CN111893793B - 用于控制纤维幅材制造过程中的能量消耗的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制诸如纸、纸板、卫生纸幅材或类似物的纤维幅材的制造过程中的能量消耗的方法和设备。已加热蒸汽通过加热多个干燥装置消耗，多个干燥装置在干燥罩内形成至少一个干燥组，用于从纤维幅材中去除水分，并且吹风装置从干燥罩中去除湿废气，并将加热后的干燥的置换空气供给到干燥罩中。通过将置换空气、一个或多个气体过程流和/或一个或多个液体过程流加热到预定温度范围，已加热蒸汽被进一步消耗。方法包括以下步骤：将干燥罩内的空气湿度维持在预定的最大湿度值以下；确定由干燥装置以及加热置换空气和/或一个或多个所述过程流所消耗的已加热蒸汽的总消耗量；将干燥罩中湿废气的去除调整到使已加热蒸汽的总消耗量最小的水平。

Description

用于控制纤维幅材制造过程中的能量消耗的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于控制纤维幅材制造过程中的能量消耗的方法和设备(arrangement，装置、布置)。

背景技术

纤维幅材(例如纸幅材和纸板幅材)形成后，通常在包括多个干燥装置的干燥部(drying section)中被干燥。例如，干燥部可以包括多个已加热的烘缸(dryingcylinders)，其中纤维幅材与烘缸的已加热的表面接触，并且热能从缸表面被传递到纤维幅材，同时幅材中的水分被蒸发且幅材被干燥。可以用已加压加热的蒸汽来加热烘缸，该已加压加热的蒸汽被引入缸内，用于加热烘缸的外表面。通常，烘缸在干燥部中被布置成干燥组，每个干燥组包括多个烘缸。

干燥组被设置在在干燥罩内。来自干燥装置的热传递和幅材水分的蒸发在干燥罩内创造了潮湿且温暖的气氛(atmosphere，环境)。干燥罩防止潮湿且温暖的空气的逸出以及潮湿且温暖的空气与机房空气混合。但是，必须将湿热空气从干燥罩中去除，以便将罩内气氛的湿度保持在凝结点(condensation point，露点)以下。如果湿气凝结在罩的内部结构上，可能会导致水滴的形成，所形成的水滴可能会落在幅材上，从而导致幅材缺陷(fault)。为了防止这种情况，湿空气作为废气(exhaust air)从罩的假顶板(falseceiling)(通常从多个位置)去除。

为了避免在罩的内部形成负压，必须向罩内供给置换空气。置换空气通常被加热到接近罩内的主要温度的温度。以这种方式，可以尽可能地保持罩中的条件恒定。

置换空气通过通风机和/或流动性组件(runnability component，运行性组件)供给，通风机和/或流动性组件被设置为与干燥组连接。通常将干燥的置换空气供给到幅材附近，以便加强干燥和从幅材中去除水分。

通过使用消耗电能的吹风装置等将废气从罩中转移出并将置换空气转移到罩中。

通常，废气的含湿量(humidity content)以及干燥罩气氛的含湿量一直保持在尽可能高的水平，但自然低于凝结点。通常，测量废气的湿度，并基于测量结果调整废气的流量(flow，流、流动)。同时，置换空气的流量被调整到这样的体积(volume，量)：罩的零压面(zero pressure level)被大致保持在干燥罩的幅材入口开口和幅材出口开口的高度上，从而将空气通过这些幅材入口开口和幅材出口开口进入或离开罩的风险降至最低。调节回路用于控制废气和置换空气的流量比，从而确保罩内适当的零压面。在FI 71372中公开了一种现有技术的设备。然而，已经观察到废气的含湿量的最大化并不一定在该过程中提供最佳的能量消耗。

在制造纤维幅材(例如纸、纸板等)的过程中，已加热蒸汽(heated steam)不仅用于加热干燥罩内的烘缸。已加热蒸汽也可以用来将置换空气加热到恰当的(correct)温度，然后再将置换空气供给到罩内。此外，已加热蒸汽可用于加热各种循环液体流和/或循环气体流，例如工艺水、机房空气等。

此外，干燥部和与之相关的其他造纸过程消耗大量能量，这些能量主要是热能的形式(通常是已加热蒸汽的形式)，但也可是电能的形式。这使得控制能量消耗成为纸或纸板制造过程中的一个重要因素。持续需要新的方法和设备，这些新的方法和设备可以改善能量控制，提供智能地使用、优化和/或组合可用的不同能量形式的可能性，并且甚至可能降低总能量消耗。

发明内容

本发明的目的是最小化甚至可能消除现有技术中存在的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种用于在纤维幅材的制造过程中控制已加热蒸汽的消耗的具有成本效益和功能性的替代方案。

本发明的又一个目的是提供一种用于对造纸机或纸板制作机的干燥部中的能量消耗进行通用(versatile)优化的方法和设备。

这些目的是通过具有下面给出的特征的本发明来实现的。

本文中提到的实施例和优点在适用时涉及根据本发明的方法和设备，即使它们并不总是具体地被提到。

根据本发明的一种用于控制诸如纸幅材、纸板幅材、卫生纸(tissue)幅材或类似物的纤维幅材的制造过程中的能量消耗的典型方法，其中，已加热蒸汽通过多个加热干燥装置被消耗，多个干燥装置在干燥罩内形成至少一个干燥组、优选地多个干燥组，用于从纤维幅材中去除水分；并且其中吹风装置从干燥罩中去除湿废气并将加热后的干燥的置换空气供给到干燥罩中；并且其中通过将加热置换空气、(一个或多个)气体过程流(processflow，工艺流)和/或(一个或多个)液体过程流加热到预定温度范围进一步消耗已加热蒸汽。

