提供用于对木片或浆纤维进行磨浆的方法、系统和磨浆机。磨浆发生在至少两个连续的磨浆阶段(2、3)，木片或浆纤维借助载运介质供应通过所述至少两个后续磨浆阶段，由此在位于磨浆机(22、32)的定子单元(221)和转子单元(222)之间或两个转子单元之间的磨片间隙中进行实际磨浆，定子单元(221)和转子单元(222)包括磨浆机段。根据本发明，在这些连续的阶段中利用气态载运介质或蒸汽类载运介质，在磨浆工艺中供给载运介质与木片/纤维的混合物，并且通过给料器装置(21、31)将纤维和气态或蒸汽类载运介质分别供给至磨浆机(22、32)内。
1.一种用于对木片或浆纤维进行磨浆的方法，所述方法在至少两个连续的磨浆阶段(2、3)中执行，所述木片或浆纤维由载运介质被供给通过所述至少两个连续的磨浆阶段，由此在磨片间隙中进行实际磨浆，所述磨片间隙位于磨浆机(22、32)的定子-转子单元(221、
222)之间或两个转子单元之间，所述定子-转子单元包括磨浆机段，其特征在于：在所述连续的磨浆机阶段(2、3)中利用气态载运介质或蒸汽类载运介质，在磨浆工艺中供给所述载运介质与木片/纤维的混合物；并且通过给料器装置(21、31)将木片/纤维和气态或蒸汽类载运介质分别供给至所述磨浆机(22、32)内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述连续的阶段中利用气态载运介质或蒸汽类载运介质，在磨浆工艺中供给所述载运介质与木片/纤维的混合物；并且通过用作所述给料器装置(21、31)的机械分离器，将所述纤维和所述气态或蒸汽类载运介质分别供给至所述磨浆机(22、32)内。
3.根据权利要求1和/或权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述连续的阶段中利用气态载运介质或蒸汽类载运介质，在磨浆工艺中供给所述载运介质与木片/纤维的混合物；并且利用所述木片或纤维和所述气态或蒸汽类载运介质的机械分离器(21、31)例如Peri式给料器，将所述木片/纤维和所述气态或蒸汽类载运介质分别供给至磨浆机(22、
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述磨浆工艺的所述连续的磨浆阶段中利用所述气态载运介质或蒸汽类载运介质，在所述连续的磨浆阶段中或所述连续的磨浆阶段之间运送所述载运介质与木片或纤维的混合物，所述磨浆工艺优选为TMP磨浆工艺或CTMP磨浆工艺；并且利用所述木片或纤维和所述气态或蒸汽类载运介质的给料器装置，将所述木片或纤维和所述气态或蒸汽类载运介质分别供给至磨浆机(22、32)内，所述给料器装置优选为机械分离器(21、31)，例如为Peri式给料器。
5.根据前述权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于：将所述蒸汽类载运介质/气态载运介质的供应分为至少两部分，由此将所述蒸汽/气体的一部分(811、813；
911、913)供给至所述磨浆机(22、32)内及所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之前，即供给至输入侧；并且将所述蒸汽/气体的第二部分(812、814、815、816；912、914)供给至所述磨浆机(22、32)内及所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之后，即供给至输出侧。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：通过所述蒸汽/气体的供应的所述第二部分的第一供应线(812、814；912、914)，将所述蒸汽/气体供给通过所述磨浆机的壳体的外壁，最优选地供给至所述磨浆机的位于所述磨浆机(22、32)的所述输出侧的出口区。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：通过第二供应线(815、816)将所述蒸汽/气体供给至喷放管(9)内或流管内，所述喷放管(9)或流管在所述磨浆机的所述输出侧联结连续的磨浆机(22、32)。
8.根据前述权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于：将所述蒸汽/气体供给至所述磨浆机(22、32)的位于所述磨浆机的输入侧的供应线(811、813；911、913)内或入口管内。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在所述磨浆机(22、32)的输入侧并且在所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之前，将所述蒸汽/气体供给至位于所述磨浆机的壳体内部的破碎区。
10.根据前述权利要求1到9中任一项所述的方法，其特征在于：将压缩空气、或空气与蒸汽的混合物用作所述气态载运介质。
11.根据前述权利要求1到9中任一项所述的系统，其特征在于：将水蒸气用作所述蒸汽类载运介质。
12.一种用于对木片或浆纤维进行磨浆的系统，所述系统包括至少两个连续的磨浆阶段(2、3)，所述木片或浆纤维借助载运介质来通过所述至少两个连续的磨浆阶段，由此在磨片间隙中进行实际磨浆，所述磨片间隙位于磨浆机(22、32)的定子-转子单元(212、222)之间或两个转子单元之间，所述定子-转子单元包括磨浆机段，其特征在于：所述载运介质是气态载运介质或蒸汽类载运介质，用于在磨浆工艺中供给所述载运介质与木片/纤维的混合物；并且给料器装置(21、31)被设置成将所述木片/纤维和气态或蒸汽类载运介质分别供给至所述磨浆机(22、32)内。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述给料器装置是机械分离器，设置成将所述木片或所述纤维和所述气态或蒸汽类载运介质分别供给至所述磨浆机(22、32)内。
