國內(nèi)某紙廠3800/800m/min紙機是2008年建成投產(chǎn)的高檔文化紙機。上漿系統(tǒng)、流漿箱、頂網(wǎng)成型器、施膠機等關鍵部件采用國外先進設備，配以國內(nèi)相關設備和輔助系統(tǒng)，生產(chǎn)高檔文化用紙和特種紙。該紙機蒸汽冷凝水系統(tǒng)由國外知名供應商設計，實際生產(chǎn)中汽耗較高。該紙廠采用可調(diào)熱泵和三段通汽相結合的蒸汽冷凝水系統(tǒng)改造運行后，噸紙比往年同期汽耗節(jié)約0.44噸汽，節(jié)能效果非常顯著。
1、基本情況
紙機烘缸數(shù)共計46個，即：1（引紙缸）＋25（不包括VAC缸×9）＋表面施膠機＋9＋2（冷缸）。改造前蒸汽冷凝水系統(tǒng)見圖1。該紙機烘缸直徑1800mm。采用全木漿生產(chǎn)40gsm特種紙。
2、存在的問題
2.1按照該紙機紙張生產(chǎn)要求，為避免紙毛粘缸，防止紙機運行效率下降，0#—5#烘缸要少量通汽，將紙溫度提升到60℃左右，0#—5#烘缸進汽壓力在-40到-30kpa之間緩慢提升，需要蒸汽量約為810kg/h。然而，原實際生產(chǎn)中，通入0#—5#烘缸二次蒸汽量過大。原設計6#—10#烘缸冷凝水進入2#汽水分離器，其閃蒸出的二次汽約1342kg/h進入0#—5#烘缸。另外，總汽水分離器閃蒸出來的二次汽約為606kg/h亦通過管道進入0#—5#烘缸。從上述流量可以計算得到，0#—5#烘缸的需汽量與供汽量差值大約1138kg/h。從此差值并結合圖1不難看出，多余的二次蒸汽通過1#汽水分離器經(jīng)排空閥（圖1中V1閥）排至真空泵。實際生產(chǎn)中，得知該排空閥開度常達到80%。毋容置疑，大量的蒸汽將通過真空泵排向大氣而被直接浪費。
2.2末端真空泵正常使用，0#—5#烘缸壓差30kPa，進汽壓力卻為正壓，表明真空泵能力不夠。真空泵功率為11KW，100l/s抽汽量的水環(huán)真空泵，從參數(shù)上看，選型沒有問題。該真空泵之前配備表面冷凝器，由于設備結垢，換熱效果大大下降，加之排出的尾汽溫度高且量大，造成了真空泵能力下降，使得0#—5#烘缸通汽壓力無法降低。如果降低0#—5#烘缸壓力，則烘缸壓差無法達到排水要求，排水困難；增大進汽壓力，則0#—5#烘缸缸溫太高，使紙頁外表面纖維粘在烘缸上，造成紙面粗糙，并由于纖維累計造成抄造方面的問題。所以最終導致0#—5#烘缸基本失去了作用，2.1所述的排向0#—5#的蒸汽基本完全排掉，原來設計的三段通汽等同于是二段通汽。
2.3熱風系統(tǒng)加熱器安裝有疏水閥，疏水閥后的冷凝水也進入總汽水分離器，疏水閥后的冷凝水溫度較高，閃蒸出來一定的二次蒸汽，此部分蒸汽也被浪費掉。
2.4后干燥蒸汽分上下排通汽，用于控制紙幅翹曲。分成兩段的作用是控制溫度曲線且降低蒸汽消耗。但是第五組蒸汽排氣壓力一般還有0—20Kpa，直接排向真空系統(tǒng)也是一種浪費。
3、改造方案和改造內(nèi)容
此改造方案的理論基于在不存在跑冒滴漏的系統(tǒng)中，進來一定量的蒸汽，如果排出的冷凝水溫度能達到，所有能量都用于紙幅的干燥，那么這個系統(tǒng)就是節(jié)能的。在實現(xiàn)溫度曲線和水分的可控的前提下，相關的操作和控制過程盡可能的簡化，使任何對于造紙干燥基本理論有所了解的人員稍加培訓就可以完全領會該系統(tǒng)設計意圖。此理論目前沒有嚴格的理論計算支持，只是在我公司內(nèi)部多臺紙機上實踐運用過，并卻得一定效果的。
3.1原設計第四組為11#-25#烘缸，共計15個烘缸，此段通汽壓力較高由出干燥紙頁水份的決定的；第3組6#-10#烘缸，共計5個烘缸；此段壓力由三、四組烘缸之間的壓力系數(shù)計算得出的；0#-5#烘缸基本沒有通汽。為了更好的做到蒸汽的平衡、循環(huán)、重復利用，化的利用蒸汽熱量，使組烘缸可以使用第三組和總冷凝水汽水分離器來的二次汽，讓真空泵能夠發(fā)揮其該有的作用，通過計算前干燥重新分組。高溫段12個烘缸，中溫段6+3個烘缸，低溫段5個烘缸；前干燥第二組5#-7#烘缸增加可調(diào)熱泵。施膠后干燥取消分段，上下排分別增加可調(diào)熱泵。
3.2通風系統(tǒng)的冷凝水接入4#汽水分離器。通風系統(tǒng)通過疏水閥下來的冷凝水溫度較高，夾帶的二次汽可用于四組烘缸（14#-25#）。
3.3所有的冷凝水泵入總冷凝水槽，閃蒸出來的二次汽通過壓力控制閥門(圖2中的V2閥)進入0#-4#烘缸進汽總管。
