Система для приема и перемещения каустизационного шлама из фильтра для белого щелока - RU2479684C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе для приема и перемещения сухого каустизационного шлама из фильтровальной среды в непрерывно действующем фильтре под давлением в процессе каустификации, где белый щелок отделяется от каустизационного шлама и где каустизационный шлам в сухом состоянии перемещается к печи для обжига извести в замкнутой системе.

Предшествующий уровень техники

Зеленый щелок, который является технологическим щелоком в процессе каустификации, состоит, в основном, из карбоната натрия. Зеленый щелок обусловлен вступать в реакцию, во время обработки, с негашеной известью, при этом образуется карбонат кальция (каустизационный шлам) вместе с едким натром (белый щелок). Белый щелок фильтруется в трубчатых фильтрах или дисковых фильтрах, причем эти фильтры, в частности последний, обычно являются фильтром нагнетательного типа. Полученный белый щелок повторно используется в сульфатном процессе для приготовления целлюлозной древесной щепы. Каустизационный шлам, полученный в результате фильтрации, в конечном итоге обжигается для преобразования жженой извести.

Как описано в Chemical Pulping, Book 6B, ISBN 952-5216-06-3 в разделе Приготовление белого щелока (стр.B133-B202), каустизационный шлам обычно обрабатывается после фильтра для белого щелока так, что он преобразуется в суспензию с консистенцией 35-40% и он сохраняется в резервуаре для хранения для обеспечения равномерной подачи каустизационного шлама в печь для обжига извести. Каустизационный шлам, который был разжижен, перекачивается из этих резервуаров для хранения для обезвоживания каустизационного шлама, который размещается непосредственно перед печью для обжига извести, где имеет место обезвоживание суспензии каустизационного шлама для того, чтобы обеспечить уровень содержания сухого материала 65-90%. Обезвоживание обычно имеет место в барабанных фильтрах при атмосферном давлении, и каустизационный шлам, который счищается с обезвоживающего фильтра, перемещается на ленточном конвейере к печи для обжига извести. Это приводит к ряду лишних операций и некоторому количеству излишнего оборудования в виде шламообразующих устройств, резервуаров для хранения и обезвоживающих устройств.

В непрерывно действующих фильтрационных устройствах для жидких суспензий таких, как, например, описанные в SE-C,463 771 (приравненной к US 4929355), образуется фильтрационная корка в виде каустизационного шлама на фильтрующей среде. Этот каустизационный шлам счищается скребками (известными как "ножи") и падает в принимающий канал, где дополнительное разбавление разжижающей жидкостью проводится для возможности дальнейшего перемещения каустизационного шлама. В упомянутом SE-C 463 771, в одном варианте осуществления выпускной шнек описан непосредственно после принимающего канала, при этом шнек подает шлам далее к затвору. Затвор во втором представленном варианте осуществления выполнен в виде резервуара для хранения, в котором контролируется уровень и в котором размещена механическая мешалка.

Соответствующее решение с резервуаром для хранения и механической мешалкой описано в US 5151176. Резервуары для хранения и механические мешалки используются также в других применениях с трубчатыми фильтрами, см. US 4264445, для того, чтобы обращаться с фильтрационной коркой, которая удаляется из трубчатого фильтра под давлением. Было рассмотрено, что крупногабаритный резервуар для хранения и механическая мешалка, размещенная в нем, являются необходимыми для возможности поддерживать каустизационный шлам хорошо перемешанным с добавлением разжижающей жидкости и для предотвращения образования осадка каустизационного шлама.

Альтернативная система по Larox OY описана в WO 97/22752, в которой каустизационный шлам отделяется от фильтра для белого щелока, размещенного непосредственно после каустизационного бака. Здесь каустизационный шлам сохраняется в специальной промежуточной емкости, которая выполнена с возможностью подачи каустизационного шлама в сухом состоянии непосредственно в печь для обжига извести. Благодаря этому типу системы можно избежать образования промежуточной суспензии из шлама и нет обезвоживающего устройства для каустизационного шлама перед тем, как сухой каустизационный шлам подается в печь для обжига извести.

Таким образом, можно применять каустизационный шлам после его отделения от шламосодержащей жидкой смеси в виде суспензии, как предусмотрено обычными технологиями, или применять его в его сухом состоянии с уровнем содержания сухого вещества 70-80%. Обычная технология требует чрезмерных затрат, поскольку необходимы некоторые дополнительные этапы, такие как промежуточное хранение суспензии каустизационного шлама в баках с непрерывным размешиванием и последующим обезвоживанием.

