FI87668B - Foerfarande och anordning foer behandling av en banformig produkt - Google Patents

Description

1 87668

Menetelmä ja laite rainamaisen tuotteen käsittelemiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä rainamaisen tuotteen käsittelemiseksi, erityisesti kuivaamiseksi, jossa mene tel-5 mässä käsiteltävä tuote johdetaan kulkemaan sylinterimäisen vaipan ulkopinnan yli ja sylinterimäisen vaipan sisään johdetaan palavaa kaasua tai niiden seosta, joka poltetaan sylinterimäisen vaipan sisällä, ja kuumat palamiskaasut johdetaan kosketuksiin vaipan sisäpinnan kanssa lämmön 10 johtamiseksi valppaan ja jossa menetelmässä kaasun ja ilman seoksen polttamisessa käytetyt poltinlaltteet suunnataan olennaisesti koko sylinterimäisen vaipan pituuden alueella kohdistamaan kuumat palamiskaasut sylinterimäisen vaipan sisäpintaan suunnassa, joka on olennaisesti kohtisuorassa 15 sylinterimäisen vaipan symmetria-akseliin nähden. Keksinnön kohteena on myös laite rainamaisen tuotteen käsittelemiseksi.

Keksintöä voidaan soveltaa erityisesti kuivaus-sylintereiden yhteydessä, joita käytetään paperin ja kar-20 tongin valmistuksen yhteydessä, keksintöä voidaan soveltaa kuitenkin myös muiden kuivatus- ja lämmitysprosessien yhteydessä.

Paperin ja kartongin valmistuksessa on aiemmin käytetty höyrylämmitteisiä kuivatussylintereitä. Tuotettua 25 paperikiloa kohti joudutaan paperinvalmistuksessa pois tamaan vettä 100-300 kg.

Esimerkkinä voidaan mainita tapaus, jossa vedenpois-totarve tuotettua paperikiloa kohti on yhteensä 153,5 kg pystytään eri osissa poistamaan seuraavat määrät vettä; 30 viiraosalla noin 150 kg, puristinosalla noin 2 kg ja kuiva-tusosalla noin 1,5 kg. Paperikoneen hankintahinnasta viira-osan ja perälaatikon osuus on kuitenkin vain noin neljännes ja puristinosan hinta samoin neljännes. Kuivatusosan ja jälkikäsittelylaitteiden hinta on sensijaan noin puolet 35 kokonaishinnasta. Paperikoneen käyttökustannuksistakin 2 87668 suurin osa muodostuu höyrylämmitteisellä kuivatusosalla, joten on selvää, että vesikilon poistaminen on kuivatus-osalla huomattavasti kalliimpaa kuin sitä edeltävillä paperikoneen osilla. Paperin kuiva-ainepitoisuus ennen kuiva-5 tusosaa on noin 40 % ja kuivattimen jälkeen noin 92 %.

Paperikoneen kuivatusosa sisältää yleensä 40-100 sylinteriä, jotka on jaettu eri käyttö- ja kuivatusryhmiin. Sylintereiden ryhmittely mahdollistaa ajonopeuksien ja lämmitystehojen muuttamisen paperin kutistuessa ja kuivues-10 sa.

Kuivatusosa on höyryn ja lauhteen osalta jaettu kuivatusryhmiin, joilla pyritään saamaan prosessiin sopiva lämpötilaprofiili. Kuivatusosan alussa halutaan laadullisista syistä pitää alhainen lämpötila. Loppuosalla pyri-15 tään tehostamaan kuivatusta korkeammilla läpötiloilla, koska paperin kuiva-ainepitoisuuden noustessa veden dif-fuusionopeus kuituseinämistä hidastuu.

