Система и способ подачи насосом щепы в варочный котел непрерывного действия
Настоящее изобретение рассматривает систему и способ подачи насосом тонкоизмельченного целлюлозного материала в варочный котел непрерывного действия. Концентрическим размещением труб и введением текучей среды в камеру, образованную между трубами, создается цилиндрическая пленка текучей среды вокруг стержневидного потока целлюлозного материала до впуска в насос. Таким образом снижается падение давления в линиях, снижается износ насоса и обеспечивается максимальное нарастание давления в насосе. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе питания варочного котла непрерывного действия, в которой щепа варится для получения целлюлозной пульпы согласно вводной части пункта 1 формулы изобретения.
Известный уровень техники
Водосбросовые питатели высокого давления используются в старых традиционных системах питания варочных котлов непрерывного действия для создания давления и транспортирования суспензии щепы в верхнюю часть варочного котла.
В справочнике Handbook of Pulp (Herbert Sixta, 2006) принципы указанного типа питания с использованием водосбросовых питателей высокого давления показаны на странице 381. Главное преимущество указанного типа питания состоит в том, что нет необходимости пропускать поток щепы через насосы, имея взамен гидравлическую перегрузку. Можно в то же самое время поддерживать высокое давление в перегружаемом потоке в и из варочного котла без потери давления (испытываемая потеря давления). Система, однако, страдает от некоторых недостатков в том, что питатель высокого давления подвергается износу и должен регулироваться так, чтобы минимизировать поток утечки из контура высокого давления в контур низкого давления. Второй недостаток состоит в том, что температура при перегрузке должна поддерживаться низкой так, чтобы при перегрузке не имела место детонация, обусловленная взрывами водяного пара.
Еще в 1957 г. в патенте US 2803540 рассматривалась система питания для варочных котлов непрерывного действия для варки щепы, в которой щепа подается насосом из пропитывающего сосуда в варочный котел, в котором щепа варится в атмосфере водяного пара. Варочная текучая среда здесь вводится в насос для того, чтобы получить консистенцию 10%, которая может подаваться насосом. Имеется варочный котел, предназначенный для некрупного производства 150-300 т пульпы в сутки (6250-12500 кг/ч) (см. столбец 7, строка 35).
Также US 2876098 (1959 г.) раскрывает систему питания для варочного котла непрерывного действия для варки щепы без водосбросного питателя высокого давления. Щепа в данном случае смешивается в суспензию в смесителе перед подачей насосом в верхнюю часть варочного котла. Насос размещается под варочным котлом, и вал насоса обеспечен также турбиной, с помощью которой извлекается давление из опрессованного черного щелока для того, чтобы получить требуемый эффект подачи насосом.
Система питания для варочного котла непрерывного действия для варки щепы без водосбросного питателя высокого давления раскрывается также в US 3303088 (1967 г.), где щепа сначала предварительно обрабатывается водяным паром в сосуде предварительной обработки, а затем образует суспензию в сосуде перед тем, как суспензия щепы подается насосом в верхнюю часть варочного котла.
US 3586600 (1971 г.) раскрывает другую систему питания для варочного котла непрерывного действия, главным образом, предназначенного для использования с измельченным древесным материалом. В данном случае водосбросный питатель высокого давления также не используется, и древесный материал подается насосом 26 через пропиточный сосуд выше по потоку в верхнюю часть варочного котла.
Соответствующая подача насосом измельченного древесного материала в верхнюю часть варочного котла непрерывного действия раскрывается также в ЕР 157279.
Что типично для указанных предложенных установок с варочными котлами, начиная с конца 1950-х годов до начала 1970-х годов, это то, что они предназначены для небольших установок с варочными котлами с ограниченной производительностью около 100-300 т пульпы в сутки (4170-12500 кг/ч).
Вариант подачи щепы в варочные котлы раскрывается в US 5744004, в соответствии с которым смесь щепы взамен подается в варочный котел с помощью нескольких насосов, работающих последовательно. В данном случае используются насосы типа, известного под торговой маркой DISCFLO. Одним недостатком указанной системы является то, что указанный тип насоса обычно имеет низкую эффективность подачи.
