FI127182B - Jauhinterä ja menetelmä höyryn poistamiseksi - Google Patents

Description

JAUHINTERÄ JA MENETELMÄ HÖYRYN POISTAMISEKSI KEKSINNÖN TAUSTA

Esillä oleva keksintö koskee kiekkojauhinta lignoselluloosamateriaaleille ja yleisesti se koskee kiekkojauhimia, joita käytetään kartongin ja mekaanisten massojen tuottamiseen käytettäviksi puolikovan kuitulevyn (MDF), kuumahierteen (TMP) ja erilaisten kemikuumahierteiden (CTMP) valmistukseen, joihin viitataan yhteisesti mekaanisina massoina ja mekaanisena massanvalmistusprosessina. Erityisesti tämä keksintö koskee höyryn virtausta kiekkojauhinten läpi mekaanisissa massanvalmistusprosesseissa.

Kiekkojauhinta voidaan käyttää kuumahierrejauhimissa (TMP), joissa massa-aines, kuten puuhakeon jauhettu höyryisessä olosuhteissapyörivän jauhinkiekon (roottorin) ja paikallaan pysyvän kiekon (staattorin) (tai kahden pyörivän roottorikiekon) välissä, joista kummallakin on säteissuuntaisia uria, jotka muodostavat jauhatuspintoja. Roottorin pyörimisnopeus voi olla 1000-2300 kierrosta minuutissa (RPM).

Puuhaketta syötetään kiekkojauhimen kahden vastakkaisen kiekon keskelle. Hake hajotetaan kiekkojen välissä keskipakovoiman työntäessä haketta kohti kiekon ulkokehää. Jauhinlevyt sisältävät yleensä harjanteita ja uria, jotka aiheuttavat toistuvasti puristusta hakkeelle. Puristus johtaa lignoselluloosakuitujen erottumiseen keittämättömästä hakkeesta. Kuitujen erottelu muuttaa keittättömän hakemateriaalin kuitumassaksi, joka on sopivaa käytettäväksi valmiissa tuotteissa, kuten kuitulevyissä.

Hakkeen ollessa kiekkojen välissä hakkeeseen siirtyy energiaa kiekkoihin kiinnitettyjen jauhinlevyjen kautta. Energia on korkean keskipakovoiman ja puristusvoiman muodossa, joita käytetään puuhakkeen hajottamiseen.

Jauhatusprosessi tuottaa myös suuria kitkavoimia, jotka muuttavat syötetyssä hakemateriaalissa olevaa vettä korkeapainehöyryksi.

Useimmissa kiekkojauhimissa kiekkojauhimelta tuleva höyry virtaa samaan suuntaan kuin jauhinkiekoilta poistuva kuitumateriaali, esimerkiksi säteissuunnassa ulospäin kiekkojen välistä. Esimerkiksi tyypillisesti 60-100% jauhimen kiekkojen välissä syntyneestä höyrystä virtaa eteenpäin, joka on sama suunta kuin jauhinkiekkojen välissä liikkuvalla kuitumateriaalilla. Nämä prosentit eteenpäin virtaavalle höyrylle vaihtelevat riippuen jauhinlevyjen kuvioista ja prosessiolosuhteista. Sen jälkeen, kun höyry on poistunut jauhinkiekkojen ulkokehältä, eteenpäin virtaava höyry kuljettaa kuitumassaa puskulinjojen kautta kiekkojauhimelta myötävirtaan. Eteenpäin vihaavan höyryn paine vapautetaan samalla, kun jauhettu kuitumassamateriaali poistuu puskulinjoista ja virtaa sisään säiliöihin tai muihin suhteellisen alhaisessa paineessa oleviin astioihin. MDF:n tuotannossa eteenpäin virtaava höyry tuo tyypillisesti vain vähän lisäarvoa massanvalmistusprosessiin ja eteenpäin vihaavan höyryn paine-energiaa ei yleensä käytetä. Mekaanisessa massanvalmistuksessa jotkut järjestelmät sallivat lämpöenergian talteenoton poistosyklonista eteenpäin vihaavasta höyrystä, ja toiset järjestelmät poistavat ulos vihaavaa höyryä ulkoilmaan. Mikäli mekaanisten jauhatusprosessien eteenpäin vihaavan höyryn lämpöä otetaan talteen esimerkiksi lämmönvaihtimen avulla, käytetään sitä tyypillisesti paperikoneen kuivaimilla ja massankuivatuslaitteistossa.

Korkeapainehöyryä tarvitaan jauhimen syöttöpuolella MDF:n valmistuksessa ja muissa mekaanisen massan järjestelmissä. Flöyryä käytetään puun pehmentämiseen jauhimen suorituskyvyn parantamiseksi ja kuidun tuottamiseksi. Jauhatukseen tarkoitettu korkeapainehöyry on yleensä yhdistelmä jauhimelta takaisin vihaavaa höyryä ja tuoretta höyryä, jota yleensä tuotetaan keittimessä. Tuore höyry on kallista tuottaa, mitä tulee energiankulutukseen. Korkeapainehöyryn lähteille massanvalmistusprosesseissa on ollut jo pitkään tarvetta.

Eräs lähde korkeapainehöyrylle on mekaanisen jauhatuksen aikana tuotettu höyry. Korkeapainehöyry syntyy kiekkojauhimen jauhinkiekkojen välissä. Perinteisessä jauhimessa jopa 40% kiekkojen välissä syntyneestä korkeapainehöyrystä ei virtaa eteenpäin syötetyn hakemateriaalin mukana. Korkeapainehöyry voidaan ohjata höyrytysastiaan mekaanisen jauhatuslaitoksen hakkeensyöttöjärjestelmässä siinä määrin, että korkeapainehöyryä kiekkojen välissä voidaan poistaa ilman painehäviötä.

