“当然,也可以利用各种类型的热回收来减少总的能源消耗。我们的终极目标是生产优质卫生纸和擦拭纸的同时也减少能源消耗。”
JOSEPH GUADAGNO
北美卫生纸机及热风系统副总裁
安德里茨
Joseph Guadagno: 北美卫生纸机及热风系统副总裁
Stefano Marenco: PrimeLineTIAC试验工厂 和卫生纸研发及技术总监
Paul Richards: 资深卫生纸机技术经理
PAUL RICHARDS:安德里茨直到2000年中才进入TAD纸机的市场,Beloit公司倒闭后,当其他公司寻求通过收购获得技术的时候,安德里茨则专注于培养专业人员的经验技术,以进一步开拓TAD市场、包括整个美国市场。随后的两年构想研发出新的概念,并在2003年初安德里茨有了第一台TAD纸机的订单。
安德里茨PrimeLineTAD纸机配有一个2层或3层带稀释水控制的流浆箱,其输送浆料到优化的C型双网成型器。该成型器在纸页转移到TAD干燥部前可以通过真空进行进一步的辅助脱水,在纸页转移过程中,通过速差来实现特定的质量和结构,并在定型真空箱前锁定纸页的结构特性,以满足客户的最终需求。随后,纸页传递到两个干燥鼓上连续干燥,根据客户的具体要求,干燥到75%至90%的干度。TAD干燥鼓具有专利设计,采用全焊接不锈钢结构,在整个干燥过程中支撑TAD干网和纸页。整个热风系统由我们在加拿大的北美同事采用CFD(计算流体动力学分析)开发和设计的。
纸页随后转移至扬克缸,在卷纸前进行干法起皱。纸页通过新近研发的稳纸器后在线性中心辅助传动的卷纸机进行卷取。
众多技术专为TAD纸机研发,包括3层流浆箱、TAD干燥鼓及热风系统、稳纸器和中心辅助转动的卷纸机,并对C型成型器进行适当的改进以适应纸页在成型部可以通过真空来辅助脱水。
但最初采用此法时,我们通常提供一台大直径的TAD干燥鼓,随着技术的发展,我们后来采用2个干燥鼓的标准配置,从而从客户的角度出发优化了整个能源效率。
JOSEPH GUADAGNO:坦白说,对于大多数新手来说,和传统卫生纸生产相比,TAD生产的最大挑战在于其复杂程度。TAD纸机的长度是标准的干法起皱纸机的两倍以上,因此造价也更高,需要更高的操作能力,具有相关抄造经验的人员也不像传统干法起皱纸机那样容易从人力资源市场获得。此外,TAD技术是相对保密的,所有的生产商都倍加小心的保密其技术,也就是说从一个纸厂到另一个纸厂的人员流动通常会受到合同上的限制。
TAD的第二个关键点是整体的松厚度,这是TAD的最大优势,但同时也意味着更高运输成本的问题,TAD的生产要尽量靠近消费市场地,以避免因为高松厚度、低密度而引起的高运输成本造成整体生产成本的提高。对TAD生产商来说,另一大问题是整体能源的消耗,热风穿透干燥需求大量的热能,其通常由燃气燃烧器加热,世界许多地区由于基础设施的原因难以满足这种需求,因而需要寻求替代方案。
理论上来说,只要有一定的造纸经验,任何生产商都可以生产TAD,但问题是终端产品是否有合适的市场。为具吸引力,消费者需要愿意为“优质”产品额外付费,许多地区,消费者并不愿意接受这一需求,因而很难证明投资的合理性,从历史经验来看,投资回报率的计算也不具吸引力。
理想的客户需要具有一定的操作基础,当然也不一定非得是卫生纸行业,但是这样有利于确保拥有训练有素的合格人员。此工艺布置比传统干法起皱的卫生纸更长,同时从碎浆到卷纸的操作人员也更多。尽管每卷纸的重量并不重,需要频繁的换卷,这样需要投资母卷处理设备已确保纸卷快速处理并送至后加工。
这些客户还需要对生活用纸的后加工有良好的认识和经验,经济上来说,将原纸送到后加工工厂而非原厂加工并无意义。具有一定经验的操作人员,特别是控制和自动化专业以及时适当的维护资源,如备品备件等,会确保高效运行。
综上所述,理想的客户是具有此类操作经验的,但还是需要一个开端,安德里茨具有TAD技术的长期经验,可以在这个发展过程中(当纸机和工艺过程投入商业运行)就技术、设备、培训、协助和服务等给予支持。
JOSEPH GUADAGNO
北美卫生纸机及热风系统副总裁
安德里茨
JOSEPH GUADAGNO:TAD气罩和热风系统是TAD干燥过程中重要的设备,所有的部件都必须经过精心的选择和优化,从而确保TAD干燥系统的工艺参数生产卫生纸和擦拭纸的范围内高效操作。热风系统输送温度和横向压力均匀的热风穿透纸页,我们有多种方法来适当混合热风,同时优化送至TAD干燥鼓的送风温度和横幅压力,基于此目的,我们开发了特殊设计的静态混合器、导向叶片、孔板筛等,并整合到风管和TAD气罩中。我们在热风系统工程方面的丰富经验,包括现场安装和计算流体动力学分析优化,使得我们能在该领域出类拔萃。热风系统的布置设计,不仅要考虑最小的空间,还要考虑能源效率、热风流动的简单性、所有部件的可接近等,所以所有这些因素都会直接影响安装和操作费用。
