CN102037182B - 用于连续蒸煮器的包括并联的泵的供给系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于连续蒸煮器(6)的供给系统，其中，至少两个泵(12a，12b)被并联设置在预处理容器(3)的底部，由此来自泵的出口在共同的输送管线通到蒸煮器的顶部之前在至少一个汇合点(16)合并。本发明能够提供一种供给系统，其具有更高的可及度和操作可靠性，并且即使当产量减小时大部分泵也能够以最佳效率运转。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于连续蒸煮器的供给系统，其中，木片被连续地供给到所述蒸煮器的顶部并从所述蒸煮器的底部排出，在所述连续蒸煮器中蒸煮木片以生产纤维素纸浆。
背景技术
在用于连续蒸煮器的旧式传统供给系统中，已将高压星形给料器用作对木片浆液加压并使木片浆液输送到蒸煮器顶部的流槽给料器(sluice feeder)。
纸浆手册(Herbert Sixta，2006)在第381页披露了这种使用高压星形给料器(高压给料器)进行的供给。这种供给的主要优点在于，木片流无需经过泵，取而代之由液压输送。同时，可在进入和离开蒸煮器的输送循环中保持高压而不会损失压力。然而，该系统有一些缺点：高压星形给料器易受磨损，且必须进行调整以使从高压循环到低压循环的泄漏流最小化。另一缺点是：在输送过程中必须保持低温，以使得输送中不会产生与蒸汽内爆(steam implosion)有关的爆炸声。
早在1957年，US2803540披露了一种用于连续木片蒸煮器的供给系统，其将木片从浸渍容器泵送到蒸煮器，在蒸煮器中以蒸汽环境蒸煮木片。其中，将一部分蒸煮液体注入泵，以实现10％的可泵送黏稠度。然而，该蒸煮器被设计用于每天150至300吨纸浆的小规模产量(见第7栏第35行)。
另外，1959年US2876098披露了一种没有高压星形给料器的用于连续木片蒸煮器的供给系统。其中，木片在被泵送到蒸煮器顶部之前悬浮在混合液中。泵装置被设置在蒸煮器下方，并且泵轴还配备有涡轮机，在所述涡轮机中使加压的黑液减压以减少所需的泵送功率。
1967年US3303088也披露了一种没有高压星形给料器的用于连续木片蒸煮器的供给系统，其中首先在蒸汽容器中蒸煮木片，随后使木片悬浮在容器中，之后将木片悬浮物泵送到蒸煮器的顶部。
1971年US3586600披露了另一种用于连续蒸煮器的供给系统，其被设计为主要用于精细木材。其中同样没有使用高压星形给料器，用泵26使木材经由上游浸渍容器供给到蒸煮器的顶部。
在EP157279中也披露了将精细木材泵送到连续蒸煮器的顶部的类似供给系统。
从50年代末到70年代初，蒸煮器系统的这些实施例的典型情况是：这些蒸煮器系统均被设计用于每天大约100至300吨纸浆的有限产量的小型蒸煮器壳体。
US5744004披露了将木片供给到蒸煮器的供给系统的变型方案，其中经由一系列的泵将木片混合物供给到蒸煮器中。其中使用的是所谓DISCFLOTM泵。该系统的缺点在于，这种泵的泵送效率通常非常低。
前面提到的纸浆手册在382页还披露了被称作TurboFeedTM的、木片混合物的替代性泵供给系统。其中将三个泵串联使用，以将木片混合物供给到蒸煮器。这种供给系统已经通过专利US5753075、US6106668、US6325890、US6336993以及US6551462获得专利权；然而在多数情况下，例如US3303088并未被考虑。