14.根据权利要求12和/或权利要求13所述的系统，其特征在于：载运介质包括气态载运介质或蒸汽类载运介质，用于在磨浆工艺中供给所述载运介质与木片或浆纤维的混合物；并且每个所述连续的磨浆阶段包括给料器单元，所述给料器单元是所述木片或所述纤维和所述气态载运介质或所述蒸汽类载运介质的机械分离器，即Peri式给料器；所述给料器在每个磨浆阶段中将所述木片或所述纤维和所述气态或蒸汽类载运介质分别供给至磨浆机的破碎或给料区。
15.根据前述权利要求12到14中任一项所述的系统，其特征在于：所述磨浆工艺优选为在至少一个或两个连续的磨浆阶段中执行的机械热磨制浆(TMP)或化学热磨机械制浆(CTMP)磨浆工艺。
16.根据前述权利要求12到15中任一项所述的系统，其特征在于：载运介质由TMP或CTMP磨浆工艺线的所述连续的阶段中的气态或蒸汽类载运介质组成，用于在所述磨浆工艺中供给所述载运介质与木片或纤维的混合物。
17.根据前述权利要求12到16中任一项所述的系统，其特征在于：至所述磨浆机内的所述蒸汽类载运介质/气态载运介质的供应被分成至少两部分，由此所述蒸汽/气体的供应的第一部分(811、813、814、815；911、913)被供给至所述磨浆机内并在所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之前，即输入侧；并且所述蒸汽/气体的供应的第二部分(812、
814；912、914)被供给至所述磨浆机内并在所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之后，即输出侧。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述蒸汽/气体是通过所述蒸汽/气体的供应的所述第二部分的第一供应管道(812、814；912、914)，被供给穿过所述磨浆机的壳体的外壁，最优选地，被供给至所述磨浆机(22、32)的位于所述磨浆机的输出侧的出口区。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述蒸汽/气体通过所述蒸汽/气体的供应的所述第二部分的第二供应线(815、816)被供给至喷放管道(9)内或流管内，所述喷放管道(9)或流管在所述磨浆机的所述输出侧联结连续的磨浆机(22、32)。
20.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述蒸汽/气体经由位于所述磨浆机的所述输入侧的供应线(811、911)或入口管被供给至所述磨浆机(22、32)内。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：所述蒸汽/气体被供给至所述磨浆机(22、32)的破碎区内，所述破碎区位于所述磨浆机的在所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之前的输入侧。
22.根据前述权利要求12到21中任一项所述的系统，其特征在于：所述气态载运介质是压缩空气、或空气与蒸汽的混合物。
23.根据前述权利要求12到21中任一项所述的系统，其特征在于：所述蒸汽类载运介质是水蒸气。
24.一种用于对木片或浆纤维进行磨浆的磨浆机，包括：壳体，包围一定子-转子单元(221、222)或多个转子单元；分别供应装置，位于所述定子-转子单元或所述转子单元的输入侧，用于将载运介质和木片/纤维供给至所述磨浆机内；以及移除装置，位于所述定子-转子单元或所述转子单元的输出侧，用于将磨浆后的木片/纤维与所述载运介质一起从所述磨浆机移除；所述木片/纤维借助载运介质穿过磨浆机(2、3)，由此在磨片间隙中进行实际磨浆，所述磨片间隙位于磨浆机(22、32)的定子-转子单元(212、222)之间或两个转子单元之间，所述定子-转子单元或转子单元包括磨浆机段，其特征在于：应用所述载运介质的供应的分别供应，由此所述载运介质的第一供应部(811、813；911、913)位于所述磨浆机(22、32)的处于所述定子-转子单元(221、222)或所述转子单元之前的输入侧，并且所述载运介质的至少一个第二供应部(812、814；912、914)位于所述磨浆机(22、32)的处于所述定子-转子单元(221、222)或所述转子单元之后的输出侧。
25.根据权利要求24所述的磨浆机，其特征在于：至所述磨浆机内的所述蒸汽类/气态载运介质的供应分成至少两部分，由此所述蒸汽/气体的供应的第一部分(811、813、
814、815；911、913)供给至所述磨浆机内及所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之前，即供给至所述输入侧；并且所述蒸汽/气体的供应的第二部分(812、814；912、914)供给至所述磨浆机内及所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之后，即供给至所述输出侧。
26.根据权利要求25所述的磨浆机，其特征在于：所述蒸汽/气体是通过所述蒸汽/气体的供应的所述第二部分的第一供应线(812、814；912、914)，被供应通过所述磨浆机的壳体的外壁，最优选地，被供应至所述磨浆机(22、32)的位于所述磨浆机的所述输出侧的出口区。
27.根据权利要求26所述的磨浆机，其特征在于：所述蒸汽/气体通过所述蒸汽/气体的供应的所述第二部分的第二供应线(815、816)供给至喷放管道(9)内或流管内，所述喷放管道(9)或流管在所述磨浆机的所述输出侧联结连续的磨浆机(22、32)。
