СИТО СОРТИРОВКИ ДЛЯ ВЕРХНЕГО СЕПАРАТОРА ВАРОЧНОГО УСТРОЙСТВА, ИМЕЮЩЕЕ ДИАГОНАЛЬНЫЕ ПРОРЕЗИ
SORTING SIEVE FOR THE UPPER SEPARATOR OF BOILING DEVICE WITH DIAGONAL SLITS

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящая заявка в целом направлена на изготовление волокнистой массы и более точно направлено на верхние сепараторы для систем варки волокнистой массы, включающих в себя варочные устройства, котлы насыщения или другие котлы обработки, используемые в обработке целлюлозного материала, такой как производство волокнистой массы.
Древесная щепа и другой волокнистый целлюлозный материал обрабатываются в котлах обработки, таких как варочные котлы и котлы насыщения. Эти котлы обработки могут быть непрерывной или периодической варки и содержать участок рядом с вершиной котла, где горячий пар (такой как водяной пар) или другое горячее газообразное вещество используется для нагревания целлюлозного материала или древесной щепы, вводимых в котел, обычно упоминаются как котлы паровой фазы (варочные устройства), или они могут быть гидравлически заполняемыми котлами, где для нагревания целлюлозного материала используется жидкость, обычно указывается ссылкой как гидравлические котлы (варочные устройства). В данной заявке термин "древесная щепа" относится ко всему волокнистому целлюлозному материалу и не ограничен по отношению к настоящему материалу на основе "древесины". Котел насыщения типично используется для внедрения жидкостей и химикатов в волокна древесной щепы. Варочный котел химически отделяет волокна из щепы и материала посредством удаления лигнина. Щепа после удаления лигнина упоминается как волокнистая масса. В этой заявке котел насыщения и варочный котел - оба являются котлами обработки и один из двух, или оба, могут использовать описанный верхний сепаратор.
Древесная щепа обрабатывается в варочном котле теплом, жидкостью и химикатами для преобразования щепы в волокнистую массу. Варочный котел непрерывной варки типично является вертикальным цилиндром с верхним впускным отверстием для приема щепы в непрерывный поток. Поток щепы медленно протекает через варочный котел высотой от 100 до 300 футов (от 30 до 100 метров) в основном в нижнем направлении. Варочный котел может быть котлом гидравлической или паровой фазы.
Древесная щепа типично переносится, например, закачивается насосом или через другие напорные средства переноса, в котел обработки в жидкой массе через трубопроводы, например трубы, которые подают древесную щепу к верхней части котла обработки. Жидкое содержимое жидкой массы, используемое для переноса щепы, имеет склонность быть существенно выше, чем это необходимо или требуется жидкому содержимому котла обработки. Жидкость удаляется, как только жидкая масса вводится в котел обработки. Удаленная жидкость может повторно вводиться в древесную щепу, переносимую в котел обработки. После частичного удаления жидкости жидкая масса из древесной щепы и уменьшенное количество жидкости отводится из верхнего сепаратора и спускается через котел обработки.
Традиционное сито сортировки для верхнего сепаратора сформировано параллельными планками, отделенными узкими зазорами. Традиционные верхние сепараторы описаны в патентах US 6325889, US 7105076, US 7309401 и US 7658818. Планки проходят вертикально и формируют кольцевую решетку из планок, в которой кольцо является горизонтальным поперечным сечением. Планки удерживаются вместе посредством одного или более горизонтальных тросов, горизонтальных металлических колец или подкладок.
