CN112176752A - 高卸料浓度热分散机及其电机功率和卸料量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高卸料浓度热分散机，该高卸料浓度热分散机的热分散区(2)的出口的下游布置有卸料量调节限定装置(3)，所述卸料量调节限定装置被设计为适于对来自所述热分散区(2)的高浓度浆料进行限流，以通过被限流的所述高浓度浆料向上游对所述热分散区(2)的反作用来稳定所述热分散区(2)的卸料量并进而稳定所述热分散区(2)的电机功率。本发明还涉及一种高卸料浓度热分散机的电机功率和卸料量的控制方法。

Description

高卸料浓度热分散机及其电机功率和卸料量的控制方法

技术领域

本发明涉及一种高卸料浓度热分散机。本发明还涉及高卸料浓度热分散机的电机功率和卸料量的的控制方法。

背景技术

废纸浆又称二次纤维或者回收浆，它是利用废旧纸张如旧报纸、旧书刊、旧打印复印纸张、旧牛皮纸袋、包装箱等作为原材料，经过碎解、除杂、脱墨、洗涤、浓缩、热分散等工序，将废纸变成纸浆，并进一步将纸浆在纸机上抄造成纸张和纸板的过程。回收并利用废纸来制浆和造纸的工艺和过程是整个造纸工业中的重要组成部分，其变废为宝的理念绿色且环保。

热分散机是废纸回收制浆线中必要的核心设备，例如应用于废纸脱墨制浆(DIP)和废旧箱板纸制浆(OCC)生产线。

废纸本身会携带大量胶粘剂(如书本封边胶，纸箱封箱胶带等)、石蜡、油脂和细小的微尘和砂粒等杂质，这类杂质在制浆造纸行业中被称为胶粘物和尘埃，它们在制浆过程中会变的异常微小而难以去除，而这些杂质的残留和沉积、尤其是胶粘物，会随着纸浆进入纸机，并在纸张抄造过程中造成纸页黏缸、纸张破洞、断纸等生产和设备问题，还会引起纸张成品的洁净度差、品质降级等一系列问题，所以胶粘物去除的多寡直接影响整台纸机的运行效率和纸张的成品质量。传统的废纸制浆系统中对于胶粘物和尘埃杂质的去除主要依靠筛选、除砂器和热分散机，筛选和除砂器都是利用机械原理将胶粘物和尘埃等杂质进行拦截或分离，进而从浆料中去除。

热分散机是在较高的浆料浓度(25％～32％)和高温(90～110oC)条件下，利用一副高速旋转的金属齿盘(分别称为动盘和静盘)对通过齿盘区域之间的浆料进行强烈的机械摩擦、剪切和揉搓作用，在这种强机械力作用下，浆料中的胶粘物等热熔物质和尘埃等细小杂质得到充分破碎和分散，并最终被分散成肉眼看不见的微粒，均匀的混于纤维中间，不对纸机的运行造成负面影响，且在纸张成品中不易被察觉且不引起品质问题。

在脱墨制浆的应用中，一部分附着在浆料和纤维上的油墨颗粒，尤其是激光打印的油墨颗粒，也会在热分散的作用下从纤维上得到剥离和分散，并在后续的二次浮选等工序中被进一步去除，同时，一些漂白化学品也会添加到热分散机或之前的喂料螺旋等设备中，经过热分散机的混合作用，漂白药品能被均匀的混入浆料中，并直接进入后续的漂白塔等保温槽罐中进行化学漂白反应，提高浆料的白度。

