FI97244C - Menetelmä paperin valmistuksen vedenpoistossa - Google Patents

Description

1 97244

Menetelmä paperin valmistuksen vedenpoistossa

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä paperin valmistuksen vedenpoistossa.

5

Paperin valmistuksen vedenpoisto toteutetaan tyhjöjärjestelmällä, jolla tietty vesimäärä poistetaan paperikoneen tai vastaavan viira- ja puris-tinosalla paperirainasta mekaanisesti vedenerotusjärjestelmän aikaansaaman alipaineen ja toisaalta ympäristössä vallitsevan korkeamman 10 paineen välisen paine-eron ja sen aiheuttaman ilmavirtauksen avulla. Alipaineeseen perustuvalla vedenpoistojärjestelmällä pystytään ylläpitämään myös puristinhuopien käyttökuntoa ja vedenpoistojärjestelmää voidaan käyttää myös edistämään paperirainan siirtymistä paperikoneen osasta toiseen.

15

Tekniikan tason mukaiset vedenpoistojärjestelmät, kuten esimerkiksi julkaisussa GB-2129026 esitetty vedenpoistojärjestelmä, ovat ns. keskitettyjä järjestelmiä, joissa koko vedenpoistojärjestelmään alipainetta kehittävä yksikkö on yhdistetty imulaatikoihin tai vastaaviin, joiden 20 yhteydessä on tavallisimmin vedenerotusyksikkö. Keskitetty vedenpoistojärjestelmä on konstruktiivisesti hankala toteuttaa, koska sen vaatima putkisto on suunniteltava omana erillisenä kokonaisuutenaan muutenkin kokonaiskonstruktioltaan vaativan paperikoneen yhteyteen. Lisäksi on huomattava, että keskitetty vedenpoistojärjestelmä muodostaa myös 25 riskin paperin valmistusprosessin kannalta, sillä keskitetyn vedenpois-tojärjestelmän alipainetta kehittävän yksikön käyttöhäiriöt ja mahdolliset viat pysäyttävät pahimmassa tapauksessa koko paperinvalmistus-prosessin. Erityisesti säätöjärjestelmän toteuttaminen siten, että saadaan imulaatikkokohtaisia tai imulaatikkoryhmittäisiä säätömahdolli-30 suuksia paperinvalmistusprosessin optimoimiseksi, on erittäin vaikea järjestää keskitetyllä vedenpoistojärjestelmällä tai ne ovat ainakin energiataloudellisesti epäedullisia. Näin ollen keskitetty vedenpoistojärjestelmä on investointina samoin kuin käyttökustannuksiltaan kallis ja sen avulla on erittäin vaikea toteuttaa vedenpoiston säätöä ja opti-35 mointia.

2 97244 Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää parannettu menetelmä paperinvalmistuksen vedenpoistossa. Menetelmällä pystytään mitä suurimmassa määrin poistamaan tunnetussa tekniikan tasossa esiintyvät ongelmat ja siten kohottamaan alalla vallitsevaa tekniikan tasoa. Kek-5 sinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että muodostetaan kullekin imulaatikolle tai vastaavalle ja/tai tietyille imulaatikkoryhmille, joissa on sama alipainetaso, erillinen oma vedenpoistoyksikkö, että 10 - muodostetaan vedenpoistostrategia, joka perustuu ko. ve- denpoistoyksikön alipainepumpun tuotokseen ja/tai alipai-nepumpun sähkömoottorin pyörimisnopeuden säätöön V = f (n, qp), jolloin 15 muodostetaan vedenpoiston säätöjärjestely siten, että valitaan haluttu vesimäärän poistotaso (Vas) ko. vedenpois-toyksikössä, mitataan ko. vedenpoistoyksikössä erotetun veden määrä 20 (Vm), ja säädetään ko. vedenpoistoyksikön alipainepumpun tuotosta ja/tai alipainepumpun sähkömoottorin pyörimisnopeutta ve-denpoistostrategian perusteella, mikäli Vas φ Vm.