Зазоры между планками традиционных верхних сепараторов имеют склонность забиваться волокнами и другими частицами, такими как камни. Поскольку зазоры между планками становятся забитыми, количество жидкости, удаленной из жидкой массы, снижается и неблагоприятно влияет на общую работу котла обработки. Эти неблагоприятные воздействия могут включать в себя сниженное количество жидкости, удаленное верхним сепаратором, сниженную работоспособность тепловой энергии, которая может извлекаться из жидкости, извлеченной верхним сепаратором, большую потребность для жидкости, подаваемой снаружи для переноса древесной щепы в котел обработки, и неоптимальную обработку древесной щепы в котле обработки. Существует назревшая потребность в сите сортировки для верхнего сепаратора, имеющем уменьшение тенденции прорезей становиться забитыми или закупоренными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Было разработано новое сито сортировки, содержащее твердую сортировочную пластину, свернутую в форме сита, причем пластина имеет проемы в виде наклонных прорезей, имеющих изогнутые или скошенные впускные кромки, чтобы минимизировать щепу, которая начала захватываться на кромках, и для отклонения щепы в древесную массу. Изогнутые или скошенные кромки впускной прорези являются смежными с внутренней поверхностью пластины сита и обращены к древесной щепе или потоку волокнистой массы. Изогнутые кромки впускной прорези могут быть закругленными, наклоненными, скошенными или склоненными. Например, впускные отверстия могут иметь большой радиус кривизны, равный от одной трети до двух третей толщины пластины. Изогнутые или скошенные впускные отверстия могут быть только на нижней боковой поверхности прорези или на верхней и нижней боковых поверхностях прорези. Изогнутое или скошенное впускное отверстие, только на нижней боковой поверхности, является подходящим для варочного устройства непрерывной варки, в котором древесная щепа или поток волокнистой массы в основном направлен вниз, и щепа имеет тенденцию к столкновению на впускной кромке нижних сторон прорезей. Изогнутые или скошенные впускные отверстия на обеих верхних и нижних боковых поверхностях прорезей являются подходящими для варочных устройств как непрерывной, так и периодической варки. В дополнение нижняя боковая поверхность прорези может быть горизонтальной в поперечном сечении или быть отклонена вверх от внутренней поверхности пластины к наружной поверхности. Такая горизонтальная или отклоненная вверх нижняя поверхность прорези имеет тенденцию к отклонению щепы в прорезь, за пределы прорези и в поток волокнистой массы.
Сито сортировки для верхнего сепаратора для котла обработки целлюлозного материала, при этом сито сортировки содержит: цилиндрическую пластину, имеющую вертикальный шов, соединяющий противоположные кромки пластины, и ряды прорезей, проходящих через пластину, где каждая прорезь имеет изогнутую или скошенную кромку входного угла, смежную внутренней поверхности пластины, и каждая прорезь является наклоненной относительно вертикальной оси сита. Изогнутая кромка входного угла прорези может быть по меньшей мере одной из закругленных, скошенных, наклоненных или отклоненных. Изогнутая или скошенная кромка впускного угла имеет радиус кривизны в диапазоне от одной трети до двух третей толщины пластины. Изогнутая или скошенная кромка угла находится только на одной из нижней кромки или верхней кромки каждой прорези.
Каждая прорезь может быть смещена по оси от внутренней поверхности к наружной поверхности пластины на угол между 5 градусов до 45 градусов, или 5 градусов до 30 градусов, или 5 градусов до 15 градусов или их любой другой вариант. Прорези могут быть наклоненными по отношению к вертикальной оси на углу от 1 градуса до 75 градусов, или 30 градусов до 60 градусов, или предпочтительно от 40 градусов до 50 градусов или 45 градусов. Ряды прорезей могут быть одинаковыми по высоте и ориентации прорезей или прорези в каждом ряду могут быть одинаковыми по форме и размерам, в то время как размеры прорезей отличны от ряда к ряду.
Был разработан способ извлечения жидкости из верхнего сепаратора котла обработки, при этом способ состоит в том, что: подают жидкую массу из целлюлозного материала и жидкости на верхний сепаратор сита сортировки котла, в котором жидкая масса из целлюлозного материала и жидкости втекает в сито сортировки; извлекают часть жидкости из жидкой массы из целлюлозного материала и жидкости через сито сортировки в сборе, где сито сортировки сформировано из пластины сита сортировки в пределах верхнего сепаратора и сформировано вокруг устройства шнекового транспортера, причем пластина сита сортировки включает в себя прорези, имеющие изогнутые или скошенные кромки входного угла смежные внутренней поверхности пластины сита сортировки и обращенные к потоку жидкой массы из целлюлозного материала и жидкости, и смещают целлюлозный материал, протекающий через верхний сепаратор, с помощью изогнутых или скошенных кромок входного угла, чтобы избежать попадания материала в прорези сита сортировки.
