facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

MODERNIZATION OF STEAM AND CONDENSATE SYSTEMS OF DRYING PLANTS OF PAPER AND CARDBOARD-MAKING MACHINES

MODERNIZATION OF STEAM AND CONDENSATE SYSTEMS OF DRYING PLANTS OF PAPER AND CARDBOARD-MAKING MACHINES
Даниил Прохоров, инженер

Бойков Лев, доктор технических наук

Ионин Егор, technical person

Лукьянов Семен, electronic technician

Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, Россия

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Россия";

Nowadays, the majority of drying plants of paper and cardboard-making machines operates with low efficiency [1,5].

In drying process of paper and cardboard we face with huge heat overrun (to 40%). There is also a significant decrease of machines’ productivity and intensity of the drying process.

The testing of large amount of low-speed and medium-speed paper and cardboard-making machines showed the causes of efficiency decreasing of the drying plants.

 40 years experience of studying the processes of drying of paper and cardboard made it’s possible to carry out a large-scale modernization of steam and condensate systems of drying plants of paper and cardboard-making machines.

 In the period from 2002 to 2010 the modernization of steam and condensate systems of drying plants at 21 paper and board machines occurred.

 The purpose of steam and condensate system modernization is to reduce the unit cost of heat for drying process and to increase the productivity.

 Goals of modernization are to develop and to implement into manufacturing steam and condensate systems of drying plants of paper and cardboard-making machines with minimal costs of heat, maximum productivity, with minimal capital expenses and with small commercial payback period (3 - 6 months).

 Modernization of steam and condensate systems was based on theoretical developments related to the mechanism of heat transfer and moisture in the material and the kinetics of drying process of paper and cardboard.

 At each stage of the drying process its specific mechanism of transport of heat and moisture works, which is described by the corresponding differential equations. Calculations based on these equations help us to determine the temperature and moisture content of the paper web at different stages of drying process. From these calculations mostly depends the efficiency of drying plants.

The main indicators of efficiency of drying plants are productivity, unit costs of steam and heat and intensity of drying process.

 To improve the efficiency of drying plant it is also necessary to take into account the kinetics of drying process and forms of moisture and material connections.

 Picture 1.a. shows a graph of the kinetics of the web drying depending on the forms of moisture and material connections.

 Another graph also shows the speed of drying of the material at different stages (Picture 1.b.) and the steam flow rate, (Picture 1.c.) which should be given to each cylinder.

 As the numerous thermal calculations of drying plants showed, each cylinder must apply a certain amount of steam that is not observed in practice.

 From thermal calculation of drying plants should be made the conclusion that on the first cylinders and at the beginning of the second period of drying process it is necessary to use more steam flow than actually served. The result is a reduction of machine productivity. At the end of the drying we should give small amounts of steam on each cylinder, which leads to overruns of steam and heat.

 Increasing productivity of drying plants and reducing the unit costs of heat for drying of paper and cardboard essentially depend on the drying kinetics.

 According to the kinetic curves and thermograms of drying process it is possible to determine the intensity of the drying process and productivity of drying plants and appreciate the opportunity to bring the work of machines for maximum productivity with minimal heat costs.

We could also determine the overrun of steam and heat according to the kinetics of drying process.

 A lot of schemes for upgrading steam and condensate systems drying plants were developed and implemented due to the use of scientific researches and modern technologies.

 In the period from 2002 to 2010 year, the authors occurred a large-scale modernization of steam and condensate systems for 21 paper and cardboard-making machines.

 The modernization of steam and condensate systems of all objects occurred according to thermal calculating of drying plants, innovative technologies, the latest achievements of science and technology and due to the 40-year-old scientific background of studding cardboard and paper.

 

Pic.1.a. The kinetics of drying the web

 

Pic. 1.b. Drying rate

 

Pic. 1.c. Steam flow to the cylinders:

a, b - distribution of steam to the cylinders in parallel and consistent heating supplying schemes; c- the distribution of steam to the cylinders with the use of flow restrictions of steam and condensate plants; A - area of productivity decreasing; B – area of steam overspending.

