ПРОПИТОЧНАЯ КАМЕРА С РЕЛЬЕФНЫМ СУЖЕНИЕМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ НАГРЕВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО МАТЕРИАЛА В НЕЙ
IMPREGNATING CHAMBER WITH RELIEF NARROWING (VERSIONS) AND METHOD FOR HEATING OF CELLULOSE MATERIAL IN IT

Настоящее изобретение относится к пропиточной камере, используемой при непрерывной варке (такой как, но не ограничивающейся таковыми, процессы сульфатной или натронной варки целлюлозы) целлюлозного материала (такого как древесная щепа и недревесные материалы, такие как однолетние растения, жмыхи и т.д.) для производства технической целлюлозы. В частности, изобретение относится к добавлению горячей жидкости, например щелока или пара, для подведения тепловой энергии к целлюлозному материалу в пропиточной камере.

Пропиточные камеры производят предварительную обработку целлюлозного материала перед подачей материала, например, в варочный котел. Будучи в пропиточной камере, целлюлозный материал погружается в щелок и/или пар для нагревания материала. Примеры общеупотребительных резервуаров, пригодных в качестве пропиточных камер, показаны в Патенте США № 4,746,400, который представляет камеру, имеющую донный скребок и патрубок для ввода горячей жидкости под скребком, для вымывания целлюлозного материала из камеры, и в Патентах США №№ 5,500,083 и 5,628,873, которые представляют камеры, имеющие донную секцию, имеющую однонаправленные и двунаправленные сужения, с боковым выпускным устройством, в настоящее время имеющиеся на рынке как продукты Diamondback Chip Bin от фирмы Andritz, Inc., Глен-Фоллз, Нью-Йорк, США.
Целлюлозный материал перетекает из пропиточной камеры в варочный котел, который, как правило, работает при более высокой температуре, чем пропиточная камера. Тепловая энергия подводится к целлюлозному материалу в варочном котле. В то время как некоторое нагревание целлюлозного материала происходит в пропиточной камере, материал в пропиточной камере чаще всего нагревается из варочного котла.
Повышение температуры целлюлозного материала в пропиточной камере могло бы сокращать количество тепловой энергии, требуемое для подведения к материалу в варочном котле. Если горячая жидкость добавляется в нижнюю по течению часть пропиточной камеры, вводимый горячий щелок может формировать потоки горячей жидкости, протекающие вверх через пропиточную камеру. Такие потоки могли бы нарушать желаемую однородность обработки целлюлозного материала, перемещающегося вниз через камеру. Соответственно этому порядок добавления нагретой жидкости в пропиточную камеру не является общепринятым.
Разработана пропиточная камера, содержащая резервуар камеры, включающий верхний впускной патрубок для принятия целлюлозного материала; нижний разгрузочный канал для выпуска целлюлозного материала из разгрузочной секции резервуара камеры; секцию сужающегося профиля внутри камеры, через которую проходит поток целлюлозного материала в камере; полость между внутренней стенкой камеры и секцией сужающегося профиля, в которой полость имеет нижнее отверстие в сторону целлюлозного материала в камере и верхнюю секцию, отгороженную от потока целлюлозного материала, и входной канал в камере и отверстие в полости, в которой входной канал может быть соединен с источником горячей жидкости, добавляемой к целлюлозному материалу в камере.
Секция сужающегося профиля может сужаться только в одном направлении внутри пропиточной камеры и включает наклонную стенку, имеющую верхнюю секцию, герметично соединенную с внутренней стенкой камеры, и нижнюю секцию, расположенную радиально внутри внутренней стенки, в которой создается полость между внутренней стенкой камеры и наклонной стенкой секции сужающегося профиля. Полость может располагаться ниже уровня жидкости в камере и размещена в средней трети вертикальной проекции камеры. Источник горячей жидкости может подавать горячую жидкость при температуре, например, по меньшей мере 120 градусов Цельсия, выше температуры целлюлозного материала, выпускаемого из пропиточной камеры.