US5753075涉及从蒸汽容器到处理容器的泵送系统。
US6106668具体涉及在泵送过程中添加AQ/PS。
US6325890涉及至少两个串联的泵，并且将这些泵设置在地面上。
US6336993涉及具体的溶液，其中添加有化学剂以溶解木片中的金属，且随后在每个泵之后滤出液体，从而减少泵送的木片中的金属含量。
US6551462主要涉及已被US3303088披露的系统。
上述具有多个串联的泵的系统的主要缺点是可及度(accessibility)有限。如果一个泵发生故障，则整个蒸煮器系统会停止。在具有三个泵串联并且每个泵的正常可及度为0.95的情况下，整个系统的可及度仅为0.86(0.95×0.95×0.95＝0.86)。
如今，日产量超过4000吨的新式连续蒸煮器使用的是50-75米高的蒸煮器，其中在汽态蒸煮器的情况下，蒸煮器的顶部形成有3-8巴的表压，或者在液力式蒸煮器的情况下形成有5-20巴的表压。这种连续蒸煮器系统被设计为，在大部分运转时间内，通常在80％-95％以上的运作时间内，连续蒸煮器系统以额定产量运转，由此就运转成本而言，有必要使泵对于额定产量达到 最佳。
产量约为3000吨、供给系统采用所谓“TurboFeedTM”技术的典型蒸煮器系统需要大约800kW的泵送功率。显然，这些系统的泵必须以接近其额定排量的最佳效率运转。这种供给系统每24小时需要19,200千瓦时(kWh)(800×24)，每兆瓦时(MWh)的花费为50欧元，运转成本达到每24小时960欧元或每年336,000欧元。
该系统还必须能够保证在额定产量的50％至110％的范围内运转，由此对供给系统提出了很高的要求。
这意味着系统供给装置所提供的泵必须大到足以处理4000吨，但同时还可在2000至4400吨的范围内运转。这种以50％排量运转的泵远未达到最佳，但是在例如纤维生产线以后的环节出现暂时的产量问题的情况下，必须使泵至少能够临时性地以有限的排量运转。
如果该系统供给装置所提供的蒸煮器系统能够处理500-5000吨的额定产量，那么必须以多种不同泵尺寸来设计这些泵，以便使每个单独的设备都能够根据功率消耗和能量，以额定排量提供最佳输送。这使得泵非常昂贵，因为通常情况下受到极大限制的一组泵被制造成各种尺寸。为了能够达到适当缩短传输时间的要求，系统供给装置必须备有全部泵尺寸的泵，这是非常昂贵的。
即使当输送管线中的流量减少到额定流量的50％时，蒸煮器供给系统也应确保为蒸煮器顶部提供最佳供给。
这存在难度，因为输送管线中的流量应保持在临界值之上，如果速度变得过低，那么经过充分蒸煮的木片将倾向于逆着输送流的方向而下沉。
一种可在低速下使用的改善措施是在泵送之前添加稀释液，从而形成较低的木片浓度。然而，这种方法不节能，因为它迫使供给系统不必要地泵送大量的液体，由此增大了生产单位纸浆所需的泵送功率。
各个泵都具有预期运转的规划点(最佳效率点/“BEP”)。在该“BEP”，就离心泵而言，振动引起的损耗和摩擦损耗最小，并进而使得泵效率在该点达到最大。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种改进的木片供给系统，其中能够在蒸煮器设计产量附近的更宽范围内实现最佳输送。
本发明的其它的目的是：
提高供给系统的效率；
提高可及度
降低每泵送单位木片的运转成本；
不管产量级别，在泵送过程中保持木片浓度恒定；
有限范围的泵尺寸，能够满足宽范围的蒸煮器产量；
维护简化；
与具有高压星形给料器或多个串联的泵的供给系统相比，安装成本有所降低；