其中，该方法还包括以下步骤：

-将干燥罩内的空气湿度维持在预定的最大湿度值以下；

-确定通过干燥装置以及通过加热置换空气和/或(一个或多个)所述过程流所消耗的已加热蒸汽的总消耗；以及

–将来自干燥罩的湿废气的去除(量)调整到使已加热蒸汽总消耗(量)最小的水平。

根据本发明的用于控制诸如纸幅材、纸板幅材、卫生纸幅材或类似物的纤维幅材的制造过程中的能量消耗的典型设备，其中干燥部包括：

-干燥装置，其形成至少一个干燥组，优选地形成若干个干燥组，并且被设置于干燥罩内；

-至少一个第一吹风装置和至少一个第二吹风装置，该第一吹风装置用于从干燥罩中去除湿废气，该第二吹风装置用于将加热后的干燥的置换空气供给到干燥罩中；

-第一热交换器，其用于通过废气加热置换空气；

-至少一个附加加热元件(heating cell，加热单元)，其用于通过已加热蒸汽加热置换空气、气体过程流和/或液体过程流；

其中该设备包括：

-废气调节回路，其包括用于测量废气的湿度的装置和用于调整废气流量的装置；

-温度调节回路，其包括用于测量和调整置换空气的温度的装置；

-置换空气调节回路，其包括用于调整置换空气流量的装置；

-传感器阵列，其包括至少一个蒸汽流量传感器，该传感器阵列被设置成测量干燥装置和(一个或多个)附加加热元件所消耗的已加热蒸汽的量；

主控制单元，其被设置为与废气调节回路、置换空气调节回路和传感器阵列功能性(functional，在功能上)联系(contact，接触)，该主控制单元包括用于计算已加热蒸汽的总消耗的装置，以及用于确定废气去除在已加热蒸汽总消耗最小的水平上的装置。

现在已经令人惊讶地发现，当将干燥罩中湿废气的去除调整到使已加热蒸汽的总消耗最小的水平时，可以实现对在造纸过程中，特别是在干燥部中的能量消耗的更多用途和更智能的控制。干燥部中及其附近的各种子过程(如对烘缸、置换空气和各种过程流的加热)对已加热蒸汽的总消耗是复杂地相互关联的。出乎意料地意识到，废气去除可以作为一种用于使已加热蒸汽消耗最小的有效而简单的参数。

在该方法中，通过使用包括至少一个蒸汽流量传感器或多个蒸汽流量传感器的传感器阵列来确定由干燥装置以及加热置换空气和/或(一个或多个)气体过程流和/或(一个或多个)液体过程流所消耗的已加热蒸汽或已加热蒸汽能量的总量。传感器阵列被设置成测量干燥装置和(一个或多个)附加加热元件所消耗的蒸汽。蒸汽流量传感器可以被设置为测量该过程的主蒸汽供给，或者传感器阵列可以包括多个蒸汽流量传感器，这些蒸汽流量传感器被设置为测量该过程的子蒸汽流(例如流向干燥部的蒸汽流，即流向所有干燥组或单个干燥组以及附加加热元件的蒸汽流)。在后一种情况下，通过将测量出的单个子蒸汽流量值相加，获得所消耗的已加热蒸汽总量。通常，已加热蒸汽主要由烘缸消耗，其次通过加热附加加热元件中的置换空气和/或其他过程流被消耗。

此外，传感器阵列还可以包括至少一个温度传感器和/或至少一个压力传感器。根据一个优选实施例，已加热蒸汽的总消耗(量)可以通过测量来自供给到该过程中的主蒸汽供给的蒸汽压力和/或蒸汽流量来确定。传感器阵列可以包括多个温度传感器和/或压力传感器，这些传感器被设置为测量该过程的子蒸汽流(例如流向单个干燥组和/或附加加热元件的蒸汽流)。

在干燥罩内，通过使用吹风装置以从干燥罩中去除湿废气并将加热后的干燥的置换空气供给到干燥罩中，来将罩气氛的湿度维持在最大湿度值以下。预定的最大湿度值由罩气氛的温度控制，罩气氛的温度决定不应超过的凝结水平。在优选实施例中，罩气氛被保持在预定的湿度范围内，该预定的湿度范围限定了最小湿度以及最大湿度。以这种方式，可以确保过程的稳定性。用于计算预定的最大湿度值或湿度范围的至少一个数学函数可以被存储在主控制单元的存储单元中，该数学函数为罩气氛温度的函数。当罩气氛的温度改变时，罩气氛中可以容纳的没有凝结的湿度的量也会改变。罩气氛的温度主要取决于来自干燥装置的热量，但罩气氛的温度也间接地受废气的量的影响，该废气通过使用至少一个第一吹风装置例如通过在罩的顶板中的一个或多个输出连接部而从罩中去除。