Paperin ja kartongin kuivatuksessa veden höyrystämi-seen tarvittava lämpö tuodaan sylintereihin perinteisesti 20 höyryn avulla kuten edellä on esitetty. Märkä paperiraina painetaan sylinterin pintaan kuivatushuovan tai -viiran avulla. Lämpö siirtyy sylinterin seinämän läpi paperiin. Höyry lauhtuu sylinterin sisäpintaan ja muodostaa lauh-dekerroksen, jonka paksuus vaihtelee pyörimisestä johtuen. 25 Lauhdejärjestelmä täytyy mitoittaa siten, etteivät sylinterit koskaan täyty kokonaan lauhteella. Lauhde voi olla joko kerääntyneenä sylinterin pohjalle tai kerrostuneena sen · sisäpinnalle. Lauhdekerroksen sijainti ja suuruus riippuu ·:··· pyörimisnopeudesta ja lauhteenpoiston tehokkuudesta. Epä- : 30 stabiili lauhdekerros aiheuttaa vaikeasti hallittavia kuor- ____ mitusvaihteluita. Höyry- ja lauhdevirtojen hallintaan tar- ... vitaan monimutkainen säätöjärjestelmä. Paksu lauhdekerros heikentää lämmönsiirtoa höyrystä sylinterin sisäpintaan. Ohuiden paperilaatujen kuivatukseen mitoitettu järjestelmä '· 35 edellyttää hitaampaa ajonopeutta valmistettaessa paksumpia

II

3 87668 laatuja.

Perinteisten höyryjärjestelmien epäkohtana on mm. se, että lauhteenpoiston järjestäminen rajoittaa koneiden ajonopeutta ja siten tuotantomääriä. Höyrylämmitteisten 5 sylintereiden maksimilämpötila on rakenteellisista syistä noin 190 °C, joka vastaa 11 barin höyrynpainetta.Tavallisesti kuivatukseen on käytettävissä 2,5-3,5 barin höyryä, jolla sylintereiden pintalämpötilaksi saadaan korkeintaan 135 °C. Suhteellisen alhainen pintalämpötila johtaa suureen 10 kuivatuspinta-alan tarpeeseen eli tarvitaan paljon kalliita ja tilaa vieviä sylintereitä. Höyry- ja lauhdejärjestelmä on lisäksi kokonaisuutena kallis, tilaa vievä ja vaikeasti säädettävä. Mikäli ajonopeutta halutaan nykyisillä koneilla nostaa tai siirtyä paksumpien laatujen valmistukseen joudu-15 taan sylintereiden määrää lisäämään. Perinteisten sylintereiden määrän lisääminen on kuitenkin kallista ja tilaavie-vää ja kuivatushöyrystäkin on usein pulaa. Epäkohtana on edelleen höyryjärjestelmän heikko energiatalous. Tuotantoja siirtohäviöiden takia polttoaineen energiasta saadaan 20 hyödynnettyä vain noin 40-60 %. Hankaluuksia aiheutuu myös siitä, että sylintereiden pintalämpötiloja voidaan säätää vain ryhmäkohtaisesti eli vain karkealla tasolla. Sylintereiden pintalämpötiloja ei pystytä säätämään myöskään pituussuunnassa. Em. seikasta johtuen paperi kuivuu reunoilta 25 enemmän kuin keskeltä eli paperin kosteusprofiilista tulee epätasainen. Kosteusprofiilin oikaisuun tarvitaan erillinen taskupuhallus- ja/tai infrajärjestelmä.

Perinteisen höyryjärjestelmän epäkohtien eliminoimiseksi on ehdotettu suoratoimista ratkaisua, jossa kuivatuk-30 sessa tarvittava lämpö synnytetään polttamalla kaasua sylinterin sisällä. Esimerkkinä tällaisista ratkaisuista voidaan mainita FI-patenttihakemuksessa 863436 esitetty laite, jossa kaasua poltetaan sylinterin sisällä sylinterin . . keskiakselin suuntaisesti sijoitetun poltinlaitteen avulla.

35 Sylinterin sisällä on savukaasujen kierrätyspuhallin sekä 4 87668 monimutkainen suulakelaatikkoyksikkö, joiden tarkoituksena on jakaa savukaasut tasaisesti sylinterin sisäpinnalle.

