Máquina para el secado de papel tisú provista de un sistema de cogeneración.

Máquina (1) para el secado de papel tisú (2), que comprende una campana de secado (3) dividida en dos partes,

una parte húmeda (3a) y una parte seca (3b), que insufla aire caliente a gran velocidad a un cilindro rotativo Yankee(4) sobre el cual se dispone el papel tisú (2) para su secado, e incluyendo cada parte (3a,3b) de la campana (3) unventilador motorizado (5a,5b) y unos medios de calentamiento (6a,6b) que calientan el aire proveniente delventilador (5a,5b) antes de entrar en la correspondiente parte de la campana (3a,3b), e incluyendo la campana (3)una salida para la extracción de una purga de aire exhausto (7), caracterizada por el hecho de que la máquina estáprovista de un sistema de cogeneración y por el hecho de que la campana (3) es geométricamente asimétrica,presentando la parte húmeda (3a) una mayor superficie de secado y trabajando a una mayor temperatura conrespecto a la parte seca (3b), por el hecho de que la purga de aire (7) es recirculada desde la parte húmeda (3a) a laparte seca (3b) antes de salir de la campana (3), y por el hecho de que la parte seca (3b) de la campana (3) recibelos gases (8) procedentes del sistema de cogeneración.

Máquina para el secado de papel tisú provista de un sistema de cogeneración [0001] La presente invención se refiere a una máquina para el secado de papel tisú, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la industria papelera son conocidas máquinas para el secado de papel tisú provistas de una campana que insufla aire caliente a gran velocidad contra el papel tisú, y un cilindro secador rotativo llamado Yankee cubierto parcialmente por dicha campana. El papel tisú se seca gracias a la combinación del cilindro secador que transmite calor por contacto y la campana que seca por calor y transferencia de masa.

Generalmente, las máquinas para el secado del papel tisú comprenden campanas que operan con aire a temperaturas de 300, 400 y 500ºC. Más recientemente, se construyen campanas que trabajan a 650 y 700ºC, pero presentan problemas de dilatación de los materiales, por lo que los constructores de dichas campanas utilizan materiales y sistemas de construcción desarrollados con modelos de elementos finitos. Las velocidades del aire insuflado pueden alcanzar valores de 90 a 160 m/s.

La campana debe estar situada muy cerca del cilindro secador y del papel, quedando a una distancia de una pulgada aproximadamente. No obstante, la campana debe tener un mecanismo de separación cuando no hay papel, para evitar que el aire se dirija contra el cilindro puesto que ello sería peligroso, asimismo el mecanismo de separación permite el acceso a un operario para su mantenimiento.

La campana está dividida en dos partes, denominadas respectivamente parte húmeda y parte seca, de modo que el papel tisú pasa primero por la parte húmeda y a continuación por la parte seca de la campana.

La división de la campana se realiza según el eje del cilindro, por que ambas partes húmeda y seca son simétricas. En la parte húmeda de la campana el rendimiento es más alto y se extrae más agua, por lo que no parece adecuado tener una campana simétrica. No obstante, en el mercado se fabrican campanas simétricas por cuestiones de recambios, disminuyendo así los costes.

Cada parte de la campana tiene su propio circuito de aire, de manera que cada circuito comprende un ventilador motorizado que insufla aire, el cual es calentado mediante unos medios de calentamiento antes de entrar en la correspondiente parte de la campana. Dichos medios de calentamiento del aire insuflado pueden ser de diferente tipo, tales como radiadores de vapor, radiadores de aceite térmico, o más habitualmente quemadores de gas en vena de aire. En el caso de los quemadores de gas, cada uno recibe una mezcla de un gas combustible, por ejemplo gas natural, y aire para alimentar la llama del quemador.

La campana extrae agua evaporada del papel. Este vapor se concentra en el aire de circulación por lo que debe purgarse una cantidad de aire al exterior. Para compensarlo debe entrar aire fresco del exterior. La campana incluye respectivamente una entrada de suministro de aire para la parte húmeda y una entrada de suministro de aire para la parte seca. La parte de la campana sobre el cilindro Yankee comprende en su superficie externa una pluralidad de aberturas que se comunican con el interior de la campana. Unas aberturas dejan paso al aire soplado y otras recuperan el aire húmedo.

En funcionamiento, la banda de tisú mojada entra en la máquina secadora adhiriéndose sobre la superficie del cilindro Yankee para su secado, a su vez el aire caliente penetra en la campana hasta ser aplicado contra el cilindro para entrar en contacto con la banda de tisú mojada. De este modo, a medida que va girando el cilindro la banda de tisú se va secando, pasando primero bajo la parte húmeda de la campana y a continuación bajo la parte seca de la misma.