25 Edellä esitetyllä menetelmällä saavutetaan siis pääasiallisina etuina ensinnäkin se, että paperikoneen investointikustannukset pienenevät, koska putkistot ja muut rakennelmat ovat huomattavasti yksinkertaisempia verrattuna perinteisiin ratkaisuihin. Toisaalta valitsemalla optimaalinen vedenpoistoyksikköjen lukumäärä esim. yhteensopivien ali-30 painetasojen ja käyttötehojen mukaisesti ja lisäksi valitsemalla kussakin vedenpoistoyksikössä poistettava vesimäärä paperinvalmistusprosessin vaatimusten mukaisesti voidaan paperinvalmistusprosessin vedenpoisto optimoida kokonaisuutena sekä itse prosessin lopputuloksen että energiatalouden kannalta.

Oheisissa epäitsenäisissä menetelmään kohdistuvissa patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksinnön mukaisen menetelmän edullisia sovelluksia.

Il : ' Hl·-» MH l:k i -fc* : - 35 3 97244

Keksintöä havainnollistetaan lähemmin seuraavassa selityksessä, jossa viitataan oheisten piirustusten esittämään sovellukseen. Piirustuksissa 5 kuva 1 esittää huovan permeabiliteetin muutosta sen käyttöaikana kaaviollisesti koordinaatistossa P = f (t), jossa P = perme-abiliteetti ja t = aika, 10 kuva 2 esittää koordinaatistossa Vas, P vakiokäyriä (Vn±i) = f (n, qp) = Emjn, jossa Vas= vesimäärän poistotaso, P = huovan per-meabiliteetti, Vn±j = tietyssä tilanteessa valittu vesimäärän poistotaso ko. vedenpoistoyksikössä, n = ko. vedenpoisto-yksikön sähkömoottorin pyörimisnopeus, qp = ko. veden-15 poistoyksikön alipainepumpun tuotos ja Emin = energian käytön minimitaso, ja kuva 3 esittää kaaviollisesti menetelmän kokonaissovellusta.

20 Erityisesti kuvaan 1 viitaten voidaan todeta, että huovan permeabili-teetti on tärkeä osatekijä veden poisto aikaansaamisessa. Kuten tunnettua, vaihdon jälkeen huovan permeabiliteetti putoaa jo muutaman käyttötunnin (käytännössä 2—3 päivän) jälkeen ratkaisevasti ja alenee tämän jälkeen kohtuullisemmin huovan käyttöiän aikana (käytännössä 25 4—5 viikkoa). Paperinvalmistuksen säätöprosessissa on vedenpoiston kannalta huomioitava siis huovan permeabiliteetin muutos yhdessä muiden paperinvalmistusprosessin vedenpoistokriteerien kanssa. Tietyssä kohdassa paperinvalmistusprosessia viira- ja puristinosalla on paperirainasta poistettava tietty vesimäärä, jota luonnollisesti on pystyt-30 tävä säätämään paperinvalmistusprosessissa haluttujen paperin laatuominaisuuksien aikaansaamiseksi. Eräinä huomioitavina reunaehtoina tulee tällöin esiin esim. se, että paperiraina saattaa tukkeutua, mikäli vedenpoisto /. imuvaikutus on liian suuri tai huopa voi kuivua liikaa, samoin kuin se, että paperiraina saattaa tällöin tarttua kiinni huopaan. Pa-35 perirainan vedetöntymisen on siis oltava hallittua, jolloin tietyn vesimäärän poistotason ylläpitämiseksi vakiona on suoritettava oleellisesti jatkuvaa säätöä, joka johtuu pääasiassa huovan permeabiliteetin muutoksesta. Näiden säätöjen lisäksi joudutaan myös vesimäärän poistotasoa 4 97244 tietyssä vedenpoistoyksikössä säätämään nimenomaan paperinvalmistusprosessin vaatimusten johdosta.

