CC BY
730
УДК 676.056.722:620.1
НАЛАДКА ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ГОФРОАГРЕГАТА
Л.М. Бойков1, Н.С. Нечаев2
1 Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики,
192171, Санкт-Петербург, ул. Седова, дом 55/1 2 ^
«Лесбумсервис» Санкт-Петербург, Тореза просп., 104-А
На основе результатов обследования работы гофроагрегатов разработаны мероприятия по наладке теплового режима агрегатов с целью устранения дефектов при выпуске гофрокартона и повышения эффективности эксплуатации установок.
Ключевые слова: гофроагрегат, гофрокартон, гофропресс, пароконденсатная система.
В последние годы гофрированный картон (ГК) является предметом повышенного спроса, поэтому идет быстрый прирост мощностей по его производству. При этом вводятся в действие предприятия как с одним гофроагрега-том (ГА) шириной 1050 мм и скоростью 30 - 70 м/мин, так и с тремя гофроагре-гатами, каждый из которых имеет ширину 2100 мм и скорость до 360 м/мин.
Изготавливаемый на этих агрегатах гофрированный картон (гофрокартон) представляет собой пространственную структуру, состоящую из плоских слоев картона и внутреннего одного гофрированного слоя или нескольких слоев бумаги [1-6]. Он состоит из чередующихся плоских и гофрированных слоев, склеенных различными адгезивами по линии контакта. Гофрокартон -главный вид материала для изготовления картонной тары. Гофрокартон -прочный, дешевый, легкий материал, обладающий амортизационными анизотропными свойствами. Применяют двух- и трехслойные виды гофрированного картона толщиной 2,8 - 5,0 мм, пятислойные - толщиной - 7,5 - 8,0 мм.
Для образования гофрированного слоя в ГК используется бумага для гофрирования, называемая часто в зарубежной литературе «флютингом». Некоторые производства вырабатывают бумагу для гофрирования из 100 % макулатуры. Плоские слои гофрированно-
го картона (лайнера) подразделяются на тест-лайнер (изготовленный в значительной части из макулатуры) и крафт-лайнер (изготовленный полностью из сульфатной небеленой целлюлозы). Гофрированный картон оценивается показателями, основными из которых являются сопротивление продавливанию, торцевому сжатию вдоль гофров и расслаиванию.
В нашей стране гофры в порядке убывания высоты используются типа А, С и В с высотой гофра соответственно 4,6; 3,6; 2,6 мм и шагом гофра - 8,9; 7,9;
6,1 мм.
Изготовление гофрокартона производится на гофрировальных агрегатах. Гофроагрегат (рис.1, 2) представляет собой ряд скомпонованных в одну линию отдельных машин и узлов, на которых осуществляется не только процесс производства гофрированного картона, но и отдельные операции по его переработке. В конечном итоге с агрегата сходят листовые заготовки картонных ящиков. Разматываемое из рулона полотно бумаги через подогреватель и увлажнитель подается к нагреваемым паром рифленым валам гофрирующей машины. Для увлажнения бумаги и картона (до 7 - 8%) перед их нагревом применяют паровые увлажнители трубчатого типа, через которые на полотно подается насыщенный пар.
Рисунок 1 - Схема гофроагрегата: 1 - раскаты; 2 - узел нанесения клея; 3 - гофропрессы; 4 -устройство для обрезки кромок; 5 - станок для резки; 6 - укладчик картона в стопы
Рисунок 2 - Схема узла гофрирования
бумаги; 3 - гофрировальные прессовые вал; 6 - шабер; 7- клеевая ванна
Подогреватель бумаги снабжается насыщенным паром от 100 до 1750С, подогреватель картона работает в интервале температур пара 185 - 1900С. Основным элементом ГА является гоф-ропресс (рис. 2), состоящий из двух рифленых гофрирующих валов диаметром от 300 до 350 мм.
