专利名称：用于预处理纸浆的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于预处理纸浆的方法和设备。按照本发明的方法和设备特别优选地适用于造纸机输入系统以便优化所谓短循环流程(short circulation)的操作。
几乎全部现有技术的向造纸机输送纸浆的造纸机输入系统、如美国专利4,219,340中所述的造纸机输入系统都包括以下组成部分一白水罐、一在其各级之间都具有输送泵的离心净化设备、一具有真空形成装置的气体分离罐、一叶片泵、一料箱过滤器、一造纸机料箱和白水托盘。所述这些组成部分与造纸机相结合运行并按照如下操作将造纸用的纤维材料和由来自造纸机金属网部分的所谓白水加以稀释的填料从成浆池(machine chest)处引入通常位于机器最低水平的白水罐中混配。借助于也位于机器最低水平的输送泵将该纤维悬浮液从通常位于机器水平即造纸机的位置水平或如所述专利中所述位置水平处的白水罐泵送入位于其上方的离心净化设备的第一净化级。离心净化设备通常包括若干(通常大多4～6)级，各级一般具有自用的输送泵。借助于该输送泵产生的压力，在离心净化设备第一净化级中接收的纤维悬浮液再被输送到一般位于造纸机水平上方的气体分离罐。实际上该装置位于白水罐表面以上约10～12米处。在气体分离罐中纤维悬浮液受到真空装置产生的真空的作用，该真空装置通常大多是液体环流泵，由此悬浮液中被分离的气体部分和在悬浮液中成小气泡形式的气体都上升到罐中液体表面的上方并且通过真空装置从罐中排出。气体已被尽可能充分排除的纤维悬浮液从气体分离罐流入位于机器最低水平的叶片泵，该输送泵再将纤维悬浮液泵送入也位于机器最低水平的料箱过滤器(在所述US专利中未示出)中，之后纤维悬浮液流向造纸机水平而进入造纸机的料箱。
现有技术的造纸机输入系统中的一个问题是其巨大的体积以及长的和大型的管道系统，其巨大的体积主要是由于气体分离罐和离心净化设备的体积造成的。除了空间利用率和涉及较大的投资方面外，体积本身不是主要问题，但由于大体积造成的长时间延迟基本上限制品级变化并且导致与品级变化有关的大量废纸。与品级变化有关，在纤维悬浮液全部组分的相对量在整个输入系统中被均匀到符合所要求的最终产品的成分以前，废纸由用于生产最终产品的全部纸浆形成。
所述问题已在芬兰FI专利89728中讨论过，按照该专利，从造纸机的金属网部分收集不同种类的白水并且将其直接导进造纸机的短循环流程中而没有使用任何现行的白水罐。在该公告中，在每个白水托盘的下面具有一台用于将白水输送至一适当位置的泵。该公告描述的白水导槽是很浅平的，即小容积的，以便尽可能缩短时间延迟。在按照该公告的解决办法中，设置在金属网部分侧边的是一小型泵送容器和提供泵送操作的装置，由其将白水再输送入工艺流程中。然而，借助于这个装置达到的排气并未有效到足以维持造纸机不受干扰地运行。
除了涉及空间利用率和大的液体容积外，应该指出，离心净化设备还导致其他问题。离心净化设备在造纸机输入系统中的传统位置已被说明是根据将其位置选定成可确保正好在造纸机的料箱之前的纤维悬浮液不含有不适合造纸的颗粒，例如砂、小块树皮、碎片和甚至过大的填料块，它们都被叫做例如杂质或杂质颗粒。然而，在我们完成的实验过程中已注意到，特别是在生产含填料品级的造纸机的情况下，由所述离心净化设备排除的主要部分亦即由流向造纸机料箱的液流中排除的部分照样适合于造纸。其一个原因是确定离心净化设备的旋流器的尺寸使之适合于防止任何不适合的材料进入料箱，而在另一方面离心净化器可以设计成用最佳的方式只以一种材料或少数类似的材料进行操作。考虑到例如各种组分诸如纤维和矿物基填料的非常不同的密度，易于相信在那种用途中离心净化设备不可能对于任何组分完成最佳作用，但离心净化设备的基本目的必须是保持纤维悬浮液中的各种组分的比例在净化过程中基本不变并且防止任何不适合于造纸的颗粒进入造纸机的料箱。事实上，在FI专利93753和97736中讨论了同样的问题，不过认可来自离心净化设备的废弃物的存在。