De ambas partes de la campana, húmeda y seca, se extrae una porción de aire, el exhausto, para evitar que el aire del circuito tenga una humedad del 100%. Hasta ahora, se conocen para ello dos prácticas; una práctica consiste en extraer la purga de aire de ambas campanas húmeda y seca y enviarla a un recuperador de calor, y otra práctica consiste en hacer una circulación de la purga desde la campana seca, donde el aire tiene menos contenido de humedad, hacia la campana húmeda, y desde ahí conducirla hacia el exterior. Esto se realiza de este modo porque las dos partes de la campana son simétricas.

Hasta hoy no resulta factible que una fábrica de papel tisú utilice una central de cogeneración puesto que el mayor consumo térmico se realiza en la campana. Tal como se ha explicado anteriormente, este consumo se realiza normalmente con aire calentado mediante la combustión de gas natural en vena de aire. Con ello se alcanzan rápidamente temperaturas de 500ºC, aunque también se desarrollan campanas con temperaturas de hasta 700ºC.

Debido a que la producción de papel y la evaporación dependen de la diferencia de humedad entre la capa límite del aire en contacto con el papel y el aire de soplado, además de la cantidad de calor transportada por el aire, resulta muy difícil encontrar una solución para que la cogeneración tenga cabida. Las campanas se han diseñado hasta hoy mediante la recirculación del aire húmedo con la extracción de una purga para mantener una humedad máxima.

Actualmente, el desarrollo de la campana para la adaptación a una central de cogeneración se realiza pasando todos los gases de la combustión de cogeneración por las dos partes de la campana, húmeda y seca. Opcionalmente, un quemador en vena de estos gases aumenta la temperatura. A la salida de la campana, sin recirculación, los gases pasan por una caldera acuotubular para producir el vapor necesario para el cilindro Yankee. En un circuito como éste la humedad es muy baja.

La solicitud de patente WO99/57367 describe un método y un aparato para la mejora de la capacidad de secado de una campana que cubre un cilindro Yankee, en el que se seca una banda de tejido con un cilindro Yankee a la vez que transporta la banda sobre el cilindro, mediante unos chorros que inyectan aire caliente contra la banda en la región de una primera campana, teniendo dichos chorros de aire caliente una temperatura principalmente menor que 550 ºC. La capacidad de secado de la campana de secado se incrementa mediante la inyección de aire caliente de los chorros contra la banda transportada sobre el cilindro en la región de una segunda campana, llamada campana de aire caliente, teniendo dichos chorros de aire caliente una temperatura que es superior a la temperatura de los chorros de aire caliente inyectado contra la banda en la primera campana, o principalmente mayor que 550 ºC.

El objetivo de la máquina para el secado de papel tisú provista de un sistema de cogeneración de la presente invención es solventar los inconvenientes que presentan las máquinas de secado conocidas en la técnica, proporcionando una mayor eficacia y permitiendo su adaptación a una central de cogeneración.

La máquina para el secado de papel tisú se caracteriza por el hecho de que la máquina está provista de un sistema de cogeneración, y por el hecho de que la purga de aire es recirculada desde la parte húmeda a la parte seca antes de salir de la campana, y por el hecho de que la parte seca de la campana recibe los gases procedentes del sistema de cogeneración.

De este modo, se consigue una máquina para el secado de papel tisú con una mayor eficacia, obteniéndose también las siguientes ventajas.

La campana asimétrica permite obtener una parte húmeda con una mayor superficie de secado y trabajando a una mayor temperatura, para conseguir un mayor rendimiento en el proceso de secado.

La cogeneración se realiza en la campana seca ya que es la que tiene menos rendimiento y es dónde se puede tener más ahorro. La campana húmeda se ha especializado en aumentar la producción, ya que tiene mejor rendimiento.

Gracias a que la purga de aire se conduce desde la parte húmeda a la seca, a la inversa de cómo se realizaba en el estado de la técnica, se consigue aumentar el caudal de dicha parte seca y por tanto la velocidad de soplado, aumentando así el rendimiento. Además, se consigue mantener un buen nivel de humedad necesario ya que dicha parte seca trabaja con gases procedentes de la cogeneración, con una humedad relativamente baja.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, la parte húmeda, con un ángulo de abrace al cilindro de 145º, trabaja a 650ºC y a una velocidad del aire de 160 m/s, mientras que la parte seca, con un ángulo de abrace al cilindro de 105º, trabaja a 405ºC y a una velocidad del aire de 145 m/s.

