rückgewinnung von Wärme sowohl von der Kompressorluft als auch von den Abgasen der Turbine dazu verwandt werden kann, eine Schalltrocknung, sowie eine Luftstrahltrocknung gegen die Oberflächen oder durch die Bahn durchzuführen, wobei ein Wärmeaustausch mit den Dampfgeneratoren, für die Lieferung von Prozess-Dampf in der Papiermasehine erfolgt, oder v/ob ei übliche dampfbeheizte Trockenzylinder Verwendung finden=

Obwohl es normalerweise-nicht zweckmäßig ist* Abgase einer Turbine für Düsenpfeifen su verwenden* weil die Pfeifen durch Feststoffe rad Verunreinigungen des Abgase, beschädigt werden können* ist deren Verwendung jedoch trotsdem möglieh* wenn Gasfilter für die Entfernung derartiger Teilehen vorgesehen werden»

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Bei der Verwendung von Abgasen einer Turbine für die direkte Trocknung einer Bahn,wird die Verwendung kostspieliger, nicht verschmutzender Brennstoffe/ wie Erdgas oder Kerosin durch die Verwendung mechanischer Filter für die Abgase ausgeglichen. Wahlweise kann die Verwendung von Wärmeaustauschern notwendig sein/ um eine indirekte Luftbeheizung zu ermöglichen, wodurch sich eine entsprechende Kostenerhöhung ergibt. Eine chemische Behandlung des Brennstoffs wird als eine Möglichkeit vorgeschlagen, zur Verbesserung der Eigenschaften der Verbrennungsprodukte, die Verunreinigungen zu verringern.

Wenn eine direkte Verwendung von Abgas für eine Luftstrahltrocknung erwünscht ist, können austauschbare keramische Filterpatronen Verwendung finden. Durch eine derartige Filtration von heißem Gas hinter dem Verbrennungsraum, aber vor dem Eintritt in die Expansionsturbine, wird der Energieverlust auf einem Minimum gehalten, weil dadurch die Luftgeschwindigkeiten verringert werden, während Sekundärluft an dem Filter vorbeigeleitet werden kann, um die Verluste über diesem zu verringern und die benötigte Filterkapazität möglichst klein zu. halten. Diese Anordnung ergibt den zusätzlichen Vorteil, daß die Expansionsturbine mit sauberem Gas betrieben wird, weshalb auch weniger Wartungsarbeiten erforderlich sind. Das Temperaturgefälle über dem Filter kann durch höhere Verbrennungstemperaturen kompensiert werden, damit die gewünschte Temperatur am Turbineneingang vorhanden ist.

Durch Verringerung des Expansionsverhältnisses der Turbine, um einen Ausgangswert von 3,5 bis 5Einheiten (psig) im Vergleich zu einem üblicheren Wert von 2 Einheiten zu erzielen, wird die Verwendung von zusätzlichen Gasgebläsen für hohe Fördermengen bei niedrigem Druck in dem Trocknungsabschnitt yermieden, wodurch sich beträchtliche Einsparungen ergeben, während der Verlust in Verbindung mit dem mechanischen Wirkungsgrad als nützliche Wärmeenergie des Abgases auftritj:, die für die Rückgewinnung von Wärme bei dem Verfahren oder für eine indirekte Trocknung eingesetzt werden kann.

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Hinsichtlich der vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele für eine Durchströmungstrocknung wixd bemerkt/ daß die Luft von dem Kompressor bei einem Druck von mehreren Atmosphären zu diesem Zweck Verwendung, findet. Diese Lösung hat den Nachteil/ daß schwere Gehäuse vorgesehen werden müssen* welche den auftretenden beträchtlichen Kräften standhalten müssen, z.B. durch die Strömung aus dem Innenraum der Trommel bedingte Kräfte, während die Vermeidung von so großen Scherkräften auf die Bahn ebenfalls gewisse Schwierigkeiten mit sich bringt. Auch Luftverluste an den Haubendichtungen und an den Bahnkanten sind von Bedeutung. Daraus ist ersichtlich/ daß Hochdrucksysteme praktisch nicht geeignet sind/ während die Erfindung eine bevorzugte Kombination von Verfahren mit einem thermischen Ausgleich ermöglicht.