Tunnettu tekniikka korkeapainehöyryn talteenottamiseksi kiekoista on sallia höyryn virrata takaisin vasten hakemateriaalin liikettä jauhinkiekkojen välissä ja syöttöjärjestelmän läpi hakkeen esihöyrytysastiaan. Takaisinvirtauskorkeapainehöyryä on käytetty esihöyrytysastioissa. Jauhimille on lisätty erillinen putkitus, jotta takaisinvirtaushöyry voi ohittaa kuljettimet ja syöttöjärjestelmän syöttölaitteet ja jotta takaisinvirtaushöyry voi liikkua pienellä vastustuksella jauhimen syötöltä esihöyrytysastioille.

Takaisinvirtaushöyryn määrää on yleensä vähennetty käyttämällä suuntaisteriä (matalaenergiateriä). Matalaenergiaterät tyypillisesti vähentävät höyryn muodostumista 10-50% jauhimessa ja vähentävät takaisinvirtaushöyryn määrää 20-70% verrattuna perinteisiin korkeaenergiajauhinteriin. Vaikka suuntaisterät MDF:n valmistukseen tarkoitetuissa jauhimissa ovat edullisia vähentäessään kiekkojauhimen käyttöön tarvittavaa energiaa, saatavilla olevan takaisinvirtaushöyryn määrän vähentyminen lisää kuitenkin mekaanisen jauhatuslaitoksen tarvitsemaa korkeapainehöyryn määrää.

Jo kauan on ollut olemassa tarve tekniikoille, joiden avulla voidaan vähentää mekaanisen jauhatuslaitoksen tarvitsemaa korkeapainehöyryn määrää, jota tuotetaan kalliilla energiakustannuksilla. Erityisesti on ollut kauan olemassa tarve talteenottaa suurempi määrä korkeapainehöyryä jauhatusprosessista kuin mitä nykyään pystytään suuntaisteriä (matalaenergiajauhinteriä) käyttämällä talteenottamaan mekaanisissa jauhatuslaitoksissa.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Uusi jauhinterä on kehitetty lisäämään poistettavan korkeapainehöyryn määrää jauhinteriltä ja erityisesti matalaenergiajauhinteriltä. Jauhinterä sisältää höyrykanavia, jotka kulkevat jauhatusalueen poikki ja muodostavat kulkureitin takaisinvirtaushöyrylle. Jauhinterän etuihin kuuluu lisääntynyt korkeapainehöyryn määrä, jota voidaan käyttää myös muihin jauhatuslaitoksen tarkoituksiin, ja matalaenergiajauhatus on yhdistettynä suuntaisteriin.

Jauhinterä on kehitetty jauhamaan lignoselluloosamateriaalia, jossa terä sisältää: säteissuuntaisen ulkoreunan ja alustan pinnan, jauhatusvyöhykkeen, joka sisältää useita olennaisesti säteissuunnassa järjestettyjä harjanteita sekä uria harjanteiden välissä, jossa harjanteet työntyvät esiin ylöspäin alustan pinnasta ja jokaisella uralla on uraleveys, ja höyrykanava kulkee harjanteiden ja urien poikki, jossa jauhatusvyöhykkeessä höyrykanavalla on säteissuuntainen ulompi pääty säteissuunnassa sisäänpäin terän ulkoreunasta ja leveys, joka on olennaisesti suurempi kuin uraleveys. Täsmällisemmin keksinnön mukainen menetelmä ja jauhinterä on määritelty itsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Jauhinterä voi sisältää padon, joka ulottuu höyrykanavan poikki säteissuunnassa ulospäin höyrykanavan syöttöpäädyssä. Jauhinterä, esimerkiksi roottori- tai staattoriterä, voi käsittää syöttövyöhykkeen höyrykanavan säteissuuntaisen sisemmän päädyn läheisyydessä. Aukon syöttövyöhykkeen harjanteiden välissä pitäisi olla ainakin yhtä leveä kuin höyrykanava. Jauhinterä käsittää rengasmaisen ryhmän teräsegmenttejä, jossa jokainen segmentti sisältää jauhatusvyöhykkeen ja useat teräsegmentit (mutteivät välttämättä kaikki) sisältävät ainakin yhden höyrykanavan.

On kehitetty menetelmä korkeapainehöyryn poistamiseksi jauhatusjärjestelmästä, joka menetelmä käsittää: syötettävän kuitupitoisen selluloosamateriaalin sisääntuomisen kiekkojauhimen syöttöön, kuitupitoisen syötetyn selluloosamateriaalin syöttämisen toisiaan vasten olevien jauhimen kiekkojen väliin, jossa toinen kiekko pyörii suhteessa toiseen, kuitupitoisen syötetyn selluloosamateriaalin jauhamisen toisiaan vasten olevien jauhinlevyjen välissä, joista kumpikin on asennettu suhteessa vastakkaiseen levyyn, joista kukin jauhinlevy sisältää vyöhykkeen harjanteita ja uria; syöttömatiraalin jauhatuksen aikana muodostunut takaisinvirtaushöyry virtaa kanavien läpi vähintäänkin yhdellä levyjen vyöhykkeellä, jossa menetelmässä kanavilla on olennaisesti suurempi leveys kuin urien leveys, ja takaisin virtaavan höyryn poistamisen kiekkojauhimesta poiston kautta, joka on säteissuunnassa sisäänpäin kanavien poistosta.

Takaisinvirtaushöyryn painetta voidaan poistaa 1-8 barin (manometripaine) paineessa. Takaisinvirtaushöyry pakotetaan virtaamaan säteissuunnassa sisäänpäin kanavien läpi (ja mahdollisesti epäyhtenäisen höyrykanavan läpi) muodostamalla säteissuunnassa kanavan ulompi pääty olennaisesti säteissuunnassa sisäänpäin kiekkojen ulkokehästä. Takaisinvirtaushöyry voidaan poistaa kanavasta jauhinterän karkealle vyöhykkeelle, jossa karkean jauhatuksen vyöhyke on säteissuunnassa sisäänpäin kanavasta ja etäisyydet harjanteiden välissä karkealla vyöhykkeellä ovat ainakin yhtä leveitä kuin höyrykanava.

