提高烘缸干燥效率的新技术
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸手册第九分册纸张抄造》第657页（9257字）
1．沟纹烘缸
沟纹烘缸是在烘缸外圆周围加工成许多相同间隔的沟槽、沟槽的形式可以呈螺纹形或菱形。目的是改善烘缸与纸页的接触程度，同时也扩大了烘缸表面积，增加传热效率。沟纹烘缸外表面的示意图及烘缸壁轴向断面图见图11－5－97和图11－5－98。
图11－5－97 沟纹烘缸外表面的示意图
图11－5－98 沟纹烘缸缸壁轴向断面图
表11－5－47 沟纹烘缸沟纹尺寸
若烘缸壁太薄，不适于加工时，可选用导热材料较好的(如不锈钢、铬等)作成套筒加工成沟纹后，套装在普通烘缸上备用。
沟纹烘缸效果：沟纹烘缸与普通烘缸使用效果比较见图11－5－99和图11－5－100。
图11－5－99 普通烘缸运转时带入空气的情况
W－湿纸页
A－空气(以近似纸页的速度进入沟槽)
B－沟槽充满空气，由于受热，形成一定的压力
C－被加热后的空气冲出
D－由于空气C冲出后，沟槽空隙D内形成真空状态，使纸页被迫向烘缸外表面靠拢，加强纸页与烘缸接触，以提高干燥效率
图11－5－100 沟纹烘缸运转时带入的空气被迫逸出的情况
沟纹烘缸与普通烘缸的干燥效率的比较见图11－5－101。
图11－5－101 同一蒸汽压力下，烘缸干燥效率
2．拢流条板
烘缸内冷凝水膜影响热传导率，当纸机车速超过350m／min时，烘缸内壁形成水环，传热系数降低。常在车速高于600m／min时，沿烘缸内表面轴线方向装设拢流条板，以提高烘缸表面温度。拢流条板随着烘缸一块转动，由于共振现象使其中的冷凝水流动激烈，使波动扩大激化，阻止水环形成，以改善热的传导率。
根据Lamb理论，推导出公式：
式中 s——拢流条板的间距，mm
R——烘缸半径，mm
δ——冷凝水膜的厚度，mm
由上式知，已知烘缸半径和冷凝水膜的厚度，就可计算出拢流条板的间距，计算结果见图11－5－102。
图11－5－102 烘缸拢流条板间距计算图
举例：烘缸直径为1524mm，冷凝水膜厚度为3mm，计算拢流条板数及其间距(若以等间距排列)。从图11－5－102查得：拢流条板为135个，间距为139．6mm。
烘缸内径为1500mm，拢流条板的断面为6．35mm×6．35mm的正方形，条板间距为152mm，转速为83r／min、115r／min和165r／min时，测得平均冷凝水膜厚度与冷凝水膜传热系数间的关系，见图11－5－103。(图中虚线为无拢流条板的情况)。从图知，冷凝水膜厚度为3mm时，传热系数可保持最大值。
图11－5－103 平均冷凝水膜的厚度与冷凝水传热系数关系
设置拢流条板效果：
(1)提高烘缸蒸发量。
(2)改善纸页横幅湿度。
图11－5－104 拢流条板与纸机车速和蒸发量关系
图11－5－105 烘缸表面温度曲线与湿度曲线
实例1：
纸品种 新闻纸
纸机车速 902m／min
烘缸表面温度 98℃
装拢流条板后烘缸表面温度 108℃
实例2：
美国长景纤维公司(Long View Fiber Company)在纸机上设置拢流条板，效果显着(传热效率提高20%以上)。
纸机抄宽 6045mm
设计车速 914．6m／min
烘缸 Φ1500mm 51只
拢流条板 在烘缸内壁一圈内装设拢流条板(高60mm×宽40mm，长度与缸面一致)，用固紧圈固定在烘缸内壁，其效果如下示：
3．单帆布干毯操作法
当纸机车速接近1000m／min时，湿纸页在烘缸上产生颤动现象，由于颤动或牵引力增加，而使干燥部湿纸页断头次数增多。因而近年来国外不少造纸厂在高速纸机上采用了单帆布法，即改变干毯的运行路线。一般用于纸机的第一组烘缸，其余烘缸组仍用上、下两条干毯。
图11－5－106 单帆布干毯运行情况
