高王王士峰，江西纸业集团有限公司设备动力部高级工程师。　提 要：通过对国产的两台3150mm纸机三段通汽系统烘缸重新分段设计、烘缸排水装置的改进和旋转接头的改进等整改措施，使纸机车速从原来的420m/min提高到560m/min，烘缸传动负荷降低80%以上，节约蒸汽用量60%以上，经济效益显著。关键词：纸机干燥部；积水；电机负荷；分段布置；排水布置；旋转接头；提高车速我公司#8、#9纸机是新一代国产化3150mm纸机，设计车速600m/min，工作车速550m/min，生产49g/m2新闻纸，1995年投产。投产初期，经常因烘缸积水、传动超负荷、电机频繁跳闸、纸页烘不干而使两台纸机工作车速只能勉强维持在380～420m/min，故烘缸排水问题上升为制约纸机生产水平和工作车速的主要矛盾。针对这些问题，我们采取“边生产，边探索，边整改”的方法，有的放矢，使烘缸积水得到较好的解决。　1 改造前的状况该纸机干燥部共由35个缸组成(其中引纸缸和冷缸不通蒸汽)，分四组传动，每组配9kW直流电机驱动，烘缸通汽方式为三段通汽，Ⅰ段#13～#34缸，共22个；Ⅱ段#6～#12缸，共7个；Ⅲ段#2～#5缸，共4个。烘缸冷凝水的排水装置为旋转虹吸器。为提高纸机干燥效率，在#8～#28烘缸之间还设有袋通风装置。当三段通汽工作时，每段只有10～30kPa左右压差；而每当开机或短暂停机后再起动时，烘缸传动电流则成倍上升，以致于造成烘缸传动电机经常跳闸。我们通过测量烘缸表面温度，发现三段缸温度均低于正常温度：Ⅰ段缸只有60～80℃，Ⅱ、Ⅲ段缸温度有时反而高于Ⅰ段缸，这明显不符合干燥工艺要求。这时操作者往往采取两种方式来维持生产：一种方法是降低车速抄造；另一种方法是通过短暂关闭主段进蒸汽后再进汽，或短暂停机后再启动，有意识使得烘缸积水，以提高干燥效率。这两种方法虽然有时能奏效，但纸机车速始终升不高，而且虹吸管旋转接头、金属软管特别易损坏。末段抽气真空泵也因抽到大量未冷凝蒸汽而经常出故障。总之干燥系统运行很不理想，汽耗大。　2 整改思路与整改措施根据上述干燥部运行状况，我们对照原设计方案进行了认真的分析，认为该系统存在以下问题：(1)烘缸分段设计不合理：原三段通汽烘缸比例为22∶7∶4，Ⅱ段7只烘缸显然“消化”不了Ⅰ段22只烘缸排出的过量二次蒸汽。同理，Ⅲ段又“消化”不了Ⅱ段排出的闪蒸汽。Ⅲ段排出大量的闪蒸汽和不凝性气体进入表面冷凝器和抽气真空泵，又使这些设备不堪重负无法正常工作，故整个系统始终处在不平衡状态，每段压差均低于烘缸排水所需50kPa左右，使得烘缸排水不畅，干燥效率低下等等一系列问题出现。(2)烘缸排水装置结构不合理：原虹吸器吸口几何尺寸不合理，使冷凝水雾化能力差，缸内冷凝水难以排出，也使得烘缸容易积水。(3)旋转蒸汽头存在质量问题，蒸汽头密封用碳精圈和盘根易磨损。蒸汽与冷凝水互通，进汽量减少，使烘缸热效率降低。对上述问题我们分别进行了整改： 图1 3150mm纸机三段通汽系统示意图 图2 改进后的旋转接头2.1 对烘缸分段的重新设计为了避免出现理论设计计算与实际生产运行发生矛盾，我们对有关工艺参数进行了多次测定和计算。