EP2166298B1 - Materialbahntrockneranordnung - Google Patents

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EP2166298B1
EP2166298B1 EP09170441.1A EP09170441A EP2166298B1 EP 2166298 B1 EP2166298 B1 EP 2166298B1 EP 09170441 A EP09170441 A EP 09170441A EP 2166298 B1 EP2166298 B1 EP 2166298B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
dryer
guidance system
infrared
material web
Prior art date
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EP09170441.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2166298A2 (de
EP2166298A3 (de
Inventor
Richard Dr. Aust
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP2166298A2 publication Critical patent/EP2166298A2/de
Publication of EP2166298A3 publication Critical patent/EP2166298A3/de
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Publication of EP2166298B1 publication Critical patent/EP2166298B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B13/00—Machines and apparatus for drying fabrics, fibres, yarns, or other materials in long lengths, with progressive movement
    • F26B13/10—Arrangements for feeding, heating or supporting materials; Controlling movement, tension or position of materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/30—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun from infrared-emitting elements

Definitions

  • the invention relates to a web dryer arrangement with at least one radiation dryer and at least one air dryer, wherein the air dryer in a first air duct system at least a first air supply line and a first exhaust duct, which is connected to the at least one first air supply line of the first air duct system of the air dryer, and wherein the radiation dryer a second air duct system comprising at least one second exhaust duct, which is connected to the at least one first supply air duct of the first air duct system of the air dryer. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a web dryer arrangement.
  • a web dryer assembly of this type is used, for example, in the manufacture of a paper web to dry it.
  • the radiation dryer has a relatively high power density, i. he can transfer a relatively large amount of heat to the web, so that the water contained therein can evaporate well. Although the air dryer transmits a smaller amount of heat to the web. But he is able to support the web contact.
  • a web dryer arrangement of the type mentioned is, for example WO 2005/085729 known.
  • the radiation dryer is connected upstream of the air dryer.
  • Several such arrangements of radiation dryer and air dryer can be arranged one behind the other. Heated air from the radiation dryer is collected by the air dryer and optionally blown after reheating on the web.
  • EP 1 169 511 A similar embodiment is made EP 1 169 511 known. Here, too, heated air from the radiation dryer reaches a capture device of the
  • Air dryer where it is taken up, circulated and blown back onto the web.
  • Out DE 39 10 898 B4 is a combination dryer with a radiation dryer and an air dryer is known in which the radiation dryer is heated with air, which is branched off from a feed stream for the air dryer. Heated air from the radiation dryer is fed to the housing of the air dryer, sucked there, mixed with fresh air and circulated again, the combination of already heated air and fresh air is heated by a heater again.
  • the radiation dryer to assign a second air supply system with supply air and exhaust air, both air supply systems, each with a connection of supply air and exhaust air to provide and connect both air ducts only in the region of their respective exhaust air.
  • the object is achieved in that an air mass flow (m 1 ) in the at least one first air supply line of the first air duct system of the air dryer during operation of the web dryer assembly 3 to 10 times as large as an air mass flow (m 2 ) in the at least one second exhaust duct of the second air duct system of the radiation dryer.
  • the preferred ratio is even more accurate from experiments to a value between 4 and 8.
  • a web dryer assembly 1 according to FIG. 1 is used to dry a material web 2, which passes in a marked by an arrow 3 direction of the web dryer assembly 1.
  • the material web 2 first passes through a radiation dryer 4, which is designed as an infrared dryer and then an air dryer. 5
  • the radiation dryer 4 is supplied via an inlet 6 air. If it is an electrically powered radiation dryer, then this dryer requires cooling air. If it is a gas-powered radiation dryer, then this radiation dryer additionally requires combustion air. Because it is important to the invention, it is in Fig.1 to a cooling air supply, which ensures within the radiation dryer 4 that cables, gaskets o. ⁇ . Not excessively stressed by heat. In this case, a motor 7 drives a fan 8.
  • the radiation dryer 4 on the one hand emits radiant heat to the material web 2, on the other hand it heats the registered with the material web Air.
  • the heated air is removed together with the evaporated water from the material web and - in gas-heated infrared radiators - the combustion exhaust gases via an exhaust duct 9, which is connected to at least one suction and / or recirculation duct 30, the radiation dryer 4.
  • a portion of the exhaust air for example 15 to 30%, in particular about 20%, can be supplied as air mass flow m 5 via a connection 10 to a supply air line 11.
  • a fresh air connection 12 is provided in the connection 10.
  • a conveying device having a motor 13 and a fan 14 conveys the supply air via the supply air line 11 into the radiation dryer 4.
  • this supply air is cooled to about 120 to 140 ° C., for example.
  • This part of circuit is provided in the invention in as much as that, is reduced by the air mass flow m 5 of quantitatively possible air mass flow which is discharged to the air dryer. In the embodiment according to the invention only the remaining ratio of m 1 to m 2 is important.
  • air mass flow is to be understood as meaning a unit in weight / time unit and in this case preferably kg / h.