Был разработан верхний сепаратор для использования в котле обработки, содержащий: свернутую пластину, сформированную в цилиндрическое сито; ряды диагональных прорезей, сформированных в пластине и горизонтально ориентированных; одиночный сварной шов, проходящий вертикально между сопряженными кромками пластины; шнековый транспортер во внутренней части цилиндрического сита, причем зазор между наружной кромкой шнека внутренней поверхностью цилиндрического сита составляет тридцать тысячных дюйма; корпус, поддерживающий цилиндрическое сито и формирующий жидкостную камеру между корпусом и ситом, и вертикальный вал, поддерживающий шнек и проходящий вертикально через цилиндрическое сито.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - вид спереди традиционного варочного устройства непрерывной варки, показанного схематично и частично в разрезе.
Фиг.2 - вид спереди традиционного верхнего сепаратора, показанного в поперечном разрезе варочного устройства, который показан схематично на фиг.1.
Фиг.3 - вид спереди нового сита сортировки для верхнего сепаратора, показывающий сито сортировки в поперечном разрезе.
Фиг.4, 5 и 6 показывают внутреннюю поверхность части нового сита сортировки, часть сетки в поперечном разрезе и наружную поверхность части сита сортировки соответственно.
Фиг.7 показывает поперечный разрез прорези в новом сите сортировки.
Фиг.8 показывает поперечный разрез альтернативной прорези для нового сита сортировки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 - вид сбоку вертикального варочного котла 10 непрерывной варки для переработки древесной щепы в жидкую массу. Хотя показан вертикальный варочный котел непрерывной варки, сито сортировки и прорези сита, описанные в материалах настоящей заявки, являются применимыми к различным типам варочных котлов, котлов насыщения или других котлов обработки. Варочное устройство, показанное на фиг.1, типично указывается как варочное устройство паровой фазы. Специалистам в данной области техники понятно, что верхний сепаратор (как описано в настоящем изобретении) является и может использоваться в паровых фазах любых котлов обработки гидравлической фазы, котлов обработки, таких как котлы насыщения или варочные устройства, или даже в системах, где сепаратор расположен снаружи котла обработки, так как описано в патенте US 541377. Варочный котел 10 может содержать цилиндрическую стенку 12, которая типично формирует колонну высотой, например, 100 футов (30 метров). Верхняя часть и днище варочного котла являются закрытыми крышками. Верхний сепаратор 14 может устанавливаться на верхнюю крышку 16 котла. Выпускное отверстие 18 может устанавливаться на крышке 20 днища.
Древесная щепа 21 вводится в варочный котел в качестве жидкой массы через верхний сепаратор 14. Жидкая масса, сформированная из древесной щепы и жидкости, такой как варочные химикаты и вода (неоднократно упоминается в качестве щелока). Жидкая масса втекает в верхний сепаратор через трубопровод 22, который может подсоединяться к насосам, подающему устройству высокого давления, бункеру щепы или предварительному котлу. Жидкая масса, втекающая во впускное отверстие верхнего сепаратора 14, имеет отношение щелока к щепе, которая является выше относительно требуемого отношения щелока к щепе, для процесса, подготовленного в варочном котле. Верхний сепаратор извлекает щелок из жидкой массы, вводимой в котел обработки. Извлеченный щелок вытекает через выпускной трубопровод 24 и может добавляться во впускной трубопровод 22, подающий жидкую массу на верхний сепаратор.
