優(yōu)化揚(yáng)克烘缸涂覆方案以節(jié)約能耗

選擇揚(yáng)克烘缸合適的涂層和采用針對(duì)性技術(shù)是在不影響衛(wèi)生紙產(chǎn)量和質(zhì)量條件下實(shí)現(xiàn)紙機(jī)干部節(jié)能降耗的關(guān)鍵。

1 揚(yáng)克烘缸涂覆機(jī)理

揚(yáng)克烘缸的作用機(jī)理是將紙張貼附在缸面，增加缸面和紙幅間的結(jié)合力，快速干燥紙幅，使紙幅獲得預(yù)想的物理性能；然后，紙幅被輸送到皺紙刀工序。在壓輥處，紙幅接觸到揚(yáng)克烘缸表面。涂層與紙幅緊密貼合，壓輥通過壓力和真空將水分帶走，紙幅脫離揚(yáng)克烘缸表面進(jìn)入到膠粘劑中。另外，附著力一定要大于真空作用力。

圖1顯示了涂覆混合液噴淋區(qū)域、聚合/干燥區(qū)域以及揚(yáng)克烘缸起皺區(qū)域。

圖1 紙幅起皺的3區(qū)域

首先，在涂覆混合液噴淋區(qū)域，將水、膠粘劑、剝離劑/改性劑、增量劑以及成膜劑所組成的涂覆混合液噴淋到揚(yáng)克烘缸表面。當(dāng)上述混合液與揚(yáng)克烘缸接觸后，其停留時(shí)間、溫度、噴淋水量、膠粘劑用量和膠粘劑性能等一系列因素都會(huì)對(duì)涂層最大黏附點(diǎn)產(chǎn)生影響。

圖2示意了紙幅與涂層黏合時(shí)間點(diǎn)的比較。

如圖2所示，紙幅與涂層到達(dá)最大黏附點(diǎn)的時(shí)間是很關(guān)鍵的。合適的黏附點(diǎn)可以節(jié)約能量，否則會(huì)造成能耗增加。最大黏附點(diǎn)應(yīng)該在壓輥線壓區(qū)域。該區(qū)域里紙幅剛剛開始接觸涂層。黏附點(diǎn)靠前的話，涂層在紙幅上黏附性較差；黏附點(diǎn)靠后的話，涂層黏附在紙幅上的同時(shí)還會(huì)黏附到毛毯上，也會(huì)導(dǎo)致黏附效率的下降。與揚(yáng)克烘缸接觸后的紙幅未必具有較好的黏附性能。有研究表明，衛(wèi)生紙?jiān)趬狠佁幫扛矊?duì)后續(xù)的起皺是有益的。

圖2 紙幅與涂層黏合時(shí)間點(diǎn)的比較

紙幅在揚(yáng)克烘缸（涂層）的貼附對(duì)干燥能耗是很重要的。與一般的貼附情況比較起來，紙幅的充分貼附可以增加紙幅與涂層之間的接觸面積。圖3呈現(xiàn)了不同的貼附效果。

圖3 紙幅與揚(yáng)克烘缸（涂層）的貼附效果比較

紙幅的充分貼附提高了熱傳遞效率，更多的熱量從揚(yáng)克烘缸傳遞到紙幅，同時(shí)也降低了能耗。事實(shí)上，紙幅充分貼附所帶來的好處之一就是可以降低熱量消耗。

增加壓輥壓區(qū)的線壓力有助于改善紙幅的浸涂性，但也會(huì)降低紙幅的松厚度和柔軟性。增加壓輥壓力不是提高紙幅浸涂性能的最佳途徑，而僅是一種較差選擇。

紙幅與揚(yáng)克烘缸（涂層）充分貼附的其他益處是可以改善紙幅的微起皺效果，增加起皺數(shù)量，提高伸長率。隨著紙幅伸長率的增加以及起皺情況的改善，揚(yáng)克烘缸轉(zhuǎn)速得到增加，紙幅柔軟性也得到提高。揚(yáng)克烘缸涂層厚度也會(huì)影響到能量消耗。大多數(shù)涂層的傳熱性能較差，因此，較厚的涂層需要更多的能量來達(dá)到預(yù)想的水分含量。

揚(yáng)克烘缸和氣罩對(duì)紙幅的涂覆有著相反的影響。揚(yáng)克烘缸傾向于更快地固化涂層，因此需要進(jìn)行調(diào)節(jié)以保證紙幅與涂布液在壓輥處開始貼附。氣罩則會(huì)減少傳遞到涂層上的熱量而使得涂層的固化變慢。

不同廠家的加熱氣罩和加熱烘缸之間所需能量成本的關(guān)聯(lián)性是不一樣的。如果想節(jié)約資本，則應(yīng)全面掌握相關(guān)設(shè)備的干燥成本并以最低的總能耗成本進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