对上述问题的一个优选的解决办法据说是分另处理纸浆的每一组分。新纤维悬浮液、废纸浆、回收纤维、填料等这些组分在混合在一起以前都处在各自的区域。在这种情况下，在每一用途中对每一组分可以选择最适合的净化方法和装置。其结果是只有各净化的部分被引入造纸机的短循环流程并且完全不需要离心净化设备。此外，采用对该特定目的适用的并按该目的确定尺寸的装置来净化每一组分基本上是更有效的，并且就能耗来说是更经济的，与现有技术的离心净化设备相比可挑选实现净化的适合的装置。
还有一些由离心净化设备导致的附带的问题。由于很大的液体容积和复杂的流动管道系统，离心净化设备如果不是直接产生纸浆流动和纸浆压力上的波动，则倾向于至少维持和可能加强这些波动。而且，复杂的离心净化设备包括若干(通常大多4～6)级并且大量尺寸较小的流动单元形成主要的流动阻力，采用几个大型的离心泵来补偿这种阻力是很耗能的。通常为离心净化设备的每一净化级设置一单独的输送泵，在这种情况下在一中等规模的设备中，造纸机的短循环流程的全部泵的总功率要求约为2MW。
另一特别是对泵送的能耗有影响的因素是设备的短循环流程组成部分彼此之间的位置。注意到的第一个缺点是气体分离罐的位置通常设置在高于造纸机水平的高度。如果能够将气体分离罐移至造纸机水平，就可以不需要用高于造纸机水平的输送泵来泵送纤维悬浮液。然而，其前提是必须将气体分离罐构造成能无溢流地操作，因为有溢流的操作实际上从造纸机水平上方到造纸机水平下方需要较高的自由落差，或者构造成包括一台与溢流相结合运行的泵以便产生确保有溢流操作的压力差。换言之，当应用第一方案时，气体分离罐的液面水平(更确切地说，叶片泵的入口压力)可以不由溢流来确定，而是应该找到某种替代方法。因为气体分离罐的液面水平的调整的基本目的如以上所述是保持叶片泵的入口压力不变，事实上采用一调整系统是更经济的，因为这除了改变液面水平以外，还可改变纸浆密度的波动，这种波动有时是显著的。结果，这种改变将伴随纸品质的改善和制造工艺的稳定。因此，其结果是就泵送的能耗而言是更经济的解决办法，同时在纸的品质和工艺流动性方面具有明显有利的效果。
还有一个影响造纸机输入系统中泵送能耗的因素是白水罐的高度。白水罐，即从造纸机收集所谓白水的罐，其传统上是位于造纸机最低水平处的约10米高的较大容器，并且这些罐的液面水平波动很大。液面水平不同的一个原因是例如与造纸机结合使用的白水罐的位置。在所谓改良型长网造纸机的情况下，白水罐、在这种情况下也称之为金属网凹坑(wire pit)，其位于金属网部分的下方，因此即使结构的原因也导致白水罐的液面水平较低。设置在金属网部分旁边的白水罐等(一所谓机外凹坑)的液面水平也终究不象实际上可能的那样高。基于大型缓冲罐的存在被认为是稳定工艺流程的有利因素，证明了大尺寸的白水罐是合适的。这也导致增加一些能耗，因为开始输送泵必须补偿白水罐有时低的液面水平以及由于白水罐的大容积引起的流程中很大的时间延迟。
本发明的输入系统中可以避免所述位于设备最低水平、即在造纸机水平以下的白水罐的位置。按照本发明的解决办法使其能够将白水罐设置在造纸机的水平处，由此位于白水罐侧面的气体分离罐也设置在造纸机的水平处。