В справочнике Handbook of Pulp, указанном ранее, вариант подачи насосом смеси щепы, известной как TurboFeed, показан на странице 382. Для подачи смеси щепы в варочный котел здесь три насоса размещены последовательно. Указанный тип питания запатентован в US 5753075, US 6106668, US 6325890, US 6336993 и US 6551462, хотя в нескольких случаях, например, в US 3303088, не рассматривается.
US 5753075 раскрывает подачу насосом из сосуда предварительной обработки водным паром в сосуд обработки, и в данном случае рассматривается, что эжекторный струйный насос может быть введен перед первым центробежным насосом, как показано на фиг.3 под ссылочным номером 70.
US 106668 специально рассматривает введение AQ/PS в процессе подачи насосом.
US 6325890 рассматривает, по меньшей мере, два насоса, размещенные последовательно, где указанные насосы расположены на уровне грунта.
US 6336993 рассматривает подробное решение, в котором не только химические вещества вводятся для того, чтобы растворить металлы из щепы, но также текучая среда выводится после каждого насоса для того, чтобы снизить содержание металла в подаваемой насосом щепе.
US 65551462 рассматривает осуществление такой же системы, как уже рассмотренная в US 3303088. В указанных системах используются винтовые насосы или осевые насосы Hydrostal-типа, и это не дает такой же гидравлический напор, как в случае центробежных насосов радиального типа. Это может быть одной причиной того, что необходимо устанавливать несколько насосов последовательно.
Одним главным недостатком указанных систем, которые имеют несколько насосов, установленных последовательно, является ограниченная работоспособность. Если один насос повреждается, вся установка варочных котлов должна остановить работу. В случае трех насосов, установленных последовательно, и обычно работоспособности для каждого насоса 0,95 общая работоспособность полной системы будет только 0,86 (0,95×0,95×0,95=0,86). Поэтому были разработаны системы с параллельным насосным питанием, как показано, например, в следующих заявках на патент SE 0800644, SE 0800645, SE 0800646, SE 0800647 и SE 0800648.
Насосное питание, однако, выдвигает тяжелые требования к насосам, и износ является высоким, так как щепа, которая подается насосом, имеет разрушающее воздействие на рабочие лопасти насоса. Желательно также снизить падение давления на впускной линии к насосу как можно больше, так что последующий насос может устанавливать максимальное давление.
Цель изобретения
Первой целью изобретения является получение улучшенной системы питания для щепы, в которой оптимальное опрессовывание может быть установлено центробежным насосом. Предпочтительно, что центробежный насос является насосом диагонального или радиального типа.
Другими целями являются снижение потерь давления на впуске насоса и снижение износа насоса.
Цели, описанные выше, достигаются системой в соответствии с отличительной частью п.1 формулы изобретения и способом в соответствии с отличительной частью п.7 формулы изобретения.
Система согласно настоящему изобретению предназначена для подачи насосом тонкоизмельченного целлюлозного материала в варочный котел непрерывного действия, где целлюлозный материал непрерывно подается в верхнюю часть варочного котла и выводится из днища варочного котла после делигнификации в варочном котле. Из тонкоизмельченного целлюлозного материала образуют суспензию, по меньшей мере, в первом сосуде или напорной трубе подходящего типа, откуда суспендированный целлюлозный материал выпускается через первую выпускную трубу, которая имеет первый внутренний диаметр, и которая размещается в днище первого сосуда. При размещении второй выпускной трубы, которая имеет второй внутренний диаметр, концентрически вокруг первой выпускной трубы, вокруг первой выпускной трубы образуется камера. Указанная камера замыкается торцевой стенкой в первом сосуде вблизи конца, и имеет отверстие на противоположном конце, и вторая выпускная труба соединяется с впуском насоса. Камера дополнительно обеспечивается впусками для непрерывного введения текучей среды в камеру.
Подходяще вторая выпускная труба перекрывает первую выпускную трубу в продольном направлении вдоль участка, который определяет осевую длину камеры. Указанный участок приспособлен так, что пленка текучей среды может быть создана с потоком, который параллелен потоку целлюлозного материала.