热分散机可根据卸料浓度的不同分为卸料浓度为5％～10％的低卸料浓度热分散和卸料浓度与进料相同、在25％～32％之间的高卸料浓度热分散，其卸料浓度的选择是按后续工艺流程的设定来确定的。低卸料浓度热分散和高卸料浓度热分散的进料浓度一样，均在25％～32％之间，即通过齿盘分散的浆料都是高浓度的，以保证机械分散作用的强度。在工程上，纸浆浓度7％以下时具有较好的流动性，大于7％时则具有明显的黏弹性质。在高剪切力场，由于高强剪切应力的应用，纸浆可被“流体化”，可用特制的湍流离心式中浓浆泵进行输送，但浓度大约15％的纸浆目前还无法实现流体化，因而只能用容积式高浓浆泵或者螺旋输送机进行输送。现有技术中没有阀门可以适用于本发明涉及的25％～32％的卸料浓度，因为这种浓度的浆料已近固体或颗粒状，浆料在输运过程中就像一个柱塞，完全不具有流动性，因此无法使用管道输送和用阀门控制其输送量。

低卸料浓度热分散机在齿盘区域外侧或者说在热分散机的腔体上设置有稀释水管道，通过加入稀释水，可立即将热分散后的高浓度浆料稀释到5％～10％的浓度，并由热分散卸料出口的管道和控制阀门流入后续的设备或储槽中。在低卸料浓度热分散出口的管道上设置的控制阀门(一般是气动的或电动的，开度可调节的阀门)，用于控制低卸料浓度热分散的卸料量和压力。

高卸料浓度热分散的进料浓度和出料浓度保持一致，且不设置稀释水管来稀释卸料浓度。这是因为在高卸料浓度热分散机后会紧跟其他高浓度要求的处理工序，例如高浓氧化漂白工序等，这就需要保持浆料的高浓度，而不能被稀释。由于高浓度的浆料其物理性质与固体颗粒物相当，几乎没有任何流动性，所以高卸料浓度热分散的卸料口不可能像低卸料浓度热分散一样连接管道来卸料，否则管道会被高浓度的浆料堵塞。浆料的浓度和粘稠度达到一定程度时也难以顺畅地通过阀门。因此，高卸料浓度热分散的卸料方式是在热分散区域(热分散腔体)的下方设置敞口式的落料槽，分散后的高浓度浆料直接在重力的作用下通过落料槽掉入漂白塔或其他槽罐中做后续处理。

中国发明专利CN100567631C公开了一种用于造纸过程的盘式热分散方法及其装置与应用，该文献披露了一种盘式热分散装置，其中，与预分散器通过排料管相连接的立管设计成上大下小的形状，高浓浆料在此短暂停留，一方面消减来料的波动，使浆料进入热分散机9时流量稳定，另一方面为控制通过量创造条件。在此，该装置明确适用于高浓度浆料，但立管布置在热分散机的前端，通过让浆料停留在立管里实现对进料波动的克服，并不是布置在热分散机的后端用于控制卸料量。另外，在此，立管中的浆料应当是从预分散器的管路(有阀门)中掉落下来的，这里的预分散器并不是热分散机，这里也并没有阻挡浆料下落的部件。

中国实用新型专利CN205095673U公开了一种包装纸制备用连续式热分散机，中国实用新型专利CN201686885U公开了一种带自控制装置的热分散机，其中公开的热分散机都具有出料阀，调节出料阀门的大小，从而实现对出料阀的流量的调节，实现对浆料在热分散机主体内的停留时间的调节和控制。它们由于都是通过出料阀来控制浆料流量，因此可以认为它们所涉及的都是低卸料浓度的热分散机。

评判热分散机运行效果的主要技术参数是其驱动电机的吨浆能耗以及电机功率(kW)的稳定程度，前者等于电机运行功率千瓦(kW)除以热分散每小时的产量吨/小时(t/h)，单位是千瓦时/吨(kWh/t)。电机功率的大小与设备运行产量、浆料的浓度、以及动静齿盘之间的间隙(mm)相关。一般来说通过热分散机的产量(通过量)越大，浆料浓度越高，齿盘间隙值越小，则吨浆能耗越大，热分散效果越好。此外，如果热分散电机的功率始终保持稳定一致，则施加浆料的机械作用稳定均匀，经分散后的浆料品质也会均匀稳定，反之则浆料会受到不稳定的机械作用，获得不稳定的浆料品质。所以，热分散电机功率是否稳定也是判断热分散效果的一个重要依据和指标。

