用于连续蒸煮器的包括并联的泵的供给系统 【技术领域】
本发明涉及一种根据权利要求 1 前序部分所述的用于连续蒸煮器的供给系统， 在 所述连续蒸煮器中蒸煮木片以生产纤维素纸浆。背景技术
在用于连续蒸煮器的旧式传统供给系统中， 已将高压星形给料器用作对木片浆液 加压并使木片浆液输送到蒸煮器顶部的流槽给料器 (sluice feeder)。
纸浆手册 (Herbert Sixta， 2006) 在 381 页披露了这种使用高压星形给料器 ( 高 压给料器 ) 进行的供给。这种供给的主要优点在于， 输送流无需经过泵， 取而代之由液压输 送。同时， 可在进入和离开蒸煮器的输送循环中保持高压而不会损失压力。然而， 该系统已 被证实有一些缺点 ： 高压星形给料器易受磨损， 且必须进行调整以使从高压循环到低压循 环的泄漏流最小化。 另一缺点是 ： 在输送过程中必须保持低温， 以使得输送中不会产生与蒸 汽内爆 (steam implosion) 有关的爆炸声。
早在 1957 年， US2803540 披露了一种连续木片蒸煮器的供给系统， 其将木片从浸 渍容器泵送到蒸煮器， 在蒸煮器中以蒸汽环境蒸煮木片。其中， 将一部分蒸煮液体注入泵， 以实现 10％的可泵送黏稠度。然而， 该蒸煮器设计用于每天 150 至 300 吨纸浆的小规模产 量 ( 见第 7 栏第 35 行 )。
另外， 1959 年 US2876098 披露了一种没有高压星形给料器的连续木片蒸煮器的供 给系统。在此， 木片在被泵送到蒸煮器顶部之前悬浮在混合液中。泵装置设置在蒸煮器下 方， 并且泵轴还配备有涡轮机， 在所述涡轮机中使加压的黑液减压以减少所需的泵送能量。
1967 年 US3303088 也披露了一种没有高压星形给料器的用于连续木片蒸煮器的 供给系统， 其中首先在蒸汽容器中蒸煮木片， 随后使木片悬浮在容器中， 之后将木片悬浮物 泵送到蒸煮器的顶部。
1971 年 US3586600 披露了另一种用于连续蒸煮器的供给系统， 其被设计为主要用 于精细木材。其中同样没有使用高压星形给料器， 用泵 26 使木材经由上游浸渍容器供给到 蒸煮器的顶部。
在 EP157279 中也披露了将精细木材泵送到连续蒸煮器的顶部的类似供给系统。
从 50 年代末到 70 年代初， 蒸煮器系统的这些实施例的典型情况是 ： 这些蒸煮器系 统均被设计用于每天大约 100 至 300 吨纸浆的有限产量的小型蒸煮器壳体。
US5744004 披露了将木片供给到蒸煮器的供给系统的变型方案， 其中经由一系列 TM 的泵将木片混合物供给到蒸煮器中。其中使用的是所谓 DISCFLO 泵。该系统的缺点在于， 通常这种泵的泵送效率非常低。
前面提到的纸浆手册在 382 页还披露了被称作 TurboFeedTM 的、 木片混合物的替代 性泵供给系统。其中将三个泵串联使用， 以将木片混合物供给到蒸煮器。这种供给系统已 经通过专利 US5753075、 US6106668、 US6325890、 US6336993 以及 US6551462 获得专利权 ； 然 而， 在多数情况下， 例如 US3303088 不会并未被考虑。US5753075 涉及从蒸汽容器到处理容器的泵送系统。
US6106668 具体涉及在泵送过程中添加 AQ/PS。
US6325890 涉及至少两个串联的泵， 并且将这些泵设置在地平面上。
US6336993 涉及具体的溶液， 其中添加有化学剂以溶解木片中的金属， 随后在各个 泵之后滤出液体， 以减少被泵送的木片中的金属含量。
US6551462 主要涉及已被 US3303088 披露的相同系统。