Для того, чтобы обеспечить создание непрерывной пленки текучей среды, предпочтительно, камера обеспечивается распределительным устройством для введения текучей среды в нескольких позициях вокруг периферии камеры. Указанное распределительное устройство может быть представлено, например, рядом впусков, распределенных по периферии торцевой стенки. Альтернативно, впуски могут быть расположены на наружной поверхности второй выпускной трубы, близко к торцевой стенке камеры.
Для того, чтобы создать пленку текучей среды, которая поддерживается к впуску насоса, предпочтительно, вторая выпускная труба имеет второй внутренний диаметр, который является больше внутреннего диаметра первой выпускной трубы, так что камера получает толщину 1-20 см. Меньшая толщина может быть подходящей для небольших размеров трубы и коротких участков между первым сосудом для образования суспензии целлюлозного материала и насосом. В применении, где внутренний диаметр первой выпускной трубы составляет 40 см, вторая выпускная труба может иметь внутренний диаметр 42-45 см.
Также торцевая стенка камеры может в альтернативном варианте быть фиксированно размещенной на одной из труб, например на второй выпускной трубе, и контактировать герметичным образом со второй трубой, например наружной поверхностью первой трубы с помощью герметичного уплотнения, предпочтительно набивочного уплотнения. Конструкция также может поглощать некоторую степень несоосности между трубами путем использования такого точечного соединения.
Способ рассматривает подачу насосом тонкоизмельченного целлюлозного материала в варочный котел непрерывного действия, где целлюлозный материал непрерывно подается в верхнюю часть варочного котла и выводится из днища варочного котла после делигнификации в варочном котле. Тонкоизмельченный целлюлозный материал сначала образует суспензию в, по меньшей мере, первом сосуде и подается в стержневидном потоке целлюлозного материала к насосу. Характеристикой способа является то, что текучая среда в форме цилиндрической пленки вводится вокруг стержневидного потока целлюлозного материала перед тем, как стержневидный поток целлюлозного материала достигает впуска в насос. Неожиданно было установлено, что бывает случай, что целлюлозный материал, который подается из сосуда пропитки, сохраняет свой стержневидный поток благодаря усиливающему эффекту целлюлозного материала. Поэтому можно вводить текучую среду в форме цилиндрической пленки LL текучей среды вокруг стержневидного потока PF целлюлозного материала перед тем, как указанный поток достигнет впуска в насос. Стержневидный поток целлюлозного материала обычно имеет концентрацию, рассчитанную как масса древесины, введенной в предшествующий сосуд образования суспензии, в интервале 60-100%, и в процессе непрерывной работы в некоторых применениях концентрация может быть 98%.
Предпочтительно, введение текучей среды имеет место таким образом, что толщина цилиндрической пленки текучей среды лежит в интервале 1-20 см, и указанная пленка текучей среды сохраняется окружающей стержневидный поток целлюлозного материала до впуска насоса. Небольшая степень рассредоточения и смешения может иметь место на границе раздела между пленкой текучей среды и потоком целлюлозного материала, но пленка текучей среды сохраняется по существу цельной вдоль внутренней поверхности трубы вплоть до впуска в насос.
Таким образом, устанавливается смазывающая и защитная пленка текучей среды, что снижает падение давления в линиях, ведущих к насосу. В то же самое время снижается износ насоса, и может быть установлено максимальное давление, нарастающее в насосе. Предпочтительно, что давление, устанавливаемое в пленке текучей среды, равно или больше давления в потоке целлюлозного материала.
Описание чертежей
На фиг.1 показано решение системы для системы питания для варочных котлов с верхними сепараторами;
на фиг.2 схематически показан вариант изобретения, используемый для насоса;
на фиг.3 схематически показан вариант изобретения, используемый для параллельной подачи насосами;
на фиг.4 показан более подробный вид изобретения;
на фиг.5 показана фиг.4 на виде слева;
на фиг.6 показана альтернатива варианту, показанному на фиг.4; и
на фиг.7 показана фиг.6 на виде слева.
