DE102009020949A1

DE102009020949A1 - Konstantteil

Info

Publication number: DE102009020949A1
Application number: DE102009020949A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mannes
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-18
Also published as: WO2010130493A1; BRPI1007639A2; DE202009018662U1; EP2430234A1; CN102421962A; CA2761661A1; US20120048495A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zuführung einer Faserstoffsuspension (1) zu mindestens einem Stoffauflauf (8) einer Papier- oder Kartonmaschine mit wenigstens einer Verdünnungseinrichtung (5), in der die Faserstoffsuspension (1) durch Vermischen einer Dickstoffsuspension (6) mit einer Verdünnungsflüssigkeit erzeugt wird, wobei die Verdünnungsflüssigkeit zumindest teilweise von Siebwasser (2) der Papier- oder Kartonmaschine gebildet, das Siebwasser (2) in mindestens einer offenen Rinne (3) vorentgast und anschließend über eine Entgasungsvorrichtung (4) in eine Verdünnungseinrichtung (5) geführt wird.
Dabei soll der Aufwand dadurch vermindert werden, dass die potentielle Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Rinne (3) nicht über der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Verdünnungseinrichtung (5) und der Druck am Auslauf der Entgasungsvorrichtung (4) zwischen -0,3 und 1 bar liegt oder dass die potentielle Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Rinne (3) über der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Verdünnungseinrichtung (5) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zuführung einer Faserstoffsuspension zu mindestens einem Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit wenigstens einer Verdünnungseinrichtung, in der die Faserstoffsuspension durch Vermischen einer Dickstoffsuspension mit einer Verdünnungsflüssigkeit erzeugt wird, wobei die Verdünnungsflüssigkeit zumindest teilweise von Siebwasser der Papier- oder Kartonmaschine gebildet, das Siebwasser in mindestens einer offenen Rinne vorentgast und anschließend über eine Entgasungsvorrichtung in eine Verdünnungseinrichtung geführt wird.
Derartige Verfahren werden zur Versorgung von Papier- oder Kartonmaschinen mit Faserstoffsuspension verwendet. Die dazu benötigten Stoffzuführsysteme sind grundsätzlich bekannt. Die zuzuführende Faserstoffsuspension erhält den größten Teil der Fasern aus einer in der Stoffaufbereitungsanlage bereitgestellten Dickstoffsuspension. Letztere weist z. B. eine typische Konsistenz zwischen 2,5 und 5% auf. Durch Zumischen von Verdünnungsflüssigkeit, insbesondere Siebwasser der Papiermaschine wird die Konsistenz auf einen Wert abgesenkt, der für den Betrieb des Stoffauflaufes der Papiermaschine günstig ist. Zwar ist das Siebwasser optimal für diese Verdünnungsaufgabe geeignet, Probleme gibt es aber wegen des hohen Gasgehaltes, wobei der überwiegende Teil Luft ist. Der größte Anteil dieser Gase entweicht sehr schnell, dagegen müssen die Restgase oft aufwändig entfernt werden. Andernfalls würde die Qualität des hergestellten Papiers unzulässig herabgesetzt. Bekannte Lösungen sind große Entgasungsbehälter, in denen durch Evakuieren ein ständiger Unterdruck gehalten wird, der dem Dampfdruck der zu entgasenden Suspension entspricht. In der DE 10 2004 051 327 wird daher eine Anordnung ähnlich dem Oberbegriff des Anspruch 1 vorgeschlagen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand bei derartigen Anordnungen zu senken.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die potentielle Energie der Faserstoffsuspension in der Rinne nicht über der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension in der Verdünnungseinrichtung und der Druck am Auslauf der Entgasungsvorrichtung zwischen –0,3 und 1 bar liegt oder dass die potentielle Energie der Faserstoffsuspension in der Rinne über der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension in der Verdünnungseinrichtung liegt.
Ist die potentielle Energie der Faserstoffsuspension in der Rinne höher als in der Verdünnungseinrichtung, so kann auf eine Pumpe zwischen den Aggregaten verzichtet werden, was den Aufwand erheblich mindert. Dabei bestimmt die Differenz der potentiellen Energie im Wesentlichen den Durchsatz an Faserstoffsuspension. Falls die Differenz der potentiellen Energie zu groß ist, so muss ein Überdruck über Drosseln oder die Entgasungsvorrichtung abgebaut werden, was energetisch nicht vorteilhaft ist. Daher sollte die Differenz der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension in der Rinne und der Verdünnungseinrichtung höchstens einem Äquivalent von 8 m Höhenunterschied entsprechen.
