SE532930C2 - Matningssystem innefattande parallella pumpar för en kontinuerlig kokare - Google Patents

Description

20 25 30 53.? 932' 2 fliskokare utan högtryckskik, där man först basar flisen i ett basningskärl, följt av uppslamning av tlisen i ett kärl, innan man pumpar flissuspensionen till kokarens topp. l US3586600 från 1971 visas ett annat matningssystem för en kontinuerlig kokare främsta avsedd för finare vedmaterial. Även här saknas högtryckskik och vedmaterialet matas med en pump 26 via ett uppflödes impregneringskärl till kokarens topp.

Motsvarande pumpning av finare vedmaterial till en kontinuerlig kokares topp visas även i EP157279.

Typiskt för dessa förslag på kokerier från sent 50-tal till början på 70-talet är att dessa var avsedda för små kokerier med begränsad kapactitet runt 100-300 ton massa per dag. l US 5744004 visas en variant på matning av flis till kokare där flisblandningen istället matas till kokaren via flera pumpar i serie. Här är det pumpar av så kallad DISCFLOTM -typ som användes. En nackdel med detta system är att denna typ av pumpar typiskt har en mycket låg pumpverkningsgrad.

I tidigare nämnda Handbook of Pulp visas på sidan 382 en variant på pumpmatning av flisblandning, som benämns TurboFeedW. Här finns tre stycken pumpar i serie för matning av flisblandningen till kokaren. Denna typ av matning har patenterats i US5753075, US6106668, US6325890, US6336993 samt US6551462; dock i flera fall utan att exempelvis US3303088 beaktats.

US5753075 avser pumpning från ett basningskärl till ett behandlingskärl.

US6106668 avser specifikt tillsats av AQ/PS under pumpning.

US6325890 avser minst två pumpar i serie och att dessa pumpar är anordnade på markplanet.

US6336993 avser en detaljlösning där man dels sätter till kemikalier för att lösa ut metaller från flisen, och sedan dra av vätska efter varje pump för reduktion av metallhalten iden pumpade flisen.

US6551462 avser i sak samma system som redan visats i US3303088.

En stor nackdel med dessa system med ett flertal pumpar l serie är begränsad tillgänglighet. Om en pump havererar så stannar hela kokeriet. Med 3 pumpar i 0803PCT.d0c 10 15 20 25 30 532 SBC! 3 serie och en normal tillgänglighet på varje pump på 0,95, så blir systemets totala tillgänglighet bara 0,86 (0,95*0,95*0,95=0,86). l dagens moderna kontinuerliga kokerier med kapaciteter på över 4000 ton massa om dagen, så används kokare som år 50-75 meter höga, samtidigt som man etablerar ett övertryck i kokarens topp på 3-8 bar i det fall ångfaskokare användes eller 5-20 bar om det är en hydraulisk kokare. De kontinuerliga kokerierna är avsedda att under huvuddelen av sin drifttid, typiskt väl över 80- 95% av drifttiden, att gå vid nominell produktion, varför pumparna med tanke på driftekonomi måste vara optimerade för den nominella produktionen.

Ett typiskt kokeri med en kapacitet på cirka 3000 ton med ett matningssystem med den så kallade ” TurboFeedW" tekniken, så kräver pumparna en effekt på cirka 800kW. Det är uppenbart att dessa system måste ha pumpar som arbetar vid optimerad verkningsgrad nära sin nominella kapacitet. Med ett sådant matningssystem så krävs 19 200 kWh (800*24) per dygn, och med ett pris på 50 Euro per MWh så blir driftskostnaden 960 Euro per dygn, eller 336 000 Euro per ar.

Systemen skall samtidigt garanteras att vara körbara inom 50-110% av nominell produktion, vilket ställer höga krav på matningssystemen.

Detta innebär att en systemleverantör måste ha en pump som storleksmässigt är optimerad för att klara 4000 ton, samtidigt som den skall vara körbar inom intervallet 2000-4400 ton. En sådan pump som körs på 50 % av sin kapacitet är långt ifrån optimerad, men man måste kunna klara av att åtminstone tillfälligt kunna köra med begränsad kapacitet om det uppstår tillfälliga kapacitetsproblem i exempelvis den efterföljande fiberlinjen.

Om denna systemleverantör erbjuder kokerier som klarar nominella kapaciteter på 500-5000 ton, så innebär det att man måste ta fram en mängd olika pumpstorlekar för att varje enskild installation skall kunna erbjuda en ur effekt- och energisynpunkt optimerad överföring vid nominell produktion. Detta innebär att pumparna blir extremt dyra då det normalt är frågan om mycket begränsade serier av pumpar som tillverkas av varje storlek. För att klara krav på rimligt korta leveranstider så måste systemleverantören ha ett lager av pumpar i alla 0803PCT.doc 10 15 20 25 30 vill 11111 FHS' LD DJ II! 4 pumpstorlekar vilket är mycket kostsamt.