上述具有多个串联的泵的系统的主要缺点是可及度 (accessibility) 有限。如 果一个泵发生故障， 则整个蒸煮器系统停止。在有三个泵串联并且每个泵的正常可及度为 0.95 的情况下， 整个系统的可及度仅为 0.86(0.95×0.95×0.95 ＝ 0.86)。
如今， 日产量超过 4000 吨的新式连续蒸煮器使用 50-75 米高的蒸煮器， 其中在 汽态蒸煮器的情况下， 蒸煮器的顶部形成有 3-8 巴的表压， 或者在液力式蒸煮器的情况 下形成有 5-20 巴的表压。这种连续蒸煮器系统被设计为， 在大部分运转时间内， 通常在 80％ -95％以上的运作时间内， 连续蒸煮器系统以额定产量运转， 由此就运转成本而言， 有 必要使泵对于额定产量达到最佳。
产量约为 3000 吨、 供给系统采用所谓 “TurboFeedTM” 技术的典型蒸煮器系统需要 大约 800kW 的泵送功率。显然， 这些系统必须使泵以接近额定排量的最佳效率运转。这种 供给系统每 24 小时需要 19,200 千瓦时 (kWh)(800×24)， 每兆瓦时 (MWh) 的花费为 50 欧 元， 运转成本达到每 24 小时 960 欧元或每年 336,000 欧元。 上述系统还必须能够保证在额定产量的 50％至 110％的范围内运转， 这对供给系 统提出了很高的要求。
这意味着系统供给装置所提供的泵必须大到足以处理 4000 吨， 同时还能够在 2000 至 4400 吨的范围内运转。这种以 50％排量运转的泵远未达到最佳， 但是在例如纤维 生产线以后的环节出现暂时的产量问题的情况下， 必须使泵至少能够临时性地以有限的排 量运转。
如果该系统供给装置所提供的蒸煮器系统能够处理 500-5000 吨的额定产量， 那 么必须以多种不同泵尺寸来设计这些泵， 以便使每个单独的设备都能够根据功率和能量， 以额定排量提供最佳输送。这使得泵非常昂贵， 因为通常情况下受到极大限制的一组泵被 制造成各种尺寸。为了能够达到适当缩短传输时间的要求， 系统供给装置必须有全部泵尺 寸的泵， 这是非常昂贵的。
即使输送管线中的流量减少到额定流量的 50％， 蒸煮器供给系统也应该确保为蒸 煮器顶部提供最佳供给。
这存在难度， 因为输送管线中的流量应保持在临界值之上， 如果速度变得过低， 那 么经过充分蒸煮的木片将倾向于逆着输送流的方向而下沉。
一种可在低速下使用的改善措施是在泵送之前添加稀释液， 以形成较低的木片浓 度。然而， 这种方法不节能， 因为它迫使供给系统不必要地泵送大量流体， 由此增大了生产 单位纸浆的泵送能耗。
各个泵都有预期运转的规划点 ( 最佳效率点 /“BEP” )。在该 “BEP” ， 就离心泵而 言， 振动引起的损耗和摩擦损耗最小， 并进而使得泵效率在该点达到最大。
发明内容 本发明的第一目的是提供一种改进的木片供给系统， 其中能够在蒸煮器设计产量 附近的更宽范围内实现最佳输送。
本发明的其它的目的是 ：
提高供给系统的效率 ；
提高可及度 ；
降低每次泵送单位木片的运转成本 ；
不管产量级别， 在泵送过程中保持木片浓度恒定 ；
有限范围的泵尺寸， 能够满足宽范围的蒸煮器产量 ；
简化维护 ；
与具有高压星形给料器或多个串联的泵的供给系统相比， 安装成本有所降低 ；
上述目的可通过根据权利要求 1 特征部分的供给系统来实现。
附图说明 图 1 示出了具有顶部分离器的蒸煮器的供给系统的第一种系统方案 ；
图 2 示出了不具有顶部分离器的蒸煮器的供给系统的第二种系统方案 ；
图 3 至图 6 示出了将泵附接到预处理容器出口的不同方式 ；
图 7 示出了不具有顶部分离器的蒸煮器的顶部与供给系统的连接 ； 以及
图 8 示出了图 7 的俯视图 ；