Применение сухого каустизационного шлама обусловливает очень серьезные проблемы, поскольку каустизационный шлам производит пыль и приводит к проблемам окружающей среды в процессе использования, а также высокую степень износа для технологического оборудования, поскольку сухой каустизационный шлам действует как шлифовальный порошок. Под износом подразумевается, что манипуляционное оборудование для сухого каустизационного шлама, полученного из процессов фильтрации под давлением, не может быть выполнено с использованием затворов под давлением, имеющих механические уплотняющие устройства с малыми допусками, поскольку эти части быстро изнашиваются. Кроме того, сухой каустизационный шлам является сложным в применении, поскольку шлам имеет тенденцию засорять баки для хранения и системы труб. По этой причине сухой каустизационный шлам часто используется в открытых системах, которые подают шлам в печь для обжига извести на ленточных конвейерах или т.п. Кроме того, системы должны иметь возможность подавать каустизационный шлам в печь для обжига извести в равномерном потоке, поскольку обжиговая печь может легко повредить керамическое покрытие при обжигании, если обжиговая печь не заполнена равномерно во всем своем объеме. Противодействие нарушению при подаче каустизационного шлама обычно выполняется путем уменьшения мощности горелки в печи для обжига извести для того, чтобы предохранить недостаточно заполненную секцию печи для обжига извести, подвергающуюся воздействию тепловой нагрузки, которая является слишком высокой.

Настоящее изобретение относится к использованию тонко гранулированного материала, в соответствии с чем указан материал, для которого размер частиц составляет менее 1,00 мкм (<0,1 см), предпочтительно менее 100 мкм, при этом материал образует плотно упакованную структуру с очень высокой разностью давлений поперек брикета, который образован при уплотнении такого материала. Предпочтительно рассмотрен отвод сухого каустизационного шлама, характеристика которого подобна характеристике цементной пыли или порошка, и при этом данный тонко гранулированный материал образует компактную массу при выполнении брикета.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение основано на представлении о том, что конкретный трубчатый клапан может быть использован в качестве выходного затвора из процесса нагнетательного действия, из которого выводится тонко гранулированный материал, при этом, в ином случае, материал имеет тенденцию засорять выходное отверстие. Посредством удержания тонко гранулированного материала в виде цельной колонны образуется функциональный затвор под давлением для обеспечения того, что нагнетательный процесс может поддерживать свое рабочее давление с минимальными потерями, обусловленными утечкой через выпускное отверстие.

Целью настоящего изобретения как системы является создание выпускной системы для тонко гранулированного материала из нагнетательного процесса, в котором

- потери давления через выходное отверстие сведены к минимуму;

- тенденции для образования засоров могут контролироваться и использоваться;

- можно установить затвор под давлением без преобразования тонко гранулированного материала в суспензию (нет необходимости устанавливать отделитель жидкости).

Дополнительная цель состоит в том, чтобы сделать возможной подачу сухого каустизационного шлама непосредственно в печь для обжига извести во время использования очищающего каустизационного шлама.

Дополнительные характеристики и аспекты и преимущества настоящего изобретения ясно определены посредством последующей формулы изобретения и посредством следующего описания некоторых предполагаемых вариантов осуществления.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает по существу систему согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 изображает трубчатый клапан.

Подробное описание одного предпочтительного варианта осуществления изобретения

Фиг.1 изображает систему согласно настоящему изобретению с дисковым фильтром 1, находящимся под избыточным давлением по меньшей мере 0,5-5 бар, к которому подается разжиженная смесь каустизационного шлама с низким содержанием твердой фазы (LS). Фильтровальные диски 2 расположены в фильтре, внутренность которого находится под отрицательным давлением посредством полого вала 3, причем полый вал отводит жидкость в резервуар 8 для жидкости, при этом слой каустизационного шлама становится прикрепленным к поверхностям фильтровальных дисков. Разность давления создается при помощи насоса 9, который производит всасывание газообразной фазы резервуара для жидкости и повышает давление на диски посредством линии 11. Разность давления, которая образуется поперек фильтрующей сетки дисков, составляет по порядку величины 1-1,5 бар.

В данном случае, в котором фильтр представляет собой устройство для промывки каустизационного шлама, жидкость обычно представляет собой слабый щелок, причем этот слабый щелок содержит остаточную щелочь, которая может присутствовать в смеси каустизационного шлама с низким содержанием твердой фазы (LS), и он может быть разжижен очищающей жидкостью, которая набрызгивается обычным способом на фильтровальные диски.