Edellä esitetyn kokonaisuuden hallitsemiseksi on tässä keksinnössä 5 lähdetty liikkeelle hajautetusta vedenpoistojärjestelmästä, jonka erästä vedenpoistoyksikköä on tarkasteltu vedenpoistostrategian kannalta kuvassa 2. Tietyllä ajanhetkellä ko. vedenpoistoyksikössä on Vas = Vn. Permeabiliteetti muuttuu kuvan 1 mukaisesti huovan käyttöaikana ajan funktiona /. P = f(t). Tiettyä permeabiliteetin arvoa P(t1) vastaa tietty yh-10 distelmä n1t qp1, joka toteuttaa energiankäytön minimitasolla Emin vaatimuksen Vas = Vn. Kun permeabiliteetti muuttuu -» P(t) (Vas * Vm = mitattu vedenpoistotaso) valitaan uusi yhdistelmä n2, qp2, joka edelleen energiankäytön minimitasolla Emin toteuttaa vaatimuksen Vas = Vn. Jos taas Vas = Vn+1 (yleisesti Vn+j), eli haluttu vesimäärän poistotaso 15 muutetaan, siirrytään esim. permeabiliteetin ollessa P(t2) yhdistelmään n3, qp3, joka toteuttaa energian käytön minimitasolla Emin vaatimuksen Vas = Vn+i·Vedenpoistoyksikössä mitataan siis jatkuvasti poistettua vesimäärää Vm ja suoritetaan tarvittaessa säätöjä edellä esitetyllä tavalla eli järjestyksessä, jos Vm φ Vas [Vn±i] eli e φ o, niin n-j -> n2 = Δη 20 ja/tai qi -> q2 = Aq, jolloin n2 ja/tai q2 valitaan, että ehto Emin ko. vedenpoistotasolla Vn±j täyttyy.eli tietyllä vaaditulla vedenpoistotasolla huovan permeabiliteetin tai muun vaaditun vesimäärän poistotasoon vaikuttavan tekijän muutos aiheuttaa energiankäytön kannalta optimoidun uuden yhdistelmän n, qp, 25

Erityisesti qp tarkoittaa tässä yhteydessä alipainepumpun tuotoksen säätöä, joka voi tapahtua kuristus-, ohjaussiiveke- ja/tai diffuusorisää-tönä.

30 Kuvassa 3 on esitetty kaaviollisesti menetelmän kokonaissovellusta. Vedenpoistojärjestelmässä on useampia vedenpoistoyksikköjä 1a, 1b, 1c jne. sijoitettuina peräkkäin paperikoneen viira- ja/tai puristinosan yhteyteen. Kuvassa 3 vedenpoistoyksiköt on rajattu pisteviivoin.

35 Seuraavassa selvitetään kuvan 3 etummaista vedenpoistoyksikköä 1a. Vedenpoistoyksikössä 1a on kaaviollisesti esitetty paperiraina 2 ja huopa tai viira 3, jotka paperinvalmistusprosessissa kulkevat imulaatikon 4 5 97244 tai tietyn imulaatikkoryhmän ohi vedenpoistotarkoituksessa. Imu-laatikkoryhmä, mikäli niitä on kaksi tai useampia tietyssä vedenpois-toyksikössä 1a, on valittu siten, että näillä imulaatikoilla on olennaisesti sama alipainetaso. Samaan vedenpoistoyksikköön 1a kuuluvat 5 imulaatikot 4 on yhdistetty vedenpoistolaitteistoon 5 yhdyslinjalla 6. Ve-denpoistolaitteisto 5 on puolestaan yhdistetty toisaalta vedenpoisto-yksikön 1a alipaineyksikköön 7 yhdyslinjalla 8 ja toisaalta vedenkeruu-järjestelmään 9 yhdyslinjalla 10. Vedenerotuslaitteistossa 5 suoritetaan mittalaitteella 11 (esitetty kaaviollisesti kuvassa 1) jatkuvaa veden-10 erotuslaitteistossa erottuvan vesimäärän mittausta, josta mittaustulos johdetaan linjaa 12 pitkin vertailuelimelle 13. Vedenpoistojärjestelmään kuuluu myös keskussäätöyksikkö 14, jolta annetaan kullekin vedenpoistoyksikölle 1a, 1b, 1c... halutun vesimäärän poistotasoa koskeva asetusarvo Vas linjaa 15 pitkin. Eroelimellä 13 tapahtuu vertailu 15 suureiden Vm ja Vas välillä ja erosuure e toimii ohjaussignaalina sääti-melle 16, jossa on ko. vedenpoistoyksikköä 1a koskeva säätöstrategia (kuva 2), jonka perusteella säädetään alipaineen kehityslaitteistona toimivalle alipaineyksikölle 7 alipainepumpun 18 tuotosta ja sähkö-moottorin 19 pyörimisnopeutta linjoja 20 ja 21 pitkin. Alipaineyksikköön 20 7 kuuluu säätöelimet esim. kuristimet tms. tai elimet siivekesäädön aikaansaamiseksi. Nämä elimet on esitetty kaaviollisesti viitenumerolla 22. Alipainepumpulta 18 tuleva kompressiossa lämmennyt ilma johdetaan linjaa 23 pitkin lämmönvaihtimeen 24, jossa ilma luovuttaa lämpösisältöään esimerkiksi paperikoneen käyttö- ja prosessiveteen 25 25. Vaihtoehtoisesti tai em. toiminnon lisäksi linja 23 voidaan yhdistää paperikoneen huuvan sisään.