LYHYT PIIRROSTEN KUVAUS

Seuraavat kuviot havainnollistavat keksinnön edullisia toteutusmuotoja ja parhaimman käyttötavan.

Kuvio 1 on etukuva ensimmäisestä matalaenergisestä suuntaisteräsegmentistä, jossa segmentti sisältää höyrykanavan.

Kuvio 2 on sivukuva ensimmäisestä teräsegmentistä.

Kuvio 3 on etukuva toisesta matalaenergisestä suuntaisteräsegmentistä, jossa segmentti sisältää höyrykanavan.

Kuvio 4 on sivukuva toisesta teräsegmentistä.

Kuvio 5 on etukuva kuumahierrejauhinteräsegmentistä, jossa segmentti sisältää höyrykanavan.

Kuvio 6 on etukuva ei-suuntaisteräsegmentistä, jossa segmentti sisältää höyrykanavan, joka ulottuu jauhatusvyöhykkeen puoliväliin.

Kuviot 7 ja 8 ovat etukuva ja sivukuva, edellä mainitussa järjestyksessä, matalaenergisestä suuntaisteräsegmentistä.

Kuvio 9 on kaaviokuva jauhinjärjestelmästä, jossa on poisto takaisinvirtauskorkeapainehöyrylle.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Eräs höyrykanava on kehitetty käytettäväksi jauhinterissä, kuten esimerkiksi roottori- ja staattoriterässä mekaanisessa massan jauhatuksessa. Höyrykanava sallii selluloosamateriaalin, esimerkiksi puuhakkeen, mekaanisen jauhatuksen aikana muodostuneen korkeapainehöyryn virrata takaisin jauhatusvyöhykkeen/jauhatusvyöhykkeiden läpi terissä ja sallii höyryn poiston korkeapainehöyrynä. Tässä kuvatut jauhinteräsegmentit ovat ensisijaisesti käytettävissä MDF- ja kuumahierrejauhatukseen ja mekaanisessa jauhimessa, kuten esimerkiksi kiekkojauhimessa puukuitujen jauhamiseksi. Teräsegmentit voivat olla suuntaisteriä ja matalaenergiateriä. Höyrykanavat sisältyvät teräsegmentteihin korkeapainehöyryn määrän lisäämiseksi, joka höyry virtaa takaisin jauhimen läpi vastakkaiseen suuntaan puuhakkeen suuntaan nähden jauhimen terien välissä.

Kuviot 1 ja 2 näyttävät etukuvan ja sivukuvan, edellä mainitussa järjestyksessä, staattorin tai roottorin teräsegmentistä 10, jossa on syöttöosa 12 ja ulompi alue 14. Ryhmä teräsegmenttejä on järjestetty rengasmaisesti jauhinkiekolle rengasmaisen jauhinterän muodostamiseksi. Terä on asennettu kiekon päälle. Kiekkojauhimessa roottoriterä on vasten paikallaan pysyvää staattoriterää ja terien välissä on teräväli. Terä on muodostettu rengasmaiseen ryhmään asennetuista levysegmenteistä 10 kiekon päälle. Staattoriterän teräsegmentit voivat sisältää samanlaisia harjanne- ja uraominaisuuksia kuin vastakkaisella roottoriterällä, tai staattori- ja roottoriterien harjanne- ja uraominaisuudet voivat olla erilaisia.

Pyörimissuunta roottorilevylle on tyypillisesti vastapäivään. Staattoriterä pysyy tyypillisesti paikallaan. Teräväli on vastakkain olevien staattori- ja roottoriterien välissä.

Syöttöosa 12 on levyn syöttävä osa. Syöttöosa 12 syöttää sisääntulevan kuitumateriaalin ulommalle jauhatusalueelle 14, edullisesti minimikitkaenergialla ja pienimmällä syöttömateriaalin työstämisellä. Syöttöosa voi sisältää karkeita harjanteita 16, jotka syöttävät hakemateriaalia ulommalle alueelle. Karkeiden harjanteiden välissä on leveät välit, jotka sallivat takaisin virtaavan höyryn kulun.

Ulompi jauhinteräsegmentin jauhatusosa 14 on alue, jossa energiaa käytetään syöttömateriaaliin puuhakkeen hajottamiseksi kuitumassaksi. Esimerkiksi ulommalla osalla säteittäisten etäisyyksien pitäisi edullisesti olla 100-200 millimetriä (mm) (4-5 tuumaa).

Esimerkiksi ulompi jauhatusosa 14 voi käsittää suoria harjanteita 18 ja kapeita uria 22. Harjanne 18 on teräsegmentin alustan pinnasta 19 esiintyöntyvä pidennetty harja. Harjanteen korkeus on tyypillisesti vähintään yhtä suuri kuin harjanteen leveys. Jokaisen harjanteen pituus on tyypillisesti olennaisesti suurempi kuin sen leveys. Harjanteet ulottuvat pitkin niiden pituutta suuntaan, joka on vallitsevasti säteissuuntainen teräsegmenttiin nähden, mutta harjanteen suunta sisältää usein myös tangentiaalisen osatekijän, erityisesti matalan energian suuntaisterillä. Harjanteet 18 voivat olla suoria, kaarevia tai epäsäännöllisiä.

Harjanteet voi olla ryhmitelty vierekkäin vyöhykkeillä 20, esimerkiksi kahdenkymmenen (20) vierekkäisen harjanteen 18 ryhmään. Harjanteet on järjestetty siten, että ne ovat suhteellisen lähellä toisiaan. Vierekkäisten harjanteiden välinen väli määrittää uran 22. Jokainen harjanteiden 18 vyöhyke 20 tyypillisesti sisältää saman määrän uria 22 tai yhden uran vähemmän kuin vyöhykkeellä on harjanteita. Jauhatusvyöhykkeet 20 voivat ulottua vierekkäisiin teräsegmentteihin.