28.根据前述权利要求24到27中任一项所述的磨浆机，其特征在于：所述蒸汽/气体在所述磨浆机的所述输入侧经由供应线(811、911)或入口管供给至所述磨浆机(22、32)内。
29.根据权利要求28所述的磨浆机，其特征在于：所述蒸汽/气体供给至所述磨浆机(22、32)的破碎区内，所述破碎区位于所述磨浆机的处于所述定子-转子单元(221、222)或转子单元之前的所述输入侧。
用于对木片或浆纤维进行磨浆的方法、系统以及磨浆机
技术领域
[0001] 本发明涉及木片或浆纤维(pulp fiber)的磨浆。更具体地，本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的用于对木片或浆纤维进行磨浆的方法，以及根据独立权利要求12的前序部分所述的用于对木片或浆纤维进行磨浆的系统。本发明还涉及根据本发明的独立权利要求24的前序部分所述的用于对木片或浆纤维进行磨浆的磨浆机。
[0002] 依据本发明的内容，磨浆工艺通常以至少两个连续的磨浆阶段(refining stage)进行，木片或浆纤维借助载运介质(carrier medium)通过这至少两个连续的磨浆阶段，由此在位于磨浆机的定子-转子单元之间或两个转子单元之间的磨片间隙(plate gap)中进行实际磨浆，其中定子-转子单元或转子单元包括磨浆机段(refiner segment)。然而，根据本发明的磨浆机也可适用于单个阶段的磨浆工艺。
背景技术
[0003] 对设有热能回收部的改进的磨浆工艺而言，第一步骤是给磨浆机增压；在1976年的中试规模当中，Kaipola纸厂(Kaipola Mills)完成了第一步骤。此改进很快被接受，并且在1977年，新的TMP车间(TMP plant)应用于并开始于Kaipola纸厂(United Paper Mills，联合造纸厂)。具有300T/d产能的TMP车间设有增压的第一阶段和非增压的第二阶段。在Kaipola纸厂获得良好经验之后，热能回收作为用于造纸机的清洁蒸汽成为今天TMP车间的标准概念。
[0004] 典型地，实际磨浆在位于磨浆机的定子单元和磨浆机的转子单元之间或磨浆机的两个转子单元之间的磨片间隙中进行，其中定子单元和转子单元都包括磨浆机段；这些磨浆机段具有不同的几何设计，以对流动现象、单位能耗(SEC)、纸浆特性、及木片或浆纤维的分布产生特定影响。
[0005] 典型地，磨浆工艺是机械热磨制浆(thermomechanical refining)工艺换言之即TMP工艺，或化学热磨机械制浆(chemitermomechanical refining)工艺换言之即CTMP工艺，由此在TMP或CTMP主线(main line)中的一个、两个或三个磨浆阶段执行多级磨浆工艺。磨浆机可为单盘(SD)、双盘(DD)、锥式盘(CD)或双磨浆机。实际磨浆在磨浆机的定子和磨浆机的转子之间或在磨浆机的两个转子之间的磨片间隙中进行，由此一个或多个转子可优选在1500rpm和1800rpm之间旋转。定子单元和转子(均优选由特定的合金制成)都包括磨浆机段，这些磨浆机段具有不同的几何设计以对流动现象、单位能耗(SEC)、纸浆特性以及木片或浆纤维的分布产生特定影响。
[0006] 加工中送入磨浆机以运送预热木片的载运介质典型地是水或其它流体。磨浆段具有不同的几何设计，这将对物质和蒸汽的流动现象、SEC、浆纤维的分布以及纸浆特性产生特定影响。
[0007] 由芬兰的Esa Vijakainen、Roland Pehrsson、Timo Sopanen、Markku Perkola完成的名称为“MEASURED MASS AND HEAT BALANCE OF THE TANDEM TMP LINE”的“TAPPI”文献公开了当前设计TMP磨浆线的基本原理。大致上，此文献表现的是在耶姆森科斯基纸厂的TMP车间的TMP磨浆线的总体平衡(total balance)。这些结果和推断是基于利用传统流动、压力和温度指示器的测量和TMP车间的工艺控制系统得出的。
在1981年创建了拥有五条磨浆机线(SD-60，6.5MW)的TMP车间，其产能为575t/d，1984年增加了第六条磨浆线。TMP车间生产用于PM4和/或PM5的连二亚硫酸盐以及过氧化物漂白的TMP。在1985年，PM4生产了不同的涂布含木胶版印刷纸而PM5生产了超压杂志用纸(SC-magazine paper)。热能回收部包括用于将脏的高压蒸汽转化成清洁蒸汽的薄板热交换器以及用于以脏的低压蒸汽来加热工厂用水的热交换器。被回收的清洁蒸汽用于PM5。
所需全部蒸汽的50％到60％的部分由TMP蒸汽回收。来自低压热能回收部的热能被用于加热备用发电厂的供水。
[0008] 考虑到TMP热能回收的不同选择。造纸机的热能回收可增加到全部磨浆能量的70％。TMP回收的基本原理是基于主线磨浆机的废热的大约70％可作为清洁蒸汽被回收用于造纸机的事实。在实践中，这已在许多装置中得到了证实。然而，当需要更有效的热能回收时，我们还应该更加确切地了解TMP车间的热损失和热平衡。
[0009] 在通过“TAPPI”文献所公开的TMP车间的情况下，通过工艺控制/信息系统(Honeywell TDC-2000)获得多个工艺值。利用文丘里管、转子流量计和孔板流量计进行流量测量。特别地，由于蒸汽所携带的液体冷凝水滴，在工艺蒸汽流量的测量中存在一些困难。由于文丘里管测量失败，又导致磨浆机之间的纤维流的流量测量失败。生产率与预热器进给螺杆的转速相关联。如果需要，通过监控系统获得压力值。使用热电偶和温度计测量温度。不同纤维流的一致性通过独立的样品和实验室测试来计算。稀释水(用于旋风式喷射和磨浆稀释)和白水的温度都是61℃。测试期间平均生产率为102±2t/d，而在三个测试天期间主线磨浆机的SEC和加拿大标准游离度(CSF)的能量值分别是SEC2045kWh/t和CSF 105ml.
