NO180546B

NO180546B - Plug Screw Feeder and Method for Controlling the Soaking of Wood Chips in Such Plug Screw Feeder

Info

Publication number: NO180546B
Application number: NO920935A
Authority: NO
Inventors: John Eccleston
Original assignee: Kvaerner Hymac Inc; Hymac Ltd
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1997-01-27
Also published as: NO920935D0; AU642160B2; WO1991004371A1; DE69005311D1; NO920935L; FI97732C; ES2047340T3; JPH05500086A; NO180546C; FI921162A; DE69005311T2; AU6331590A; EP0493422B1; FI921162A0; EP0493422A1; CA1309962C; FI97732B

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en pluggskruemater for bruk ved oppbløting av treflis, samt en fremgangsmåte for styring av oppbløtingen slik det nærmere er angitt i ingressen til de etterfølgende, selvstendige krav. The present invention relates to a plug screw feeder for use when soaking wood chips, as well as a method for controlling the soaking as specified in more detail in the preamble to the subsequent, independent claims.

Oppfinnelsen er utviklet for å bedre yteevnen til matere av komprimeringstypen for massematerialer slik som treflis eller trespon. The invention has been developed to improve the performance of compaction-type feeders for pulp materials such as wood chips or wood shavings.

Masse- og papirindustrien utnytter komprimeringsanordninger (pluggskruematere) som er basert på prinsippet med en skrue som roterer inne i en sylindrisk eller konisk holder, der det tilgjengelige volum ved innløpet av skruen er større enn det tilgjengelige volum ved utgangen. Holderen kan utstyres med hull, vanlig konisk borede, eller slisser eller stenger anordnet på en slik måte at det sørger for tapping av væsken eller luten klemt ut fra materialet som presses sammen. Holderen er vanligvis utstyrt med antirotasjonsinnretninger, slik som stenger, tapper eller spalter for å hindre at det komprimerte materialet dreier med skruen. The pulp and paper industry utilizes compression devices (plug screw feeders) which are based on the principle of a screw rotating inside a cylindrical or conical holder, where the available volume at the inlet of the screw is greater than the available volume at the outlet. The holder can be equipped with holes, usually conically drilled, or slots or bars arranged in such a way that it ensures the draining of the liquid or lye squeezed out from the material that is pressed together. The holder is usually equipped with anti-rotation devices such as rods, pins or slots to prevent the compressed material from rotating with the screw.

US-patent 2943012 med tittel "Method and Åpparatus for Fiberizing" viser en pluggskruemater-enhet der treflis komprimeres for å fjerne overskuddsvann og treflisen blir videre komprimert til en plugg. Mekanisk kraft påsettes ved en vinkel til pluggen for å avrive mekanisk lag fra pluggen. Trykk bygges opp i pressløpet ved å begrense utslippet ved åpningen med en justerbar strupeanordning og ved progressivt å øke akselens diameter mens løpets diameter er jevn. US patent 2943012 entitled "Method and Apparatus for Fiberizing" shows a plug screw feeder unit in which wood chips are compressed to remove excess water and the wood chips are further compressed into a plug. Mechanical force is applied at an angle to the plug to tear off the mechanical layer from the plug. Pressure is built up in the press barrel by limiting the discharge at the opening with an adjustable throttle device and by progressively increasing the shaft diameter while the barrel diameter is uniform.

Enkelte typiske anvendelser av slike komprimeringsanordninger er som følger: 1) Fjerning av harpiks, treekstrakter, salter og andre naturlig forekommende substanser eller substanser absorbert av massematerialet under transport eller bearbeiding. 2) Forbedring av lutopphentning ved kjemisk impregnering av massematerialer slik som treflis eller andre fibrøse materialer når materialet utsettes for en lut ved utvidelse ved utgangen fra komprimeringsanordningen ved hjelp av et lutbad eller -dusj. 3) Uttrekking av lut absorbert i et forutgående trinn eller dynketrinn. 4) Tilveiebringelse av en trykktetning ved passering fra et trykk til et annet i prosessoperasjonen. Some typical applications of such compaction devices are as follows: 1) Removal of resin, wood extracts, salts and other naturally occurring substances or substances absorbed by the pulp material during transport or processing. 2) Improvement of lye recovery by chemical impregnation of pulp materials such as wood chips or other fibrous materials when the material is exposed to a lye by expansion at the output of the compaction device by means of a lye bath or shower. 3) Extraction of lye absorbed in a previous step or soaking step. 4) Provision of a pressure seal when passing from one pressure to another in the process operation.