Осушенный каустизационный шлам, который применен к фильтровальным дискам 2, счищается обычным способом ножами 5 (скребками), которые размещены на расстоянии от поверхностей фильтровальных дисков 2. Эти ножи 5 обычно лежат на таком расстоянии от фильтровальных поверхностей дисков, которое образует фильтрационная корка на дисках, который затем образует намывной слой на фильтрующей сетке, что дает улучшение фильтрационного эффекта. Этот намывной слой может быть регенерирован на заданных временах путем глубокой очистки дорожки на фильтрационной корке прямо на фильтрующей сетке, используя высоконапорное сопло. Часть толщины фильтрационной корки может также быть регенерирована за счет прохождения ножа в направлении фильтровального диска и уменьшения толщины фильтрационной корки до минимума посредством ножа, последовательно возвращающегося в свое исходное положение. Один диск таким способом может подвергаться частичной регенерации намывного слоя в данный момент времени. Вторая альтернатива очистке фильтров заключается в обычном обдувании в обратном направлении, которое может иметь место для одного диска или для всех дисков одновременно.

Осушенный каустизационный шлам, который поддерживает уровень содержания сухого вещества приблизительно 65-90%, падает в первый приемный канал 4. Имеется один первый приемный канал 4, размещенный под каждым ножом 5 и фильтровальным диском 2.

Первый приемный канал подсоединен около своей нижней части к коллекторной трубе 6, которая является по существу горизонтальной и в которой размещен первый подающий шнек 7, приводимый электродвигателем М1. Затем сухой каустизационный шлам подается к выпускному затвору, поддерживающему заданное давление, образованному в вертикальной трубе после первого подающего шнека, где размещены трубчатый клапан 14 и шлюзовой питатель 13. Предпочтительно, что измельчитель 12 пробок размещен в соединении с верхней частью вертикальной трубы на конце коллекторной трубы 6. Измельчитель 12 пробок размещен для тонкого разделения любых крупных кусков или закупорок, которые образуются, и, таким образом, обеспечивает подачу в трубу. Измельчитель 12 пробок может состоять или из неподвижных штырьков или представлять собой измельчитель пробок, который вращается в противоположном направлении относительно подающего шнека 7. В этом случае он может быть снабжен набором лопастей, которые разрушают закупорку, которая подается подающим шнеком 7 по направлению к измельчителю 12 пробок. Измельчитель пробок может иметь свой собственный постоянно действующий привод или он может приводиться валом подающего шнека посредством реверсивной коробки.

Трубчатый клапан 14 (который показан более подробно на фиг.2) вместе со шлюзовым питателем 13 используются для обеспечения создания затвора под давлением. Шлюзовой питатель обеспечивает, что некоторая минимальная высота каустизационного шлама устанавливается в трубчатом клапане. Плотно упакованная колонна каустизационного шлама с тонко гранулированным материалом, который образуется в трубчатом клапане, приводит к значительному падению давления и используется как затвор под давлением. Как было показано во время испытания, трубчатый клапан с диаметром 80-120 мм, который поддерживает колонну каустизационного шлама высотой 2-3 дм, по существу может поддерживать разность давлений 1-1,5 бар. Высота колонны, которая необходима для образования затвора под давлением, является функцией диаметра трубы, тем самым высота колонны неизбежно возрастает пропорционально диаметру трубы, при этом высота колонны неизбежно, по меньшей мере, в два раза больше диаметра.

Также вращающийся шлюзовой питатель 13, приводимый электродвигателем М2, размещен под трубчатым клапаном для того, чтобы обеспечивать, что колонна каустизационного шлама не выливается из трубчатого клапана неконтролируемым образом. Предпочтительно, что этот шлюзовой питатель имеет 3-5 ячеек, при этом число ячеек пропорционально его размеру, т.е. объему шлюзового питателя. Этот вращающийся шлюзовой питатель, в основном, обеспечивает, что колонна каустизационного шлама может создаваться во время цикла пуска, и что колонна каустизационного шлама не выпускается неконтролируемым образом из трубчатого клапана 14, когда трубчатый клапан освобождает свой захват вокруг колонны каустизационного шлама. Соответственно, могут быть использованы другие типы затвора. В качестве альтернативы можно использовать простой мембранный клапан, который фиксируется только во время цикла пуска для образования колонны каустизационного шлама в трубчатом клапане.