  • the air dryer 5 has an air supply line 16 and an exhaust air line 17. Between the exhaust duct 17 and the supply air line 16, a connection 18 is arranged. In the connection 18, a conveyor 19 having a motor 19 and a fan 20 is arranged. Further, a Abschottklappe 21 is arranged in the connection. Finally, optionally in the connection 18, a heating device 22 may be arranged. The heater 22 may be formed, for example, as a combustion chamber. If such a heating device 22 is arranged in the connection 18 or in the supply air line 16, then it is expedient to provide a fresh air connection 23, which, just like the fresh air connection 12, is controllable. If necessary, this fresh air connection 23 serves to rinse the circuit through the air dryer 5.
  • the air dryer 5 thus has a first air guidance system 24 and the radiation dryer 4 has a second air guidance system 25.
  • Both air duct systems have a connection 18, 10 of supply air line 16, 11 and exhaust duct 17, 9.
  • Both air guide systems 24, 25 are connected to each other in the region of their exhaust duct 17, 9, i. There is a node 26 where the exhaust air 17, 9 leading lines meet.
  • an exhaust outlet 27 is arranged for the exhaust air mass flow m 4, having a a motor 28 and a fan 29 having conveyor.
  • This conveyor has an even lower capacity than the other two conveyors 13, 14 and 19, 20. For example, a pressure rating of only 20 mbar is sufficient here.
  • the exhaust outlet 27 is disposed in the first air duct system 24 where the drying air is coldest and has the highest moisture content. The laden exhaust air mass flow m 4 is withdrawn at the exhaust outlet 27 with the lowest energy losses.
  • the web dryer arrangement 1 operates as follows: a small portion, for example 20%, of the exhaust air 9 of the radiation dryer is mixed with fresh air and thereby cooled to about 120 to 140 ° C and fed back to the radiation dryer 4 as supply air or blowing air. This serves, for example, for the purpose of boundary layer destruction at the place of radiation drying.
  • the largest part of the exhaust air 9 of the radiation dryer. 4 is fed into the air guide system 24 of the air dryer 5.
  • an air mass flow proportion (m 2) which is supplied to the air mass flow m is 1, it provides already for heating the air required in the air dryer. If this is not the case to a sufficient extent, additional heat can be introduced via the heating device 22. Since the air in the air dryer 5 loads with moisture, a portion of this air is removed via the exhaust outlet 27.
  • all conveyors 14, 20, 29 are independently controllable. One can therefore control the air flow in the first air duct system differently than in the second air duct system.
  • increasing the ratio of the supplied into the air dryer 5 total air mass flow m is 1 to the removed as exhaust air from the radiation drier 4 the air dryer 5 supplied air mass flow m 2 substantially over the prior art. It is therefore the ratio of the total air mass flow, which is supplied via the at least one first air supply line 16 to the air dryer 5, to the at least one second exhaust duct 9 at the air dryer 4 extracted air mass flow, which is not returned to the radiation dryer 4.
  • This ratio has a value between 1 and 2 in known web dryer arrangements of this kind. According to the invention, this value is increased to 3 to 10, preferably 4 to 8.
  • the air mass flow m 2 which is discharged at the radiation dryer, compared to the prior art, a significantly larger air mass fraction m 3 from the first exhaust duct 17 is mixed in order to achieve the desired air mass flow m 1 . This leads to a significant increase the efficiency, which should be explained by the following example.
  • a prior art web dryer assembly had m 1 at 14000 kg / h and 400 ° C, m 2 at 10000 kg / h and 500 ° C, and m 3 at 4000 kg / h and 230 ° C.
  • Such a constellation leads to a discharged via the exhaust outlet 27 air mass flow of 13800 kg / h at 230 ° C.
  • the following distribution would result: m 1 with 34000 kg / h and 260 ° C, m 2 with 10000 kg / h and 500 ° C and m 3 with 24000kg / h and 180 ° C.
  • Such a constellation leads to an air mass flow of 14,100 kg / h discharged through the exhaust air outlet 27 at 180 ° C.
  • the efficiency of the web dryer arrangement 1 increases from 53 to 64%. It has not yet been considered that air derived from the air dryer in the prior art has hitherto been used, for example, to return it to the place of radiation drying for the purpose of the destruction of boundary layers. Thus, the effectiveness of the material web dryer arrangement 1 but is much less increased than with the inventive use of the over the prior art greatly enlarged air mass flow m 3, which combined with the air mass flow m 2 to as much enlarged Lucasmassenstrm m forms. 1 As far as possible, no air is returned from the air dryer to the radiation dryer. The exhaust air mass flow remains about the same compared to conventional web dryer arrangements, but with reduced temperatures, which causes the higher efficiency.
  • the increased air mass m 1 can be used to increase, for example, the drying surface 37 of the air dryer 5 over the prior art. This has the consequence that the material web can be subjected to more drying air.
  • the radiation dryer 4 is made according to FIG. 2 infrared modules 32 suspended from a support 36.
  • the carriers or guides attached to them also carry the supply lines and cables required by the infrared module.