Jokainen ura 22 on määritetty vierekkäisten harjanteiden vastakkaisten sivuseinien avulla. Urien syvyydet ulottuvat harjanteiden ylimmästä alueesta terän alustan pintaan. Tyypillisesti MDF-terillä harjanteiden leveys on 3-5 mm, urien leveys 5-12 mm, ja urien syvyys 7-12 mm. Kuumahierreterillä harjanteiden leveys on 1.0-5.0 mm, urien leveys 1.5-5.0 mm, ja urien syvyys 1.8-8.0 mm (todella suuri vaihtelu).

Kuitumateriaalin jauhaminen tapahtuu yleisesti ulomman jauhatusalueen 14 ylemmillä harjanteiden ja urien tasoilla. Urien alemmat osat, esimerkiksi lähellä alustaa 19, tyypillisesti poistavat höyryä ja sallivat syöttöhakkeen ja muiden materiaalien virrata säteissuunnassa ulospäin jauhinterän kautta.

Pumppaavissa suuntaisterissä on tyypillisesti harjanteita järjestettynä siten, että roottori- ja staattoriterän käytön aikana syntyneet kitkavoimat osallistuvat syöttömateriaaliin käytettävään nettosulkuvoimaan. Harjanteet on järjestetty teräviin kulmiin 24 suhteessa säteeseen ja kulmaan, joka on kohti roottorin pyörimissuuntaa. Suuntaisterät vähentävät syöttömateriaalin viipymäaikaa terien välissä. Jauhin käy pienemmällä roottorin ja staattorin terien välisellä terävälillä. Terävälin pienentäminen yleensä vähentää energian määrää, jota tarvitaan määritellyn kuidun laadun saavuttamiseen.

Suuntaisterillä on myös taipumusta muodostaa vähemmän höyryä tuotettua kuitumäärää kohden johtuen alhaisemmasta syöttöenergiasta. Harjanteiden pumppauskulmat suuntaisterissä myös yleensä aiheuttavat sen, että suurempi prosentti höyryä virtaa eteenpäin (samaan säteissuuntaan kuin hakemateriaali), verrattuna kaksisuuntaisteriin, joiden keskimääräinen pumppauskulma on nolla. Takaisin virtaavan höyryn määrä suuntaisterissä vähentyy huomattavasti verrattuna kaksisuuntaisteriin. Käytössä olevat suuntaisterät (tai matalaenergiaterät) tyypillisesti vähentävät höyryntuotantoa 30-50% ja 10-20% kuumahierreterillä verrattuna kaksisuuntaisteriin. Höyryntuotanto vähentyy yleensä kuumahierreterillä 10-20% ja MDF- kuitulevyn terillä 30-50%. Takaisinvirtaushöyryn vähentyminen suuntaisterien avulla voi olla 20-90% verrattuna kaksisuuntaisteriin, kuumahierreterillä tapahtuu vähemmän takaisinvirtaushöyryn vähentymistä ja MDF-terillä takaisinvirtaushöyryn määrä vähentyy enemmän.

Padot 26, 28 voivat sisältyä uriin kuitumateriaalivirtauksen hidastamiseksi urien alemmalla osalla. Padot 26, 28 on järjestetty uriin ehkäisemään liiallista kuituvirtausta urien kautta. Puolikorkeat padot 26 voi olla järjestetty säteissuunnassa urien sisäosille. Täyskorkeat padot 28 (viitataan myös "pintapatoina") voivat olla säteissuunnassa urien ulko-osilla tai järjestetty läpikotaisin urien koko pituudelta. MDF:n ja kuumahierteen teräsegmentit sisältävät yleensä monia patoja järjestettyinä niiden uriin. Padot lisäävät terien välissä tapahtuvaa jauhatusta hidastamalla kuitumateriaalivirtausta terien välissä.

Padot jauhinterien urien välissä myös olennaisesti vähentävät höyryn takaisinvirtausta. Höyry voi virrata takaisin liikkumalla urien läpi yleensä säteissuunnassa sisäänpäin ja jauhinterien syöttöön. Takaisinvirtaushöyry virtaa säteissuunnassa sisäänpäin ja vastavirtaan yleensä säteissuunnassa ulospäin liikkuvaan hake- ja kuitumateriaaliin nähden ja vasten suurinta osaa höyrystä. Takaisinvirtaushöyry esiintyy urien alemmilla osilla, jotka osat ovat lähellä terän alustaa. Takaisinvirtaushöyryä esiintyy todennäköisimmin urissa, joissa ei ole patoja. Padot estävät takaisinvirtaushöyryn virtaamisen.

Takaisin virtaava korkeapainehöyry voi olla käyttökelpoinen muihin tarkoituksiin jauhinterässä. Höyryn takaisinvirtauksen edistämiseksi staattoriteräsegmentti on edullisesti varustettu kanavilla 34. Kanavat 34 muodostavat virtaustien höyryn takaisin virtaamiselle säteissuunnassa sisäänpäin kohti jauhimen syötön keskustaa. Kanavat 34 tarjoavat kulkuväylän takaisinvirtaushöyrylle jauhatusvyöhykkeen läpi. Höyrykanavat hyödyttävät höyry virtausta vastavirtasuunnassa syötettäessä suhteellisen suurta määrää kuitumateriaalivirtauksesta (verrattuna takaisinvirtaushöyryyn) terien syötön keskustaan ja liikutettaessa säteissuunnassa ulospäin terien poiston ulommalle kehälle. Höyrykanavat 34 voi olla järjestetty roottorilterille. Roottorin pumppausilmiö (johtuen keskipakovoimasta) voi vähentää takaisinvirtaushöyryn määrää staattoriterässä olevassa höyrykanavassa. Pumppausilmiö myös höydyllisesti vähentää takaisin virtaavaa kuitua roottorin kanavissa 34 verrattuna höyrykanaviin staattoriterässä.