Каустизационный шлам падает после шлюзового питателя во второй подающий шнек 15, приводимый электродвигателем М3, который подает каустизационный шлам в закрытом подающем шнеке непосредственно в печь для обжига извести МО.

Трубчатый клапан 14 может в экстремальном случае функционировать без шлюзового питателя 13, хотя в этом случае подающий шнек 15 остается неподвижным во время цикла пуска, при этом в трубчатом клапане образуется колонна каустизационного шлама. Если трубчатый клапан активируется периодически, колонна каустизационного шлама, которая при этом образуется, может быть вынуждена опускаться через трубчатый клапан посредством прерывистого движения вниз, при этом трубчатый клапан в качестве альтернативы захватывает и выпускает колонну каустизационного шлама.

Трубчатый клапан 14 будет описан более подробно со ссылкой на фиг.2, на которой трубчатый клапан изображен подробно. Трубчатый клапан 14 размещен расположенным между выходным отверстием первого подающего шнека и шлюзовым питателем 13, через верхнее и нижнее фланцевые соединения 140а/140b.

Целесообразно, чтобы трубчатый адаптер 146 был вставлен в трубчатый клапан 14, при этом внутренний диаметр трубчатого адаптера по существу соответствовал внутреннему диаметру трубчатого клапана, когда труба полностью наполнена, т.е. когда создана наибольшая разность давления между внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубы. Трубчатый клапан должен быть установлен с осевым предварительным растяжением для того, чтобы он обеспечивал необходимое функционирование. Таким образом, трубчатый клапан приобретает суженную часть в форме песочных часов.

Гибкая внутренняя трубка 142 удерживается в напряженном состоянии в корпусе 141 трубчатого клапана с помощью верхнего зажимного кольца 144а и нижнего зажимного кольца 144b, по мере того, как внутренняя трубка подвергается осевой деформации. Предпочтительно, что гибкая внутренняя трубка в ее ненагруженном исходном положении на 3-10% короче расстояния между концами внутренней трубки, когда она находится в установленном положении.

Таким образом, образуется камера давления 145 в виде кольцеобразного зазора между корпусом 141 трубчатого клапана и внутренней трубкой 142.

Когда внутренняя трубка 142 имеет свое максимальное расширение, она будет приходить в контакт с корпусом 141, и корпус, таким образом, предохраняет трубку от образования локального расширения, которое больше диаметра выходного отверстия из трубы и которое может обусловливать образование засорений.

Целесообразно, чтобы гибкая внутренняя трубка 142 была изготовлена из натурального каучука или из подобного эластичного материала, который оказывает сопротивление износу со стороны каустизационного шлама.

Предварительное напряжение позволяет обеспечивать начальное положение, в котором трубка образует плавную форму песочных часов, показанную на фиг.2, если внутри трубки установлено такое же давление, как давление, имеющееся снаружи трубки 142. Затем, когда давление снаружи трубки падает, расширение, которое является результатом предварительного напряжения, имеет место концентрически и равномерно по всей ее длине между точками прикрепления без какого-либо риска так, что трубка 142 при этом подвергается локальной деформации.

Целесообразно, чтобы трубчатый клапан имел конструктивную высоту, которая в значительной мере превышает внутренний диаметр трубчатого клапана, поскольку трубчатый клапан выполнен для удержания колонны тонко гранулированного материала, который в то же время образует затвор под давлением.

Минимальная длина/S_{L_Min} (с конструктивной высотой, показанной на фиг.2) трубчатого клапана относительно диаметра/S_D трубчатого клапана лежит в интервале:

2*S_{DL_Min}<5*S_D.

Для трубчатого клапана, который в своем исходном положении (когда нет перепада давления между внутренней стороной и внешней стороной) имеет внутренний диаметр несколько больше 10 см, общая длина трубки в ее установленном положении составляет приблизительно 30-40 см. По меньшей мере, одно соединение 143а/143b с источником давления, который может регулироваться, обеспечивается снаружи трубки 142 с возможностью регулирования трубчатого клапана. Соединение 143а может, например, подсоединяться к атмосфере и соединение 143b - к такому же давлению, которое установлено в фильтре под давлением. Посредством открывания соединения в соединении 143а или 143b трубка может быть помещена под действие давления снаружи на том же уровне давления, который установлен внутри трубки, или она может быть подсоединена к более низкому давлению, соответственно, атмосферному давлению.

Трубка в качестве альтернативы может быть подсоединена к уменьшенному избыточному давлению относительно давления в фильтре 1, вместо атмосферного давления.