  • the infrared modules 32 are known per se and will not be described further here. For example, we refer to the DE 19901145 A1 ,
  • infrared modules 32 are combined in one or more rows under a hood 31.
  • hood 31 At the edges there are usually suction and / or circulating air channels 30, via which the air heated by the combustion in the infrared modules 32 and the heat radiation and the water vapor emerging from the material web 2 can be removed.
  • the hood 31 is insulated at best on the rear side facing away from the material web side so that assembly personnel do not burn themselves when working on the infrared modules 32 accessible from there.
  • the outer walls of the hood have not been isolated as a rule. Accordingly, they consciously accepted to lose thermal energy to the environment. In many cases, the interior had to be additionally supplied with a very high amount of cooling air,
  • the infrared modules 32 which are located in a row, for example, can not be close to each other due to their thermal expansion and expandability. Through the gaps in between, the cooling air would be able to escape in a counterproductive manner into the region between infrared modules 32 and material web 2, which should have very high temperatures for drying the fibrous web. For this reason, the gaps between the infrared modules 32 are closed by seals 33. Only at the edges of the hood 31, exactly where inlet openings in a suction and / or recirculation duct 30 are present (in Fig.2 indicated by arrows), column 34 are provided, through which the heated after a short time cooling air from the interior 38 can be discharged into a suction and / or recirculation duct 30. In this way, a disturbing influence of the cooling air on the hot center between the infrared module 32 and material web 2 is avoided.
  • a suction and / or recirculating air duct 30 only in web direction 3 at the end and if necessary, arrange the side of a hood 31.
  • no suction is installed in the inlet region 39 of the effective range of a radiation dryer 4.
  • the friction on the material web 2 ensures that the hot air, which is located between the infrared modules 32 and the material web is taken undisturbed by environmental influences in a suction and / or recirculation duct 30 at the end of the hood 31 can escape.
  • This configuration according to the invention is particularly true in an inclined position or even a vertical installation of the radiation dryer 4. Because by the inclination of the negative intake of cold ambient air in the inlet region 39 of the radiation dryer 4 is still supported by the natural thermals.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Materialbahntrockneranordnung mit mindestens einem Strahlungstrockner und mindestens einem Lufttrockner, wobei der Lufttrockner in einem ersten Luftführungssystem wenigstens eine erste Zuluftleitung und eine erste Abluftleitung aufweist, die mit der wenigstens einen ersten Zuluftleitung des ersten Luftführungssystems des Lufttrockners verbunden ist, und wobei der Strahlungstrockner ein zweites Luftführungssystem aufweist, welches wenigstens eine zweite Abluftleitung umfasst, die mit der wenigstens einen ersten Zuluftleitung des ersten Luftführungssystems des Lufttrockners verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Materialbahntrockneranordnung.
  • Eine Materialbahntrockneranordnung dieser Art wird beispielsweise bei der Herstellung einer Papierbahn verwendet, um diese zu trocknen. Der Strahlungstrockner hat eine relativ hohe Leistungsdichte, d.h. er kann eine relativ große Wärmemenge auf die Materialbahn übertragen, so dass das darin befindliche Wasser gut verdampfen kann. Der Lufttrockner überträgt zwar eine geringere Wärmemenge auf die Materialbahn. Er ist aber in der Lage, die Materialbahn berührungsfrei abzustützen.
  • Eine Materialbahntrockneranordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus WO 2005/085729 bekannt. Der Strahlungstrockner ist hierbei dem Lufttrockner vorgeschaltet. Es können mehrere derartige Anordnungen aus Strahlungstrockner und Lufttrockner hintereinander angeordnet sein. Erwärmte Luft vom Strahlungstrockner wird vom Lufttrockner aufgefangen und gegebenenfalls nach erneuter Erwärmung auf die Materialbahn geblasen.
  • Eine ähnliche Ausgestaltung ist aus EP 1 169 511 bekannt. Auch hier gelangt erwärmte Luft vom Strahlungstrockner in eine Fangeinrichtung des
  • Lufttrockners, wo sie aufgenommen, umgewälzt und wieder auf die Materialbahn geblasen wird.
  • Aus DE 39 10 898 B4 ist ein Kombinationstrockner mit einem Strahlungstrockner und einem Lufttrockner bekannt, bei dem der Strahlungstrockner mit Luft erwärmt wird, die aus einem Speisestrom für den Lufttrockner abgezweigt wird. Erwärmte Luft aus dem Strahlungstrockner wird dem Gehäuse des Lufttrockners zugeführt, dort abgesaugt, mit Frischluft versetzt und erneut umgewälzt, wobei die Kombination aus bereits erwärmter Luft und Frischluft durch eine Heizeinrichtung erneut beheizt wird.
  • Der Vorgang der Trocknung einer Materialbahn ist energetisch umso günstiger, je geringer die zugeführte Frischluftmasse bzw. umso geringer die in die Umgebung abgeführte heiße Abluftmasse ist. Im Idealfall würde man daher die Frischluftzufuhr bzw. Abluftabfuhr vollständig abschalten. Dies hat allerdings den Nachteil, dass sich eine hohe Lufttemperatur und eine hohe Feuchtigkeitsbeladung einstellen.