Staattorin höyrykanavat ovat tehokkaampia höyryn poistoon, mutta ne sallivat enemmän takaisin virtaavaa kuitua verrattuna höyrykanaviin roottorinterässä. Höyrykanavat 34 voi olla järjestetty staattoriteräsegmentteihin, koska keskipakovoimat, jotka kohdistuvat höyryvirtaukseen staattoriterän kanavissa ja urissa ovat alhaiset verrattuna keskipakovoimiin, jotka kohdistuvat urissa vihaavaan höyryyn pyörivällä roottoriterällä.

Edullisesti höyrykanavien leveys on olennaisesti suurempi kuin urien leveys, vielä edullisemmin ainakin kaksi kertaa uraleveys, kuten esimerkiksi vähintään puolen tuuman leveys (1.3 senttimetriä (cm)). Höyrykanavien pituus on edullisesti kahdesta tuumasta (5.1 cm) kahdeksaan tuumaan (20.3 cm). Höyryä kuljettavien kanavien 34 leveys on edullisesti ainakin puoli tuumaa (1.3 senttimetriä (cm)) ja pituus kahdesta tuumasta (5.1 cm) kahdeksaan tuumaan (20.3 cm). Höyrykanavalla 34 voi olla säteissuuntaisesti sisäänpäin oleva höyrynpoistopää 36 staattoriteräsegmentin syöttöosan 12 vieressä tai lähellä. Säteissuunnassa sisäänpäin oleva kanavan pää avautuu edullisesti osalle, jossa harjanteet on sijoitettu ainakin kolmen uraleveyden päähän toisistaan, kuten esimerkiksi ainakin kolmeneljäsosatuumaa (1.8 cm). Säteissuunnassa sisäänpäin oleva höyrykanavan 34 pää 36 avautuu edullisesti osaan, jossa harjanteet on sijoitettu ainakin kolmeneljäsosatuuman päähän toisistaan (1.8 cm). Harjanteiden syöttöosalla 12 harjanteet on sijoitettu kauas erilleen, mikä sallii höyryn takaisinvirtauksen. Harjanteiden osa, jossa harjanteet ovat ainakin kolmeneljäsosatuumaa erillään toisistaan staattoriterällä, sallii höyryn takaisinvirtauksen sen urien läpi. Höyryn takaisinvirtauskanavia ei välttämättä tarvita jauhinterän vyöhykkeillä, joilla harjanteet on sijoitettu ainakin kolmeneljäsosatuuman päähän toisistaan. Höyrykanavien 34 säteissuunnassa ulompi pääty 38 ei välttämättä ulotu levysegmentin kehän ulkoreunaan 40. Kanavan ulompi pääty 38 voi olla yhden tuuman (2,54 cm) päässä säteissuunnassa sisäänpäin terän ulkoreunan 40 ulommaisesta kehästä. Vaihtoehtoisesti ulompi höyrykanavan pääty voi olla suunnilleen puolivälissä jauhatusvyöhykkeen säteittäisestä ulottuvuudesta. Höyrykanavan päädyn sijainti säteissuunnassa riippuu erityisesti jauhimesta ja teristä, halutusta takaisinvirtaushöyryn määrästä ja jauhatusprosessista. Kanavan päättäminen 38 ennen terän ulkoreunan 40 ulompaa kehää estää kanavassa virtaavaa höyryä ja hakemateriaalia virtaamasta säteissuunnassa ulos terien poistolta. Höyrykanavan säteissuunnassa ulompaan päätyyn 38 voi olla sijoitettu pintapato, erityisesti jos pääty on terän reunan 40 vieressä.

Kanavat 34 ulottuvat edullisesti ainakin jauhatusvyöhykkeen 14 sisempään säteittäiseen puoliskoon ja niin paljon kuin 85% jauhatusvyöhykkeen 14 säteittäisestä pituudesta. Höyry jauhinterän jauhatusosassa voi virrata takaisin kanavan 34 kautta jauhimen keskustaan ja/tai syöttöön. Höyrykanavat 34 ovat edullisesti terävässä kulmassa 24 staattoriterän säteeseen nähden. Kanavan kulma voi olla vastakkaisessa suunnassa kanavan 34 läheisellä vyöhykkeellä olevien harjanteiden kulmaan nähden. Kanavan kulma voi olla 0-60 astetta säteeseen nähden. Kulmittain sijoitettu kanava vähentää hake materiaali n taipumusta työntyä kanavan 34 kautta vastakkaiseen suuntaan takaisinvirtaushöyryyn nähden. Hakemateriaalilla on taipumus virrata kanavan yli yleensä poikittaiseen suuntaan kanavaan nähden. Hakemateriaalilla ei ole taipumusta virrata kanavan suuntaisesti. Takaisinvirtaushöyryllä staattorin kanavassa 34 on taipumusta virrata kanavan alaosilla lähellä alustaa 19 ja virrata kanavan suuntaan. Täten hakemateriaalilla ei ole taipumusta virrata suoraan vasten takaisinvirtaushöyryä kanavassa 34. Kuitenkin kanavan suunta voi olla säteissuuntainen tai linjassa harjanteen kulman kanssa. Höyrykanavat 34 voivat olla yhtä syviä kuin urat harjanteiden välissä. Vaihtoehtoisesti kanavat voivat olla matalampia tai syvempiä kuin urat riippuen jauhinterän rakenteesta ja halutusta takaisin virtaavan höyryn virtauksesta. Terissä, joissa on useita harjanteiden ja urien jauhatusvyöhykkeitä, leveät kanavat voivat erottaa vyöhykkeitä. Kanavat voivat olla tangentiaalisessa suunnassa, jos ne erottavat säteissuunnassa lähekkäin toisiaan olevia jauhatusvyöhykkeitä. Rengasmaiset kanavat jauhatusvyöhykkeiden välissä voivat muodostaa osan höyry kanavasta 34. Höyrykanava 34 voi olla epäyhtenäinen (katso kuvio 3) pitkin terän säteissuuntaa, edellyttäen, että terässä on takaisinvirtaushöyryn kulkutie kanavaosien välissä. Höyry voi virrata epäyhtenäisten kanavien välissä virtaamalla yleensä kohtisuorasti terän säteeseen nähden ja vierekkäisten harjanteista ja urista muodostuvien vyöhykkeiden välissä.

