DE102009035162A1

DE102009035162A1 - Messstelle für Luft und Dampf enthaltende Luft in Trennprozessen von Papiermaschinen.

Info

Publication number: DE102009035162A1
Application number: DE102009035162A
Authority: DE
Inventors: Fritz Curtius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2010-05-20
Also published as: DE102009035163A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messstelle für Luft und Dampf H₂O enthaltende Luft in Trennprozessen von Trocknern z.B. in Papiermaschinen (1) mit Trenn- und Trocknungsprozessen in Pressenpartien und Trocknerpartien für Faserstoffbahnen, mit einer Rohrleitung (3), in welcher der Dampf von einer Dampf enthaltenden Luft bestimmt wird. Um dies zu erreichen, ist eine Messung der Kühlgrenztemperatur, in der Dampf enthaltenden Luft, vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messstelle für Luft und Dampf enthaltende Luft nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
Stand der Technik
Von thermischen Trennprozessen und über den Verbrauch an Wärme bei der konvektiven Trocknung ist bekannt, dass mit der Zunahme der Wasseraufnahme in der Abluft der spezifische Wärmebedarf zur Verdampfung von Feuchte, H₂O verbessert wird. Aus diesem Grund wird die Verdampfung von Wasser H₂O über beheizte Austauschflächen in Trocknungsanlagen unterstützt. Zum Erreichen eines bestimmten Wärmeverbrauches kann die Wasseraufnahme der Luft, beschrieben durch x kg-H₂O pro kg-Luft, als Sollwert zugrunde gelegt werden. Diese Anreicherung der Luft mit dampfförmigen Wasser H₂O ist ein Qualitätsmerkmal von thermischen Trennprozessen.
Über Papiermaschinen mit der Ausbildung verschiedener Trennprozesse zur Abtrennung der Feuchte von dem als Rohstoff aufgegebenen Gemisch aus Wasser und Fasermaterial, über welchem sich mit der umgebenden Luft ein Gemisch aus Luft und Wasserdampf ausbildet, ist bekannt, dass die Trennung der Feuchte beginnend mit den Pressenpartien, in den Trocknungspartien fortgesetzt wird und in der Nachtrocknung abgeschlossen wird. Überschüssige Feuchte wird mit Luft in einer Rohrleitung über einen Ventilator im Allgemeinen abgeleitet. Handelsübliche Papiermaschinen weisen aufgrund eines gestreckten Aufbaues und der Aufnahme von mehreren Trennpartien mit den Pressen- und Trocknerpartien eine Vielzahl von Behandlungsstufen auf und haben bedingt durch große Verdampfungsleistungen einige Rohrleitungen, über welche abgetrennte Feuchte, H₂O in einem Luftvolumen abgeleitet werden kann.
Die Erfindung befasst sich mit der Diagnose von Dämpfen in den Behandlungsstufen von Papiermaschinen, um das Betriebsverhalten zwischen einzelnen Trennstufen zu verbessern und das Sparen von Energie zu ermöglichen.
Von der Druckschrift DE 33 36 998 C2 ist ein Verfahren zur Ventilation von Trocknerpartien in Papiermaschinen, bei welchem der Feuchtigkeitsgehalt in der Abluft zur Einsparung an Energie bis auf 200 g pro kg trockene Luft erhöht wird, bekannt. Dies wird in Verbindung damit erreicht, dass feuchte Luftströme mit einer Temperatur, die über der von inneren Oberflächen liegt, auf diese Oberflächen geblasen werden. Nachteil dieser Papiermaschine ist es, dass der Wasserhalt in der Luft der einzelnen Behandlungsstufe nicht bestimmt wird. Weiterer Nachteil ist, dass eine Messstelle zur Bestimmung einer geeigneten Temperatur nicht vorgesehen ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei einem höheren Anteil an Wasser in der Luft in einer Trocknungsgruppe der Papiermaschine, diese feuchten Verhältnisse über eine Leckageluft und über den Transport der Faserstoffbahnen in die benachbarten Behandlungsstufen übertragen werden. Nachteil ist, dass bekanntermaßen, auch ohne Oberflächen, bei dem Mischen von Luftvolumen mit unterschiedlicher Feuchte ein Ausfall von Kondensat gegeben ist. Nachteil ist ein unkontrollierter Ausfall von Kondensat falls Trocknerpartien mit wechselnden Feuchten also höheren Dampfanteilen gefahren werden.
Ein Nachteil ist auch dadurch gegeben, dass bei einem Wechsel des Feuchteanteils und des Wassergehaltes in der Faserstoffbahn über die Länge einer Papiermaschine sich die Verdampfungsverhältnisse für Wasser verändern und eine derartige Änderung beim Wärme- und Stoffaustausch gerade durch höhere Temperaturen in der zugeführten Luft nicht berücksichtigt sind.
Nachteil ist, dass Sollwerte zum Einstellen der richtigen Temperaturen nicht angegeben werden.
Nachteil ist, dass die Wahl einer geeigneten höheren Temperatur partiell auf eine bestimmte Länge eine Papiermaschine bezogen ist. Nachteil ist, dass in den Trennprozessen der Pressenpartien diese Temperatur zu negativer Kondensation im Kontakt mit kaltem Fasermaterial führt.