Подробное описание изобретения
В последующем подробном описании используется понятие «система питания варочного котла непрерывного действия». Термин «система питания» здесь используется для обозначения системы, которая подает щепу из системы обработки щепы, которая выдерживается при низком давлении, обычно при избыточном давлении менее 2 бар (200 кПа) и часто при атмосферном давлении, в варочный котел, в котором щепа выдерживается при высоком давлении, обычно при избыточном давлении менее 3-8 бар (300-800 кПа) в случае, когда используется варочный котел с паровой фазой, и 5-20 бар (500-2000 кПа) в случае, когда используется гидравлический варочный котел.
Термин «варочный котел непрерывного действия» используется здесь для обозначения либо варочного котла с паровой фазой, либо гидравлического варочного котла, даже если предпочтительные варианты показаны здесь как варочные котлы с паровой фазой в целях примера. Система питания может содержать что-либо из от единственного насоса до, по меньшей мере, 5-6 насосов, установленных параллельно.
В соответствии с принципами указанного решения можно разработать системы питания для варочных котлов с производительностью от 750 до 6000 т пульпы в сутки (31250-250000 кг/ч) с использованием только объемов нескольких насосов. Это очень важно, т.к. указанные насосы для подачи смесей щепы при относительно высоких концентрациях являются очень специфическими для их применения, и где насосы, которые могут иметь дело с производительностью 4000-6000 т пульпы в сутки (166667-250000 кг/ч), являются очень большими и изготавливаются очень ограниченными сериями, содержащими несколько насосов в год. Стоимость указанных насосов тогда становится большой частью общей стоимости установки с варочными котлами.
Износ указанных насосов является относительно высоким, и желательно минимизировать износ в указанных насосах для получения приемлемого длительного рабочего времени.
На фиг.1 показана система питания с, по меньшей мере, двумя насосами, установленными параллельно. Щепа подается ленточным транспортером 1 в бункер 2 щепы, расположенный выше сосуда 3 обработки при атмосферном давлении. Наиболее низкий допустимый уровень LIQLEV текучей среды устанавливается в указанном сосуде путем введения щелочной пропиточной текучей среды, предпочтительно, варочной текучей среды (черный щелок), которая выводится в секцию грубой очистки SC2 в последующем варочном котле 6, и с возможным введением белого щелока и/или других щелочных фильтратов.
Щепу подают с традиционным контролем уровня щепы CHLEV, который устанавливается выше уровня текучей среды LIQLEV.
Уровень остаточной щелочи в выводимом черном щелоке обычно находится в интервале 8-25 г/л. Количества черного щелока и других щелочных текучих сред, которые вводятся в сосуд 3 обработки, контролируются датчиком 20 уровня, который регулирует, по меньшей мере, один из клапанов потока в линиях 40/41. Указанная щелочная пропитывающая текучая среда позволяет нейтрализовать древесную кислотность в щепе и получить пропитку сульфидобогащенной (HS) текучей средой. Отработанная пропиточная текучая среда с уровнем остаточной щелочи приблизительно 0-8 г/л, предпочтительно, 2-5 г/л, выводится из сосуда 3 обработки через выпускную секцию SC3 грубой очистки и направляется в способ REC регенерации. При необходимости также белый щелок WL может быть введен в сосуд 3, как показано, например, на фигуре линией 41. Конкретный уровень остаточной щелочи зависит от типа используемой древесины, хвойной или лиственной, и распределения щелочных веществ, которое устанавливается в способе варки.
В том случае, когда используется древесный исходный материал, который легко пропитывается и нейтрализуется, например древесный исходный материал в форме дробленой древесины или древесной щепы очень небольших размеров, для которых пропитка является быстрой, сосуд 3 в предельном случае может представлять собой простой желоб с диаметром, который по существу соответствует диаметру ковшеобразного выпуска 10 в днище сосуда. Необходимое время удерживания в сосуде определяется тем, что древесина должна стать так хорошо пропитанной, чтобы она стекала в свободной варочной текучей среде.