[0010] 美国专利7300540公开了用于木片的TMP磨浆工艺的系统和方法。根据此文献的教导，通过以下步骤来提供用于磨浆的木片：使木片暴露于蒸汽环境以软化木片，使软化后的木片挤压破解(destructuring)并脱水至固体浓度在55％以上，而且使破解和脱水后的木片稀释至浓度在大约30％到55％的范围内。材料通过破解而被部分离解(defibrated)。将上述被稀释的材料供给转盘式主磨浆机，其中每个相对的磨盘都具有杆和凹槽构成的内环图案以及杆和凹槽构成的外环图案。部分离解的木片通过在内环的破解而基本上完全被离解，并且所产生的纤维在外环中被纤丝化(fibrillated)。上述的挤压破解、脱水和稀释可全部在一个集成式的直接位于主磨浆机的上游的设备中执行，并且纤维化和纤丝化均在主磨浆机中的仅一组相对转动的磨盘之间完成。
[0011] 美国专利6458245公开了木片的CTMP磨浆工艺。根据此文献的教导，由木质获得率(wood yield)高于88％、低树脂含量低于0.15％、长纤维含量高于70％、短纤维含量低于10％而且纤维素含量(shive content)小于3的木化纤维素材料制成吸收剂、化学热机械制浆。生产纸浆的方法包括浸渍、预热、分离纤维和冲洗材料的步骤。木片的浸渍和预热在如下条件下进行：在最多2分钟、特别地最多1分钟、优选最多0.5分钟的组合时间段中，在一个并且是同一个容器中；利用具有至少100℃、适合地至少130℃的温度，并且优选在预热加工中具有基本相同温度的热浸渍液体；并且在150℃和175℃之间的温度，优选在160℃到170℃之间的温度预热木片。当在135℃进行预热和分离纤维时，通过能量输入进行分离纤维，所述能量输入为分离纤维所需的最多能量输入的一半。
[0012] 在机械制浆中，高的电能耗(SEC)已经被认为是诸如TMP和CTMP磨浆工艺，特别是针叶板材(SW)类的所有机械制浆工艺的严重的缺点和问题。然而，与化学制浆相比，不断增长的原材料和资金成本更有利于机械制浆。尤其是由于TMP工艺和CMTP工艺的良好纤维特性并且在一定程度上由于回收蒸汽的高价值，TMP工艺和CMTP工艺正变得越来越流行。
[0013] 能效因高紊流而变得相当的低，目前通过不同来源估计，小于5％的一次能量(primary energy)用于纤维加工，其余能量则耗费在稀释水的蒸发并且耗费于摩擦和其它损失上。
[0014] 高电能耗的主要原因在于“反喷蒸汽(blow-back steam)”；反喷蒸汽逆着木片/纸浆输入的方向从磨片间隙向后流动，从而产生许多“无用的”紊流和混合功。这种反喷蒸汽是因磨浆区中的稀释水蒸发引起的。一些研究(Esko JAMA-project1992-1999)声称，全部能量的50％消耗在这种“混合/输入”区，而仅有50％的能量消耗在实际磨浆区中。另一些研究(Hans-Olof Backlund，Lic Thesis)则声称85％的能量消耗在磨浆区中。
[0015] 此外，无论载运介质为何，根据现有技术的磨浆工艺都有以下缺点：载运介质所运送的木片或纤维倾向于分层，并且聚积在磨浆机壳体的内壁上同时阻碍或堵塞磨浆机的出路或出口。有理由假设穿过磨浆机的载运介质和木片或纤维的混合物的狭窄流动导管或通道使载运介质被压紧，这导致运送的木片或纤维变湿，并由此分层并聚积到磨浆机壳体的壁上同时堵塞或阻碍磨浆机的出路或出口。
发明内容
[0016] 本发明的主要目的是消除或至少实质上减少现有技术的问题和缺点。根据本发明的一个方案，本发明的第二个目的是提供一种新的、发明性的用于对木片或纤维进行磨浆的方法。根据本发明的第二方案，本发明的第三个目的是提供一种新的、发明性的用于对木片或纤维进行磨浆的系统。根据本发明的第三方案，本发明的第四个目的是消除或减少根据现有技术在磨浆工艺中因被用作载运介质的水蒸发而引起的“反喷蒸汽”现象。根据本发明的第四方案，本发明的第五个目的是减少根据现有技术的磨浆工艺的高电能耗。根据本发明的第五方案，本发明的第六个目的是确保磨浆机的内部，特别是使得出口区段或出口区保持清洁以及不堵塞。
[0017] 通常，通过在独立权利要求1的特征部分限定了实质特征的方法，能够实现本发明的这些目的。在从属权利要求2到11中限定了根据本发明的方法的其它附加和实质性的特征。
[0018] 通常，通过在独立权利要求12中限定了实质特征的系统，也能够实现本发明的这些目的。在从属权利要求13到23中限定了根据本发明的系统的其它附加和实质性的特征。
[0019] 通常，通过在独立权利要求24中限定了实质特征的磨浆机，也能够实现本发明的这些目的。在从属权利要求25到29中限定了根据本发明的磨浆机的其它附加和实质性的特征。
[0020] 因此，本发明的基本原理是在磨浆工艺中不使用稀释流体或水，而是用气态的载运介质或蒸汽类的介质替代稀释流体，所述磨浆工艺可以是多级或单级TMP磨浆工艺也可以是多级或单级的CTMP磨浆工艺。根据本发明，水蒸气用作蒸汽类载运介质(steam like carrier medium)，并且压缩空气(或空气和蒸汽的混合物)用作气态载运介质。优选地，针对磨浆机的输入侧和输出侧，采用分别的载运介质供应装置。
