SE516348C2 - Förfarande och anordning för uppvärmning av massa med lågtrycksånga - Google Patents

Description

25 30 516 348 2 Detta slags indirekta sk. MC-värmeväxlare behandlas bl.a. i EP-patent 275502, Fl- patentansökningarna 781789, 943001, 945783, 953064, 954185, 955007 och den internationella patentansökningen PCT/FI96/00330. I dessa talrika ansökningar har man utgått från det faktum, att tjockmassa inom konsistensområdet 6 - 20 % bildar ett kraftigt fibernätverk och fördelning eller förening av massan i flödeskanalema inte är möjligt utan specialåtgärder. Då tjockmassan når fram till ett avgreningsställe, kan ñbemätverket vara så kraftigt, att massaflödet inte kan fördela sig av sig själv. Det är möjligt, att fibernätverket fastnar vid flödeskanalens ojämnheter, vilket leder till avvattning och ülltäppning. Likaså är det svårt att förena två strömningar.

Fibemätverkets interna krafter är så stora, att två mindre delströmningar inte kan bilda en jämn större strömning utan specialåtgärder. Man har kommit till den slutsatsen att det är tekniskt möjligt att konstruera anordningen och använda lågtiycksånga som värmekälla, men anordningen är emellertid åtminstone för tillfället svår att tillverkas samt dyrbar, varvid användningen av en indirekt värmeväxlare vid uppvärmning av tjocka massor kan komma i fråga endast i några få fall. Eftersom utvecklingen av indirekta värmeväxlare inte är alltså än helt genomtänkt, är det skäl att överväga även en användningen av direkt lågtrycksånga vid uppvärmning av massor.

Det ser ut att vara fördelaktigt att vid direkt uppvärmning av massa använda lågtrycksånga som på cellulosafabrikema är stämplad närmast som avfall, vars evakuering dvs. kondensering behöver också på något sätt arrangeras. Om värmemängden i lågtrycksångan kunde utnyttjas i fabrikens processer, vore det möjligt att sälja ut en större del av den av fabriken producerade energin.

De i det ovanstående beskrivna uppvärmningssätten som enligt teknikens ståndpunkt baserar sig på en direkt användning av lågnycksånga, har dock visat sig vara osäkra. Vi har märkt att orsaken till detta är bl.a. det, att vid inledning av ånga i fallröret vid atmosfärsüycket, från bottnen av vilket rör massan pumpas vidare ut, har ångan en tendens att höja sig i riktning mot det lägre trycket dvs. uppåt eller med andra ord bort ifrån pumpen. Således försvinner en del av ångan från massan, varvid man i praktiken behöver begränsa ånginledningen i massan i praktiken till en sådan mängd som säkert kondenserar sig i massan. Genom denna teknik kan massans temperatur inte höjas mer 10 15 20 25 30 »q ena: u u u u | Q n u v u n; 516 348 3 än högst ca 10 grader. Naturligtvis finns det en lösning som industrin i viss mån redan använder, dvs. inledning av högtrycksånga i massan, som skall ledas ut ur fallröret, på pumpens trycksida, varvid ångan inte har någon utväg att försvirma från massan, utan den ända möjligheten är att värma upp massan så många grader som ångans värmemängd förutsätter. Det är emellertid dyrt att använda högtrycksånga, varför dess användning borde undvikas så långt som möjligt.

I SE-patent 412610, FI-patentansökan 951196 och i SE-patentansökan 9501094 behandlas en utrustning som möjliggör användningen av lågtrycksånga vid direkt uppvärmning av massa så, att massan som skall uppvärrnas driver ut i rörledningen från ett processteg till ett annat med hjälp av en pump som höjer trycket på massan endast med några bar, men i alla fall så, att trycket i rörledningen blir lägre än trycket på ångan som används vid uppvärmningen. I den strömmande massan inblandas ånga med en särskild blandare, som är antingen en roterande blandare, såsom beskrivits till exempel i SE-patent 419 603, eller med i huvudsak statisk blandare som beskrivits i WO-patentansökan 95/21016. Därefter strömmar massan till en andra pump, med vilken trycket på massan höjs för nästa processteg så, att trycket är tillräckligt För att införa massan i ett reaktionskärl, i vilket råder antingen atmosfärswyck eller kärlet är trycksatt.

