Welche Tröpfchengröße ist für die Rückbefeuchtungsdüsen zur Feuchtigkeitsprofilierung im Trocknerabschnitt von Papiermaschinen korrekt?

Der Ziel-Dv50 für Rückbefeuchtungsdüsen zur Feuchtigkeitsprofilierung im Trocknerabschnitt einer Papiermaschine liegt bei 30–80 µm, wobei das spezifische Ziel vom Abstand zwischen Düse und Bahn, der Lufttemperatur in der Trocknerhaube sowie dem Flächengewicht und der Papiersorte abhängt. Der Bereich von 30–80 µm gleicht zwei konkurrierende Anforderungen aus: Tröpfchen müssen fein genug sein, um von der Papierbahnoberfläche ohne sichtbare Wasserflecken aufgenommen zu werden (was Tröpfchen über 80–100 µm ausschließt), und grob genug, um den Weg von der Düse zur Bahn zu überstehen, ohne in der heißen Trocknerhaubenluft vollständig zu verdampfen (was Tröpfchen unter 20–25 µm bei typischen Abständen von 200–500 mm und Haubenlufttemperaturen von 60–100°C ausschließt). Innerhalb dieses Bereichs wird das korrekte spezifische Ziel durch die Installationsgeometrie bestimmt. Bei 200 mm Abstand in 70°C Haubenluft: Dv50 40–60 µm ist angemessen – die Tröpfchen erreichen die Bahn mit etwa 80–90 % ihrer ursprünglichen Masse. Bei 500 mm Abstand in 90°C Haubenluft: Dv50 60–80 µm ist erforderlich, um eine ausreichende Feuchtigkeitszufuhr an der Bahn zu gewährleisten – dasselbe 40 µm Tröpfchen, das bei 200 mm Abstand funktioniert, kann bei 500 mm in heißer Luft 50–60 % verdampfen, was pro Aktivierungsereignis zu einer unzureichenden Feuchtigkeitszufuhr führt. Für Druck- und Schreibsorten, bei denen jeder sichtbare Wasserfleck ein Qualitätsmangel ist: Spezifizieren Sie das untere Ende des Bereichs (30–50 µm) und akzeptieren Sie, dass eine höhere Aktivierungsfrequenz erforderlich sein kann. Für Verpackungssorten, bei denen das Oberflächenerscheinungsbild weniger kritisch ist: Das obere Ende des Bereichs (60–80 µm) liefert mehr Feuchtigkeit pro Aktivierungsereignis und eine geringere Aktivierungsfrequenz.

Warum oszilliert das Bahnfeuchtigkeitsprofil nach der Installation von Feuchtigkeitsprofilierungsdüsen?

Die Oszillation des Feuchteprofils nach der Installation von Rückbefeuchtungsdüsen – bei der der Feuchtescanner abwechselnd feuchte und trockene Streifen in Maschinenrichtung in regelmäßigen Abständen anzeigt – wird durch eines von drei Steuerungsproblemen verursacht, und die Diagnose erfordert die Identifizierung des Problems. Zu enge Regeltotzone: die häufigste Ursache. Wenn die Aktivierungstotzone der Zone auf ±0,1 % Feuchtigkeit eingestellt ist, wird eine Rückbefeuchtungszone aktiviert, wenn der Scanner 0,1 % unter dem Zielwert liest, Feuchtigkeit hinzugefügt wird, der Scanner 0,1 % über dem Zielwert beim nächsten Scan liest, deaktiviert, das Blatt 0,1 % unter dem Zielwert trocknet und wieder aktiviert. Die Periode dieser Oszillation entspricht der Ansprechzeit der Rückbefeuchtungszone (typischerweise 10–30 Sekunden, bis die von der Düse hinzugefügte Feuchtigkeit am Messpunkt des Scanners erscheint) plus der Scanzeit des Scanners. Lösung: Erweitern Sie die Totzone in 0,1 %-Schritten, bis die Oszillation stoppt – typischerweise ±0,3–0,5 % Feuchtigkeit. Zu hohe Zonen-Reaktionsverstärkung: Die Rückbefeuchtungszone fügt pro Aktivierungsereignis mehr Feuchtigkeit hinzu, als zur Korrektur des Defizits erforderlich ist. Reduzieren Sie entweder die Düsendurchflussrate pro Zone oder reduzieren Sie den Aktivierungszyklus. Dies erzeugt das gleiche Oszillationsmuster wie eine enge Totzone, besteht aber auch bei breiteren Totzoneneinstellungen fort. Versatz der Scanner-zu-Düse-Scanverzögerung: Der Feuchtescanner misst eine CD-Position, sendet ein Aktivierungssignal an die entsprechende Rückbefeuchtungszone, aber die Zone ist nicht direkt unter dem Messpunkt des Scanners in Maschinenrichtung positioniert. Es gibt eine Zeitverzögerung zwischen der Scannermessung und der Rückbefeuchtungsaktivierung, die der Maschinengeschwindigkeit und dem MD-Abstand zwischen Scannerposition und Rückbefeuchtungsdüsenposition entspricht. Wenn das Steuerungssystem diese Verzögerung nicht berücksichtigt, ist die Rückbefeuchtungsaktivierung phasenverschoben zum gemessenen Feuchtigkeitsdefizit – sie wird aktiviert, wenn die Scannerposition die Rückbefeuchtungszone passiert hat. Dies erzeugt ein systematisches Oszillationsmuster, bei dem feuchte und trockene Bänder systematisch von den vom Scanner vorhergesagten Positionen versetzt sind.