Jokaisella jauhinteräsegmentillä voidaan käyttää useampaa kuin yhtä höyrykanavaa 34. Höyrykanavaa ei tarvitse olla jokaisella jauhinteräsegmentillä jauhinteräsegmenttien ryhmässä. Kanavan 34 geometrian valinta voi perustua haluttuun takaisinvirtaushöyryn virtaukseen, jauhatusprosessiin, käyttömuuttujiin ja muihin terän mallin ominaisuuksiin. Höyrykanava(t) voi olla suora, kaareva, siksak-kuvioinen ja epäyhtenäinen.

Kuviot 3 ja 4 ovat etukuva ja sivukuva, edellä mainitussa järjestyksessä, jauhinteräsegmentistä 42, jolla on ulompi jauhatusosa 44, sisempi jauhatusosa 46 ja karkeiden harjanteiden syöttöosa 48. Höyrykanava 50 ulottuu osittain ulomman jauhatusosan läpi. Kanava kulkee suhteellisen kapeiden urien 52 poikki tiiviisti sijoitettujen harjanteiden 54 välissä ulommalla jauhatusosalla 44. Pintapatoja 56 on kaikissa ulomman osan urissa. Säteissuunnassa sisäänpäin olevalla osalla 46 on höyrykanava 58, joka on epäyhtenäinen ulommalla jauhatusosalla 44 olevan kanavan 50 kanssa. Takaisinvirtaushöyry liikkuu ulommalta kanavalta 50 jauhatusosien 44, 46 välistä sisemmälle kanavalle 58 kanava-aukon 60 kautta. Höyry, joka virtaa takaisin sisemmän höyrykanavan 58 kautta poistuu syöttöosalle 48, jossa levein välein sijoitetut harjanteet sallivat höyryn virrata takaisin korkeapainehöyryn poistolle.

Kuvio 5 on etukuva kuumahierrestaattoriterän teräsegmentistä 70. Höyrykanava 72 kulkee sisemmän jauhatusvyöhykkeen 74 poikki. Sisemmän jauhatusvyöhykkeen harjanteet on lähekkäin sijoitettu, mikä on tyypillistä. Harjanteiden ja säteen välinen terävä kulma on vain pieni, mikä on tyypillistä kuumahierrejauhatuksen sovelluksille. Höyrykanava 72 on suora ja noin 45 asteen kulmassa säteeseen nähden, ja vastakkaisessa kulmassa harjanteiden muodostamaan kulmaan nähden. Harjanteet vastakkaisilla puolilla kanavaa kallistuvat kohti kanavaa. Kanavan alemman osan vieressä olevilla harjanteilla on jyrkkä kaltevuus 76 ja kanavan ulomman osan vieressä olevilla harjanteilla on matala kaltevuus 77. Terällä on ulompi jauhatusvyöhyke 78 ilman höyrykanavaa. Sisemmällä jauhatusvyöhykkeellä 74 muodostunut höyry, joka virtaa kanavaan, voi virrata säteissuunnassa sisäänpäin höyryn poistolle lähelle terän syöttöä, joka voi olla lähellä terän keskustaa.

Kuvio 6 on etukuva MDF-levyn staattoriterän kaksisuuntaisteräsegmentistä 80. Leveä höyrykanava 82 ulottuu kokonaan sisemmän jauhatusvyöhykkeen 84 läpi ja osittain ulomman jauhatusvyöhykkeen 86 läpi. Höyrykanava ulottuu säteissuuntaisesti ja on yhdensuuntainen säteensuuntaisesti linjassa olevien sisemmän ja ulomman jauhatusvyöhykkeiden 84, 86 harjanteiden kanssa. Höyrykanava 82 MDF-levyn kaksisuuntaisterässä 80 sallii jauhatusvyöhykkeillä 84, 86 muodostuneen höyryn virrata säteissuunnassa sisäänpäin olevan jauhinterän orkeapainehöyryn poistoaukolle.

Harjanteiden säteensuuntainen sijoittelu sallii staattorin ja vastaavan roottoriterän pyörittämisen myötäpäivään tai vastapäivään jauhatuksen aikana. Päin vastoin kuin kuvion 6 kaksisuuntaisterä MDF-levylle, terät kuvioissa 1 ja 3 ovat suuntaisteriä johtuen niiden harjanteiden ja säteen muodostamasta kulmasta.

Kuviot 7 ja 8 on etukuva ja sivukuva, tässä järjestyksessä, MDF-levylle tarkoitetusta matalaenergisestä staattoriterän suuntaisteräsegmentistä 90. Syöttöosalla 92 on leveät välit hajottavien harjanteiden välissä, jotka välit sallivat höyryn virrata säteissuunnassa sisäänpäin. Jauhatusosa 94 sisältää epäyhtenäisiä höyrykanavia 96, 98 ja 100. Höyrykanavat 96, 98 ja 100 muodostavat siksak-kuvion, joka ulottuu säteen suunnassa suunnilleen kahden kolmasosan pituudelta jauhatusvyöhykettä. Siksak-kuvion muodostavat höyrykanavan osat 100, 98, jotka ovat yleensä kohtisuorassa harjanteisiin nähden ja yhdistävä höyrykanavaosa 96, joka on yleensä samansuuntainen harjanteiden kanssa. Siksak-kuviolla on taipumus ohjata kuitua kanavassa jauhatusvyöhykkeen 94 harjanteille ja se sallii höyryn seurata siksak-kuviota. Siksak-kuvio vähentää jauhimen korkeapainepoistolle takaisinvirtaushöyryn mukana virtaavia kuituja.