在干燥罩内，罩气氛的湿度通常可以维持在220g/kg干空气的最大湿度值以下，优选地190g/kg干空气以下，更优选地180g/kg干空气以下。预定的湿度范围可以是80g/kg干空气～220g/kg干空气，优选地为110g/kg干空气～190g/kg干空气，更优选地为120g/kg干空气～180g/kg干空气，有时为140g/kg干空气～160g/kg干空气。

本发明还可以提供对造纸过程中，特别是干燥部中的总能量消耗的多用途和智能控制。根据一个优选实施例，该方法还可以包括以下步骤：

-确定操作所述吹风装置以去除废气和供给置换空气所需的电能的总消耗；

-使用所确定的已加热蒸汽的总消耗和电能的总消耗，通过使用所确定的已加热蒸汽和电能的影响因子来计算总能量值；以及

-将废气去除调整到使总能量值最小的水平。

已经发现，通过为每种所使用的能量形式设置影响因子，可以使总能量值最小。影响因子与实际消耗的能量的量一起被用来计算总能量值，并调整废气去除以使总能量值最小。以这种方式，可以考虑与不同能量形式相关联的多个不同方面，并将能量消耗引导(steer)到所需结果。一般而言，本发明适用于控制诸如纸幅材、纸板幅材、卫生纸幅材或类似物的纤维幅材的制造过程中的能量消耗，特别适用于控制干燥部中的能量消耗，其中已加热蒸汽和电能都被消耗。在该实施例中，主控制单元包括用于通过使用所确定的已加热蒸汽和电能的影响因子来计算总能量值的装置，其中废气去除被调整到使总能量值最小的水平。

在本上下文中，术语“能量值”表示一个量(quantity)，对于每种所使用的能量形式，该量是通过将所消耗的能量的量乘以与所述能量形式相关联的影响因子而获得的。总能量值是通过将单独计算的每个能量形式的能量值相加而获得的。

当使总能量值最小时，操作吹风装置所需的总电能也被确定。在该过程包括多个干燥组、每个干燥组包括多个蒸汽加热的干燥装置的情况下，确定所有干燥组的已加热蒸汽的总消耗，并且可以优选地确定操作与所有干燥组相关联的吹风装置所需的电能的总消耗。因此，该设备还包括用于确定吹风装置所消耗的电能的多个装置，并且这些装置被设置成与主控制单元功能性联系。该设备包括适用于确定由吹风装置所消耗的电能的任何装置。根据一个优选实施例，通过直接测量来确定电能消耗。当消耗值不基于计算值(例如，基于流量)时，以这种方式获得精确的消耗值。例如，用于确定电能的装置包括吹风装置的变频器或转速计或任何这样已知的合适的测量装置。

所确定的已加热蒸汽能量和电能的总量可以用于通过使用所确定的已加热蒸汽能量和电能的影响因子来计算总能量值。在计算总能量值之后，将废气去除调整到使总能量值最小的水平。设备包括主控制单元，该主控制单元被设置为与废气调节回路和置换空气调节回路功能性联系。此外，主控制单元被设置为接收和处理来自传感器阵列以及来自确定吹风装置所消耗的电能的装置的信息。主控制单元还被设置为计算总能量值。

例如，可以基于所述能量形式的可用性(availability)以及各种经济因素、CO₂排放量、生态因素和/或以上因素的任何组合，来实验性地或理论地确定每种能量形式(例如已加热蒸汽或电能)的影响因子。如果一种能量形式(例如已加热蒸汽)具有低影响因子，则表示所述能量形式的优选性，而高影响因子表示与所讨论的能量形式相关联的负面方面，例如有限的可用性或污染风险。影响因子可以考虑与所述能量形式相关联的一个或多个不同方面。例如，当能量形式具有良好的可用性，但与负面的生态方面(如污染风险或二氧化碳排放)相关联时，它可能与可用性更有限、但在环境上更可接受的能量形式相比具有更高的影响因子。在能量消耗的优化中使用影响因子，使得考虑纸或纸板制造过程中的多种变量成为可能。

可以用实验方法来确定影响因子，或者影响因子可以基于从制造过程中获得的早期经验。或者，可以例如通过使用用于计算二氧化碳足迹的数学模型或其他相应的数学过程模型和/或估计(estimation)，在理论上确定影响因子。根据一个实施例，每个能量形式的影响因子基于所述能量形式的可用性。基于能量形式的可用性来确定影响因子的最简单方法是将影响因子至少部分地关联与所述能量形式相关联的单位成本。通常，当能量形式的可用性良好时，单位成本低，而当能量形式的可用性有限时，单位成本增加。

可以连续地或以预定的时间间隔重新评估或确定(一个或多个)影响因子。例如，如果能量形式的可用性作为时间的函数而波动或改变，则可以以预定的间隔(例如，每小时一次、一天两次等)确定新的影响因子。例如，如果特定能量形式(例如电能)的可用性在一般消耗减少的夜间更好，则夜间的影响因子可能低于白天的影响因子。定期或连续地确定或重新评估影响因子，可以考虑到不断变化的外部条件，智能地优化纸或纸板制造过程中的能量消耗。