Перед склейкой гофрированного картона бумагу для гофрирования нагревают и пропускают через узел гофрирования, который состоит из верхней и нижней гофрирующих плит синусоидальной формы. Затем бумага проходит через пару рифленых валов, нагреваемых паром, и поступает на узел склейки. Для улучшения качества гофрированного картона предусмотрены ваку-
1 - выравнивающий валик; 2 - вал натяжения валы; 4 - прижимной вал; 5 - клеенаносящий
умные устройства предварительного нагрева и шабер для нанесения на вершины гофров клеевой суспензии. После чего к вершинам гофров приклеивается поступающее через подогреватели и систему валиков полотно картона.
В результате этого образуется двухслойный ГК. После склейки этот картон поступает через мост-накопитель в клеильный узел, где склеивается со вторым плоским слоем с образованием трехслойного картона. Для изготовления пятислойного картона требуется еще один гофроперсс (ГП) и добавочное клеильное устройство в клеильный узел. В качестве клея используется крахмальный (чаще) и силикатный клей.
Окончательная склейка и формирование ГК происходит в сушильной части (на сушильном столе) ГА. Сушильная часть состоит из нижних нагревательных плит, обогреваемых паром, металлической сетки и прижимного устройства в виде валиков. Прижим валиков к сушильному столу позволяет регулировать интенсивность сушки ГК по длине и ширине полотна.
Температуру бумаги перед гофрированием целесообразно поддерживать около 127 0С, температура гофро-валов (ГВ) должна находится в интервале 178 - 182 0С.
На производительность ГА и качественное гофрирование бумаги существенно влияют такие факторы, как влажность и натяжение бумаги перед гофрированием, давление между гофро-валами и их температура.
При прохождении каждого рифа гофрирующего вала в зазоре между гофровалами бумага прогибается и растягивается.
Температурное воздействие необходимо разграничить, т.е. назначение подогрева и увлажнения перед гофрированием, во-первых, определяется необходимостью пластификации бумаги и увеличения ее растяжимости, чтобы улучшить условия прохождения бумаги зоны гофрирования. Во-вторых, при тепловом воздействии ГВ удаляется излишняя влага, кроме того, бумага в зоне сжатия пластифицируется, и в ней образуются дополнительные поперечные связи.
В производственных условиях формирование гофров в полный профиль происходит при линейном давлении не менее 70 кН/м. Концентрация клея оказывает существенное влияние на количество испаряющейся воды. Обычно используют модифицированный крахмальный клей концентрацией 20 %, а на высокоскоростных гофроаг-регатах концентрация клея - 23 - 25 % абсолютно сухого вещества.
Одной из важных проблем, влияющих на качество склейки, является слишком низкая (меньше 7-8 %) или
неравномерная по ширине полотна влажность.
В сушильной части, в зависимости от скорости ГА, вида клея, слоев картона, поддерживается либо первый температурный режим сушки полотна на сушильном столе: 1 группа плит -110 - 190 0С, 2 группа - 140 - 170 0С, 3 группа - 130 - 150 0С, либо второй режим: 110 - 140 0С, 2 - 140 - 150 0С, 3 -150 - 160 0С, 140 - 190 0С соответственно. Температура в группах поддерживается путем регулирования подачи пара в нагревательные плиты.
Характеристика работы ГА следующая. Давление пара в главном паропроводе составляет 1,4 - 1,5 МПа; температура пара - 200 - 220 0С; температура поверхности валов гофропресса -180 - 200 0С; давление пара на увлажнение - 0,3 - 0,6 МПа; давление пара в гофровалах и прижимном вале - 1,4 -1,5 МПа. Вязкость клея - 25 - 35 сек.; температура клея - 30 0С. Величина зазора между клеенаносящим и прижимным валами - 0,1 - 0,3 мм; величина зазора между нижним рифленым и прижимным валами - 0,3 - 0,5 мм; величина зазора между клеенаносящим и нижним рифленым валами - 0,3 - 0,5 мм. Угол обхвата подогревателя полотном: бумаги 0 - 2000, картона - 200 - 2500. Давление воды в гидроцилиндрах рифленого и прижимного валов - 2,0 - 4,0 МПа.