Konvensjonelle pluggskruematere har et teoretisk volumetrisk komprimeringsforhold i området 1,5:1 til 2:1. Dagens matere med komprimeringsforhold fra 3,5:1 til 4,5:1 er blitt konstruert og bygget. Conventional plug screw feeders have a theoretical volumetric compression ratio in the range of 1.5:1 to 2:1. Today's feeders with compression ratios from 3.5:1 to 4.5:1 have been designed and built.

En annen anordning kalt en "pressafiner" og en lignende anordning kalt en "French Oil Press" har lignende applikasjoner og har vanligvis teoretiske komprimeringsforhold på 6:1 eller høyere. Another device called a "press refiner" and a similar device called a "French Oil Press" have similar applications and usually have theoretical compression ratios of 6:1 or higher.

US-patent 2975096 med tittel "Impregnation of Wood Chips" viser en pluggskruemater der væske presses ut av treflisen i den første del av pluggskruemateren, impregneringslut tilsettes treflisen med høy konsistens i den neste del av pluggskruemateren. Anordningen viser også bruken av koniske utforminger på den roterende aksel. Utsiden av de koniske utforminger ligger tett inntil innsiden av kammeret og det komprimerte materialet tilveiebringer pluggtetninger ved de innsnevrede punkter i kammeret. Mens fig. 1 i patentet viser skruematere, er skruematerne ikke beregnet på å tvangsmate treflisen inn i kammeret i pluggskruemateren. US patent 2975096 entitled "Impregnation of Wood Chips" shows a plug screw feeder where liquid is pressed out of the wood chips in the first part of the plug screw feeder, after impregnation the high consistency wood chips are added in the next part of the plug screw feeder. The device also shows the use of conical designs on the rotating shaft. The outside of the conical designs lie close to the inside of the chamber and the compressed material provides plug seals at the constricted points in the chamber. While fig. 1 of the patent shows screw feeders, the screw feeders are not intended to forcibly feed the wood chips into the chamber of the plug screw feeder.

Ved prosessen med kjemisk impregnering av flisen er det vanlig kunnskap at utilstrekkelig penetrering av kjemikalier inn i flisen kan medføre et produkt med lavere kvalitet og en lavere avkastning. Med tanke på den lave effektivitet av pluggskruematere har mange personer tydd til å rive opp flisen før man prøver å impregnere flisen i et forsøk på å oppnå en jevnere kjemisk tilføring til de individuelle fibrene. In the process of chemical impregnation of the tile, it is common knowledge that insufficient penetration of chemicals into the tile can result in a product of lower quality and a lower yield. Considering the low efficiency of plug screw feeders, many people have resorted to tearing up the tile before attempting to impregnate the tile in an attempt to achieve a more even chemical supply to the individual fibers.

Når kjemiske behandlinger foretas på flis i prosesser med høyt utbytte før defibrering, oppviser de resulterende fibrene lav våt papirbanestyrke og øket energi kreves for å nå en gitt frihet. Når defibrering forekommer før kjemisk behandling, øker den våte papirbanes egenskaper og energien som kreves for å oppnå en gitt frihet reduseres. Bruken av en høykomprimeringsanordning på flis før den kjemiske behandling av flisen medfører fastholdte våtpapirbaneegenskaper og lavt energiforbruk for en gitt frihet. Det antas at den høye komprimering av flis medfører fiberdislokasjoner langs When chemical treatments are carried out on chips in high yield processes prior to defibration, the resulting fibers exhibit low wet paper web strength and increased energy is required to reach a given freedom. When defibration occurs before chemical treatment, the properties of the wet paper web are increased and the energy required to achieve a given freedom is reduced. The use of a high compression device on chips before the chemical treatment of the chip results in maintained wet paper web properties and low energy consumption for a given freedom. It is assumed that the high compression of chips causes fiber dislocations along