Liegt die potentielle Energie der Faserstoffsuspension in der Rinne nicht über der in der Verdünnungseinrichtung, so muss die Entgasungsvorrichtung so angeordnet und/oder gestaltet sein, dass sich an ihrem Auslauf ein Druck zwischen –0,3 und 1 bar einstellt. Hierbei haben der Höhenunterschied zwischen Rinne und Entgasungsvorrichtung, aber auch der Druckaufbau durch die Entgasungsvorrichtung infolge einer Pumpwirkung derselben einen entscheidenden Einfluss.
Stellt sich am Ausgang der Entgasungsvorrichtung ein Druck von weniger als –0,3 bar ein, so sollte eine kleine Pumpe zwischen Entgasungsvorrichtung und Verdünnungseinrichtung zum Einsatz gebracht werden.
Unabhängig von der Ausführungsform sollte der Druck am Ausgang der Entgasungsvorrichtung mit Vorteil über dem Druck am Eingang der Verdünnungseinrichtung liegen, so dass der Druckunterschied für den Transport der Faserstoffsuspension zwischen diesen Elementen sorgt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Auslauf der Entgasungsvorrichtung über dem Einlauf des Siebwassers in die Verdünnungseinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Durchfluss des Siebwassers von der Entgasungsvorrichtung zur Verdünnungseinrichtung gänzlich ohne Förderelemente erfolgen.
Auf jeden Fall sollte der Druck am Ausgang der Entgasungsvorrichtung jedoch maximal 0,5 bar unter dem Druck am Eingang der Verdünnungseinrichtung liegen. In diesem Fall kann eine kleine Pumpe zwischen Entgasungsvorrichtung und Verdünnungseinrichtung den Transport der Faserstoffsuspension übernehmen.
Zur Anpassung an die Gegebenheiten der Anlage, aber auch zur Optimierung sollte der Strom der Faserstoffsuspension zwischen der Rinne und der Entgasungsvorrichtung und/oder zwischen der Entgasungsvorrichtung und der Verdünnungseinrichtung vorzugsweise veränderbar gedrosselt werden.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Einlauf der Entgasungsvorrichtung oberhalb der Rinne angeordnet ist.
Im Interesse einer möglichst effizienten Entgasung sollte die Entgasungsvorrichtung mit einer Unterdruckquelle verbunden sein. Besonders geeignet sind Entgasungsvorrichtungen mit einem rotierenden Rotor, in dessen Innenraum das Siebwasser geführt wird, wobei das sich mittig durch die Zentrifugalkräfte sammelnde Gas von der Unterdruckquelle abgesaugt wird.
Die Verdünnungseinrichtung kann als geschlossener oder als offener Behälter ausgeführt sein.
Nach der Verdünnungseinrichtung sollte die Faserstoffsuspension über eine Stoffpumpe möglichst in einem geschlossenen System zum Stoffauflauf geführt werden.
Beim Stillstand der Entgasungsvorrichtung sinkt das Flüssigkeitsniveau in der Entgasungsvorrichtung auf das der Verdünnungseinrichtung ab. Um beim Start der Entgasungsvorrichtung den für den Transport des Siebwassers erforderlichen Niveauunterschied zu erzeugen, sollte vor Inbetriebnahme der Entgasungsvorrichtung die Stoffpumpe gestartet werden.
Besonders günstig ist das Verfahren bei Papiermaschinen anzuwenden, deren Siebgeschwindigkeit zwischen 800 und 1600 m/min liegt, da die Menge der im Siebwasser enthaltenen Luft stark von der Siebgeschwindigkeit abhängt.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur ein Anlagenschema.
