造纸机的蒸气烘干系统的制作方法

本发明涉及造纸烘干技术领域，具体涉及一种造纸机蒸气烘干系统。

背景技术

造纸是耗能大户，节约用能尤为重要。造纸烘干部是利用蒸汽将纸页烘干，其蒸汽耗用量非常大，因此，降低烘干部的蒸汽用量对节能以及纸板成本的控制是非常关键的。现有技术中，造纸机烘干部的蒸汽主要采用多台大型烘箱产生的新鲜蒸汽，而烘箱由大功率的风机和加热盘管组成，一方面设备占地面积大，另一方面蒸汽主要采用电加热或者锅炉燃烧产生蒸汽，因而烘干过程的电能、蒸汽消耗量巨大，锅炉燃烧又排放污染源，而且烘干后的蒸汽直接排放，造成能源的浪费，这些均使得纸机的烘干能耗高，造纸成本难以下降。

技术实现要素：

针对现有技术存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种节能环保的造纸机蒸气烘干系统。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供造纸机蒸气烘干系统，包括前烘干部和后烘干部，所述前烘干部和后烘干部均包括多个烘缸，所述蒸汽烘干系统还包括蒸汽混合器、蒸汽管路、风机、蒸汽回用装置以及热电发生装置，所述风机的输入端与所述蒸汽混合器的蒸汽出口连接，所述风机的输出端分别与前烘干部和后烘干部的蒸汽进口连通，所述前烘干部的蒸汽出口与所述蒸汽回用装置连接；

所述热电发生装置包括甲醇水存储器、甲醇水制氢重整器、第一换热器、燃料电池和控制装置，所述甲醇水制氢重整器设置有重整室、分离室和供甲醇水重整制氢反应所需温度的电加热器，所述控制装置包括控制器和用于向外输出电能的电力输出端口，其中：所述甲醇水存储器内的甲醇与水的混合溶液通过输送泵输送至所述重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应制得氢气和高温余气的混合气，然后混合气经分离室分离出的氢气经所述换热器降温后输送至燃料电池产生电能，该电能通过电力输出端口为所述风机、电加热器以及系统内其他用电设备供电；经分离室分离出的高温余气与外界空气经所述蒸汽混合器混合后形成所需温度的蒸汽，并通过蒸汽管路和风机输送至前烘干部和后烘干部。

其中，所述蒸汽混合器包括用于通入高温余气的高温余气进气口、用于通入外界空气的空气进口和用于输出蒸汽的蒸汽出口。

其中，所述蒸汽管路包括第一蒸汽管路和第二蒸汽管路，所述蒸汽混合器的蒸汽出口通过第一蒸汽管路与所述前烘干部连通，所述蒸汽混合器的蒸汽出口通过第二蒸汽管路与所述后烘干部连通，所述第一蒸汽管路和第二蒸汽管路均设置有与控制器连接的流量控制阀，所述风机与所述控制器电连接。

其中，所述后烘干部的蒸汽出口通过第三蒸汽管路与所述前烘干部的蒸汽进口连通，所述第三蒸汽管路上设置有蒸汽泵和电磁阀，所述蒸汽泵和电磁阀与所述控制器连接。

其中，所述蒸汽混合器的蒸汽出口通过第四蒸汽管路与所述烘缸的内腔连通。

其中，所述前烘干部和后烘干部均设置有与控制器电连接的温度检测装置和湿度检测装置。

其中，所述蒸汽回用装置包括用于对前烘干部输出的蒸汽进行热回收的第二换热器以及水箱，所述第二换热器的进气口与所述前烘干部的蒸汽出口连通，所述第二换热器的热水出口与所述水箱连通。