上述目的可通过根据权利要求1特征部分的供给系统来实现。
附图说明
图1示出了没有顶部分离器的蒸煮器的供给系统的第一系统方案；
图2示出了没有顶部分离器的蒸煮器的供给系统的第一系统方案；
图3至图6示出了将泵附接到预处理容器出口的不同方式；
图7示出了图1和图2的系统中来自各个泵的输送管线可以如何合并，以形成一个单独的输送管线，
图8示出了图1和图2的系统中的来自各个泵的输送管线如何合并在一起以形成一个单独的输送管线，
图9示出了图1和图2的系统中来自各个泵的输送管线可以如何合并，以形成一个单独的输送管线。
具体实施方式
在以下详细描述中，将使用短语“用于连续蒸煮器的供给系统”。“供给系统”在此表示的是将来自低压木片处理系统的木片供给到蒸煮器的系统，所述低压木片处理系统通常具有2巴的表压而正常情况下为大气压，在所述蒸煮器中，木片处于高压之下，在汽态蒸煮器的情况下通常为3-8巴之间，或者在液力式蒸煮器的情况下为5-20巴之间。
尽管优选实施例是以汽态蒸煮器为例示出的，但术语“连续蒸煮器”在此表示的是汽态蒸煮器或液力式蒸煮器。
一个基本概念是：供给系统包括至少两个并联的泵，但优选甚至包括三个、四个或五个并联的泵。已经示出，单个泵就能够将木片悬浮物供给到加压的蒸煮器，因此，可以将具有二至四个串联泵的传统高压星形给料器或复杂供给系统排除在外。
以传统方式将泵设置在处于地平面的地基上，以便于提供服务。
通过上述方案，可提供日产量为750到6000吨纸浆的蒸煮器供给系统，而且泵的尺寸不多。这是非常重要的，因为供给较高浓度木片的这些泵相对于应用场合是非常特殊的，并且每天能够处理4000-6000吨纸浆产量的泵都非常巨大，每年仅制造有限系列的几个泵。因此，这些泵的成本构成蒸煮器系统运行的全部成本的一大部分。
下面的表格示出了如何通过仅仅两种泵尺寸来满足750-6000吨产量范围的实例，所述两种泵尺寸分别被优化用于每天750吨纸浆和1500吨纸浆。
泵安排(×单元*＝1：替代方案的数量)
该表格清楚地示出了根据本发明的构想，如何通过仅仅两种优化的泵尺寸，并使用安装在小型蒸煮器系统中的产量小于750吨的单个泵装置来满足1500-6000吨的产量。目前，新型安装装置中极少使用产量为750吨的连续蒸煮器，因为对于这种产量而言，间歇蒸煮器系统通常更具有竞争力。在仍 然使用具有高压星形给料器的昂贵供给系统的地方，低产量的旧式蒸煮器系统存在一定的售后市场。
第一实施例
图1示出了具有至少两个并联的泵的供给系统的实施例。通过传送带1将木片供给到被设置于常压处理容器3顶部的木片缓冲器2。在该容器中，通过添加碱性浸渍液来形成最低液面LIQLEV，所述碱性浸渍液优选为从后面的蒸煮器6的过滤器滤网SC2中提取的蒸煮液(黑液)，也可以通过添加白液和/或另一种碱性滤液来形成最低液面LIQLEV。
通过对木片高度CHLEV的正常控制来供给木片，所形成的木片高度CHLEV在液面LIQLEV以上。
黑液中的剩余碱含量通常在8-20g/l之间。
被添加到处理容器3中的黑液和其它碱性液体的量是通过液面传感器20加以调节的，所述液面传感器20控制着管线40/41中的至少一个流量阀。利用这种碱性浸渍液，木片中的木材酸度可被中和并且木片被富含硫化物(HS-)的液体浸渍。用过的浸渍液(其剩余碱含量大约为2-5g/l、优选为5-8g/l)经由回收过滤器SC3从处理容器3中被取出，然后被送到回收处REC。如图所示，如果需要的话，也可经由管线41将白液WL添加到容器3。实际的剩余碱含量取决于所用木材的类型、即软木或硬木，以及蒸煮器中形成的碱分布情况。