图 9 示出了不具有顶部分离器的蒸煮器的供给系统的第三种系统方案 ；
图 10 示出了具有顶部分离器的蒸煮器的供给系统的第四种系统方案 ； 以及
图 11 示出了图 9 和图 10 的系统中来自各个泵的输送管线可以如何合并成单独一 个输送管线 ；
图 12 示出了来自各个泵的输送管线可以如何合并成一个单独的输送管线的第二 种替代性方案 ； 以及
图 13 示出了来自各个泵的输送管线可以如何合并成一个单独的输送管线的第三 种替代性方案。
具体实施方式
在以下详细描述中， 将使用短语 “用于连续蒸煮器的供给系统” 。 “供给系统” 在此 表示的是将来自低压木片处理系统的木片供给到蒸煮器的系统， 所述低压木片处理系统通 常具有 2 巴的表压而正常情况下为大气压 ； 在所述蒸煮器中， 木片处于高压下， 在汽态蒸煮 器的情况下通常为 3-8 巴之间， 或者在液力式蒸煮器的情况下为 5-20 巴之间。
尽管优选实施例是以汽态蒸煮器为例示出的， 但术语 “连续蒸煮器” 在此表示的是 汽态蒸煮器或液力式蒸煮器。
一个基本概念是 ： 供给系统包括至少两个并联的泵， 但优选甚至包括三个、 四个或 五个并联的泵。已经示出， 单个泵就能够将木片悬浮物供给到加压的蒸煮器， 因此， 可以将 具有二至四个串联泵的传统高压星形给料器或复杂供给系统排除在外。
以传统方式将泵设置在处于地平面的地基上， 以便于提供服务。通过上述方案， 可提供日产量为 750 至 6000 吨纸浆的蒸煮器供给系统， 而且泵的 尺寸不多。 这是非常重要的， 因为供给较高浓度木片的这些泵就其应用而言是非常特殊的， 并且每天能够处理 4000-6000 吨纸浆产量的泵都非常巨大， 每年仅制造很有限系列的几个 泵。因此， 这些泵的成本构成蒸煮器系统运行的全部成本的一大部分。
下面的表格示出了如何通过仅仅两种泵尺寸来满足 750-6000 吨产量范围的实 例， 所述两种泵尺寸被分别优化用于每天 750 吨纸浆和 1500 吨纸浆。
泵安排 (× 单元 * ＝ 1 ： 替代方案的数量 )
该表格清楚地示出了根据本发明的构想， 如何通过仅仅两种优化的泵尺寸， 并利 用安装在小型蒸煮器系统中的产量小于 750 吨的单个泵装置来满足 1500-6000 吨的产量。 目前， 新型设备的蒸煮器系统中极少使用产量为 750 吨的连续蒸煮器， 因为对于这种产量 而言， 间歇蒸煮器系统通常更具有竞争力。只要仍然使用具有高压星形给料器的昂贵供给 系统， 低产量的旧式蒸煮器系统就存在一定的售后市场。
第一实施例
图 1 示出了具有至少两个并联的泵的供给系统的实施例。通过传送带 1 将木片供 给到被设置于常压处理容器 3 顶部的木片缓冲器 2。 在该容器中， 通过添加碱性浸渍液来形 成最低液面 LIQLEV， 所述碱性浸渍液优选从后面的蒸煮器 6 的过滤器滤网 SC2 中提取的蒸煮
液 ( 黑液 )， 也可通过添加白液和 / 或另一种碱性滤液来形成最低液面 LIQLEV。
根据对木片高度 CHLEV 的正常控制来供给木片， 所形成的木片高度 CHLEV 在液面 LIQLEV 以上。
黑液中的剩余碱含量通常在 8-20g/l 之间。
被添加到处理容器 3 中的黑液和其它碱性液体的量是通过液面传感器 20 加以调 节的， 所述液面传感器 20 控制着管线 40/41 中的至少一个流量阀。利用这种碱性浸渍液， 木片中的木材酸度可被中和并且木片被富含硫化物 (HS-) 的液体浸渍。用过的浸渍液 ( 其 剩余碱含量大约为 2-5g/l、 优选为 5-8g/l) 经由回收过滤器 SC3 从处理容器 3 中被取出， 然 后被送到回收处 REC。如图所示， 如果需要的话， 也可经由管线 41 将白液 WL 添加到容器 3。实际的剩余碱含量取决于所用木材的类型、 硬木中的软木、 及蒸煮器中形成的碱分布情况。