S1/S2 fiberveggen, som gir øket spesifikk overflate som medfører forbedrede masseegenskaper. I tillegg forekommer frakturer og sprekker i flisen som tillater full inntrengning av kjemikalier i flisen. The S1/S2 fiber wall, which provides an increased specific surface which leads to improved mass properties. In addition, fractures and cracks occur in the tile which allow full penetration of chemicals into the tile.

Selvom høyytelsesprosesser slik som kjemisk termisk mekanisk masse (CTMP) reduserer mengden av avløp som inneholder BOD, COD og toksiske produkter, primært på grunn av høyere ytelse, spesielt når sammenlignet med sulfittprosessen, er avløpet fra CTMP prosessene ikke desto mindre svært toksiske, og mange anlegg har vanskeligheter med å nå sine avløpstillat-elser. En av de mest toksiske avløpsstrømmer er pressatet fra pluggskruematere. Ved å bruke pluggskruematere med høyt komprimeringsforhold, er det mulig å ekstrahere en svært konsentrert avløpsstrøm som deretter kan behandles uavhengig av hovedavløpssystemet. Although high-performance processes such as chemical thermal mechanical pulping (CTMP) reduce the amount of effluent containing BOD, COD and toxic products, primarily due to higher performance, especially when compared to the sulphite process, the effluent from the CTMP processes is nevertheless highly toxic, and many facilities have difficulties in reaching their discharge permits. One of the most toxic waste streams is the pressure from plug screw feeders. By using plug screw feeders with a high compression ratio, it is possible to extract a highly concentrated waste stream which can then be treated independently of the main sewage system.

De ulike anvendelser av pluggskruematere innebærer et antall mekanismer for å skape trykk mellom kammeret og akselens anleggsvinger. Den innvendige diameter av kammeret kan være sylindrisk, konisk eller kan inneha avgrensede områder. Alle disse trekk tilsammen med variasjoner av diameteren til akselen eller diametrene av akselens riller kan frembringe endringer i trykket utøvet mot treflisen, eller annet materiale som behandles i pluggskruemateren. Kammeret til pluggskruemateren kan utgjøres av stenger, siler eller være massive avhengig av om pluggskruemateren skal benyttes til å drive ut overskuddsvann eller bli brukt til å raffinere treflis eller både fjerne overskuddsfluid og raffinere. I forskjellige applikasjoner styres trykket og gjennomgangen ved hjelp av hulrommene, om det er noen i kammeret; innsnev-ringene i kammeret, utformingen av akselen eller rillene og vridningsmomentet tilført skruemateren. Søkeren har funnet at i mange applikasjoner kan forbedret virkningsgrad og gjennomløp for en pluggskruemater oppnås ved å mate treflis eller annet materiale under trykk inn i pluggskruemateren. The various applications of plug screw feeders involve a number of mechanisms for creating pressure between the chamber and the axle's contact vanes. The internal diameter of the chamber may be cylindrical, conical or may contain defined areas. All of these features together with variations in the diameter of the shaft or the diameters of the shaft grooves can produce changes in the pressure exerted against the wood chips, or other material being processed in the plug screw feeder. The chamber of the plug screw feeder can be made up of bars, sieves or be massive depending on whether the plug screw feeder is to be used to expel excess water or be used to refine wood chips or both remove excess fluid and refine. In various applications, the pressure and passage are controlled by means of the cavities, if there are any in the chamber; the constrictions in the chamber, the design of the shaft or grooves and the torque applied to the screw feeder. Applicants have found that in many applications, improved efficiency and throughput for a plug screw feeder can be achieved by feeding wood chips or other material under pressure into the plug screw feeder.