从工艺的角度来讲，热分散电机功率的稳定性则与产量、进料浓度、温度、齿盘间隙的稳定程度息息相关，只有各个工艺参数能保持稳定，热分散的电机功率才能随之稳定。在现有的技术和控制方法中，热分散机的电机功率稳定是通过调整和控制其进料产量、浓度等上述工艺参数来实现的，具体是通过控制和调节设置在热分散机之前的进料设备如浆泵、浓缩螺旋或其他浓缩设备、输送螺旋等传送设备的转速以及其他附属的管道(如进浆管道、稀释水管道和蒸汽管道)上的阀门开度来实现的，对现有的高卸料浓度热分散来说尤其是如此。

现有技术下，低卸料浓度热分散的卸料口也装有管道和控制阀门，可以通过控制该阀门的开度大小来控制热分散卸料出口的流量和压力，即便在进料量波动的情况下，仍然可以通过限制卸料量来在一定程度上稳定电机功率。而现有的高卸料浓度热分散的出口通常都是敞开和固定的，无法控制卸料口的通过量，因此在进料波动的情况下，无法通过控制其卸料量来稳定电机功率。

因此，现有的高卸料浓度热分散的产量和电机功率控制是通过对前置设备如喂料泵和各输料螺旋的转速的控制、以及对热分散齿盘间隙大小的调节来实现，而其出料量(或卸料量)是固定的，无法控制。因此，在工艺和性能上其有如下不足：一方面，当热分散的进料量小于其额定的卸料量时，由于卸料能力始终大于进料量，会出现热分散机动静齿盘之间的分散区域内的充料量欠饱和即无法充满，甚至出现瞬间排空的状况，进而造成热分散电机功率始终偏小，甚至瞬间极低的情况，不利于热分散效果的稳定发挥，被分散的浆料质量欠佳，且不稳定。另一方面，当进料量始终处于波动状态且无法稳定时，如波动量已超出前置设备的可调控范围，此时由于高卸料浓度热分散出口卸料量不受控，通过热分散区域的过浆量时多时少，不能保证分散区域始终被浆料充满，因而热分散电机功率也随之波动会时高时低，很难被稳定控制，因此热分散效果也是好是坏，不利于浆料品质的稳定。

因此，为克服高卸料浓度热分散机在实际生产应用中的的功率波动缺陷，需要对现有的高卸料浓度热分散机进行改进。

发明内容

针对于上述技术问题，本申请提供了一种高卸料浓度热分散机，其中，该高卸料浓度热分散机的热分散区的出口的下游布置有卸料量调节限定装置，所述卸料量调节限定装置被设计为适于对来自所述热分散区的高浓度浆料进行限流，以通过被限流的所述高浓度浆料向上游对所述热分散区的反作用来稳定所述热分散区的卸料量并进而稳定所述热分散区的电机功率。

优选的是，所述卸料量调节限定装置被设计为适于根据实时检测到的热分散区进料量对热分散区出口进行限流。

根据本发明的一种优选实施形式，所述卸料量调节限定装置包括用于减小浆料通过截面的挡板以及驱动所述挡板运动的驱动装置。优选的是，所述驱动装置是电动、气动、液压调节的或通过人力手动调节。

卸料量调节限定装置的挡板例如以可平动的方式与所述高卸料浓度热分散机的壳体相连接。替代的是，卸料量调节限定装置的挡板也能以可枢转的方式与所述高卸料浓度热分散机的壳体相连接。挡板无论是通过平动还是枢转都能够实现浆料通过面积的减小，从而使高浓度浆料受到挡板的阻力并将此阻力传递回热分散区域的动静齿盘之间的区域，最终达到热分散区域进料量与。显然，也可以考虑以平动和枢转相结合的方式设计挡板与所述高卸料浓度热分散机的壳体之间的连接关系。

