FI61731C - Foerfarande foer foerbaettring av efteranvaendningen av vid tilverkningsprocessen foer traeslipmassa alstrad vaermeener gi - Google Patents

Description

1 61731

Menetelmä puuhiokkeen valmistusprosessissa syntyvän lämpö-energian jälkikäytön parantamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä puuhiokkeen val-5 mistusprosessissa syntyvän lämpöenergian jälkikäytön parantamiseksi, jonka menetelmän mukaan - puuta hiotaan pyörivällä hiontaelimellä hiomatilas-sa, jossa vallitsee yli yhden ilmakehän absoluuttinen paine, - hiomatilaan suihkutetaan lämmintä suihkuvettä, 10 - massasulppu johdetaan hiomatilasta paineelliseen höy- rynerottimeen, jossa massasulppuun sitoutunutta lämpöenergiaa vapautuu höyryksi, - massasulppu johdetaan höyrynerottimesta saostimeen, josta vapautunutta vettä johdetaan takaisin hiomatilaan 15 suihkuvedeksi, - suihkuveteen tuodaan lisävettä, ja - höyrynerottimessa vapautunut höyry otetaan paineen alaisena talteen jälkikäyttöä varten.

Ennestään on tunnettu paineenalainen hionta (Fl-patent-20 tihakemukset 782414, 780514 ja 780515, SE-patenttihakemus 7411949-6, SE-patentit 318 178 ja 336 952), jossa hionta tapahtuu yli yhden ilmakehän paineen alaisessa hiomatilassa. Puiden syöttö ylipaineiseen hiomatilaan tapahtuu esim. hiomakoneen hiontataskujen päälle rakennettujen paineentasaus-25 kammioiden avulla. Sulkuluukkujen ja massa-altaan rajoittama hiomatila paineistetaan sopivimmin ilman tai painehöyryn avulla. Puun kuidutus tapahtuu painamalla hydraulimännän avulla puupöllejä hiontakiveä vasten. Hiontakiven aikaansaama vibraatio ja kitkalämpö yhdessä hiontakiven pinnalle suihku-30 tettavan suihkuveden kanssa irrottavat kuidut puuaineksesta.

Suihkuvesien lämpötilalla on havaittu olevan ylipai-neellisessa hionnassa suurempi merkitys kuituuntumiseen kuin paineettomassa hionnassa. Mitä lämpimämmät ovat suih- 2 61731 kuvedet, sen pitempinä ja kokonaisempina irtoavat kuidut puuaineksesta ja sen lujempaa on näistä kuiduista valmistettu paperi. Paineenalaiselle hionnalle on siis edullista mitä lämpimämpänä suihkuvedet johdetaan takaisin hioma-5 koneeseen.

Kuiduttamisen jälkeen johdetaan massasulppu pois hiomatilasta putkella, jossa tapahtuu ennen massavirtauk-sen määrän säätöä massasulpussa olevien tikkujen ja suurehkojen puukappaleiden hienonnus tikkumurskaimella. Hiomati-10 lasta ulos johdettavan massan lämpötila on normaalisti yli 100°C. Suihkuvesien lämpötilasta ja hiomatilan ylipaineesta riippuen saattaa massan lämpötila nousta 145°C saakka käytännön olosuhteissa. Tällöin suihkuvesien hiomatilaan sisäänsyöttölämpötilan tulee olla 130-135°C ja hiomatilan 15 ylipaineen 3 bar. Massasulppuun sitoutunut lämpöenergia vapautetaan höyryn muodossa höyrynerottimessa, jossa paine alennetaan ilmanpaineiseksi, koska massan lämpötilan on oltava höyrynerottimen jälkeen veden kiehumispisteen alapuolella. Höyrynerottimesta massa voidaan johtaa suoraan saos-20 timelle, jossa kuuma suihkuvesi erotetaan massasta johdettavaksi takaisin hiomatilaan. Höyrynerottimesta massa voidaan myös purkaa välisäiliöön, josta se johdetaan erilaisiin lajitteluihin: painelajitteluun ja pyörrepuhdistukseen ennen johtamistaan saostimeen, jossa kuuma suihkuvesi ero-25 tetaan massasta. Saostimelta massa poistuu 5-33 % sakeudes-sa.