Древесная щепа 21 непрерывно подается в котел непрерывной обработки, в то время как щепа, уже находящаяся в котле обработки, обрабатывается, и волокнистая масса 26 выпускается из днища котла. Тепловая энергия и давление может добавляться в котел, например, путем нагнетания водяного пара 28 в верхнюю часть котла. Когда щепа и жидкие варочные химикаты движутся вниз внутри котла обработки, тепло, давление и химические реакции в пределах котла растворяют или расщепляют лигнин, связывающий вместе волокна в щепе. Удаление лигнина освобождает волокна от связанности в щепе и преобразовывает щепу в волокнистую массу.
Щепа может формировать кору (пунктирная линия 23 представляет вершину кучи) в котле, которая по меньшей мере частично погружена в жидкость из варочных химикатов, в целом упоминаемую как варочный щелок (см. пунктирную линию 25, представляющую поверхность жидкости). В котле 10 паровой фазы область, заполненная паром, может быть в верхней части котла, то есть выше кучи щепы и поверхности варочного щелока. В гидравлическом котле щелок может заполнять котел так, что в котле имеется область, не заполненная паром.
Сита 18 в сборе могут быть на одной или более высоте в варочном котле 10. Сита в сборе традиционно сформированы из сортировочных плит 30 в кольцевом массиве и устанавливаются на стенку котла. Каждая сортировочная плита типично является прямоугольной металлической плитой, имеющей незначительный изгиб для соответствия кривизне цилиндрического котла. Прорези в сортировочных плитах могут быть вертикальными или наклонными. Варочный щелок извлекается из древесной щепы в котле посредством прорезей в сортировочных плитах. Волокнистая масса 26 и остающийся использованный варочный щелок выпускаются в качестве волокнистой массы из выпускного отверстия 18 в днище 20 варочного котла.
Древесная щепа вводится через нижнюю или верхнюю часть верхнего сепаратора 14 в зависимости от того, является ли сепаратор инвертированным. Инвертированный верхний сепаратор, такой как показано на фиг.1 и 2, может использоваться в варочном котле паровой фазы. Когда жидкая масса из щепы вводится через верхний сепаратор, шнековый транспортер 32 перемещает щепу через сепаратор. Шнековый транспортер может приводиться в действие посредством узла 34 зубчатой передачи и электродвигателя, подсоединенных посредством вертикального вала 35 (фиг.2) к шнековому транспортеру. Сито сортировки 36 формирует цилиндрическую стенку вокруг наружных кромок шнекового транспортера. Сито сортировки имеет прорези, чтобы предоставлять возможность щелоку из жидкой массы протекать через кольцевую камеру 38 и протекать через выпускной трубопровод 24 щелока. Когда древесная щепа движется через сепаратор, щепа выпускается (см. стрелки 40) из верхнего сепаратора и стекает вниз в кучу 23 щепы в котле 10.
Фиг.2 - схематическое представление верхнего сепаратора 14, показывающее сито сортировки 36 в поперечном разрезе. Сито сортировки 36 включает в себя цилиндрическую оболочку. Опорная конструкция сита может включать в себя цилиндрический корпус 42, который устанавливается на верхнюю крышку 16 варочного котла и поддерживает сито сортировки. Корпус 42 может также определять камеру 38 для щелока, извлеченного через сито сортировки.
Сито сортировки имеет цилиндрическую внутреннюю стенку, которая является смежной с наружными кромками 44 шнекового транспортера. Зазор 46 между кромками 44 шнекового транспортера и стенкой сита сортировки узок, так что составляет меньше чем тридцать тысячных дюйма. Благодаря узкому зазору 46 и вращению шнека кромки шнека движутся по поверхности внутренней стенки сита сортировки. Сито сортировки может иметь конструктивную жесткость и быть выполнено с жесткими допусками, чтобы гарантировать, что зазор 46 останется постоянным, когда кромки 44 транспортера скользят по внутренней поверхности сита сортировки.
Фиг.3 - вид сбоку примерного сита сортировки 36, которое является металлической пластиной, сформованной в цилиндрическую оболочку. Сито сортировки может иметь диаметр от 36 до 96 дюймов и вертикальную длину от 48 до 120 дюймов. Эти размеры являются примерными.