Analysis of the results of implementation [1-3] shows that we have a positive result on all objects due to the intensification of heat and mass transfer, increase of drying plants productivity and reducing unit costs of heat for drying process.

 At a number of objects the productivity significantly increased. The unit costs of heat significantly decreased. Besides, there were additional measures elaborated that allow to achieve better productivity of machines and lower costs of heat for drying process.

 Such activities include the following:

  • • To perform a redistribution of steam flow to the cylinders in accordance with the thermal calculations of drying plants using control valves or retaining orifice plates. Approbation made on a number of paper and cardboard-making machines.
  • • To perform a redistribution of the cylinders into steam groups in accordance with the kinetics of drying process and forms of moisture and material connection.
  • • To save heat and reduce the consumption of fresh steam on the machines, use a steam ejector. Approbation made on a number of machines.
  • • To implement in practice the more perfect mechanism of drying paper web with single heat supply.
  • • To increase the mean free path of the web to the optimum that will optimize the construction of drying plants and speed up the drying process. The increase of the mean free path of the web between cylinders was tested on machines by disabling some of the lower cylinders.
  • • To install on the superheated steam pipe a cooling device. It will reduce the speed and temperature of the steam and save the steam consumption.
  • • To stabilize the thermal and hydraulic mode of the machines. It is developed and tested a stabilization system of thermal and hydraulic mode of the machine by installing of several cylinders with the same steam flow rate of retaining orifice plates with a fixed flow section on the condensate line. It is tested on several machines.
  • • To install vapor-liquid heat exchanger operating on steam of secondary boiling from the last separator and water-cooled heat exchangers on the condensate lines before the condensate tanks. These heat exchangers successfully work on steam and condensate systems of drying plants.
  • • In order to save heat for drying process it is recommended to use steam box before the dryer section of machines (in the grid, or press section). Industrial testing of the use of steam box was made on the factories.
  • • To supply an area under the machine and between cylinders with a different amount of air in drying zones in accordance with the kinetics of drying process and thermal calculation of the ventilation system. It is tested in the manufacturing.
  • • To use a developed utilization scheme of steam mixture removed from the machine, using an intermediate coolant-antifreeze. This scheme is given to the manufacturing to be implemented.
  • • The benefits of unilateral supply of heat to the web instead of the traditional two-way supply are proved. Testing of unilateral supply of heat is occurred in a number of machines.
  • • Thanks to upgrading of steam and condensate systems of drying machines the feasibility of using a steam ejector proved. Approbation use steam ejector made on the manufacturing. A positive economic effect achieved.
  • • With the increasing productivity of drying plants the amount of moisture removed from the web increases. Therefore it is necessary to improve the system of ventilation. In work [1] the utilization scheme of heat from used steam mixture in the ventilation system of the machine using an intermediate coolant - antifreeze (ethylene glycol and water mixture) is presented. In this scheme, the efficiency of the heat utilization of steam mixture is 29% in summer and 39% - in winter to 4% - the actual degree of heat utilization in machines of small and medium productivity. A patent [4] is received. Such a scheme is transferred to the company for its implementation.

Conclusions

  • 1. The modernization of steam and condensate systems of drying plants occurred for 9 years on 21 paper and cardboard-making machines.
  • 2. As the result of steam and condensate systems implementation on each machine a positive real annual economic benefit through increased productivity of machinery and reduced unit costs of heat for drying process achieved.
  • 3. At the heart of the modernization of steam and condensate systems laid thermal calculation technique, modern scientific researches and advanced innovative technologies.
  • 4. The universal schemes of steam and condensate systems, which allow to produce on the machines a different range of products with the highest productivity and the lowest costs of heat for drying process were developed and implemented.
  • 5. The period of commercial payback on steam and condensate systems modernization of small and medium capacity machines was 3 - 6 months.
  • 6. Several schemes of steam and condensate systems, which can be applied to similar machines in the industry is offered.
  • 7. For some existing machines it was experimentally proved that it is effective to shot off some cylinders (particularly effective for thick materials, such as cardboard, cellulose).
  • 8. Some causes of productivity decreasing and overspending of heat for drying paper or cardboard were identified for existing machines.
  • 9. The method of calculation of the thermal contact-cylinder convective drying plants was clarified. The universal method of calculating the thermal drying plants was developed, which is the basis for the modernization of steam and condensate systems.
  • 10. Ventilation system of machines require an improvement after upgrading of steam and condensate systems. High efficient ventilation system with an intermediate coolant (antifreeze) machines for small and medium capacity was developed and offered.