Durch Zufuhr von relativ stark komprimiertem Gas zu einem Schallgenerator, der wie eine Düsenpfeife ausgebildet ist, wird neben einer mechanischen Versetzung des Feuchtigkeitsgehalts in dem Band, der Überdruck in der Schallhaube nahezu auf Atmosphärendruck verringert, wegen des Druckgefälles in den Kreisen, wodurch konstruktiv und kostenmäßig annehmbare Grenzen eingehalten werden können. Die Entfernung der Haube.von der Bahn, wenn die Bahn eingelegt werden muß, ist ein wichtiger Umstand im Zusammenhang mit der Druckdiffusion und der dadurch bedingten Verringerung der Masse der Haube. Die Verwendung eines Kompressors mit einem mittleren Wirkungsgrad wird vorgewogen, welcher Luft bei einem Druck zwischen I,o5 - 2,8 kg pro qcm (15™4o psig) an die Schallgeneratoren liefert. Die Verwendung eines Wärmeaustauschers oder eines Luftumwälzers zur Erhöhung der Lufttemperatur am Kompressoreingang von der Umgebungstemperatur auf etwa 27 - 6o°C ergibt eine wirksame Schallerzeugung in den Pfeifen und einen heißeren Luftstrahl, der vom Ausgang der Pfeifen auf die Bahn gerichtet wird. Für die Pfeifen werden Eingangstemperatüren zwischen etwa 138 und 2o5 C vorgeschlagen, wobei die Kompressionserhitzung ausgenutzt wird, gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Erhitzung oder mit einer Heißluftzufuhr, um die gewünschte Lufttemperatur zu erzielen.

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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Trocknungseinrichtung mit einer Gasturbine, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 3 eine Gasfilteranordnung gemäß der Erfindung.

Die Gasturbine Io in Fig. 1. enthält einen Kompressorabschnitt 12, einen damit mechanisch verbundenen Turbinenabschnitt 16 und eine Brennkammer 14. Ein elektrischer Generator 24 oder ein Motorgenerator wird ebenfalls durch die Turbine 16 angetrieben, der mit der Maschine über eine Kupplung verbunden ist und gewünschten Falls die zusätzliche Funktion eines Anlaufmotors oder eines Leistungsgenerators ausübt.

Als äußere Anschlußverbindungen der Gasturbine Io sind eine Luftaustrittsleitung 2o von einem ersten Abschnitt 17 des Kompressors 12, sowie eine Gasaustrittsleitung 22 von dem Turbinenabschnitt 16 vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel«in Fig. 1 wird mechanische Energie in der Form komprimierter Luft von dem Kompressorabschnitt 17 über die Leitung 2ο dem Schalltrocknungsabschnitt 3o , zugeführt, welcher ein Trommel-Schalltrockner ist, der in dem genannten älteren Patent näher beschrieben ist. Die thermische Energie der Ausgangsleitung 22 wird zu einem Luftstrahltrockner 4o an sich bekannter Art weitergeleitet.

Im folgenden soll zunächst die Luftzufuhr 2o näher erfltü-tert /werden. Die Verwendung eine» Vorerh-itzers 19 au δστ>* SiaXa£ 21 des Kompressors erhöht die Temperatur .der üen Pfn*£<m rüge.',^a. tea Luft. Di» Luftleitung 2o steht mit dem H*''heoihife!rr* I¹ <?Q3 Schalltrocknungeabschnltts 3© in Verbindung. D-Ii. ν.» ,ν. :iCa/»iv"** ^*"

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über die Leitung 32 zu den Luftverteilern 33. Eine Anzahl von · Verteilern 33/ voll denen zwei dargestellt sind, erstrecken sich quer zu einer Trommel 35, von welcher die zu trocknende Bahn 36 getragen wird. Eine Anzahl von Schallgeneratoren 37, die beispielsweise Düsenpfeifen der erwähnten Art sein können, sind entlang jedem Verteiler angeordnet, so daß diesem erhitzte und saubere Luft zugeführt werden kann.