Прорези 48 проходят через пластину сита сортировки и имеют такой размер, чтобы позволять проходить щелоку и задерживать волокна и древесную щепу. Прорези наклонены относительно вертикальной и горизонтальной ориентаций. Прорези выполнены в рядах 50, которые могут быть горизонтальными рядами, проходящими полностью вокруг цилиндра сита сортировки.
Сито сортировки 36 может быть сформировано из металлической пластины, свернутой в форме цилиндра, в котором кромки пластины сварены вдоль вертикального шва 51. Вместо металлического материала сито сортировки может быть сформировано из другого материала, подходящего для использования в котле обработки, который типично вмещает среду, имеющую кислотные и щелочные химикаты. Вследствие узкого диаметра сита сортировки и близости шнекового транспортера толщина пластины, формирующей сито сортировки, будет иметь склонность быть более толстой, чем толщина сортировочных плит 30, используемых где-либо в котле обработки, таких как сита извлечения, в пределах варочного котла, как показано на фиг.1. Относительно большая толщина и одиночный вертикальный шов сита сортировки способствуют минимизации повреждения внутренней поверхности сита сортировки вследствие непрерывности механического воздействия шнекового винтового транспортера.
Сито сортировки отличается в нескольких отношениях от традиционной сортировочной плиты 30, установленной на боковой стенке варочного котла в том, что сито сортировки настоящего изобретения (используемое, например, в верхнем сепараторе котла обработки) требует существенной конструкционной жесткости, учитывая узкий зазор 46 и близость кромок шнекового транспортера. Кроме того, сито сортировки может быть сформировано из одиночной металлической пластины, свернутой в цилиндр, тогда как сортировочная плита 30 компонуется с другими плитами, чтобы сформировать сито в сборе. Каждой плите 30 необходимо иметь относительно небольшую дугу, которая соответствует стенке котла. Из-за жестких допусков зазора между устройством шнекового транспортера и поверхностью сита сортировки сито сортировки может быть сформировано в качестве точной детали, имеющей узкие допуски на обработку.
Прорези 48 могут быть выполнены в рядах 50 на сите сортировки. Каждая прорезь может иметь, например, длину от трех (3) до четырнадцати (14) дюймов (8 мм до 36 мм). Вертикальная высота каждого ряда 50 может быть от 2 до 10 дюймов (5 мм до 25 мм). Число прорезей в каждом ряду зависит от окружности сита сортировки. Число прорезей в каждом ряду и размеры, например вертикальная длина, каждого ряда в сите сортировки могут быть одинаковыми или изменяться от ряда к ряду. В пределах любого ряда 50 размеры прорезей (ширина прорези, выходной угол и диагональный угол относительно горизонтали) могут оставаться постоянными от прорези к прорези. Размер прорези (ширина прорези, выходной угол и диагональный угол относительно горизонтали) может изменяться от ряда к ряду. Число рядов может зависеть от требуемого живого сечения в сите сортировки, чтобы обеспечить требуемый поток щелока, извлеченного из жидкой массы в верхнем сепараторе.
Для поддержки сита сортировки ряды горизонтальных колец 52, ребер или других элементов жесткости могут прикрепляться к ситу в горизонтальной твердой области кольца между рядами прорезей в сите. Предусмотрены поддерживающие фланцы 54, 56 на вершине и днище сита сортировки для установки сита сортировки на корпус 42 и верхнюю крышку варочного котла или котла обработки. Фланцы могут быть металлическими кольцами, которые держат верхнюю и нижнюю части сортировочной плиты в цилиндрической форме.
Фиг.4 и 7 подробно показывают сито сортировки. Фиг.4 показывает наружную поверхность 60 части сита сортировки. Фиг.5 - вид в поперечном разрезе сита сортировки, взятый по линиям 5-5 на фиг.3. Фиг.6 показывает внутреннюю поверхность 62 сита сортировки. Фиг.7 - вид в поперечном разрезе сита сортировки, взятый по линиям 7-7 на фиг.4.