[0021] 根据本发明的最优实施例，蒸汽类/气态载运介质的供给被分为两部分，优选地，蒸汽/气体的第一部分供给至磨浆机内且在定子-转子单元或转子单元之前，即输入侧；并且蒸汽/气体的第二部分供给至磨浆机内且在定子-转子单元或转子单元之后，即输出侧。在磨浆机的输出侧，可将蒸汽/气体供给至磨浆机壳体的外周，特别是供给至磨浆机的出口区以防止产生停滞区域(stagnant area)，磨浆后的纸浆会在这种停滞区域聚积并堵塞磨浆机。在磨浆机的输出侧，可将蒸汽/气体供给至联结连续的磨浆机的喷放管(流管)内。在磨浆机的输入侧，可将蒸汽/气体供给至磨浆机的供应管(入口管)内。在磨浆机的输入侧，可将蒸汽/气体供给至磨浆机的壳体中位于定子-转子单元或转子单元之前的压碎区(crush zone)内。
[0022] 根据本发明的其它实施例，蒸汽类/气态载运介质的供给可分为三部分，由此将蒸汽/气体的第一部分供给至磨浆机内及定子-转子单元或转子单元之前，即输入侧；并将蒸汽/气体的第二部分供给至磨浆机内及定子-转子单元或转子单元之后，即输出侧；且将蒸汽/气体的第三部分供给至磨浆机的位于磨浆机的输入侧的供应管或入口管内。
[0023] 下面将说明本发明的有益效果：避免了磨浆机稀释水的蒸发。减少甚至消除了在稀释水的蒸发中所消耗的主要电能。与现有技术的水平相比(至少在理论上)，SEC能降低到25％的水平，因而节能潜力将甚至达到75％(在SW TMP中)。高磨浆浓度(木片/木材的部分含水量蒸发)，这会进一步提高磨浆效率。可通过改变压缩机速度来控制流过磨浆机的空气，这为实践中磨浆机的控制提供了新的选择。较低的系统温度在可主线磨浆之后增加纸浆的亮度。诸如过氧化氢、臭氧之类的漂白剂能被用在磨浆机漂白中，这可产生潜在成本的节省。诸如沥青等的一些提取物可被氧化，这使得提取物更容易被溶解并且更容易洗掉，这将给在含磨木浆的纸(wood containing paper)中使用如松木作为原材料提供更多可能性。
[0024] 关于本发明的其它有益效果，下文将进一步说明原因。在TMP或CTMP工艺中对机械纸浆质量有些影响，可假设在SW TMP中纤维长度很可能减少，但是在HW CTMP中没有影响。确切地，当热回收产生的蒸汽减少因而必须以某种方式用相应量的蒸汽替代时，对整个一体机械纸浆车间和工厂的全部能量平衡都有较大影响。这可促使工厂将生物材料和废弃物用作燃料来产生热和电。市售纸浆、纸或纸板所需的一次能量(MWh/t产量)将减少。
[0025] 在所附权利要求书中对上述的本发明的特征和其它主要特征进行限定，同时在本说明书以下的特定部分对上述特征作进一步说明。
附图说明
[0026] 参照附图，通过本发明的优选实施例，在本说明书下面的特定部分描述本发明，其中：
[0027] 图1示出根据现有技术的磨浆工艺，其中载运介质是水；
[0028] 图2示出根据本发明的第一实施例的磨浆工艺，此时在磨浆工艺中将压缩空气用作载运介质；
[0029] 图3示出根据本发明的第二实施例的磨浆工艺，此时在磨浆工艺中将蒸汽用作载运介质；
[0030] 图4示出一种优选给料器单元，该给料器单元能用于将木片/纤维材料和气态/蒸汽类载运介质的混合物供给至图2或图3中的磨浆阶段；
[0031] 图5示出另一种优选给料器单元亦即改进的给料器单元，该给料器单元能将木片/纤维材料和气态/蒸汽类载运介质的混合物供给至图2或图3中的磨浆阶段；而[0032] 图6示出磨浆机的带有分别的载运介质供给装置的实施例。
具体实施方式
[0033] 为了更好地理解本发明的基本原理，参照图1，此图示出 纸厂的根据现有技术的TMP磨浆线。该TMP线包括预热单元10、第一磨浆机22、蒸汽旋风分离器23、第二磨浆机32、分离器设备(如剥离式旋风分离器7)、流出管道、及接收容器12，接收容器12用于从剥离式旋风分离器7接受被分离的木片/纸浆材料。为简明起见，下文将位于磨浆阶段之前的给料器单元定义为Peri式给料器，“Peri式给料器”是位于磨浆阶段之前的给料器单元的商品名称。
[0034] 根据图1所示的磨浆机线的生产可通过控制料塞螺旋部(plug screw)1的转速来调节，料塞螺旋部1在混合物的温度是70℃的情况下通过水将已经被预热单元10加热的木片供给第一磨浆阶段2。通过调节磨浆机22、32的磨片间隙，可控制第一磨浆阶段2和第三磨浆阶段3的打浆度(例如加拿大标准游离度(CSF))或能耗。为了使保持在磨片间隙中的滞留时间停留在毫秒级，通过稀释水和离心力来迫使纸浆从磨浆机22、32的磨片间隙中排出。稀释水在大约83℃的温度下被同时供给至第一次磨浆机22和第二磨浆机32中，并在磨浆机22、32中形成蒸汽。能耗水平也可通过稀释水来改变，并可由此控制磨浆区中木片/纸浆垫(pulp pad)的厚度，以便从磨浆机22、32中排出纸浆并以20-60m/s的合理流速将纸浆喷入喷放管道9中。
[0035] 根据本发明的基本原理，不用水作为在连续的磨浆阶段待磨浆的材料的载运介质。当在磨浆中应用气态载运介质如压缩空气、或蒸汽类载运介质如水蒸气、或气体和蒸汽的混合物时，有理由重新考虑管理和调节。可以认为上述总的控制原则保持有效。然而，当载运介质是压缩空气之类的气态载运介质、或水蒸气之类的蒸汽类载运介质时，可通过控制木片/纸浆在磨浆机22、32的磨片间隙中的滞留时间、或通过控制喷放管道9中的流速，来控制气态介质或蒸汽类介质的流动。因此优选的是，将气体或蒸汽供给至系统中的不同位置，这些位置优选是第一磨浆阶段2的给料器管道81、第二磨浆阶段3的给料器管道82、及流管(flow pipe)9。作为简化式，木片/纸浆磨浆中的能耗遵循“磨浆脉冲(refining impulse)的数目×滞留时间”，因此，在磨浆机22、32中的滞留时间可通过气体流动率或蒸汽流动率来控制。换言之，因为没有能量消耗在使稀释水蒸发上，所以“原则上”可使系统能耗最大化地用于使木片和纤维束变形。