热风通过变频送风风机输送,经过保温的大型风管至纸页,每个TAD送风风机后会安装一个天然气燃烧器,加热空气后送至纸页以提高干燥能力,燃烧器的选择会考虑设计的空燃比从而降低CO和NOx的排放,基于逻辑控制和检测空燃比的PLC控制,从而最终为各种操作模式的TAD提供热风。在此,我想特别指出的是采用蒸汽代替燃气的可能性,因为众多中国客户对此非常感兴趣。
送风管通过特制的接头和TAD气罩相连,这样TAD气罩可以移动,从而允许在干网更换、断纸或清洁及停机维护检查时便于接近。湿端和干端的TAD气罩由两个独立的、可移动的结构组成,其带有孔板,确保热风均匀分配到TAD罩和TAD干燥鼓之间。供风会被TAD干燥鼓内的负压“拖动”穿过纸页。
水分从纸页内移除,随后部分水分通过TAD尾气风机排到大气中,排到大气中的尾气会使用新鲜空气来补充。TAD送风风机将TAD回风引至预干燥供风管内进行持续的干燥循环。
通过控制TAD的送风特性,如果风量、温度、绝对湿度等,从而优化了系统的干燥能力。通过适当控制排风的压力、水分和温度,可以优化能源的使用同时提高TAD干网的使用寿命,两者皆能显著降低操作成本。
当然,也可以利用各种类型的热回收来减少总的能源消耗。我们采用了多种类型的热回收,如果气/气热回收、气/水热回收、透平机尾气预加热空气以及其他类型的热回收。我们的终极目标是生产优质卫生纸和擦拭纸的同时也减少能源消耗。
PAUL RICHARDS:TAD的本质特性是能源密集型,因为美国的能源相比其他地区要便宜的多,这也是为什么TAD在美国发展如此之快的原因之一。可以预见的是,如果有节能的方案,在那些能源价格较高的地区,仍然会有发展的空间。
从历史经验来看,TAD的干度通常在TAD干燥后达到约95% -- 这是发展UCTAD,即不起皱TAD的原因之一。扬克缸——任何卫生纸机的传统部件,允许最终产品得到一定比例干法起皱的载体。现如今,根据所使用的技术和生产商的不同,TAD后的干度可以显著降低,实际上我们及我们的客户,以及化学品的供应商一起在持续不断的寻求突破此界限,以允许更高的水分进入扬克缸干燥。干燥平衡的此举动是降低干燥能耗的重要一步。
自我们第一台TAD纸机发展到现在,我们通过简单使用第二个干燥鼓(尽管直径更小)的方案已经将干燥能源降低了15—20%,这使得在干燥过程中可以更有针对性的控制和使用热风。第一个热风系统可以使用更高的温度,因为纸页渗透率较低,但压降更高;第二个热风系统中,纸页更干、开放更多,则可以使用较低的温度和较大的风量。以上所有都可以保护其他系统,如TAD干网,同时也使得整体的系统部件更小,以及系统尺寸的通用性。
展望未来,我们的目标是将干燥平衡推至扬克缸,进扬克缸的纸页干度为65%,此举需要和我们的客户和化学品供应商伙伴共同实现。经济上来说,如果此举能够实现,则干燥的能源效率最终可以达到最佳的效率。一旦纸页内的自由水分被移除,只剩细胞间的水分,从干燥角度来说,冲击干燥则更为有效。
另一个节能的机会来自真空技术的发展,采用透平机取代传统水环式真空泵,则可以提供热源来预加热进入系统内的部分空气。
另一种可能性是,那些燃气供应受限或基础设施不完善的地区可能更受欢迎。使用蒸汽(换热器)作为加热源,系统温度有助于考虑采用这类换热器,特别是像在浆厂附近蒸汽能力过剩的情况下。
PAUL RICHARDS:当谈及纤维节约,需要注意的是,无论如何吨纸重量不会变,关键是成品纸卷(后加工后)在给定的直径下会更多,这是由于完成的纸页厚度(或松厚)更高。根据客户需求,可以生产出更低的定量,或在相同定量的情况下生产更多的纸卷。无论何种方法,在相同成品卷数量的情况下可以节省纤维,或相同的重量下具有更多的成品纸卷。如果满足其他经济因素,两种方法都可以创造获得更多利润的机会。
PAUL RICHARDS:位于奥地利格拉茨的PrimeLineTIAC(卫生纸机创新和应用中心)的试验机就配有TAD模块现在是让客户看看TAD能为他们做些什么的最佳时机。
STEFANO MARENCO: 我们正在和客户一起运行此试验机,其中一个目的就是实验生产纸卷(600mm宽度的小纸卷)给客户后加工成成品,然后投放到市场进行市场分析和产品质量测试以预测新产品的客户兴趣和市场潜力。
STEFANO MARENCO:客户试验是高度机密的,并受到各种保密协议的保护,但可以透露的是我们正在测试一些关于TAD的新技术,且现阶段已有可喜结果。开发出了应用到具有独特质量的新产品的新方案,当前试验计划安排的很紧。
PAUL RICHARDS:该技术的关键领域之一是明显的降低干燥能源,我们重点关注在不增加净能源输入的前提下如何最好的降低总体干燥能耗。很显然,我们的目标是大幅削减总体净能源,或许关键点就是提高进入第一个干燥鼓的纸页干度,这样可以显著降低干燥热能,问题是我们需要多大投入来提高干度。
STEFANO MARENCO:我们还关注于技术方案的解决,在提高整体效率的同时使得TAD纸机的设计更为紧凑,从而减少厂房的占地面积和土建成本。