Ein weiterer Nachteil der Trockner nach dem vorstehenden Stand der Technik ist in der Weise gegeben, dass von der über beheizte Flächen zugeführten Wärme zunächst die vorbei streichende Luft auf die Betriebtemperatur erhitzt wird. Damit ist bei großen Luftmengen nur ein geringer Prozentsatz der zugeführten Wärmezufuhr zur Verdampfung und Durchführung der Trennverfahren verfügbar.
Nachteil ist, dass bei großen Luftvolumen die Arbeitsleistung nämlich die Wasserverdampfung abnimmt und zusätzliche Übertragungsflächen notwendig sind.
Allgemein ist ein Nachteil mit dem Gebrauch der Luft als Betriebsmittel in der Weise zu beobachten, dass diese Luft als Trocknungsmedium zwar beliebig verfügbar ist, dass bei einem zu hohen Luftvolumen zuviel Energie verbraucht wird und die Umwelt durch ein höheres Luftvolumen noch zusätzlich belastet wird.
Es ist nämlich beim Sparen von Energie wichtig, dass das Betriebsmittel Luft nur in dem Maße verwendet wird, wie es tatsächlich für die Ableitung des verdampften Wasser H₂O gebraucht wird.
Weiterer Nachteil ist, dass ein Temperaturfühler nach der Druckschrift DE 33 36 998 C2 zwar die Temperatur in der umgebenden Luft an der trockenen Oberfläche des Fühlers anzeigt. Wichtig ist, dass in Papiermaschinen die Faserstoffbahnen noch feucht sind und Temperaturen an den feuchten Faserstoffbahnen mit diesem Fühler nicht bestimmt werden.
Weiterer Nachteil ist, dass eine kontrollierte Ableitung von Luft nicht vorgesehen ist.
Von der Druckschrift DE 195 14 725 C1 ist ein Verfahren zur Regelung einer Trockenleistung eines Trockenzylinders einer Papiermaschine, insbesondere einer gleichmäßigen Erhitzung von Papier bekannt geworden. Dies wird dadurch erreicht, dass dem eingeleiteten Dampf Luft zugemischt wird und das Mischungsverhältnis abhängig von der Temperatur des aus dem Trockenzylinder ausströmenden Gemisches geregelt wird. Ein Nachteil ist, dass die Dampfmenge in der die Papierbahn umgebenden Atmosphäre nicht gemessen wird. Es ist nämlich so, dass die Erhitzung des Papieres von dem Dampfgehalt in dem an der Oberfläche entstehenden Gemisch aus Dampf und Luft bestimmt wird.
Nachteil ist, dass durch eine Erhöhung der Dampfanteile auf den Heizflächen eines Trocknerzylinders zwar die Verdampfungsleistung erhöhte werden kann, dass Temperaturen in dem Papier auch bei wechselnder Verdampfungsleistung von dem Dampfgehalt und dem Taupunkt in der umgebenden Atmosphäre abhängig sind.
Ein Verfahren zur Regelung der Trocknerleistung einer Papiermaschine ist von der Druckschrift DE 2006 062 235 A1 im Hinblick auf eine Verbesserung des Energiebedarfes bei der Entwässerung einer Faserstoffbahn bekannt. Hierzu wird die Heißluft für eine vorangegangene Trocknungszone der Haube eines nachgeschalteten Trockenzylinders entnommen. Eine Einsparung bei dem Energiebedarf ist dadurch gegeben, dass eine Heißluft, die bereits mit Dampf beladen ist, zur Feuchteaufnahme einer vorangegangenen Trocknungszone zugeführt wird. Ein Nachteil ist, dass in benachbarten von der Faserstoffbahn durchlaufenden Trocknungszone eine unterschiedliche Feuchte und damit eine wechselnder Taupunkt durch unterschiedliche Dampfgehalte der Luft gegeben sind.
Nachteil ist, dass durch den wechselnden Taupunkt in der Atmosphäre um die Faserstoffbahnen von einer Trocknungszone zur anderen kein Gleichgewicht für die Verdampfung und den das Trennverfahren bestimmenden Stoffaustausch gegeben ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Verdampfungstemperaturen durch eine Rückführung von Dampf haltiger Luft verändert werden und bei höheren Dampfanteilen unkontrolliert Kondensationseffekte in der Papiermaschine entstehen.
Nachteil ist, dass große Energieströme in den Trenn- und Trocknungsprozessen von Papiermaschinen verschoben werden und dass über die Länge der Papiermaschine eine Messstelle für eine Diagnose von einheitlichen Energieströmen nicht vorgesehen ist.
Nachteile sind ein höherer Energiebedarf sowie wechselnde Verdampfungsbedingungen über die Länge einer Papiermaschine.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messstelle für Dämpfe in Verbindung mit Trennprozessen in Papiermaschinen aufzuzeigen, durch welche Luft als Betriebsmittel bei günstigen Betriebsverhältnissen nutzbar wird und über welche diese günstigen Betriebsverhältnisse innerhalb der baulichen Gegebenheiten der Papiermaschinen eingerichtet und diagnostiziert werden können. Weitere Aufgabe ist es, dass Energie in Papiermaschinen gespart und die Umwelt entlastet wird.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Stand der Technik bei Trennprozessen von Trocknern und bei der Verdampfung von Wasser H₂O der einleitend genannten Art durch eine Messstelle für Dämpfe und durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 18 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen 2 bis 17 und 19 bis 21 genannten Maßnahmen möglich.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist demgemäß, dass eine Messung der Kühlgrenztemperatur, der über den Ventilator und in einer Rohrleitung geführten Luft an der Messstelle vorgesehen ist.