Разработана пропиточная камера, содержащая резервуар камеры, включающий верхний впускной патрубок для принятия целлюлозного материала; нижний разгрузочный канал для выпуска целлюлозного материала из разгрузочной секции резервуара камеры; секцию однонаправленного сужающегося профиля внутри камеры, через которую проходит поток целлюлозного материала в камере; полость между внутренней стенкой камеры и секцией сужающегося профиля, в которой полость имеет нижнее отверстие в сторону целлюлозного материала в камере и верхнюю секцию, отгороженную от потока целлюлозного материала в камере, и входной канал в камере и отверстие в полости, в которой входной канал может быть соединен с источником горячей жидкости, добавляемой к целлюлозному материалу в камере, причем горячую жидкость добавляют в полость при температуре выше средней температуры целлюлозного материала в камере.
Разработан способ нагревания целлюлозного материала в пропиточной камере, имеющей внутреннее сужение, включающий: введение целлюлозного материала в верхний впускной канал в пропиточной камере; добавление нагретой жидкости в камеру и формирование уровня жидкости в верхней секции камеры; нагревание целлюлозного материала нагретой жидкостью по мере перемещения целлюлозного материала вниз через камеру; сведение в воронку потока целлюлозного материала ниже уровня жидкости и в камере через внутреннее сужение; введение горячей жидкости в полость в камере и позади сужения, в которой горячая жидкость вводится в полость при температуре выше температуры нагретой жидкости; добавление горячей жидкости из полости в поток целлюлозного материала ниже по течению от внутреннего сужения; нагревание потока целлюлозного материала горячей жидкостью ниже по течению от внутреннего сужения, и выпуск целлюлозного материала из разгрузочного канала в нижней секции камеры ниже полости и внутреннего сужения.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
Фиг. 1 представляет собой схематический вид сбоку пропиточной камеры с однонаправленным сужением.
Фиг. 2 представляет собой вид сверху вниз поперечного сечения пропиточной камеры, имеющей однонаправленное сужение.
Фиг. 3 представляет собой схематический вид сбоку пропиточной камеры с ортогонально направленным сужением.
Фиг. 4 представляет собой вид сверху вниз поперечного сечения пропиточной камеры, имеющей ортогонально направленное сужение.
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение пропиточной камеры 10 для предварительной обработки целлюлозного материала, называемого здесь стружками. Камера может представлять собой металлический цилиндр, имеющий высоту в 100 футов (30 метров) или более, диаметр 70 дюймов (2 метра) или более, и может обрабатывать 700 метрических тонн в день (700 mtpd) пульпы. Стружки могут перемещаться безостановочно и одновременно в пропиточную камеру, через таковую и из таковой. Прошедшие предварительную обработку стружки из пропиточной камеры 10 могут перемещаться к верхнему впускному патрубку непрерывно действующего варочного котла 46.
Стружки могут быть поданы в пропиточную камеру 10 из источника стружек 12, который может быть бункером для стружек или резервуаром для формирования потока или только местом хранения стружек (таким, как если бы бункер для стружек не использовался). Пропиточная камера имеет верхний впускной патрубок для стружек 14, который принимает стружки и необязательно может принимать стружки в гидросмеси, которая включает щелочной раствор. Внутри пропиточной камеры формируется уровень стружек 16 и уровень жидкости 18, причем уровень стружек чаще всего расположен выше уровня жидкости. Уровень жидкости 18 в камере может быть сформирован добавлением прорывающегося наверх щелока (такого как белый или черный щелок) и/или пара для нагревания стружек от источника 19 нагретой жидкости и/или пара. Газовый объем 20 в камере над уровнем жидкости 18 предпочтительно поддерживается при температуре выше 100 градусов Цельсия (ºС) и при атмосферном давлении. Нагретая жидкость и/или пар могут протекать непосредственно в газовый объем 20 пропиточной камеры 10.
Однонаправленное сужение 22 выполнено в камере в жидкостной секции 24 камеры ниже уровня жидкости 18. Предпочтительно сужение 22 находится в донной половине камеры и выше донного вращающегося скребка 25 или другого устройства для перемещения стружек в донный выпускной патрубок 27. Например, сужение 22 может находиться в средней трети вертикальной проекции камеры, и предпочтительно оно расположено ниже срединной отметки вертикальной проекции камеры и выше нижней трети вертикальной проекции камеры.