Was verursacht den Abfall der relativen Luftfeuchtigkeit im Trockenraum und welches Sprühsystem verhindert dies?

Die relative Luftfeuchtigkeit im Trockenraum sinkt bei kaltem Wetter, da kalte Außenluft in den Maschinenraum eindringt – durch Gebäudehüllendefekte, Rollenwechseltüren, Prozesslüftungs-Zuluft und Abluft-Nachströmung der Haube – und zwar in einer Rate, die den Feuchtigkeitszuwachs aus dem Trocknungsprozess übersteigt. Kalte Luft hat einen geringen absoluten Feuchtigkeitsgehalt: Außenluft bei 0°C und 80 % relativer Luftfeuchtigkeit hat eine absolute Feuchtigkeit von ca. 3,5 g/m³; die gleiche Luft, die im Maschinenraum auf 25°C erwärmt wird, hat bei keiner zusätzlichen Feuchtigkeit ca. 17 % relative Luftfeuchtigkeit. Wenn große Mengen dieser kalten, trockenen Luft im Winter in den Maschinenraum gelangen, kann die relative Luftfeuchtigkeit im Maschinenraum innerhalb von Minuten von normalen 60–70 % auf 30–40 % oder darunter sinken, wenn eine Gebäudetür für einen Rollenwechsel geöffnet wird. Bei 30–40 % relativer Luftfeuchtigkeit gibt ein Tissue- oder Druckpapierblatt mit 5 % Feuchtigkeitsgehalt an seinen Rändern Feuchtigkeit an die trockene Umgebungsluft ab – die Ränder gleichen sich schneller an die geringere relative Luftfeuchtigkeit an als die Mitte, wodurch ein differentieller Feuchtigkeitsgehalt über die Blattbreite entsteht. Dieses differentielle Trocknen führt zu Kanten Schrumpfspannungen an der Rolle, Blattbrüchen an Abwickelständern und erhöhter Spannungsvarianz in Maschinenrichtung, die die Rollenbildung stört. Die Sprühsystemlösung ist eine Befeuchtungsanlage für den Maschinenraum, die ultrafeine Nebeldüsen (Dv50 5–15 µm) mit modulierender Steuerung von mehreren RH-Sensoren verwendet, die in Papierhöhe im Maschinenraum positioniert sind. Das System wird aktiviert, wenn die RH unter den unteren Sollwert (typischerweise 55–60 % RH) fällt, und moduliert die Sprührate, um den Zielbereich aufrechtzuerhalten, mit schnellerer Reaktion als ein Sprühsystem mit festem Volumen, das sich nicht an die variable Rate der Kaltluftinfiltration anpassen kann. Kritisches Designkriterium: Düsenanordnungen müssen so positioniert werden, dass eine gleichmäßige RH im gesamten Maschinenraum erreicht wird, nicht nur in der Nähe der Düsenpositionen – Kaltlufteintrittspunkte erzeugen trockene Zonen, die eine Sprühabdeckung innerhalb von 5–10 m erfordern, um lokale RH-Absenkungen unter den Zielbereich zu verhindern.

Wie funktioniert die Dampf-Entüberhitzungsdüse in einem Papiermaschinen-Trocknerdampfsystem?