Dementsprechend zeichnet sich eine Messstelle für aus Papiermaschinen abgeleitete Dämpfe dadurch aus, dass durch eine Messung der Kühlgrenztemperatur der über den Ventilator geführten Luft eine Bestimmung von Dampfanteilen vorgesehen ist.
Wesentlicher Vorteil besteht in der Messstelle an sich, dass ein Messwert, als Kühlgrenztemperatur oder als Feuchtkugeltemperatur vorgeschlagen wird. Vorteil ist, dass über eine Messstelle mit einem Temperaturfühler auch Informationen über den Dampfgehalt an der Messstelle sowie die tatsächlichen Temperaturen des Trennprozesses diagnostizierbar sind.
Es reicht also aus, dass man eine bestimmte Temperatur misst, um den Dampfgehalt und die Funktion einer Behandlungsstufe von einer Papiermaschine zu diagnostizieren.
Ein bemerkenswerter Vorteil liegt in der Einfachheit der Messstelle. Es reicht nämlich aus, dass ein Messfühler, der für eine Diagnose der Kühlgrenztemperatur geeignet ist, an der Messstelle angeschlossen wird.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Messstelle an sich. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Wärmeübergang auf den Messfühler in einer gesättigten Atmosphäre besonders intensiv ist. Vorteil ist, dass die Messstelle auf Veränderungen schnell anspricht und dadurch eine hohe Zuverlässigkeit der Messgröße erreichbar ist. Als Vorteil ergibt sich die Prüfmittelfähigkeit der Messstelle.
Ein Vorteil ist durch den Informationsgehalt der Messstelle in einem gesättigten Luftstrom in der Weise gegeben, dass aufgrund des Temperaturwertes (a), die Temperaturen der Luftanteile (b) und die Temperatur das Dampfanteiles (c) sowie der Partialdruck als physikalische Größe des Dampfes (d) bei der Sättigung (e) bekannt sind.
Vorteil der Messstelle ist, dass ausgehend von einem Messwert mehrere Größen (a) bis (e) als Zustände einer thermischen Trennung und konvektiven Trocknung dokumentierbar sind und die Zustände auch bei einer Veränderung als Temperaturwert aufgezeichnet und mittels des thermodynamischen Zusammenhangs ausgewertet werden können, z. B. für eine Berechnung der Verdampfungsleistung pro kg Luft.
Vorteil ist, dass ausgehend von den Werten über eine Dampfmenge pro m3 gesättigtem Dampf-Luftgemisch, in der Folge durch thermodynamische Abhängigkeiten der Dampfgehalt von Luft in kg-H2O pro kg-Luft sowie der Wärmeinhalt dieser Luft für eine Diagnose und Optimierung von Pressen- und Trocknerpartien als Zustandsgrößen verfügbar sind. Vorteil ist, dass durch mehrere Messstellen die Behandlungsstufen einer Papiermaschine vergleichbar werden.
Ein Vorteil der Messstele für den Betrieb von Papiermaschinen besteht darin, dass durch die Messstelle Energie gespart wird. Das Sparen von Energie ist nämlich dadurch möglich, dass die Trennprozesse einer Papiertrocknung bei höheren Temperaturen unter Verwendung von weniger Luft durchgeführt werden.
Vorteil ist weiter, dass Trennprozesse innerhalb einer Papiermaschine und zwischen Papiermaschinen durch eine Nachrüstung von Messstellen untereinander vergleichbar und auf bessere Verbrauchswerte jeweils einstellbar sind.
Ein weiterer Vorteil dieser Information besteht darin, dass in einem Wert der Kühlgrenztemperatur in der Abluft, neben dem Tatbestand des gesättigten Zustandes, auch eine Information über die theoretische Temperatur der Heißluft verfügbar ist. Es besteht nämlich bei der konvektiven Trocknung eine thermodynamische Abhängigkeit in der Weise, dass die Wärmeinhalte angegeben in kcal/kg trockene Luft in der Abluft und in heißer Zuluft annähernd gleich hoch sind. Vorteil ist, dass von einem Enthalpiewert der Kühlgrenztemperatur von 45 kcal/kg Luft auf eine Enthalpie der heißen Luft von 45 kcal/kg Luft geschlossen werden kann. (ohne Wärmeverluste). Die Temperatur der heißen Luft ergibt sich aus dem Enthalpiewert mit der spezifischen Wärme von Luft mit 0,24 kcal pro kg und °C mit (45/0,24) 180°C. Weitere physikalische Werte dieser Luft sind: Kühlgrenztemperatur 42,5°C, Wassergehalt der Luft 0,057 kg/kg-Luft.
Vorteil ist, dass über eine abbaubare Messstelle, die auch gut zugänglich ist, die Bedingungen der Wärmeaufgabe in die Luft ermittelt werden können.
Vorteil ist, dass z. B. diese Diagnose der Wärmeaufgabe für den Betrieb und die Kontrolle einzelner Trennstufen in einer Papiermaschine nutzbar ist.
Weiterer allgemein gültiger Vorteil ist, dass die Heißluft-Temperatur aus einer durchmischten Abluft abgeleitet wird und dass eine hohe Zuverlässigkeit für die Verwendung des Messwertes wegen der Durchmischung vorhanden ist.