Vid förfarandena enligt ovannämnda publikationer anses det dock vara nödvändigt, att ångan inblandas med en särskild fluidiserande eller åtminstone effektivt bländande anordning. Den i den ovannämnda SE-ansökningen 9501094 angivna mera konventionella blandaren SE-B4l9603 är en traditionellt fluidiserande blandare som ursprungligen är avsedd för inblandning av syre, klor och klordioxid i den i anordningen fluidiserade massan. Den andra, betydligt yngre publikationen WO-95/21016 behandlar en i princip statisk blandare, i vilken den i flödeskanalen strömmande massan tvings att strömma igenom en mycket smal slits, varvid massans hastighet naturligtvis ökar i förhållande till flödesytorna. Med andra ord kännetecknas båda de beskrivna anordningsaltemativen av att massan påverkas mekaniskt i en separat blandare fór att ändra dess tillstånd så, att ånga kan irrblandas jämnt i massan.

En första nackdel hos den direkta ånguppvärmningsanordningen är det faktum, att tre olika anordningar är nödvändiga: en pump, en blandare och en andra pump. För det 10 15 20 25 30 ao non: ; u a u | n n ø n Q nu I ~ o o o a a Q o ø a o n a 516 348 4 andra förändras massans mekaniska egenskaper vid varje behandling, varvid till exempel massans hållfasthet lider i någon mån och för det tredje är en viss Uyckiörlust alltid oundviklig hos blandarna enligt teknikens ståndpunkt .

Nu har vi märkt att ur totalekonomisk synpunkt är det fördelaktigaste sättet att uppvärma massa att utföra uppvärmningen med lågtrycksånga i en apparatur som innefattar åtminstone en pump, en tryckökande blandningsanordning för ånga och däremellan en inledningsanordning fór lågtrycksånga. Med andra ord blir massan inte utsatt fór något slags ansträngningar under inledningen av ånga, om man låter massan flöda genom ånginledningsanordningen som jämnt pluggflöde. Som ånginledningsanordning används en sedvanlig inmatningsanordning av Ahlström Pumps Corporation, i vilken anordning en önskad mängd ånga tillförs i massan. Inmatningsanordningen placeras i den nyckökande blandningsanordningens sugrör på ett önskat avstånd från blandningsanordningen.

De kännetecknande dragen hos förfarandet och anordningen enligt föreliggande uppfinning framgår av de efterföljande patentkraven.

Förfarandet och anordningen enligt uppfinningen beskrivs mera detaljerat nedan under hänvisning till den bifogade ritningsfiguren, som illustrerar en iöredragen utfóringsform av anordningen enligt föreliggande uppfinning.

I enlighet med ñguren består anordningen enligt en föredragen uttöringsforrn av uppfrrmingen av en anordning 12 för transporter-ing av massa, vilken anordning är placerad i transportlinjen 14 för massa, av ångirtledningsanordningar 16 och av en blandningsanordning 18 för ånga. Nämnda anordning 12 fór transportering av massa utgörs av en anordning som är kapabel att transportera den fór tillfället aktuella massan.

Om massan är alltså av mediumkonsistens, såsom den är i de flesta moderna cellulosafabrikerrra, är det fördelaktigt att använda en sk. fluidiserande centrifugalpump som är också känd som MC°-pump. Massan kan nå fram till transportanordningen 12 till exempel genom ett fallrör 13 av någon tvättanordning, från en törrådsbehållare eller från 10 15 20 25 30 516 348 5 något annat för ifrågavarande process typiskt ställe. Som ânginmatriingsanordning 16 används en av Ahlström Pumps Corporation såld anordning enligt den kända tekniken.

Som blandningsanordning 18 för ånga används en anordning som är tryckökande på så sätt, att massan matas in med hjälp av nämnda blandningsanordning 18, som kan också kallas för inmatningsanordning för massa, i ett behandlingstorn 20 eller motsvarande, i vilket massan behöver uppvärmas för utförande av den aktuella processen.