3.4第二、五、六組烘缸引入了可調(diào)熱泵，系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣體用DN20的管道接入0#-4#烘缸進汽總管，管道上安裝有節(jié)流孔板。
3.5蒸汽噴射式熱泵，按其調(diào)節(jié)控制方式可以分為兩種類型；可調(diào)式熱泵和不可調(diào)式熱泵。不可調(diào)式熱泵其工況變化通過調(diào)節(jié)熱泵入口新蒸汽的壓力和流量來實現(xiàn)，而熱泵本身不帶調(diào)節(jié)裝置。可調(diào)節(jié)熱泵按紙機干燥需要、新蒸汽的壓力及能量品位設計，本身配置調(diào)節(jié)機構和熱泵噴嘴斷面調(diào)節(jié)閥芯。通過改變蒸汽的噴嘴有效斷面實現(xiàn)熱泵工況即供汽壓力、供汽負荷調(diào)節(jié)。本次改造之所以選擇可調(diào)熱泵基于以下原因，，可調(diào)熱泵可抽吸本組烘缸產(chǎn)生的二次汽，能形成一定負壓抽吸作用，不但壓差可以保證，對于操作工來說只需設置好進汽壓力即可，后干燥使用時只需和QCS水分連鎖即可，操作簡單和且容易理解。第二，由于可調(diào)熱泵能產(chǎn)生微弱的負壓，且除了排出少量的不凝氣體，系統(tǒng)相對比較封閉，尤其在負壓段排水，不需要真空泵抽吸來建立烘缸壓差，節(jié)能效果優(yōu)于三段通汽。第三，后干燥如果沿用二段分組的通汽方式，低溫段為了保證排水壓差，必然要和真空管路相連，造成尾汽浪費。而可調(diào)熱泵不需要為了烘缸壓差而和真空泵連接。第四，前干燥5#-7#烘缸選用可調(diào)熱泵是為了減少排向真空泵的尾汽。生產(chǎn)中5#-7#烘缸通汽壓力一般控制在0-20Kpa，如果不用可調(diào)熱泵，5#-7#烘缸冷凝水管道必然接往1#汽水分離器，冷凝水中的部分熱能會被真空泵抽走。
3.6取消正壓段的壓差控制，壓差顯示保留。減少在蒸汽使用過程過程中由于節(jié)流減壓過程造成的無形損失。高速紙機都裝備優(yōu)質(zhì)的虹吸頭和擾流棒，正常情況下，正壓段的烘缸排水是不會出現(xiàn)問題的，只要烘缸內(nèi)蒸汽冷凝，都可以通過虹吸頭排出。可調(diào)熱泵系統(tǒng)的壓差由于自身的負壓抽吸作用也可以保證，負壓段的壓差還是通過調(diào)整連接在真空管路上的自動閥來控制。
4、改造后系統(tǒng)的優(yōu)點
4.1該系統(tǒng)個優(yōu)點是節(jié)能。將傳統(tǒng)的三段通汽和的可調(diào)熱泵技術相結合，發(fā)揮三段通汽的能量階梯利用和可調(diào)熱泵的尾汽利用簡單的優(yōu)點，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，合理設計烘缸分組，高溫段產(chǎn)生的尾汽全部給中溫段利用，中溫段產(chǎn)生的尾汽全部給低溫段利用。系統(tǒng)其他地方產(chǎn)生的尾汽（如通風系統(tǒng)冷凝水，總冷水槽閃蒸汽）都合理利用到各個溫度段，使蒸汽能量發(fā)揮到，來達到節(jié)約蒸汽的目的。0#—4#烘缸進汽達到-40kPa以下，真空泵處可達-60kPa真空。
4.2該系統(tǒng)另一個優(yōu)點是操作簡單，相較于改造前的蒸汽冷凝水系統(tǒng)，蒸汽走向更加簡單明了，尾汽利用更加合理，操作更加簡潔。實際生產(chǎn)中，前干燥只需要根據(jù)QCS掃描的施膠前水分和第四組進汽壓力連鎖，然后根據(jù)烘缸溫度曲線設置好各組烘缸壓力即可；后干燥根據(jù)成紙水分和蒸汽壓力連鎖，只需根據(jù)翹曲設置上下排烘缸壓力差。組和第三組連接有新鮮蒸汽，正常情況下新鮮汽閥門基本不開，完全利用前一組的二次汽既可以達到本組的干燥要求，該閥門一般用來生產(chǎn)高定量或者清洗干燥系統(tǒng)時候使用。
5、改造后效果
改造前生產(chǎn)40gsm特種紙，卷取700m/min，使用165℃，4Bar蒸汽壓力，蒸汽流量17.5T/H，噸紙汽耗2.74噸汽/噸紙。改造后同樣的工況，溫度曲線合理，生產(chǎn)的紙無干燥系統(tǒng)引起的紙病，蒸汽流量14.7 T/H，噸紙汽耗2.30噸汽/噸紙，節(jié)約蒸汽0.44噸紙/噸汽，不用半年即收回投資成本。
6、總結
該紙機的汽耗雖然節(jié)約了0.44噸紙/噸汽，但是一臺紙機的汽耗還和出壓榨的水分和通風系統(tǒng)的設計和使用相關，如果解決好這兩方面的問題，汽耗會有進一步降低的空間。