Ein Vorteil ist für das Einsparen von Energie und zur Trocknungsführung in der Weise gegeben, dass auf der abbaubaren Messstelle mit den Werten der Kühlgrenztemperatur eine Kette von Informationen, z. B. über die Wärmezufuhr in einer vorhandenen Prozesssteuerung abgebildet werden kann. Vorteil ist, dass nur bei einer gleichmäßigen Wärmeaufgabe eine gleichmäßige Kühlgrenztemperatur gemessen werden kann. Bekanntermaßen wird die Wärmeaufgabe bei einem Überangebot an Wärme unterbrochen, diese Unterbrechung kann auch bei einer zeitweisen Einrichtung der Messstelle über den Messwert der Kühlgrenztemperatur, nämlich einen Temperaturabfall, festgestellt werden.
Ein Vorteil der Messstelle bei der Entlastung der Umwelt ist dadurch gegeben, dass über die Messstelle die Heißluftwerte und damit der Wärmeverbrauch und eine Wärmeeinsparung dokumentierbar sind. Vorteil ist, dass jeweils für eine konvektive Behandlung und Trocknung die Einsparung an Brennstoff und als Folge eine Entlastung der Umwelt von Klimagasen CO₂ über die Messstelle messbar ist.
Wesentlicher Vorteil des Trockners hierbei ist, dass die Verdünnung des verdampften Wassers mit Luft, von welcher der Energieverbrauch direkt abhängig ist, in der über den Ventilator geführten Luft gemessen wird. Denn mit steigender Kühlgrenztemperatur nimmt der Anteil des Betriebsmittels ab und der Dampfanteil erhöht sich entsprechend dem Dampfdruck bei dem Anzeigewert der Kühlgrenztemperatur. Wobei man etwa eine Verdoppelung des Dampfdruckes und des Dampfanteiles pro Kubikmeter m3 bei einem Anstieg der Temperatur um 15°C feststellen kann.
Weiterer Vorteil ist, dass mit der Kühlgrenztemperatur ein Messwert erfasst werden kann, der mit einem handelsüblichen Temperaturfühler z. B. einem PT 100 mit hoher Zuverlässigkeit diagnostiziert werden kann.
Weitere Vorteil ist, dass eine Messwertnahme einfach ein- und ausbaubar ist.
Weiter ist ein Vorteil dadurch gegeben, dass eine Nachrüstung der Diagnose betreffend den Dampfanteilen in der Abluft möglich ist.
Eine vorteilhafte Methode zur Kontrolle der Trocknungsführung ist in der Weise gegeben, dass zu jeder Kühlgrenztemperatur ein bestimmter Wärmeinhalt der Luft ermittelt wird.
Vorteil ist, dass diese Wärmeinhalte bereits rechnerisch für das System Wasser-Luft vorhanden sind und aus der graphischen Darstellung eines i,x-Diagramms für feuchte Luft bei dem Messpunkt der Kühlgrenztemperatur abgelesen werden können. Vorteilhaft können aus diesem Diagramm ausgehend von dem Wert der Messstelle die Betriebsdaten als Enthalpiewert, Wassergehalt, Wasseraufnahme pro kg-Luft und Sättigungsgrad der Abluft und der Betriebswert der ungesättigten Abluft entnommen werden.
Vorteil ist, dass ein Trocknungsprozess einer Behandlungsstufe als Ganzes durch den Messwert an der Messstelle definiert ist. Vorteilhaft ist der Verlauf einer Trocknung gemäß einer Änderung des Messwertes ebenfalls dokumentiert.
Ein Vorteil für das Sparen von Energie, welches durch eine Verbesserung des Trocknungsprogramms erreicht wird, ist durch die Messstelle nach der Erfindung in mehrfacher Weise gegeben, dass

(1) der Temperaturwert eine hohe Genauigkeit aufweist,
(2) Messwerte reproduzierbar sind,
(3) Diagnose und Genauigkeit von einem Messwert abhängen,
(4) daraus eine gute Prüfmittelfähigkeit abgeleitet werden kann
(5) und die Trennstufen in einer Papiermaschine bei konstanter Temperatur und bei gleich bleibendem Taupunkt einstellbar und ausführbar sind.

Vorteil ist die Prüfmittelfähigkeit und die Eignung der Messstelle zur Optimierung der Trenn- und Trocknungs-Prozesse.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Messstelle abbaubar und nahe einem Ventilator vorgesehen ist. Vorteil ist, dass die Messstelle für eine Kontrolle einrichtbar und wieder abbaubar ist. Vorteil ist die Einsparung von Kosten für Messmittel.
Vorteil ist, dass der Verlauf einer Trocknung und die Gleichmäßigkeit einer Trenn- und Behandlungsstufe für Faserstoffbahnen durch den vorübergehenden Aufbau der Messstelle über den Messwert dokumentierbar sind. Dann wird die Messstelle wieder abgebaut und an einer anderen Stelle über der Faserstoffbahn eingerichtet.
Vorteil ist, dass bei einem Abbau der Messstelle Kosten für Geräte gespart werden.
In einer vorteilhaften Anordnung ist ein Wäscher oder ein Verdampfer mit einer verbindenden Rohrleitung zur Ausbildung der Messstelle vorgesehen. Vorteil ist, dass durch die Dampfbildung in einem Wäscher oder Verdampfer die physikalischen Bedingungen der gesättigten Abluft sichergestellt werden, also die Gewähr für die Diagnose der beabsichtigten Messgröße.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass als Verdampfer ein Behälter mit einer Kondensatfüllung mit einem Fließbettprinzip zum Durchleiten der Luft vorgesehen ist. Vorteil ist, dass Kosten, Aufwand und Platz für die Installation und den Anschluss von Pumpen eines Wäschers gespart werden und die Verdampfung des Kondensats bis zur Sättigung der Luft sichergestellt ist.