Однонаправленное сужение 22 может быть выполнено как полая переходная секция 26, имеющая открытую верхнюю часть по существу с круглым поперечным сечением 28 и донное отверстие по существу с прямоугольным поперечным сечением 30. Сужение 22 включает переходную секцию 26, имеющую противолежащие невертикальные постепенно сходящиеся боковые стенки 29, которые могут быть наклонены под углом относительно вертикали, типично от около 20 до 35 градусов и предпочтительно от 25 до 30 градусов. Боковые стенки 29 могут проходить прямолинейно поперек камеры. Стенки могут быть прямолинейными в направлении, перпендикулярном оси камеры 10, и сужающимися (непрерывно или сегментами) в направлении, параллельном оси и вдоль переходной секции 26.
Противолежащие боковые кромки боковых стенок 29 могут быть прикреплены к внутренним стенкам камеры 32. Открытая верхняя часть 28 переходной секции 26 может быть изогнутой сообразно стенке камеры 32 и приваренной к стенке камеры для обеспечения постоянного герметичного уплотнения между камерой и сужением 22. Структуры однонаправленного сужения для стружечных камер представлены в Патентах США 5,500,083 и 5,628,873. Опорные подкосы или ребра жесткости 31 могут располагаться от стенки камеры 32 до сужающихся стенок 27 переходной секции для поддерживания сужения внутри камеры.
На Фиг. 2 представлен вид сверху вниз поперечного сечения пропиточной камеры 10, чтобы показать сужение 22. Противолежащие боковые стенки 29 сужения являются наклонными и могут включать верхнюю секцию со сходящимися боковыми стенками 50, прямолинейную секцию с вертикальными боковыми стенками 52 и нижнюю секцию со сходящимися боковыми стенками 54. На Фиг. 2 показан однонаправленный характер сужения, в котором донная часть переходной секции является более узкой, чем верхняя часть 28, в одном направлении, и является такой же широкой, как верхняя часть 28, в перпендикулярном направлении.
Однонаправленное сужение 22 переходной секции способствует течению стружек вниз через камеру и через переходную секцию 26. Сужение может создавать возможность регулирования скорости течения стружек в камере и способствовать поддержанию должного времени пребывания стружек в камере 10. Далее, однонаправленное сужение 22 является менее чувствительным к закупориванию или заклиниванию переходной секции стружками, чем секции с коническим сужением, которые сходятся в двух направлениях.
Полость 34 сформирована между внутренней стенкой камеры 34 и боковой(-ыми) стенкой(-ами) 29 переходной секции 26. Полость 34 представляет собой отгороженную зону камеры позади боковой стенки 29 переходной секции 26. Полость 34 отгорожена боковой стенкой от направленного вниз потока стружек в камере. Поскольку полость находится ниже суженной переходной боковой стенки 29, стенка предотвращает движение тепловых потоков вверх из полости и выше переходной секции 26. Могут наличествовать две полости 34 в камере на противолежащих сторонах камеры, в которой позади каждой из двух боковых стенок 29 сужения 22 находится одна полость.
Полость 34 создает область, в которую дополнительная горячая жидкость, такая как черный щелок или белый щелок, может быть добавлена без проскока жидкости в верхние зоны камеры 10. Горячая жидкость поступает в полость 34 и смешивается с жидкостями и стружками, которые перетекают в полость из-под выходного отверстия 30 переходной секции. Тепловые потоки, формируемые горячей жидкостью, не могут перетекать вверх через камеру, так как полость закупорена суживающейся боковой стенкой 29 переходной секции.
Источник горячего щелока 42 (Фиг. 1) питает трубопровод 40, который подает горячий щелок в полость 34. Источником щелока 42 может быть избыток горячего щелока из варочного котла 46, и в особенности горячий промывной щелок, выводимый из нижней секции варочного котла 46. Если достаточного избытка черного щелока в наличии нет, то для нагревания жидкости 42, нагнетаемой через трубопровод 40 в полость 34, может быть использован пар низкого давления 48. Дополнительно другие жидкости, имеющие достаточное количество теплоты, могут быть введены в полость 34.
Температура щелока, подаваемого в полость 34, может поддерживаться при температуре, такой как 120 градусов Цельсия, которая может быть выше, чем температура в паровой зоне 20 камеры. В случае поступления нагретой жидкости и/или пара в паровую зону 20 может произойти ее резкое вскипание. При введении горячей жидкости в полость боковые стенки 29 обеспечивают блокирование любого течения жидкости вверх.