Mange selskaper har forsøkt å bygge pluggskruematere med høy komprimering med høy ytelse, men mange problemer har oppstått. Fremfor alt var det virkelige komprimeringsforhold mye mindre enn det teoretiske forhold og tilstopping av enheter forekom på grunn av pluggspinning. Many companies have attempted to build high performance plug screw feeders with high compression, but many problems have arisen. Above all, the actual compaction ratio was much less than the theoretical ratio and clogging of units occurred due to plug spinning.

Det teoretiske komprimeringsforhold for en pluggskruemater er volumet av den første innsluttede lomme eller skruevingeav-standen ved innløpssonen, delt med volumet av den sist omsluttede lomme eller vingeavstanden i utløpssonen. Årsaken til at det faktiske komprimeringsforhold ikke er likt med det teoretiske, antas å være som følger: The theoretical compression ratio for a plug screw feeder is the volume of the first enclosed pocket or screw vane distance at the inlet zone, divided by the volume of the last enclosed pocket or vane distance in the outlet zone. The reason why the actual compression ratio is not equal to the theoretical one is believed to be as follows:

1) utilstrekkelig oppfylling av innløpssonen. 1) insufficient filling of the inlet zone.

2) tilbakestrømning av flisen fra komprimeringskonusen til innløpsområdet. 2) backflow of the chips from the compaction cone to the inlet area.

Det ovenfor angitte pluss dreining av flispluggen medfører en faktisk kapasitet som er mye lavere enn den teoretiske. Treflis, som er en ikke-homogen substans, har en massepakk-ingsdensitet på omlag 1/2 av den for massivt tre. F.eks. for gran er massedensiteten av flisen omlag 192,2 kg/m<3. >Produksjonstester viser at en typisk pluggskruemater vil ha 60$ av sin teoretiske kapasitet når en pakkingsdensitet på 192,2 kg/m<3> benyttes i beregningen. The above plus turning of the tile plug results in an actual capacity that is much lower than the theoretical one. Wood chips, which are a non-homogeneous substance, have a mass packing density of about 1/2 that of solid wood. E.g. for spruce, the mass density of the chip is approximately 192.2 kg/m<3. >Production tests show that a typical plug screw feeder will have 60$ of its theoretical capacity when a packing density of 192.2 kg/m<3> is used in the calculation.

Et antall forsøk har vært gjort for å forbedre oppfyllingen og matingen med pluggskruematere. Ulike typer innløpsrenne-utforminger har vært forsøkt, innbefattende bruk av vibra-torer og roterende padleårer og agitatorer. Alle disse innretninger baserer seg imidlertid hovedsakelig på tyngden for å fylle opp skruens innløpssone. A number of attempts have been made to improve filling and feeding with plug screw feeders. Various types of inlet chute designs have been tried, including the use of vibrators and rotating paddles and agitators. All these devices, however, rely mainly on gravity to fill up the inlet zone of the screw.

I forsøk på å redusere problemet med tilbakestrømning og øket transportvirkningsgrad, har antirotasjonsinnretninger i likhet med det beskrevet i US-patent 4475452 vært forsøkt. Selvom disse forbedret ytelsen var deres virkning marginal ved at faktisk vs teoretisk ble forbedret med mindre enn 10%. In an attempt to reduce the problem of backflow and increased transport efficiency, anti-rotation devices like that described in US patent 4475452 have been tried. Although these improved performance, their impact was marginal in that actual vs. theoretical was improved by less than 10%.

Ettersom pakkingsdensiteten er en ukontrollert, variabel påvirket av flisstørrelse-klassifisering og dens ensartethet, er det praktisk talt umulig å forutsi eller kontrollere det effektive komprimeringsforhold i en gitt situasjon. Since packing density is an uncontrolled variable influenced by chip size classification and its uniformity, it is virtually impossible to predict or control the effective compaction ratio in any given situation.