После того, как щепа обрабатывается в сосуде 3, она выводится из днища сосуда, где также расположен традиционный донный скребок 4, приводимый в действие двигателем М1.
Щепа подается в варочный котел с помощью, по меньшей мере, одного насоса, где здесь показаны два насоса 12а, 12b, работающие параллельно, которые насосы соединены с ковшеобразным выпуском 10 в днище сосуда. Ковшеобразный выпуск 10 имеет верхний впуск, цилиндрическую крышку и днище. Насосы соединены с цилиндрической крышкой.
Для облегчения подачи насосом смеси щепы щепа формуется в суспензию в сосуде 3 для того, чтобы образовать суспензию щепы, где сосуд питания текучей среды размещается с помощью линий 40/41 и регулируется регулятором 20 уровня, который устанавливает уровень LIQLEV текучей среды в сосуде и выше уровня насоса, по меньшей мере, на 10 м, предпочтительно, по меньшей мере, 15 м, и даже более предпочтительно, по меньшей мере, 20 м. Таким образом, на впуске насосов 12а, 12b устанавливается высокое статическое давление, так что один единственный насос может управлять созданием давления и продвигать суспензию щепы в верхнюю часть варочного котла без возникновения кавитации в насосе. Верхняя часть варочного котла обычно располагается, по меньшей мере, на 50 м выше уровня насоса, часто на 60-75 м выше уровня насоса, когда как в то же самое время давление 3-10 бар (300-1000 кПа) устанавливается в верхней части варочного котла.
Для того, чтобы облегчить дополнительно производительное питание насосов, в ковшеобразном выпуске устанавливается мешалка 11. Предпочтительно, мешалка 11 размещается на том же валу, что и донный скребок, и приводится в действие двигателем М1. Мешалка имеет, по меньшей мере, две лопасти, которые простираются поверх выпусков насоса, расположенных в крышке ковшеобразного выпуска. Предпочтительно, разбавление размещается в ковшеобразном выпуске, которое разбавление может иметь место через выпуск разбавления (не показано на чертеже), соединенный с крышкой на верхнем краю.
На фиг.2 схематически показано, как единственный насос 12а может быть соединен с цилиндрической крышкой выпуска согласно настоящему изобретению, и как мешалка 11 может быть обеспечена четырьмя лопастями. Выход из ковшеобразного выпуска 10 образует первую трубу, которая проходит концентрически со второй окружающей трубой с большим диаметром, и в зазор между указанными трубами вводится текучая среда Liq.
На фиг.3 схематически показано, как параллельная подача двумя насосами 12а, 12b может быть соединена с цилиндрической крышкой выпуска согласно настоящему изобретению.
На фиг.4 показано более подробно, как соединение между цилиндрической крышкой 10 выпуска и насосом 12а сконструировано согласно настоящему изобретению. Первая внутренняя труба 30 соединена своим левым концом с цилиндрической крышкой выпуска и заходит на некоторое расстояние D во вторую окружающую трубу 31, которая имеет больший диаметр. Внутренняя труба 30, таким образом, расположена концентрически с окружающей трубой 31. Окружающая труба 31 соединена на ее левом конце с торцевой пластиной 35, показанной на фиг.5, и расположена с образованием уплотнения с первой внутренней трубой 30 с помощью набивочного уплотнения 34 или ниже конструкции. Такая точка соединения между трубами 30, 31 позволяет соединению допускать некоторую несоосность между трубами. Ряд форсунок 32 размещен в торцевой пластине 35, через эти форсунки можно вводить текучую среду Liq в пространство, которое образуется расстоянием D между трубами 30, 31. Таким образом, можно создать цилиндрическую пленку текучей среды LL вокруг потока пульпы PF, эта пленка выходит из конца внутренней трубы на расстоянии от насоса 12а.
Тонкоизмельченный целлюлозный материал был предварительно формован в суспензию и подан в стержневидный поток PF целлюлозного материала к насосу 12а.