Kokarmatningen skall även kunna säkerställa en optimal matning till kokarens topp även om flödet i överföringsledningen skulle vara reducerat till 50 % av nominellt flöde.

Detta är svårt då flödeshastigheten i överföringsledningarna bör upprätthållas över en kritisk nivå då välbasad flisen har en tendens att sjunka, mot överföringsflödets strömningsriktning, om hastigheten blir för låg.

En korrigerande åtgärd vid låga hastigheter är att öka nedspädningen innan pumpningen så att man etablerar lägre flis koncentration, men detta är inte energi effektivt då matningssystemen tvingas pumpa runt onödigt stora vätske volymer, och pumpeffektbehovet per producerad massamängd ökar.

Varje pump har en konstruktionspunkt (Best Efficiency Point / ”BEP”) där pumpen är tänkt att arbeta. Vid denna ”BEP” är, i fallet då centrifugalpumpar användes, stötförluster och friktionsförluster i pumpen som lägst, vilket i sin tur leder till att pumpens verkningsgrad är högst vid denna punkt. grftet med uppfinningen Ett första syfte med uppfinningen är att få ett förbättrat matningssystem för flis i vilket optimal överföring kan ske inom ett större spann runt kokarens designkapacitet.

Andra syften är; v få förbättrad verkningsgrad i matningssystemet; ~ förbättrad tillgänglighet; - lägre driftkostnad per befodrad flismängd; o konstant fliskoncentration vid pumpningen oavsett produktionsnivå; ø ett begränsat sortiment av pumpstorlekar som kan täcka ett stort spann på kokarnas produktionskapacitet; ø förenklat underhåll; ~ Reducera installationskostnader jämfört med matningssystem med högtryckskikar eller flera pumpar i serie; Ovanstående syften uppnås med ett matningssystem i enlighet med den 0803PCT.doc 10 15 20 25 30 kännetecknande delen av patentkrav 1.

Figurbeskrivning Flgurt visar en första systemlösning för matningssystem till kokare med toppseparator; Figur 2 visar en andra systemlösning för matningssystem till kokare utan toppseparator; Figurer 3-6 visar olika sätt att ansluta pumpar till ett utlopp i ett förbehandlingskärl; Figur? visar matningssystemets anslutning till en kokartopp utan topp- separator; samt Figur 8 visarfigur 7 sedd uppifrån; Detalierad beskrivninq av uppfinningen l den följande detaljerade beskrivningen kommer begreppet matningssystem för en kontinuerlig kokare att användas. Med matningssystem avses här ett system som matar flis från ett behandlingssystem för flisen som står under lågt tryck, typiskt ett övertryck under 2 bar och ofta atmosfäriskt, till en kokare där flisen står under högt tryck, typiskt mellan 3-8 bar i det fall ångfaskokare användes eller 5-20 bar om det är en hydraulisk kokare.

Med begreppet kontinuerlig kokare avses här antingen en ångfaskokare eller hydraulkokare även om de föredragna utföringsformerna är exemplifierade med ångfaskokare.

Ett grundkoncept är att matningssystemet innehåller åtminstone 2 pumpar i parallell, men företrädesvis även 3, 4 eller 5 pumpar i parallell. Det har visat sig att en enda pump klarar av att mata en uppslammad flisblandning till en trycksatt kokare, och man kan således undvara konventionella högtryckskikar eller komplicerade matningssystem med 2-4 pumpar i serie.

Pumparna är på konventionellt sätt anordnade på fundament på markplanet för att underlätta service. leverera Med denna principiella lösning så kan man klara av att matningssystem till kokare med produktionskapaciteter från 750 till 6000 ton 0803PCT.doc 10 15 20 532 SBC! 6 massa per dag, med endast ett fåtal pumpstorlekar. Detta är mycket viktigt då dessa pumpar för matning av flisblandningar vid relativt hög koncentration är mycket specifika för sin applikation, och där pumpar som klarar av produktionskapaciteter på 4000-6000 ton massa per dag blir mycket stora och tillverkas i mycket begränsade serier om några enstaka per år. Kostnaderna för dessa pumpar blir då den betydande delen i ett kokeri.

