ФИЛЬТР И ВАРОЧНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1998 года по МПК D21C7/00 D21C3/24 

Настоящее изобретение относится к фильтру, используемому при перемещении жидкости через слой целлюлозы, главным образом с целью удаления варочной жидкости из постоянно действующего варочного котла, предназначенного для производства химической целлюлозы.

В производстве химической целлюлозы существенно возросло значение факторов, связанных с охраной окружающей среды. Отбеливание химически произведенной целлюлозы обнаруживает особенно быстрые тенденции к переходу на более экологически чистые технологии. Многие из таких технологий требуют, чтобы целлюлоза в начале процесса отбеливания обладала высокими прочностными свойствами. Таким образом, предъявляются более высокие требования к процессу, происходящему в варочном котле, по сохранению, насколько возможно, волокон, содержащихся в целлюлозе. Получению мягкого варочного процесса способствует установка в варочном котле эффективных фильтрующих устройств для обеспечения эффективного перемещения жидкости через слой целлюлозы внутри варочного котла.

В особенности в связи с использованием более высоких температур в нижней части котла (так называемая высокотемпературная зона) было установлено, что важно иметь эффективные фильтрующие устройства, тем более, что уровень температуры в котле в принципе поддерживается постоянным, т.е. осуществляется так называемая "изотермическая варка", при которой разность температур в различных зонах варки предпочтительно находится по существу в пределах 4^oC. Следовательно, существует тенденция к увеличению в будущих котлах фильтрующих элементов и/или общей площади фильтрования в нижней части котла. Это увеличение привлекло внимание к устройству индивидуальных фильтрующих элементов, немаловажных с точки зрения оптимизации расходов на монтаж и эксплуатацию.

Используемые обычно в настоящее время решетчатые фильтрующие устройства содержат ряд фильтрующих элементов, часто установленных перекрестно, причем каждый фильтрующий элемент содержит ряд параллельных вертикальных балок, между которыми выполнено отверстие, через которое может быть удалена жидкость. Типичный известный фильтрующий элемент образован параллельными фильтрующими балками (A), приваренными в выемках плоских балок (B), которые расположены поперечно. Кроме того, к задней стороне этих плоских поперечных стержней приварены опорные штыри (C), предназначенные для упирания во внутреннюю стенку (D) корпуса варочного котла для обеспечения, таким образом, опоры фильтрующего элемента.

Следовательно, известный фильтрующий элемент такого типа не является самоудерживающимся. Было установлено, что такие фильтрующие элементы очень чувствительны к неправильной установке, так как принцип основывается на упирании в корпус котла. Если фильтрующий элемент неправильно установлен, так что между стенкой котла и каким-то опорным штырем (штырями) имеет зазор, это может привести к поломке всего фильтрующего элемента. Причина заключается в том, что фильтрующий элемент выполнен очень жестким и потому не способен к изгибу под действием предельной нагрузки, что может вызвать "эффект домино" с поломкой опорных штырей и в конечном итоге разрушение всего фильтра. Поломка фильтрующего элемента приводит не только к его потере, но и к ухудшению качества целлюлозы, а также создает риск разрушения оборудования, расположенного далее по ходу процесса, незакрепленными опорными штырями.

Кроме того, существенные трудности вызывает очистка известных фильтрующих элементов, так как для промывки известного элемента должен быть обеспечен доступ к его задней поверхности, что само по себе довольно сложно. Еще одним недостатком известных фильтров является то, что они проявляют тенденцию к накоплению отложений или так называемой накипи на фильтрующих стержнях. Эти отложения, распространяющиеся с опорных штырей, ведут к уменьшению рабочей площади фильтра и к увеличению трения в фильтрующих элементах, так что через определенное время становится необходимо принятие исключительных мер для удаления отложений.

Наиболее близким аналогом является патент США N 4331509, кл. D 21 C 7/00, 1982, относящийся к фильтру и к варочному котлу для непрерывной варки целлюлозы.

Известный фильтр содержит фильтрующее устройство, включающее ряд параллельных фильтрующих балок, прикрепленных к стержням, которые расположены поперек продольной протяженности фильтрующих балок, выполнены из металла и предназначены для взаимодействия своими концами с опорными элементами.