Jeder Verteiler 33 versorgt einen trogförmigen Reflektor 38, der sich entlang der Breite der Trommel 35 erstreckt. Ein sekundärer Luftstrahl mit niedrigem Druck von dem Nacherhitzer wird durch die Leitung 41 von den Verteiler^42, die angrenzend an die betreffenden Reflektoren 38 angeordnet sind, die sich zusammen damit über die Bahn erstrecken, zu der fern trocknenden Bahn. Von den Verteilern 42 wird ein Luftstrahl oder ein Vorhang von den Austrittsdüsen 142 mit geneigten Schlitzen erzeugt, welche Luft die Oberfläche der sich bewegenden Bahn überstreicht, um Feuchtigkeit zu entfernen» Die dem Nacherhitzer 31 zugeleitete Gasmischung stammt indirekt von der Äustrittsleitung 22, wie im folgenden näher erläutert werden soll« Die Düse 142 bewirkt eine Gasbewegung in den Reflektoren 38 _D wobei Gas von der Kante des betreffenden Reflektors in der Richtung entgegengesetzt zu der Bahnbewegung austritt, wodurch eine Trocknung in Grensbereichen auf der Oberfläche der Bahn begünstigt wird.

Der Trocknungsabscnnitt Ao enthält einen Zylinder 45, der nicht perforiert ist und über- d@n die Bahn. 3β verläuft» Die Ver= Wendung eines perforierten Eyliaäers ist- ebenfalls möglich _s xm eine Durclitrittstrockaiang bekannter Art su ermöglichen»

Die Luftstrs^i=TrQe!satiafsaiari.ehtmig 4d hat eine Kappe eine in 0»ifangsrielitmef vexlsmf@nä® Srennwand 47 in einem CIa¹TOB, ins einen H©igl«fti^?©st©il©r <SS im b©gic@asea_? ©in© perforierte Tsrnwu-maä ^l \ tfsldä© mit ü®t Tistsmmsmä 41. @!a©n

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Die heiße Gasmischung von der Leitung 22 des Turbinenabschnitts 16 gelangt über austauschbare Filter 55 zu Reihen von Gasinjektoren 56 an sich bekannter Art, von denen jeder einen Venturiabschnitt 57 aufweist. Das heiße Gas erzeugt einen Unterdruck in den Eintrittsöffnungen 59/ 6o der Injektoren, welche zur Frischluftzufuhr bzw. zur Rückführung dienen, wobei der Durchfluß durch nichtdargestellte Drosseleinrichtungen gesteuert wird, um eine Mischung herzustellen, die mit dem Abgas vermengt wird, um die Lufttemperatur zu erniedrigen und geeignete psychrometrische Trocknungsbedingungen zu erzeugen. Ein Teil der Mischung gelangt über die Leitung 61 zu dem Hochdruckverteiler 49, dessen Druck durch ein Drosselglied 63-in der Leitung 61 gesteuert wird. Ein weiterer Teil dieser Gasmischung gelangt von dem Injektor 56 über die Leitung 65 zu dem Wärmeaustauscher 67 und dann zu dem Nacherhitzer 31 des Schalltrockners 3o. Die Gasmischung von der Leitung 65 wird in dem Wärmeaustauscher 67 und in dem Nacherhitzer 31 gekühlt und gelangt dann über die Leitung 41 zu dem Schalltrocknef, so daß ein geeigneter Feuchtigkeitsgehalt für eine Luftstrahltrocknung vorhanden ist.

Der Wärmeaustauscher 67 erhält Frischluft über den Einlaß 71, welche über den Injektor 56 angesaugt wird, an den der Wärmeaustauscher 67 über eine Leitung. 73 angeschlossen ist.

Die feuchte Abluft von dem Verteiler 48 des Trockners 4o gelangt über die Leitung 75 zu dem Einlaß 6o des Injektors 56.

Die Abluft des Schalltrockners 3o, welche entlang der Bahn in einer entgegengesetzten Bahnrichtung fließt, wird aus dem betreffenden Zwischenraum 35 entfernt, um gewünschten Falls eine Wärmeausnutzung in einem anderen Teil der gesamten Trockeneinrichtung zu ermöglichen.