Nedan ges ett exempel på hur man kan täcka ett produktionsintervall från 750- 6000 ton med endast två purnpstorlekar optimerade för 750 respektive 1500 ton massa per dag; PUMPPROGRAM (Xst*=1: a altemativ) Nominell Produktions- 750 1500 kapacitet (ton per dag) pump pump 750 1st 1500 2st 2250 1 st 1st (2250 alt) (3st*) - 3000 - 2st (3000 alt) (4st*) 3750 1st 2st 4500 - 3st (4500 alt) (2st*) (2st*) 5250 1 st 3st 6000 4st I denna tabell framgår tydligt hur man med det uppfinningsenliga konceptet kan täcka in en produktionskapacitet mellan 1500-6000 ton med endast 2 optimerade pumpstorlekar, och samtidigt kunna använda en enkel-pump installation i mindre kokerier med kapacitet under 750 ton. Kontinuerliga kokare med kapaciteter på 750 ton förekommer sällan idag vid nyinstallation, då batch kokerier ofta blir mer konkurrenskraftiga för dessa kapaciteter. Det kan dock finnas en viss eftermarknad för äldre kokerier med låg kapacitet där man idag O803PCT.doc 10 15 20 25 30 533. 5313 7 har dyra matningssystem med högtryckskikar.

Första utföringsform I Figur 1 visas en utföringsform på matningssystemet med åtminstone 2 pumpar i parallell. Flisen matas med en bandtransportör 1 till en flisbuffert 2 anordnad ovanpå ett atmosfäriskt behandlingskärl 3. I detta kärl etableras en lägsta vätskenivå LlQLEv genom tillförsel av en alkalisk impregneringsvätska företrädesvis kokvätska(svart|ut) som dragits av i ett silparti SC2 i en efterföljande kokare 6, och med eventuell tillsats av vitlut och/eller annat alkaliskt flinar. i Flisen matas in med sedvanlig kontroll av flisnivån CHLEV vilken etableras över vätskenivån LIQLEV.

Restalkalit i den avdragna svartluten ligger typiskt i intervallet 8-20 g/l. Mängden svartlut och övriga alkaliska vätskor som tillsättes till behandlingskärlet 3 regleras med en nivågivare 20 som styr åtminstone en av flödesventilerna i ledningarna 40/41. Med denna alkaliska impregneringsvätska så kan vedsyrorna i flisen neutraliseras och få en impregnering med sulfidrik (HS') vätska. Förbrukad impregneringsvätska, med ett restalkali på cirka 2-5 g/l, företrädesvis 5-8 g/l, dras av från behandlingskärlet 3 via avdragssilen SCB och skickas till återvinningen REC. Vid behov kan även vitlut WL satsas till kärlet 3, exempelvis såsom visas i figuren till ledningen 41. Aktuella restalkalihalter är beroende av aktuellt vedslag, barr eller lövved, samt vilken alkaliprofil som skall etableras i koket. l det fall en vedråvara användes som är enkel att impregnera och neutralisera, exempelvis vedråvara i form av pinnflis eller vedflis med mycket klena dimensioner där impregnering går fort, kan kärlet 3 i extremfallet vara ett enkelt stup med en diameter i allt väsentligt motsvarande det hinkformade utloppet 10 i kärlets botten. Nödvändig uppehållstid i kärlet bestämmes av att veden skall hinna bli så välimpregnerad så att den sjunker i en fri kokvätska.

Efter det att flisen behandlats i kärlet 3 så matas den ut från kärlets botten, där även en konventionell bottenskrapa 4 är anordnad, driven av en motor-M1. l enlighet med uppfinningen så matas flisen till kokaren via åtminstone 2 0803PCT.d0c 10 15 20 25 30 532 S3Ü 8 pumpar 12a, 12b i parallell, vilka pumpar är anslutna till en hinkformad utloppsstuds 10 i kärlets botten. Den hinkformade utloppsstudsen 10 har ett övre inlopp, en cylindrisk mantelyta samt en botten. Pumparna är anslutna till den cylindriska mantelytan.

För att underlätta pumpning av flisbtandningen uppslammas flisen i ett kärl 3 för att bilda en flissuspension, i vilket kärl är anordnat en vätsketillförsel via ledningarna 40/41 styrd av en nivåreglering 20 vilken etablerar en vätskenivå LlQLEv i kärlet och ovanför pumpnivån om minst 10 meter, och företrädesvis minst 15 meter och än mer föredraget minst 20 meter. Härigenom etableras ett högt statiskt tryck i inloppet till pumparna 12a, 12b så att en enda pump kan klara av att trycksätta och befordra flissuspensionen till kokarens topp utan att pumpen kaviterar. Kokarens topp är typiskt anordnad minst 50 meter ovanför pumpens nivå, ofta 60-75 meter ovanför pumpens nivå, samtidigt som man etablerar ett tryck i kokarens topp på 5-10 bar.