Komprimeringsanordningen for massematerialet slik som treflis ifølge den foreliggende oppfinnelse overvinner begrensningene med utilstrekkelig og/eller uforutsigbar innløpspåfylling tilknyttet slike komprimeringsanordninger som nå er i bruk. Den varierbare tvangsmateskrue i innløpet av komprimeringsanordningen arbeider som en "overlader" ved å tvinge materialet inn i innløpspartiet av komprimeringsanordningen, som dermed tilveiebringer en forøket og jevn pakkingsdensitet i innløpet. Det fullstendig pakkede innløp hindrer også tilbakestrømning av flis fra komprimeringskonusen. Hele skruens komprimering er deretter tilgjengelig for å bearbeide materialet som dermed øker det effektive komprimeringsforhold. The compression device for the pulp material such as wood chips according to the present invention overcomes the limitations of insufficient and/or unpredictable inlet filling associated with such compression devices that are currently in use. The variable forced feed screw in the inlet of the compaction device works as a "supercharger" by forcing the material into the inlet portion of the compaction device, thereby providing an increased and uniform packing density in the inlet. The fully packed inlet also prevents the backflow of chips from the compaction cone. The entire screw compaction is then available to process the material thus increasing the effective compaction ratio.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en pluggskruemater av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at justering av hastighetene for både pluggskruen og tvangsmateskruen benyttes for å oppnå den ønskede grad av fiberdislokasjon. In accordance with the present invention, a plug screw feeder of the type mentioned at the outset is provided, which is characterized by the fact that adjustment of the speeds of both the plug screw and the forced feed screw is used to achieve the desired degree of fiber dislocation.

Videre er det tilveiebragt en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at justering av hastighetene til såvel pluggskruen som hastigheten til tvangsmateskruen benyttes for å oppnå den ønskede grad av fiberdislokasjon i treflisen. Furthermore, a method of the kind mentioned at the outset is provided, which is characterized by the fact that adjustment of the speeds of both the plug screw and the speed of the forced feed screw is used to achieve the desired degree of fiber dislocation in the wood chip.

Det er blitt observert at ved å øke vridningsmomentet på tvangsmateskruen vil det følgende oppstå: 1) kraftbehovet til komprimeringsanordningen øker; 2) mengden lut som ekstraheres øker; 3) tørrheten i materialet som utgår fra komprimeringsanordningen øker; It has been observed that by increasing the torque on the forced feed screw, the following will occur: 1) the power requirement of the compression device increases; 2) the amount of lye extracted increases; 3) the dryness of the material exiting the compaction device increases;

4) graden av oppbløtning i materialet øker. 4) the degree of soaking in the material increases.

I tegningene viser figuren et skjematisk riss av en pluggskruemater . In the drawings, the figure shows a schematic diagram of a plug screw feeder.