在使用易于浸渍和中和的原木材料(例如尺寸很薄并且浸渍时间短的诸如细木条或木片之类原木材料)的情况下，极端情况的容器3可以是直径与容器底部的桶形出口10基本一致的简易喷口。所需的保留在容器中的时间取决于木材得到良好的浸渍以致沉没在蒸煮液中所花费的时间。
在容器3中对木片进行处理之后，在马达M1的驱动下，将木片从容器底部排出，所述容器底部还设有传统对底部刮板4。
根据本发明，木片经由至少两个并联的泵12a、12b被供给到蒸煮器，并且这些泵被连接到位于容器底部的桶形出口10。桶形出口10具有上部入口、圆筒形罩面以及底部。泵被连接到圆筒形罩面。
为了便于泵送木片混合物，使木片悬浮在容器3中以形成木片悬浮物，该容器中经由管线40/41设有流体供给源，该流体供给源由液面传感器20 控制，所述液面传感器20确定容器中的液面LIQLEV，而该液面LIQLEV处于泵的高度上方至少10米，优选为至少15米，并且甚至更优选为至少20米。由此，在入口中对泵12a和12b形成静态高压，使得一个单独的泵就能够对木片悬浮物加压并将其输送到蒸煮器的顶部，而泵不会产生汽蚀。蒸煮器的顶部典型地被设置在泵的高度上方至少50米处，通常在泵的高度上方60-75米处，同时蒸煮器的顶部形成有5至10巴的压力。
为了进一步方便对泵进行供给，在桶形出口10中设置搅拌器11。搅拌器11优选被设置在与底部刮板相同的轴上并由马达M1驱动。该搅拌器具有至少两个刮臂，所述刮臂在设于桶形出口的罩面内的泵出口上扫动。优选地，在桶形出口中布置有稀释部，该稀释部可通过连接到上述罩面的上边缘的稀释液出口(未示出)来实现。
图3至图6示出了多个泵12a-12d可以如何连接到出口的圆筒形罩面以及搅拌器11可以如何装配多达四个刮臂。优选地，这些泵可围绕出口圆筒形罩面被对称地设置，而且如果连接有四个泵，则这四个泵以各出口之间相距90°的方式分布于水平平面中(如果连接有三个泵，则为120°，如果连接两个泵，则为180°)。这种方式可避免容器底部和地基上的载荷分配不均匀。在实践中，出口10的罩面与泵入口之间还设有截止阀(未示出)，并且截止阀直接位于泵之后，从而如果在其它泵继续运转期间准备对一个泵进行更换的情况下，可以截止经由这个泵的流动。
在图1中，通过泵12a、12b将木片经由输送管线的第一段13a、13b供给到蒸煮器的顶部，并且输送管线的来自至少两个泵的第一段在汇合点16合并，以使输送管线的第二段在通向蒸煮器的顶部之前形成合并的第二段13ab。为了便于供给，供给管线15也被连接到汇合点16。在该实施例中，从管线41中取出黑液并可用泵14对黑液加压。然而，由于黑液已达到全负荷蒸煮器压力，所以对液体加压的需要有限。
来自输送管线的多余液体在经由管线40被导回之前由过滤器SC1滤出。
蒸煮器6可配有多个蒸煮器循环部，并将白液添加到蒸煮器的顶部或蒸煮器的添加流路(未示出)。图中示出了经由过滤器SC2对蒸煮液进行的回收。从过滤器SC2提取出的蒸煮液称为黑液，且其含有的剩余碱量高于正常情况下直接被送去回收和正常情况下在蒸煮器中进一步向下滤出的黑液中 含有的剩余碱量。蒸煮过的木片P随后在传统的底部刮板7和蒸煮压力的帮助下将从蒸煮器的底部送出。
第二实施例