Tässä tunnetussa järjestelmässä on höyrynerottimesta vapautuvan höyryn lämpötila n. 100°C ja paine n. 1 bar. Näinkin alhainen lämpötila ja paine vähentää höyryn käyt-30 tömahdollisuuksia ja alentaa näin ollen höyryn arvoa. Haitta on erityisen suuri käytettäessä höyryn paineen ja lämpötilan korottamiseen tarkoitettua lämpökompressorilaitos-ta.

Saostimelta poistuvan massan mukana poistuu järjes-35 telmästä 2-20 % lämmintä suihkuvettä. Tämä määrä ja muut » * i1'· 3 61731 mahdolliset häviöt on korvattava lisävedellä, joka usein on lämpötilaltaan huomattavasti alhaisempaa, yleisesti 50-60°C ja joka tuodaan tunnetussa järjestelmässä saostimen jälkeiseen suihkuvesisäiliöön. Tämä alhaisen lämpötilan 5 omaava suihkuveden lisävesi laskee hiomatilaan johdettavan suihkuveden kokonaislämpötilaa 2-10°C, mitä on pidettävä epäkohtana.

Tunnetussa järjestelmässä pysyy massan lämpötila höy-rynerottimen jälkeen vakiona, mutta järjestelmään tuotavan 10 lisäveden lämpötila ja määrä saattavat vaihdella, eikä tämän veden lämpötilaa eikä määrää voida laitoksen järkevän vesitalouden puitteissa taloudellisesti säätää. Tällöin myös hiomakoneeseen menevän suihkuveden lämpötila voi vaihdella hallitsemattomasti n. + 5°C rajoissa, mikä on epäkohta. 15 Mekaanisen kuidutuksen alalta on sinänsä tunnettua käyttää paineellista höyrynerotinta vapautuvan höyryn tal-teenottamiseksi paineen alaisena.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, joka poistaa edellä mainitut epäkohdat ja joka parantaa 20 painehiontaan perustuvasta puuhiokkeen valmistusprosessista vapautuvan höyryn käyttökelpoisuutta ja käyttöarvoa sekä lisää valmistusprosessin lämpötilojen hallintaa. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, 25 - että suihkuveden lisävesi sekoitetaan höyrystä va pautettuun massasulppuun höyrynerottimen jälkeen, ja - että höyrynerottimessa vapautuvan höyryn painetta säädetään siten, että massasulpun lämpötila vastaa lisäveden sekoittamisen jälkeen olennaisesti halutun suihkuveden 30 lämpötilaa.

61731 4

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että säätämällä höyrynerottimesta vapautuvan höyryn painetta voidaan vaikuttaa höyrynerottimesta poistuvan massasulpun lämpötilaan ja siten aina saada massasulpun lämpötila sopivaksi siihen läm-5 möntarpeeseen nähden, joka kuluu kulloinkin tarvittavan li-säveden lämmittämiseen, jotta näin saatu hiomakoneeseen johdettava suihkuvesi olisi halutussa lämpötilassa. Näin varmistetaan, että suihkuveden lämpötila ei vaihtele olennaisesti, vaikka lisäveden määrä ja lämpötila vaihtelevatkin.

10 Höyrynerottimesta vapautuva höyry saadaan keksinnön mukaisesti talteen korkeimmassa mahdollisessa paineessa, koska höyrynerottimesta poistuvan massasulpun lämpösisältöä lisätään höyryn painetta alentamalla höyrynerottimeen tulevan sulpun lämpötilaa vastaavasta höyrynpaineesta vain niin pal-15 jon kuin lisäveden kasvava määrä tai lisäveden aleneva lämpötila kulloinkin vaatii.

Käytettäessä lämpökompressorilaitosta höyryn jälkikä-sittelemistä varten saavutetaan huomattava säästö kompressorin tehontarpeessa, kun höyry on ylipaineista jo ennen 20 kompressoria. Myös höyryn tilavuusvirta pienenee, mikä pienentää tarvittavien laitteiden kokoja.