  • Um einen höheren Wirkungsgrad bei möglichst geringer Beeinträchtigung der Qualität der Materialbahn zu erreichen ist gemäß der unveröffentlichten Anmeldung DE 102007051962.3 mit Erfolg versucht worden, dem Strahlungstrockner ein zweites Luftführungssystem mit Zuluft und Abluft zuzuweisen, beide Luftführungssysteme mit jeweils einer Verbindung von Zuluft und Abluft zu versehen und beide Luftführungssysteme lediglich im Bereich ihrer jeweiligen Abluft miteinander zu verbinden.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad der eingangs genannten Materialbahntrockneranordnung noch weiter zu erhöhen.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Luft-Massenstrom (m1) in der wenigstens einen ersten Zuluftleitung des ersten Luftführungssystems des Lufttrockners während des Betriebs der Materialbahntrockneranordnung 3 bis 10 mal so groß ist, wie ein Luft-Massenstrom (m2) in der wenigstens einen zweiten Abluftleitung des zweiten Luftführungssystem des Strahlungstrockners.
  • Das bevorzugte Verhältnis ergibt sich noch genauer aus Versuchen zu einem Wert zwischen 4 und 8.
  • Mit dieser Ausgestaltung kann man mit der Materialbahntrockneranordnung einen guten Wirkungsgrad erreichen. Die Erhöhung des aus dem Lufttrockner demselben wieder zugeführten Luftanteils gegenüber dem Abluftanteil aus dem Strahlungstrockner bewirkt, dass die an die Umgebung abgeführte Abluft aus dem Lufttrockner in ihrem Massenstrom und/oder ihrer Temperatur deutlich geringer ist.
  • Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen. Eine weitere Beschreibung der Vorteile erfolgt in den Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Hierin zeigt die
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Materialbahntrockneranordnung vorwiegend in Hinblick auf die Strömungspfade,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines Strahlungstrockners vorwiegend in Hinblick auf erfindungsgemäße Isolierung und Dichtung
    Figur 3
    eine schematische Darstellung eines Strahlungstrockners vorwiegend in Hinblick auf erfindungsgemäße Anordnung von Saugkanälen
    Figur 4
    ein Diagramm, dass die Beziehungen von Luftmassenströmen, Isolierungen und Wirkungsgraden verdeutlicht
  • Eine Materialbahntrockneranordnung 1 gemäß Figur 1 dient zum Trocknen einer Materialbahn 2, die in einer durch einen Pfeil 3 gekennzeichneten Richtung an der Materialbahntrockneranordnung 1 vorbeiläuft.
  • In Laufrichtung passiert die Materialbahn 2 zunächst einen Strahlungstrockner 4, der als Infrarot-Trockner ausgebildet ist und danach einen Lufttrockner 5.
  • Dem Strahlungstrockner 4 wird über einen Einlass 6 Luft zugeführt. Wenn es sich um einen elektrisch betriebenen Strahlungstrockner handelt, dann benötigt dieser Trockner eine Kühlluft. Wenn es sich um einen gasbetriebenen Strahlungstrockner handelt, dann benötigt dieser Strahlungstrockner zusätzlich eine Verbrennungsluft. Weil er für die Erfindung von Bedeutung ist, handelt es sich in Fig.1 um eine Kühlluftzufuhr, die innerhalb des Strahlungstrockners 4 dafür sorgt, dass Kabel, Dichtungen o. ä. nicht über Gebühr durch Wärme beansprucht werden. Hierbei treibt ein Motor 7 einen Lüfter 8 an.
  • Der Strahlungstrockner 4 gibt einerseits Strahlungswärme an die Materialbahn 2 ab, andererseits erwärmt er die mit der Materialbahn eingetragene Luft. Die erwärmte Luft wird zusammen mit dem verdunsteten Wasser aus der Materialbahn und - bei gasbeheizten Infrarotstrahlern - den Verbrennungsabgasen über einer Abluftleitung 9, die an wenigstens einem Saug- und/oder Umluftkanal 30 angeschlossen ist, dem Strahlungstrockner 4 entnommen. Ein Teil der Abluft, beispielsweise 15 bis 30 %, insbesondere etwa 20 %, kann als Luftmassenstrom m5 über eine Verbindung 10 einer Zuluftleitung 11 zugeführt werden. In der Verbindung 10 ist ein Frischluftanschluss 12 vorgesehen. Eine einen Motor 13 und ein Gebläse 14 aufweisende Fördereinrichtung fördert die Zuluft über die Zuluftleitung 11 in den Strahlungstrockner 4. Über die Beimischung der Luft aus dem Frischluftanschluss 12 wird diese Zuluft beispielsweise auf etwa 120 bis 140°C abgekühlt. Dieser Teilkreislauf ist für die Erfindung in sofern von Bedeutung, als dass durch den Luftmassenstrom m5 der quantitativ mögliche Luftmassenstrom, der zum Lufttrockner abgeführt wird, vermindert wird. In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist nur das verbleibende Verhältnis von m1 zu m2 wichtig.
  • Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff Luftmassenstrom eine Einheit in Gewicht/Zeiteinheit und hierbei bevorzugt kg/h zu verstehen sein soll.
  • Der Lufttrockner 5 weist eine Zuluftleitung 16 und eine Abluftleitung 17 auf. Zwischen der Abluftleitung 17 und der Zuluftleitung 16 ist eine Verbindung 18 angeordnet. In der Verbindung 18 ist eine einen Motor 19 und ein Gebläse 20 aufweisende Fördereinrichtung angeordnet. Ferner ist in der Verbindung eine Abschottklappe 21 angeordnet. Schließlich kann optional in der Verbindung 18 noch eine Heizeinrichtung 22 angeordnet sein. Die Heizeinrichtung 22 kann beispielsweise als Brennkammer ausgebildet sein. Wenn in der Verbindung 18 oder in der Zuluftleitung 16 eine derartige Heizeinrichtung 22 angeordnet ist, dann ist es zweckmäßig, einen Frischluftanschluss 23 vorzusehen, der, genau wie der Frischluftanschluss 12, steuerbar ausgebildet ist. Dieser Frischluftanschluss 23 dient gegebenenfalls zum Spülen des Kreislaufs durch den Lufttrockner 5.
  • Der Lufttrockner 5 weist also ein erstes Luftführungssystem 24 und der Strahlungstrockner 4 weist ein zweites Luftführungssystem 25 auf. Beide Luftführungssysteme besitzen eine Verbindung 18, 10 von Zuluftleitung 16, 11 und Abluftleitung 17, 9 auf. Beide Luftführungssysteme 24, 25 sind im Bereich ihrer Abluftleitung 17, 9 miteinander verbunden, d.h. es existiert ein Knotenpunkt 26, wo die die Abluft 17, 9 führenden Leitungen zusammentreffen.
  • In der Abluftleitung 17 des ersten Luftführungssystems 24, d.h. zwischen dem Lufttrockner 5 und dem Knotenpunkt 26 ist ein Abluftauslass 27 für den Abluftmassenstrom m4 angeordnet, der eine einen Motor 28 und ein Gebläse 29 aufweisende Fördereinrichtung aufweist. Diese Fördereinrichtung weist eine noch niedrigere Förderleistung als die beiden anderen Fördereinrichtungen 13, 14 bzw. 19, 20 auf. Es reicht hier beispielsweise eine Druckstufe von nur 20 mbar aus. Der Abluftauslass 27 ist im ersten Luftführungssystem 24 dort angeordnet, wo die Trocknungsluft am kältesten ist und die höchste Beladung mit Feuchtigkeit aufweist. Der beladene Abluftmassenstrom m4 wird am Abluftauslass 27 mit den geringsten energetischen Verlusten abgezogen.
  • Die Materialbahntrockneranordnung 1 arbeitet wie folgt: ein geringer Teil, beispielsweise 20 %, der Abluft 9 des Strahlungstrockners wird mit Frischluft versetzt und dadurch auf etwa 120 bis 140°C abgekühlt und dem Strahlungstrockner 4 wieder als Zuluft oder Blasluft zugeführt. Dies dient beispielsweise zum Zweck der Grenzschichtzerstörung am Ort der Strahlungstrocknung. Der größte Teil der Abluft 9 des Strahlungstrockners 4 wird in das Luftführungssystem 24 des Lufttrockners 5 eingespeist. Als ein Luftmassenstromanteil (m2), der dem Luftmassenstrom m1 zugeführt wird, sorgt er bereits für eine Erwärmung der im Lufttrockner benötigten Luft. Wenn dies nicht in ausreichendem Maße der Fall ist, kann über die Heizeinrichtung 22 zusätzliche Wärme eingetragen werden. Da sich die Luft im Lufttrockner 5 mit Feuchtigkeit belädt, wird ein Teil dieser Luft über den Abluftauslass 27 entfernt.
  • Es ist bevorzugt, dass alle Fördereinrichtungen 14, 20, 29 unabhängig voneinander steuerbar sind. Man kann daher den Luftstrom im ersten Luftführungssystem anders steuern als im zweiten Luftführungssystem. Um den Wirkungsgrad weiter zu steigern, erhöht man das Verhältnis von der in den Lufttrockner 5 zugeführten Gesamt-Luftmassenstrom m1 zu der als Abluft aus dem Strahlungstrockner 4 entnommenen dem Lufttrockner 5 zugeführten Luftmassenstrom m2 erheblich gegenüber dem Stand der Technik. Es handelt sich also um das Verhältnis des Gesamtluftmassenstroms, der über die wenigstens eine erste Zuluftleitung 16 dem Lufttrockner 5 zugeführt wird, zu dem über die wenigstens eine zweite Abluftleitung 9 am Strahlungstrockner 4 abgesaugten Luftmassenstrom, der nicht in den Strahlungstrockner 4 zurückgeführt wird.