其中，所述第二换热器设置于所述甲醇水存储器和所述第一换热器之间的管路上，甲醇水与前烘干部输出的蒸汽在所述第二换热器中进行热交换。

其中，所述第二换热器的冷却水进口连接造纸车间的回用水，所述造纸车间回用水与前烘干部输出的蒸汽在所述第二换热器中进行热交换。

其中，所述甲醇水制氢重整器设置有启动装置，所述启动装置在甲醇水制氢重整器启动过程中，为所述第二输送泵和电加热器供电。

本发明的有益效果：

本发明的造纸机蒸气烘干系统，包括前烘干部和后烘干部、蒸汽混合器、蒸汽管路、风机、蒸汽回用装置以及热电发生装置，风机的输入端与蒸汽混合器连接，风机的输出端分别与前烘干部和后烘干部的蒸汽进口连通，前烘干部的蒸汽出口与蒸汽回用装置连接；热电发生装置包括甲醇水存储器、甲醇水制氢重整器、第一换热器、燃料电池和控制装置，甲醇水制氢重整器设置有重整室、分离室和供甲醇水重整制氢反应所需温度的电加热器，控制装置包括控制器和用于向外输出电能的电力输出端口，其中：甲醇水存储器内的甲醇与水的混合溶液作为原料，通过输送泵输送至重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应制得氢气和高温余气的混合气，然后混合气经分离室分离出的氢气经换热器降温后输送至燃料电池产生电能，该电能通过电力输出端口为风机、电加热器以及系统内所有用电设备供电；经分离室分离出的高温余气的温度高达300~600℃，这部分高品质的热能与外界空气经所述蒸汽混合器混合后形成所需温度的蒸汽，并通过蒸汽管路和风机输送至前烘干部和后烘干部。与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）热电发生装置利用甲醇水-重整制氢反应-燃料电池的过程实现了电能、热能的高效转化和利用，所产生的电能直接为所有用电设备供电，实现自给自足，无需外来供电，而且该系统输出的电能为直流电，无需转换即可直接供直流电机使用，相比目前城市电网的集中式供电方式，具有随用随发、不受场地限制以及节能环保的优点；（2）甲醇水重整制氢反应过程所产生大量高品质的热能（高温余气的温度高达300~600℃），这部分热能完全满足纸烘干所需的温度（烘干部所需的蒸汽温度为200℃左右），由此充分利用了甲醇水重整制氢过程中产生的余热实现烘干纸的目的，相比现有技术依靠电加热或者锅炉燃烧供热的方式，大大降低能耗，而且甲醇水重整制氢反应产生的高温余气为二氧化碳和少量未反应的甲醇和水蒸气，余量可以直接排放，对环境无污染，节能减排效果显著；（3）前烘干部的烘干温度相对较低，而后烘干部的蒸汽温度高于前烘干部，将后烘干部烘干后排出的蒸汽再输送至前烘干部获得蒸汽的二次利用，大大降低了烘干部的蒸汽用量，并且将前烘干部烘干后排出的废热蒸汽经过蒸汽回用装置回收热能，可以用于加热造纸车间的回用水，加热后的温热水可用于清洗网或者毛布，从而使热能得到充分的回收利用，进一步节能而降低造纸成本；（4）本发明的节能效果显著：原料为甲醇和水的混合液，原料成本低廉（1kg甲醇的成本约为2元），排放的水及少量二氧化碳对环境无污染；另一方面从能耗成本上看，目前工业用电的成本是1度电约为1元，1度电所需的热量相当于860kcal；然而本发明的甲醇水制氢发电系统，1kg甲醇的发电量约为2度电，即所需的热量为2*860kcal=1720kcal，而甲醇产生的热量相当于5kcal，还剩余3380kcal的热量，也就是说，甲醇水制氢发电过程中除了产生的2度电可以提供给用电设备外，还会产生3380kcal的高品质的热能（温度高达300~600℃），这部分热能又能进一步补偿作为烘干部的蒸汽热源使用，这样热电联供的方式折算下来，产生1度电的发电成本只需要约0.4元，相比传统造纸行业的用电成本节省了高达一半以上的成本和能耗，这在工业和环保上具有非常重大的意义。

附图说明

图1为实施例1的造纸机蒸气烘干系统的结构示意图。

图2为实施例2的造纸机蒸气烘干系统的结构示意图。

附图标记：

前烘干部1、后烘干部2、烘缸3、蒸汽混合器4、风机5；

蒸汽回用装置6、第二换热器61、水箱62；

蒸汽泵7；

热电发生装置8、甲醇水存储器81、甲醇水制氢重整器82、重整室821、分离室822、控制装置83、燃料电池84、第一换热器85、电加热器86、输送泵87；

第一蒸汽管路10、第二蒸汽管路20、第三蒸汽管路30、流量控制阀40、电磁阀50。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例1：

本实施例的造纸机蒸气烘干系统，如图1所示，包括前烘干部1和后烘干部2，前烘干部1和后烘干部2均包括多个烘缸3，还包括蒸汽混合器4、蒸汽管路、风机5、蒸汽回用装置6以及热电发生装置8，风机5的输入端与蒸汽混合器4的蒸汽出口连接，风机5的输出端分别与前烘干部1和后烘干部2的蒸汽进口连通，前烘干部1的蒸汽出口与蒸汽回用装置6连接。热电发生装置8包括甲醇水存储器81、甲醇水制氢重整器82、第一换热器87、燃料电池84和控制装置85，甲醇水制氢重整器82设置有重整室821、分离室822和供甲醇水重整制氢反应所需温度的电加热器86，控制装置85包括控制器和用于向外输出电能的电力输出端口，其中：甲醇水存储器81内的甲醇与水的混合溶液通过输送泵87输送至重整室821内发生甲醇和水的重整制氢反应制得氢气和高温余气的混合气，然后混合气经分离室822分离出的氢气经换热器降温后输送至燃料电池84产生电能，该电能通过电力输出端口为风机5、电加热器86以及系统内其他用电设备供电；经分离室822分离出的高温余气与外界空气经蒸汽混合器4混合后形成所需温度的蒸汽，并通过蒸汽管路和风机5输送至前烘干部1和后烘干部2。