Em. tunnetun laitteen epäkohtana on mm. rakenteen monimutkaisuus, josta johtuen valmistus- ja huoltokustan-5 nukset muodostuvat epäedullisen korkeiksi. Monimukaisesta rakenteesta johtuen laitteen tomintavarmuus ei myöskään ole paras mahdollinen.

Toisen esimerkkinä aiemmin käytetyistä ratkaisutyy-peistä voidaan mainita US-patenttijulkaisuissa 1 945 273 ja 10 2 987 305 esitetyt ratkaisut. Tässä ratkaisutyypissä kaasun ja ilman muodostama seos poltetaan sylinterin sisäpinnan välittömässä läheisyydessä.

Em. ratkaisutyypin epäkohtana on mm. se, että sylinterin pintalämpötila muodostuu epätasaiseksi, jolloin lait-15 teen toiminta ei ole paras mahdollinen. Epäkohtana on myös se, että ratkaisu edellyttää suuria sylinterihalkaisijoita sylinterin sisällä olevien kanavointiratkaisujen takia. Rkenteesta tulee tällöin massivinen ja kömpelö. Ongelmana ovat edelleen huoltoon liittyvät hankaluudet, sillä huoltoa 20 suoritettaessa on aina avattava sylinterin koko toinen pääty ennenkuin laitteita voidaan esimerkiksi vaihtaa. Huoltotiloja on käytännössä oltava sylinterin kummallakin puolella. Ilman ja kaasun sekoitus on em. ratkaisuissa tehtävä aina sylinterin ulkopuolella, joka lisää rakentei-25 den tilantarvetta.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laite, joiden avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat voidaan eliminoida. Tähän on päästy keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen avulla, jolloin keksinnön mukainen 30 menetelmä on tunnettu siitä, että kaasun ja ilman polttami-seen käytetyt poltinlaitteet sijoitetaan olennaisesti sy-linterimäisen vaipan symmetria-akselin läheisyyteen. Keksinnön mukainen laite on puolestaan tunnettu siitä, että kaasun ja ilman polttamiseen käytetyt poltinlaitteet on 35 sijoitettu olennaisesti sylinterimäisen vaipan symmetria-

II

5 87668 akselin läheisyyteen.

Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on esimerkiksi kuivatussylintereiden pintalämpötilojen nostamismahdollisuus ja se, että sylinterin pintalämpötila saadaan niin 5 tasaiseksi, että keksintöä voidaan käyttää vaativissakin sovellutuksissa. Lisäksi lauhteenmuodostuksen aiheuttamat ongelmat vähenevät tai poistuvat kokonaan. Etuna on myös vanhoilla koneilla kuivatuskapasiteetin ja tuotantonopeuk-sien nostamismahdollisuus, jolloin tuotantomääriä pystytään 10 lisäämään tai sylinterimääriä vähentämään. Uusilla koneilla lisäksi on etuna edulliset hankintakustannukset ja suuret ajonopeudet. Em. seikka johtuu tarvittavien sylintereiden pienestä määrästä ja lisäksi siitä, että lauhteenpoisto ei rajoita ajonopeutta. Perinteisessä kuivatusprosessissa 15 tarvittava höyry voidaan keksinnön avulla korvata joko osittain tai kokonaan, jolloin höyrynkehittämisen, siirtämisen, säätämisen ja lauhteiden käsittelyn ongelmat, tilantarpeet ja kustannukset pienenevät tai poistuvat kokonaan. Kuivatusosan investointi- ja käyttökustannukset pienenevät 20 keksinnön erittäin korkean energiateknisen hyötysuhteen ja kevyiden ja yksinkertaisten rakenteiden ja järjestelmien ansiosta. Energiatekninen hyötysuhde voi olla keksinnössä jopa 90-100 %. Etuna on edelleen se, että samalla koneella pystytään tuottamaan paksuudeltaan erilaisia paperilaatuja 25 maksiminopeudella. Keksinnössä voidaan myös säätää kuiva-tustehoa sylinterikohtaisesti, jolloin paperin kuivatus pystytään hallitsemaan entistä paremmin prosessin kulkusun-nassa. Keksinnössä voidaan säätää kuivatustehoa myös sylin- * ·'. terin pituusakselin suunnassa, jolloin paperin kos- 30 teusprofiili saadaan poikittaissuunnassa tasaisemmaksi kuin • aiemmin tunnetulla tekniikalla. Keksinnön olennaisena etuna on lisäksi sen yksinkertaisuus, jolloin valmistus-, käyttöjä ylläpitokustannukset muodostuvat edullisiksi ja toiminta . . on luotettavaa. Etuna on edelleen se, että keksinnön mukai- 35 sen laitteen huolto on yksinkertaista, sillä poltinlaitteet 6 87668 saadaan poistettua vaipan sisältä yksinkertaisesti vetämällä poltinputki pois sylinteristä, ts. sylinterin koko päätyä ei tarvitse purkaa. Keksintöä voidaan käyttää myös pienihalkaisijaisten sylintereiden yhteydessä, sillä sylin-5 terin sisään asennettavien rakenteiden mitat ovat säteit- täissuunnassa pienet. Etuna on lisäksi se, että keksinnössä voidaan ilmaa ja kaasua polttaa myös paineistettuna.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa oheisessa piirustuksessa esitettyjen sovellutusesimerkkien 10 avulla, jolloin, kuvio 1 esittää keksinnön mukaista laitetta periaatteellisena sivukuvantona, kuvio 2 on leikkauskuvanto, joka on muodostettu kuvion 1 nuolten II-II osoittamalla tavalla ja 15 kuviot 3-6 esittävät keksinnön mukaisen laitteen erilaisia mahdollisia suoritusesimerkkejä vaipan ak-siaalisuunnassa nähtyinä kuvantoina.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisena sivukuvantona keksintöä hyväksikäyttävä paperikoneen kuivatus-20 sylinteri. Kuivatussylinteri käsittää sylinterimäisen vai pan 1 sekä laakeri- ja tukivälineet 2, joiden avlla sylinteri on tuettu paikalleen ja sovitettu pyörimään pituussuuntaisen symmetria-akselinsa ympäri. Käytettäessä kuiva-tussylinteriä paperikoneessa kuivattava paperiraina sovite-25 taan kulkemaan niin, että se koskettaa vaipan 1 ulkopintaan. Rainan kulkua voidaan ohjata esimerkiksi kuivatushuo-van tai kuivatusviiran avulla.

Em. seikat ovat alan ammattimiehelle täysin tavanomaista tekniikkaa, joten ko. seikkoja ei selvitetä tässä 30 yhteydessä tarkemmin.

—: Rainan kuivaamisessa tarvittava lämpö saadaan kek sinnössä aikaan polttamalla vaipan sisällä kaasun ja ilman seosta. Kuvion 1 mukaisessa laitteessa poltettava kaasu johdetaan vaipan 1 sisään putken 3 avulla. Palamisilma 35 johdetaan puolestaan vaipan 1 sisään putken 4 avulla. Pois-

II

7 87668 tokaasut johdetaan pois sylinteristä putken 8 avulla. Putket 3, 4 ja 8 on edullisesti johdettu kulkemaan kuivatus-sylinterin keskiakselin kautta. Putkien 3, 4 ja 8 muodostama kokonaisuus ulottuu olennaisesti vaipan koko pituuden 5 yli kuten kuviossa 1 on esitetty.