在使用易于浸渍和中和的原木材料 ( 例如尺寸很薄并且浸渍时间短的诸如细木 条或木片之类原木材料 ) 的情况下， 极端情况的容器 3 可以是直径与容器底部的桶形出口 10 基本一致的简易喷口。 所需的保留在容器中的时间取决于木材得到良好的浸渍以致淹没 在蒸煮液中所花费的时间。
在容器 3 中对木片进行处理之后， 在马达 M1 的驱动下， 将木片从容器底部排出， 所 述容器底部还设有传统底部刮板 4。
根据本发明， 木片经由至少两个并联的泵 12a、 12b 被供给到蒸煮器， 并且这些泵 被连接到位于容器底部的桶形出口 10。桶形出口 10 具有上部入口、 圆筒形罩面以及底部。 泵被连接到圆筒形罩面。
为了便于泵送木片混合物， 使木片悬浮在容器 3 中以形成木片悬浮物， 该容器中 经由管线 40/41 设有流体供给源， 该流体供给源由液面传感器 20 控制， 所述液面传感器 20 确定容器中的液面 LIQLEV， 而该液面 LIQLEV 处于泵的高度上方至少 10 米， 优选为至少 15 米， 并且甚至更优选地为至少 20 米。由此， 在入口中对泵 12a 和 12b 形成静态高压， 使得一个 单独的泵就能够对木片悬浮物加压并将其输送到蒸煮器的顶部， 而泵不会产生汽蚀。蒸煮 器的顶部典型地被设置在泵的高度上方至少 50 米处， 通常在泵的高度上方 60-75 米处， 同 时蒸煮器的顶部内形成有 5-10 巴的压力。 为了进一步方便对泵进行供给， 在桶形出口 10 中设置搅拌器 11。搅拌器 11 优选 被设置在与底部刮板相同的轴上并由马达 M1 驱动。该搅拌器具有至少两个刮臂， 所述刮臂 在设于桶形出口的罩面内的泵出口上扫动。 优选地， 在桶形出口中布置稀释部， 该稀释部可 通过连接到上述罩面的上边缘的稀释液出口 ( 未示出 ) 来实现。
图 3 至图 6 示出了多个泵 12a-12d 可以如何连接到出口的圆筒形罩面以及搅拌器 11 可以如何装配多达四个刮臂。 优选地， 这些泵可围绕出口圆筒形罩面被对称地设置， 而且 如果连接有四个泵， 则这四个泵以各出口之间相距 90°的方式分布于水平平面中 ( 如果连 接有三个泵， 则为 120°， 如果连接两个泵， 则为 180° )。这种方式可避免容器底部和地基 上的载荷分配不均匀。 在实践中， 出口 10 的罩面与泵入口之间还设有截止阀 ( 未示出 )， 并 且截止阀直接位于泵之后， 从而如果在其它泵继续运转期间准备对一个泵进行更换的情况 下， 可以截止经由这个泵的流动。
在图 1 中， 通过泵 12a、 12b 将木片经由输送管线 13a、 13b( 在图 1 中仅示出两条管 线 ) 供给到蒸煮器 6 的顶部。图 1 示出了设置在蒸煮器顶部的传统的顶部分离器 51。输 送管线 13a、 13b 优选为两条， 均通到顶部分离器的底部内 ； 在所述顶部分离器中， 通过马达 M3 的驱动， 螺旋进料器 52 驱动木片浆在脱水过程中向上顶到顶部分离器回收滤网 SC1。随 后， 排出的木片将以传统方式从分离器的上部出口被送出并下落到蒸煮器内。在使用液力 式蒸煮器的情况下， 顶部分离器被上下倒置并将木片向下供给到蒸煮器内。
从顶部分离器 51 排出的液体经由管线 40 被导回到处理容器 3， 并可优选地被添加 到处理容器的底部， 由此便于在稀释液的作用下被排出。