当例如以上述方式解决所述问题时，可以通过采用一台旋桨泵作为气体分离罐的输送泵进一步改进造纸机输入系统，旋桨泵具有显著较小的功率要求以及比离心泵基本上更好的水头比。在这种情况下，全部原料或至少原料的主要部分通过该旋桨泵输送入气体分离罐。就其实际特性而言，旋桨泵比离心泵更好地适用于该目的，但在较早期它不可能用在所述用途中，因为旋桨泵不符合现有技术的工艺流程的水头要求。与现有技术装置的约2000KW的功率要求相比，采用一台旋桨泵导致能耗约为200KW，即可以节省所需功率的约90％。
按照本发明的一个优选实施方案，可以通过从输入系统中完全放弃所述气体分离罐的输送泵来更进一步地改进造纸机输入系统。在某些适当的条件下这可以简单地通过将气体分离罐下移到造纸机水平来实现，由此从白水罐向气体分离罐输送全部纤维悬浮液或至少其主要部分所需要的压力差是如此之小以致该压力差可以借助于真空装置即气体分离罐的一个/多个真空泵来产生。按照这个实施方案的设置，必要时可以设有一个阀以便控制从白水罐向气体分离罐的流量。
利用本发明的方法的一些优点是例如-由于较精密的筛选，总体上减少了废弃物；-造纸机短流程中较稳定的操作；-造纸机短流程中较小的流动阻力；-节省造纸机短循环流程中的空间；-节省泵送所需要的能量；-较短的时间延迟；
-快速的品级变化；-较清洁的工艺流程，无细菌生长；-简单的结构-经济上的投资。
本发明的方法和装置的特征描述于附属的专利权利要求中。
以下，对本发明的方法和装置参照附图加以详述。其中
图1主要示出按照US专利4219340的现有技术的技术方案；图2示出按照本发明的一个优选实施方案的技术方案；以及图3示出按照本发明的第二优选实施方案的技术方案。
图1所示现有技术的输入系统包括一白水罐10、一输送泵12、一离心净化设备14(具有若干级，未示出)、一具有真空装置17的气体分离罐16、一叶片泵18、一料箱过滤器20、一造纸机的料箱22和白水收集导槽(未示出)。所述这些组成部分与造纸机24相结合运行并按照如下所述操作。将造纸用的可以包括新纸浆、再生纸浆和/或废纸的纤维材料以及由主要从造纸机的金属网部分取得的所谓白水所稀释的填料引入收集有白水的白水罐10中以便生产纸浆，其中白水罐10在现有技术的设置中通常位于设备的最低水平。借助于也位于设备的最低水平处的输送泵12将所述纸浆从白水罐10泵送入离心净化设备14，该离心净化设备通常位于设备的机器水平K(造纸机24的设备水平)处，该净化设备通常大多包括4～6级。由离心净化设备14的第一级接收的原料再在输送泵12产生的压力作用下(会同气体分离罐的真空的辅助作用)继续送入位于造纸机水平上方的水平T处的气体分离罐16。气体分离罐16一般包括溢流以保持原料在罐中的液面水平不变。溢流时从罐中排出的原料向下流向造纸机水平以下而进入位于设备最低水平处的白水罐10。基本上无气体的纸浆、亦即借助真空装置17从中尽可能完全排除了气体的纸浆从气体分离罐16流入位于设备的最低水平处的叶片泵18，该叶片泵再将纸浆泵送入也位于设备最低水平处的料箱过滤器20，接收的纸浆从那里流向造纸机水平K而进入造纸机24的料箱22。