Thus, the modernization of steam and condensate systems of drying plants of paper and cardboard-making machines is a proof of the successful introduction and the use of scientific developments in high-tech manufacturing as the paper industry.

The large-scale modernization of steam and condensate systems shows the development of priority directions of science and technology. It will help to Russian companies and organizations to make a significant scientific and technological breakthrough in the cellulose and paper industry, and to provide a leadership of the Russian Federation in the scientific world.

References:

  • 1. Boykov L.M. Improving the efficiency of the drying process by upgrading steam and condensate systems of paper and cardboard-making machines and corrugators / L.M. Boykov. - SPb .: SPb STU RP. 2014. -511 p.
  • 2 Boykov L.M. Successful modernization of steam and condensate systems of drying plants of paper and cardboardmaking machines / Boykov L.M. , N.S. Nechaev // Industrial Energy. - 2013. - № 1. - p. 36-38.
  • 3. Boykov L.M. The use of steam lance in schemes of steam and condensate systems of drying plants of paper and cardboardmaking machines / Boykov L.M., N.S. Nechaev // - Cellulose, paper and paperboard. - M .: nipieilesprom, - 2012. - №2. - p. 52-55.
  • 4 .Organization of heat utilization of steam mixture from the paper machine: Patent 2182941 RF MKI D 21 F 5/20, F28 D 20/00 / DA Romanov, L. M. Boikov, N.S. Nechaev (Russian Federation). № 2001125805/12; appl. 20.09.2001; publ. 27.05.2002. // Bull. 2002.
  • 5. Boykov L.M. The Improvement of contact-convective drying process of paper and cardboard: Author. dis. ... Doctor of Engineering Science/ L.M. Boykov. - SPb .: SPbGTURP, 2001. - 32 p.
0
Ваша оценка: Нет Средняя: 7.1 (7 голосов)
Комментарии: 10

Адамбаев Мурат Джамантаевич

Актуальная тема, соответствующая приоритетному направлению науки в настоящее время, с большой практической полезностью. Имеется некорректность при обосновании достижения оптимальных результатов сразу по нескольким конфликтным критериям.

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Адамбаев! Спасибо за оценку нашей работы. Никакой некорректности здесь нет: помимо сокращения удельных затрат теплоты наблюдается эффект повышения производительности БДМ. С уважением, Даниил Прохоров.

Таратин Вячеслав Викторович

Уважаемые коллеги! Проведенная Вами работа интересена. Изложенный перечень мероприятий, способствующих повышению производительности оборудования и экономии тепла в процессе сушки, несомненно следует проводить в жизнь на целлюлозо-бумажных предприятиях. Интересно в какой стадии находитя практическая реализация полученных результатов? С уважением к.т.н., доц. Таратин Вячеслав Викторович

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Таратин! Спасибо за оценку нашей работы. На данный момент вышеперечисленные мероприятия находятся на стадии внедрения в технологические линии целлюлозно-бумажных комбинатов. С уважением, Даниил Прохоров.

Горбийчук Михаил Иванович

Уважаемые авторы! Ваша работа заслуживает баз сомнения положительной оценки. Посколько решена важная задача снижения энергетических затрат пари производстве целлюлозы и бумаги. Из содержания статьи следует, что результаты научных исследований выполненые Вами внедрены в производство. Замечание по поводу критериев оптимальности. Нельзя достичь однрвременно оптимальных результатов по нескольким критериям, которые к тому же являются конфликтными. Желаю дальнейших успехов! С увжением проф. М. Гобийчук

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Горбийчук! Спасибо за оценку нашей работы. Практический потенциал работы довольно высок. С уважением, Даниил Прохоров.