可替代地， 根据美卓造纸机械公司推向市场的 CrossCircTM 的理念， 管线 40 可被连 接到处理容器 3 中管线 41 的出口位置， 而管线 41 可被连接到处理容器 3 中管线 40 的出口 位置。在变型方案中， 管线 40 和管线 41 中的流动可在图 1 中管线 40 与管线 41 的交叉处
混合。 蒸煮器 6 可配有多个蒸煮器循环部， 并将白液添加到蒸煮器的顶部或蒸煮器的供 给流路 ( 未示出 )。图中示出了经由过滤器 SC2 对蒸煮液进行的回收。从过滤器 SC2 滤出 的蒸煮液称为黑液， 且其含有的剩余碱量高于正常情况下直接被送去回收和正常情况下在 蒸煮器中进一步向下滤出的黑液中含有的剩余碱量。蒸煮过的木片 P 随后在传统的底部刮 板 7 和蒸煮压力的帮助下从蒸煮器的底部送出。
第二实施例
图 2 示出了不包括顶部分离器的替代性实施例。作为替代， 输送管线 13a、 13b( 在 图 1 中仅示出两条管线 ) 直接通到蒸煮器的顶部内。随后通过设置在蒸煮器壁中的蒸煮器 过滤器 SC1 滤出多余的液体。图 7 和图 8 对此进行了更详细的展示。该实施例的其余部分 与图 1 中所示的蒸煮器系统相对应。
图 8 示出了四条输送管线 13a、 13b、 13c 以及 13d 可以如何直接通到蒸煮器的顶 部。优选地， 这些出口可被对称地设置在蒸煮器的顶部， 如果有四个出口， 则这四个出口以 各出口之间相距 90°的方式分布在水平平面中 ( 如果有三个出口， 则为 120°， 如果有两个 泵， 则为 180° )。 出口被适当地设置在蒸煮器半径的 60％至 80％的距离处。 图 7 示出了输 送管线 13a、 13b 以及 13c 如何直接通到蒸煮器的顶部并由此使木片遍布蒸煮器的横截面。 在该示例中， 示出了将蒸汽 ST 和 / 或加压的空气 PAIR 添加到蒸煮器顶部的汽态蒸煮器， 其
中所形成的蒸煮器顶部的木片高度 CHLEV 在蒸煮器顶部内的液面 LIQLEV 的上方。 多余的液体 通过过滤器 SC2 被滤出， 并在经由管线 41 导回之前被收集在回收空间 51 中。
第二实施例以及第一实施例的优点在于 ： 可独立地关闭各个泵， 同时其它泵可继 续以最佳效率泵送并且不需要改变供给系统本身。
第三实施例
图 9 示出了没有顶部分离器的连续蒸煮器的供给系统的替代性实施例， 其中各个 泵 12a、 12b 经由输送管线的第一段 13a、 13b 将木片悬浮物泵送到蒸煮器的顶部 ； 并且输送 管线的来自至少两个泵的第一段在汇合点 16 合并， 以使输送管线的第二段 13ab 在通向蒸 煮器的顶部之前形成合并的第二段 13ab。 为了保持恒定的流量， 供给管线 15 也被连接到汇 合点 16。在该实施例中， 从管线 41 中取出黑液并可用泵 14 对黑液加压。然而， 由于黑液已 达到全负荷蒸煮器压力， 所以对液体加压的需要有限。
该系统的全部其它特征部分与图 2 中所示的系统相对应。
第四实施例
图 10 示出了具有顶部分离器的连续蒸煮器的供给系统的替代性实施例， 其中各 个泵 12a、 12b 经由输送管线的第一段 13a、 13b 将木片悬浮物推送到蒸煮器的顶部 ； 并且输 送管线的来自至少两个泵的第一段在汇合点 16 合并， 以使输送管线的第二段 13ab 在导向 蒸煮器的顶部之前形成合并的第二段 13ab。 为了保持恒定的流量， 供给管线 15 也被连接到 汇合点 16。在该实施例中， 从管线 41 中取出黑液并可用泵 14 对黑液加压。然而， 由于黑液 已达到全负荷蒸煮器压力， 所以对液体加压的需要有限。
该系统的全部其它特征部分与图 1 中所示的系统相对应。