Dabei wird eine Faserstoffsuspension 1 in der üblichen Weise durch Vermischung einer Dickstoffsuspension 6 mit einer Verdünnungsflüssigkeit erzeugt und hat danach im Wesentlichen die für den Betrieb des Stoffauflaufes 8 der Papier- oder Kartonmaschine an dieser Stelle gewünschte Konsistenz. Bekanntlich liegen Stoffauflauf-Konsistenzen im Bereich zwischen 0,5 und 2%, in der Regel um 1%.
Die Verdünnungsflüssigkeit, die in einer Verdünnungseinrichtung 5 zugeführt wird, stammt bei dem hier gezeigten Beispiel aus dem ersten Siebwasser 2, also dem im Formierbereich 10 der Papier- oder Kartonmaschine angefallenen Wasser. Es wird oft als Siebwasser I bezeichnet im Unterschied zum später auf der Papiermaschine anfallenden zweiten Siebwasser II, das sehr viel weniger Feinstoffe enthält.
Es ist bekannt, dass solches Siebwasser 2 u. a. mit einem beträchtlichen Anteil von Luft und eventuell sonstigen Gasen vermischt ist. Das Siebwasser 2 wird unterhalb des Papiermaschinen-Siebes aufgefangen und seitlich abgeleitet. In den dazu benutzten, offenen Rinnen 3 kann bereits ein großer Teil der enthaltenen Luft austreten. Dennoch ist es oft sinnvoll, einen weiteren Gasanteil in einer folgenden Entgasungsvorrichtung 4, wie sie beispielsweise in der DE 10 2004 051 327 beschrieben ist, aus dem Siebwasser 2 zu entfernen.
Die Entgasungsvorrichtung 4 ist als zylindrischer oder konischer Behälter aufgebaut und erfindungsgemäß mit einem Rotor 13 versehen. Die Faserstoffsuspension 1 gelangt in den im Wesentlichen zylindrischen Innenraum 14 des Rotors 13 und wird in schnelle Rotation versetzt. Dieses Prinzip entspricht dem einer Vollmantelzentrifuge. Die enthaltenen Gase wandern in Folge der Fliehkräfte nach innen und werden über eine Unterdruckquelle 7 aus dem Zentrum abgesaugt. Die Fliehkräfte können mindestens 5 Mal, vorzugsweise 10 Mal so groß wie die Erdbeschleunigung sein. Die Unterdruckquelle 7 benötigt keinen Unterdruck, der dem Dampfdruck der Suspension entspricht oder in dessen Nähe liegt. Übliche Werte für den Unterdruck liegen hier bei 0,8 bis 0,9 bar.
Der Einlauf 16 der Entgasungsvorrichtung 4 kann zentrisch oder exzentrisch angeordnet sein. Die durch ihn zugegebene Flüssigkeit wird zunächst in Umfangsrichtung stark beschleunigt, wozu z. B. Beschleunigungsrippen dienen können. In Folge der Zentrifugalkräfte legt sich die Flüssigkeit an die Innenwand des Rotors 13 an, wobei das darin enthaltene Gas, insbesondere die Luft, zum Zentrum des Rotors 13 abwandert. In der Regel bildet sich eine Trennfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas. Durch ein zentrales Entgasungsrohr kann das Gas mit Hilfe der Unterdruckquelle 7 abgesaugt werden. Dabei ist im Bereich des Auslaufs 15 die Wand des Rotors 13 flüssigkeitsdurchlässig ausgeführt, z. B. durch Anbringung von Öffnungen in diesem Bereich. Der Auslauf 15 ist mit Vorteil tangential angebracht in der Weise, dass die Rotationsströmung der entgasten Flüssigkeit zu einem Druckaufbau im Auslauf 15 führt. Die Öffnungen in der Wand des Rotors 13 sind so groß, dass sie nicht zu einer Sortierung der entgasten Flüssigkeit führen.
Die Entgasungsvorrichtung 4 kann zusätzlich noch mit einem äußeren Sortierkorb versehen werden, über den das radial nach außen gedrückte Siebwasser 2 in Gutstoff und Rejekt aufgeteilt werden kann.