Siksak-höyrykanavat 96, 98 ja 100 osoittavat, että höyrykanava voi kulkea levyn poikki kulmassa, joka on vastakkain jauhatusosan harjanteiden muodostamaa kulmaa ja pitkin kulmaa, joka on yleensä linjassa terän harjanteiden kanssa. Vastakkaiskulmainen höyrykanava muodostaa kulman säteisviivaan nähden, joka on vastakkaisella puolella säteisviivaa jauhatusosan muodostamaan kulmaan (kulmiin) nähden. Linjassa oleva höyrykanava muodostaa kulman säteisviivaan nähden, joka on samalla puolella säteisviivaa kuin jauhatusosan harjanteiden muodostama(t) kulma(t).

Kuten kuvioista 1, 3, 5, 6, ja 7 käy ilmi, höyrykanava voi olla suora, kaareva, yhtenäinen tai epäyhtenäinen, muodostaa vastakkaisen kulman jauhatusalueen kulmien kanssa tai olla linjassa jauhatusosan kanssa ja voi olla yhdistelmä höyrykanavasegmenttejä. Edullisesti höyrykanava on suhteellisen leveä (verrattuna uraleveyksiin jauhatusalueella), ei ulotu säteissuunnassa terän ulkoreunaan tai sillä on yksi tai useampia patoja kohti ulkoreunaa höyryn poistumisen ehkäisemiseksi terän ulkoterältä, ja kanava on suhteellisen syvä salliakseen höyryn virrata säteissuunnassa sisäänpäin ja harjanteiden kärjillä tapahtuvan jauhatuksen alapuolella.

Kuvio 9 on kaavamainen sivukuva kuumahierre(TMP)jauhatusjärjestelmästä 60, jollaista on kuvattu amerikkalaisessa patenttihakemusjulkaisussa 2006/0006265, joka on otsikoitu "High Intensity Refiner Plate with Inner Fiberizing Zone". Hakkeensyöttöjärjestelmä 62 höyryttää puuhakkeen ja kohdistaa painetta höyrytetylle puuhakesuspensiolle. Höyrytysastiaa 64 voidaan käyttää hakkeen höyryttämiseen kovassa paineessa, jossa korkeapainehöyry viedään höyrytysastiaan. Syötettävä hakesuspensio voi olla korkeassa paineessa, esimerkiksi 15-25 psig (paunaa/ neliötuuma).

Korkeapaineistettu syötettävä hakesuspensio syötetään korkeapaineisen hakkeen syöttöputken 65 kautta suursakeusensiöjauhimelle 66, jolla on toistensa suhteen pyörivät kiekot. Kiekot on asennettu ensiöjauhimen 66 kammioon 68. Pari toisiaan vasten olevia kiekkoja on kammiossa siten, että ryhmä staattorin teriä on vastakkain roottorin teräryhmän kanssa ja molemmat ryhmät ovat sama-akselisia. Kapea väli erottaa staattorin terän harjanteet ja roottorin terän harjanteet. Kammiota käytetään korkeassa paineessa, esimerkiksi 1-6 barissa kuumahierteelle ja 6-8 barissa MDF-lle. Jauhimen syöttölaite 71, kuten nauhasyöttölaite, vastaanottaa korkeapaineistetun syötetyn hakesuspension ja syöttää paineistetun suspension yhden terän syötön keskelle siten, että suspensio syötetään kiekkojen väliin olennaisesti kiekkojen sisähalkaisijalle.

Kanavat ja muut höyryvirtauksen kulkutiet muodostavat kulkuväylän takaisinvirtaushöyrylle terillä, esimerkiksi staattori- ja/tai roottoriteräsegmenteillä. Muut höyryvirtauksen kulkuväylät voivat sisältää rengasmaisia välejä sisemmän ja ulomman jauhatusosan välissä ja syöttöosia, joilla harjanteet on sijoitettu leveästi kauas toisistaan ilman patoja. Takaisinvirtaushöyry poistuu höyrykanavasta syöttöosille, joissa harjanteiden etäisyydet ovat suhteellisen leveät, esimerkiksi ainakin puoli tuumaa (1.2 cm). Syöttöosan leveät urat harjanteiden välissä ja/tai patojen puuttuminen syöttöosalta sallii takaisinvirtaushöyryn virrata korkeapainehöyrynpoistolle 70 nauhasyöttölaitteella 71, joka on kytketty kiekkojauhimen syötön keskustaan. Vaihtoehtoisesti putkitus takaisinvirtaushöyrylle voi vastaanottaa höyryä kytkimeltä hakekourun 65 takana, joka hakekouru on nauhasyöttölaitteen 71 päällisyötöllä. Takaisinvirtaushöyry voi mennä nauhasyöttölaitteen läpi, vasten hakevirtausta, ja ylös hakekourua 65 takaisinvirtaushöyryputken 72 syötölle.

Korkeapaineistettu takaisinvirtaushöyry, joka on otettu kiekkojauhimelta, on käytettävissä korkeapainehöyrynä jauhatusprosessin esilämmitysosassa. Takaisinvirtaushöyryä voidaan käyttää vähentämään esilämmitykseen lisätyn tuoreen höyryn määrää. Takaisinvirtaavan korkeapainehöyryn käyttö on tavallista kuumahierrejauhatusjärjestelmissä. Imetty takaisin virtaava korkeapainehöyry voidaan viedä höyrylinjan 72 kautta höyrytysastialle 64 puuhakkeen höyryttämiseksi ennen jauhinta.

Jauhinlevyt, joissa on kanavat, tarjoavat suhteellisen runsaan takaisin virtaavan korkeapainehöyryn virtauksen. Takaisin vihaavaa korkeapainehöyryä voidaan käyttää jauhatuslaitoksessa erikseen tuotetun korkeapainehöyryn sijaan. Runsas korkeapainehöyryn virtaus, jonka tarjoavat tässä esiin tuodut jauhinteräsegmenttien höyrykanavat, voi vähentää energiavaatimuksia jauhatuslaitoksessa vähentämällä erikseen tuotettavan korkeapainehöyryn määrää.