Wegen der schonenderen Trocknung und des höheren Durchsatzes von Schalltrocknern bei der Entfernung von Feuchtigkeit von sehr nassen Bahnen und wegen der unterschiedlichen Eigenschaften des

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Luftstrahltrockners 4o, welcher besser für weniger feuchte Bahnen geeignet ist, wird im allgemeinen vorgesehen', daß die Bahn 36 zuerst durch den Schalltrockner 3o und dann durch^den Luftstrahltrockner geführt wird. Die Verwendung einer Dampferhitzung der Trommel 45 soll hier nicht speziell erfolgen, obwohl wahlweise eine Dampferhitzung unter Ausnutzung der Wärme des Abgases der Turbine erfolgen kann, wie später, näher erläutert werden soll. Obwohl der Kompressor 16 aufeinanderfolgend Niederdruck- und Hochdruck-Abschnitte hat, können auch zwei getrennte Korn pressorabschnitte Verwendung finden, die durch eine gemeinsame Welle angetrieben werden, um eine verbesserte Durchflußsteuerung des Kompressors der Leistungsturbine und eine flexiblere Ausnutzung bei der Trocknung zu ermöglichen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die Gasturbine Io über die Kupplung 11 mit dem Generator 24 verbunden» Der hier niehtdargestellte Vorerhitzer kann verwandt werden, oder statt dessen eine Mischanordnung für rezirkulierte heiße Luft, um eine Temperaturkompensation entsprechend der Umgebungstemperatur zu ermöglichen=

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Trocknungsabschnitt mit einer üblichen dampfbeheizten Trommel vorgesehen, wobei den Trommeln 133 über den Verteiler 131" von dem ,Dampfkessel 132 Dampf zugeführt wird. Der Dampfkessel 132 wird durch Brenner 135 geheizt, wobei Abgas von der Turbine über die Leitung 122 zugeleitet wird, um die Verbrennung zu begünstigen und Wärme durch das heiße eintretende Gas zuzuführen. Wegen der zuschüssigen Luft in dem Abgas der Turbine nach der Verbrennung, kann eine Begünstigung der Dampferzeugung erfolgen. Der aus dem Dampfkessel durch ein Filter 137 austretende Gasstrom gelangt zu einer Reihe von Injektoren 156, durch deren Ausgang 161 der Luftstrahltrockner versorgt wird, um die Bahn von zwei Seiten her zu trocknen. Nur die Verbindungen zu der Oberseite des Trockners I4o sind dargestellt, während die unteren Verbindungen der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind. Der durch den Auslaß 163 von dem Trockner 14o austretende Gasstrom wird·teilweise als Mischgas

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zu den Injektoren 156 zurückgeleitet. Eine gedrosselte Luftzufuhrleitung 178 ermöglicht den Zutritt bestimmter Luftmengen zu dem Injektor 156. Ein Teil des aus dem Injektor austretenden Gasstroms wird über die Leitung 17o einem Abgasvorwärmer 175 zugeleitet, um eintretende Frischluft zu erhitzen. Ferner kann ein Sprüh- injektor zur Zufuhr von heißem Wasser vorgesehen sein, sowie eine weitere Kühlung dieses Abgases.

Die Verzweigungsleitung 177 mit einem darin vorgesehenen Drosselglied kann Gas für eine Luftstrahltrocknung zuführen/ beispielsweise an einen Trockner 45 in Fig. 1. Da die Luftzirkulation in diesem Falle ohne Hilfe des Injektors 156 zur Entfernung der feuchten Luft aus dem nichtdargestellten Trocknerabschnitt durchgeführt wird, wird der Betriebsdruck in der Leitung 177 ausreichend über dem Atmosphärendruck gehalten, damit die notwendige Zirkulation erfolgt.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Auslaßdruck der Gasturbine auf einem ausreichenden Wert gehalten wird, damit die Verwendung von Hilfsgebläsen zur Zirkulation der Trocknungsluft praktisch nicht erforderlich ist. Die Verringerung des Wirkungsgrads aufgrund dieses höheren Drucks und der entsprechend höheren Temperatur wird bei den Betriebskosten und den Kapitalkosten zurückgewonnen, während die Trocknungsprozesse mit den dadurch verfügbaren höheren Gastemperaturen durchgeführt werden, wodurch der Verlust an thermischer Energie zurückgewonnen wird, der sich durch das verringerte Expansionsverhältnis des Turbinenabschnitts ergibt.