[0036] 气体/蒸汽流预定沿叶片段(blade segment)的磨浆机段式凹槽(segment groove)被供给至磨浆区内。然后，在理想情况下，物质在磨浆机22、32的磨片间隙中经过并且气体/蒸汽在磨浆机段式凹槽中流动。
[0037] 参照图2，其中将压缩空气用作载运介质。第一给料器单元21(换言之即第一Peri式给料器21)设置成与第一磨浆阶段2相连，经由第一载运介质给料器管道811接收用作载运介质的压缩空气，并经由木片/纤维给料器管道11接收待磨浆的木片或浆纤维。第一Peri式给料器21将木片或浆纤维和压缩空气彼此分开，并且所述Peri式给料器将压缩空气和木片/纤维分别供给至第一实际磨浆机22内。压缩空气与木片/纤维的混合物通过主流道9从第一磨浆阶段1流到第二磨浆阶段2。第二给料器单元31(换言之即第二Peri式给料器)设置成与第二磨浆阶段3相连，经由主流道9接收压缩空气与木片/纤维的混合物，并经由第二载运介质给料器管道82接收额外输入的同样用作载运介质的压缩空气。第二Peri式给料器31将木片或浆纤维和压缩空气彼此分开，并且第二Peri式给料器将压缩空气和木片/纤维分别供给至第二实际磨浆机32内。在第二磨浆阶段3之后可设置进一步的磨浆机(未在图2中示出)。
[0038] 当木片/纤维材料和压缩空气被分别供给至实际磨浆机22、32之内时，这些木片/纤维材料和压缩空气通过Peri式给料器21、31被供给至实际磨浆机22、32的实际破碎/给料区(breaking/feed zone)内。在实际磨浆区中，离心力将纸浆/纤维材料推入磨浆机22、32的磨浆间隙内，并且压缩空气将沿磨浆机22、32的段式凹槽向前移动/流动。
[0039] 在图2所示将压缩空气用作载运介质的工艺中，预热后的木片或浆纤维通过料塞螺旋部1供给至第一Peri给料器21，并且压缩空气供给至第一Peri给料器21。压缩空气的供给优选通过压缩机6实施。压缩机6最优选为涡轮压缩机，这将增加工艺中待循环的空气的压力。此后，在第一阶段的磨浆机22中进行压缩空气和木片或浆纤维的混合物的第一次磨浆。然后，由第二Peri式给料器31将混合物从第一磨浆阶段2吹入第二磨浆阶段3。如果需要，更多的压缩空气将被供给至第二Peri式给料器31。压缩空气的供给优选通过压缩机6实施，压缩机6最优选为涡轮压缩机，这将增加在工艺中待循环的空气的压力。
然后，压缩空气和木片或浆纤维的混合物在第二阶段的磨浆机32中被再次磨浆。然后，所述混合物被吹入空气分离器4，在空气分离器4中将空气和木片/纤维材料分开。木片/纤维材料然后进入消潜部并且进行进一步加工。压缩空气供给至空气洗涤器5内，在空气洗涤器5中以空气对基于精细材料的木片/纤维进行冷却和清洁。
[0040] 需要洗涤器以保持涡轮压缩机6清洁。来自磨浆的多余热量可转移至水中，此水可在稍后的磨浆和造纸工艺中加以利用。
[0041] 对图2中工艺的术语进行如下说明：将补充水供给至热回收(HR)装置或空气洗涤器5的循环内，并且补充水可以是磨浆厂或称PM的白水或清水；惰性气体从连接至压缩机6的循环的气体流道释放出来。这些惰性气体典型地为“萜烯(terpene)”，主要是松脂(turpentine)，它们应从循环至涡轮压缩机6的气流中移除。这种流动更像是放血至松脂回收部或焚烧部incineration)内。
[0042] 补充空气被供给至循环气体流道内直到压缩机6；显然需要一定量的这种空气。补充空气也可由某些惰性气体如CO2或N2组成。
[0043] 利用这种惰性气体(空气、空气-蒸汽混合物等)作为载运介质的优点之一是，惰性气体-蒸汽的混合物的饱和点在典型的磨浆条件(温度和压力)下高于“气体-蒸汽饱和点”。即，冷凝效果不太可能发生在加压的磨浆工艺期间。
[0044] 当利用压缩空气作为载运介质时，极其重要的新颖性在于，在第一磨浆阶段2的第一Peri式给料器21的给料中，使用分开的压缩空气给料器管道811和预热后的木片/纤维材料给料器管道11；而在第二磨浆阶段3的第二Peri式给料器31的给料中，还使用压缩空气给料器管道；并且在第一磨浆阶段2和第二磨浆阶段3中，均利用压缩空气作为“载运”介质。然后，利用压缩空气和Peri式给料器21、31将木片或浆纤维供给至连续的第一阶段的磨浆机22和第二阶段的磨浆机32中。优选地，可利用Peri式给料器将木片/纤维和压缩空气分别供给磨浆机22、32的破碎/给料区。在实际磨浆区中，离心力将纤维材料推入磨浆间隙内，并且压缩空气将在段式凹槽中向前移动/流动。
[0045] 参照图3，其中利用水蒸气作为蒸汽类载运介质。第一Peri式给料器21通常用作旋风式装置来使木片或浆纤维和载运介质彼此分开，在第一磨浆阶段2的给料中使用第一Peri式给料器21，而在在第二磨浆阶段3的给料中使用第二Peri式给料器31。优选地，利用水蒸气作为蒸汽类载运介质以将水蒸气与木片或浆纤维的混合物运送至连续的磨浆阶段2、3内并通过连续的磨浆阶段2、3。优选地，木片/纤维材料和水蒸气的混合物通过Peri式给料器被分别供给至磨浆机22、32的破碎/给料区。在实际磨浆区中，离心力将纤维材料推入磨浆间隙内，并且水蒸气将在段式凹槽中移动/流动。
