DE69003100T2

DE69003100T2 - Verfahren und vorrichtung zum abscheiden schwerer verunreinigungen aus faseraufschwemmungen während des pumpens.

Info

Publication number: DE69003100T2
Application number: DE90908534T
Authority: DE
Inventors: Kaj Henricson; Raimo Pitkaenen; Pentti Vikioe
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Sulzer Pumpen AG
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: FI82495C; WO1990015183A1; EP0475985B1; FI82495B; PT94321A; FI892807A0; DE69003100D1; EP0475985A1; US5323914A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von schweren Verunreinigungen aus Fasersuspensionen in einer Kreiselpumpe. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind besonders geeignet zur Behandlung von Fasersuspensionen in der Holzveredelungsindustrie. Der in Papier- und Zellstoffindustrie behandelte Faserstoff enthält oft schwere Verunreinigungen, z.B. Metall- oder Sandkörper. Sand wird in die Fabrik oft mit dem Rohmaterial, d.h. Holz oder Altpapier transportiert. Metall kann von verschiedenen Behandlungsvorrichtungen der Papierfabrik selbst herstammen oder mit dem Rohstoff anlangen. Metallschrott kommt in die Papierfabriken mit dem Altpapier z.B. in Form von Heft- und Büroklammern.
Eine gemeinsame Eigenschaft für alle schweren und harten Gegenstände dieser Art besteht darin, daß sie sehr nachteilig für den Prozeß sind und entfernt werden sollen. Sand und Metall verursachen Probleme, indem sie die Prozeßvorrichtungen abnutzen und sich in den Vorrichtungen ansammeln und sie verstopfen.
Schwere Partikeln werden aus dem Faserstoff normalerweise durch verschiedene Zyklonabscheider abgeschieden, die man je nach dem Anwendungsfall unterschiedlich entwickelt hat. Hier werden anhand von Beispielen zwei davon besprochen.
Ein konventioneller Niederkonsistenz-Reiniger arbeitet normalerweise in einem Konsistenzbereich von weniger als 1 % und enspricht dem in Fig. 1 mit der Nummer 10 gekennzeichneten Zyklonabscheider. Faserstoff wird mit einer hohen Geschwindigkeit durch einen tangentialen Stutzen 12 in den zylindrischen Abschnitt 14 des Abscheiders eingeführt, wo sich die schweren Partikeln an den Wänden ansammeln und eine spiralförmige Bahn entlang abwärts in einen konischen Abschnitt 16 des Abscheiders fließen, von dessem unteren Teil sie über einen Stutzen 18 entfernt werden. Der gereinigte leichtere Faserstoff sammelt sich rings um die Achse des Abscheiders 10, steigt hinauf und wird über einen Stutzen 20 am oberen Ende des Abscheiders 10 entfernt. Ein solcher Zyklonabscheider ist als solcher ein guter und wirksamer Reiniger, weist aber zwei Nachteile auf, nämlich eine niedrige Betriebskonsistenz und einen hohen Energieverbrauch. Der Energieverbrauch ist hoch, weil als Folge der niedrigen Betriebskonsistenz eine große Wassermenge durch den Fliehkraftreiniger gepumpt werden soll und der Druckverlust in der Vorrichtung groß ist.