Известный варочный котел включает корпус, установленные в корпусе фильтры и опорные элементы. Каждый из фильтров содержит фильтрующее устройство, выполненное в виде ряда параллельных фильтрующих балок, прикрепленных к стержням, которые расположены поперек продольной протяженности фильтрующих балок, изготовлены из металла и каждый своим концом имеет опирание на соответствующий опорный элемент.

Благодаря изобретению стало возможным разрешение указанных выше проблем. Изобретение предлагает фильтр для перемещения жидкости через слой целлюлозы, предпочтительно при удалении варочной жидкости из постоянно действующего варочного котла 1, предназначенного для производства химической целлюлозы. Фильтрующее устройство 2 предпочтительно имеет прямоугольную форму и содержит ряд параллельных балок 3, прикрепленных по меньшей мере к двум стержням 4, расположенным поперек продольной протяженности фильтрующих балок, выполненным из металла с очень высокой прочностью, предпочтительно из нержавеющей стали, имеющим прочность на растяжение при постоянном растяжении, не превышающем 0,2% (R_p 0,2) при 100^oC, которая превышает 200 МПа, предпочтительно превышающую 300 МПа и наиболее предпочтительно превышающую 350 МПа и имеющим каждый длину поперек продольной протяженности фильтрующих балок менее 800 мм, предпочтительно менее 650 мм и наиболее предпочтительно менее 550 мм и площадь поперечного сечения более 500 мм², причем каждый конец каждого стержня 4 предназначен для взаимодействия с опорным элементом 7, так что фильтрующее устройство становится самоудерживающимся.

Другим преимуществом предлагаемого фильтра является то, что по сравнению с известным фильтром он более удобен для установки и поддержания его в чистоте благодаря его умеренной ширине. Кроме того, при использовании предлагаемого фильтра уменьшается риск его засорения, так что число поверхностей, расположенных поперек направления движения слоя целлюлозы, еще более уменьшено.

Другим преимуществом предлагаемого фильтра является то, что благодаря отсутствию опорных штырей риск засорения фильтра накипью уменьшен. Используя специальную обработку поверхности, так называемое электролитическое полирование, получают поверхность с очень низким трением, которая, кроме того, очень плохо поддается нанесению покрытия, и таким образом еще более снижают тенденцию к отложению накипи.

Большим преимуществом новых фильтрующих элементов является то, что их ширина является оптимальной с точки зрения ухода, так что нет необходимости опускать или поднимать их для очистки. Следует отметить, что благодаря малой ширине фильтрующих стержней возможны доступ через должным образом расположенную дверцу для очистки с помощью, например, сопла высокого давления к задней стороне фильтрующих элементов и их очистка вручную с одновременной чисткой выводящих отверстий, которые могут быть засорены.

На фиг. 1 показаны основные элементы известного фильтрующего элемента; на фиг. 2 в аксонометрии основные элементы предлагаемого фильтрующего элемента; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 вид спереди предлагаемого фильтрующего элемента; на фиг. 5 вид сбоку фильтрующего элемента, изображенного на фиг. 4; на фиг. 6 специальный фильтрующий элемент, в котором выполнена дверца для чистки.

Фиг. 1 иллюстрирует известный способ устройства фильтрующего элемента, при котором он не является самоудерживающимся. Этот фильтрующий элемент содержит ряд параллельных фильтрующих балок A, закрепленных в канавках поперечной опоры B. Опорные штыри, упирающиеся во внутреннюю стенку корпуса D варочного котла, расположены через правильные интервалы на задней стороне поперечной опоры B.

Фиг. 2 показывает предпочтительный вариант выполнения части варочного котла 1, в котором расположен предлагаемый фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент 2 содержит балки 3, расположенные параллельно друг другу. Высота (h) этих балок значительно превышает их ширину (b) (предпочтительно h больше b). Благодаря только такой конструкции они могут изгибаться в боковом направлении, но проявляют значительную жесткость на изгиб, когда прилагаемое усилие направлено вдоль радиуса варочного котла, т.е. в том же направлении, в котором действуют усилия при удалении жидкости. Кроме того, этот чертеж показывает, что каждая балка 3 имеет обращенную внутрь (к центру котла) открытую поверхность 3A, которая больше поверхности 3B, обращенной наружу.

