В процессе трансформации бумажной промышленности в сторону высоких скоростей и усовершенствования, секция сушки, как ключевое звено, определяющее качество бумаги и эффективность производства, постоянно совершенствует свои технологии. Хотя традиционные паровые сушильные цилиндры могут удовлетворять основным потребностям сушки, они подвержены таким проблемам, как дрожание краев бумажного полотна, образование складок и разрывы в условиях высокоскоростного производства, что затрудняет адаптацию к требованиям производства как мелкосерийной, так и высококачественной бумажной продукции. В этих условиях появились вакуумные сушильные валки (также известные как вакуумные валки). Благодаря своим уникальным функциям вакуумной адсорбции и вспомогательной сушки, они стали основным вспомогательным оборудованием в секции сушки высокоскоростных бумагоделательных машин, обеспечивая важную поддержку для повышения качества и эффективности в бумажной промышленности.

Валки вакуумной сушки (VAC) не являются традиционными нагревательными и сушильными компонентами, а представляют собой высокоскоростное оборудование для стабилизации бумажного полотна и вспомогательной сушки, работающее в координации с паровыми сушильными цилиндрами. Они в основном используются в однопроводной сушильной конфигурации высокоскоростных бумагоделательных машин и широко распространены на производственных линиях для производства культурной бумаги, мелованной бумаги, белого картона и гофрокартона малого объема. В отличие от режима работы традиционных паровых сушильных цилиндров, которые полагаются на внутреннюю подачу пара для обеспечения сушки, валки вакуумной сушки достигают стабилизации бумажного полотна за счет адсорбции под отрицательным давлением и одновременно способствуют ускорению отвода влажного воздуха, косвенно повышая общую эффективность сушки и формируя скоординированную систему сушки «нагрев + стабилизация бумажного полотна».

С точки зрения конструкции, вакуумные сушильные валы в основном делятся на два типа, чтобы соответствовать различным скоростям движения и производственным потребностям. Среди них, вакуумный вал с канавками не требует встроенной вакуумной камеры. Поверхность валка снабжена канавками шириной 5 мм и глубиной 4 мм, а в нижней части канавок расположены небольшие сквозные отверстия, причем по краям отверстий больше для облегчения намотки. Он может создавать степень вакуума около 2 кПа при использовании с воздуходувкой, а степень открытия регулируется в диапазоне 0,1%~0,4%, обеспечивая склеивание бумажного полотна за счет отрицательного давления воздушного потока. Его конструкция относительно проста и подходит для производства бумагоделательных машин средней и высокой скорости. Другой тип — это вакуумный вал со встроенной вакуумной камерой, который оснащен прецизионными ступенчатыми или плотными отверстиями на корпусе валка и вакуумной камерой, регулируемой по ширине внутри, напрямую соединенной с вакуумным насосом. Она обладает более высокой степенью вакуума и более точным управлением, специально разработана для сверхскоростных бумагоделательных машин со скоростью более 1000 м/мин и может эффективно решать проблему стабилизации бумажного полотна в экстремальных условиях эксплуатации. В некоторых высокотехнологичных производственных линиях вакуумные валки и сушильные цилиндры образуют точное соотношение. Например, высококачественная бумагоделательная машина с годовой производительностью 130 000 тонн имеет секцию сушки, состоящую из 29 паровых сушильных цилиндров и множества вакуумных валков диаметром 1500 мм. Нижний ряд традиционных сушильных цилиндров полностью заменен вакуумными валками, что обеспечивает эффективное непрерывное производство без намотки канатов и значительно повышает стабильность работы.

Основная ценность вакуумных сушильных валов обусловлена ​​их научным принципом работы и преимуществами в производительности в условиях высоких скоростей. В реальном производстве верхний ряд паровых сушильных цилиндров отвечает за подачу тепла для испарения влаги из бумажного полотна, в то время как нижний ряд вакуумных сушильных валов прочно прижимает бумажное полотно к поверхности сушильной проволоки за счет отрицательного давления, эффективно компенсируя центробежную силу, создаваемую высокоскоростной работой, и коренным образом решая такие проблемы отрасли, как дребезжание, сморщивание и обрыв краев бумажного полотна. В то же время поток воздуха в вентиляционных карманах всасывается в отверстия валов, ускоряя отвод влажного воздуха, разрушая слой, удерживающий влажный воздух на поверхности бумажного полотна, и косвенно повышая скорость сушки. На этапе заправки конструкция с большим количеством отверстий по краям может усилить эффект адсорбции, значительно повысить процент успешного заправления и сократить время заправки. Пример модернизации бумагоделательной машины PM15 компании Lee & Man Paper полностью подтверждает это. После преобразования оригинальных двухподвесных сушильных цилиндров в одноподвесные и модернизации их с использованием вакуумных валов, а также оптимизации стабилизирующих коробок и оборудования для карманной вентиляции, процент обрыва бумажного полотна снизился на 60%, незапланированные простои — на 30%, а при производстве гофрокартонной основы плотностью 70–90 г/м² со скоростью 1000 м/мин среднемесячный обрыв бумаги составил всего 10 раз, что повысило эффективность производства на 3%.