  • Dieses Verhältnis hat bei bekannten Materialbahntrockneranordnungen dieser Art einen Wert zwischen 1 und 2. Gemäß der Erfindung wird vorgesehen, diesen Wert auf 3 bis 10, vorzugsweise 4 bis 8 zu erhöhen.
  • Dem Luftmassenstrom m2, der am Strahlungstrockner abgeführt wird, wird gegenüber dem Stand der Technik ein deutlicher größerer Luftmassenanteil m3 aus der ersten Abluftleitung 17 beigemischt, um den gewünschten Luftmassenstrom m1 zu erreichen. Dies führt zu einer erheblichen Steigerung des Wirkungsgrades, was an folgendem Beispiel erläutert werden soll.
  • Ein Materialbahntrockneranordnung des Standes der Technik wies beispielsweise auf: m1 mit 14000 kg/h und 400°C, m2 mit 10000 kg/h und 500°C und m3 mit 4000kg/h und 230°C. Eine solche Konstellation führt zu einem über den Abluftauslass 27 abgeführten Luftmassenstrom von 13800 kg/h bei 230°C.
    Nach der Erfindung würde sich beispielsweise folgende Verteilung ergeben: m1 mit 34000 kg/h und 260°C, m2 mit 10000 kg/h und 500°C und m3 mit 24000kg/h und 180°C. Eine solche Konstellation führt zu einem über den Abluftauslass 27 abgeführten Luftmassenstrom von 14100 kg/h bei 180°C.
  • Energetisch betrachtet erhöht sich der Wirkungsgrad der Materialbahntrockneranordnung 1 so von 53 auf 64%. Dabei ist noch nicht betrachtet, dass man im Stand der Technik aus dem Lufttrockner abgeleitete Luft bislang beispielsweise dazu verwendet, sie zum Zweck der Grenzschichtzerstörung an den Ort der Strahlungstrocknung zurückzuführen. Dadurch wird die Effektivität der Materialbahntrockneranordnung 1 aber wesentlich weniger erhöht als mit der erfindungsgemäßen Ausnutzung des gegenüber dem Stand der Technik stark vergrößerten Luftmassenstromes m3, der mit dem Luftmassenstrom m2 vereinigt den ebenso deutlich vergrößerten Luftmassenstrm m1 bildet. Es wird also möglichst keine Luft aus dem Lufttrocker zum Strahlungstrockner zurückgeführt. Der Abluftmassenstrom bleibt dabei im Vergleich zu herkömmlichen Materialbahntrockneranordnungen etwa gleich, aber mit verminderten Temperaturen, was den höheren Wirkungsgrad bedingt.
  • Die gesteigerte Luftmasse m1 kann dazu genutzt werden, beispielweise die Trocknungsfläche 37 des Lufttrockners 5 gegenüber dem Stand der Technik zu vergrößern. Das hat zur Folge, dass die Materialbahn mit mehr Trocknungsluft beaufschlagt werden kann.
  • Der Strahlungstrocker 4 besteht gemäß Figur 2 aus Infrarotmodulen 32, die an einem Träger 36 aufgehängt sind. Die Träger oder daran angebaute Führungen tragen auch die Versorgungsleitungen und Kabel, die das Infrarotmodul benötigt. Die Infrarotmodule 32 sind an sich bekannt und sollen hier nicht weiter beschreiben werden. Hingewiesen sei beispielsweise auf die DE 19901145 A1 .
  • Üblicherweise werden Infrarotmodule 32 in einer oder mehreren Reihen unter einer Haube 31 zusammengefasst. An den Rändern befinden sich in der Regel Saug- und/oder Umluftkanäle 30, über die die durch die Verbrennung in den Infrarotmodulen 32 und die Wärmestrahlung erhitzte Luft sowie der aus der Materialbahn 2 austretende Wasserdampf abgeführt werden kann. Bei den im Stand der Technik verwendeten Materialbahntrockneranordnungen ist die Haube 31 bestenfalls an der zur Materialbahnseite abgewandten Rückseite isoliert, damit sich Montagepersonal bei Arbeiten an den von dort zugänglichen Infrarotmodulen 32 nicht verbrennt. Damit die elektrischen Versorgungsleitungen, Dichtungen und andere Teile im Inneren der Haube 31 nicht unter den sich daraus entwickelnden hohen Temperaturen leiden, wurden im Stand der Technik die Außenwände der Haube in der Regel jedoch nicht isoliert. Man nahm entsprechend bewusst in Kauf, thermische Energie an die Umgebung zu verlieren. Vielfach musste der Innenraum zusätzlich mit einer sehr hohen Kühlluftmenge versorgt werden,
  • In der Ausführung gemäß Figur 2 geht man jetzt einen anderen Weg und Isoliert die Haube 31 ringsum vollständig und insbesondere die Saugund/oder Umluftkanäle 30 werden - ausgenommen natürlich bei den Luft-Ein- und -Austritten - im Wesentlichen vollständig isoliert, auch zum Innenraum 38 der Haube 31 hin, in dem sich die Infrarotmodule 32 befinden. Durch die Isolierung des wenigstens einen heißen Saug- und/oder Umluftkanals 30 gegen den Innenraum 38 kann der Bedarf an Kühlluft, der über den Kühlluftanschluss zugeführt wird, zugunsten eines höheren Wirkungsgrades minimiert werden. Auf diese Weise wird auch die die Rückwand nicht überhitzt, was Wartungsarbeiten an den Infrarotmodulen 32 erleichtert. Nahezu die komplette Rückseite der Haube bleibt auf diese Weise im Bereich von nur 50°C.
