李浪 维美德（中国）有限公司

近几年国内生活用纸市场快速发展，市场总体呈现供大于求，因此生活用纸企业在节约成本方面如果能够做到更好，那么在市场竞争中就能够占据更多的优势。生活用纸原纸生产成本中，能源成本是除原材料外的第二大成本，实现节能降耗对企业节省成本起着重要的作用。

纸机干燥部不仅是造纸过程中的主要耗能部位，而且还是影响纸机车速、产量以及纸张品质的主要因素之一，气罩是卫生纸机干燥部的核心部件之一。目前市场上主要有两种类型的气罩，一种是燃气气罩，一种是蒸汽气罩。这两种气罩最主要的区别是：第一，加热的介质不同；第二，加热的方式不一样，燃气气罩通常是以燃气为燃料通过燃烧器燃烧的方式进行加热；蒸汽气罩通常是以高压蒸汽为热源，通过热交换器对进入气罩的空气进行加热的。

值得关注的是气罩作为一种干燥设备，其本身的干燥效率仅50%左右，低于烘缸的干燥效率。也就是说如果把纸机的干燥任务分配给气罩的份额越多，纸机整体的干燥效率也就越低。另外气罩尾气温度相对较高，通常需要增加尾气回收设备，从而进一步增加了工程设计和设备本身的成本。

1 燃气气罩和蒸汽气罩特点

1.1 燃气气罩

对于燃气气罩来说，首先，燃气气罩内的热风温度非常高，最高可以达到接近500℃，因此干燥能力相对更高。其次，因为气罩内部的温度高于纸页的燃点，气罩内部不会有纸尘积聚的问题。此外，纸页进入气罩最开始干燥速度非常快，在这个过程当中，会形成多孔的结构。这种结构会使纸页质量更好，手感更好。

燃气气罩通常需要配合再蒸发系统来使用，回收排出去的尾气，投资成本比较高，且能量回收过程中，也存在能量损耗。燃气气罩还有一个比较大的缺点，就是气罩内的热风温度太高，存在火灾风险。

通过图1可以看到气罩下产生火苗，纸机在运行状态下，也有可能有火星溅到纸机的其他部位。

图1 高温气罩存在火灾风险

当燃气气罩内空气温度高达500℃时，其与扬克缸的干燥份额为40%/60%，以3.6m幅宽的纸机为例，循环风机的电机装机功率通常在400～500kW。相对于蒸汽气罩来说，电机装机功率更小。但是燃气气罩的排放尾气温度通常在250℃～280℃。能量损失也是非常大的。所以燃气气罩的热回收至关重要。燃气气罩生产低定量纸品时，蒸汽和燃气的总消耗通常约1,550kWh每吨纸。

1.2 蒸汽气罩

蒸汽气罩内的温度相对来说比较低，所以起火风险也比较低。蒸汽气罩和扬克缸在整个纸机干燥能力分配比率中，通常是扬克缸约占75%，蒸汽气罩约占25%。

以3.6m幅宽的纸机为例，循环风机的电机装机功率通常在710～800kW，装机功率非常高。因为蒸汽气罩里面的热风温度相对较低，空气密度比较高，所以需要更多的能量来使空气进行循环。气罩内部需要较高的热风冲击速度，通常需要超过100m/s。

蒸汽气罩的排放尾气温度约为110℃～120℃，为了不损失这些能量，应安装合适的热回收系统。这使得投资成本更高，尤其是应用在设计产能较高的纸机上。蒸汽气罩和扬克缸的整体蒸汽消耗大约为每吨纸2.4t。

但值得注意的是蒸汽气罩最大的问题是堵塞问题，会导致产能和效率的极大降低。通过图2可以看到，蒸汽气罩内的堵塞情况，循环风在气罩里面多次利用，吹风箱和热交换器都有可能会被堵塞。

图2 蒸汽气罩堵塞问题（吹风箱和热交换器）

市场上有自动过滤清洁装置投入应用，工作人员也可以增加清洁频率。但还是不可避免的会有因为堵塞问题而造成计划外的停机情况。这对于规模化生产的企业来说，损失也是非常大的。

2 维美德Intelli-Cap®超节能气罩

传统的热风气罩，不管是使用燃气还是蒸汽，受到热传导效率的制约，排放尾气温度较高，为了不损失这些能量，应安装合适的热回收系统，但这也使得投资成本更高。维美德中小纸机事业部（原PMP）推出的维美德Intelli-Cap®超节能气罩，采用了新的气罩理念为解决这种矛盾提供了新的思路。