Keksinnön mukaisesti vaipan 1 sisään on sovitettu useita poltinlaitteita 5, jotka on sovitettu olennaisesti vaipan 1 symmetria-akselin läheisyyteen. Termillä symmetria-akseli tarkoitetaan tässä yhteydessä keskiakselia, ts. 10 akselia, jonka ympäri vaippa pyörii. Poltinlaitteet kohdistetaan olennaisesti kohtisuorasti vaipan sisäpintaan niin, että kuumat palamiskaasut osuvat säteittäissuunnassa olennaisesti kohtisuoraan vaipan sisäpintaan. Poltinlaitteiden säteittäisuuntainen toiminta näkyy erittäin hyvin kuviossa 15 2, joka on nuolten II-II suuntainen leikkaus kuviosta 1.

Poltinlaitteet 5 voidaan edullisesti jakaa vaipan 1 koko pituuden yli ja suunnata lisäksi edullisesti niin, että kuumat palamiskaasut kohdistuvat olennaisesti kohtisuorasti vaipan 1 sisäpintaan. Poltinlaitteet 5 voidaan lisäksi so-20 vittaa vaipan 1 keski- tai symmetria-akselin suuntaiseen yhteen riviin kuten kuvioissa 1 ja 2 on esitetty. On kuitenkin myös mahdollista sovittaa poltinlaitteet 5 myös kahteen tai useampaan riviin, jotka on sijoitettu vierekkäin välimatkan päähän toisistaan. Esimerkkejä erilaisista 25 poltinlaitejärjestelyistä on esitetty kuvioissa 3-6. Kuviossa 5 on erityisesti esitetty ratkaisu, jossa poltinlait-:.V teet 5 ovat kahdessa vierekkäisessä rivissä.

Em. järjestelyn ansiosta voidaan esimerkiksi poltinlaitteet ottaa ulos vaipan sisältä yksinkertaisesti vetä-30 mällä koko putkiyhdistelmä 3, 4 ja 8 aksiaalisuunnassa ulos. On huomattava, että tässä tilanteessa sylinterimäisen vaipan päätyä ei tarvitse purkaa kuten aiemmin tunnetuissa ratkaisuissa. Keksinnön avulla aikaansaadaan myös vaipan . . pinnan tasainen lämpeneminen, koska seos poltetaan vaipan 35 symmetria-akselin läheisyydessä, jolloin lämpö ehtii ta- 8 87668 saantua. Seos voidaan keksinnössä polttaa suurella paineella, jolloin sadaan tehokas ja lämpöä hyvin tuottava palaminen ja samalla edullinen lopputulos.

Kuten kuvioissa on esitetty poltinlaitteissa 5 pala-5 vat liekit 6 ja kuumat savukaasut lämmittävät vaipan 1 sisäpintaa, jonka seurauksena vaipan 1 ulkopinta kuumenee ja sitä voidaan käyttää vaipan ulkopintaa vasten painautuvan rainan kuivattamiseen. Liekkien 6 lämpötehoa voidaan säätää kussakin sylinterissä riippumatta muista sylinte-10 reistä. Lämpötehoa voidaan säätää myös kunkin sylinterin pituussuunnassa. Em. säädöt voidaan tehdä esimerkiksi säätämällä poltinlaitteita halutulla tavalla.

Kaasun ja ilman seoksen palamisessa syntyvät savukaasut voidaan poistaa esimerkiksi sylinterin keskiakselin 15 kautta kulkevaa kanavaa 8 pitkin. Em. kanavan suuaukko on merkitty kuvioihin viitenumerolla 7. Suuaukkoja 7 voi olla useita ja ne voidaan jakaa vaipan 1 koko pituuden alueelle. Savukaasujen kulku vaipan 1 sisällä on esitetty kuviossa 2 nuolten avulla. Savukaasujen virtaus voidaan aikaansaada 20 esimerkiksi ylipaineen tai ulkopuolisen puhallinlaitteen avulla. Savukaasut voidaan johtaa mihin tahansa sopivaan käyttöön, esimerkiksi huuvan lämmöntalteenottoon, sylinte-ritaskujen ilmapuhallukseen jne.

Edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä ei ole mi-25 tenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. Näinollen on selvää, että keksinnön mukaisen laitteen tai sen osien ei tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisut 30 ovat mahdollisia. Poltinlaitteina voidaan käyttää mitä tahansa sopivia laitteita. Poltinlaitteiden säätöön voidaan käyttää mitä tahansa sopivia laitteistoja. Kaasuna voidaan myös käyttää mitä tahansa sopivaa kaasua. Esimerkkinä sopivista kaasuista voidaan mainita maakaasu. Keksintöä ei 35 myöskään ole mitenkään rajoitettu paperin tai kartongin 9 8 7668 valmistukseen, vaan muunlaisetkin sovellutukset ovat mahdollisia. Poltinlaitteet ja savukaasun poistokanavan suuaukot voidaan jakaa vaipan koko pituuden alueelle täysin vapaasti, esimerkiksi eripituisten välimatkojen päähän 5 toisistaan, tasavälein jne.

Claims (6)

10 87668

1. Menetelmä rainamaisen tuotteen käsittelemiseksi, erityisesti kuivaamiseksi, jossa menetelmässä käsiteltävä 5 tuote johdetaan kulkemaan sylinterimäisen vaipan (1) ulkopinnan yli ja sylinterimäisen vaipan (1) sisään johdetaan palavaa kaasua ja ilmaa tai niiden seosta, joka poltetaan sylinterimäisen vaipan (1) sisällä, ja kuumat palamiskaasut johdetaan kosketuksiin vaipan (1) sisäpinnan kanssa lämmön 10 siirtämiseksi vaippaan ja jossa menetelmässä kaasun ja ilman seoksen polttamisessa käytetyt poltinlaitteet (5) suunnataan olennaisesti koko sylinterimäisen vaipan (1) pituuden alueella kohdistamaan kuumat palamiskaasut sylinterimäisen vaipan (1) sisäpintaan suunnassa, joka on olen-15 naisesti kohtisuorassa sylinterimäisen vaipan (1) symmetria-akseliin nähden, tunnettu siitä, että kaasun ja ilman polttamiseen käytetyt poltinlaitteet (5) sijoitetaan olennaisesti sylinterimäisen vaipan (1) symmetria-akselin läheisyyteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että poltinlaitteet (5) suunnataan olennaisesti kohtisuorasti sylinterimäisen vaipan (1) sisäpintaan.

3. Laite rainamaisen tuotteen käsittelemiseksi, 25 erityisesti kuivaamiseksi, joka laite käsittää sylinterimäisen vaipan (1), joka on sovitettu pyörimään pituussuuntaisen akselinsa ympäri ja jonka vaipan (1) ulkopinnan yli käsiteltävä tuote on sovitettu kulkemaan, välineet (3,4) kaasun ja ilman tai niiden seoksen johtamiseksi vaipan (1) 30 sisään ja polttamiseksi vaipan (1) sisällä sekä laitteet kuumien palamiskaasujen johtamiseksi kosketuksiin vaipan (1) sisäpinnan kanssa lämmön siirtämiseksi vaippaan (1), jolloin vaipan sisään on sovitettu useita poltinlaitteita (5), jotka on jaettu vaipan (1) koko pituuden yli ja suun-‘35 nattu kohdistamaan kuumat palamiskaasut säteittäisesti II li 87668 vaipan (1) sisäpintaan suunnassa, joka on olennaisesti kohtisuorassa sylinteimäisen vaipan (1) symmetria-akseliin nähden, tunnettu siitä, että kaasun ja ilman polttamiseen käytetyt poltinlaitteet (5) on sijoitettu olennai-5 sesti sylinterimäisen vaipan (1) symmetria-akselin läheisyyteen.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että poltinlaitteet (5) on suunnattu olennaisesti kohtisuorasti vaipan (1) sisäpintaan.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että poltinlaitteet (5) on sovitettu ainakin kahteen vaipan (1) symmetria-akselin suuntaiseen riviin.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, t u n-15 n e t t u siitä, että rivit on sovitettu vaipan (1) kehän suunnassa katsottuna välimatkan päähän toisistaan. i2 8 7 6 6 8