Трещалин Михаил Юрьевич

Уважаемые коллеги! Проведенный Вами анализ весьма интересен. Изложенный перечень мероприятий, способствующих повышению производительности оборудования и экономии тепла в процессе сушки, несомненно следует проводить в жизнь на предприятиях отрасли. Считаю, что работа имеет значительную практическую значимость. Желаю дальнейших научных успехов. С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Трещалин! Спасибо за оценку нашей работы. С уважением, Даниил Прохоров.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемые авторы представленный Вами материал вашей статьи является очень актуальной, так как работа направлена на экономию энергоресурсов в целлюлозно бумажной промышленности за счет оптимизации движения пара и образующегося конденсата. В целом работу оцениваю оценкой в 8 балов. Желаю Вам успехов дальнейших исследованиях. с уважением д.т.н., проф. Накибулло Бабаев

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Бабаев! Благодарю Вас за оценку нашей работы. С уважением, Даниил Прохоров.
Комментарии: 10

Адамбаев Мурат Джамантаевич

Актуальная тема, соответствующая приоритетному направлению науки в настоящее время, с большой практической полезностью. Имеется некорректность при обосновании достижения оптимальных результатов сразу по нескольким конфликтным критериям.

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Адамбаев! Спасибо за оценку нашей работы. Никакой некорректности здесь нет: помимо сокращения удельных затрат теплоты наблюдается эффект повышения производительности БДМ. С уважением, Даниил Прохоров.

Таратин Вячеслав Викторович

Уважаемые коллеги! Проведенная Вами работа интересена. Изложенный перечень мероприятий, способствующих повышению производительности оборудования и экономии тепла в процессе сушки, несомненно следует проводить в жизнь на целлюлозо-бумажных предприятиях. Интересно в какой стадии находитя практическая реализация полученных результатов? С уважением к.т.н., доц. Таратин Вячеслав Викторович

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Таратин! Спасибо за оценку нашей работы. На данный момент вышеперечисленные мероприятия находятся на стадии внедрения в технологические линии целлюлозно-бумажных комбинатов. С уважением, Даниил Прохоров.

Горбийчук Михаил Иванович

Уважаемые авторы! Ваша работа заслуживает баз сомнения положительной оценки. Посколько решена важная задача снижения энергетических затрат пари производстве целлюлозы и бумаги. Из содержания статьи следует, что результаты научных исследований выполненые Вами внедрены в производство. Замечание по поводу критериев оптимальности. Нельзя достичь однрвременно оптимальных результатов по нескольким критериям, которые к тому же являются конфликтными. Желаю дальнейших успехов! С увжением проф. М. Гобийчук

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Горбийчук! Спасибо за оценку нашей работы. Практический потенциал работы довольно высок. С уважением, Даниил Прохоров.

Трещалин Михаил Юрьевич

Уважаемые коллеги! Проведенный Вами анализ весьма интересен. Изложенный перечень мероприятий, способствующих повышению производительности оборудования и экономии тепла в процессе сушки, несомненно следует проводить в жизнь на предприятиях отрасли. Считаю, что работа имеет значительную практическую значимость. Желаю дальнейших научных успехов. С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Трещалин! Спасибо за оценку нашей работы. С уважением, Даниил Прохоров.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемые авторы представленный Вами материал вашей статьи является очень актуальной, так как работа направлена на экономию энергоресурсов в целлюлозно бумажной промышленности за счет оптимизации движения пара и образующегося конденсата. В целом работу оцениваю оценкой в 8 балов. Желаю Вам успехов дальнейших исследованиях. с уважением д.т.н., проф. Накибулло Бабаев

Прохоров Даниил Александрович

Уважаемый профессор Бабаев! Благодарю Вас за оценку нашей работы. С уважением, Даниил Прохоров.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.