По сравнению с традиционными паровыми сушильными цилиндрами, функциональное назначение вакуумных сушильных валов больше ориентировано на стабилизацию бумажного полотна и вспомогательную сушку, и эти два процесса образуют взаимодополняющие и скоординированные отношения. С точки зрения источника тепла, вакуумные сушильные валы не имеют встроенной нагревательной конструкции и работают исключительно за счет отрицательного давления, в то время как паровые сушильные цилиндры используют пар в качестве источника тепла и выполняют задачи теплопередачи и сушки; с точки зрения структуры поверхности, вакуумные сушильные валы имеют рифленую или перфорированную конструкцию, в то время как паровые сушильные цилиндры в основном имеют гладкие хромированные или чугунные поверхности; с точки зрения функциональной направленности, вакуумные сушильные валы ориентированы на стабилизацию ширины бумажного полотна, вспомогательное осушение и уменьшение дефектов бумаги, в то время как паровые сушильные цилиндры ориентированы на эффективную теплопередачу для завершения основного испарения влаги из бумажного полотна. С точки зрения производительности сушки, производительность одного вакуумного сушильного вала ограничена, и примерно 2-3 вакуумных вала эквивалентны одному стандартному сушильному цилиндру. Поэтому на практике необходимо научно подбирать количество вакуумных валов и паровых сушильных цилиндров в зависимости от скорости движения транспортного средства и объема бумаги, чтобы достичь баланса между эффективностью и стоимостью.

В условиях развития стратегии «двойного углерода» и интеллектуальной и энергосберегающей трансформации бумажной промышленности, применение вакуумных сушильных валков также требует учета контроля энергопотребления и оптимизации технического обслуживания. Вакуумные сушильные валки нуждаются в вспомогательных вакуумных и вентиляционных системах, и по сравнению с традиционными конфигурациями сушки их энергопотребление и затраты на техническое обслуживание несколько выше, но экономия энергии и снижение потребления могут быть достигнуты за счет технической оптимизации. Например, компания Lee & Man Paper модернизировала вакуумный бокс SymRun в ходе модернизации, снизив нагрузку на вентилятор подачи воздуха на 30% и одновременно улучшив степень вакуума; компания Valmet Finland оптимизировала расстояние между вакуумными валками и сушильными цилиндрами с помощью 3D-сканирования и моделирования, увеличила угол обмотки бумажного полотна в сушилке, уменьшила количество воздуходувок и воздухопроводов, а также снизила энергопотребление и затраты на техническое обслуживание. При ежедневном техническом обслуживании необходимо регулярно промывать отверстия и канавки вакуумного валка сжатым воздухом для предотвращения засорения, одновременно проверять эффективность вакуумной герметизации и температуру подшипников, а также контролировать степень вакуума в соответствии с требованиями процесса. Использование эффективных систем карманной вентиляции и тепловых насосов может значительно повысить общую эффективность сушки и снизить потребление пара.

В условиях непрерывного совершенствования технологий высокоскоростных бумагоделательных машин и растущего спроса на высококачественную бумажную продукцию, технологическое развитие вакуумных сушильных валков также будет направлено на повышение точности, энергосбережения и интеллектуальности. В будущем, благодаря передовым технологиям, таким как моделирование CFD и численные расчеты, конструкция отверстий и структура вакуумной камеры вакуумных валков могут быть дополнительно оптимизированы для повышения точности управления отрицательным давлением и степени сцепления бумажного полотна; в сочетании с интеллектуальным датчиком и анализом больших данных может быть реализовано динамическое регулирование степени вакуума для адаптации к производственным потребностям различных типов бумаги и различным скоростям движения; в то же время, за счет модернизации материалов и структурной оптимизации, может быть снижено энергопотребление и износ оборудования, а также увеличен срок его службы. В качестве «инструмента стабилизации качества» для высокоскоростных систем сушки бумаги, вакуумные сушильные валки не только решают многие проблемы традиционных конфигураций сушки в условиях высокоскоростной работы, но и помогают предприятиям бумажной промышленности повышать качество продукции и оптимизировать эффективность производства, придавая новый импульс развитию высококачественной бумажной промышленности.