图2示出按照本发明的一个优选实施方案与现有技术的常规白水罐10相结合使用的技术方案。在按照该图的技术方案中，三个管道40、42和44与白水罐10相连接，每个管道将不同的纤维浆引入白水罐10。各管道40～44分别连接于其自用的离心净化装置46、48和50。然而，必须指出离心净化决不是唯一的过滤可能，因为新型的压力过滤器优选设有带狭缝的圆筒，其完全适合于各种纸浆成分的最后过滤。并且，人们必须注意到也可以将所有的所述管道连接在一起，由此将各种纸浆在进入白水罐以前例如先在专门的混合罐中混合在一起，由那里将原料输入一用作缓冲罐的所谓成浆池中。当然，这种混合需要适当的配料，该配料被认为对本领域的任何技术人员而言一般都是已知的，所以在本文中不更详细地描述。在本发明的这个实施方案中，各离心净化装置46-50用于处理其自身的一种纸浆，因此例如装置46处理来自造纸机的废纸碎浆机的废纸浆，装置48处理回收的纤维浆而装置50处理新的纤维浆。该图还示出与每个离心净化装置相结合的泵，利用这些泵将各种纸浆分别通过各净化器送入白水罐10中。然而，所述各泵在工艺流程中可以位于离各净化器很远的地方。甚至可以在泵与各净化器之间设置各种处理装置。采用这样的设置，每种纸浆可以得到尽可能最佳的处理，换言之，因此每一净化器可以按照所述各种纸浆的最佳过滤来选定和操作。在图中所示各净化器以后，该工艺流程可以包括用于处理每种纸浆成分所需要的各种中间罐、泵送装置或其他装置。而且，该图的实施方案示出一填料处理装置，其包括一混合/散布罐56、一填料浆输送泵58、一实现填料过滤的离心净化装置54以及将过滤后的填料材料输送到白水罐10与输送泵120之间的管道52。这样的设置确保只有真正过大的填料颗粒从填料材料流中被排除并且或者完全从系统中被排除或者例如返回散布阶段。从而，该技术方案防止了仍明显薄于纸的相当大的填料颗粒的废弃，而这样的废弃在常规现有技术的离心净化设备中可能是正常的。作为输送泵120，采用一台旋浆泵，其产生的水头至少在例如没有离心净化设备在泵120与气体分离罐16之间形成流动阻力时是足够的。并且，如上所述的，在某些情况下该输送泵可以用气体分离罐的真空装置来代替，该真空装置产生输送纸浆所需要的压力差。
图3示出按照本发明第二优选实施方案的技术方案。它涉及一新型白水罐100，其基本上位于造纸机的机器水平(白水罐的主要部分在机器水平的表面以上且其水平面明显在机器水平的表面以上)，各纤维成分经由管道40-44输入该罐中并且该罐的液面水平在水平S100处。该图以虚线示出现有技术的白水罐10和输送泵12，白水罐10位于设备的最低水平并且其液面水平在水平S10处。在某些情况下，液面水平S100与S10之间的高度差为几米，在金属网凹坑位于造纸机的金属网部分的下方的情况下尤其是如此，因此该高度差可以按在现有技术的设置中泵送能量的额外消耗直接算出。此外，大型白水罐在工艺流程的运行中导致其自身的时间延迟。在该图的技术方案中，在白水罐100的液面水平与气体分离罐16的液面水平之间的高度差dh小于9米，优选小于6米，合适的是2～4米，因此，泵120的水头要求低到足以使其完全可以采用一台旋桨泵。
除上述外必须指出，虽然与没有离心净化设备的造纸机短循环流程相结合描述了本发明，这只是本发明方法的一个特定的实施方案。换言之，本发明的方法和设备也适用于其离心净化设备位于传统位置的短循环流程中。在那种实施方案中只是丧失一些优点而已，而这些优点在采用完全按照本发明的实施方案时是能够获得的。尽管如此，采用按照本发明的旋桨泵在据证明其应用总是合适的所有用途中能带来这些明显的优点。
如以上所指出的，研发了一种对向造纸机输送的纸浆进行预处理的新方法，该方法消除了现有技术的许多缺陷和缺点并且解决了已妨碍现有技术的输入系统应用的问题。然而除上述之外必须指出，描述于各实施方案中的各个新颖的特征都可以独立应用并且决不是只限于它们在以上所述的那些方面。
