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造纸真空系统中常见的真空设备及其比较

发布日期:2019-06-05

 水环真空泵是造纸真空系统最普遍使用的设备,为造纸行业技术人员所熟知。而透平风机在中国的造纸行业应用引入比较晚,从2007年才开始正式有投入使用,造纸行业的相关技术人员了解甚少,常被视为是“新技术”。事实上这两种真空发生设备发明的时间非常接近,在造纸行业中使用都有较长的历史。两者各有优劣,不能相互取代,故一直在造纸行业共存,在现有的技术条件下,水环真空泵更具优势,仍占据市场主导地位。

  水环真空泵分别于1903年由美国人Houis Nash和1905年由西门子公司在相互不了解的情况下发明出来。水环真空泵在造纸真空系统有超过80年的应用历史,世界上90%的造纸厂均采用水环真空泵组建真空系统。现时国内外都有大量生产用于造纸真空系统水环真空泵的厂家。

  透平风机同样出现在20世纪初,最初作为压缩机使用。1900年由法国拉托厂首先制造出第一台透平压缩机。瑞士的苏尔寿公司从1903年开始研制透平压缩机,是最早生产透平真空风机的厂家之一,2001年苏尔寿公司并入德国曼集国,组建成现在的曼透平公司。

  曼透平公司是现时在中国能提供造纸真空泵系统用透平真空风机的主流厂家,该公司生产的透平风机在造纸真空系统有超过60年的应用历史,主要有RC、RCL和RT三个系列的透平真空风机。根据国外的造纸工艺教材介绍,美国德莱赛公司原来也生产用于造纸真空系统的透平风机,但现在该公司已经不涉足该类应用。我国现有陕西鼓风机厂、沈阳鼓风机厂和上海鼓风机厂等多家生产透平风机的厂家,均不涉足造纸行业。

  可见水环真空泵和透平风机起源于同一时期,在造纸真空系统中的应用都有较长的历史,但水环真空泵在该领域得到蓬勃的发展,而透平风机在该领域发展滞缓。

  造纸真空系统的应用特点比较

  现代的纸机都是利用真空帮助纸页脱水的,因此真空系统是一台纸机的重要组成部分。一台纸机上有多个真空度要求不相同的真空元件需要连接到真空系统。如果选用水环真空泵组建真空系统,往往把一些真空度相近点合并后,根据不同的真空度选用多台水环真空泵来组建真空系统。如果选用透平风机组建真空系统,则只需一台或两三台透平风机,则可以组建较大型纸机的真空系统。两者相比,用透平风机的集成度较高,比较节省安装空间;而使用水环真空泵的独立性较好,不同的真空泵之间不会产生相互干扰或连锁反应。

  若选用透平风机,当局部真空元件实际运行的通气流量偏小时,透平风机可能出现失速或喘振的现象,而当局部真空元件实际运行的通气流量偏大时,多级透平风机又会因为各级之间相联,会出现整机真空度偏低的现象,严重时还会造成透平风机性能急剧下降,出现“阻塞”工况。因此,透平风机在真空系统工作的稳定性较差,往往会造成产纸质量的下降或断纸等不良现象。此外,集成度高会造成单台透平风机的功率过大,给工厂电网和起动设备带来不小困难。

  若使用水环真空泵,即使某些纸机真空元件实际运行参数出现偏小或偏大的情况,只会成相应水环真空泵真空度出现相应偏移的现象,不会造成整体较大的负面影响。若个别真空泵出现问题,需要维修或更换也比较容易操作。

  由于气体挟带的水份或其它异物进入高速运动的透平风机可能会对其造成致命的损害,因此透平风机吸入口前必须有大型的水泥或全不锈钢结构气水分离室,把气流速度控制在3m/s以内,为防止水泥脱落,以用全不锈钢结构的气水分离室为佳,这种分离室的制造成本较大。此外,高速运转透平风机噪音较大,还需要建造消音的机房隔音。故透平风机投入使用需要的辅助设备成本较大。

  如果使用水环真空泵,也需要在水环真空泵前安装小型的前置气水分离器,其作用是防止纤维含量较多的水串入水环真空泵的循环水系统中影响水质,同时防止过多的水流入水环真空泵造成轴功率过大的现象,要求并不严格,制造成本较低。透平风机的优点是机械效率较高,可节约设备能耗。

  可以看一下实例,比如广州纸业2007年投产40万吨新闻纸项目,真空系统要求总气量约为6800m/min,采用了三台透平风机,总装机功率为6550kW。如果选用最新的2BE4系列水环真空泵,需要13台真空泵,总装机功率为7005kW,总装机功率相差7%左右。如果是加大真空泵的气量余量或者是选一些性能相对差一点的真空泵,总装机功率相差会在10%~25%左右,有一定的节能效果。此外,透平风机的排气温度较高,一般为120~180℃,热量可回收用于纸机白水和空气系统的加热。而且透平风机不需要使用水作为工作液,可以节约用水。

  值得注意的是两者能耗差并非两者的设计机械效率差,那是因为造纸真空系统抽吸的是湿空气,如果选用水环真空泵,由于温度较高的湿空气进入到水环真空泵内会被泵内的水冷凝而体积减小,水环真空泵的性能相当于得到提高;如果选用透平风机,温度较高的湿空气进入到透平风机温度会进一步升高,气体膨胀而会对透平风机的性能造成负面影响。透平风机获得热回收的同时,也造成了其内部的高温工作环境,会增加透平风机零件变形而产生故障的风险。水环真空泵虽然要以水为工作液,但一般都是循环使用的,水的实际损耗量不会很大。此外由于透平风机工作的不稳定,容易造成产品质量不稳定而需重复生产,造成其他能源的浪费。

  总结

  尽管透平风机在设备能耗、热回收和节约水方面相比水环真空泵更具优势,但结构复杂、故障率高、投产成本大,在使用维护的可操作性、工作的可靠性和组建真空系统的稳定性方面远不及水环真空泵。如果使用透平风机,出现产纸质量下降或者损纸较多的现象,顾此失彼,事实上是更大的能源浪费。因此,在现有的技术条件下,水环真空泵的综合使用性能更胜一筹,故在造纸行业中占据主导地位。