圖4為熱源對(duì)紙幅及涂層的作用方式。

圖4 熱源對(duì)紙幅及涂層的作用方式

每臺(tái)衛(wèi)生紙機(jī)都有一個(gè)從涂料噴淋到壓輥壓區(qū)的特定距離，但是不同紙機(jī)中該距離的具體數(shù)值是不同的，變化范圍從0.3 m到3 m不等。該距離和紙機(jī)運(yùn)行速度決定了停留時(shí)間。停留時(shí)間是指涂布噴淋液停留在壓輥線壓區(qū)的那段有效接觸時(shí)間，通常以毫秒來計(jì)算。停留時(shí)間大都在35 ms到70 ms之間，一般不超過20 ms到120 ms這個(gè)范圍。當(dāng)紙機(jī)運(yùn)行速度變化時(shí)，停留時(shí)間也隨之變化。除了停留時(shí)間外，其他影響涂層固化的因素有：（1）剝離劑的用量；（2）涂覆時(shí)噴淋水用量（壓力、噴嘴大小和覆蓋面積）；（3）涂覆液溫度（溫度過高則會(huì)帶來一些嚴(yán)重的問題）；（4）涂覆液的pH（只針對(duì)交聯(lián)涂覆液而言；高pH會(huì)改善設(shè)備運(yùn)行效率，反之則會(huì)延緩；漿料的pH也會(huì)產(chǎn)生一定影響）；（5）刮刀起皺后和涂覆液噴淋前的揚(yáng)克烘缸的表面溫度；涂覆液所用化學(xué)品的類型。

上述控制參數(shù)的變化會(huì)產(chǎn)生或好或壞的影響。在起皺調(diào)節(jié)階段，應(yīng)考慮所有的影響因素。如，增加剝離劑的用量會(huì)減少固化時(shí)間，但卻降低了涂層結(jié)合力，并且會(huì)在揚(yáng)克烘缸上發(fā)生脫缸現(xiàn)象。另外，一些油性剝離劑會(huì)降低紙幅吸收性能。剝離劑是涂覆率的一個(gè)復(fù)雜的控制因素，這主要針對(duì)于中等能量需求的情況，現(xiàn)在主要探討較大能量需求時(shí)的一些影響因素。

涂覆時(shí)，水是很重要的一個(gè)控制參數(shù)。通常來講，應(yīng)盡可能少使用水。但是，水是涂層固化控制的一個(gè)重要參數(shù)。水對(duì)于紙幅在揚(yáng)克烘缸上的傳送以及后續(xù)起皺的影響較小，除非必須要蒸發(fā)掉。涂覆噴淋液通常會(huì)占到4%～11%的干燥能量消耗，但是在加入較多的水后，卻經(jīng)常會(huì)消耗20%～30%的干燥能量。假定7%的干燥能量消耗是正常的，而實(shí)際的干燥能量消耗是20%，那么多余的水要消耗掉13%的干燥能量。如果計(jì)算一下這13%的能量消耗所帶來的紙機(jī)運(yùn)行成本增加的話，這個(gè)數(shù)字將是驚人的。舉個(gè)例子。一臺(tái)日產(chǎn)量為90 t的衛(wèi)生紙機(jī)，在經(jīng)過壓榨輥后，紙張干度為40%，經(jīng)過揚(yáng)克烘缸后需要達(dá)到5%的干度，那么每分鐘將會(huì)有59.375 kg的纖維需要干燥，而蒸發(fā)的水量卻達(dá)到了89.1 kg。

上述情況中，為達(dá)到5%的紙幅干度，每分鐘必須蒸發(fā)掉85.9 kg的水。假設(shè)噴淋水的流量是7 kg/min，那么其將消耗7.5%的能量。如果噴淋水的流量加倍，則其能量消耗將上升至14%。計(jì)算一下每天增加1%的能耗成本，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，采用增加1%的水的方式去控制涂層固化的影響是多么大了。

質(zhì)量未達(dá)到要求的涂層需要用水進(jìn)行處理。使用大量的水經(jīng)常是別無它法的選擇。工廠里的相關(guān)操作人員也在尋找一個(gè)涂覆“最佳點(diǎn)”。過去常常通過增加水用量的方法來調(diào)整停留時(shí)間和廉價(jià)的快速固化涂層。與涂覆的成本節(jié)省相比，較低的膠粘劑用量會(huì)產(chǎn)生更多的干燥能耗。

減少和增加停留時(shí)間對(duì)紙機(jī)來說都是挑戰(zhàn)。與增加停留時(shí)間相比，減少停留時(shí)間會(huì)對(duì)紙機(jī)運(yùn)行帶來更大的影響。對(duì)于傳統(tǒng)的涂層固化過程，停留時(shí)間和熱傳遞都是很短暫的。靴式壓榨適用于提高停留時(shí)間并且可完成對(duì)多余水的控制。

對(duì)含有大量細(xì)小纖維、填料、灰分以及樹脂的紙幅進(jìn)行表面硬化能夠增加能耗。表面硬化是指紙幅外面（氣罩側(cè)）的快速干燥。紙幅的表面硬化使得毛細(xì)管封閉。水分通過毛細(xì)管作用從紙幅內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面，然后進(jìn)行蒸發(fā)。毛細(xì)管的封閉使得水分蒸發(fā)所需能量增加。氣罩和濕度控制能有效防止這種表面硬化現(xiàn)象。