主要工艺技术参数如下：(1)抄宽3200mm(以卷纸缸为准)；(2)最大工作车速V=550m/min；(3)定量q=49g/m2；(4)最大抄造量G=5.17t/h；(5)进干部纸页干度C1=42%；(6)出干部纸页干度C2=92%；(7)每个烘缸干燥面积F约为10m2；(8)每千克成品纸蒸发水量W=(C2-C1)/C1=1.2kg水；(9)纸机蒸发水量Q=W×G=6204kg水/h；(10)干燥速率m:当缸面温度tm1=100～110℃，m1=26～29kg/m2·h；tm2=80～90℃，m2=14～20kg水/m2·h；tm3=50～70℃，m3=4～10kg水/m2·h。在设计中，一方面我们考虑到系统在运行中，个别虹吸器可能会被冷凝水击断；旋转接头可能存在内漏因素，这些因素会导致二次蒸汽量的大幅度上升，整个系统平衡点被破坏，使得每段压差下降，烘缸排水不畅；另一方面根据干燥工艺方面要求：纸页干度在50%以内时，烘缸表面温度不允许超过95℃，以免影响纸质。综合上述因素，我们认为原则上在确保干燥能力情况下，Ⅰ段(100～110℃)缸数量应尽量减少，而适当增加Ⅱ段(80～95℃)缸数量。目的在于加大Ⅰ段、Ⅱ段之间压差，有益烘缸排水，同时也符合干燥工艺要求。Ⅲ段(50～70℃)缸据干燥工艺要求数量不能太多，有4个左右即可。经过多方案比较我们选用：Ⅰ段缸16个，Ⅱ段缸10个，Ⅲ段缸4个(如图1)，并通过干燥能力计算：Ⅰ总蒸发量+Ⅱ总蒸发量+Ⅲ总蒸发量≥Q纸页所需总蒸发水量(即Q=6204kg水/h)每段总蒸发量：Q′=F·n·m(kg水/h)其中：n—烘缸数量其中：F—每个缸干燥面积，m2其中：m—平均干燥速率，kg水/m2·h因此：Q=Q′Ⅰ+Q′Ⅱ+Q′Ⅲ=F(nI·m1+n2· m2+n3·m3)=10(16×27+10×17+4×7)=6300＞6204kg/h。说明这个方案干燥能力足够，这个方案与原方案比较：Ⅰ段缸减少6个，Ⅱ段缸增加3个，Ⅲ段缸数不变。考虑到Ⅱ段缸数量增加可能会引起Ⅲ段“消化不良”，因此把Ⅱ段一部分闪击蒸汽用于袋通风加热器，另一部分闪击蒸汽进入Ⅲ段，这样做既可节约大量生蒸汽(原袋通风加热器用生蒸汽加热)，又可增大Ⅱ、Ⅲ段压差。2.2 烘缸排水装置改进设计对旋转虹吸排水装置而言：排水所需的压差不仅要克服冷凝水重力，还要克服虹吸管旋转产生的离心力，其计算方程为：P=r(R+V2/2g)+P′+P″P—烘缸排水所需压差；r—冷凝水和蒸汽混合物的密度；R—烘缸半径;V—虹吸管旋转线速度等于烘缸线速度;g—重力加速度;P′—虹吸管道摩擦阻力;P″— 填料函泄漏压力。从这个方程我们可看出：(1)排水所需压差P，随着车速V上升而以较大幅度上升，所以车速越高，排水所需压差值越大，烘缸排水难度加大。(2)排水所需压差P还与冷凝水和蒸汽混合物密度有关：密度小，则P也下降。而密度大小又取决于喷吹蒸汽的百分率。如果喷吹蒸汽的流量太低，则离心力较高，所需压差P也较高，烘缸排水可能不畅。据一些国外专家和有关资料介绍：高速纸机喷吹蒸汽量为凝结水量的20%左右。(3)P″和P′：P″阻力值与安装旋转接头填料密封质量及密封材料的质量有关。如果能使接头不存在内漏，这项P″可以忽略不计。P′是指蒸汽和凝结水汽液二相流产生的管道阻力，其阻力值远远大于单相流体。P′值与喷吹蒸汽量有密切关系，如果喷吹量大，P′值会成倍上升，P′阻力大将导致虹吸管失去排水能力。