Trocknungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Trocknungsanordnung zur Trocknung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung derselben mit mindestens einem beheizten Trockenzylinder, der von der Faserstoffbahn und wenigstens einem außen liegenden Stützband teilweise umschlungen ist, und einer den Trockenzylinder im Umschlingungsbereich mit einem unter Druck stehenden flüssigen oder gasförmigen Medium beaufschlagbaren Überdruckhaube, wobei die Temperatur des Mediums geringer als die Temperatur an der Außenseite des Trockenzylinders im Umschlingungsbereich ist und zumindest ein Stützband unmittelbar vor und/oder nach der Umschlingung des Trockenzylinders über ein Leitwalze geführt wird.
Die Trocknung von Papierbahnen erfolgt derzeit überwiegend in Trockengruppen mit beheizten Trockenzylindern.
Da diese sehr viel Bauraum benötigen, gibt es seit langem Bestrebungen die Effizienz der Trocknung zu verbessern.
Hierzu wurden Hochleistungstrockenzylinder mit erhöhtem Wärmestrom durch den Walzenmantel entwickelt. Diese sind jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden und ermöglichen keine wesentliche Festigkeitssteigerung der Faserstoffbahn.
Bei den Hochleistungstrocknungseinheiten mit Überdruckhaube, wie sie beispielsweise in der DE 197 23 163 beschrieben sind, kann es zwar zu einer Festigkeitssteigerung kommen, jedoch ist dabei die Belastung der Bänder zu hoch.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Belastung der Bänder bei einer derartigen Trocknungsanordnung zu vermindern ohne die Trockenleistung zu beeinträchtigen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Durchmesser des Trockenzylinders größer als 1 ,5 m, der Durchmesser der Leitwalze größer als 400 mm und der Umschlingungswinkel des Stützbandes größer als 150° ist.
Die relativ großen Durchmesser von Trockenzylinder und Leitwalze gewährleisten eine minimale Biegebeanspruchung der Bänder und ermöglichen gleichzeitig auch einen großen Umschlingungswinkel.
Die ausgedehnte Umschlingung des Trockenzylinders durch die Faserstoffbahn und das Stützband ist nicht nur die Basis für eine lange Trockenstrecke, sondern auch eine Minimierung der Belastung des Trockenzylinders.
Durch den großen Umschlingungswinkel wird die resultierende Belastung des Trockenzylinders ausgehend vom Druck der Druckhaube minimiert.
Um die Biegebeanspruchung der Bänder, insbesondere wenn diese besonders dick ausgeführt sind, möglichst klein zu halten bzw. damit die Leitwalze dem hohen Bandzug standhält, ist es daher vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Leitwalze größer als 500 mm ist.
Da sich mit größerem Durchmesser das Widerstandsmoment des Trockenzylinders erhöht, sollte der Durchmesser des Trockenzylinders größer als 2 m, vorzugsweise größer als 2,5 m sein.
Wegen der hohen Gewichts und der Walzendurchbiegung kommen die erfindungsgemäßen Vorteile insbesondere bei Trockenzylinder zum Tragen, die mindestens 2,5 m lang sind.
Ein sehr effektiver Einsatz ergibt sich, wenn die Faserstoffbahn vor der Umschlingung des Trockenzylinders einen Trockengehalt zwischen 55 und 80% hat.
Dadurch, dass die Temperatur des flüssigen oder gasförmigen Mediums geringer ist als die Temperatur an der Außenseite des von der Materialbahn und dem Stützband
umschlungenen Teilumfangs des Zylinders, kann ein hoher Flüssigkeitsaustrag aus der Faserstoffbahn erreicht werden. Das Stützband und die am Stützband anliegende Seite der Faserstoffbahn werden von dem Medium gekühlt, so dass sich ein Temperaturgefälle vom beheizten Zylinder in Richtung des Stützbandes einstellt.