Weiterer Vorteil ist die Betriebsbereitschaft des Verdampfers, welche durch die Dampfbildung in der als Sperrschicht wirkenden Füllung mit Kondensat gegeben ist.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass ein Temperatursensor für die Messung der Kühlgrenztemperatur der in dem Verdampfer behandelten Luft vorgesehen ist. Vorteil ist, dass der Sensor nur von einer Luft mit Kühlgrenztemperatur umströmt ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Überlauf für Kondensat als Absalzung in dem Verdampfer vorgesehen. Vorteil ist, dass eine Verdünnung des Kondensates von löslichen Salzen durch die Absalzung gegeben ist. Vorteil ist, dass eine Anreicherung der Salze und eine Abweichung der Messwerte durch Salze im Kondensat vermieden werden. Bekanntermaßen bewirken in Wasser gelöste Salze eine Reduzierung des H₂O-Partialdruckes und entsprechend einen höheren Luftanteil über einer Salzlösung.
Vorteilhaft ist eine Aufgabe von Wasser in den Verdampfer vorgesehen. Vorteil ist, dass durch die Aufgabe von Wasser der Flüssigkeitsspiegel erhalten bleibt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist gegeben, dass ein Ventilator vorgesehen ist. Vorteil ist, dass gesättigte Luft über den Ventilator abgeleitet werden kann und an der Messstelle zur Entnahme des Gemisches ein Messstutzen ausreichend ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass ein Temperatursensor für eine Messung der ungekühlten Luft vorgesehen ist. Mit diesem Temperatursensor wird ein Temperaturwert von der aus einer konvektiven Trenn- und Trocknungsstufe kommenden Luft gemessen. Vorteil ist, dass dieser Temperaturwert die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasser gegenüber dem Messwert der Kühlgrenztemperatur ausdrückt und dass dieser Wert den Istwert der Wasseraufnahme beschreibt. Das Verhältnis von Istwert zu dem Wassergehalt der Luft bei der Kühlgrenztemperatur beschreibt bekanntermaßen den Sättigungsgrad der Abluft.
In einer vorteilhaften Anordnung kann ein Temperatursensor mit dem Merkmal einer Feuchtkugeltemperatur an der Messstelle vorgesehen werden. Vorteil ist, die Möglichkeit einer Schnelldiagnose gegeben ist.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass ein elektronisches Speichemedium an der Messstelle vorgesehen ist. Dabei können Messsignale von einem Temperaturwert in dem Speichermedium abgelegt und verarbeitet werden. Vorteil ist, dass die Messdaten weiter für Diagnosen und für Regelschritte verfügbar sind.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass thermodynamische Abhängigkeiten eines i,x-Diagramms von feuchter Luft in dem Speichermedium abgelegt sind. Vorteil ist, dass die Gesetzmäßigkeiten von feuchter Luft in dem Speichermedium abgelegt sind und dass dieses i,x-Diagramm für eine Auswertung der Messwerte verfügbar ist. Vorteil ist z. B. die Ausweisung und Diagnose des Sättigungsgrades der Luft, welcher aus den 2 Temperaturwerten/-punkte auf der Linie mit konstanter Enthalpie ermittelt wird.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass eine verstellbare Klappe in der Rohrleitung vorgesehen ist. Durch die verstellbare Klappe können die Strömungsverluste einer konvektiven Trocknung verändert werden. Vorteil ist, dass mit dieser Klappe die Luftvolumen des Trenn- und Trocknungsprozess eingestellt werden können.
Vorteil ist das Sparen von Energie durch das Einstellen von kleineren Volumen an Luft.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Zuleitung eines Stellsignals von dem Speichermedium auf die verstellbare Klappe vorgesehen ist. Mit diesem Stellsignal, das auf eine Verstelleinheit an der Klappe geführt wird, kann die Klappenstellung verändert werden. Vorteil ist, eine Regelung der Klappenstellung ausgehend von dem Temperaturwert an der Messstelle.
Eine vorteilhafte Anordnung besteht darin, dass eine Zuleitung eines Stellsignals von dem Speichermedium auf einen Drehzahl geregelten Motor am Ventilator vorgesehen ist. Hierdurch kann ausgehend von der Messstelle und einem Temperaturwert das Stellsignal auf den Motor zur Einstellung des Fördervolumens über die Drehzahl geführt werden. Vorteil ist die Einsparung von elektrischer Antriebsenergie bei einer Reduzierung der Drehzahl.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass bei einem Trockner mit einer Aufgabe der Dampf (H₂O) enthaltenden Luft in einen Kondensator, eine Messung der Kühlgrenztemperatur vor der Aufgabe in den Kondensator vorgesehen ist. Hierbei wird die Kühlgrenztemperatur vor der Aufgabe des Dampfes in den Kondensator gemessen. Vorteil ist, dass bei einer Drosselung der Luftmenge der Dampfgehalt erhöht wird und weiter die erzeugte Sekundärwärme bei höheren Temperaturen verfügbar ist.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Aufbau einer Messstelle für Luft und Dampf H₂O enthaltende Luft in Trennprozessen von Trocknern, z. B. in Papiermaschinen mit Trenn- und Trocknungsprozessen in Pressenpartien und Trocknerpartien für Faserstoffbahnen, mit verschiedenen Trocknungsstufen und mit Rohrleitungen für Luft und Dampf, H₂O enthaltende Luft, die von den Faserstoffbahnen abgeleitet wird, ist mit einem an ein Speichermedium angebundenen Temperatursensor in der Weise aufgezeigt, dass eine Messung der Kühlgrenztemperatur, in der Dampf enthaltenden Luft, vorgesehen ist. Vorteil ist, dass ausgehend von dieser Messstelle die thermische Funktion des Trenn- und Trocknungsprozesses als Istzustand diagnostiziert werden kann.