用于减小浆料通过截面的若干挡板可以是一个，也可以是多个。优选的是，所述卸料量调节限定装置的驱动挡板运动的所述驱动装置包括与所述挡板相连的连杆和连杆驱动装置。替代的是，所述卸料量调节限定装置的驱动挡板运动的所述驱动装置包括与所述挡板相连的齿条和齿轮驱动装置。显然，在有多个挡板的情况下，尽管会增加系统设计的复杂性，亦可以考虑的是一部分挡板由连杆和连杆驱动装置驱动，而另一部分则由齿条和齿轮驱动装置驱动。应当理解，挡板设计并不拘泥于上述，任何能够调节浆料通过截面的挡板设计都是可行的。

在本发明的意义下，对于挡板，只需要它有减小浆料通过截面的能力，并不要求它能够完全闭合或密封地封闭。只需要它能够牢固连接热分散机壳体即可，因为这样就可以将被阻挡浆料的反作用传递回热分散区的动静齿盘内，并不需要它与热分散机壳体的连接是完全密封的。

根据本发明的另一方面，本申请还提供了一种高卸料浓度热分散机的电机功率和卸料量的控制方法，使用如上所述的高卸料浓度热分散机，其中，当所述高卸料浓度热分散机的热分散区进料量低于热分散区的卸料能力时，通过所述卸料量调节限定装置减小热分散区的卸料量，直至热分散区的卸料量和进料量一致；当所述高卸料浓度热分散机的热分散区进料量存在波动时，通过所述卸料量调节限定装置相应于所述波动增加或减小热分散区的卸料量，以使得热分散区的卸料量和进料量同步变化。

高浓热分散机实际运行的产能即进料量被提高或降低时(在设备额定产能范围内)，或因其它工艺、机械等原因引起热分散机产能波动时，可通过本方案介绍的卸料量控制装置来实时自动调整其卸料能力和卸料量，即通过实时自动调节由该装置所限定的开口面积来实现。而热分散机电机功率的变化情况又能反过来反映与该装置连接的热分散区域是否被浆料充满，若功率变化在一定范围内如5％以内，则可判定热分散区域已充满，并达到了稳定电机功率的目的。同时，所述限制装置的开口大小实时随产能(进料量)波动来自动调整，提高或降低，以匹配进料量的变化，以避免热分散电机功率过高或过低，最终实现对热分散机功率的稳定控制。

该卸料量调节和限定装置不能是普通的圆形或其它形状的管道或管状物和安装在管道上的普通控制阀门(通常是气动的或电动的阀门)，此类装置只适用于流体性质的浆料，即浆料浓度小于15％的浆料，而对于浓度高于15％的高浓浆料，即本发明所述的高浓度卸料的浓度适用范围(15％～35％)，则并不适用。

附图说明

图1示出了根据本发明的高卸料浓度热分散机的一种实施方式；

图2示出了根据本发明的高卸料浓度热分散机的另一种实施方式。

附图标记列表

1 壳体，2 热分散区，3 卸料量调节限定装置，

31 连杆，32 连杆驱动装置，33 挡板，

41 轨道，42 齿轮，43 齿轮驱动装置，44 挡板，45 齿条

具体实施方式

图1示出了根据本发明的高卸料浓度热分散机的第一实施例。高浓卸料热分散机的热分散区2的出口是敞开式的方形落料口(图中未示出开口形状)，在落料口的两侧或一侧分别设置一块挡板33，挡板33的一端以可枢转的方式连接在高卸料浓度热分散机的壳体1上，挡板33的一侧与可活动调节的连杆31连接，连杆31在连杆驱动装置32驱动下推入和拉出，驱动装置可以是气缸驱动、液压驱动、电力驱动或其它任何自动驱动方式，也可以是人力手动驱动。当连杆31被推入和拉出时，连杆31、连杆驱动装置32和挡板33共同组成了卸料量调节限定装置3。挡板和挡板之间，或挡板和落料口侧板之间的开口大小随之变小或变大，即开口的横截面积收缩或增大，进而使得通过该开口的浆料通过量随之变化。连杆活动的距离、挡板被设置的位置、及出料口横截面积大小的确定，由自动化控制系统和计算机根据控制程序来自动判断和执行，也可以由操作人员手工判断和执行。