Теоретический удельный расход пара для производства 1000 м составляет 1,68 ГДж (0,4 Гкал); электроэнергии - 15 кВт .ч. На действующих ГА фактический удельный расход теплоты превышает теоретический в 2 - 3 раза. Кроме того, часто не соблюдается качество ГК.
На одном из ГА произведено обследование с целью устранения дефектов на готовой продукции. Дефекты связаны с наличием локальных воздушных вздутий на ГК, которые имеют неорганизованный бессистемный характер.
Характеристика работы ГА следующая: скорость ГА - 100 м/мин, ши-
2
рина полотна - 2,1 м, масса 1 м полотна бумаги для гофрирования - 125 г/м 2, начальная сухость полотна бумаги, поступающей на ГП, составляет 94%, с учетом увлажнения (2%) - 92%, производительность ГА- 2205 кг/ч, величина гофрирования - 1,4.
Произведено обследование паро-конденсатной системы (ПКС) ГА с целью устранения дефектов на полотне. При этом особое внимание уделено эффективности работы ПКС и ГП. Причины дефектов следующие:
- недостаточно высокая температура ГВ (порядка 1760С);
- неравномерность прогрева ГВ;
- неудовлетворительная работа конденсатоотводчиков (КО) после ГВ.
Кроме того, при увеличении скорости ГА выше 100 м/мин отмечалось увеличение дефектных мест в ГК. Задача обследования сводилась к устранению вышеперечисленных дефектов и обеспечение стабильной работы ГА без дефектов продукции при скорости 100 -120 м/мин. В связи с этим, выполнен следующий объем работ [7-9]:
- на ГА применена параллельная схема ПКС, поэтому имеет место значительный перерасход теплоты и пара, который составляет соответственно 4,06 ГДж/кг картона (0,97 Гкал/т картона) и 1,42 т пара /т картона. Выяснены причины перерасхода тепловой энергии;
- изучена возможность повышения температуры пара перед ГП со 180 до 200 - 210 0С;
- измерена температура паропровода на участке от общего парового коллектора до ГА;
- измерена температура на гоф-ровалах ГП без полотна и с полотном;
- произведена ревизия конденса-тоотводчиков от каждого ГВ;
- произведены замеры температур от гофровалов и на общем конлен-сатопроводе;
- выполнен тепловой расчет общего паропровода для необходимого расхода пара на гофрирование бумаги марки Б-1 массой 125 г/м 2;
- произведен расчет производительности ГА, количества теплоты и расхода пара при скорости ГА 100,110 и 120 м/мин;
- выполнен расчет проходного сечения конденсатоотводчиков при скорости ГА 100,110 и 120 м/мин;
- выполнен анализ полученных результатов, сделаны выводы и разработаны рекомендации по работе ГА без дефектов.
Выводы по работе сделаны следующие:
1) в главном паропроводе на участке от распределительного коллектора до ГА температура пара существенно снижена с 230 до 180 - 200 0С. Особенно это относится к паропроводу у ГП (около 180 0С), что снижает эффективность нагрева валов ГП и влияет на появление дефектов в готовом полотне ГК;
2) конденсатоотводчики от гоф-ровалов имеют малое проходное сечение (5 мм), что приводит к накоплению конденсата и воздуха внутри валов. Это снижает эффективность теплопередачи и приводит к дефектам;
3) отсутствует продувка валов паром, которая необходима для удаления конденсата и воздуха;
4) увлажнитель бумаги работает на перегретом паре при температуре
180 0С, который имеет очень большую скорость (50 - 75 м/мин). В результате полотно ГК увлажняется недостаточно. Как следствие, уменьшается пластичность бумаги для гофрирования;
5) отсутствует подогрев бумаги на подогревателе, что снижает эффективность образования гофров;
6) большой диаметр паропровода, по которому пар поступает к ГП и большой диаметр общего конденсато-провода от ГА;
7) в схеме ПКС ГП имеются кон-денсатоотводчики, которые при удалении из валов пароконденсатной смеси создают дополнительное гидравлическое сопротивление. На преодоление этого сопротивления затрачивается по-
вышенное давление, Это приводит к увеличению расхода пара и удельного расхода теплоты;
8) в существующей схеме ПКС ГА отсутствует система утилизации теплоты и пара;
9) установлено, что наибольшее влияние на степень сушки нижнего слоя картона оказывает тепловой режим плит второй паровой группы сушильного стола, а на верхний слой - первой группы. Если в нижнем слое происходит удаление влаги клеевой прослойки, то верхний слой на этой стадии увлажняется.