Außerdem kann elektrische Energie von dem Generator 24 zu Mikrowellen-G-neratoren 198 cpLeitet werden, von denen nur einer dargestellt ist, um einen Trockner 2oo zu versorgen, der gegenüberliegende Mikrowellensender 2o2 aufweist» Eine der- ■ artige zusätzliche Trocknungsmöglichkeit verbessert die . Flexibilität und die ausgewogene Trocknung, die durch ein Gasturbine ermöglicht wird und kombinierte Prozesse, wobei eine zweckmäßige Trocknung ermöglicht wird,« insbsi.'jonö-are zut Entfernung nasser Streifen, was. insbesondere! bei gescMcfetataii

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Bahnen (beispielsweise mit einer erhöhten Oberflächenfeuchtigkeit) vorteilhaft ist, was aber gewöhnlich bei einer konventionellen Energiezufuhr zu hohe Kosten verursacht. Aufgrund der weitgehenden Ausnutzung der inneren Verluste des Systems, in dem die Verluste des Kompressors und der Turbine weitgehend für das Verfahren wieder gewonnen werden können, und wegen der effektiven Ausnutzung bei den Turbinenkomponenten aufgrund des niedrigeren Expansionsverhältnisses, um eine wirksame Luftumwälzung durch den Trocknungsabschnitt zu erzielen, wird bei diesem Verfahren eine hohe thermische Gesamtausnutzung des Brennstoffs erzielt.

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zur Filtration von heißem umgewälztem Gas.

Bei diesen Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskammer 314 hinter dem Kompressor 21o angeordnet, während die Expansionsturbine 316 mit einem Filter 329 versehen ist, welches eine Anzahl von austauschbaren Platten oder Patronen aufweisen kann.

Die Brennkammer 214 wird durch eine Leitung 318 mit Druckluft versorgt. Die Primärluft gelangt durch die Leitung 32o in den Flammrohrkessel 315. Über die Abzweigleitung 322 gelangt Luft über die Drosseleinrichtung 322 in den Außenraum des Flammrohrkessels 315, um eine Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Ein Teil dieser Luft kann in den Flammrohrkessel 315 in an sich bekannter Weise als sekundäre Verbrennungsluft eintreten, um die Rohrwände zu kühlen.

Die heißen Abgase gelangen über die Leitung 327 zu dem Filter 329. Das davon austretende Gas wird mit dem erhitzten Gas aus der Leitung 325 vermischt, und tritt dann über die Leitung 33c in die Expansionsturbine 316 ein.

Durch eine geeignete Konstruktion des oder der Filter 329,, in denen eine Anzahl von einseinen Filtern in- paralleler-. Anordnung vorgesehen sein können, kann ©ine derartige Wartung ö©r Filter erfolgaiiä daß sie kontinuierlich benutsbar.sind, la werden gesinterte Keramikfilter mit ©iseai atisrdicbsaden Querschnitt «ad -

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einer geeigneten Porosität ausgewählt, um die gewünschte Filtration des Abgases zu erzielen und ein annehmbares Druckgefalle zwischen dem Kompressor 31o und der Expansionsturbine 316 auszubilden.

Es ist ferner zweckmäßig, den Brennstoff einer chemischen Vorbehandlung zu unterziehen, um die Ausbildung von Verunreinigungen des Verbrennungsgases zu verringern. Auch die Verwendung automatischer, temperaturempfindlicher Steuereinrichtungen für das Drosselglied 323 ist zweckmäßig.

Es sind auch abgewandelte Ausführungsbeispiele möglich, weil beispielsweise die elektrische Energie in dielektrischen Heizeinrichtungen und/oder zum Antrieb von Komponenten Verwendung finden kann, wobei die Vorteile der Erfindung erzielt werden können, indem eine unterschiedliche Luftzirkulation und ein unterschiedlicher War: ie au st au sch vorgesehen werden.

Die Ausführungsbeispiele zeigen jedoch die Felxibilität, mit welcher die mechanische und thermische Wärmeabgabe der Gasturbine zur Trocknung von Bahnen kombiniert werden können.