För att ytterligare underlätta utmatningen till pumparna så finns en omrörare 11 anordnad i den hinkformiga utloppsstudsen. Omröraren 11 är företrädesvis anordnad på samma axel som bottenskrapan och driven med motorn M1.

Omröraren har minst 2 skrapannar som sveper över pumputloppen anordnade i den hinkformade utloppsstudsens mantelyta. Företrädesvis anordnas en nedspädning i den hinkformade utloppsstudsen, vilket kan ske genom spädutlopp(icke visat) anslutna till mantelytan i dess ovankant. l figurerna 3-6 visas hur ett antal pumpar 12a-12d kan anslutas till utloppsstudsens cylindriska mantelyta, och hur omröraren 11 kan förses med upp till 4 skraparmar. Pumparna kan företrädesvis anordnas symmetriskt runt utloppstudsens cylindriska mantelyta med en fördelning i horisontalplanet på 90° mellan varje utlopp om det är 4 stycken pumpanslutningar (120° om det är 3 pumpanslutningar och 180° om det är 2 pumpanslutningar). På detta sätt kan man undvika snedbelastningar på kärlets botten och dess fundament. l praktiken så anordnas även en avstängningsventil (icke visade) mellan utloppsstudsens 10 mantelyta och pumpinloppet samt en ventil direkt efter pumpen för att möjliggöra avstängning av flödet genom en pump om denna pump skall bytas under fortsatt drift av övriga pumpar.

I figur 1 matas flisen av pumparna 12a, 12b via överföringsledningar 13a, 13b 0803PCT .doc 10 15 20 25 30 532 'BSÜ 9 (endast två visade i figur 1) till toppen på kokaren 6. l figur 1 finns en konventionell kokaren. toppseparator 51 anordnad i toppen på Överföringsledningarna 13a, 13b, företrädesvis minst 2 stycken, utmynnar båda i toppseparatorns botten, där en av motor M3 driven matarskruv 52 driver flisslurryn uppåt under avvattning mot toppseparatorns avdragssil S01.

Dränerad flis kommer då på konventionellt sätt att matas ut från toppseparatorns övre utlopp, och faller ned i kokaren. l det fall en hydraulkokare användes så är toppseparatorn vänd och matar flisen ned i kokaren.

Den från toppseparatorn 51 dränerade vätskan leds i en ledning 40 tillbaka till behandlingskärlet 3, och kan företrädesvis tillsättas till behandlingskärlets botten för att där underlätta utmatningen under utspädning.

Alternativt kan ledningen 40 anslutas till positionen för ledningen 41 's utlopp i behandlingskärlet 3 och ledningen 41 anslutas till positionen för ledningen 40's utlopp i behandlingskärlet 3 enligt det av Metso Paper marknadsförda konceptet CrossCircTM.. l en variant kan flödet i ledningen 40 samt 41 mixas i skärningspunkten för ledningarna 40 och 41 i figur 1.

Kokaren 6 kan vara utrustad med ett antal kokar cirkulationer och med tillförsel av vitlut till kokarens topp eller till kokarens tillsatsflöden (icke visat). I figuren visas ett avdrag av kokvätska via silen SC2. Den kokvätska som dras av från silen SC2 benämns svartlut och kan ha något högre innehåll av restalkali än svartlut som annars skickas direkt till återvinningen och normalt dras av längre ned i kokaren. Den kokta flisen P matas sedan ut från kokarens botten med hjälp av en konventionell bottenskrapa 7 och kokartrycket.

Andra utföringsform l figuren 2 visas en alternativ utföringsform där toppseparatorn har utgått och istället så utmynnar överföringsledningarna 13a, 13b (endast två visade i figur 1) direkt ned i kokartoppen. Överskottsvätska dras sedan av med en kokarsil SC1 anordnad i kokarväggen. l figurerna 7 och 8 visas denna mer i detalj. l övriga delar motsvarar denna utföringsform kokeriet visat i figur 1.