Dadurch wird sowohl der Wärmefluss gesteigert als auch die Austragrichtung der teilweise als Dampf aus der Faserstoffbahn austretenden Flüssigkeit eingestellt. Die Flüssigkeit tritt also bevorzugt auf der an dem Stützband anliegenden Seite aus der Faserstoffbahn aus. Durch die Kühlung des Stützbandes mittels des Mediums schlägt sich die Flüssigkeit unmittelbar nach Austritt aus der Faserstoffbahn als Kondensat in dem Stützband nieder und wird von diesem aufgenommen. Durch das Kühlen des Stützbandes und der Faserstoffbahn wird eine hohe Entwässerungsleistung erreicht, so dass die Trockenleistung der Trockenpartie bei gleich bleibender Baulänge erhöht werden kann.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein weiteres, zweites Stützband außen um den Zylinder herumgeführt ist, welches vorzugsweise eine gröbere Struktur aufweist als das erste Stützband.
Das zweite Stützband wird derart geführt, dass das erste Stützband zwischen Faserstoffbahn und zweitem Stützband angeordnet ist. Dadurch, dass das zweite Stützband unmittelbar mit dem unter Druck stehenden Medium gekühlt wird, ist dessen Temperatur geringer als die des ersten Stützbandes, so dass die als Dampf aus der Faserstoffbahn austretende Flüssigkeit sich im zweiten Stützband als Kondensat niederschlägt. Der aus der Faserstoffbahn austretende Dampf durchdringt zunächst also das poröse erste Stützband und wird von dem zweiten Stützband aufgenommen, so dass eine Rückbefeuchtung der Faserstoffbahn praktisch ausgeschlossen werden kann.
Es ist selbstverständlich auch möglich, mehr als zwei Stützbänder, beispielsweise drei Stützbänder, außen um den Zylinder zu führen, die von dem gasförmigen oder flüssigen Medium gekühlt werden.
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Die Stützbänder weisen üblicherweise einen gewebeartigen Aufbau auf. Das Gewebe kann miteinander verflochtene Fäden, beispielsweise aus mehreren Einzelfäden bestehenden Fäden, aufweisen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Struktur" der Gewebeaufbau verstanden, das heißt, ein Stützband mit einer groben Struktur weist größere Zwischenräume zwischen den verflochtenen Fäden auf als ein Stützband mit einer feineren Struktur, dessen Fäden dichter miteinander verflochten sind. Das erste Stützband, an dem die Faserstoffbahn anliegt, weist also eine feinere Struktur auf als das zweite Stützband, so dass Markierungen der Faserstoffbahn sicher vermieden werden können.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn ein impermeables Dichtband außen um den Zylinder herumgeführt wird.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem "impermeablen Dichtband" ein fluid- und/oder gasundurchlässiges Band verstanden.
Zwischen dem Dichtband und der Faserstoffbahn ist mindestens ein Stützband angeordnet, das zur Aufnahme der aus der Faserstoffbahn austretenden Flüssigkeit dient. Durch die Undurchlässigkeit des Dichtbandes kann der außen am Dichtband anliegende Mediendruck definiert auf das Stützband übertragen werden, ohne dass dabei das Medium mit der Faserstoffbahn in Verbindung steht.
Hierdurch wird die Faserstoffbahn auf den Umfang des Zylinders gepresst, was zu einem erhöhten Wärmetransport vom Zylinder auf die Faserstoffbahn führt und somit die Austragsrate der in der Faserstoffbahn gebundenen Flüssigkeit erhöht.
Außerdem werden durch den Mediendruck die Faserstoffbahn verdichtet und somit deren Bahneigenschaften deutlich verbessert.
Weiterhin wird eine Ausführungsform der Trocknungsanordnung bevorzugt, bei der das erste Stützband, das zweite Stützband und/oder das Dichtband zwischen dem Ablaufbereich, in dem die Bänder/das Band von dem Zylinder ablaufen, und dem Auflaufbereich, in dem die Bänder/das Band auf dem Zylinder auflaufen, außerhalb des Druckraums der Überdruckhaube geführt werden/wird. Damit kann eine gute
Zugänglichkeit der Leitwalzen, über die die Bänder geführt werden, sichergestellt werden. Außerdem kann der Aufbau der Überdruckhaube vereinfacht werden.
Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel der Trocknungsanordnung bevorzugt, bei dem die Dichtungen, beispielsweise Dichtleisten, mittels derer der Druckraum der Überdruckhaube gegenüber der Umgebung abdichtbar ist, berührungslos oder berührend mit Walzen zusammenwirken, über die mindestens ein Band und/oder die Faserstoffbahn geführt wird.