在连续确定或重新评估(一个或多个)影响因子的情况下，可以利用滤波单元对所确定的值进行滤波，该滤波单元被设置为在影响因子用于计算能量值之前对影响因子值进行滤波。滤波单元可以包括用于计算一定时间帧(frame，范围)内的平均影响因子的平均装置，然后使用该平均影响因子来计算能量值。滤波单元还可以使用像这样的本领域技术人员已知的其他不同的滤波技术。

根据本发明的一个实施例，设备的主控制单元可以包括用于存储影响因子值的存储装置和/或用于计算影响因子值的装置。

根据一个实施例，该方法可以包括最小循环(minimization cycle，最小周期)，其中在指定时刻计算总能量值的起始值。在将废气去除的至少一个流动参数从起始值改变(增加或减少)为新的更新后的值之后，确定用于所消耗的已加热蒸汽和用于操作吹风装置所需的电能的新的总消耗。然后，使用所确定的已加热蒸汽和电能的新的总消耗来计算更新后的总能量值，将该更新后的总能量值与起始值进行比较。如果更新后的总能量值小于起始值，则将更新后的总能量值设置(make)为新的起始值，并重复最小循环。如果更新后的总能量值高于起始值，则将废气去除的至少一个流动参数改变为相反方向，并且重复最小循环。

可以以预定的时间间隔执行最小循环。至少当影响因子被赋予新值或当其他工艺参数(例如生产的纸/纸板质量)改变时，执行最小循环。

通常，造纸机或类似物的干燥部包括干燥装置，上述干燥装置设置在干燥罩内，用于从纤维幅材中去除水分。诸如烘缸的干燥装置优选地用加压已加热蒸汽来加热，并且干燥罩限定了隔热的封闭空间，该封闭空间将罩内的罩气氛与周围的机房气氛隔开。通常将干燥装置分组并设置成形成至少一个干燥组，优选为若干个干燥组，例如至少三个干燥组，更优选为至少五个干燥组，其中每个组包括多个干燥装置。向不同的干燥组供给不同蒸汽压力和/或温度下的蒸汽。在一些实施例中，在幅材移动的方向上看，从第一个干燥组到最后一个干燥组，供给的蒸汽的蒸汽压力增加。根据本发明的一个实施例，当该过程包括多个干燥组时，确定所有干燥组消耗的已加热蒸汽的总量。

根据本发明的设备包括用于测量湿度和调整废气流量的废气调节回路。废气调节回路包括用于测量废气的湿度和温度的湿度(humidity)传感器和温度传感器以及用于调整废气流量的装置。湿度传感器和温度传感器被设置在从干燥罩中去除的废气流中。与传统的现有技术解决方案相反，废气去除未基于所测得的废气温度调到最大湿度。在本发明中，废气去除被调整到使已加热蒸汽总量最小以及可选地使总能量值最小的水平。然而，与此同时，废气的湿度，即罩气氛的湿度，被保持在与当前罩气氛温度相关联的预定的湿度范围内或最大湿度值以下。这可能意味着可以改变废气流量以将罩气氛的湿度维持在最大湿度值以下或在湿度范围内。当改变废气流量时，与电能相关联的能量值可能会改变，并且执行最小循环并重新计算总能量值是推荐的。例如，废气流量的增加可能会增加吹风装置的电能消耗。

通过使用至少一个第二吹风装置将加热后的置换空气引入到干燥罩中。该设备还包括用于调整置换空气流量的置换空气调节回路。根据一个优选实施例，置换空气调节回路至少包括用于测量废气流量的第一流量传感器和用于测量置换空气流量的第二流量传感器，以及用于基于所确定的流量值调整置换空气流量的控制装置。根据一个优选实施例，通过使用任何合适的流量传感器从废气管道和替换空气管道直接测量来确定流量。这提供了精确的测量值，并提高了方法的精度。控制装置被设置为基于废气流量来调整置换空气流量，优选地使得零压面被维持在罩开口的水平上。置换空气调节回路还可以包括单独的传感器，该传感器被设置为测量罩中的零压面。来自零压传感器的测量结果可用于将置换空气流量微调到适当的水平。对零压面的调整不形成本发明中的调整的基础，但是在一些实施例中，零压面控制可以形成为本发明的一部分，从而确保即使废气流量和置换空气流量改变，零压面也被维持在罩开口的水平上。主控制单元优选地包括用于通过使用像这样已知的数学函数根据废气流量来计算置换空气流量的装置。可以通过使用将流入罩中的泄漏空气考虑在内的校正常数和函数来调整废气与替换空气之间的比率。

根据本发明的一个实施例，在将置换空气供给到干燥罩之前，可以使用来自废气的热能来加热在第一热交换器中的干燥的置换空气。此外，可以通过使用来自已加热蒸汽的能量在附加加热元件(例如蒸汽-气体热交换器)中加热置换空气。在置换空气的流动方向上看，附加加热元件设置在第一热交换器之后。采用第一温度调节回路来测量置换空气的温度并将置换空气的温度调整到所需的水平。第一温度调节回路包括温度传感器，该温度传感器被设置成测量在第一热交换器和可选的附加加热元件之后但在进入干燥罩之前的置换空气流的温度。第一温度调节回路还包括调节装置，用于将置换空气流的温度调整到所需的水平。例如，如果置换空气的温度太低，则第一温度调节回路增加通过附加加热元件的已加热蒸汽流量。