  • Die Infrarotmodule 32, die sich beispielsweise in einer Reihe befinden, können allein wegen ihrer Wärmeausdehnung und ihrer Ausbaubarkeit nicht dicht an dicht stehen. Durch die Spalte dazwischen würde die Kühlluft in kontraproduktiver Weise in den Bereich zwischen Infrarotmodule 32 und Materialbahn 2 austreten können, der gerade sehr hohe Temperaturen zur Trocknung der Faserstoffbahn aufweisen soll. Aus diesem Grund sind die Spalte zwischen den Infrarotmodulen 32 über Dichtungen 33 verschlossen. Lediglich an den Rändern der Haube 31, genau dort wo auch Einlassöffnungen in einen Saug- und/oder Umluftkanal 30 vorhanden sind (in Fig.2 durch Pfeile angedeutet), sind Spalte 34 vorgesehen, durch die die nach kurzer Zeit erwärmte Kühlluft aus dem Innenraum 38 in einen Saug- und/oder Umluftkanal 30 abgeführt werden kann. Auf diese Weise wird ein störender Einfluss der Kühlluft auf das heiße Zentrum zwischen Infrarotmodul 32 und Materialbahn 2 vermieden.
  • Gemäß Fig. 3 ist besonders darauf hinzuweisen, dass man einen Saug- und/oder Umluftkanal 30 nur in Materialbahnlaufrichtung 3 am Ende und ggf. seitlich einer Haube 31 anordnen sollte. Im Einlaufbereich 39 des Wirkbereiches eines Strahlungstrockners 4 wird demnach keine Absaugung installiert. Auf diese Weise wird im Einlaufbereich 39 in den Strahlungstrockner 4 weniger ungewünschte kalte Umgebungsluft durch die Materialbahn 2 mit eingezogen. Die Reibung an der Materialbahn 2 sorgt dafür, dass die heiße Luft, die sich zwischen den Infrarotmodulen 32 und der Materialbahn befindet, mitgenommen wird ungestört von Umwelteinflüssen in einen Saug- und/oder Umluftkanal 30 am Ende der Haube 31 austreten kann. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung gilt insbesondere bei einer Schrägstellung oder gar einem senkrechtem Einbau des Strahlungstrockners 4. Denn durch die Schrägstellung wird der negative Einzug von kalter Umgebungsluft in den Eintrittsbereich 39 des Strahlungstrockners 4 durch die natürliche Thermik noch unterstützt.
  • Fig. 4 verdeutlicht die Vorteile der erfindungsgemäßen Materialbahntrockneranordnung 1 anhand eines Diagramms. Auf der Abszisse wird der Quotient von m1 zu m2 abgebildet. Die Ordinate gibt den thermischen Wirkungsgrad der Materialbahntrockneranordnung 1 an. Die beiden Kurven K1 und K2 stehen für die Fälle
    • K1: Strahlungstrockner mit nicht isoliertem Saug- und/oder Umluftkanal 30
    • K2: Strahlungstrockner mit isoliertem Saug- und/oder Umluftkanal 30 wie vorgehend beschrieben.
    Man erkennt aus dem Schaubild wenn man K1 verfolgt, das bei einer herkömmlichen Materialbahntrockneranordnung durch die Steigerung des dem Lufttrockner 5 zugeführten Luftmassenstroms m1 im Verhältnis zu dem aus dem Strahlungstrockner 4 abgesaugten Luftmassenstroms m2 eine Wirkungsgradverbesserung von ca. 54% auf 62 % möglich ist, wenn das Verhältnis m1/m2 von etwa 2 auf 8 erhöht wird.