根据相关的理论计算，当喷吹蒸汽量约为10%～20%时，管道摩擦阻力压降坡度为：2000～4500(N/m2)/m，P′值大约为8～20kPa(设虹吸管长为4m时)；但喷吹蒸汽量为40%时，其管道摩擦阻力压降坡度高达18000(N/m2)/m，P′值约为72kPa。由此可见，P′阻力值是影响烘缸排水的重要因素之一。在实际生产中，一旦出现断纸，烘缸冷凝负荷大幅降低，如果虹吸器吸口间隙过大，喷吹蒸汽量会因此大幅度上升。此时由于P′阻力过大，虹吸器可能失去排水能力，最终将导致烘缸凝结水泛滥。因而，在虹吸器设计中，既要考虑到有一定比例的蒸汽作为凝结水的载体通过虹吸器以提高排水能力，但又要控制好比例，蒸汽量不能太大，否则，烘缸将失去排水能力。因此，特别要注意吸口部位设计。我们的设计思路是：把吸水头的形状设计成喇叭状，使吸口表面积大于水平管截面积3.5倍左右，吸口与缸内表面间隙控制在2.2mm以内，吸口部流体通过量要略小于水平管的通过量，以增强吸口部冷凝水雾化能力，降低混合物密度，从而达到提高排水能力的目的。按照上述方法，并通过多次试验和完善，我们自己研制的虹吸器排水能力比原配套(仿制约翰逊产品)虹吸器有较大幅度提高。2.3 旋转接头的改进纸机原装接头是山东滕州一厂家产品。由于该产品密封环的材料选用和前后球管的设计均存在问题，使用寿命很短(一般只有7～10d)，特别是填料密封容易损坏，产生内漏，蒸汽与冷凝水互通，使烘缸热效率降低。针对这些问题，我们采取了以下改进措施：(1)优化F4密封环的配方，增加填充材料含量和其他种类材料：如青铜粉比例增加40%，还增添自润滑和减磨材料石墨3%，二硫化钼5%，使密封环耐磨性有了大幅提高。(2)改进球管连节方式，增强前后球管销键抗扭剪强度，避免销键被剪切后填料密封也同时被损坏，产生内漏的现象。(3)密封填料由盘根改为F4密封环，增强密封可靠性，旋转接头经过改进，使用寿命延长至半年以上。改进后的旋转接头如图2。　3 整改后的效果3.1 干燥工艺曲线趋于合理：(1)系统确保了湿端烘缸(Ⅲ段缸)在很低的压力下操作(烘缸表面温度50～70℃)，从而彻底排除湿端纸页的粘缸、掉毛、频繁地断纸等问题出现；(2)由于增加Ⅱ段烘缸数量，烘缸表面温度不太高，因而避免了纸页干燥初期强干燥带来纸页疏松等纸病。3.2 车速大幅度提升，从原来420m/min左右提高至560m/min左右。由于浆供应跟不上，目前车速只能稳定在540m/min左右，但从干燥能力来看，车速还有一定的上升空间。3.3 烘缸传动负荷大幅度下降。每组传动电流从原来的160～240A(易跳闸)降至现在50～110A，节约电能达80%以上(指烘缸传动电能)。3.4 蒸汽消耗量大幅度下降。根据蒸汽流量计显示，每吨纸的汽耗从原来的2.8t，降至目前1.8t左右，节约蒸汽用量60%以上。3.5 三段通汽系统运行工作压力比原来低，目前Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段烘缸进汽压力分别为150kPa、80kPa、20kPa，每段压差在60kPa左右，烘缸排水顺畅。而且，旋转接头、金属软管、抽气真空泵等设备使用寿命得到明显延长。3.6 暖缸时间短，纸机在长时间停机后，只要在开机前，烘缸通入适量蒸汽(约70kPa压力)并低速运行20～30min后，便可投入高速运行。