Vaikka esillä olevaa keksintöä on kuvattu siinä yhteydessä, jota parhaillaan pidetään sen käytännöllisimpänä ja edullisimpana toteutusmuotona, tulee ymmärtää, että keksintö ei rajoitu esitettyyn toteutusmuotoon, vaan sen on päinvastoin tarkoitus kattaa monia erilaisia muunnelmia ja vastaavia järjestelyjä oheisten patenttivaatimusten hengessä ja suojapiirissä.

Claims (23)

1. Menetelmä korkeapainehöyryn poistamiseksi jauhatusjärjestelmästä käsittäen: kuitupitoisen syötettävän selluloosamateriaalin viemisen kiekkojauhimen syötölle; kuitupitoisen syötettävän selluloosamateriaalin syöttämisen jauhimen toisiaan vasten olevien kiekkojen väliin, jossa toinen kiekko pyörii suhteessa toiseen; kuitupitoisen syötetyn selluloosamateriaalin jauhatuksen toisiaan vasten olevien jauhinterien välissä, jotka terät on asennettu vastaaville toisiaan vasten oleville kiekoille, jolla jokaisella jauhinterällä on vyöhyke jauhatusharjanteita (16, 18, 54) ja uria (22, 52) ja menetelmä on tunnettu siitä, että se käsittää syöttö mate haali n jauhatuksen aikana syntyneen höyryn saattamisen virtaamaan takaisin höyrykanavien (34, 50, 58, 72, 82, 96, 98, 100) kautta ainakin yhdellä terällä, ja jolloin höyrykanavien leveys on suurempi kuin urien (22, 52) leveys, ja takaisinvirtaushöyryn poistamisen kiekkojauhimesta höyrynpoistolta, joka on säteittäisesti sisäänpäin höyrykanavien poistolta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että takaisinvirtaushöyry poistetaan vähintään 6 barin paineessa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyrykanavalla (34, 50, 58, 72, 82, 96, 98, 100) varustetut terät käsittävät staattorin terät.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että takaisinvirtaushöyry pakotetaan virtaamaan säteissuunnassa sisäänpäin kanavien kautta muodostamalla säteissuunnassa kanavan ulompi pääty (38) säteissuunnassa sisäänpäin kiekkojen ulkokehästä.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että takaisinvirtaushöyry virtaa epäyhtenäisen höyryn kulkutien kautta, joka kulkutie sisältää ainakin yhden kanavista (50, 58).

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että takaisinvirtaushöyry poistuu höyrykanavasta (34, 50, 58, 72, 82, 96, 98, 100) jauhinterän syöttövyöhykkeelle (12, 48, 92), jossa syöttövyöhykkeen urat ovat leveämpiä kuin jauhatusvyöhykkeen urat.

7. Jauhinterä lignoselluloosamateriaalin jauhamiseksi, joka terä käsittää: säteissuuntaisen ulkoreunan (40) ja alustan pinnan (19); jauhatusvyöhykkeen sisältäen useita olennaisen säteissuuntaisesti järjestettyjä harjanteita (18, 54) ja uria (22, 52) harjanteiden välissä, jossa harjanteet (18, 54) työntyvät ylöspäin alustan pinnasta (19) ja urista jokaisella on uraleveys, ja jauhatusvyöhykkeen läpi kulkevan höyrykanavan (34, 50, 58, 72, 82, 96, 98, 100), jolla on säteissuuntainen ulompi pääty (38) säteissuunnassa sisäänpäin kuin levyn ulompi ulkoreuna (40) ja höyrykanavan (34, 50, 58, 72, 82, 96, 98, 100) leveys on suurempi kuin uran (22, 52) leveys, tunnettu siitä, että höyrykanava purkaa syöttövyöhykkeelle, jossa harjanteet ovat vähintään kolme kertaa uraleveyden etäisyydellä toisistaan.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jauhinterä, höyrykanava purkaa syöttövyöhykkeelle, jossa harjanteet ovat vähintään kolme kertaa uraleveyden etäisyydellä toisistaan ja höyrykanava (82) on jauhatusvyöhykkeellä (84, 86) samansuuntainen harjanteiden ja urien kanssa.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanava (72) kulkee jauhatusvyöhykkeellä harjanteiden ja urien poikki.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että terä on suuntaisterä ja harjanteet ja urat ovat terävässä kulmassa terän säteeseen nähden.

11. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7, 9, tai 10 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanava (72) muodostaa kulman terän säteeseen nähden vastakkaisessa suunnassa kulmaan, joka muodostuu harjanteista ja säteestä.

12. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-11 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanava (34, 72, 82, 96, 98, 100) on suora.

13. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-11 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanava on kaareva (50, 58).

14. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-13 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanava (34, 50, 58, 72, 82, 96, 98, 100) on ainakin yhtä syvä kuin urat.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanava (34, 50, 58, 72, 82, 96, 98, 100) on syvempi kuin urat.

16. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-15 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että jauhinterä käsittää myös syöttövyöhykkeen (12) ja jossa jauhinterässä höyrykanavalla (34) on säteissuuntainen sisempi pääty (36) syöttövyöhykkeen vieressä.

17. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-16 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että terä on staattorin terä.

18. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-17 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että terä käsittää rengasmaisen ryhmän teräsegmenttejä (10, 42, 70, 80, 90) ja kukin segmentti (10) sisältää jauhatusvyöhykkeen, ja useat teräsegmentit (10) sisältävät höyrykanavan (34, 50, 58, 72, 82, 96, 98, 100).

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että vähintään yksi teräsegmentti (10) on vailla höyrykanavaa.

20. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-19 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanavan leveys on vähintään kaksi kertaa uraleveys.

21. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-20 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanavan leveys on vähintään puoli tuumaa (1.3 cm).

22. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-22 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että höyrykanava purkaa syöttövyöhykkeelle, jossa harjanteet ovat vähintään kolmen neljäsosatuuman (1.8 cm) päässä toisistaan.

23. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 16 -22 mukainen jauhinterä, tunnettu siitä, että terä on mukautettu jauhamaan kuituja puolikovalle kuitulevylle (MDF). PATENTKRAV