Weiterer Vorteil ist, dass die Energieeinsparung nach einer Nachrüstung des Trockners mit einem neuen Istwert durch die Messstelle aufgezeigt werden kann.
Vorteil ist, die Messstelle wird eingebaut, sie wird ausgebaut, es erfolgt ein Umbau und die Messstelle wird erneut eingebaut.
Vorteil ist, dass ein neuer Abluftzustand, ein reduzierter Energieeinsatz, eine Einsparung an Kosten sowie eine Entlastung der Umwelt über diese Messstelle diagnostiziert werden kann. Wichtig ist, dass diese Werte nicht nur rechnerisch sondern auch graphisch in dem i,x-Diagramm für feuchte Luft als Betriebspunkte darstellbar sind.
Vorteil ist die Visualisierung der Betriebswerte in Papierform, dargestellt in handelsüblichen Diagrammen von feuchter Luft. Bekanntermaßen werden diese Diagramme regelmäßig dazu verwendet, um Prozessdaten der Kälte- und Klimatechnik und der Rückkühlwerke (Kühlturm) zu dokumentieren.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist durch die Messstelle gegeben, dass ein Temperatursensor für eine Messung der ungekühlten Luft vorgesehen ist und die Temperaturwerte der Sensoren für eine Ermittlung eines Sättigungsgrades der Luft vorgesehen sind. Dabei ist der Abstand der Temperaturwerte das Maß für eine noch mögliche Wasseraufnahme der Abluft. Vorteil ist, dass mit dieser noch möglichen Wasseraufnahme aufgezeigt ist, wieviel der Wasseraufnahme im Messpunkt der Kühlgrenztemperatur erreicht ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind als Zeichnung dargestellt und werden anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen,
1 einen Ausschnitt einer Papiermaschine mit einer Messstelle;
2 einen Ausschnitt einer Papiermaschine mit einer Messstelle und einem Kondensator.
In 1 ist eine Trenn- und Trocknungsstufe 8 einer Papiermaschine 1 mit einer erfindungsgemäßen Messstelle 2 dargestellt. Über eine Rohrleitung 3 ist eine Ableitung für Luft und Dampf, H₂O enthaltende Luft von einer nicht gezeigten Faserstoffbahn aus der Trenn- und Trocknungsstufe dargestellt. In dieser Rohrleitung 3 ist die Messstelle 2 mit einem Sattelstück 4 ausgebildet, um an der Messstelle 2 die Messung einer Kühlgrenztemperatur anzuschließen.
Das Sattelstück 4 kann über einer nicht gezeigten Öffnung auf die Rohrleitung 3, mittels Nieten, aufgesetzt werden. Das Sattelstück 4 kann mit einem Enddeckel 5 verschlossen werden.
Zur Messung der Kühlgrenztemperatur kann die Messstelle 2 zum Aufbau von komplementären Messungen benutzt und eingesetzt werden. Mit einem Temperatursensor 6 ist der Anschluss eines Sensors nach dem Prinzip der Feuchtkugeltemperatur vorgesehen. Dies ist ein Temperaturwert, der im Innern einer feuchten Kugel 7 oder Hohlkörper, der auf den Temperatursensor aufgesteckt ist, von dem Temperatursensor 6 in dem feuchten Hohlkörper gemessen wird. Diese Kugel 7 ist in einem feuchten Zustand mit dem Temperatursensor 6 in der Rohrleitung 3 mit dem Gemisch aus Luft und Dampf angeordnet. Diese Kugel 7 oder ein textiler Hohlkörper kann nachdem er mit Wasser befeuchtet ist, zusammen mit dem Temperatursensor 6 und dem Enddeckel 5 in der Messstelle 2 angeordnet und eingebaut werden. Hierzu kann der Enddeckel 5 auf das Sattelstück 4 aufgesetzt werden.
Solange die Feuchtigkeit an dem Temperatursensor 6 noch nicht verdampft ist, bildet sich Innerhalb des Hohlkörpers partiell an der Sensor Oberfläche eine mit Dampf gesättigte Luft aus. Der Dampf ist in der Luft mit einem Partialdruck verteilt, der mit dem Dampfdruck von Wasser bei dem Temperaturwert identisch ist.
Vorteilhaft können diese Verhältnisse innerhalb einer „Feuchtkugel”, die mit heißer Luft umgeben ist, physikalisch gleichgesetzt werden mit dem Zustand der heißen Luft, der sich bei einer Wasseraufnahme der Luft beim Erreichen des Zustands der Sättigung einstellt. Das Wasser breitet sich als Dampf in der Luft aus und entzieht der Luft die Wärme zur Verdampfung. Die Kühlgrenztemperatur ist erreicht, sobald die Luft über dem Dampfdruck des Wassers keinen zusätzlichen Dampf aufnehmen kann. In diesem Zustand sind der Temperaturwert und der Dampfdruck des Wassers mit dem Partialdruck des Dampfes in der Luft im Gleichgewicht. Die Kühlgrenze und die Dampfaufnahme von heißer Luft sind in diesem Zustand erreicht.