Den ovan beskrivna anordningen fungerar så, att med transportanordningen 12, även om den vore en fluidiserande MC-pump, införs massan som pluggflöde utmed transportlinjen 14 i ånginledningsanordningen 16 så, att trycket i transportlinjen 14 understiger vid ånginledningsanordningen trycket på den tillgängliga ångan. Såsom vi konstaterade redan i det ovanstående, använder man företrädesvis lågnycksånga, vars tryck är vanligen 3 - 5 bar (abs.). Naturligtvis ingår även situationer, i vilka trycket på lågtrycksångan är någonting annat än 3 - 5 bar, i uppfinningens Skyddsområde. Med andra ord, då trycket på massan i transportlinjen 14 är lägre än trycket på ångan, kan ångan inmatas i den som pluggflöde strömmande massan precis i den omfattning som höjning av massans temperatur kräver. I detta fall beter sig ångan i transportlinjen på ett omvänt sätt jämfört med ångan som enligt teknikens ståndpunkt inblandas i massan i fallröret. I fallröret har ångan en tendens att höja sig uppåt dvs. bort från den blandande anordningen. Det är alltså kännetecknande för ångan, såsom för gasformiga ämnen i allmänhet, att den strävar i riktning mot det lägre trycket. Detta händer även i anordningen enligt vår uppfinning, i vilken ångan strävar uppåt, bort ifrån transportanordningen 12 och i riktning mot anordningen fór inblandning av ånga, dvs. inmatningsanordningen 18 för massa, med vilken massans temperatur järnnas ut och massan transporteras till nästa behandlingsanordning, naturligtvis genom att höja trycket på massan.

En föredragen utföringsform av uppfinningen kännetecknas av att ånginledningsanordningen 16 består av ett eller flera ånginledningsmunstycken (1 - 20 st., företrädesvis 2 - 10 st) eller motsvarande, genom vilka ångan inmatas i den som pluggflöde strömmande massan. Nämnda munstycken eller motsvarande ligger på O - 10 mzs avstånd från blandningsanordningen 18 för ånga. Av nämnda munstycken eller 10 15 20 25 30 516 548 6 motsvarande åtminstone ett är placerat på 0.5 - l m:s avstånd från blandningsanordningen 18 för ånga så, att ångan hinner kondensera sig åtminstone delvis innan massan införs i inmatningsanordningen 18. Med andra ord är det möjligt, att en del av ångan införs direkt i blandaren och en del till något lämpligt ställe uppströms blandaren. De ovan angivna dimensionerna skall anses vara endast normgivande, eftersom i sista hand bestäms dimensioneringen av det tillgängliga trycket i rörledningen.

På ett ovan beskrivet sätt kan man undvika den skadliga verkan som den gasformiga fraktionen (ångan) i massan kan eventuellt ha på inmatningsanordningens verksamhet.

Ett annat sätt att eliminera den skadliga verkan som ångans närvaro har på inmatningsanordningens verksamhet är att konstruera inmatningsanordningen så, att den kan behandla ånghaltig massa utan störningar.

Den ovannämnda tryckökande blandningsanordningen dvs. inmatningsanordningen 18 för massa är i fråga om massa av mediumkonsistens företrädesvis en fluidiserande centrifugalpump, som kan t.o.m. modifieras så, att den skadliga påverkan av ångan som inte kondenserat sig kan elimineras. Dylika modifikationer som kan utföras i en sedvanlig fluidiserande pump kan vara lister, tappar, knottrar eller motsvarande organ som anordnas till exempel på sugkanalens vägg och med vilka turbulensnivån i massan höjs. Därjämte enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är den uyckökande anordningen en centrifugalpump, i samband med vilken pumps sugkanal eller ansluten till denna är anordnad en blandningskammare som är företrädesvis, men inte nödvändigtvis, större än sugkanalens minsta diameter. I nämnda blandningskammare är anordnat ett blandningsorgan som kan vara en rotor driven av sin egen drivanordning eller i fråga om en fluidiserande centrifugalpump, en fluidisator. På fram- och/eller baksidan av och/eller vid en dylik blandningsanordning på sugkanalens eller blandningskammarens vägg har vid behov anordnats lister, tappar eller andra organ som höjer turbulensnivån. Enligt en föredragen variation av uppfinningen införs blandningen av massa och ånga i nämnda blandningskammare så, att innan blandningen når fram till pumpen behöver den strömma igenom rotationskretsen av nämnda rotor, varvid ångan kan kondenseras effektivt i massan. Ett sätt att åstadkomma detta är att inmata blandningen av massa och ånga från en icke-axiell filmning i blandningskammaren. Ett annat sätt är att införa nämnda blandning axiellt, men därefter styra blandningens 10 15 en nu: u | n e | u u o u ~ u. o 516 348 7 strömning i kammaren så, att den ovan beskrivna processen äger rum. Även andra slags modifikationer kan utföras, om de anses vara nödvändiga.