[0046] 在图3所示的工艺中，预热后的木片或浆纤维通过料塞螺旋部供给至第一Peri式给料器21内，并且水蒸气供给至第一Peri式给料器。此后，在第一阶段的磨浆机22中进行水蒸气空气和木片或浆纤维的混合物的第一次磨浆。然后，将所述混合物从第一磨浆阶段2吹入包括第二Peri式给料器31的第二磨浆阶段3。如果需要，以更多的水蒸气供给至第二Peri式给料器。然后，在第二阶段的磨浆机32中对水蒸气和木片或浆纤维的混合物进行进一步的磨浆。将所述混合物吹入蒸汽分离器4，在蒸汽分离器4中使水蒸气和木片/纤维材料彼此分开。随后使木片/纤维材料进入消潜部并进行进一步加工。水蒸气通过管道911循环至少返回到第一磨浆阶段的第一Peri式给料器中，而且可选地，如果需要，水蒸气通过管道912、913循环也进入第二磨浆阶段的第二Peri式给料器。磨浆产生的多余热量在热回收单元被转移至为随后可用于磨浆和造纸工艺的水中。
[0047] 由于诸如水蒸气之类的蒸汽类载运介质、或诸如压缩空气之类的气态载运介质，图2和图3所示的工艺可称作“气动磨浆工艺(pneumatic refining process)”。或许可根据实际最佳的条件而相当自由地设定压力水平。明显地，系统温度应该高至足以进行木素软化(lignin softening)，即高至90℃到150℃之间。循环的蒸汽类或气态介质可为压缩空气和水蒸气的混合物。
[0048] 参考示出Peri式给料器的图4，所述Peri式给料器包括分开的给料器管道，即第一给料器管道11和第二给料器管道811、911，第一给料器管道11为用于木片或浆纤维的周缘式给料器管道，第二给料器管道811、911为用于诸如压缩空气之类的气态载运介质、或用于诸如水蒸气之类的蒸汽类介质的中央式给料器管道；并且所述Peri式给料器可用于将纸浆/纤维材料和气态/蒸汽类载运介质的混合物供给至每个磨浆阶段内(参见图2和图3中的磨浆阶段2、3)。Peri式给料器21、31还包括固定式的套筒元件213和旋转螺旋式的叶片元件211，叶片元件211沿圆周与核心元件212间隔开。旋转叶片元件211使得纸浆/纤维材料在固定式的套筒元件213内部运动并朝向磨浆机22、32围绕中央核心元件212运动；磨浆机22、32包括同轴的转子222和定子221，转子222和定子221相对于彼此旋转以引起实际磨浆。磨浆机段与转子222和定子221相连。
[0049] Peri式给料器21、31具有类似于旋风式装置的功能，它们将经由给料器管道11供给至Peri式给料器内的木片或浆纤维与经由给料器管道811、911供给至Peri式给料器内的载运介质彼此分开；并且Peri式给料器用于在磨浆机22、32的给料中，通过Peri式给料器将载运介质和木片/纤维材料分别供给至磨浆机22、32的破碎/给料区内。在实际磨浆区中，离心力将木片/纤维材料推入磨浆间隙，并且载运介质将在段式凹槽中向前移动/流动。
[0050] 参考示出Peri式给料器的图5，所述Peri式给料器包括分开的给料器管道，这些给料器管道为第一周缘式给料器管道11和第二周缘式给料器管道811、911，第一周缘式给料器管道11用于木片或浆纤维，第二周缘式给料器管道811、911用于诸如压缩空气之类的气态载运介质或诸如水蒸气之类的蒸汽类介质，并且所述Peri式给料器可用于将木片/纤维材料和气态/蒸汽类载运介质的混合物供给至每个磨浆阶段内(参见图2和图3中的磨浆阶段2、3)。Peri式给料器21、31还包括固定式的套筒元件213和旋转螺旋式的叶片元件211，叶片元件211沿圆周与核心元件212间隔开。旋转叶片元件211使得纸浆/纤维材料在固定套筒元件213内部运动并朝向磨浆机22、32围绕中央核心元件212运动，磨浆机22、32包括同轴的转子222和定子221，转子222和定子221相对于彼此旋转以引起实际磨浆。
[0051] Peri式给料器21、31具有类似于旋风式装置的功能，它们将经由给料器管道11供给至Peri式给料器内的木片或浆纤维与经由给料器管道811、911供给至Peri式给料器内的载运介质彼此分开；并且Peri式给料器用于在磨浆机22、32的给料中，通过Peri式给料器将载运介质和木片/纤维材料分别供给至磨浆机22、32的破碎/给料区内。在实际磨浆区中，离心力将木片/纤维材料推入磨浆间隙，并且载运介质将在段式凹槽中向前移动/流动。
[0052] 图1与图4中的Peri式给料器21、31和图2与图5中的Peri式给料器21、31之间，关键的区别技术特征与给料管道811、911、813、913有关，并与诸如压缩空气之类的气态载运介质在实际磨浆阶段2、3之前在Peri式给料器21中的流动有关，或与蒸汽类介质在实际磨浆阶段2、3之前在Peri式给料器21中的流动有关。