Das entgaste Siebwasser 2 wird über den Auslauf 15 der Entgasungsvorrichtung 4 direkt in die Verdünnungseinrichtung 5 geführt, welche hier als offener Behälter ausgeführt ist. Wegen des weit geringeren Feststoffanteiles des Siebwassers 2 im Vergleich zur Faserstoffsuspension 1 lässt sich die Entgasung leichter durchführen. Das setzt allerdings einen höchstens nur geringen Gasgehalt der in der Verdünnungseinrichtung 5 zugegebenen Dickstoffsuspension 6 voraus, um Qualitätseinbußen zu vermeiden. Als Verdünnungseinrichtung 5 eignet sich insbesondere eine in der DE 100 50 109 beschriebene Mischvorrichtung. Wesentlich ist bei dieser, dass die Durchmischung der Ströme über eine Eindüsung der Dickstoffsuspension 6 in das Siebwasser 2 erfolgt, wobei die Eintrittsgeschwindigkeit der Dickstoffsuspension 6 vorzugsweise das 3 bis 15fache der Strömungsgeschwindigkeit des Siebwassers 2 beträgt.
Bekanntlich gibt es viele Papier- oder Kartonmaschinen, bei denen der Stoffauflauf 8 nicht nur mit der bereits erwähnten Faserstoffsuspension 1 versorgt wird, sondern zusätzlich mit einer Verdünnungsflüssigkeit, die über die Breite des Stoffauflaufes 1 gesehen an verschiedenen Stellen zudosiert wird. Dadurch lässt sich z. B. das Querprofil der mit dem Stoffauflauf 8 gebildeten Faserstoffschicht beeinflussen, insbesondere optimieren. Eine solche Möglichkeit zeigt die Figur, bei der das Siebwasser 2 nicht nur als Verdünnungsflüssigkeit für die Dickstoffsuspension 6 verwendet wird. Ein Teil des in der Entgasungsvorrichtung 4 entlüfteten Siebwassers 2 wird mit der Verdünnungswasserpumpe 20 als Verdünnungsflüssigkeit in eine Dosiereinrichtung 17 des Stoffauflaufes 8 geleitet, in der sie aufgeteilt und der Faserstoffsuspension 1 an verschiedenen Stellen zudosiert wird. Oft gibt es in einer Papierfabrik weitere Stellen, an denen weitere durch das Verfahren entlüftete Verdünnungsflüssigkeit eingesetzt werden kann.
Bei der Versorgung einer Papiermaschine wird oft eine letzte Sortierstufe 18 vor den Stoffauflauf 8 geschaltet, um zu verhindern, dass Störstoffe in diesen gelangen, die den Betrieb des Stoffauflaufes 8 oder der Papiermaschine stören. Diese Sortierfunktion kann auch kombiniert mit der Entgasungsfunktion, wie oben beschrieben, in derselben Vorrichtung durchgeführt werden.
Nach Verlassen der Verdünnungseinrichtung 5 wird die Faserstoffsuspension 1 über eine Stoffpumpe 9 in einem geschlossenen System (also ohne offene Behälter oder Bütten) über einen Cleaner 11, eine weitere Pumpe 12 und die Sortierstufe 18 bis zum Stoffauflauf 8 geführt.
Die potentielle Energie der Faserstoffsuspension 1 in der Rinne 3 liegt hier über der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension 1 in der Verdünnungseinrichtung 5. Im Ergebnis kann auf Pumpen zur Förderung des Siebwassers 2 in diesem Bereich verzichtet werden, was sich erheblich auf die Kosten auswirkt. Allerdings sollte der Energieunterschied auch nicht zu groß sein, da der Energieüberschuss ansonsten über einstellbare Drosselelemente 21,22 in Form von Ventilen abgebaut werden muss.
Um einen Transport der Faserstoffsuspension 1 auch zwischen Entgasungsvorrichtung 4 und Verdünnungseinrichtung 5 ohne zusätzliche Pumpe gewährleisten zu können, liegt der Druck am Ausgang 15 der Entgasungsvorrichtung 4 über dem Druck am Eingang 19 der Verdünnungseinrichtung 5. Außerdem ist der Auslauf 15 der Entgasungsvorrichtung 4 über dem Einlauf 19 des Siebwassers 2 in die Verdünnungseinrichtung 5 angeordnet.
Im Stillstand senkt sich das Flüssigkeitsniveau in der Entgasungsvorrichtung 4 auf das Flüssigkeitsniveau in der Verdünnungseinrichtung 5 ab, weshalb die für den Transport des Siebwassers 2 erforderliche Niveaudifferenz vor Inbetriebnahme der Entgasungsvorrichtung 4 wieder geschaffen werden muss.