Балки 3 приварены к поперечным стержням 4. Угловой сварной шов 8 выполнен вровень с задней поверхностью балки 3 и обращенной внутрь плоской поверхности 4A стержня 4. Стержень 4 выполнен из материала с очень высокой прочностью, предпочтительно из металла, лучше из нержавеющей стали, и имеет прочность на растяжение при постоянном растяжении, не превышающем 0,2% R_p0,2) при 100^oC, превышающую 200 МПа, предпочтительно превышающую 300 МПа и наиболее предпочтительно превышающую 350 МПа.

Кроме того, площадь поперечного сечения стержней 4 превышает 500 мм², предпочтительно 700 мм², а жесткость на изгиб наугад выбранной части фильтрующего устройства эквивалентна приблизительно 4500 мм³.

Кроме того, стержни 4 расположены на расстоянии более 200 мм друг от друга, предпочтительно на расстоянии 230 мм±25 мм.

На каждом конце каждого стержня 4 фильтрующий элемент 2, не будучи прикрепленным, упирается в опорный элемент 7, приваренный швом 9 к корпусу 1A варочного котла. Опорный брус 13, расположенный вертикально, приварен к опорному элементу 7. Этот опорный брус служит опорой для расположенных вертикально L-образных профилей 10, ограничивающих снаружи по вертикали каждый фильтрующий элемент 2. Если два фильтрующих элемента 2 должны быть установлены непосредственно рядом друг с другом, как показано на чертеже, то опорный брус 13 надежно приваривают к середине опорного элемента 7, так что опорный брус 13 и опорный элемент 7 служат для установки и поглощения усилия каждого из соседних фильтрующих элементов. Для обеспечения надежной приварки фильтрующих элементов 2, установленных вертикально, необходимо оставить зазор около 8 мм между соседними фильтрующими элементами 2. Соответствующим образом опорное кольцо 14 образует горизонтальную непрерывную опору задней части изогнутого стержня 5, образующего нижний и верхний периферийный элемент фильтрующего элемента 2.

Фиг. 3 показывает в поперечном сечении, как каждый индивидуальный фильтрующий элемент 2 расположен по отношению к корпусу варочного котла, показанному сбоку. Как видно из этого чертежа, между корпусом 1A варочного котла и задней поверхностью 4B каждого стержня 4 образован относительно большой зазор, так что каждый фильтрующий элемент 2 имеет возможность изгиба наружу в радиальном направлении. Кроме того, из фиг. 3 видно, что каждая балка 3 своим концом закреплена в плоском стержне 5, изогнутом определенным образом.

Плоский стержень 5 последовательно изогнут таким образом, что его первая поверхность 5A расположена вертикально, ее верхняя часть находится на одном уровне с обращенной внутрь поверхностью 3A фильтрующих стержней, а нижняя несколько смещена по направлению к корпусу котла. Вторая поверхность 5B направлена так, что ее нормальная плоскость образует угол около 45^o (±10^o) по существу плоской обращенной внутрь поверхностью фильтрующего элемента. На нижнем краю фильтрующего элемента соответствующая поверхность 5B направлена соответствующим образом, так что нормальные (или расположенные под углом 45^o) плоскости этих поверхностей пересекаются приблизительно прямо перед центром поверхности фильтрующего элемента под углом 90^o, т.е. у основания поверхность 5B направлена наклонно вверх, а у вершины наклонно вниз.

Конструкция с таким расположение поверхностей обладает тем преимуществом, что позволяет избежать забивание фильтра при прохождении слоя целлюлозы через этот участок. Конструкция не содержит выступающих ступеней, которые могут блокировать часть целлюлозы и привести к забиванию. Разница между расположением верхнего и нижнего плоских стержней 5 по отношению к вертикальной поверхности 5A, т.е. тот факт, что обращенная внутрь поверхность 5A у основания расположена несколько ниже (радиально снаружи) обращенной внутрь поверхности фильтрующего элемента, обусловлена тем, что благодаря этому при прохождении целлюлозы через это место образуется дополнительный зазор, что еще более способствует прохождению слоя целлюлозы.