Ferner kann durch das Verfahren Dampf nicht nur für die Beheizung der Trommeln erzeugt werden, sondern auch für andere Zwecke, für die der Dampf verwendbar ist, der in den Wärmeaustauschern erzeugt oder durch Abgase erhitzt wird.

Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß der Ersatz einer Saugwalze für den Trockenzylinder, zusammen mit einer geeigneten Abzugspumpe für den Innenraum des Zylinders, um ein geeignetes Druckgefälle von einigen cm Quecksilbersäule entlang der Dicke der Bahn zu erzielen, eine wirksame durchgehende Trocknung ermöglicht.

Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der Verwendung einer Gasturbine mit einem etwas höheren Auslaßdruck als üblich, werden die Kosten neben Einsparungen für die Turbine dadurch erniedrigt, daß durch die Erhöhung der Temperatur des Abgases und des Drucks

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in gewissen Fällen keine zusätzlichen Gebläse erforderlich sind. Ferner wird dadurch die Größe"der Wärmeaustauscher verringert, die zur Dampferzeugung aus dem Abgas erforderlich sind. Eine thermische Ausnutzung des Brennstoffs von etwa 7o bis 80 % erscheint, möglich, während andererseits ein geringerer Wirkungsgrad der Gasturbine die Unterhaltungskosten verringert.

Beispielsweise bei der teilweisen Evakuierung einer Saugwalze für eine vollständige Durchtrocknung können Turbinenabgase in Injektoren der dargestellten Art. Verwendung finden, welche mit dem Innenraum der Walzen verbunden sind, welcher Anwendungsfall besonders für Bahnen hoher Permeabilität vorteilhaft ist.

W_enn die Papierqualität eine direkte Beaufschlagung der Bahnoberfläche mit Abgasen verbietet, können entweder Wärmeaustauscher oder Abgasfilter Verwendung finden.

Neben der höheren Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Erzeugung von mechanischer, elektrischer Wärmeenergie, ist die Erfindung besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Flexibilität zur Erzielung einer schnellen Trocknung, einschließlich der Möglichkeit einer Steuerung bei der Trocknung nasser Streifen, durch eine geeignete Kombination der Trocknungsverfahren.

Neben der Verwendung der elektrischen Energie, die durch die Gasturbine erzeugt wird, für eine dielektrische Heizung, kann auch eine Mikrowellen Erhitzung erfolgen, wobei in einem geeigneten Medium in der Bahn Wärme erzeugt wird.

Der erzielbare Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens hängt von der vollen Ausnutzung der Energie-ab, die von der Maschine in zweierlei Hinsicht geliefert wird. Durch Auswahl eines geringeren Wirkungsgrad der Turbine mit einer geringeren Expansion, beispielsweise von etwa 18 %, wird die mechanische Energieabgabe für das kombinierte Trockenverfahren so begrenzt, wenn eine Anwendung wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt. Wegen der besonderen Eigenschaften der Schalltrocknung kann bei einer derartigen Anregung immer noch die Hälfte der Trocknung

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durchgeführt werden, was bei einem verhältnismäßig geringen Energiebedarf möglich ist. Der thermische Belastungsteil des Trocknungsverfahrens kann dann etwa den entsprechenden thermischen Energieanteil von beispielsweise 7o % der gesamten Eingangsenergie aufnehmen, bei der Annahme von 12 % unvermeidbaren Verlusten in dem System.

- Patentansprüche -

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Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE

   11.) Verfahren zinn Trocknen einer Materialbahn unter Verwendung einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß mit der von der Turbine abgegebenen mechanischen Energie mindestens eine Trocknungsstufe des Verfahrens mit. Energie versorgt wird, und daß die von der Turbine abgegebene thermische Energie zur Versorgung einer weiteren Trocknungsstufe des Verfahrens verwandt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ichn e t , daß mindestens ein Teil der von der Turbine abgegebenen mechanischen Energie in der Form von Druckgas abgezogen wird, um einen Schallerzeuger zu betätigen, der zur Verlagerung von Flüssigkeit in der Materialbahn Verwendung findet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn ze ich net, daß das Druckgas von dem Kompressor der Turbine abgezogen -wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Generator von der Turbine angetrieben wird, um elektrische Energie für das Trocknungsverfahren zu erzeugen.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze ich net, daß das Expansionsverhältnis der Turbine so gewählt wird, daß der Druck am Ausgang der Turbine zur Gasförderung für das Trocknungsverfahren ausreicht.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5/ dadurch gekennze ich net, daß durch den Druck am Aufgang der Turbine ein Schallgenerator zur Durchführung einer Trocknung betätigt wircL
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das TheiiSe Abgas vor einerVarwendung su Trocknungszwecken filtriert wird·