Для устранения существующих дефектов готовой продукции и недостатков рекомендуется проведение следующих мероприятий:
- заменить общий паропровод к ГА на паропровод диаметром 60 мм;
- проложить новый паропровод по трассе с меньшими изгибами и меньшим гидравлическим сопротивлением. Это позволит подать к ГА перегретый пар с температурой 205 - 210 0С;
- отказаться от конденсатоотвод-чиков и полнее использовать теплоту парообразования;
- если принять существующую схему ПКС и оставить конденсатоот-волчики, то следует в них рассверлить сечение шайб до расчетного диаметра
9,2 мм, чтобы обеспечить прохождении пролетного пара;
- увлажнение бумаги для гофрирования следует производить насыщенным паром при давлении 0,5 - 0,6 МПа и температуре 143,6 - 151,9 0С;
- включить обогрев подогревателей бумаги для гофрирования (БГ) и картона для плоских слоев (КПС) паром при давлении 0,5 - 0,6 МПа;
- производить контроль массы 1 м 2 и влажности БГ и КПС, следить за необходимой концентрацией клея;
- увязать ПКС ГА, ГП и сушильного стола в одну схему. Этим достигается снижение удельных затрат теплоты.
Реализация предложенных рекомендаций позволила устранить дефекты, влияющие на качество готовой продукции, и сократить удельные затраты теплоты.
Литература
1. Кононов Б.В., Ландау Г.Е., Погребов Е.М., Гофрированный картон. М.: Лесная промышленность, 1971.- 189 с.
2. Данилевский В.А. Картонная и бумажная тара. - М.: Лесная промышленность, 1979.- 216 с.
3. Фляте Д.М. Направления развития производства бумаги для гофрирования // Целлюлоза, бумага и картон: Обзорная информация. ВНИ-ПИЭИлеспром. - 1990.- Вып.8.- 36 с.
4. Мусинский В.В. Некоторые особенности производства гофрокартона на современном оборудовании // Целлюлоза, бумага и картон: Экспресс-информация. Зарубежный опыт.- ВНИ-ПИЭИлеспром. - М., 1984,- Вып.17.- с. 2 -12.
5. Родин В.А. Пути повышения качества гофрированного картона // Целлюлоза, бумага и картон: Отечественный производственный опыт. ВНИПИЭИлеспром. - М.,1987.- Вып.12.- с.2 -18.
6. Махотина Л.Г., Аким Э.Л. Технология тароупаковочных видов бумаги и картона: Учебное пособие / ГОУВПО СПбГТУРП, СПб, 2004.112 с.
7. Бойков Л.М. Совершенствование процессов контактно - конвективной сушки картона и бумаги: автореферат дис... д-ра техн. наук / СПб ГТУ РП. - СПб., 2001. 32 с.
8. Жучков П.А. Тепловые процессы в целлю-лозно - бумажном производстве.- М.: Лесная промышленность, 1978. - 408 с.
9. Жучков П.А., Саунин В.И. Тепловой и гидравлический режимы работы бумагоделательных и картоноделательных машин. - М.: Лесная промышленность, 1972. - 408 с.
’ Бойков Лев Михайлович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовая техника» тел: +7 (812) 700 72 1 6
2Нечаев Николай Сергеевич директор по техническим вопросам ООО «Лесбумсервис», Е-mail:bdm-teploservis@mail. ги