Кроме того, из фиг. 3 видно, что каждый фильтрующий элемент прилегает своими вертикальными краями к L-образным профилям 10, одна полка которого направлена радиально (обеспечивает жесткость), а другая имеет обращенную внутрь поверхность, которая расположена на одном уровне с направленной внутрь поверхностью фильтрующего элемента, причем край этой полки приваривают к опорному брусу 13 при монтаже. Следовательно, между указанными краями должен быть оставлен зазор, обеспечивающий возможность сварки.

Соответственно, наружный конец изогнутого плоского стержня 5 приварен посредством углового шва 18 к опорному кольцу 14. Следует заметить, что поглощение нагрузки, действующей на фильтрующий элемент в радиальном направлении наружу, не является функцией этого шва, так как эта сила поглощается стержнями 4 благодаря их установке с возможностью качания на опорных элементах 7. Удаление происходит через выпускные отверстия 15 в опорном кольце 14, ведущие вниз в полость коллектора 16, ограниченного изнутри пластиной, и далее через соединительную деталь известным способом.

На фиг. 4 и 5 представлен в видах соответственно спереди и сбоку предпочтительный вариант выполнения фильтрующего элемента 2 в сборе. Высота фильтрующего элемента 2, как видно из чертежей, значительно превышает его ширину. Что касается ширины, то в данном предпочтительном случае она составляет 500 мм±50 мм. Далее, ширина стержневого элемента 4 составляет менее 800 мм, предпочтительно 650 мм и наиболее предпочтительно 550 мм. Причина этого, как уже было сказано, заключается в том, что такая конструкция упрощает монтаж и техническое обслуживание, а также делает элемент "самоудерживающимся".

Фиг. 6 иллюстрирует особый вариант выполнения фильтрующего элемента, в котором в нижней части фильтрующего элемента расположена дверца для очистки. Она выполнена в пластине 12, приваренной между нижними удлиненными концами L-образных профилей 10 с целью, как уже было сказано, обеспечения возможности промывки и очистки фильтрующего элемента с задней стороны, а также доступа к выпускным отверстиям. Этот вариант с дверцей 11 для чистки, расположенной в основании фильтрующих элементов, предназначен для фильтров, в которых фильтрующие элементы 2 установлены рядом в непосредственной связи друг с другом.

В другом варианте фильтрующие элементы могут быть установлены перекрестно, так что за каждым фильтрующим элементом следует пустая пластина. В этом случае дверца для очистки может быть выполнена отдельно, в пределах площади пустой пластины.

Изобретение не ограничивается вариантами изобретения, рассмотренными выше, но может быть изменено в пределах объема предлагаемой формулы изобретения. Таким образом, очевидно, что рассмотренные конкретные конфигурации фильтрующего элемента или его поперечных опор, как и профили стержней не ограничивают объема изобретения. Например, поперечные опоры могут быть выполнены не прямоугольными, а треугольными, а фильтрующие элементы квадратными или иметь другую подходящую конфигурацию, в том числе и не прямоугольную. Кроме того, очевидно, что для установки фильтрующих элементов вместо сварки могут быть использованы болтовые соединения и т.п. Далее, для специалиста в данной области техники очевидно, что опорный элемент может быть приварен не к корпусу варочного котла, а к индивидуальному фильтрующему элементу. Недостатком этого последнего варианта является то, что в этом случае трудно компенсировать неровности в корпусе котла. В предпочтительном варианте сначала приваривают опорные кольца 14, после чего, как правило, с помощью линейки измеряют расстояние от внутренней поверхности опорного кольца до корпуса варочного котла, которое должно быть по существу постоянным в вертикальном направлении. Если обнаруживают относительно большое отклонение, его можно компенсировать, несколько приподняв при сварке опорный элемент 7, или каким-либо другим известным способом.