На фиг.6 показан альтернативный вариант по отношению к варианту, показанному на фиг.4. Отличие в данном случае состоит в том, что единственная линия 32b введения текучей среды расположена на второй окружающей трубе 31, и где первая распределительная камера 36а образуется между внутренней трубой 30 и наружной трубой 31, смежной с торцевой пластиной 35. После линии 32b введения может быть расположена дроссельная шайба 37, как показано на чертеже, для того, чтобы установить одинаковое падение давления вокруг периферии от первой части 36а камеры 36 распределения в направлении к впуску насоса. Дроссельная шайба 37 может иметь наибольшую высоту смежно с позицией линии 32b введения и затем постепенно снижает свою высоту до нулевой на стороне, противоположной к позиции линии 32b введения, т.е. на нижней части чертежа. Можно также таким образом создать цилиндрическую пленку текучей среды LL вокруг потока пульпы PF, эта пленка выходит из конца внутренней трубы на расстоянии от насоса 12а.
Тонкоизмельченный целлюлозный материал был предварительно формован в суспензию и подан в стержневидный поток PF целлюлозного материала к насосу 12а.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами: некоторые варианты являются возможными в объеме приложенной формулы изобретения. Можно, например, иметь насосы в количестве более одного, расположенные последовательно по отношению к первому насосу.
1. Система подачи насосом тонкоизмельченного целлюлозного материала в варочный котел (6) непрерывного действия, в которой целлюлозный материал непрерывно подается в верхнюю часть варочного котла и после делигнификации в варочном котле выводится из днища варочного котла, отличающаяся тем, что тонкоизмельченный целлюлозный материал образует суспензию в, по меньшей мере, первом сосуде (3), из которого суспендированный целлюлозный материал выводится по первой выпускной трубе (30), которая имеет первый внутренний диаметр и которая расположена в днище первого сосуда, и тем, что вторая выпускная труба (31), которая имеет второй внутренний диаметр, концентрически окружает первую выпускную трубу и образует камеру (36) вокруг первой выпускной трубы, эта камера (36) соединена с торцевой стенкой (35) в первом сосуде вблизи ее конца и имеет отверстие (37) на противоположном конце, и где вторая выпускная труба соединена с впуском насоса (12а), и где камера обеспечена впусками для непрерывного введения текучей среды (Liq) в камеру.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что вторая выпускная труба (31) перекрывает первую выпускную трубу (30) вдоль участка (D), который определяет осевую длину камеры.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что камера (36) обеспечена распределительным устройством (32) для введения текучей среды в ряде позиций вокруг периферии камеры (36).
4. Система по п.3, отличающаяся тем, что распределительное устройство состоит из ряда впусков (32), распределенных вокруг периферии торцевой стенки.
5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что вторая выпускная труба (31) имеет внутренний диаметр, который является больше внутреннего диаметра первой выпускной трубы (30), так что камера имеет толщину, которая находится в интервале 1-20 см.
6. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что торцевая стенка (35) прикреплена к одной из труб (30, 31) и соединена со второй трубой таким образом, что образует уплотнение путем эластичного уплотнения (34), предпочтительно набивочного уплотнения.
7. Способ подачи насосом тонкоизмельченного целлюлозного материала в варочный котел (6) непрерывного действия, в котором целлюлозный материал непрерывно подается в верхнюю часть варочного котла и после делигнификации в варочном котле выводится из днища варочного котла, отличающийся тем, что тонкоизмельченный целлюлозный материал образует суспензию в, по меньшей мере, первом сосуде и подается в стержневидном потоке (PF) целлюлозного материала к насосу (12а), и тем, что текучая среда вводится в форме цилиндрической пленки текучей среды (LL) вокруг стержневидного потока (PF) целлюлозного материала до того, как стержневидный поток целлюлозного материала достигает впуска в насос.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что введение текучей среды имеет место таким образом, что толщина (h) цилиндрической пленки текучей среды (LL) находится в интервале 1-20 см, и тем, что указанная пленка текучей среды сохраняется окружающей стержневидный поток целлюлозного материала до впуска насоса.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что введение текучей среды имеет место таким образом, что давление, созданное в пленке текучей среды, является равным или больше давления в стержневидном потоке (PF) целлюлозного материала.