Фиг.1 схематично изображает, как может быть проведено регулирование только с одним соединением, используя вместо прежнего регуляторный клапан 21, который подсоединяет внешнюю поверхность трубки к такому же давлению, как давление, установленное в фильтре, или к атмосфере/АТМ. Внешняя поверхность трубки подсоединена на фиг.1 к такому же давлению, как давление, установленное внутри фильтра, по этой причине трубчатый клапан имеет такое же давление внутри, как и вне трубки 142, и она имеет конфигурацию или исходное положение, которое изображено на фиг.2. Это приводит к тому, что трубка имеет свой минимальный диаметр и, таким образом, удерживает колонну каустизационного шлама, которая образовалась в трубчатом клапане. Как только трубчатый клапан подсоединяется к низкому давлению, в показанном случае - к атмосферному давлению, разность давления между внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубки будет возрастать так, что трубка расширяется и освобождает свой захват колонны каустизационного шлама. Предпочтительно, что выпуск трубчатого клапана имеет место в синхронизации с положением шлюзового питателя 13 так, что выпускание активируется, когда пустой карман шлюзового питателя подвергается воздействию колонны каустизационного шлама, размещенной над ним. В качестве альтернативы трубчатый клапан удерживается в импульсном режиме так, что он выпускает свой захват с более высокой частотой, чем частота воздействия карманов шлюзового питателя.

Путем синхронизованной работы можно избежать контакта между стенками шлюзового питателя и снижения колонны каустизационного шлама, и необходимая мощность для работы шлюзового питателя и износ такового, оба, могут быть уменьшены.

Шлюзовой питатель 13 не нуждается в исполнении с малым промежутком между корпусом шлюзового питателя и лопастями шлюзового питателя, поскольку большая часть падения давления локализуется вдоль колонны каустизационного шлама, которая устанавливается в трубчатом клапане. Промежуток в шлюзовом питателе может быть обеспечен большим, до 2-10 мм. Возможно, что шлюзовой питатель также обеспечен очищающим воздухом для освобождения камер в нижнем положении.

Фиг.1 схематично изображает исполнение системы управления, в которой устройство 20 управления регистрирует положение шлюзового питателя посредством сигнальной линии А, предпочтительно путем регистрации импульсов обычным способом от датчика импульсов, размещенного на валу электродвигателя электродвигателя M2. Устройство 20 управления периодически активирует регуляторный клапан 21 посредством сигнальной линии В так, что клапан занимает одно из двух положений: или такое, в котором трубчатый клапан подсоединяется к такому же избыточному давлению, как давление, установленное в фильтре 1, или такое, в котором трубчатый клапан подсоединяется к более низкому давлению, такому как атмосферное давление. Устройство 20 управления регистрирует также уровень в трубчатом клапане посредством сигнальной линии С для последующего регулирования скорости вращения шлюзового питателя посредством сигнальной линии D так, что в трубчатом клапане может быть поддержан минимальный уровень.

Во время тестирования опытного выпускного устройства с трубчатым клапаном, который имеет внутренний диаметр 112 мм, и со стенкой трубки толщиной 8 мм, можно осуществить растяжение трубчатого клапана, которое соответствует увеличению внутреннего диаметра на 6 мм при регулируемой разности давления 0,8 бар, и 11 мм при 1,2 бар. Увеличение диаметра на 14-28 мм может быть установлено при избыточном давлении приблизительно 1,5 бар, применяемом в фильтре. Таким образом, достигается регуляторная функция, когда установлено действие, в котором трубчатый клапан предпочтительно подвергается регулируемым малым изменениям диаметра в интервале 5-10%, при этом может быть достигнуто увеличение диаметра до 25%, если требуется.

Можно поддержать разность давления и, таким образом, увеличивать диаметр трубки 142 также настолько мало, насколько это возможно, для сведения потерь давления к минимуму (утечки) вдоль трубчатого клапана. Проведенное тестирование с образцом, показывающим, что разность давления 0,7 бар, которая дает увеличение в диаметре 6 мм, была полностью достаточной. В этих условиях можно сохранить утечку свободного воздуха низкой на уровне 3-4 м³/ч.

Частота выпуска в образце была 8-36 раз в минуту, и скорость потока была установлена 1-3 см/с через выходное устройство. Ячеистый питатель, который имеет пять ячеек и общий объем 3 литра, был приведен в действие при скорости вращения 2,3-9 об/мин.