  • Durch die zusätzliche Isolierung sind bei gleichem m1/m2-Wert sogar Wirkungsgrade vom 74% umsetzbar. Oberhalb eines Abszissenwertes von 10 ist keine Steigerung mehr zu erwarten.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Materialbahntrockneranordnung
    2
    Materialbahn
    3
    Laufrichtung (Pfeil)
    4
    Strahlungstrockner
    5
    Lufttrockner
    6
    Kühlluftanschluss
    7
    Motor
    8
    Lüfter
    9
    zweite Abluftleitung
    10
    Verbindung
    11
    zweite Zuluftleitung
    12
    Frischluftanschluss
    13
    Motor
    14
    Gebläse
    15
    Abschottklappe
    16
    erste Zuluftleitung
    17
    erste Abluftleitung
    18
    Verbindung
    19
    Motor
    20
    Gebläse
    21
    Abschottklappe
    22
    Heizeinrichtung
    23
    Frischluftanschluss
    24
    erstes Luftführungssystem
    25
    zweites Luftführungssystem
    26
    Knotenpunkt
    27
    Abluftauslass
    28
    Motor
    29
    Gebläse
    30
    Saug- und/oder Umluftkanal
    31
    Haube
    32
    Infrarotmodule
    33
    Dichtung
    34
    Spalt
    35
    Wärmeisolierung
    36
    Träger
    37
    Trocknungsfläche
    38
    Innenraum
    39
    Eintrittsbereich
    m1
    Luftmassenstrom
    m2
    Luftmassenstrom
    m3
    Luftmassenstrom
    m4
    Luftmassenstrom
    m5
    Luftmassenstrom
    K1
    Kurve
    K2
    Kurve

Claims (9)

  1. Materialbahntrockneranordnung zur Trocknung einer Faserstoffbahn, wie Papierbahn, mit mindestens einem Infrarot-Trockner (4) und mindestens einem Lufttrockner (5), wobei der Lufttrockner (5) in einem ersten Luftführungssystem (24) wenigstens eine erste Zuluftleitung (16) und wenigstens eine erste Abluftleitung (17) aufweist, die mit der wenigstens einen ersten Zuluftleitung (16) des ersten Luftführungssystems (24) des Lufttrockners (5) verbunden ist, wobei der Infrarot-Trockner (4) ein zweites Luftführungssystem (25) aufweist, und das zweite Luftführungssystem (25) wenigstens eine zweite Abluftleitung (9) des zweiten Luftführungssystems (25) des Infrarot-Trockners (4) umfasst, die mit der wenigstens einen ersten Zuluftleitung (16) des ersten Luftführungssystems (24) des Lufttrockners (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahntrockneranordnung derart ausgestaltet ist, dass ein Luftmassenstrom (m1) in der wenigstens einen ersten Zuluftleitung (16) des ersten Luftführungssystems (24) des Lufttrockners (5) während des Betriebs der Materialbahntrockneranordnung 3 bis 10 mal so groß ist, wie ein Luftmassenstrom (m2) in der wenigstens einen zweiten Abluftleitung (9) des zweiten Luftführungssystems (25) des Infrarot-Trockners (4).
  2. Materialbahntrockneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom (m1) in der wenigstens einen ersten Zuluftleitung (16) des ersten Luftführungssystems (24) des Lufttrockners (5) während des Betriebs der Materialbahntrockneranordnung 4 bis 8 mal so groß sein kann, wie der Luftmassenstrom (m2) in der wenigstens einen zweiten Abluftleitung (9) des zweiten Luftführungssystems (25) des Infrarot-Trockners (4).
  3. Materialbahntrockneranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarot-Trockner (4) Infrarotmodule (32) umfasst, die unter einer Haube (31) angeordnet sind.
  4. Materialbahntrockneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Saug- und/oder Umluftkanal (30) des Infrarot-Trockners (4) mit der wenigstens einen zweiten Abluftleitung (9) des zweiten Luftführungssystem (25) des Infrarot-Trockners (4) verbunden ist.
  5. Materialbahntrockneranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Saug- und/oder Umluftkanal (30) des Infrarot-Trockners (4) im Wesentlichen vollständig mit einer Wärmeisolierung (35) umgeben ist.
  6. Materialbahntrockneranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube (31) über einen Kühlluftanschluss (6) verfügt.
  7. Materialbahntrockneranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Infrarotmodulen (32) Dichtungen (33) vorgesehen sind.
  8. Materialbahntrockneranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwischen einem Saug- und/oder Umluftkanal (30) und wenigstens einem Infrarotmodul (32) ein Spalt (34) ohne Dichtung vorgesehen ist.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Materialbahntrockneranordnung zur Trocknung einer Faserstoffbahn, wie Papierbahn, mit mindestens einem Infrarot-Trockner (4) und mindestens einem Lufttrockner (5), wobei der Lufttrockner (5) in einem ersten Luftführungssystem (24) wenigstens eine erste Zuluftleitung (16) und wenigstens eine erste Abluftleitung (17) aufweist, die mit der wenigstens einen ersten Zuluftleitung (16) des ersten Luftführungssystems (24) des Lufttrockners (5) verbunden ist, und wobei der Infrarot-Trockner (4) ein zweites Luftführungssystem (25) aufweist, wobei das zweite Luftführungssystem (25) wenigstens eine zweite Abluftleitung (9) des zweiten Luftführungssystems (25) des Infrarot-Trockners (4) umfasst, die mit der wenigstens einen ersten Zuluftleitung (16) des ersten Luftführungssystems (24) des Lufttrockners (5) verbunden ist, umfassend den folgenden kennzeichnenden Schritt:
    Einstellen eines Luftmassenstrom (m1) in der wenigstens einen ersten Zuluftleitung (16) des ersten Luftführungssystems (24) des Lufttrockners (5) während des Betriebs der Materialbahntrockneranordnung, welcher 3 bis 10 mal so groß ist, wie ein Luftmassenstrom (m2) in der wenigstens einen zweiten Abluftleitung (9) des zweiten Luftführungssystems (25) des Infrarot-Trockners (4).
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