单帆布操作法优点：
①消除了纸页颤动现象。
②大大减少了3P／1D间的牵引力(减少50%～75%)；
③减少皱纹
④减少了压光线痕。
⑤提高了纸页水分均匀性。
⑥减少了化学浆配比。
⑦增加了纸幅宽度。
⑧车速提高(在同样条件下，提高15%)。
⑨提高了纸页边缘的表面性能。
⑩卷纸质量提高。
⑾增加了纸页的松厚度、柔软性、抗张强度，并提高了干燥效率。
⑿减少干毯使用面积，可节约30%。
⒀不需用干毯辊，节省了设备和维修费用。
⒁由于不需用干毯辊，故没有挠曲影响，干毯接缝受力也较均匀。
⒂动力耗降低。
⒃通风好。
⒄湿纸页与烘缸的包角大。
⒅纸面起毛现象减少。
⒆断纸减少。
单帆布操作法缺点：
①使用一条毛毯，烘缸齿轮易损坏，且噪音增加。
②干毯孔堵塞现象增加。
③增加了上部烘缸的污染。
采用单帆布(干毯)运行的实例，见表11－5－48。
图11－5－48 单帆布法使用实例
注：图中有数字部分为烘缸。
4．气垫式干燥
气垫式干燥是新近发展起来的一种干燥方法，它具有较高的干燥速度而不影响产品质量。它的热能消耗相当于传统干燥装置(烘缸干燥或热风干燥)的70%～90%；热能总量和风扇的电力消耗相当于传统干燥装置的75%～95%。
气垫式干燥器可用于：
(1)气垫干燥器安装于纸机干燥部的前部。
图11－5－136 气垫干燥用于纸张高湿度的干燥情况
在直径为5000mm的大烘缸下面，装设一台2m×2．17m的气垫干燥器，其生产能力可提高40%(由5t／h提高到7t／h)。气垫干燥器可多蒸发出水分达3400kg／h；能源消耗费用仅为使用蒸汽的70%，并且纸张质地松软，强度有上升的趋势。
表11－5－49 气垫式干燥的使用性能
(2)气垫式干燥器安装于纸机干燥部后部(即纸页干度从80%～82%干燥到92%)。
图11－5－137是气垫式干燥器用于纸机干燥部后部情况。
图11－5－137 气垫式干燥器用于纸机干燥部后部
纸幅宽度 4．5m
纸张定量 150g／m2
生产能力 12t／h
气垫式干燥器规格(长×宽) 2m×2m(1台)
纸页进入时水分 80%～82%
纸页离开时水分 92%左右
(3)气垫式干燥器安装于纸机涂布器的后面
图11－5－138 气垫式干燥器用于纸机涂布纸的干燥
纸机车速 600m／min
涂布量 10g／m2(涂布剂浓度为50%)
蒸发速度 90kg／(m2·h)
(4)气垫式干燥器用于现代纸机上的典型布置
图11－5－139 气垫式干燥器用于现代纸机
(5)气垫式干燥器
气垫式干燥器由气垫喷嘴组成，干燥器应设计得简单实用，因此干燥器内除了几个简单的风挡以外，热风罩内设有机动零件。加热系统包括风扇、加热器、温度控制器等，安装在热风罩附近。需要经常检查的零件都安装在造纸机的外面，开机时用引纸绳进行引纸。
图11－5－140 气垫式干燥器
图11－5－141 气垫式干燥器气流装置
图11－5－142 气垫式干燥器喷管示意图
气垫式喷嘴的特点是能使纸页保持最好的稳定性，使热量传递达到最高速度。纸页与喷嘴之间形成的间隙，其气流平均速度相当于喷嘴出气口速度的50%～70%。例如出气口速度为70m／s时，其间隙内的有效风速为42m／s。
图11－5－143 空气流速度与热量传递速度关系
气垫式干燥较传统的干燥装置(如烘缸干燥、热风干燥等)能得到更好的热传递速度，如图11－5－144。
图11－5－144 纸页喷嘴型式与纸页水分蒸发速度和空气流温度关系
5．内沟槽烘缸
1981年日本某公司研制了一种内沟槽烘缸或称为干烘缸(Interally grooved dryer或Drydryer)。这种烘缸主要是利用烘缸转动时产生较大的离心力迫使冷凝水排出。经实践证明，采用内沟槽烘缸，纸机干燥能力得到提高，而烘缸表面温度与普通烘缸相同。内沟槽烘缸的内部形状参见图11－5－145。
