DE2038289A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Materialbahnen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von MaterialbahnenInfo
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Description
DIPL. -PHYS. F. ENDLICH sos* unterpfaffenhofen 3o. Juli 197o
PATENTANWALT E/G
TELEGRAMMADRESSE; PATENDLICH MÜNCHEN
CABLE ADDRESS: PATENDLICH MUNICH
2038289 Meine Akte: D-2663
Anmelder: DOMINION ENGINEERING WORKS, LIMITED Torontos Ontario, Ganada
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.
109809/1428 .
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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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- Io -
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
Λ 09809/U28 '
2Ü3U289
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.
Wenn 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
109809/U28
2U38289
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)
- PATENTANSPRÜCHE11.) 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. 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. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn ze ich net, daß das Druckgas von dem Kompressor der Turbine abgezogen -wird.
- 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. 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. 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. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das TheiiSe Abgas vor einerVarwendung su Trocknungszwecken filtriert wird·Z.Ü38289
- 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. 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. 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.109809/1428 '- 2ο -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 filtrierenο18 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.10 9 8 0 9/14-28L e e r s e i t e
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