与现有技术相比，本发明的热电发生装置8利用甲醇水-重整制氢反应-燃料电池84的过程实现了电能、热能的高效转化和利用，所产生的电能直接为所有用电设备供电，实现自给自足，无需外来供电，而且该系统输出的电能为直流电，无需转换即可直接供直流电机使用，相比目前城市电网的集中式供电方式，具有随用随发、不受场地限制以及节能环保的优点；另一方面，甲醇水重整制氢反应过程所产生大量高品质的热能（高温余气的温度高达300~600℃），这部分热能完全满足纸烘干所需的温度（烘干部所需的蒸汽温度为200℃左右），由此充分利用了甲醇水重整制氢过程中产生的余热实现烘干纸的目的，相比现有技术依靠电加热或者锅炉燃烧供热的方式，大大降低能耗，而且甲醇水重整制氢反应产生的高温余气为二氧化碳和少量未反应的甲醇和水蒸气，余量可以直接排放，对环境无污染，节能减排效果显著。

具体的，蒸汽混合器4包括用于通入高温余气的高温余气进气口、用于通入外界空气的空气进口和用于输出蒸汽的蒸汽出口。经分离室822分离出氢气后的高温余气进入蒸汽混合器4，并与外界空气混合后形成所需温度的蒸汽，为前烘干部1和后烘干部2提供蒸汽。前烘干部1和后烘干部2利用热电发生装置8自身产生的高温混合气作为烘干用的蒸汽，大大降低了能耗。

具体的，蒸汽管路包括第一蒸汽管路10和第二蒸汽管路20，蒸汽混合器4的蒸汽出口通过第一蒸汽管路10与前烘干部1连通，蒸汽混合器4的蒸汽出口通过第二蒸汽管路20与后烘干部2连通，第一蒸汽管路10和第二蒸汽管路20均设置有与控制器连接的流量控制阀40，风机5与控制器电连接，前烘干部1和后烘干部2均设置有与控制器电连接的温度检测装置和湿度检测装置，从而实现对温度的自动化调控。

后烘干部2的蒸汽出口通过第三蒸汽管路30与前烘干部1的蒸汽进口连通，第三蒸汽管路30上设置有蒸汽泵7和电磁阀50，蒸汽泵7和电磁阀50与控制器连接。由于前烘干部1的烘干温度相对较低，而后烘干部2的蒸汽温度高于前烘干部1，将后烘干部2烘干后排出的蒸汽再输送至前烘干部1获得蒸汽的二次利用，可以降低烘干部的蒸汽用量。

蒸汽混合器4的蒸汽出口通过第四蒸汽管路与烘缸3的内腔连通，以向烘缸3内提供蒸汽。

本实施例中，前烘干部1烘干后排出的废热蒸汽经过蒸汽回用装置6回收热能。蒸汽回用装置6包括用于对前烘干部1输出的蒸汽进行热回收的第二换热器61以及水箱62，第二换热器61的进气口与前烘干部1的蒸汽出口连通，第二换热器61的热水出口与水箱62连通。第二换热器61设置于甲醇水存储器81和第一换热器87之间的管路上，甲醇水存储器81内的甲醇水与前烘干部1输出的蒸汽在第二换热器61中进行第一次热交换，甲醇水被加热后进入第一热交换器，并与分离室822输出的高温氢气进行第二次热交换以使甲醇水被加热汽化后进入甲醇水制氢重整器82，汽化后的甲醇水蒸汽进入重整室821内发生重整制氢催化反应。上述甲醇水的汽化过程充分利用了蒸汽回用装置6回收的热能，进一步节能而降低造纸成本。

本实施例中，甲醇水制氢重整器82设置有启动装置，启动装置在甲醇水制氢重整器82启动过程中，为输送泵87和电加热器86供电。启动装置在甲醇水制氢重整器82启动过程中，为输送泵87和电加热器86供电，以使甲醇水重整制氢反应启动，获得氢气和高温余气，氢气进入燃料电池84，燃料电池84工作产生电能，由此热电发生装置8产生电能和热能，再为整个系统供电供热，从而形成循环系统。具体的，启动装置为蓄电池；或者为燃烧式启动装置，其通过燃烧甲醇为重整室821加热；或者为贮氢瓶，该贮氢瓶可在甲醇水制氢重整器82启动过程中，为燃料电池84输入氢气，使燃料电池84工作产生电能，进而为输送泵87及电加热器86供电。

实施例2：

本实施例的造纸机蒸气烘干系统，如图2所示，其主要技术方案与实施例1的相同，不同之处在于：

第二换热器61的冷却水进口连接造纸车间的回用水，造纸车间回用水与前烘干部1输出的蒸汽在第二换热器61中进行热交换。将前烘干部1烘干后排出的废热蒸汽经过蒸汽回用装置6回收热能，可以用于加热造纸车间的回用水，加热后的温热水可用于清洗网或者毛布，从而使热能得到充分的回收利用，进一步节能而降低造纸成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。