Erreichbar ist dies indem das Flüssigkeitsniveau in der Verdünnungsvorrichtung 5 vor Inbetriebnahme der Entgasungsvorrichtung 4 mit der Stoffpumpe 9 auf das erforderliche Maß abgesenkt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004051327 [0002, 0020]
- DE 10050109 [0024]

Claims

Anordnung zur Zuführung einer Faserstoffsuspension (1) zu mindestens einem Stoffauflauf (8) einer Papier- oder Kartonmaschine mit wenigstens einer Verdünnungseinrichtung (5), in der die Faserstoffsuspension (1) durch Vermischen einer Dickstoffsuspension (6) mit einer Verdünnungsflüssigkeit erzeugt wird, wobei die Verdünnungsflüssigkeit zumindest teilweise von Siebwasser (2) der Papier- oder Kartonmaschine gebildet, das Siebwasser (2) in mindestens einer offenen Rinne (3) vorentgast und anschließend über eine Entgasungsvorrichtung (4) in eine Verdünnungseinrichtung (5) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die potentielle Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Rinne (3) nicht über der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Verdünnungseinrichtung (5) und der Druck am Auslauf der Entgasungsvorrichtung (4) zwischen –0,3 und 1 bar liegt.
Anordnung zur Zuführung einer Faserstoffsuspension (1) zu mindestens einem Stoffauflauf (8) einer Papier- oder Kartonmaschine mit wenigstens einer Verdünnungseinrichtung (5), in der die Faserstoffsuspension (1) durch Vermischen einer Dickstoffsuspension (6) mit einer Verdünnungsflüssigkeit erzeugt wird, wobei die Verdünnungsflüssigkeit zumindest teilweise von Siebwasser (2) der Papier- oder Kartonmaschine gebildet, das Siebwasser (2) in mindestens einer offenen Rinne (3) vorentgast und anschließend über eine Entgasungsvorrichtung (4) in eine Verdünnungseinrichtung (5) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die potentielle Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Rinne (3) über der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Verdünnungseinrichtung (5) liegt.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der potentiellen Energie der Faserstoffsuspension (1) in der Rinne (3) und der Verdünnungseinrichtung (5) höchstens einem Äquivalent von 8 m Höhenunterschied entspricht.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am Ausgang der Entgasungsvorrichtung (4) über dem Druck am Eingang (19) der Verdünnungseinrichtung (5) liegt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am Ausgang (15) der Entgasungsvorrichtung (4) maximal 0,5 bar unter dem Druck am Eingang (19) der Verdünnungseinrichtung (5) liegt und zwischen Entgasungsvorrichtung (4) und Verdünnungseinrichtung (5) eine Pumpe angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoffsuspensionsstrom (1) zwischen der Rinne (3) und der Entgasungsvorrichtung (4) vorzugsweise veränderbar gedrosselt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoffsuspensionsstrom (1) zwischen der Entgasungsvorrichtung (4) und der Verdünnungseinrichtung (5) vorzugsweise veränderbar gedrosselt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (16) der Entgasungsvorrichtung (4) oberhalb der Rinne (3) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf (15) der Entgasungsvorrichtung (4) über dem Einlauf (19) des Siebwassers (2) in die Verdünnungseinrichtung (5) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (4) mit einer Unterdruckquelle (7) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (4) einen rotierenden Rotor (13) besitzt, in dessen Innenraum das Siebwasser (2) geführt wird, wobei das sich mittig durch die Zentrifugalkräfte sammelnde Gas von der Unterdruckquelle (7) abgesaugt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnungseinrichtung (5) als geschlossener Behälter ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnungseinrichtung (5) als offener Behälter ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension (1) nach der Verdünnungseinrichtung (5) über eine Stoffpumpe (9) geführt wird.
Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffpumpe (9) die Faserstoffsuspension (1) in einem geschlossenen System zum Stoffauflauf (8) führt.
Verfahren zur Inbetriebnahme einer Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor Inbetriebnahme der Entgasungsvorrichtung (4) die Stoffpumpe (9) gestartet wird.