图2示出了根据本发明的高卸料浓度热分散机的第二实施例。与图1所示技术方案的不同之处在于，设置在落料口两侧或一侧的活动挡板44被固定在预先设置的轨道41中，轨道41与铅垂线成一定角度，且此角度可随意调整。挡板44不与物料接触的一侧设置有齿条45，齿条45与一个中心固定的且可被驱动装置43驱动而旋转的齿轮42啮合，驱动装置43可以通过电机驱动，也可由其它任何形式的动能驱动。通过齿轮转动而改变挡板在轨道41中的位置，进而改变落料口的开口宽度和横截面积大小，最终实现对浆料通过量即热分散卸料量的调节和控制。在此实现方式中，驱动齿轮的转动量、挡板在轨道中的位置、以及落料口横截面积大小乃至最终卸料量大小的确定，由自动化控制系统和计算机根据控制程序来自动判断和执行，也可以由操作人员手工根据实际情况判断和执行。

在根据未图示的第三实施例中，还可以将一部分挡板如图1所示地设置为枢转结构，将另一部分挡板如图2所示地设置成滑动平移结构。

以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导任意组合和扩展上述各实施例而在本发明的精神和范围内做出更多的实施方式和应用。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种高卸料浓度热分散机，其特征在于，该高卸料浓度热分散机的热分散区(2)的出口的下游布置有卸料量调节限定装置(3)，所述卸料量调节限定装置被设计为适于对来自所述热分散区(2)的高浓度浆料进行限流，以通过被限流的所述高浓度浆料向上游对所述热分散区(2)的反作用来稳定所述热分散区(2)的卸料量并进而稳定所述热分散区(2)的电机功率。

2.根据权利要求1所述的高卸料浓度热分散机，其特征在于，所述卸料量调节限定装置(3)被设计为适于根据实时检测到的热分散区(2)进料量对热分散区(2)出口进行限流。

3.根据权利要求2所述的高卸料浓度热分散机，其特征在于，所述卸料量调节限定装置(3)包括用于减小浆料通过截面的若干挡板(33；44)以及驱动所述挡板(33；44)运动的驱动装置。

4.根据权利要求3所述的高卸料浓度热分散机，其特征在于，所述驱动装置是电动、气动、液压调节的或通过人力手动调节。

5.根据权利要求4所述的高卸料浓度热分散机，其特征在于，所述卸料量调节限定装置(3)的挡板(44)以可平动的方式与所述高卸料浓度热分散机的壳体(1)相连接。

6.根据权利要求4所述的高卸料浓度热分散机，其特征在于，所述卸料量调节限定装置(3)的挡板(33)以可枢转的方式与所述高卸料浓度热分散机的壳体(1)相连接。

7.根据权利要求5或6所述的高卸料浓度热分散机，其特征在于，所述卸料量调节限定装置(3)的驱动挡板运动的所述驱动装置包括与所述挡板相连的连杆(31)和连杆驱动装置(32)。

8.根据权利要求5或6所述的高卸料浓度热分散机，其特征在于，所述卸料量调节限定装置(3)的驱动挡板运动的所述驱动装置包括与所述挡板相连的齿条和齿轮驱动装置。

9.一种高卸料浓度热分散机的电机功率和卸料量的控制方法，使用根据权利要求1至8中任一项所述的高卸料浓度热分散机，其特征在于，

当所述高卸料浓度热分散机的热分散区(2)的进料量低于热分散区(2)的卸料能力时，通过所述卸料量调节限定装置(3)减小热分散区(2)的卸料量，直至热分散区(2)的卸料量和进料量一致；

当所述高卸料浓度热分散机的热分散区(2)的进料量存在波动时，通过所述卸料量调节限定装置(3)相应于所述波动增加或减小热分散区(2)的卸料量，以使得热分散区(2)的卸料量和进料量同步变化。

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