Papiermaschinen-Trocknerdampfsysteme liefern Dampf mit mehreren Druckniveaus an verschiedene Trocknergruppen – typischerweise 3–6 Dampfdruckniveaus vom Hochdruckversorgungsverteiler bis zu den Niederdruck-Abluftgruppen – unter Verwendung von Druckminderventilen, um zwischen den Niveaus zu wechseln. Wenn der Dampfdruck durch ein Druckminderventil reduziert wird, wird der Dampf überhitzt: Der Druckabfall ohne Wärmeentzug erhöht die Dampftemperatur über die Sättigungstemperatur beim neuen niedrigeren Druck. Zum Beispiel erzeugt die Reduzierung von 8 bar Dampf (Sättigung 170 °C) auf 4 bar (Sättigung 151 °C) durch ein Druckminderventil überhitzten Dampf bei etwa 175–185 °C bei 4 bar – etwa 25–34 °C Überhitzung. Überhitzter Dampf, der in die Trockenzylinder eintritt, reduziert die Wärmeübertragungseffizienz, da er nicht kondensiert, bis er auf die 4 bar Sättigungstemperatur von 151 °C abgekühlt ist, wodurch ein Dampffilm an der Zylinderoberfläche entsteht, der den Dampf von der Oberfläche isoliert. Jeder Grad Überhitzung, der entfernt werden muss, bevor die Kondensation an der Oberfläche beginnt, reduziert die verfügbare Temperaturtreibkraft für die Wärmeübertragung und senkt die effektive Trocknungsrate. Die Entüberhitzung durch Wassereinspritzung entfernt die Überhitzung durch Verdampfen des eingespritzten Wassers: Die latente Verdampfungswärme des eingespritzten Wassers absorbiert die Überhitzungsenergie aus dem Dampf und kühlt ihn auf Sättigungstemperatur ab. Die Entüberhitzungsdüse (Vollkegel, feine Tröpfchen, stromaufwärts eines Mischbereichs positioniert) muss genau die Wassermenge einspritzen, die zur Absorption der Überhitzung erforderlich ist – zu wenig hinterlässt Restüberhitzung; zu viel erzeugt nassen gesättigten Dampf mit nicht verdampften Tröpfchen. Die Wassereinspritzrate wird durch einen Entüberhitzungsregler gesteuert, der den Düsendurchfluss basierend auf der Dampftemperatur moduliert, die stromabwärts des Mischbereichs gemessen wird, wobei die Sättigungstemperatur bei dem reduzierten Druck angestrebt wird. Die Düsenöffnungsgeometrie bestimmt die Beziehung zwischen Versorgungsdruck und Durchflussrate – Düsenverschleiß ändert diese Beziehung im Laufe der Zeit und muss durch Vergleichen der vom Regler benötigten Ventilposition mit der erwarteten Position für die aktuellen Dampfbedingungen überwacht werden.

Warum verstopfen Feuchtigkeitsprofilierungsdüsen mit feiner Öffnung im Sommer häufiger als im Winter?

Die Verstopfung von Feuchtigkeitsprofilierungsdüsen mit feiner Öffnung tritt im Sommer aus zwei unabhängigen Gründen häufiger auf, die mit der Wasserqualität und dem biologischen Wachstum zusammenhängen. Wasserhärte und Verkalkung: In vielen Werks Wassersystemen sind die Betriebstemperaturen im Sommer in der Prozesswasserversorgung höher – Kühltürme sind bei heißem Wetter weniger effektiv, und Grund- und Oberflächenwasserversorgungen weisen im Sommer aufgrund niedrigerer Durchflussraten und höherer Verdampfung höhere Mineralienkonzentrationen auf. Höhere Wassertemperaturen beschleunigen die Ausfällung von Kalziumkarbonat an den Düsenoberflächen, da die CaCO₃-Löslichkeit mit der Temperatur abnimmt (im Gegensatz zu den meisten Salzen). Eine Versorgungswasser mit 200 ppm CaCO₃-Härte bei 15 °C hat bei einer Versorgungstemperatur von 35 °C eine um ca. 40 % höhere kalkbildende Potenz – so lagert Sommerwasserqualität auch bei gleicher nomineller Härte schneller Kalk ab als Winterwasser. Wenn das Rückbefeuchtungssystem aus einer Wasserquelle gespeist wird, die nicht das ganze Jahr über mit DI/RO behandelt wird, steigt die Verkalkungsrate der Düsenöffnungen im Sommer merklich an. Biologisches Wachstum: Verteiler von Düsen mit feiner Öffnung in Feuchtigkeitsprofilierungssystemen – insbesondere dort, wo Düsen während Produktionsplänen mit geringer Aktivität oder bei Sortenwechseln zeitweise inaktiv sind – können bei warmem Wetter Biofilm in Totsträngen des Verteilers und an den Düsenöffnungen entwickeln. Biofilm von Pseudomonas und anderen Wasserbakterien bildet sich ab 20 °C und darüber und wächst im Sommer ab 25 °C schnell. Eine 50 µm-Düse, die teilweise durch Biofilm blockiert ist, erscheint bei visueller Inspektion nicht blockiert – die Öffnung scheint offen zu sein, aber der tatsächliche Durchflussquerschnitt ist durch die Filmstärke um 30–50 % reduziert. Lösungen: Bei Verkalkung DI/RO-Wasserversorgung mit periodischer Säurespülung des Verteilers (verdünnte Zitronensäure bei pH 3–4, spülen, nachspülen). Bei biologischem Wachstum periodische Biozidspülung des Rückbefeuchtungsverteilers während Sortenwechseln oder bei wöchentlicher Wartung – Chlordioxidlösung bei 5–10 ppm Restgehalt, 30 Minuten Kontaktzeit, spülen. Überprüfen und messen Sie die individuellen Düsendurchflussraten bei jeder monatlichen Wartung, um die frühen Stadien beider Blockademechanismen zu erkennen, bevor ein sichtbares Feuchtigkeitsprofilproblem auftritt.