Eine andere, allgemein zur Abscheidung von Schrott und Sand benutzte Vorrichtung ist ein Hochkonsistenz-Reiniger. Der in Fig. 2 dargestellte Hochkonsistenz-Reiniger 30 ist im übrigen identisch mit einem konventionellen Fliehkraftreiniger, ist aber mit einem Läufer 32 verse- hen. Der Läufer rotiert normalerweise im oberen Ende eines konischen Abschnitts 34 des Reinigers 30, dicht an einem Eingabestutzen 36 und Gutstoffaustrag 38. Der Läufer 32 hat zwei Funktionen. Eine davon besteht darin, die Bewegungsgeschwindigkeit des hochkonsistenten Faserstoffes und somit die Turbulenz in der Suspension auf ein Niveau anzuheben, wo sich Schrott und Sand relativ zu den Fasern bewegen können, d.h. Schrott und Sand nicht in Fasern und Faserflocken gebunden sind. Wenn das Turbulenzniveau zu niedrig ist, macht das Fasergef lecht die Suspension halbfest, wobei sich Schrott und Sandpartikeln nicht leicht in der Suspension bewegen können. Als zweite Funktion hat der Läufer 32, die Faserstoffsuspension in eine schnelle Drehbewegung zu versetzen und dadurch eine Fliehkraft zu erzeugen, die die schweren Partikeln zum Umfang des Abscheiders zwingt. Solch ein Reiniger ist anwendbar in einein Konsistenzbereich von 3 bis 5 %. Die Nachteile des Reinigers bestehen in einer erheblichen Größe und einem hohen Energieverbrauch, wenn eine ausreichende Abscheideleistung angestrebt wird. Ferner ist der Reiniger trotz seines Läufers nicht in der Lage, Druck zu erzeugen, er kann mit anderen Worten das Material nicht weiterbefördern, sondern das zu reinigende Material soll der Vorrichtung mit solch einem hohen Druck zugeführt werden, daß das Material anschließend auch aus der Vorrichtung ausgetragen wird.
In SE-B-457 614 ist eine Turbozyklon-Vorrichtung dargestellt, bei der die Suspension durch einen tangentialen Eingabestutzen eingeführt wird. Die Suspension fließt unter eine stationäre spiralförmig geformte Platte, die die Suspension auf eine spiralförmige Bahn nach unten die zusammenlaufenden Wände des Zyklons entlang leitet. Danach wird die Pulpe durch einen umlaufenden Läufer zur Steigerung der Abscheidewirkung axialen Kräften ausgesetzt. Die leichten Partikeln sammeln sich in der Zyklonmitte und fließen in einem Kanal in der Hohlwelle des Läufers aufwärts, während die schwereren Partikeln aus dem unteren Teil des Zyklons ausgetragen werden. Die Welle weist in ihrem oberen Teil Öffnungen auf, wodurch die leichten Parti- keln zum tangentialen Auslaß des Zyklons fließen können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Probleme die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik bei der Abscheidung von Sand und Schrott aus Faserstoff zu bewältigen oder zu minimieren. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist klein, und ihr Energieverbrauch ist niedrig.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die durch eine Pumpe erzeugte Drehbewegung der Fasersuspension zur Abscheidung von schweren Verunreinigungen aus der zu pumpenden Suspension benutzt wird, welche Verunreinigungen sich zum Umfang der umlaufenden Strömung bewegen, von wo sie als eine von der restlichen Suspension getrennte Strömung aus der Pumpe abgeleitet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse mindestens eine Auslaßöffnung zur Entfernung von schweren an der Gehäusewand angesammelten Verunreinigungen aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt dabei
Fig. 1 schematisch einen Zyklonabscheider gemäß dem Stand der Technik, der bei niedrigen Konsistenzen eingesetzt wird;
Fig. 2 schematisch einen Zyklonabscheider gemäß dem Stand der Technik, der bei hohen Konsistenzen eingesetzt wird;
Fig. 3 einen schematischen Schnitt quer zur Drehachse einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 einen schematischen Schnitt parallel zur Drehachse einer anderen bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 stellt schematisch eine Kreiselpumpe 40 mit einem Pumpengehäuse 42, einem Laufrad 44, einem Faserstoffauslaßstutzen oder Druckaustritt 46, und einem Auslaßstutzen 48 für schwere Partikeln dar. Das Laufrad 44 verleiht beim Umlaufen mit einer hohen Geschwindigkeit im Pumpengehäuse 42 dem zu pumpenden Faserstoff eine Drehbewegung hoher Geschwindigkeit. Die Drehbewegung und die dadurch erzeugte Fliehkraft haben zur Folge, daß die schweren Partikeln zum Außenumfang auf der Innenseite des Pumpengehäuses getrieben werden. Indem das Pumpengehäuse so konstruiert wird, daß es die schweren Partikeln dazu bringt, sich anzusammeln und zum Auslaßstutzen 48 zu fließen, wird die erforderte Abscheidung erreicht und es besteht kein Bedarf, ein Fliehkraftfeld separat in einer getrennten Vorrichtung für die Abscheidung zu erzeugen. Somit können sowohl die Abscheidung von schweren Teilchen als auch die Druckbeaufschlagung des Faserstoffes, d.h. Druckerhöhung zur Beförderung des Faserstoffes in ein und derselben Vorrichtung erfolgen. Die in Fig. 3 dargestellte Pumpe kann in vielen Teilprozessen der Papier- und Zellstoffindustrie eingesetzt werden.