Bei einem Anstieg des Messwertes im verlaufe der Messung ist die Feuchtigkeit um den Temperatursensor verdampft. Dann kann der Temperatursensor mit dem Enddeckel 5 ausgebaut und nach einer Befeuchtung erneut angeschlossen werden.
Weiterer Vorteil ist, dass der Temperatursensor erst im Betrieb der Papiermaschine 1 an eine Dampf enthaltende Luft angeschlossen werden kann. Heiße Luft ohne Dampf hat nämlich eine höhere Verdampfungsleistung was ein schnelleres Austrocknen der Kugel 7 bewirkt.
Wichtig ist, dass diese Messstelle 2 in der Rohrleitung 3 angeordnet ist. Aus der Rohrleitung 3 entweicht nämlich Dampf enthaltende Luft 9 ins Freie. Vorteil ist, dass aufgrund der Strömungsbedingungen ein Überduck in der Rohrleitung 3 besteht. Der Zutritt von Falschluft, welche die Messwerte verfälschen würde, ist dadurch ausgeschlossen. Es reicht nämlich bei einer Temperaturmessung vielfach aus, dass zur Aufgabe des Messfühlers ein passendes Loch in der Wand der Rohrleitung 3 gebohrt wird. Dann ist es wichtig, dass durch einen Überdruck verhindert wird, dass einströmende trockene Luft örtlich die Kühlgrenztemperatur der Luft verändert.
Im Falle eines nachträglichen Einbaus der Messstelle kann die Öffnung der Messstelle mit einem Klebeband nach der Messung betriebssicher verschlossen werden. Üblich ist es, bei neuen Installationen werksseitig eine Messstelle 2 aufgebaut z. B. auf dem Sattelstück 4 vorzusehen.
Auch bei einer Entnahme von Abluftproben an der Messstelle ist es wichtig, dass über einen eingeführten Schlauch keine Falschluft angesaugt wird. Es reicht dann vielfach aus über eine 20 mm Öffnung, einen Absaugschlauch einzuführen.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung der Messstelle ergeben sich durch die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit 2.
Zu 2:
Eine Messstelle 2 für eine Messung der Kühlgrenztemperatur, in einer an der Messstelle 2 entnommenen Dampf enthaltenden Luft wird im Zusammenhang mit 2 beschrieben. Eine Rohrleitung 13 angebunden an einen Verdampfer 10, mit einem eine Schicht mit Wasser 11, enthaltenden Behälter 14 ist für eine Zuleitung und fließbettähnlich Verteilung der Abluftprobe vorgesehen. In Strömungsrichtung nachgeschaltet, ist ein Gemisch aus Wasser, Dampf und Luft oberhalb der Rohrleitung 13, aus welchem die Abluftprobe gesättigt mit einer Kühlgrenztemperatur entweicht. Eine Rohrleitung 15, ein Stutzen 16 an der Rohrleitung 3 ist für eine Rückführung der Abluftprobe an die Saugseite eines Ventilators 17 vorgesehen. Über eine Rohrleitung 20 kann Wasser zugeführt, und ein Überlauf 12 regelt die Ableitung von überschüssigen Wasser in dem Verdampfer 10.
Für die Bestimmung der Kühlgrenztemperatur an der Messstelle 2 ist in der Abluftprobe im abgeleiteten Luftstrom ein Temperatursensor 21 nach der Sättigung mit dem Wasser 11 vorgesehen mit einer Weiterführung des Messwertes zu einem Speichermedium 22. Über eine verstellbare Klappe 23 in der Rohrleitung 3 kann ausgehend von dem Temperatursensor 21 eine bestimmte Kühlgrenztemperatur volumetrisch eingestellt werden.
Eine weitere Regelung der Kühlgrenztemperatur 21 an der Messstelle 2 kann über ein Signal erfolgen, welches von dem Speichermedium 22 auf einen Drehzahl regelbaren Motor 18 des Ventilators 17 vorgesehen ist.
Vorteil ist, dass das Volumen in der Rohrleitung 3 gedrosselt werden kann. Vorteilhaft ist mehr Wärme auf einer höheren Temperatur in einem nach geschalteten Kondensator 24 verfügbar.
Eine weitere Anordnung der Messstelle 2 ist mit einer von dem Verdampfer 10 ausgehenden Rohrleitung 25 und einem Ventilator 26 dargestellt. Bei dieser Ausführung kann eine Abluftprobe aus der Messstelle 2 entnommen, in dem Verdampfer 10 behandelt und ins Freie geführt werden, ohne dass die Rohrleitung 15 eingebaut wird.
Vorteil ist, dass die Messstelle 2 rasch eingerichtet und schnell abbaubar ist.
Ein weiterer Temperatursensor 27 ist für eine Messung der Temperatur der Abluft 9 vorgesehen. Weiter ist eine Aufgabe des Temperaturwertes auf das Speichermedium 22 dargestellt. Vorteil: Bei einem Vergleich der Temperaturwerte der Messstellen 27 und 21 kann die Aufnahmefähigkeit der ungesättigten Abluft für Wasser aus der möglichen Abkühlung (dem Temperaturunterschied) ermittelt werden.