置换空气可以被加热到80℃～130℃、优选地85℃～120℃、更优选地90℃～110℃、有时为90℃～100℃的温度范围。

可以在第一热交换器之前测量废气温度，可选地可以在第一热交换器之后测量废气温度。

根据本发明的一个实施例，可以使用来自废气的热能将至少一个第二热交换器中的至少一个气体过程流和/或液体过程流加热到所需的温度范围。第二热交换器可以在废气的流动方向上设置在第一热交换器之后，这意味着在第二热交换器的入口处废气的温度低于在第一热交换器的入口处的废气的温度。第二热交换器可以是气-液热交换器，其中废气被用于加热(warm)液体过程流(例如工艺水、循环水、用于加热机房通风空气的水等)。第二热交换器可以是气-气热交换器，其中废气被用于加热气体过程流(例如置换空气、机房空气等)。(一个或多个)第二热交换器可以被设置在热回收塔中，该热回收塔可以包括多个第二热交换器，包括气-液热交换器和气-气热交换器两种。

此外，已加热蒸汽可以被用于在一个或多个附加加热元件中将(一个或多个)气体过程流和/或液体过程流加热到所需的温度范围。该设备还可以包括至少一个第二温度调节回路，该温度调节回路包括：至少一个温度传感器，其沿流动方向被设置在附加加热元件之后，用于测量气体过程流和/或液体过程流的温度；以及调整装置，用于基于所测量的温度值调整流向附加加热元件的已加热蒸汽流的量。如果过程流的测量温度太低，则第二温度调节回路增加通过附加加热室的已加热蒸汽流量。每个过程流可以具有其自己的第二温度调节回路，用于将其温度调整到所需的水平。

一个或多个气态过程流和/或一个或多个液体过程流的预定和所需的温度范围可以根据工艺、生产条件和/或布置而变化。通常，诸如循环水的液体过程流可以被加热到40℃～60℃、优选地45℃～55℃或50℃～55℃范围内的所需温度。诸如机房空气的气体过程流可以被加热到18℃～25℃、通常为20℃～22℃范围内的温度。

根据本发明的一个实施例，由干燥装置所消耗的已加热蒸汽可以独立于通过加热置换空气、(一个或多个)气体过程流和/或液体过程流所消耗的已加热蒸汽而被控制。已加热蒸汽向烘缸的供给主要取决于纤维幅材的基重(basis weight，定量)和机器的运行速度。通过使用较高的蒸汽压力和较低的蒸汽流量，或者通过使用较低的蒸汽压力和较高的蒸汽流量，可以实现相同的幅材最终含水量。可以有单独的蒸汽供给调节回路，该蒸汽供给调节回路根据所生产的纸或纸板的质量、干燥速度、基重和/或含水量来选择供给到烘缸或干燥组的蒸汽。蒸汽供给可以具有来自水分传感器(moisture sensor)的反馈回路，该水分传感器测量干燥部之后的幅材水分。这意味着，优选地，根据本发明的设备不直接控制到烘缸的蒸汽供给。然而，本发明的实施可以通过改变罩内的条件(例如湿度和温度)来影响烘缸上的蒸汽消耗。条件方面的这种改变可能会对所实现的干燥结果产生影响，例如对幅材的最终含水量产生影响。因此，本发明可以间接影响烘缸上的蒸汽消耗。

附图说明

下面的示意性非限制性附图进一步展示了本发明的某些方面。通过参考附图结合本文给出的实施例的详细描述可以更好地理解本发明。

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于控制纤维幅材制造中的能量消耗的设备；以及

图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的最小循环。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于控制纤维幅材制造过程中的能量消耗的设备。纤维幅材通过入口开口2被带入干燥罩1中，并且通过出口开口2’从干燥罩1中被带出。机房地面高度(floor level)在图1中用虚线B表示。即使没有示出，罩空间也在机房地面高度之下封闭。箭头A、A’示出了幅材的运行方向。

两种不同类型的干燥组3、3’被设置在干燥罩1内。图1中所示的第一干燥组3是单层干燥组，其包括位于上排的烘缸103和位于下排的转向辊104。单层干燥组通常至少存在于干燥部的始端，并且在一些情况下贯穿整个干燥部。图1中所示的第二干燥组3’是具有两个水平排的烘缸103’的双层干燥组。双层干燥组常见于干燥部的末端。为清楚起见，图1中仅示出了两个干燥组，但是可以理解，即使图1中未示出，但在所示的那些干燥组之间也可以有一个或多个另外的干燥组。

如图1所示，干燥组3、3’包括多个由蒸汽加热的烘缸103、103’。干燥组3与干燥组3’之间的烘缸103、103’的数量不同。蒸汽通过包括主蒸汽阀5的主蒸汽供给管线4被带到并供给到干燥组3、3’的烘缸103、103’。主蒸汽阀5可以是用于控制到干燥部的主蒸汽供应的开/关阀。到烘缸103、103’的蒸汽流量由与每个干燥组相连接地定位的多个蒸汽控制阀(未示出)限制。到烘缸103、103’的蒸汽流量例如基于离开干燥罩1的幅材的含水量(即干燥度)由单独的调节回路来调节。在幅材从干燥罩1离开之后，幅材的含水量可以由像这样已知的任何合适的水分传感器6来测量。