Fig. 4 stellt eine andere bevorzugte Ausführungsform der erfindunsgemäßen Kreiselpumpe 50 dar, wobei ein Pumpengehäuse 52 einen ersten Abschnitt 54, in dem ein Laufrad 56 angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt 58 aufweist, in dem die Abdichtung und Lagerung der Pumpenwelle 60 arrangiert sind. Die Form des ersten Abschnittes 54 von Gehäuse 52 entspricht hauptsächlich der Form des Gehäuses einer konventionellen Kreiselpumpe mit der Ausnahme, daß der genannte Gehäuseabschnitt 54 keine Drucköffnung der Pumpe hat, der erste Abschnitt 54 des Gehäuses 52 aber als Spirale oder sich windende Spirale oder als nacheinanderfolgende ringförmige Zonen derart fortgesetzt wird, daß er den zweiten Abschnitt 58 des Gehäuses 52 bildet und an einer tangentialen Drucköffnung 62 der Pumpe endet. Der erste Abschnitt 54 des Pumpengehäuses 52 ist konventionell mit einer/einem Einlauf- oder Saugöffnung/-Stutzen 64 versehen. Es ist ein charakteristisches Merkmal der Abschnitte 54 und 58 des Pumpengehäuses 52, daß ihre Strömungsquerschnittsfläche zur Drucköffnung 62 hin derart etwas kleiner wird, daß die Umlaufgeschwindigkeit des zu reinigenden/zu pumpenden Materials in der Spirale beschleunigt wird. Dies verbessert die Abscheidewirkung der Pumpe, und der Druck des Faserstoffes ist im wesentlichen unverändert, obwohl schweres Material durch die in der Spirale vorgesehenen Auslaßöffnungen 66 abgeführt wird. Die obenbeschriebene Reduzierung der Strömungsquerschnittsfläche kann entweder wie in Fig. 4 dargestellt, wobei die Abdichtung und die Lager der Pumpe von einem hauptsächlich zylindrischen Gehäuse umschlossen sind und der Durchmesser der Spirale zur Drucköffnung hin kleiner wird, oder auf solche Weise verwirklicht werden, daß das Gehäuse, das konisch ist und die genannten Lager und die Dichtung umschließt, auf solche Weise angeordnet wird, daß es sich zum Pumpenantriebsmotor 68 hin öffnet, in welchem Fall der Durchmesser der Pumpenspirale über ihre gesamte Länge unverändert sein kann.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform kann selbstverständlich durch eine umgekehrte Lösung ersetzt werden, wobei das spiralförmige Pumpengehäuse rings um die Saugöffnung der Pumpe angeordnet ist. In diesem Fall kann die Saugöffnung bei Bedarf zylindrisch belassen werden, oder sie kann, wie oben beschrieben, konisch sein. Solch eine Anordnung ist begründet, weil die Wartung der Pumpenlager und Dichtungen und die Betriebsüberwachung erheblich leichter bei einer Pumpe sind, wo die Lager und Dichtungen leicht zugänglich sind und sich nicht im Inneren des Spiralgehäuses der Pumpe befinden.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Lösung, wobei das spiralförmig verlaufende Gehäuse durch mehrere ringförmige Gehäuseabschnitte ersetzt ist, wobei die an der Gehäusewand zirkulierenden schweren Partikeln sich nicht vom Laufrad zur Drucktrittsöffnung hin fortbewegen können, sondern setzen die Zirkulation in den genannten ringförmigen Abschnitten fort, von wo sie leicht abgeführt werden können.