In einer perspektiven Ansicht des Kondensator 24 ist ein, eine Wasserfüllung 28 enthaltender, Behälter 29, in welchem Luft und Dampf über eine vorhandene Rohrleitung 3 eingeführt und über Öffnungen 19 ausgeblasen werden, dargestellt. Eine Rohrleitung 30 ist für eine Zufuhr von Wasser und eine Überlauf 31 für eine Ableitung von Wasser und Kondensat vorgesehen. Nach der Abkühlung kann das behandelte Gemisch aus Luft und Dampf aus dem Behälter 29 über ein Rohrstück 32 nach oben entweichen.
Der Vorteil besteht darin, dass über die Kühlgrenztemperatur, geregelt, weniger Luft freigesetzt wird, weniger Energie verbraucht wird und weniger Abwärme aus dem Kondensator verloren geht.
Vorteil der Messstelle ist, dass Energie- und Wärmeströme einer konvektiven Trocknung über die Kühlgrenztemperatur diagnostizierbar sind. Vorteil ist, dass dadurch Energie eingespart werden kann.
Wesentlicher Vorteil ist, dass durch den Temperaturwert an der Messstelle die Betriebstemperatur in der Faserstoffbahn bei der Trennung der Feuchte diagnostizierbar ist.
Es folgt eine Liste der Bezugszeichen:

1: Papiermaschine
2: Messstelle
3: Rohrleitung
4: Sattelstück
5: Enddeckel
6: Temperaturfühler
7: Feuchtkugel
8: Trenn- und Trocknungsstufe
9: Luft, Dampf enthaltend (Abluft)
10: Wäscher/Verdampfer
11: Wasser-/Kondensatfüllung (Schicht)
12: Überlauf
13: Rohrleitung
14: Behälter
15: Rohrleitung
16: (Rohr-)Stutzen
17: Ventilator
18: Motor
19: Öffnungen
20: Rohrleitung
21: Temperatursensor
22: Speichermedium
23: Klappe, verstellbar
24: Kondensator
25: Rohrleitung
26: Ventilator
27: Temperatursensor
28: Wasser, Füllung mit..
29: Behälter
30: Rohrleitung
31: Überlauf
32: Rohrstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3336998 C2 [0005, 0014]
- DE 19514725 C1 [0016]
- DE 2006062235 A1 [0018]

Claims

Messstelle (2) für Luft und Dampf H₂O enthaltende Luft in Trennprozessen von Trocknern z. B. in Papiermaschinen (1) mit Trenn- und Trocknungsprozessen in Pressenpartien und Trocknerpartien für Faserstoffbahnen, mit verschiedenen Trocknungsstufen (8) einschließlich einer Nachtrocknung und mit Rohrleitungen (3) für Luft und Dampf, H₂O enthaltende Luft (9), die von den Faserstoff bahnen abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung der Kühlgrenztemperatur, in der Dampf enthaltenden Luft (9), vorgesehen ist.
Messstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (2) abbaubar vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (2) nahe einem Ventilator (17) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wäscher oder ein Verdampfer (10) mit einer verbindenden Rohleitung (13) zur Ausbildung der Messstelle (2) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfer (10) ein Behälter (14) mit einer Kondensatfüllung (11) mit einem Fließbettprinzip zum Durchleiten von Luft vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (21) für die Messung der Kühlgrenztemperatur der in dem Verdampfer (10) behandelten Luft vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überlauf (12) als Absalzung in dem Verdampfer (10) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohrleitung (20) zur Aufgabe von Wasser H₂O in den Verdampfer (10) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilator (26) in einer Rohrleitung (25) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (27) in der Luft (9) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (6) mit dem Merkmal einer Feuchtkugeltemperatur (7) an der Messstelle (2) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches Speichemedium (22) an der Messstelle (2) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass thermodynamische Abhängigkeiten eines i,x-Diagramms von feuchter Luft in dem Speichermedium (22) abgelegt sind.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine verstellbare Klappe (23) in der Rohrleitung (3) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung eines Stellsignals von dem Speichermedium (22) auf die verstellbare Klappe (23) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung eines Stellsignals von dem Speichermedium (22) auf einen Drehzahl geregelten Motor (18) am Ventilator (17) vorgesehen ist.
Messstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Aufgabe der Dampf (H₂O) enthaltenden Luft in einen Kondensator (24), dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung der Kühlgrenztemperatur, vor der Aufgabe in den Kondensator (24) vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Aufbau einer Messstelle (2) nach Anspruch 1 für Luft und Dampf H₂O enthaltende Luft in Trennprozessen von Trocknern z. B. in Papiermaschinen (1) mit Trenn- und Trocknungsprozessen in Pressenpartien und Trocknerpartien für Faserstoffbahnen, mit verschiedenen Trocknungsstufen (8) einschließlich einer Nachtrocknung und mit Rohrleitungen (3) für die Luft und Dampf, H₂O enthaltende Luft (9), die von den Faserstoffbahnen abgeleitet wird, wobei ein Temperatursensor (6, 21) mit einem Speichermedium (22) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung der Kühlgrenztemperatur, in der Dampf enthaltenden Luft (9), mit dem Temperatursensor (6, 21) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (27) für eine Messung von ungekühlter Luft (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturwerte der Sensoren (6, 21, 27) für eine Ermittlung eines Sättigungsgrades der Luft (9) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 17 sowie Ansprüche 19 und 20 ausgeführt ist.