chương 1, đã đưa ra quá trình sản xuất cho công nghệ giấy nói chung và đưa ra các tồn tại hiện có trong xưởng Xeo nhà máy giấy Bãi Bằng. Để hiểu được nguyên nhân của những tồn tại này, ở chương này, ta thực hiện tìm hiểu sâu hơn công nghệ sấy giấy trong xưởng Xeo.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khâu sấy. Cách phổ biến nhất để làm bay hơi nước khỏi lưới giấy là sử dụng nhiệt từ hơi quá nhiệt trong các lô sấy. Một bộ sấy được chứa đầy hơi quá nhiệt là một phương pháp hiệu quả để truyền nhiệt vào tấm giấy.
Năng lượng hơi đã được chứng minh có hiệu quả kinh tế hơn bất kỳ phương pháp nào khác. Một ưu điểm khác của phương pháp truyền nhiệt là ít độc hại và dễ dàng vận chuyển và công suất nhiệt cao. Vì hầu hết nhiệt năng dạng hơi được lưu dưới dạng ẩn nhiệt, lượng lớn của nhiệt có thể truyền đi hiệu quả ở nhiệt độ không đổi, đây là là một đặc tính hữu ích trong việc sấy giấy và nhiều ứng dụng truyền nhiệt. Ngoài ra, dạng năng lượng này còn dùng cho việc quay tuabin động cơ thủy lực và ứng dụng trong việc phát điện.
Khâu sấy được đặt gọn trong buồng sấy của mỗi xưởng xeo và được đóng kín cách lý với môi trường bên ngoài.1: Buồng sấy giấy hiện đại của hãng Metso.1 Cấu hình lô sấy trong phân xưởng Xeo. Khâu sấy là một buồng sấy dài cỡ hàng chục đến hàng trăm mét tùy thuộc vào công suất của mỗi máy sấy. Trong buồng sấy chứa hàng loạt các lô sấy được sắp xếp xen kẽ nhau và thường có hai hàng trên và dưới. Các lô sấy này lại được phân thành các nhóm sấy (Group) khác nhau tùy thuộc vào áp suất hơi đưa vào lô sấy trong quá trình làm việc.
Khi hơi được đưa vào các lô sấy, nó truyền nhiệt năng tới vỏ kim loại của thân lô sấy đồng thời chuyển thành nước ngưng. Nước ngưng sau đó được thu hồi bởi các ống xi phông và quay vòng về nồi hơi. Việc thu hồi nước ngưng hiệu quả đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền nhiệt của lô sấy. Vì vậy, cần yêu cầu để một phần hơi quá nhiệt sẽ đi qua các xi phong cùng với nước ngưng để tăng hiệu suất truyền nhiệt cũng như tăng hiệu quả đẩy nước ngưng, không khí hoặc các khí không thể ngưng tụ ra khỏi các lô sấy.2 : Các lô sấy trong dây chuyền sản xuất giấy.
Ở các máy tốc độ thấp (<300-400m/phút), nước ngưng tạo thành một lớp ở dưới đáy của lô sấy. Các loại máy này thường là các loại đời máy cũ. Khi tốc độ máy nâng cao, nước ngưng bắt đầu bám theo thành lô sấy phía bên trong và hình thành một lớp nước ngưng dọc theo chu vi trong của lô sấy. Điều này gây ra một ảnh hưởng tức thời là giảm tải đưa vào lô sấy.
Nếu tốc độ quay của lô sấy chậm lại thì lớp nước ngưng quanh chu vi bên của lô sấy sẽ bị phá vỡ. Hầu hết các lô sấy trong một máy sấy hiện đại có các thanh sấy bên trong các lô sấy. Chúng còn một tên gọi khác là các thanh khuấy. Điều này tạo ra sự truyền nhiệt từ 16 hơi quá nhiệt vào thành lô sấy tốt hơn và đồng đều hơn bởi chúng khuấy đều nước ngưng trong lô sấy.