Keksintöä selitetään lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää kaavamaisesti erästä keksinnön mukaisesti toimivaa painehiontaprosessia.

25 Piirustuksessa on esitetty hiomakone 1, jossa on pyö rivä hiomakivi 2, joka on asennettu paineistettuun hiomati-laan 3. Hiomatilaan liittyy kaksi hiontataskua 4, joiden yläpuolelle on järjestetty sinänsä tunnetut sulkuluukkujen sulkemat paineentasauskammiot 5. Hiomakiven vastakkaisilla 30 puolilla on hydraulimännät 6 hiontataskuihin pudotettujen puupöllien painamiseksi hiomakiveä vastaan. Hiomatilaan on sovitettu joukko suihkuputkia 7 lämpimän suihkuveden johtamiseksi hiomakiven pinnalle. Hiokemassan kokoamiseksi on hiomatilaan järjestetty massa-allas 8.

5 61 731

Hiomakoneen massa-altaasta johtaa putki 9 massasulp-pua A varten tikkumurskaimen 10 ja puskuventtiilin 10a kautta höyrynerottimeen 11, joka on varustettu höyryn-poistoputkella 12 massasulpusta vapautuvaa höyryä H var-5 ten. Höyrynerottimesta johtaa putki 13 höyrystä vapautetun massasulpun B johtamiseksi välisäiliöön 14. Välisäi-liöstä johtaa putki 15 pumpun 16 ja painelajittimen 17 kautta saostimeen 18 saostettavaa massasulppua C varten. Saostin on varustettu poistokohdalla 19 saostettua hioke-10 massaa D varten.

Saostimessa on allas 20 saostettavasta massasulpusta C poistuvaa vettä F varten. Altaasta johtaa putki 21 väli-säiliöön 22. Välisäiliöstä johtaa putki 23 pumpun 24 kautta hiomatilassa oleviin suihkuputkiin 7 lämpimän suihkuveden 15 G johtamiseksi mainittuihin suihkuputkiin.

Puuhioketta valmistettaessa kiertää suihkuvesi jatkuvasti putkien 9-13-15-21-23 muodostaman kiertojärjestelmän kautta. Osa suihkuvedestä poistuu saostetun hiokemassan mukana. Johtuen muista prosessissa tapahtuvista vesihäviöistä, 20 poistuvasta höyrystä yms. joudutaan kiertojärjestelmään lisäämään enemmän korvausvettä kuin mitä pelkästään saosti-melta poistuu massan mukana.

Osa tästä vedestä tulee hiomakoneen tiivistevesinä, muu osa lisävedestä E tuodaan putkella 25 höyrynerottimen 25 jälkeen putkeen 13. Paine höyrynerottimessa pidetään venttiilin 26 avulla, jota ohjataan säätimen 27 avulla lämpötila-anturista 28 saadun mittaustuloksen avulla. Massasulpun pintaa höyrynerottimen jälkeisessä putkessa 13 ohjaa venttiili 29, jonka asentoa säädetään säätimellä 30 pinnankor-30 keusanturin 31 antaman tuloksen avulla.

Tunnetussa järjestelmässä, jossa höyrynerotin on il-manpaineinen, massasulppu tulee höyrynerottimesta n.

100°C olevassa lämpötilassa. Häviöiden vaikutuksesta suihku-vesi jäähtyy n. 1°C. Jos järjestelmään tuodaan lisävettä 35 esim. 10 % kokonaissuihkuvedestä, niin saatavan suihkuveden lämpötilaksi tulee 'V; ; * 61731 6 0,1 · 50°C + 0,90 · 99°C = 94,1°C.

Jos kysymyksessä on esimerkiksi hiomo, jossa on neljä hiomakonetta, voi höyrynerottimesta vapautua höyryä 5 n. 3 kg/s lämpötilassa 100°C ja paineessa 1,0133 bar.