在图1所示的过程和设备中，主蒸汽供给分支(branche，分岔)并且还为附加加热元件91、92、93提供已加热蒸汽，在附加加热元件中蒸汽用于加热置换空气10和/或各种过程流11、11’。

设备的主控制单元15被设置成与传感器阵列120功能性联系，该传感器阵列包括一个或多个传感器并且被设置成测量所消耗的已加热蒸汽的总量。传感器阵列120包括至少一个流量传感器121，其已经被设置为测量主蒸汽供给管线4中的总蒸汽流量。传感器阵列还可以包括设置在主蒸汽供给管线4中的温度传感器122和/或压力传感器123。传感器阵列120向主控制单元15提供至少与流量有关的测量数据，优选地该测量数据还与已加热蒸汽的温度和/或压力有关。主控制单元15使用所获得的信息来确定由干燥组3、3’和附加加热元件91、92、93消耗的已加热蒸汽的总量，附加加热元件所消耗的已加热蒸汽可以用于加热置换空气10和(一个或多个)过程流11、11’。

在干燥罩1中，幅材与烘缸103、103’的已加热的表面相接触，并且水分从幅材中被蒸发，从而干燥罩气氛的湿度增加。出口连接部7被设置在干燥罩1的顶板101中，通过该出口连接部7从干燥罩1中去除暖湿废气8。废气8的去除将罩气氛的湿度保持在低于凝结点的预定温度范围内，以便避免干燥罩1内部的凝结。部分废气8可以通过单层干燥组103的转向辊104去除。

通过使用湿度传感器12和温度传感器12’来测量废气8的温度和湿度。传感器12和传感器12’形成废气调节回路的一部分。传感器12和传感器12’被设置为与主控制单元15功能性联系，从传感器12和传感器12’获得的测量值被传送到主控制单元15。主控制单元15被设置成与第一吹风装置19(如吹风机、风扇等)功能性联系，并能够基于从传感器12和传感器12’接收到的信息调整废气8的流速或流量。

如图1所示，主控制单元可以被设置成与传感器和与两个(或更多个)干燥组相关联的第一吹风装置功能性联系。

加热后的干燥的置换空气10被引入干燥罩1，直接邻近烘缸103、103’。例如，置换空气可以设于刮刀(doctor)通风梁106或流动性组件107、107’，在烘缸和待干燥的幅材附近从刮刀通风梁或流动性组件中喷射干燥的空气。如图1所示，也可以在机房地面下方引入置换空气。

置换空气调节回路154被设置成调整置换空气流量。废气8的流量和置换空气10的流量通过使用被设置成与流量控制单元154功能性联系的流量传感器20、20’来测量。流量控制单元154也可以被设置成与压力传感器17功能性联系，该压力传感器17测量干燥罩1内部的零压面。置换空气调节回路154接收来自这些传感器的信息(即测量数据)。置换空气调节回路154被设置成与用于调整置换空气10的流速或流量的第二吹风装置18(例如吹风机、风扇或类似装置)功能性联系。基于来自流量传感器20、20’的信息以及可选地来自零压传感器17的信息，置换空气调节回路154基于信息调整置换空气流量或流速，以便将干燥罩中的零压面维持在罩1的入口开口2和出口开口2’的高度(level)，并且维持废气8与置换空气10之间的质量流量平衡。

置换空气调节回路154还可以被设置成接收和处理来自与设置在干燥罩1内的第二干燥组或任何连续干燥组相关联的第二吹风装置18的信息。因此，置换空气调节回路154可以从传感器接收关于每个干燥组处的废气和置换空气的流量的信息(即测量数据)，并对流速进行必要的调整，以维持每个干燥组处的流之间的质量流量平衡。置换空气调节回路还可以控制不同干燥组之间的质量流量平衡。

置换空气调节回路154被设置成与主控制单元15功能性联系，主控制单元15从置换空气调节回路154接收有关于废气8和置换空气10的流量以及它们之间的质量流量平衡的信息。

主控制单元15被设置成接收并处理来自第一吹风装置19的与第一吹风装置的电能消耗有关的信息。主控制单元15还可以接收和处理来自与设置在干燥罩1内的第二干燥组或任何连续干燥组相关联的第一吹风装置的信息。主控制单元15被设置为接收和处理来自置换空气调节回路154的与(一个或多个)第二吹风装置18所消耗的电能有关的信息。因此，主控制单元15接收描述由所有吹风装置所消耗的电能总量的信息(即测量数据)。主控制单元15使用该信息来产生总电能值。

从罩中去除的废气8被设置为流经第一热交换器9，在该第一热交换器中将热能从废气8传递给置换空气10。在置换空气10的流动方向上，附加加热元件91被设置在第一热交换器9之后。第一温度调节回路151被设置为测量和调整置换空气10的温度。置换空气10的温度通过使用设置在附加加热元件91之后、但在置换空气10进入干燥罩1的入口之前的温度传感器来测量。第一温度调节回路151被设置为与阀16功能性联系，该阀调节流向附加加热元件91的已加热蒸汽的流量。基于第一温度调节回路151的温度测量(值)控制阀16，即在关闭阀位置与全开阀位置之间控制该阀的位置。第一温度调节回路151包含存储在其存储单元中的设定温度范围，并且将所测量的温度值与设定范围进行比较，并相应地调整阀位置。例如，如果置换空气10的温度太低，则阀16朝全开位置移动，以便增加通过附加加热元件91的已加热蒸汽流量。或者，如果置换空气10的温度过高，则阀16朝关闭位置移动，并且减少或终止通过热交换器91的蒸汽流量。