Um die schweren Partikeln abzuführen sind die Spirale oder die ringförmigen Gehäuseabschnitte mit Auslaßöffnungen/-stutzen versehen, wodurch der schwere Partikeln enthaltende Faserstoffanteil aus dem Hauptstrom entfernt und einem anderen entsprechenden Abscheider oder z.B. einem Zyklon gemäß dem Stand der Technik zugeführt wird. Dabei kann der Gutstoff aus der genannten sekundären Abscheidevorrichtung entweder dem Einlauf des Abscheiders der Primärstufe oder, wenn der Austrittsdruck der Sekundärstufe ausreichend ist, direkt dem Gutstroffstrom der Primärstufe rückgeführt werden. Durch Arrangieren des Austritts passenderweise entweder auf einen entsprechenden Gegendruck oder über eine entsprechend schmale Öffnung, kann sichergestellt werden, daß der durch die Pumpe erzeugte Druck durch diese Austrittsöffnung nicht bedeutend "lecken" kann.
Im folgenden werden einige Beispiele beschrieben.
Bei der Pulperung von Altpapier gelangen mit dem Papier Sand und Metall in den Stofflöser. Nach der Pulperung wird der Faserstoff normalerweise in eine folgende Prozeßstufe gepumpt. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Abscheidung von Sand und Schrott in dieser Pumpstufe angewendet wird, werden diejenigen Probleme vermieden, die andernfalls beim Pumpen in die nächste Prozeßstufe auf- treten würden.
Bei einem zweiten Anwendungsbeispiel handelt es sich um die Eingabe von Faserstoff durch eine Pumpe in eine Klassiervorrichtung. Bei der Klassiervorrichtung dreht sich ein Läufer nah an der Siebfläche, und sowohl der Läufer als auch die Siebfläche würden stark abgenutzt werden, falls Sand und Metallschrott in die Klassiervorrichtung gelangen könnten. Durch die Abscheidung von Sand und Schrott in der Speisepumpe der Klassiervorrichtung kann die Abnutzung vermindert werden.
Ein drittes Anwendungsbeispiel handelt von der Eingabe von Faserstoff in einen Refiner. In einem Refiner wird der Faserstoff zwischen zwei umlaufenden Metall-Schneidflächen behandelt. Der Spalt zwischen den Schneiden ist oft sehr klein, sogar kleiner als 1 mm. Es ist klar, daß die Abscheidung von Schrott und Sand in der Speisepumpe des Refiners die Abnutzung der Refinerscheiben herabsetzt.
Bei einem vierten Beispiel geht es um die Eingabe von Faserstoff in einen Stoffwäscher, einen Lagerbehälter oder einen beliebigen anderen Raum, wo die Strömungsgeschwindig-keit niedrig ist. In solchen Räumen sind die schweren partikeln geneigt, sich auf dem Boden abzusetzen und die Vorrichtung allmählich zu verstopfen. Durch Abscheidung der schweren Partikeln in der Speisepumpe können die Proble- me reduziert werden.
Gemeinsam für alle obigen Beispiele ist, daß man durch die Faserstoffspeisepumpe die durch schwere Teilchen verursachten Probleme in der Vorrichtung eliminieren oder reduzieren will. Außer diesen Beispielen können aus der Papier- und Zellstoffindustrie mehr Anwendungsbeispiele gefunden werden.
Wie es aus dem Obenangeführten hervorgeht, wird es durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht, die Nachteile etlicher Systeme gemäß dem Stand der Technik zu eliminieren oder zu minimieren, wodurch die Faserstoffbehandlungsvorrichtungen einfacher und die Lebensdauer der durch die Systeme bedingten Vorrichtung erheblich länger geworden sind.