On edullista, että alipaineyksikkö 7 muodostetaan ainakin alipainepumpun 18 ja sähkömoottorin 19 osalta integroiduksi samalla akselilla ole-30 vaksi kokonaisuudeksi. On myös edullista, että vedenpoistoyksikön alipainepumpun 18 ja sähkömoottorin 19 yhteisen akselin pyörimisnopeus on ns. suurnopeusalueella /. suurempi kuin 25.000 kierrosta minuutissa. Suurnopeustekniikkasovellus on erityisen tärkeää menetelmän soveltamisen kannalta, sillä suurnopeustekniikkaa soveltava integroitu koko-35 naisuus on kooltaan pieni, jolloin ne voidaan helposti sijoittaa paperikoneen kokonaiskonstruktion yhteyteen kussakin vedenpoistoyk-sikössä 1a, 1b, 1c... . Integroitu alipaineyksikkö 7 on myös kevyt, joten 6 97244 sen käsittely korjaus ja huoltotoimenpiteissä on helppoa. Suurnopeus-tekniikkasovelluksena alipaineyksikkö 7 on lisäksi tärinätön ja sen äänitaso on alhainen. Myöskin se mahdollisuus, että suurnopeustek-niikkasovelluksissa voidaan laakerointi toteuttaa kosketuksettomana 5 laakerointina, erityisesti magneettilaakerointina, vähentää investointi- ja huoltokustannuksia.

Vedenkeruujärjestelmä 9, lämmönvaihdin 24 samoinkuin keskussäätö-yksikkö 14 ovat yhteisiä joko kaikille vedenpoistoyksiköille 1a, 1b, 1c... 10 tai osalle niistä. Keskussäätöyksikkö14 muodostaa kokonaisstrategian vedenpoistossa eri vedenpoistoyksiköiden 1a, 1b, 1c... välillä mitä tulee kokonaisvedenpoistoon ja sen määrän jakautumiseen eri vedenpoistoyksiköiden välille ja kukin vedenpoistoyksikkö 1a, 1b, 1c... toteuttaa sitten jatkuvan mittauksen perusteella omaa strategiaansa. On selvää, 15 että ainakin joissain säätötilanteissa molempia mahdollisuuksia (tuotos qp ja pyörimisnopeus n) ei tarvitse käyttää ja yksinkertaisimmat järjestelmät voidaan toteuttaa myös niin, että ainoastaan toinen säädöistä (tuotos qp ja pyörimisnopeus n) on käytössä.

IN f «Ita I i *** :

Claims (10)

1. Menetelmä paperin valmistuksen vedenpoistossa, erityisesti paperikoneen viira- ja/tai puristinosan yhteydessä, jossa 5 paperirainaa (2) siirretään huovan (3) tai vastaavan kannatuksella, ja huopaan (3) tai vastaavaan imeytetään alipainevaikutuk-sella vettä paperirainasta (2) ja huovasta (3) tai vastaavasta 10 poistetaan alipainevaikutukseila vettä, jolloin huovan (3) tai vastaavan kulkureitille järjestetään useita ve-denpoistojärjestelmään kuuluvia imulaatikoita (4) tai vastaavia, jolloin muodostetaan imulaatikkoon (4) tai vastaavaan vedenpois-15 tojärjestelmään kuuluvalla alipaineen kehityslaitteistolla (7) alipaine alipainevaikutuksen kohdistamiseksi imulaatikon (4) tai vastaavan imuaukotuksen kautta ainakin huopaan (3) tai vastaavaan, ja jolloin erotetaan vedenpoistojärjestelmään huovasta (3) tai vastaa-20 vasta imeytetty vesi paperikoneen yhteydessä olevaan ve denpoistojärjestelmään kuuluvalla vedenerotusjärjestelmäl-lä, joka käsittää useampia vedenerotusyksikköjä, tunnettu siitä, että menetelmän soveltamisessa muodostetaan ve-25 denpoistojärjestelmä hajautetuksi siten, että muodostetaan kullekin imulaatikoile tai vastaavalle ja/tai tietyille imulaatikkoryhmille, joissa on sama alipainetaso, erillinen oma vedenpoistoyksikkö (1a, 1b, 1c...), että 30 - muodostetaan vedenpoistostrategia (V), joka perustuu ko. vedenpoistoyksikön (1a, 1b, 1c...) alipainepumpun (18) tuotokseen (qp) ja/tai alipainepumpun sähkömoottorin (19) pyörimisnopeuden (n) säätöön