该型号气罩被设计成排风气罩，通过高效排出纸幅经烘缸干燥所蒸发出的潮湿空气来发挥作用，气罩本身不参与干燥。暖风入口温度90℃～100℃，排风温度低，甚至低于60℃。所有的干燥任务都是由扬克烘缸完成的，由于烘缸的干燥效率更高，因此，干燥系统整体干燥效率相对更高。此外，该气罩具有操作简便、投资成本低等特点。该气罩系统稳定运行的关键是保持气罩下的相对湿度，若水滴在气罩下开始形成，则表明它的相对湿度未满足要求。但企业使用这款节能气罩代替加热型气罩时，由于纸幅干燥全部由扬克烘缸完成，对纸幅的定量有一定的限制，生产的纸品上网定量应小于25g/m2。当生产定量较高的纸品时（卷取超过30g/m2）有起泡的风险，在这种情况下，选择加热型气罩更合适。

从结构上来看，这款超节能气罩用先进的CFD建模方式进行设计计算。最主要的目的是要防止气罩内壁产生冷凝水，在设计的时候，通过流体力学设计保证气罩内的温度始终超过水的冷凝温度。其次是减少纸尘积聚在气罩的内壁。气罩的结构在设计的过程中保证了每个区域都具有足够高的风速，防止了纸尘在内壁积聚，而且气罩内没有吹风箱。

为了避免气罩内的气流产生过大的湍流，经过计算在气罩内最佳位置安装有特殊设计的导流叶片和吹风槽。同时保持气罩的进气量和排气量平衡，始终使气罩内处于微负压。

图3 气罩内部空气流速的流体力学的建模

总的来说，维美德Intelli-Cap®超节能气罩的优势：第一，气罩风机装机功率非常小，以3.6m幅宽纸机为例，进风和排风风机只需要两个45kW的电机。第二，不需要使用新鲜蒸汽，可以直接采用冷凝水罐出来的高温冷凝水，对进入气罩的新鲜空气做预加热，就可以达到保温的效果。第三，排风温度非常低，只有60℃甚至60℃以下。较低的排风温度降低了热能的浪费，同时不需要使用热回收设备，进一步节省设备的投资。此外，当使用维美德Intelli-Cap®超节能气罩时，蒸汽冷凝水系统甚至可以无需安装冷凝水泵。维美德Intelli-Cap®超节能气罩最大的优势就是节能。

表1 不同类型气罩干燥部的干燥能耗比较

从表1可以看出，Intelli-Cap®超节能气罩，纸页的干燥全部由烘缸完成。与传统热风气罩相比，整个系统的干燥效率最高。从整体的电机功率和干燥能耗上来看，Intelli-Cap®超节能气罩也是装机功率最小的，并且差距非常明显。另外，燃气气罩的排风温度高，其热回收的投资成本也更高。

3 维美德Intelli-Cap®超节能气罩在国内纸厂的案例分析

图4 维美德Intelli-Cap®超节能气罩运行现场案例1

案例1：纸机的车速1,600m/min，幅宽3.5m，扬克缸直径16ft，同时配备了大直径的真空压榨辊。真空压榨辊与烘缸的压区更宽，纸张松厚度能够得到更好的保证。其次纸页进入烘缸之前，干度能够得到进一步提升，因此也能够达到进一步节能的效果。

从图4可以看出维美德Intelli-Cap®超节能气罩的外形和蒸汽气罩或是燃气气罩有所不同，有一半是圆弧形的，纸机整体高度更低，同时排风口在侧边。这种设计对厂房整体的高度要求更小。另外，气罩热风系统的设备非常少，也比较简单，所以对工厂二层平台空间要求也非常小，对纸厂来说可以进一步节省土建成本。

这台纸机最终性能验收，每吨纸汽耗仅为1.8t，电耗340 kWh。电耗的验收范围是从冲浆泵开始到卷取部，包含了真空系统，达到行业内领先水平。

案例2：第二个案例是维美德Intelli-Cap®超节能气罩最初的原型。最开始纸机的设计车速是1,200m/min，相对来说这台纸机的产能比较小。卷纸幅宽也比较窄，只有2.85m，定量10.4～15.3g/m2。配备12ft钢制扬克缸，真空辊的辊径也比较小为812mm。这台纸机验收时，每吨纸汽耗仅为1.89t，电耗为263kWh。

图5 维美德Intelli-Cap®超节能气罩运行现场案例2

这台纸机是2014年开机的，证实了采用超节能气罩，纸机整体能耗非常低，操作性能极佳。后续机型在此基础上进行了进一步优化。