在第一热交换器之后，废气8被设置为流经一个或多个第二热交换器9’。在第二热交换器9’中，来自废气8的剩余热能可用于加热气体和/或液体过程流11，例如机房气流、工艺水和/或循环水流。另外，也可以设置附加加热元件92来加热过程流11。在附加加热元件92中，将来自已加热蒸汽的热能传递给过程流11。第二温度调节回路152被设置为测量附加加热元件92之后的过程流11的温度。第二温度调节回路152与蒸汽阀16’功能性联系。基于温度测量(值)，第二温度调节回路152以与第一温度调节回路151控制阀16类似的方式调整阀16’的位置。第二温度调节回路152包含设定温度范围，该设定温度范围具有对于过程流11的温度的预定的下限值和上限值，并将所测量出的温度值与设定范围进行比较。

图1示出了具有相关联的附加加热元件93的第二过程流11’。利用如上所述的类似的第二温度调节回路来控制第二过程流11’的温度，该第二温度调节回路包括至少一个温度传感器和用于调整流向附加加热元件93的蒸汽流量的装置。为了图的清楚起见，图1中没有详细示出该温度调节回路。原则上，根据本发明的设备可以包含用于各种过程流的任意数量的第二温度调节回路，这些第二温度调节回路根据如上所述的相同原理运行。

主控制单元15可以被设置为将废气8的去除调整到使已加热蒸汽的总消耗最小的水平。这意味着废气被调整到使由干燥组103、103’以及由附加加热元件对已加热蒸汽的消耗尽可能小的水平。

主控制单元15还可以被设置为通过使用所确定的已加热蒸汽和电能的总量以及所确定的已加热蒸汽和电能的影响因子来计算总能量值。影响因子可以被存储在主控制单元的存储单元中，或者它们可以由主控制单元通过使用存储在存储单元中的数学函数来确定或计算。在确定总能量值之后，主控制单元15可以调整废气量以使总能量值最小。图2中示意性地解释了最小循环的步骤。

图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的最小循环。在步骤A中，在指定时刻计算总能量值的起始值。此后，废气去除的一个或多个流量参数从起始值改变为新的更新后的值。这种变化会导致废气去除(量)的增加或减少，这改变干燥罩内的温度和湿度。因此，由干燥装置所消耗的已加热蒸汽量改变，以及可选的由(一个或多个)附加加热元件所消耗的已加热蒸汽量也改变。在步骤B中，确定新的已加热蒸汽量。在步骤C中，将该新量乘以与已加热蒸汽相关联的影响因子，并获得已加热蒸汽的新能量值。

废气去除的改变也改变了操作吹风装置所需的电能的量。在步骤D中确定操作吹风装置所需的新的电能总量。在步骤E中，该新量乘以与电能相关的影响因子，并且获得用于电能的新能量值。

在步骤F中，使用所获得的用于已加热蒸汽和电能的新能量值来计算更新后的总能量值。在步骤G中，将总能量值的起始值和更新后的总能量值相互比较。如果更新后的总能量值小于起始值，则将更新后的总能量值设置为新的起始值，并重复最小循环。如果更新后的总能量值大于起始值，则废气去除返回到起始值，并且重复最小循环。可以重复最小循环，直到总能量值的起始值和更新后的值之间的差小于预定值。

即使参考目前看来是最实用和优选的实施例来描述本发明，但是应当理解，本发明不应局限于上述实施例，而是本发明意在也涵盖所附权利要求范围内的不同修改和等效技术解决方案。

Claims (25)

1.一种用于控制纤维幅材的制造过程中的能量消耗的方法，其中，

-通过加热多个干燥装置来消耗已加热蒸汽，所述多个干燥装置在干燥罩内形成至少一个干燥组，用于从所述纤维幅材中去除水分；

-吹风装置从所述干燥罩中去除湿废气并将加热后的干燥的置换空气供给到所述干燥罩中；以及

-通过将置换空气、一个或多个气体过程流和/或一个或多个液体过程流加热到预定温度范围进一步消耗已加热蒸汽，其中所述方法包括以下步骤：

-将所述干燥罩内的空气湿度维持在预定的最大湿度值以下；

-确定通过所述干燥装置以及通过加热置换空气和/或所述一个或多个气体过程流和/或所述一个或多个液体过程流所消耗的已加热蒸汽的总消耗；以及

-将来自所述干燥罩的所述湿废气的去除调整到使所述已加热蒸汽的总消耗最小的水平。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-确定操作所述吹风装置以去除湿废气和供给置换空气所需的电能的总消耗；

-使用所确定的已加热蒸汽的总消耗和电能的总消耗，通过利用所确定的已加热蒸汽和电能的影响因子来计算总能量值；以及

-将所述湿废气去除调整到使所述总能量值最小的水平。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于可用性、一个或多个经济因素、生态因素和/或以上因素的任何组合来确定已加热蒸汽和电能的影响因子。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，连续地或以预定的时间间隔重新评估一个或多个所述影响因子。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，连续地或以预定的时间间隔重新评估一个或多个所述影响因子。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述制造过程包括多个干燥组，所述多个干燥组包括多个蒸汽加热的干燥装置，其中