Lämpökompressorin teoreettinen tehontarve voidaan laskea kaavalla: Γ k-1

Pek ‘ ^ /^"pku\ ^ 10 P = * <?ek ' [V^) ' 1 missä P = kompressorin tehontarve kW 15 m = massavirta kg/s

Pe^ = paine ennen kompressoria kPa p^u = paine kompressorin jälkeen S = kaasun tiheys ennen kompressoria kg/m3 20 k terminen kompressibiliteetti £ = kompressorin mekaaninen hyötysuhde.

Lasketaan seuraavassa kompressorin tehontarve, kun höyrynerotin on ilmanpaineinen ja kun höyryn vaihtamiseksi 25 puhtaaksi höyryksi joudutaan alentamaan höyryn lämpötilaa lämmönsiirtimessä 5°C. Tällöin on m =3 kg/s Pek =84,5 kPa pku = 400 kPa 30 g =0,5045 kg/m3 k =1,3 2y = 0,80 ’t ft · λ '· 7 61731 -Ll.3 84,5 · 1,3 /40θ\ 1,3

ρ = 3 · - ί - ) -1 = 1179 kW

0,5045 · 0,3 · 0,8 \84,5/ Käytettäessä keksinnön mukaisesti paineistettua höy-5 rynerotinta voidaan suihkuveden lämpötila säätää olemaan 100°C lisäveden sekoittamisen jälkeen. Tällöin 10 % lisäve-simäärällä ja 50°C olevalla lisäveden lämpötilalla saadaan höyrynerottimesta tulevan massan lämpötilaksi: 10 100°C - 0,10 · 50°C 105 5oc 0,9 Tässäkin tapauksessa voidaan olettaa, että lämmönsiir-timessä häviää 5°C eli imettävän höyryn lämpötila on 100,5°C 15 ja paine 103,2 kPa ja tiheys 0,609. Vastaavasti kuten edellä saadaan kompressorin tehontarpeeksi: N. -4*3. Ί 103,2 · 1,3 /400 \ 1,3

p = 3 · -- (- ) - 1 1010 kW

2Q 0,609 · 0,3 · 0,8 \103,2/ Säästö lämpökompressorin tehontarpeessa olisi n.

168 kW eli n. 17 %. Höyryn tilavuusvirta pienenee vastaavasti n. 18 %, mikä pienentää tarvittavien laitteiden kokoja.

25 Huomataan, että höyrynerottimesta vapautuva höyry saa daan otetuksi talteen jälkikäyttöä varten suuremmassa paineessa ja korkeammassa lämpötilassa kuin tähän asti on ollut mahdollista käytettäessä ilmanpaineista höyrynerotinta ja että siitä huolimatta päästään korkeampaan suihkuveden lämpö-30 tilaan lisäveden sekoittamisen jälkeen kuin tähän asti on ollut mahdollista. Höyryn painetta säätämällä voidaan höyrynerottimesta poistuva massasulppu säätää sellaiseen lämpötilaan, että lisäveden sekoittamisen jälkeen saadaan saostimes-sa erotettua massasulpusta suihkuvettä, joka lämpötilaltaan 35 on sopivaa syötettäväksi hiomakoneen hiomatilaan.

8 61731

Esimerkki 1

Olkoon hiomossa tilanne, että lisävesimäärä E on 10 % koko vesimäärästä G ja sen lämpötila +50°C. Välisäi-liöön 14 tulevan massasulpun lämpötilaksi halutaan 100°C.

5 Säädin 27 on ohjannut paineensäätöventtiilin 26 sellaiseen asentoon, että anturin 28 mittaustulos vastaa asetusarvoa 100°C. Höyrynerottimesta 11 tulevan massasulpun B lämpötilaksi saadaan 10 1 · 100°C - 0,1 - 50°C = 105 5oc 0,9

Prosessin lämpenemisestä johtuu, että lisäveden E lämpötila nousee +60°C:seen, jolloin myös välisäiliöön 14 15 menevän massan lämpötila nousee. Anturi 28 mittaa tämän lämpötilan ja säädin 27 avaa venttiiliä 26, niin että paine höyrynerottimessa 11 laskee, jolloin myös höyrynerottimesta tulevan massan B lämpötila laskee. Venttiili 26 pysyy avattuna niin kauan, kunnes anturin 28 mittaustulos vastaa sää-20 timen 27 asetusarvoa 100°C. Höyrynerottimesta tulevan massasulpun lämpötila on tällöin 1 · 100°C - 0,1 - 60°C = 104/4oc# 0,9 25