Прорези 48 в рядах 50 прорезей в сите сортировки выполнены так, чтобы минимизировать забивание целлюлозного материала в ситах. Каждая прорезь может иметь ширину (проходное сечение) от 3 до 9 мм и длину от 25 до 100 мм. Прорези могут быть широкими на наружной стороне 60 сита сортировки и узкими к внутренней поверхности 62. Прорези могут сужаться от внутренних к наружным поверхностям сетки под выходным углом 63 от 5° до 45°, или от 5° до 30°, или от 5° до 15°, или любым другим вариантом их. Кроме того, прорези могут быть смещены так, чтобы проем 64 каждой прорези являлся смещенным в осевом направлении от выхода 66. Смещение обычно может быть выровнено с помощью скользящего движения кромок шнекового транспортера. Это смещение выбирается, чтобы улучшить эффект подачи щелока насосом через щели, вследствие ударяющего движения шнекового винтового транспортера. Смещение может ориентироваться к оси щели под углом, например, от 10 до 25 градусов или 15 градусов. Смещение противоположно направлению скольжения кромок шнекового транспортера. Смещение снижает тенденцию ввода волокон в прорези посредством направления оси щели в сторону от направления потока щепы через верхний сепаратор. Подобным образом прорези 48 могут быть ориентированы под углом 68-45 градусов или в диапазоне от 40 до 50 градусов или от нуля (вертикально) до 75 градусов. Угол прорезей может быть выполнен так, чтобы наклонить прорези в противоположном направлении по отношению к вращению шнекового транспортера.
Фиг.8 показывает в поперечном сечении другую примерную прорезь 70 в сите сортировки для верхнего сепаратора, в котором прорезь имеет изогнутую или скошенную кромку 72 во впускном проеме 74. Прорезь проходит через пластину 76 сита сортировки. Толщина (T) пластины может быть от 9 до 10 мм, от 8 до 11 мм или от 7 до 12 мм. Проходное сечение (x), которое является наиболее узкой частью прорези, может иметь ширину от 3 мм до 8 мм, такую как 6 мм.
Прорезь может проходить от впускного проема 74 к выпускному проему 90 под выходным углом (β) от 15 до 45 градусов, таким как 30 градусов. Ось (см. стрелку 80 потока) прорези может быть смещена в направлении, противоположном движению (см. стрелку 82) кромок шнекового транспортера. Смещение может быть под углом, таким как 30 градусов, сформированным посредством угла (ω) одной из боковых прорезей и половины выходного угла для прорези.
Верхняя и нижняя кромки прорезей могут быть изогнуты, например, быть одинакового радиуса кривизны, или скошены. Избегая острых углов в прорезях, предотвращается тенденция отрезания волокон или улавливания на их кромках прорезей. Кромки прорезей в проеме 74 могут быть закругленными, скошенными, наклоненными или отклоненными. Например, проемы 74 могут иметь большой радиус кривизны, равный от одной трети до двух третей толщины пластины.
Изогнутая или скошенная кромка 72 может быть только на стороне прорези, обращенной к направлению движения 82 кромок шнекового транспортера. Для верхнего сепаратора, имеющего верхнее впускное отверстие, прорези могут иметь изогнутую или скошенную кромку в нижней кромке проема прорези. Для инвертированного верхнего сепаратора изогнутая или скошенная кромка может быть в верхней кромке проемов прорези. Изогнутая или скошенная кромка 72 может быть менее восприимчива к улавливанию волокон (целлюлозного материала) в жидкой массе, текущей через верхний сепаратор. Изогнутый или скошенный впуск на прорези имеет тенденцию к отклонению целлюлозного материала в поток и удалению из прорези. Кривизна кромки впускного отверстия прорези может определяться радиусом кривизны. Радиус может составлять, например, от одной трети до двух третей толщины пластины.
Несмотря на то что изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, должно быть понятно, что изобретение не должно ограничиваться раскрытым вариантом осуществления, а, наоборот, подразумевается покрывающим различные модификации и эквивалентные выполнения, находящиеся в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.