图 11 示出了在使用四个泵 12a 至 12d 的情况下， 第三和第四实施例中都使用的 供给管线 15a、 15b 如何连接到汇合点 16′。这种供给方案的优点在于 ： 能够确保第二段13ac/13bd 中的汇合流动和输送管线的最后第三段 13abcd 中的汇合流动达到最佳速度。
流到蒸煮器的速率大大超出 1.5-2m/s 是至关重要的， 为的是使得液流中的木片 不会沿着供应流下沉而导致输送管线堵塞。输送管线中的流动最好保持在 4-7m/s 之间以 确保将木片输送到蒸煮器的顶部。
比如， 如果泵 12a 由于检修或所需要的产量减少而关闭， 则可增大供给管线 15a 中 的流量， 以保持第二段 13ac 中的流量。
在这些用于输送木片悬浮物的合并管线系统中， 有利的是 ： 汇合点 16、 16′、 16″ 之后的管线的流道截面等于或大于流入管线的流道截面总和， 以免输送管线中出现压力损 失。流道面积 A 的适用方程可为 ：
A13bd ≥ (A13d+A13b)， 以及
A13abcd ≥ (A13bd+A13ac)。
在第一段的比如直径为 100mm 的输送管线中， 形成 5m/s 的流速 ； 如果直径为 100mm 的两条管线合并的第二段具有 150mm 的直径， 则形成 4.4m/s 的流速。如果直径为 150mm 的两条这种管线在之后合并成直径为 250mm 的第三段的情况下， 则可形成 3.18m/s 的 流速。所有这些流速都与临界最低流速有相当大的差距。
供给管线 15a、 15b 还可具有直接位于各个泵出口之后的连接部， 以使得泵与汇合 点之间的管线在该泵关闭或该泵以减产方式运转的期间内保持奔涌。在泵之前、 比如在泵 的吸入侧或容器 3 的底部还可以使额外添加的流体与木片悬浮物的进一步稀释液相混合。
图 12 示出了来自泵的管线 13a-13d 可以如何合并成一个单独的输送管线 13abcd 的第二实施例的剖视图。在此， 稀释液体的供给管线 15 构成输送管线的朝向蒸煮器顶部的 竖直部， 并且来自各个泵的各条管线 13a、 13b、 13c、 13d 在不同的高度上一个接一个地被相 继连接到输送管线的该竖直部。在各个供给位置， 将木片流添加到输送管线中直径增大的 锥形部。 如虚线标出的替代管线 13bALT/13dALT 所示， 来自泵的连接部可替代性地从输送管线 的一侧移到另一侧。
图 13 示出了来自泵的管线 13a-13d 可以如何合并成一个单独的输送管线 13abcd 的第三实施例的剖视图。在此， 稀释液体的供给管线 15 构成输送管线的朝向蒸煮器顶部的 竖直部， 并且来自各个泵的各条管线 13a、 13b、 13c、 13d 在相同的高度被连接到输送管线的 该竖直部。 优选地， 木片流的供给位置设置在输送管线中直径增大的锥形部 ； 而且各条连接 的管线是向上取向的， 并相对于竖直方向以 20-70 度范围内的角度倾斜。图中仅示出了连 接部 13a、 13b、 13c， 因为连接部 13d 位于该视图中被去掉的部分中。
本发明不局限于上述实施例。可在所附权利要求的范围内进行更多的更改。在图 2 和图 9 所示的实施例中， 在一些输送过程中相应的生产量需要的液体较少的应用场合， 优 选在蒸煮具有较高松厚密度的木材、 比如硬木 (HW) 的场合， 可省略例如过滤器 SC1 和返回 管线 40。
在使用易于浸渍和中和的原木材料， 例如尺寸很薄并且浸渍时间短的诸如针木片 或木片的原木材料的情况下， 极端情况的容器 3 可以是直径与容器底部的桶形出口 10 基本 一致的简易喷口。
如果供给到容器 3 的木片已得到充分蒸煮， 则液面 LIQLEV 可形成在木片高度 CHLEV 以上。在所示实施例中， 容器 3 中使用的是碱预处理， 但是也可以采用该预处理包括酸 预水解这样的工艺。