Några föredragna tillämpningsföremål för uppfinningen är de redan i bruk varande processema som man önskar modernisera. Till exempel i processerna, i vilka bl.a. pumparnas kapacitet är dimensionerad för ett bestämt rörledningsmotstånd, är det inte möjligt att anordna varken direkt eller indirekt uppvärmning av massa, eftersom de i alla fall ökar rörledningsmotstånden så, att pumpen som redan är i processen inte längre är kapabel driva ut massan genom uppvärrnningsanordningen till nästa processteg. Om man önskade modernisera anläggningen i enlighet med dagens teknik, borde man skaffa en ny effektiv pump och inledningsanordningar för högtrycksånga. Med andra ord borde man använda högtrycksånga för uppvärmning av massa. Genom vår uppfirming kan problemet lösas så, att den befintliga pumpen får stanna kvar och man tillägger en inledningsanordning ßr lågtrycksånga och en tryckökande blandare för ånga.

Det skall inses att i det ovanstående har endast några få föredragna utfóringsformer av uppfinningen beskrivits, vilket ingalunda är avsett att begränsa uppfinningen från det som framgår av de efterföljande patentkraven som ensamma bestämmer uppfinningens Skyddsområde.

Claims (13)

10 15 20 25 30 516 8 PATENTKRAV

1. Förfarande för uppvärmning av massor, vid vilket förfarande lágtrycksânga tillförs i massan så, att massan i dess flödesrikming före inledningen av làgtiycksânga trycksätts till ett första tryck så, att trycket på massan vid ánginledningspunkten är lägre än trycket på den tillgängliga ångan, kännetecknat därav, att ångan matas in i den som pluggflöde strömmande massan, att massan efter ånginledningen omröres med hjälp av en tryckökande blandare för ånga för att antingen fördela ångan i massan jämnt och/eller för att jämna ut massans temperatur, och att massan införs i nästa processteg med hjälp av trycket som den tryckökande blandaren för ånga utvecklat.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att trycket på ångan är 3 - 5 bar (abs.). i

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat därav, att massan transporteras till ánginledningspunkten med hjälp av en fluidiserande centrifugalpump.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknat därav, att det första trycket driver massan som pluggflöde från ânginledningspunkten vidare ända till den blandande anordningen.

5. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknat därav, att som tryckökande blandare för ånga används en fluidiserande centrifugalpump.

6. Anordning för uppvärmning av massor, vilken anordning består av en anordning (12) för transportering av massa, vilken anordning är placerad i transportlinjen (14) för massa och av en inledningsanordning (16) för lågtrycksånga, kännetecknad därav, att anordningen (12) för transportering av massa är anordnad att ge ett pluggflöde av massa i transportlinj en (14), att inledningsanordningen (16) är anordnad att mata ånga in i den som pluggflöde strömmande massan, och att den består vidare av en efterföljande anord- ning (18) för inblandning av ånga och/eller utjämning av massans temperatur, vilken anordning (18) ökar trycket på massan. 10 15 20 s 1 e 34 s Iåïlšï ~ .i 9

7. Anordning enligt patentkravet 6, kännetecknad därav, att anordningen (18) för inblandning av ånga används för att införa massan i följande process.

8. Anordning enligt patentkravet 6, kännetecknad därav, att transportanordningen (12) och/eller anordningen (18) för inblandning av ånga är centrifugalpumpar, företrädesvis fluidiserande centrifugalpumpar.

9. Anordning enligt patentkravet 6, kännetecknad därav, att i anordningen för inblandning av ånga ingår en rotor som roterar i flödeskanalen.

10. Anordning enligt patentkravet 9, kännetecknad därav, att på sugkanalens vägg är därtill anordnade organ som höjer turbulensnivån, såsom till exempel lister, tappar, knottrar osv. i

11. , Anordning enligt patentkravet 8 eller 9, kännetecknad därav, att blandningsanordningen (18) innefattar en blandningskammare som är ansluten till den tryckökande anordningens sugkanal.

12. Anordning enligt patentkravet 11, kännetecknad därav, att blandningsanordningen (18) är en tryckökande fluidiserande centrifugalpump, i vilkens sugkanal är anordnad en blandningskammare.

13. Anordning enligt patentkravet 11 eller 12, kännetecknad därav, att i blandningskammaren är anordnad en inloppsledning för blandningen av massa och ånga så, att nämnda blandning behöver strömma igenom rotationskretsen av en rotor eller en fluidisator på sin väg mot den tryckökande anordningen.