图2示出了传统的顶部分离器51被设置在蒸煮器顶部的替代性实施例。输送管线的来自至少两个泵12a、12b的第一段13a、13b在汇合点16合并，以使输送管线的另一段在被引导到蒸煮器的顶部之前形成合并的第二段13ab。为了便于供给，供给管线15也被连接到汇合点16。在该实施例中，从管线41中取出黑液并可用泵14对黑液加压。然而，由于黑液已达到全负荷蒸煮器压力，所以对液体加压的需要有限。
输送管线13ab通到顶部分离器的底部；在所述顶部分离器中，通过马达M3的驱动，螺旋进料器52在脱水过程中驱动木片浆顶着顶部分离器的回收滤网SC1向上。多余的液体被收集在回收空间51中。
随后，排出的木片将以传统方式从分离器的上部出口被送出并下落到蒸煮器中。
从顶部分离器51排出的液体经由管线40被导回到处理容器3，并优选可被添加到处理容器的底部，以便于在稀释液的作用下排出。
该实施例的其余部分与图1中所示的蒸煮器壳体相对应。
该系统的全部其它特征部分与图2中所示的系统相对应。
第二实施例以及第一实施例的优点在于：可独立地关闭各个泵，同时其余的泵可继续以最佳效率进行泵送并且不需要改变供给系统本身。
图7示出了在使用四个泵12a至12d的情况下，第一和第二实施例中都使用的供给管线15a、15b可以如何连接到汇合点16′。这种附加方案的优点在于：能够确保第二段13ac/13bd中的汇合流动和输送管线的最后第三段13abcd中在汇合点16″之后的汇合流动的最佳速度。
流到蒸煮器的速率大大超出1.5-2m/s是至关重要的，为的是使得液流中的木片不会沿着供应液体下沉而导致输送管线堵塞。输送管线中的流动最好保持在4-7m/s之间以确保将木片输送到蒸煮器的顶部。
比如，如果泵12a由于检修或所需要的产量减少而关闭，则可增大附加管线15a中的流量，以保持第二段13ac中的流量。
在这些用于输送木片悬浮物的合并的管线系统中，有利的是，汇合点16、 16′、16″之后的管线的流道截面等于或大于流入管线的流道截面总和，以免输送管线中出现压力损失。流道面积A的适用方程可为：
A13bd≥(A13d+A13b)，以及
A13abcd≥(A13bd+A13ac)。
在第一段的比如直径为100mm的输送管线中，形成5m/s的流速；如果直径为100mm的两条管线合并的第二段具有150mm的直径，则形成4.4m/s的流速。在直径为150mm的两条这种管线在之后合并成直径为250mm的第三段的情况下，则可形成3.18m/s的流速。所有这些流速都与临界最低流速有一定差距。
供给管线15a、15b还可具有直接位于各个泵出口之后的连接部，以使得泵与汇合点之间的管线在该泵关闭或该泵以减产方式运转的期间内保持被冲刷状态。在泵之前、比如在泵的吸入侧或容器3的底部，还可以使额外添加的流体与木片悬浮物的进一步稀释液相混合。
图8示出了来自泵的管线13a-13d可以被如何合并，以形成一个单独的输送管线13abcd的第二实施例的剖视图。在此，稀释液体的供给管线15构成输送管线的朝向蒸煮器顶部的竖直部，并且来自各个泵的各条管线13a、13b、13c、13d在不同的高度上一个接一个被相继连接到输送管线的该竖直部。在各个添加位置，将木片流添加到输送管线中直径增大的锥形部。如虚线标出的替代管线13bALT/13dALT所示，来自泵的连接部可替代性地从输送管线的一侧移到另一侧。
图9示出了来自泵的管线13a-13d可以被如何合并，以形成一个单独的输送管线13abcd的第三实施例的剖视图。在此，稀释液体的供给管线15构成输送管线的朝向蒸煮器顶部的竖直部，并且来自各个泵的各条管线13a、13b、13c、13d在相同的高度上被连接到输送管线的该竖直部。优选地，木片流的添加位置被设置在输送管线中直径增大的锥形部；而且各条连接的管线是向上取向的，并相对于竖直方向以20-70度范围间的角度倾斜。图中仅示出了连接部13a、13b、13c，因为连接部13d位于该视图中被去掉的部分。