[0053] 根据图4示出的Peri式给料器的实施例，因为气态/蒸汽类载运介质的给料设置成经由诸如流管之类的中央核心元件212、从给料管道811穿过Peri式给料器的套筒211的端部、在中央进行输入，所以气态/蒸汽类载运介质从正好位于磨浆单元22的核心区223之前的中央核心元件排出。在Peri式给料器21中，中央核心元件被螺旋式叶片元件211围绕，螺旋式叶片元件211与核心元件的外表面具有一定距离并且螺旋式叶片元件211以1500-3000r/min的速度旋转。所以，结果是离心力影响木片/纤维的材料流动。由于离心力趋向于将材料碎片彼此分开，因此较重的材料被迫进入形成于旋转式叶片元件的相对侧之间的叶片空间中。中央核心元件212的外表面设置有流动凹槽，这些流动凹槽用于辅助气态/蒸汽类材料(这些被迫进入Peri式给料器21的气态/蒸汽类材料来自洗涤部的木片/纤维)朝向磨浆单元22的中央流动。当载运介质是水时，现有技术方案的缺点是反喷蒸汽的形成引起了在Peri式给料器中被相反定向的蒸汽流，这实质上扰乱了对磨浆工艺的整体控制。
[0054] 根据图5中Peri式给料器的实施例，因为气态/蒸汽类载运介质的给料设置成从给料管道811、沿周缘穿过Peri式给料器21的套筒213、并在诸如流管之类的中央核心元件212的外部进行输入，所以气态/蒸汽类载运介质从中央核心元件的外表面排放到磨浆单元22的核心区223。在Peri式给料器21中，中央核心元件被螺旋式叶片元件211围绕，螺旋式叶片元件211与核心元件的外表面有一定距离并且以1500-3000r/min的速度旋转。所以，结果是离心力影响木片/纤维的材料流动。依据载运介质的比重，相同的离心力也可影响气态/蒸汽类载运介质。由于离心力趋向于将不同的材料分开，因此较重的材料被迫进入形成于旋转式叶片元件211的相对侧之间的叶片空间中。中央核心元件212的外表面设置有流动凹槽，这些流动凹槽用于辅助被迫经由周缘式给料管道811、911进入Peri式给料器21内的气态/蒸汽类材料朝向磨浆单元22的中央流动。当载运介质是水时，现有技术方案的缺点是反喷蒸汽的形成引起Peri式给料器中被相反定向的蒸汽流，这实质上扰乱了对磨浆工艺的整体控制。
[0055] 在图1/图4和图2/图5的实施例中，较重的纸浆/纤维材料在螺旋式叶片元件211的螺旋式叶片空间中的中央核心元件212的外部流动，并且较重的纸浆/纤维材料以漩涡状环流的形式流到磨浆单元22的核心区223和气态/蒸汽类载运介质流的排出区的外部，所述较重的纸浆/纤维材料可从中央核心元件212的内部、或沿着中央核心元件212并且在中央核心元件212的外部流到磨浆单元22的核心区223和气态/蒸汽类载运介质流的排出区的外部。气态/蒸汽类载运介质在被排出之后不久即与木片/纤维材料流混合。
在实际磨浆阶段2、3中，不同材料是混合流动的，同时材料碎片又是分离的，这使得较重的含纸浆/纤维的材料从磨浆单元22的下部排放到独立的喷放管道9或空气分离器4或蒸汽洗涤器4，并使得较轻的材料碎片和气态/蒸汽类材料从磨浆单元的上部排出。优选地，每个联结连续的磨浆阶段2、3的喷放管9设置有用于在磨浆工艺进行时保持管道打开的给料管道912、914。
[0056] 为了重点描述可通过所述工艺获得的改进的单位能耗(SEC)，其中，载运介质是诸如压缩空气之类的气态介质或诸如水蒸气之类的蒸汽类介质，再次参照附图；
[0057] 图1示出根据现有技术的磨浆工艺，其中载运介质是水。根据现有技术所测得的TMP工艺的材料流量值和能量平衡值；
[0058] 在图2中，气态载运介质是压缩空气；而
[0059] 在图3中，蒸汽类载运介质是水蒸气，
[0060] 并且，将材料流量值和能量平衡值彼此相互比较。
[0061] 在图1的情况下，材料流量值如下：
[0062]
[0063] 由此，0.11t/bdt的密封水进入加工，并且TMP蒸汽(134℃，310kPa)以1350m3/bdt的容积流量(volumetric flow)比率进入热回收。
[0064] 在图1的情况下，能量平衡表如下：
[0065]
[0066] 平衡表显示在蒸汽产生过程中消耗大约74％的单位能耗(SEC)。
[0067] 在图2的情况下，当载运介质是水蒸气时，材料流量值如下：
[0068]
[0069] 假设“主要单位能耗”仅由于“木片结合水(chip bounded water)”的蒸发而消3
耗，对于热回收，蒸汽容积流量的比率是1350m/bdt(如在现有技术的情况下)。
[0070] 在图2的情况下，能量平衡表如下：
[0071]
[0072] 考虑到上述图1和图2的情况所涉及的计算值，当载运介质是水蒸气而不是用来产生必要量的蒸汽的待蒸发的稀释水时，能量平衡表的计算值显示单位能耗减少60％(参见实例)。
[0073] 在图3的情况下，载运介质是压力，材料流量值如下：
[0074]
[0075] 排出气流的容积流量比率估算为1586m3/bdt.
[0076] 在图3的情况下，能量平衡表如下：
[0077]
[0078] 考虑到上述图1和图2的情况所涉及的计算值，当载运介质是压缩空气而不是用来产生必要数量蒸汽的待蒸发的稀释水时(参照实例)，能量平衡表的计算值显示单位能耗减少了60％。
[0079] 考虑到上述图2和图3的情况所涉及的计算值，使用“蒸汽或空气”作为载运介质基本上没有差异。当载运介质是水蒸气或压缩空气而非水时，能量平衡表的计算值显示了单位能耗减少60％。此外需要注意的是，对“载运介质”的选择不影响基本材料和能量平衡。仍然有大约60％的主要单位能耗消耗在水蒸发上。
[0080] 仅通过上述优选实施例对本发明进行描述，并且一些修改、变化和功能相同的方案落在附图所限定的保护范围内以及本发明基本原理的框架内。