权利要求
1．一种预处理纸浆的方法，利用该方法，全部纸浆或至少其主要部分借助气体分离罐的输送泵(12,120)被送入气体分离罐(16)中并由此借助叶片泵(18)再送入造纸机的料箱(22)，其特征在于，纸浆借助旋桨泵(12)被送入气体分离罐(16)。
2．按照权利要求1的纸浆预处理方法，其特征在于，在形成纸浆的各成分被输送入气体分离罐(16)以前，至少填料成分和纤维成分被分别在其各自的过滤阶段中加以处理以便从所述这些成分中去除杂质，之后将所述这些成分混合以形成纸浆。
3．按照权利要求1的纸浆预处理方法，其特征在于，纸浆中包含的各种纤维浆(例如VF、DIP、BR)都分别在其各自的过滤阶段中被加以处理。
4．按照权利要求2或3的纸浆预处理方法，其特征在于在所述过滤阶段采用离心净化处理。
5．按照权利要求2或3的纸浆预处理方法，其特征在于在所述过滤阶段采用压力过滤器。
6．按照权利要求1的纸浆预处理方法，其特征在于，纸浆借助旋桨泵(12)直接从白水罐(10)被送入气体分离罐(16)而无需采用专门的净化处理。
7．按照权利要求1的纸浆预处理方法，其特征在于，纸浆从基本上位于造纸机水平处的白水罐(100)被输送入气体分离罐(16)中。
8．一种用于预处理纸浆的设备，该设备包括至少一气体分离罐的输送泵(12)、一气体分离罐(16)、一叶片泵(18)和一造纸机的料箱(22)，其特征在于，所述气体分离罐(16)的输送泵是一台旋桨泵(120)，借助该旋桨泵将纸浆从白水罐(10)等送入气体分离罐(16)。
9．按照权利要求8的设备，其特征在于，该设备在气体分离罐输送泵(120)之前的工艺流程顺序中包括用于过滤填料浆的装置(54)和用于过滤纤维浆的装置(46、48、50)。
10．按照权利要求9的设备，其特征在于所述填料浆过滤装置包括一离心净化装置(54)。
11．按照权利要求9的设备，其特征在于所述纤维浆过滤装置包括一离心净化装置(46,48,50)。
12．按照权利要求9的设备，其特征在于所述纤维浆过滤装置包括一压力过滤器。
13．按照权利要求9、11或12的设备，其特征在于，所述纤维浆过滤装置包括对每种纤维浆各自专用的过滤装置(46,48,50)。
14．按照权利要求11、12或13的设备，其特征在于，所述纤维浆过滤装置(46、48、50)都位于白水罐(10)等之前的工艺流程序列中，白水罐(10)等又位于气体分离罐的输送泵之前。
15．按照权利要求8的设备，其特征在于所述气体分离罐(16)设有用于调节叶片泵(18)的入口压力而不产生溢流的装置。
16．按照权利要求8的设备，其特征在于，白水罐(100)和输送泵(120)基本上位于造纸机水平(K)处。
17．按照权利要求16的设备，其特征在于，白水罐(100)与气体分离罐(16)之间的液面水平高度差不大于9米。
18．按照权利要求16的设备，其特征在于，白水罐(100)与气体分离罐(16)之间的液面水平高度差优选小于6米，合适的是2～4米。
全文摘要
本发明涉及预处理纸浆的方法和设备。按照本发明的方法和设备特别优选地适用于生产含填料品级的造纸机的造纸机输入系统中。本发明的方法和设备的一个特征是采用一旋桨泵作为气体分离罐(16)的输送泵(120)。
文档编号D21D5/18GK1313917SQ99809921
公开日2001年9月19日 申请日期1999年8月18日 优先权日1998年8月21日
发明者J·马图拉 申请人:安德里兹－阿尔斯特罗姆公司