本发明不局限于上述实施例。可在所附权利要求的范围内进行更多的更改。在图1所示的实施例中，在一些输送过程中相应的生产量需要液体较少的应用场合下，优选在蒸煮具有较高松厚密度的木材、比如硬木(HW)的 场合，可省略例如过滤器SC1和返回管线40。
在使用易于浸渍和中和的原木材料，例如尺寸很薄并且浸渍时间短的诸如针木片或木片的原木材料的情况下，在极端情况的容器3可以是直径与容器底部的桶形出口10的直径基本上一致的简易喷口。
如果供给到容器3的木片已得到充分蒸煮，则液面LIQLEV可形成在木片高度CHLEV以上。在所示实施例中，容器3中使用的是碱预处理，但是也可以采用预处理包括酸预水解这样的工艺。
Claims (10)
1.用于连续蒸煮器(6)的供给系统，其中，木片被连续地供给到所述蒸煮器的顶部并从所述蒸煮器的底部排出，其特征在于，将要被供给到所述蒸煮器的顶部的木片悬浮在容器(3)中而形成木片悬浮物，至少两个泵(12a、12b)被并联连接到所述容器的底部；其中，各个泵经由输送管线的第一段将所述木片悬浮物泵送到所述蒸煮器的顶部；并且所述输送管线的来自至少两个泵的所述第一段在汇合点(16)合并，以使所述输送管线的第二段在通向所述蒸煮器的顶部之前形成合并的第二段，而且稀释管线(15)被连接到所述汇合点(16)。
2.根据权利要求1所述的供给系统，其特征在于，至少三个泵(12a、12b、12c)被并联连接到所述容器的底部。
3.根据权利要求2所述的供给系统，其特征在于，至少四个泵(12a、12b、12c、12d)被并联连接到所述容器的底部。
4.根据权利要求2或3所述的供给系统，其特征在于，所述输送管线的来自至少两个泵(12a、12b)的至少第二段与所述输送管线的来自其它泵中的至少一个泵(12c、12d)的另一段在汇合点(16″)合并，以使所述输送管线的第三段在通向所述蒸煮器的顶部之前形成合并的第三段。
5.根据权利要求1所述的供给系统，其特征在于，所述泵被对称地连接到所述容器的底部。
6.根据权利要求1所述的供给系统，其特征在于，在所述容器(3)中，设有由液面传感器(20)控制的、用于添加流体的供给管线(41)；所述液面传感器(20)确定至少10米的液面(LIQLEV)。
7.根据权利要求6所述的供给系统，其特征在于，所述液面传感器(20)确定至少15米的液面(LIQLEV)。
8.根据权利要求7所述的供给系统，其特征在于，所述液面传感器(20)确定至少20米的液面(LIQLEV)。
9.根据权利要求1所述的供给系统，其特征在于，所述输送管线的进入所述蒸煮器的出口直接通向所述蒸煮器的顶部，由此使得所述木片悬浮物下落到所述蒸煮器的顶部内。
10.根据权利要求1所述的供给系统，其特征在于，所述容器的底部被连接到桶形出口(10)，所述桶形出口具有上部入口、圆筒形罩面以及底部；其中，至少两个并联的泵(12a，12b)的入口被连接到所述圆筒形罩面，所述泵的出口被连接到通向所述蒸煮器的顶部的输送管线；并且其中，搅拌器(11)被设置为在所述桶形出口中旋转，其中所述搅拌器具有至少两个刮臂，所述刮臂在设于所述桶形出口的罩面内的所述泵的入口上方扫动。
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