Claims

1. Verfahren zur Abscheidung von schweren Verunreinigungen aus Fasersuspensionen in Zusammenhang mit Pumpen, welchem Verfahren zufolge die Fasersuspension einer Kreiselpumpe zugeführt, der Druck der Fasersuspension in der Pumpe angehoben und die Fasersuspension aus der Pumpe bei einem Druck entfernt wird, der höher ist als der Eingabedruck, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Pumpe erzeugte Drehbewegung der Fasersuspension dazu benutzt wird, schwere Verunreinigungen aus der zu pumpenden Suspension zum Außenumfang der umlaufenden Strömung abzuscheiden, von wo die schweren Verunreinigung als eine von der restlichen Suspension getrennte Strömung aus der Pumpe ausgetragen werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu pumpende Material mindestens einen Umdrehung lang im Pumpengehäuse zirkuliert wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu pumpende Suspension mindestens zwei Umdrehungen lang im Pumpengehäuse zirkuliert wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasersuspension von einem Pulper einer Kreiselpumpe zugeführt wird, aus welcher Suspension der mit der Suspension hineineinfließende Sand und andere schwere Verunreinigung durch die Fliehkraft an die Wand des Spiralgehäuses der Pumpe abgeschieden werden, von wo die genannten Verunreinigungen gleichzeitig ausgetragen werden, wenn der Druck der Suspension zur Beförderung der Suspension in eine folgende Prozeßstufe angehoben wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schwere Verunreinigungen aus der der Pumpe zugeführten Suspension an die Wand des Spiralgehäuses der Pumpe abgeschieden werden, welche Verunreinigungen gleichzeitig aus der Pumpe abgeschieden werden, wenn die Pumpe zur Druckerhöhung der Suspension benutzt wird, um die Suspension einer Klassiervorrichtung zuzuführen.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schwere Verunreinigung aus der der Pumpe zugeführten Suspension an die Wand des Spiralgehäuses der Pumpe abgeschieden werden, welche Verunreinigungen gleichzeitig aus der Pumpe abgeschieden werden, wenn die Pumpe zur Erhöhung des Druckes der Suspension benutzt wird, um die Suspension einem Refiner zuzuführen.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schwere Verunreinigungen aus der der Pumpe zugeführten Suspension an die Wand des Spiralgehäuses der Pumpe abgeschieden werden, welche Verunreinigungen gleichzeitig aus der Pumpe abgeschieden werden, wenn die Pumpe zur Druckerhöhung der Suspension benutzt wird, um die Suspension einem Stoffwäscher, einem Stoffbehälter oder einem entsprechenden Raum zuzuführen, wo sich die schweren Partikeln auf den Boden absetzen und die Entleerung des Behälters oder einer entsprechenden Vorrichtung verhindern würden.

8. Vorrichtung zur Abscheidung von schweren Verunreinigungen aus Fasersuspensionen in Verbindung mit Pumpen, welche Vorrichtung ein Pumpengehäuse mit einer Saugöffnung und einer Drucköffnung, ein innerhalb des Gehäuses drehbar angeordnetes Laufrad, eine Laufradwelle mit Lagern und Dichtung, und einen Antrieb für die Welle umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (42, 52) der Pumpe (40, 50) mit mindestens einer Auslaßöffnung (48, 66) zur Austragung der schweren sich an der Gehäusewand ansammelnden Verunreinigungen aus der Pumpe vorgesehen ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (52) der Pumpe (50) eine Spirale (54, 58) umfaßt, die ihre Saugöffnung (64) mit der Drucköffnung (62) verbindet, welche Spirale so angeordnet ist, daß sie sich mindestens um eine volle Umdrehung um die Pumpenwelle (60) herum windet.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (52) der Pumpe (50) aus mehreren nebeneinander angeordneten ringförmigen Gehäuseabschnitten (54, 58) besteht, die die Saugöffnung (64) der Pumpe mit ihrer Drucköffnung (62) verbinden.