-确定全部所述干燥组的已加热蒸汽的总消耗；以及

-确定操作与全部所述干燥组相关联的吹风装置所需的电能的总消耗。

7.根据权利要求2～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括最小循环，所述最小循环包括以下步骤：

-在指定时刻计算所述总能量值的起始值；

-将所述湿废气去除的至少一个流动参数从起始值改变为新的更新后的值；

-确定已加热蒸汽的新的总消耗，并确定操作所述吹风装置所需的电能的新的总消耗；

-使用所确定的已加热蒸汽的新的总消耗和电能的新的总消耗来计算更新后的总能量值；

-比较所述起始值和所述更新后的总能量值；以及

-如果所述更新后的总能量值小于所述起始值，则将所述更新后的总能量值设置为新的起始值，并重复所述最小循环；或者

-如果所述更新后的总能量值高于所述起始值，则将湿废气去除的至少一个流动参数改变为相反方向，并且重复所述最小循环。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，以预定的时间间隔执行所述最小循环。

9.根据前述权利要求1～5和8中任一项所述的方法，其特征在于，由所述干燥装置所消耗的已加热蒸汽独立于通过加热所述置换空气、所述一个或多个气体过程流和/或一个或多个液体过程流所消耗的已加热蒸汽而被控制。

10.根据前述权利要求1～5和8中任一项所述的方法，其特征在于，通过测量来自主蒸汽供给的蒸汽压力和/或蒸汽流量来确定已加热蒸汽的总消耗。

11.根据前述权利要求1～5和8中任一项所述的方法，其特征在于，在将置换空气供给到所述干燥罩之前，使用来自所述湿废气的热能来加热在第一热交换器中的所述置换空气，和/或加热在至少一个第二热交换器中的所述一个或多个气体过程流和/或所述一个或多个液体过程流。

12.根据权利要求1～5和8中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个干燥组为若干个干燥组。

13.根据权利要求1～5和8中任一项所述的方法，其特征在于，所述纤维幅材为纸幅材或纸板幅材。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述纸幅材为卫生纸幅材。

15.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述生态因素包括CO₂排放量。

16.用于控制纤维幅材的制造过程中的能量消耗的设备，其中干燥部包括：

-多个干燥装置，其形成至少一个干燥组，并且所述干燥装置被设置于干燥罩内；

-至少一个第一吹风装置和至少一个第二吹风装置，所述第一吹风装置用于从所述干燥罩中去除湿废气，所述第二吹风装置用于将加热后的干燥的置换空气供给到所述干燥罩中；

-第一热交换器，其用于通过所述湿废气加热置换空气；

-至少一个附加加热元件，其用于通过已加热蒸汽加热置换空气、气体过程流和/或液体过程流；

其中所述设备包括：

-废气调节回路，其包括用于测量所述湿废气的湿度的装置和用于调整湿废气流量的装置；

-温度调节回路，其包括用于测量和调整所述置换空气的温度的装置；

-置换空气调节回路，其包括用于调整置换空气流量的装置；

-传感器阵列，其包括至少一个蒸汽流量传感器，所述传感器阵列被设置成测量由所述干燥装置和所述至少一个附加加热元件所消耗的已加热蒸汽的量；

-主控制单元，其被设置为与所述废气调节回路、所述置换空气调节回路和所述传感器阵列功能性联系，所述主控制单元包括用于计算已加热蒸汽的总消耗的装置，以及用于确定所述湿废气去除在使所述已加热蒸汽的总消耗最小的水平上的装置。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于确定由所述第一吹风装置和/或第二吹风装置所消耗的电能的装置，所述装置被布置成与所述主控制单元功能性联系，并且所述主控制单元包括用于通过使用所确定的已加热蒸汽和电能的影响因子来计算总能量值的装置，其中所述湿废气去除被调整到使所述总能量值最小的水平。

18.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述设备包括在所述湿废气的流动方向上设置在所述第一热交换器之后的至少一个第二热交换器，其中所述第二热交换器被设置为通过所述湿废气加热至少一个气体过程流和/或液体过程流。

19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述设备包括在所述湿废气的流动方向上设置在所述第一热交换器之后的至少一个第二热交换器，其中所述第二热交换器被设置为通过所述湿废气加热至少一个气体过程流和/或液体过程流。

20.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述多个干燥装置在干燥罩内形成若干个干燥组。

21.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述纤维幅材为纸幅材或纸板幅材。

22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述纸幅材为卫生纸幅材。

23.根据权利要求16～22中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个另一温度调节回路，所述另一温度调节回路包括：

-温度传感器，其用于测量气体过程流和/或液体过程流的温度，所述温度传感器在所述湿废气的流动方向上被设置在所述附加加热元件之后；以及

-调整装置，其用于基于所测量的温度值调整流向所述附加加热元件的已加热蒸汽的量。

24.根据权利要求17-22中任一项所述的设备，其特征在于，所述主控制单元包括用于存储影响因子的存储装置和/或用于计算所述影响因子的装置。

25.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述主控制单元包括用于存储影响因子的存储装置和/或用于计算所述影响因子的装置。

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