Использование: изобретение относится к фильтрам для перемещения жидкости через слой целлюлозы главным образом при удалении варочной жидкости из постоянно действующего варочного котла, предназначенного для производства химической целлюлозы. Сущность изобретения: фильтр предпочтительно имеет прямоугольную форму и содержит ряд параллельных балок, прикрепленных по меньшей мере к двум стержням, расположенным поперек продольной протяженности фильтрующих балок, выполненным из металла, предпочтительно из нержавеющей стали, имеющим прочность на растяжение при постоянном растяжении, не превышающем 0,2% при 100^oC, которая превышает 200 МПа, предпочтительно 300 МПа и наиболее предпочтительно 350 МПа, и имеющим ширину менее 800 мм, предпочтительно 650 мм и наиболее предпочтительно 550 мм. Таким образом фильтр становится самоудерживающимся. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Фильтр для перемещения через слой целлюлозы варочной жидкости, удаляемой из непрерывно действующего варочного котла для производства химической целлюлозы, содержащий фильтрующее устройство, предпочтительно имеющее прямоугольную форму и включающее ряд параллельных фильтрующих балок, прикрепленных к стержням, которые расположены поперек продольной протяженности фильтрующих балок, выполнены из металла и предназначены для взаимодействия своими концами с опорными элементами, отличающийся тем, что фильтрующее устройство имеет по меньшей мере два стержня, которые выполнены из нержавеющей стали, имеют прочность на растяжение при постоянном растяжении, не превышающем 0,2% при 100^oС, превышающую 200 МПа, предпочтительно превышающую 300 МПа и наиболее предпочтительно превышающую 350 МПа, при этом стержни имеют длину поперек продольной протяженности балок менее 800 мм, предпочтительно менее 650 мм и наиболее предпочтительно менее 550 мм и площадь поперечного сечения более 500 мм². 2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения стержней превышает 700 мм². 3. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит два крайних стержня, расположенных на концах фильтрующих балок и имеющих наклонные поверхности, наклоненные под углом 45^o к поверхности фильтра. 4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что высота каждой балки значительно превышает ее ширину, причем предпочтительно соотношение, при котором высота балки больше, чем две ее ширины. 5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что стержни каждого фильтрующего устройства смонтированы предпочтительно на расстоянии более 200 мм один от другого и имеют по меньшей мере одну плоскую поверхность, причем фильтрующие балки прикреплены к стержням со стороны их плоской поверхности посредством угловой сварки. 6. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что элементы фильтрующего устройства обработаны способом электролитического полирования. 7. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что в нижней части фильтрующего устройства смонтирована пластина, в которой выполнена дверца для чистки. 8. Варочный котел для производства химической целлюлозы, включающий корпус, фильтры, опорные элементы, установленные между корпусом и фильтрами, каждый из фильтров содержит фильтрующее устройство, выполненное в виде ряда параллельных фильтрующих балок, прикрепленных к стержням, которые расположены поперек продольной протяженности фильтрующих балок, изготовлены из металла и каждый своим концом имеет опирание на соответствующий опорный элемент, отличающийся тем, что фильтрующее устройство имеет по меньшей мере два стержня, которые выполнены из нержавеющей стали, имеют прочность на растяжение при постоянном растяжении, не превышающем 0,2% при 100^oС, превышающую 200 МПа, предпочтительно превышающую 300 МПа и наиболее предпочтительно превышающую 350 МПа, при этом стержни имеют длину поперек продольной протяженности балок менее 800 мм, предпочтительно менее 650 мм и наиболее предпочтительно менее 550 мм и площадь поперечного сечения более 500 мм², а опорные элементы предпочтительно прикреплены к корпусу котла. 9. Котел по п.8, отличающийся тем, что опорные элементы расположены на вертикальных краях фильтрующих устройств, а протяженность каждого опорного элемента достаточна для опирания на него концов стержней двух фильтрующих устройств, установленных рядом. 10. Котел по п.9, отличающийся тем, что между двумя фильтрующими устройствами, установленными рядом, смонтирована пластина, в которой выполнена дверца для чистки.