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8. 8. Verfahren nach Anspruch I₇ 3 oder 5, dadurch g e ken η zeichnet , daß das heiße Abgas vor einer Verwendung zur Trocknung filtriert wird, und daß die Filtration vor der Zuleitung der Gase in die Expansionsstufe der Turbine erfolgt.
9. 9. Verfahren nach Anspruchs, dadurch g e k e η η ze i c h η e t , daß das teilweise komprimierte Abgas zur Luftstrahltrocknung verwandt wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch g e k e η η - A ζ e i chne t , daß die Temperatur des teilweise komprimierten Abgases durch Luftzufuhr verringert wird.

    11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise komprimierte Abgas zur Erwärmung-der die Trocknung bewirkenden Luft Verwendung findet.

    12. Trockeneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I₁ g e k e η ηζ e i c h η e t durch eine Gasturbine mit einem Kompressor und einer Brennkammer, durch eine .Führungseinrichtung für eine zu trocknende Materialbahn, durch eine erste Trockeneinrichtung, die durch die Gasturbine mit mechanischer Energie betätigt wird, und durch eine zweite Trocknungseinrichtung, ^

    m die durch thermische Energie von der Gasturbine betätigt wird und hinter der ersten Trockeneinrichtung angeordnet ist, um einen Hauptteil der der Turbine zugeleiteten Gesamtenergie zur Trocknung auszunutzen.

    13. Trockeneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gek e η η ζ e i ch η et durch eine Gasturbine, deren Energieabgabe in einen mechanischen und einen thermischen Anteil unterteilt ist, in Kombination mit zwei oder mehr Trockeneinrichtungen zur Ausnutzung mechanischer bzw. thermischer Energie, wobei das Verhältnis von mechanischer zu thermischer Energie der Energieabgabe der Turbine praktisch gleich dem Verhältnis von mechanischer zu thermischer Energieabgabe der kombinierten Trockeneinrichtung ist.

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    14. Trockeneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gasturbine, durch einen Vorerhitzer zur Erhöhung der Temperatur der in den Kompressor eintretenden Luft, durch eine Leitung zum Abzug nicht verbrannter Luft aus dem Kompressor, durch einen Schalltrockner, dem die abgezogene Luft zugeführt wird, um Feuchtigkeit in der Materialbahn zu verdrängen, durch einen Luftstrahltrockner, durch eine Einrichtung zur Weiterleitung von Abgas der Turbine zu diesem Luftstrahltrockner, und durch einen Wärmeaustauscher zur Steuerung des psychometrisehen Zustands des auf die Mater'ialbahn auftreffenden Gasstrahls.

    15. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Gasströmung zu der Materialbahn.

    16. Einrichtung nach Anspruch 12, IS oder 14, g e k e η η ζ ei c h η e t durch einen elektrischen Generator, der durch die Turbine angetrieben wird und eine Trockeneinrichtung mit Energie versorgt.

    17. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch einen Filter für heißes Gas, um die Verbrennungsgase vor deren Verwendung zur Trocknung zu filtrierenο

    18 Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Gasfilter zwischen der Brennkammer und der Turbine, um Verunreinigungen mit einer vorherbestimmten Teilchengröße aus dem heißen Gas zu entfernen, bevor das Gas in die Turbine eintritt.

    19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennze ich net, daß die Filtereinrichtung mehrere keramische Filterpatronen enthält, die parallel zueinander angeordnet sind, so daß ein Austausch der Patronen ohne Betriebsunterbrechung durchführbar ist.

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    L e e r s e i t e