35 V = f (n, qp), jolloin 8 97244 muodostetaan vedenpoiston säätöjärjestely siten, että valitaan haluttu vesimäärän poistotaso (Vas) ko. vedenpois-toyksikössä, 5. mitataan ko. vedenpoistoyksikössä (1a, 1b, 1c...) erotetun veden määrää (Vm), ja säädetään ko. vedenpoistoyksikön (1a, 1b, 1c...) alipaine-pumpun (18) tuotosta ja/tai alipainepumpun sähkömoottorin (19) pyörimisnopeutta vedenpoistostrategian perusteella, 10 mikäli Vas φ Vm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan alipaineen kehityslaitteiston (7) alipainepumppu (18) ja sähkömoottori (19) integroiduksi samalla akselilla olevaksi kokonaisuu- 15 deksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valitaan vedenpoistoyksikön (1a, 1b, 1c...) alipaineen kehityslaitteiston (7) alipainepumpun (18) ja sähkömoottorin (19) yhteisen akselin 20 pyörimisnopeus ns. suurnopeusalueelta suuremmaksi kuin 25000 kierrosta minuutissa.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1—3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valitaan vedenpoistoyksikön (1a, 1b, 1c...) alipaineen kehitys- 25 laitteisto (7) sijoitetaan ko. imulaatikon (4) tai imulaatikkoryhmän yhteyteen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säädetään alipainepumpun (18) tuotosta kuristus-, diffuusori- ja/tai oh- 30 jaussiivekesäädöllä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alipainepumpulta (18) tuleva ilma johdetaan lämmönvaihtimeen (24), jossa ilma luovuttaa lämpösisältöään paperikoneen käyttö- tai prosessi- 35 veteen (25) ja/tai puhalletaan ilma paperikoneen huuvan sisään. il ! 1#·* lii» I 9 97244

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan vedenpoistostrategia energian minimikäytön perusteella siten, että kullakin huovan (3) tai vastaavan permeabiliteetin arvolla ja 5 kullakin halutulla vesimäärän poistotason (Vas) arvolla valitaan Vas= f (n, cjp) = Emjn, jossa Emin = energian käytön minimitaso tietyillä arvoilla Vas, P, n-j, qp1, 10 jolloin Vas = haluttu vesimäärän poistotaso, P = huovan tai vastaavan permeabiliteetti, n-j = vaatimuksen Emin toteuttava sähkömoottorin (19) pyörimis 15 nopeus ja qp1 = vaatimuksen Emin toteuttava alipainepumpun tuotos.

7 97244

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suoritetaan ko. vedenpoistoyksikössä (1a, 1b, 1c...) erotetun vesimää- 20 rän (Vm) mittausta vedenerotuslaitteistossa (5) mittalaitteella (11).

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toteutetaan hajautettuun vedenpoistojärjestelmään kuuluvien veden-poistoyksiköiden (1a, 1b, 1c...) halutun vesimäärän poistotason (Vas) 25 määrittely keskussäätöyksiköltä (14), jossa määritetään vedenpoiston kokonaisstrategia ja kullekin vedenpoistoyksikölle (1a, 1b, 1c...) tämän kokonaisstrategian toteuttamiseen vaadittava haluttu vesimäärän poistotaso (Vas).

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan vedenkeruujärjestelmä (9) integroiduksi, jolloin hajautetusta vedenpoistojärjestelmästä poistuva vesi kerätään yhdyslinjoille (10) veden keruujärjestelmään (9). 10 97244