Som vist i figuren, utgjøres pluggskruemateren 1 av en kraftkilde 2, kraftdrivaksel 3, transmisjon 4, skruedrivaksel 5 og skrue 6 som alle er sammenkoplet. Skruen 6 er omsluttet i komprimeringskonusen eller sylinderen 7. Komprimeringskonusen eller sylinderen 7 innbefatter silplater 8 gjennom hvilke væsken tappes ut under komprimering og fortykning av massematerialet. Pluggskruemateren 1 har et innløpshus 9 og et utløpshus 10. Innløpshuset 9 utgjøres av en tvangsmateskrue 11 inne i tvangsmatesylinderen 12. Tvangsmatesylinderen 12 ligger under samlekassen 13. Tvangsmateskruen 11 er festet med drivakselen 14 til den variable tvangsskrue-kraftkilden 15. Utløpshuset 10 innbefatter utslippskammeret 16, utslipps-åpningen 17 og fluid- eller tilbakeslagsdemperen 18. Pluggskruen 6 utgjøres av en serie vinger eller lommer som starter ved 19 nær innløpshuset 9 og avtar i volum mot vingen eller lommen 20 med minst volum nær utløpshuset 10. En serie antirotasjonstapper 21 er montert i veggen av kompri-mer ingskonusen eller sylinderen 7. As shown in the figure, the plug screw feeder 1 consists of a power source 2, power drive shaft 3, transmission 4, screw drive shaft 5 and screw 6 which are all interconnected. The screw 6 is enclosed in the compression cone or cylinder 7. The compression cone or cylinder 7 includes sieve plates 8 through which the liquid is drained during compression and thickening of the pulp material. The plug screw feeder 1 has an inlet housing 9 and an outlet housing 10. The inlet housing 9 consists of a forced feed screw 11 inside the forced feed cylinder 12. The forced feed cylinder 12 is located below the collection box 13. The forced feed screw 11 is attached with the drive shaft 14 to the variable forced screw power source 15. The outlet housing 10 includes the discharge chamber 16 , the discharge opening 17 and the fluid or rebound damper 18. The plug screw 6 is made up of a series of wings or pockets that start at 19 near the inlet housing 9 and decrease in volume towards the wing or pocket 20 with the least volume near the outlet housing 10. A series of anti-rotation studs 21 are fitted in the wall of the compression cone or cylinder 7.

I drift fylles det kompressible materialet i samlekassen 13 og tvangsmatesylinderen 12. Kraftkilden 2 aktiviseres og pluggskruen 1 begynner å rotere og komprimerer det kompre-sible materialet i komprimeringskonusen eller sylinderen 7. Den variable kraftkilde for skruemateren skrus på og tvinger mateskruen 11 kontinuerlig til å presse det kompressible materialet inn i det største volum i skruevingelommen 19. Ved å styre kraftkilden 2 for skruepluggen 1 og den variable kraftkilden 15 for mateskruen kan komprimeringen av den kompressible mating til skruevingen 19 med stort volum og påfølgende skruevinger i pluggskruemateren 1 kontrolleres. In operation, the compressible material is filled in the collection box 13 and the forced feed cylinder 12. The power source 2 is activated and the plug screw 1 begins to rotate and compresses the compressible material in the compression cone or cylinder 7. The variable power source for the screw feeder is turned on and forces the feed screw 11 to continuously press the compressible material into the largest volume in the screw vane pocket 19. By controlling the power source 2 for the screw plug 1 and the variable power source 15 for the feed screw, the compression of the compressible feed to the screw vane 19 with large volume and subsequent screw vanes in the plug screw feeder 1 can be controlled.

Claims

1. Plug screw feeder (1) for use in soaking wood chips to achieve a desired degree of dislocation of fibers, with means for improving the correspondence between the actual and theoretical compaction ratio comprising a plug screw feeder

(1) with an inlet housing (9) and an outlet housing (10), a plug screw (6) with variable speed arranged in the plug screw feeder (1), a forced feed cylinder (12) connected to the plug screw feeder inlet housing (9), a forced feed screw (11) with variable speed arranged in the forced feed cylinder (12), a power source

(2) for the plug screw which controls the rotation speed of the plug screw (6), a power source (15) with variable speed which controls the speed of the forced feed screw (11), characterized in that adjustment of the speeds for both the plug screw (6) and the forced feed screw (11) is used for to achieve the desired degree of fiber dislocation.

2. Method for controlling the soaking of wood chips in a plug screw feeder (1) having an inlet housing (9) and an outlet housing (10), a variable speed plug screw (6) arranged in the plug screw feeder (1), a forced feed cylinder (12) connected to the plug screw feeder inlet housing (9), a forced feed screw (11) with variable speed arranged in the forced feed cylinder (12), which method comprises the steps of introducing wood chips into the forced feed cylinder (12) connected to the plug screw feeder inlet housing (9), characterized in that adjusting the speeds of both the plug screw ( 6) as the speed of the forced feed screw (11) is used to achieve the desired degree of fiber dislocation in the wood chip.