I figur 8 visas hur 4 stycken överföringsledningarna 13a, 13b, 13c samt 13d kan utmynna rakt ned i kokartoppen. Dessa utlopp kan företrädesvis anordnas symmetriskt i kokartoppen med en fördelning i horisontalplanet på 90° mellan 0803PCT.doc 10 15 20 25 30 532 Säll) 10 varje utlopp om det är 4 stycken utlopp (120° om det är 3 utlopp och 180° om det är 2 utlopp). Utloppen anordnas lämpligen på ett avstånd på 60-80% av kokarradien. l figur 7 visas hur överföringsledningarna 13a, 13b samt 13c utmynnar rakt ned i kokartoppen och således fördelar fllsen över kokarens tvärsnitt. l detta fall visas en ångfaskokare där ånga ST och/eller trycksatt luft PAjR tillsättes kokartoppen, i vilken en flisnivå CHLEV etableras ovanför vätskenivån LlQLEv i kokartoppen. Överskottsvàtska dras av med en sil SC2 och ansamlas i ett avdragsutrymme 51 innan återledning i ledningen 41.

En fördel utföringsformen, är att varje pump kan stängas av oberoende av de andra med den andra utföringsformen, men även den första pumparna, vilka andra pumpar kan fortsätta att pumpa vid optimal driftpunkt och utan att själva matningssystemet kräver någon modifikation.

Uppfinningen är inte begränsad till ovan visade utföringsformer, utan flera varianter är möjligt inom ramen för de efterföljande patentkraven. l den utföringsformen som visats i figur 2 kan exempelvis i vissa applikationer silen SC1 samt returledningen 40 utgå, vilket företrädesvis är aktuellt vid kokning av vedslag med högre bulkdensitet, såsom lövved (HW/Hardwood), vilka för motsvarande produktion kräver mindre vätskemängder vid överföringen.

I det fall en vedråvara användes som är enkel att impregnera och neutralisera, t exempelvis vedråvara i form av pinnflis eller vedflis med mycket klena dimensioner där impregnering går fort, kan kärlet 3 i extremfallet vara ett enkelt stup med en diameter i allt väsentligt motsvarande det hinkformade utloppet 10 i kärlets botten.

Om fllsen som matas in i kärlet 3 redan är välbasad så kan i dessa fall vätskenivån LIQLEV etableras ovanför en flisnivå CHLEV. l utföringsformerna som visats så användes en alkalisk förbehandling i kärlet 3, men man kan även använda en process där denna förbehandling är en sur förhydrolys.

O803PCT.doc

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 till iZi-Il P0 LD mi! lf. PATENTKRAV _ Matningssystem för en kontinuerlig kokare (6) där vedflis kontinuerligt matas till kokaren topp och matas ut från kokarens botten kännetecknat av att vedflisen som skall matas till kokarens topp uppslammas i ett kärl (3) för att bilda en flissuspension, att till kärlets botten är anslutet åtminstone två pumpar (12a, 12b) i parallell, där ett inlopp (13a, 13b) till en överföringsledning är ansluten till varje enskild pump och med ett utlopp på överföringsledningen ansluten till kokarens topp, varvid det finns lika många utlopp i kokartoppen som det finns pumpar. . Matningssystem enligt patentkrav 1 kännetecknat av att till kärlets botten är anslutet åtminstone tre pumpar (12a, 12b, 12c) i parallell . Matningssystem enligt patentkrav 2 kännetecknat av att till kärlets botten är anslutet åtminstone fyra pumpar (12a, 12b, 12c, 12d) l parallell _ Matningssystem enligt något av föregående patentkrav kännetecknat av att pumparna (12a, 12b, 12c, 12d) är anslutna symmetriskt till kärlets botten . Matningssystem enligt något av föregående patentkrav kännetecknat av att vedflisen som skall matas till kokarens topp uppslammas i kärlet (3) för att bilda en flissuspension, i vilket kärl är anordnat en vätsketillförsel styrd av en nivåreglering (20) vilken etablerar en vätskenivå (LIQLEV) om minst 10 meter och företrädesvis minst 15 meter och än mer föredraget minst 20 meter. . Matningssystem enligt något av föregående patentkrav kännetecknat av att överföringsledningens utlopp i kokaren utmynnar direkt i kokarens topp varvid flissuspensionen faller ned i kokartoppen. _ Matningssystem enligt något av föregående patentkrav kännetecknat av att till kärlets botten är ansluten en hinkformad utloppsstuds (10) med ett övre inlopp, en cylindrisk mantelyta samt en botten, där inlopp på åtminstone två 0803PCT.doc 532 BEG 12 pumpar (12a, 12b) i parallell är anslutna till den cylindriska mantelytan och med pumputloppen anslutna till en överföringsledning (13a, 13b) som leder till kokarens topp, och där en omrörare (11) är anordnad att rotera i den hinkformade utloppsstudsen, vilken omrörare har minst två skraparmar som sveper över pumpinloppen anordnade i den hinkformade utloppsstudsens mantelyta. O803PCT.d0C