Im Interesse einer einfachen und raumsparenden Bandführung sollte das Stützband und/oder das Dichtband vorzugsweise unmittelbar vor und nach der Umschlingung des Trockenzylinders über wenigstens eine Leitwalze geführt werden.
Um über den Trockenzylinder eine gegenüber konventionellen Trockenzylindern verstärkte Trocknung zu erreichen, sollte der Walzenmantel dieses Trockenzylinders eine Oberflächentemperatur von mehr als 115°C, vorzugsweise von mehr als 128°C aufweisen.
Dabei wird der Trockenzylinder mit einem heißen Fluid, vorzugsweise Wasserdampf beheizt, wobei der Innendruck im Fluidraum des Hochleistungstrockenzylinders über 4 bar, vorzugsweise über 6 bar liegt.
Je nach Art, Flächengewicht und Trockengehalt der Faserstoffbahn kann es von Vorteil sein, wenn in der Trockenpartie mehrere derartige Trocknungsanordnungen vorhanden sind. Dabei können zwischen diesen Trocknungsanordnungen auch andere Trocknungselemente angeordnet werden.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt durch die Trocknungsanordnung.
Nachdem die Faserstoffbahn 1 auf eine Temperatur von mindestens 75°C aufgewärmt wurde, kann sie einer Hochleistungs-Trocknungsanordnung zur
Intensivierung der Trocknung und Verfestigung der Faserstoffbahn 1 zugeführt werden kann.
Diese Trocknungsanordnung wird hier beispielhaft von einem beheizten Trockenzylinder 2 gebildet, welcher von der Faserstoffbahn 1 und einem Stützband 5 umschlungen ist.
Das Stützband 5 ist porös und wasseraufnehmend.
Um den Trockenzylinder 2 ist außen ein impermeables Dichtband 6 herumgeführt, welches von einer Überdruckhaube 4 mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen oder flüssigen Medium beaufschlagt wird.
Hierzu ist die Überdruckhaube 4 gegenüber dem Dichtband 6 abgedichtet.
Das Medium hat dabei eine geringere Temperatur als die Mantelfläche des Trockenzylinders 2, so dass sich zwischen diesen ein Temperaturgradient bildet.
Dies führt zu einer Kondensation der aus der Faserstoffbahn 1 austretenden Flüssigkeit in dem Stützband 5 wie oben beschrieben.
Die Druckbeaufschlagung verbessert nicht nur den Kontakt zur heißen Mantelfläche, sondern führt auch zu einer Verfestigung der Faserstoffbahn 1 verbunden mit einer Festigkeitssteigerung.
Der mehr als 3 m lange Trockenzylinder 2 hat einen Durchmesser von ca. 2,5 m und wird von der Faserstoffbahn 1 , dem Stützband 5 sowie dem Dichtband 6 hier beispielhaft mit einem Winkel von mehr als 270° umschlungen.
Diese große Umschlingung hat nicht nur eine lange Beaufschlagungsstrecke für die Überdruckhaube 4 sondern auch eine verminderte resultierende Belastung des Trockenzylinders 2 von der Überdruckhaube 4 zur Folge.
Unmittelbar vor und nach der Umschlingung werden die Bänder 5,6 mit der Faserstoffbahn 1 um je eine Leitwalze 3 geführt, deren Durchmesser über 500 mm liegt. Dieser relativ große Durchmesser hält die Biegebeanspruchung der Bänder 5,6 minimal.
Die Trocknungsanordnung benötigt relativ wenig Platz und erlaubt eine intensive Trocknung. Der Trockengehalt der Faserstoffbahn 1 sollte am Beginn der Hochleistungstrocknungseinheit zur Ausnutzung der Vorteile zwischen 55 und 80% liegen.
Zwischen der Faserstoffbahn 1 und dem Trockenzylinder 2 können bei Bedarf auch weitere Bänder angeordnet werden, welche allerdings eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen sollten.
Nach der Hochleistungs-Trocknungsanordnung kann auf weniger aufwendige Trocknungselemente zurückgegriffen werden.
Die Mantelfläche des Trockenzylinders 2 hat eine Oberflächentemperatur von mehr als 125°C. Dabei erfolgt die Aufheizung über Wasserdampf, dessen Druck im Trockenzylinder 2 über 4 bar erreicht.