Горячая жидкость из источника жидкости 42, которая предпочтительно представляет собой черный или белый щелок, вводится в полость 34 и предпочтительно на высотной отметке выше выходного отверстия 30 переходной секции 26. Введение щелока в полость не нарушает течения стружек вниз через камеру, поскольку поток стружек вовлекается в воронкообразное движение в сужении 22 и в стороне от полости 34. Полость 34 позволяет жидкости 42 поступать в камеру в ходе относительно спокойного, например, почти стоячего, течения в полости. Из полости горячая жидкость диффундирует в поток стружек, выпускаемый из переходной секции через отверстие 30.
Щелок 42, добавляемый в полость 34, предпочтительно имеет температуру выше средней температуры стружек в камере 10 и температуры стружек, проходящих через выходной патрубок 38. Добавляемый щелок 42 нагревает стружки в пропиточной камере 10. Нагревание является желательным для стружек, передаваемых в варочный котел 46, который типично работает при более высокой температуре, чем пропиточная камера.
Введение горячей жидкости 42 в полость 34 не препятствует работе обычных разгрузочных устройств 25, таких как скребок или прочие механические приспособления, которые могут включать шлюзовые системы для осуществления перемещения стружек через выходной патрубок 38 камеры.
Полость 34 позволяет жидкости 42 протекать в камеру 10 без того, чтобы вызывать каналирование или формирование тепловых потоков и подъем через стружки в камере. Еще одно преимущество добавления горячей жидкости 42 в полость 34 состоит в том, что этим обеспечивается эффективное использование избытка горячей жидкости, имеющейся в распоряжении при производстве технической целлюлозы, которое может оперировать с жидкостями при температурах выше 100 градусов Цельсия.
Если бы горячая избыточная жидкость добавлялась в пропиточную камеру 10 без применения сужения 22 с боковой стенкой, вместе с тепловыми потоками происходило бы каналирование (области, где происходит нарушение однородности и равномерности потока стружек). Добавление горячих жидкостей из впускного патрубка камеры непосредственно в поток стружек через пропиточную камеру может вызывать тепловые потоки в потоке стружек, которые, в свою очередь, могут создавать восходящие потоки сквозь слой стружек и иметь результатом менее эффективное нагревание стружек.
Добавление жидкости в полость 34 позволяет горячей жидкости смешиваться с другими жидкостями в полости и диффундировать через обширную площадь в поток стружек, выходящий из выпускного отверстия 30 в переходной секции. Далее, поток горячей жидкости, входящий в боковую стенку камеры и непосредственно поступающий в поток стружек в камере, нарушал бы равномерное движение и обработку стружек во всей пропиточной камере. Введение горячей жидкости в полость 34 исключает образование потока горячей жидкости в токе стружек и сводит к минимуму риск нарушения равномерного движения и обработки стружек во всей камере.
На Фиг. 3 представлен схематический вид сбоку части пропиточной камеры 50 с сужением 52 в ортогональных направлениях. На Фиг. 4 представлен вид сверху вниз поперечного сечения пропиточной камеры 50, имеющей сужение 52 в ортогональных направлениях. Сужение в ортогональных направлениях имеет переходную секцию 54, которая сужает проток через камеру в двух ортогональных направлениях. Проток сужается от площади поперечного сечения всей камеры в верхней части переходной секции 54 до меньшей площади круглого поперечного сечения на выходе 56 из сужения. Предпочтительно переходная секция 54 включает боковые панели 58 ромбовидной формы, которые соединяются изогнутыми боковыми панелями 60. Впускной патрубок горячей жидкости 62 для введения горячей жидкости, например, горячего щелока и/или пара 64, располагается в кольцеобразной полости 66 между внутренними боковыми стенками 68 камеры 50 и внешними поверхностями боковых панелей 58, 60 сужения 52. Полость создает область пропитки, которая находится вне прямого протока стружки и жидкости, протекающих вниз через камеру. Вытекая из выходного отверстия 54 сужения 52, стружки и жидкость смешиваются с горячей жидкостью, вытекающей вниз из полости. Горячая жидкость нагревает стружки, когда стружки проходят дальше вниз в камере 50 к разгрузочному устройству 70, такому как скребок, и до выпускного патрубка 72 камеры.
В то время как изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время рассматривается как наиболее практичный и предпочтительный вариант осуществления, должно быть понятным, что изобретение не ограничивается раскрытым вариантом осуществления, но, напротив, предполагается, что оно охватывает разнообразные модификации и эквивалентные выполнения, включенные в пределы объема и рамок прилагаемых пунктов формулы изобретения.