Để hỗ trợ và đẩy tấm giấy di chuyển qua khu vực sấy, người ta thường sử dụng các cơ cấu làm khô. Các cơ cấu này cũng dùng để ép tấm giấy vào bề mặt lô sấy làm tăng hiệu quả truyền nhiệt. Cơ cấu này được dệt bằng các sợi tổng hợp và không hấp thụ nước (còn gọi là bạt tổng hợp). Nước chứa trong tấm giấy sẽ được loại bỏ trực tiếp bằng việc bay hơi qua tấm sợi tổng hợp này vào không khí.
Hiện nay, có hai loại bố trí các máy sấy: loại đơn và loại kép. Cấu hình loại kép là loại cũ hơn loại còn lại (Hình 2. Trong cấu hình này có hai tấm sợi tổng hợp (bạt tổng hợp): một sử dụng cho các lô sấy phía trên và một sử dụng cho các lô sấy phía dưới để hỗ trợ ép tấm giấy áp sát vào bề mặt của các lô sấy. Khi tấm giấy chuyển từ lô sấy này sang lô sấy tiếp theo thì không có các tấm sợi tổng hợp nhân tạo đỡ nên thường gây ra một số sự cố như đứt giấy hoặc nhăn giấy.
Để tránh những vẫn để này, ở các máy tốc độ cao, cấu hình đơn được đưa vào sản xuất (Hình 2. Cấu hình này được phát minh vào năm 1975. Cấu hình này, sử dụng một tấm sợi tổng hợp để hỗ trợ cả các lô phía trên và các lô phía dưới cũng như đỡ tấm giấy khi di chuyển giữa các lô sấy.3a: Cấu hình lô sấy kép.3b: Cấu hình lô sấy đơn. Trước khi giấy ra khỏi phần sấy sau thì giấy được đi qua hai lô lạnh (lô có nhiệt độ thấp) với mục đích: giảm nhiệt độ, giảm sự cong vênh của giấy, giảm sự tích điện trong tấm giấy khi ra môi trường ngoài.4 : Hai lô sấy lạnh ở nhóm sấy cuối cùng.2 Hệ thống hơi và hệ thống xử lý nước ngưng trong phân xưởng Xeo.
Mục đích của hệ thống hơi và ngưng hơi là cung cấp đủ lượng hơi quá nhiệt cho máy sấy và để xử lý nước ngưng từ hơi quá nhiệt. Các lô sấy trong xưởng sấy được chia thành nhiều nhóm lô sấy khác nhau, thông thường có từ 5 tới 10 nhóm trong một dây chuyền xeo. Áp suất hơi ở mỗi nhóm khác nhau được điều khiển riêng rẽ để đạt được các giá trị áp suất yêu cầu trong quá trình sấy. Hơi trong lô sấy có thể coi như hơi bão hòa vi luôn có quá trình ngưng xảy ra trên thành của lô sấy, vì vậy có sự tương quan trực tiếp giữa áp suất hơi và nhiệt độ hơi.
Trong thực tế, áp suất hơi sấy là tỷ lệ với dung lượng sấy. Một phương pháp đơn giản nhất (Hình 2.5), nhưng hiệu quả ít nhất là phương pháp sử dụng hơi cấp thẳng tới các nhóm lô sấy khác nhau, sau đó, đi tới phần chứa nước ngưng.5: Bố trí các lô sấy trong một nhóm sấy. Thường trong thực tế, việc các lô sấy làm việc với các mức áp suất khác nhau có thể được bố trí theo hệ thống phân tầng (cascade), đây là cách bố trí có hiệu quả để tận dụng năng lượng. Ở phương pháp này, áp suất hơi sử dụng trong nhóm lô sấy có mức đặt áp suất hơi cao được đưa tới để sử dụng lại ở nhóm lô sấy có áp suất hơi thấp hơn.
Bố trí hai nhóm sấy theo kiểu cascade. Mô tả hệ sấy Hình 2.6: Hệ sấy bao gồm hai nhóm sấy: nhóm 1 và nhóm 2. Trong đó, nhóm sấy 1 hoạt động ở áp suất hơi cao hơn nhóm sấy 2, do vậy, hơi đi qua nhóm sấy 1 và hơi thứ có trong Tank 1 được dẫn tới các lô sấy của nhóm sấy 2. Bộ điều khiển áp suất hơi PC2 sẽ điều chỉnh van hơi để hơi chính và hơi thứ được kết hợp với nhau để đạt được áp suất mong muốn đi vào nhóm sấy 2.