图11－5－145 内沟槽烘缸内壁
(1)沟槽与离心力
烘缸外径为D0(m)，内径Di(m)，纸机烘缸外周抄速为v(m／min)，重力加速度g(m／s2)，对于内沟槽烘缸内壁表面上的冷凝水受到离心力与重力之比k为：
对于烘缸直径为1524mm，车速为600m／min的情况下，K为14左右，即离心力为14G。
内沟槽烘缸的离心力与纸机车速关系见图11－5－146。
图11－5－146 内沟槽烘缸的离心力与纸机车速关系
内沟槽烘缸的内表面经过特殊的加工(有专利)，使烘缸内具有较大的离心力，以排除冷凝水。
①烘缸内径具有较小的锥度，锥角为θ，见图11－5－147。
图11－5－147 沿烘缸内圆锥面离心力分力
内沟槽烘缸内壁离心力分力K′=K·sinθ(G)在缸内的顶部与底部，则分别为(K－1)sinθ和(K+1)sinθ，见图11－5－148。离心力分力作用于沟槽底部流动着的冷凝水。
图11－5－148 内沟槽烘缸的离心力分力
②沿烘缸轴向呈三角形的沟槽(倾斜角α)见图11－5－149。
图11－5－149 沿沟槽壁离心力分力
沿沟槽壁离心力分力K″=Ksinθ(G)，K″值使冷凝水流到沟槽底部，冷凝水的表面张力亦起到这样的作用。
K′、K″两种离心力分力作用的结果，加速了冷凝水的流动，见图11－5－150，并使冷凝水膜的平均厚度降低。
图11－5－150 冷凝水流出
(2)内沟槽烘缸冷凝水排出装置
内沟槽烘缸内壁的中间或两端设有成圆周形的沟道，以收集冷凝水，使其通过虹吸管排出，见图11－5－151。
图11－5－151 内沟槽烘缸排水的类型
(3)传热性能
对内沟槽烘缸纸机实测结果见图11－5－152。
图11－5－152 纸机车速与传热系数关系
从图11－5－152知：
①沟槽烘缸的传热系数随车速的提高而急速上升，而普通烘缸则随车速的提高而下降。
②总传热系数U提高不大(在车速为400m／min时，U值分别为25%和6%)，这是由于烘缸外表面与纸页之间的传热不良而引起的。U值不是影响干燥能力的唯一因素，U值还受到其他因素的影响如袋式通风等。对于高速纸机，U值可能得到较大的改善，(见图11－5－153)。
图11－5－153 内沟槽烘缸的传热系数
(4)烘缸的表面温度
内沟槽烘缸与普通烘缸表面温度的分布，见图11－5－154。
图11－5－154 烘缸表面温度分布图
(5)内沟槽烘缸的效果
(6)内沟槽烘缸使用实例
6．巴伯列干燥(Papridryer)
巴伯列干燥亦称为穿透干燥，是由热空气穿透整个湿纸页进行干燥的方法，一般只适用于薄纸和透气度较大的纸。巴伯列干燥的热效率高，并能使纸页横向水分得到改善等优点。
工厂用巴伯列干燥器的结构和安装示意图见图11－5－155。
图11－5－155 巴伯列干燥器结构示意图
1—钻孔外壳 2—纸页 3—高速热风罩 4—细网 5—粗网 A～H略解
图11－5－156 巴伯列干燥器在纸机干燥部安装示意图
1—纸页走向 2—穿透气流 3—再循环空气 4—供气 5—到抽风机 6—退出．距离约0．93m 7—真空(穿透)缸 8—β射线仪测纸页定量 32、33、36、37、38—烘缸编号
巴伯列干燥器运行参数：
温度，℃ 173～344
热风速度，m／min 3596～5120
真空(穿透)缸真空度，Pa 2．0～7．2
其工艺参数见表11－5－50。
表11－5－50 巴伯列干燥器的工艺参数
注：1in=0．0254m，1ft=0．3048m，1lb=0．454kg
*优点：
①抄速高；②控制纸页颤动；⑧控制纸辊水分；④在低成本条件下，提高生产能力；⑤松厚度(不透明度)；⑥卷曲控制；⑦质量(粘合剂移动)；⑧控制纸页水分分布；⑨松厚度；⑩成本低；⑾控制纸页表面涂层均匀或变质；⑿控制纸页表面硬化；⒀控制尺寸稳定性。