2 涂覆用化學(xué)品

揚(yáng)克烘缸涂覆是衛(wèi)生紙生產(chǎn)領(lǐng)域技術(shù)飛速發(fā)展的一個(gè)重要方面。半個(gè)世紀(jì)以前，膠粘劑和剝離劑，如動(dòng)物膠、淀粉以及隨后的濕強(qiáng)樹脂等都得到了廣泛使用。不過那時(shí)，上述各種助劑的應(yīng)用機(jī)理并未明確掌握?，F(xiàn)在，工程級(jí)多元黏合劑、剝離劑和增量劑已經(jīng)取得了很好的應(yīng)用效果。不同的停留時(shí)間、揚(yáng)克烘缸和氣罩溫度、聚合時(shí)間和紙種等級(jí)等影響因素需要應(yīng)用這些化學(xué)品來滿足既定要求。在過去的50年里，可以達(dá)到控制紙幅熱量需求、再濕性能和重塑性能、改進(jìn)干、濕薄膜成形性能和卷曲柔軟性以及高溫耐受性的合成多元化學(xué)品應(yīng)運(yùn)而生。這些變化需要涂覆設(shè)計(jì)滿足特殊產(chǎn)品以及紙機(jī)能耗優(yōu)化的要求。

對(duì)于停留時(shí)間大于30 ms的紙機(jī)來說，采用傳統(tǒng)交聯(lián)膠粘劑的揚(yáng)克烘缸，紙幅的涂覆切入點(diǎn)不在壓輥線壓區(qū)，因此影響了紙幅的物理性能。超低熱需求再濕性膠粘劑的開發(fā)與使用大大改善了這種狀況。

一家硫酸鹽漿生產(chǎn)廠擁有1臺(tái)揚(yáng)克烘缸直徑為6.4 m的紙機(jī)，所用的熱源為較為廉價(jià)的鍋爐蒸氣。其節(jié)省能量的方式是使揚(yáng)克烘缸干燥能力最大化。但是，過高的干燥溫度會(huì)使涂層在刮刀處過度硬化。因此，揚(yáng)克烘缸每隔一定時(shí)間都需要進(jìn)行清理維護(hù)。鑒于該情況，一種耐超高溫的黏合劑得到了應(yīng)用。使用該黏合劑可使紙機(jī)揚(yáng)克烘缸溫度達(dá)到120～125℃，同時(shí)也達(dá)到了降低能耗的目的。

靴式壓榨的應(yīng)用對(duì)涂覆提出了更高的要求，涂覆噴淋液不能處于毛毯和真空輥的上方，如，一臺(tái)紙機(jī)從涂料噴淋到壓輥壓區(qū)的距離是3 m，在使用靴式壓榨之前，揚(yáng)克烘缸處是低熱量需求的涂層；在使用靴式壓榨之后，則需要更多的噴淋水去控制涂層的固化，盡管如此，起皺效果還是不太理想。高效黏合劑對(duì)紙機(jī)停留時(shí)間的要求較長，通過提高揚(yáng)克烘缸溫度，解決了該問題。

最后，以一個(gè)高級(jí)起皺衛(wèi)生紙生產(chǎn)廠家的具體例子進(jìn)行說明。該廠家涂層配方由傳統(tǒng)的聚酰胺/環(huán)氧氯丙烷基黏合劑、聚乙烯醇增量劑以及剝離劑組成。涂覆目的是增加衛(wèi)生紙柔軟度。該紙機(jī)干燥能力有限，因此該廠希望能夠提高紙機(jī)干燥效率和運(yùn)行性能。為達(dá)到上述目的，針對(duì)該廠紙機(jī)的具體條件設(shè)計(jì)了巴克曼雙元黏合劑涂覆方案，意在盡量不影響涂層厚度的前提下改善紙幅與涂層的貼附性。

經(jīng)過試驗(yàn)，紙幅的柔軟度和起皺效果得到了改善，紙機(jī)車速得到了提高，日產(chǎn)量也增加了。由于熱傳遞的改善以及涂層與紙幅貼附性的改善，紙機(jī)干燥能耗降低，紙張柔軟度和延展性也隨著涂層與紙幅貼附性和微起皺的改善而得到提高。

3 結(jié)論

理論和實(shí)踐證明，可以通過優(yōu)化揚(yáng)克烘缸涂覆方案的設(shè)計(jì)來節(jié)約能耗。揚(yáng)克烘缸涂覆方案的針對(duì)性應(yīng)用和控制以及新型化學(xué)品的使用是節(jié)約紙機(jī)干燥能耗的重要方法。

使用巴克曼雙元黏合劑涂覆方案提高了產(chǎn)品柔軟度、干燥效率，增加了產(chǎn)量，降低了能耗（降低了蒸氣和天然氣的消耗），從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（王亮 編譯）