Như vậy để làm được điều này thì phải có sự khác nhau về áp suất hơi giữa hai nhóm sấy để hơi thứ có thể đi qua van PDC, sự khác nhau này phụ thuộc vào điểm làm việc và cấu tạo của máy sấy. Sự chênh áp giữa đầu vào và đầu ra của nhóm sấy 1 được giám sát bằng bộ điều khiển PDC để đảm bảo quá trình ngưng hơi xảy ra. Ở đây, nhóm 2 là nhóm có áp suất làm việc thấp nhất, do vậy, Tank 2 chỉ có nhiệm vụ là dẫn nước ngưng về bình ngưng. Để thực hiện điều này thì bình ngưng phải có áp suất thấp hơi áp suất trong Tank2.7: Bố trí kiểu cascade với bốn nhóm sấy chính.
Hệ điều khiển bố trí kiểu cascade có một bất tiện đó là có thêm đầu nối giữa hai vòng điều khiển khác nhau. Điều này tạo ra một đường dẫn gây ra nhiễu cho toàn hệ thống. Trên thực tế, việc sử dụng lại nguyên liệu đem lại một số ảnh hưởng tới đặc tính động của hệ và trong hầu hết các trường hợp nó tạo ra tín hiệu phản hồi dương. Vì lý do tiết kiệm năng lượng nên thực tế cấu trúc cascade vẫn là giải pháp thường được sử dụng.
Thực tế, để giải quyết nhược điểm của cấu hình cascade, người ta sử dụng thêm bộ nén hơi. Bộ nén hơi này làm nhiệm vụ ổn định áp suất đưa vào các lô sấy cùng nhóm. Bằng cách này, hơi thứ chuyển tới một nhóm lô sấy là độc lập và không ảnh hưởng từ nhóm lô sấy khác (Hình 2.8: Hệ sấy sử dụng bộ nén hơi Bộ điều khiển áp suất PC (Pressure Controller) sử dụng hơi quay vòng từ bộ nén hơi nhưng nó cũng có khả năng sử dụng hơi từ lò hơi để cấp hơi trực tiếp cho các nhóm lô sấy khi cần thiết. Theo cách tương tự vậy, bộ điều khiển PDC (Pressure Difference Controller) dẫn hơi thứ sau các lô hoặc tới bộ nén hơi hoặc dẫn tới bộ phận ngưng hơi như khi đứt giấy hoặc nhu cầu làm khô giấy giảm.
Ngoài hai bộ điều khiển áp suất PC và PDC nêu trên, trong hệ điều khiển hơi cấp và ngưng còn có hàng loạt bộ điều khiển mức LC (Level Controller) thực hiện duy trì mực nước ngưng không đổi theo yêu cầu công nghệ tại các bình ngưng chứa nước và hơi sau khi ra khỏi lô sấy. Các bộ điều khiển này đều hoạt động độc lập và không ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình điều khiển độ ẩm giấy.3 Vòng điều khiển lượng hơi ẩm.Nguyên lý đo: Để điều khiển được một biến quá trình nào, thông thường, chúng ta phải đo được đại lượng đó. Trong xưởng xeo giấy, các thông số về chất lượng như khối lượng, độ ẩm, 22 hướng sợi, màu sắc, độ sáng được đo on-line trên dây chuyền. Hệ thống điều khiển chất lượng sản phẩm trong xưởng Xeo thường được chia làm hai phần: Hệ điều khiển dọc máy (MD) và hệ điều khiển ngang (CD).
Thực tế, công nghệ thường dùng để đo các tín hiệu MD và CD là dùng các cảm biến đơn quét theo tấm giấy. Cảm biến được gắn trên các máy scanner (máy quét), nó dịch chuyển theo hướng ngang với chiều dịch chuyển của giấy. Do dịch chuyển MD của giấy nên bộ đo lường được dịch chuyển theo đường zigzag theo hướng di chuyển của tấm giấy. Đường đo của máy scanner.Vòng điều khiển độ ẩm của giấy.
Như đã đề cập ở phần trước, lượng nước chứa trong tấm giấy được điều khiển thông qua áp suất hơi trong các lô sấy. Vì khâu sấy được chia thành các nhóm khác nhau.