Preferentemente, los medios de calentamiento del aire que penetra... [Seguir leyendo]

1. Máquina (1) para el secado de papel tisú (2) , que comprende una campana de secado (3) dividida en dos partes, una parte húmeda (3a) y una parte seca (3b) , que insufla aire caliente a gran velocidad a un cilindro rotativo Yankee (4) sobre el cual se dispone el papel tisú (2) para su secado, e incluyendo cada parte (3a, 3b) de la campana (3) un ventilador motorizado (5a, 5b) y unos medios de calentamiento (6a, 6b) que calientan el aire proveniente del ventilador (5a, 5b) antes de entrar en la correspondiente parte de la campana (3a, 3b) , e incluyendo la campana (3) una salida para la extracción de una purga de aire exhausto (7) , caracterizada por el hecho de que la máquina está provista de un sistema de cogeneración y por el hecho de que la campana (3) es geométricamente asimétrica, presentando la parte húmeda (3a) una mayor superficie de secado y trabajando a una mayor temperatura con respecto a la parte seca (3b) , por el hecho de que la purga de aire (7) es recirculada desde la parte húmeda (3a) a la parte seca (3b) antes de salir de la campana (3) , y por el hecho de que la parte seca (3b) de la campana (3) recibe los gases (8) procedentes del sistema de cogeneración.

2. Máquina (1) , según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la parte húmeda (3a) , con un ángulo de abrace al cilindro de 145º, trabaja a 650ºC y a una velocidad del aire de 160 m/s, mientras que la parte seca (3b) , con un ángulo de abrace al cilindro de 105º, trabaja a 405ºC y a una velocidad del aire de 145 m/s.

3. Máquina (1) , según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que los medios de calentamiento del aire que penetra en la campana (3) son quemadores de gas en vena de aire (6a, 6b) .

4. Máquina (1) , según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que comprende una caldera de recuperación (9) conectada a la salida de la purga de aire (7) de la parte seca (3b) de la campana (3) .

5. Máquina (1) , según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que la caldera de recuperación (9) es de tipo pirotubular.

6. Máquina (1) , según la reivindicación 4 o 5, caracterizada por el hecho de que la caldera de recuperación (9) comprende una zona de recuperación de gases y otra zona con un hogar con un quemador de gas.

7. Máquina (1) , según la reivindicación 6, caracterizada por el hecho de que ambas zonas de la caldera de recuperación (9) están dispuestas dentro de la misma envolvente.

8. Máquina (1) , según la reivindicación 6 o 7, caracterizada por el hecho de que a la salida de la caldera de recuperación (9) se encuentran dos economizadores (10) , uno para cada zona de dicha caldera (9) .

9. Máquina (1) , según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que a la salida de la caldera de recuperación (9) se encuentra un recuperador de aire-aire (11) que calienta, por intercambio de calor con los gases procedentes de la caldera de recuperación (9) , un flujo de aire fresco (12) que es insuflado hacia los quemadores (6a, 6b) de ambas partes húmeda (3a) y seca (3b) de la campana (3) y hacia la entrada de aire fresco de la parte húmeda (3b) de la campana (3) .

10. Máquina (1) , según la reivindicación 9, caracterizada por el hecho de que a la salida del recuperador de aire-aire

(11) se encuentra una caldera de vapor (13) a baja presión, preferentemente 0, 5 bar, para calentar el agua del proceso.

11. Máquina (1) , según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que se prevé un termocompresor que mezcla el vapor producido por la caldera de recuperación (9) y el flash o vapor evaporizado de condensados proveniente del cilindro Yankee (4) y extrae vapor a la presión de alimentación.

12. Máquina (1) , según la reivindicación 11, caracterizada por el hecho de que se prevé un primer tanque de expansión a través del cual pasan los condensados del cilindro Yankee (4) para provocar el flash de vapor a recuperar en el termocompresor, y un segundo tanque de expansión, a presión inferior, a través del cual se produce un segundo flash a menor presión, preferentemente 2 bar, para alimentar la caja de vapor.

13. Máquina (1) , según la reivindicación 12, caracterizada por el hecho de que el vapor producido a la salida del segundo tanque de expansión sirve para alimentar una caja de vapor que calienta el papel tisú (2) antes de entrar en el cilindro Yankee (4) , así como para calentar el agua de máquina.