Vastaava toiminta tapahtuu, jos lisäveden E määrä vähenee lämpötilan pysyessä samana tai noustessa samanaikaisesti. Olkoon tilanne, että lisäveden määrä nousee aikaisemmasta tilavuudesta 0,1 tilavuuteen 0,15 lämpötilan pysyessä 30 50°C:ssa. Tällöin välisäiliöön 14 menevän massasulpun B läm pötila laskee arvoon 0,9 · 105,5°C + 0,15 · 50°C = 9? 5oc> 1,05 35 9 61731

Anturi 28 mittaa tämän lämpötilan ja säädin 27 sulkee venttiilin 26, niin että paine ja lämpötila höyrynerottimessa 11 nousee. Venttiili pysyy suljettuna, kunnes massasulpun B lämpötila anturin 28 kohdalla on säädetty 100°C:seen.

5 Höyrynerottimesta tulevan massan lämpötila on tällöin 1,05_. 100°C -_0Λ,5^ 50°C , 108f3o^ 0,9 10 Vastaava toiminta tapahtuu, jos lisäveden E lämpötila laskee lisäveden määrän pysyessä samana tai samanaikaisesti kasvaessa.

Suihkuveden lisäksi voidaan lämpötilaltaan sopivaa vettä tarvita jotain muuta prosessivaihetta varten, jolloin li-15 sävetenä E tuodaan tätä kulutusta kompensoiva suurempi määrä lisävettä. Piirustuksessa on lämpimän veden tällainen muu käyttö esitetty katkoviivoilla 32.

Mikäli suihkuvesi halutaan lämpötilaltaan yli l00°C:ksi, on se mahdollista tällä menetelmällä, jolloin 20 laitteisto vain on tehtävä paineenkestäväksi.

Piirustus ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan voi keksinnön mukainen menetelmä vaihdella huomattavastikin patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (5)

10 617 31

1. Menetelmä puuhiokkeen valmistusprosessissa syntyvän lämpöenergian jälkikäytön parantamiseksi, jonka menetelmän mu- 5 kaan - puuta hiotaan pyörivällä hiontaelimellä (2) hiomati-lassa (3), jossa vallitsee yli yhden ilmakehän absoluuttinen paine, - hiomatilaan suihkutetaan lämmintä suihkuvettä (G), 10. massasulppu (A) johdetaan hiomatilasta paineelliseen höyrynerottimeen (11), jossa massasulppuun sitoutunutta lämpöenergiaa vapautuu höyryksi (H), - massasulppu johdetaan höyrynerottimesta saostimeen (18), josta vapautunutta vettä johdetaan takaisin hiomati- 15 laan suihkuvedeksi (G), - suihkuveteen tuodaan lisävettä (E), ja - höyrynerottimessa vapautunut höyry (H) otetaan paineen alaisena talteen jälkikäyttöä varten, tunnettu siitä, 20. että suihkuveden (G) lisävesi (E) sekoitetaan höyrys tä vapautettuun massasulppuun (B) höyrynerottimen jälkeen, ja - että höyrynerottimessa (11) vapautuvan höyryn (H) painetta säädetään siten, että massasulpun (B) lämpötila vas- 25 taa lisäveden (E) sekoittamisen jälkeen olennaisesti halutun suihkuveden (G) lämpötilaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyrynerottimessa (11) vapautuva höyry (H) johdetaan höyrynerottimesta paineensäätölaitteen (26) 30 kautta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyrystä vapautettu massasulppu (B) johdetaan höyrynerottimesta (11) massasulpun muodostaman painelukon (29-31) kautta. n 61731

4. Patenttivaatimuksen 2 ja 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paineensäätölaitetta (26) ohjataan painelukon (29-31) jälkeen mitatusta massasulpun (B) lämpötilasta riippuen.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessiin tuotava lisävesi (E) vastaa suihkuvesihäviöiden määrää. 12 61 7 31