DE3630561C2 - Regelungssystem für die Ventilation der Trockenhaube einer Papiermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelungssystem für die Ventilation einer Papiermaschinentrockenhaube, mit dem sowohl der aus der Haube abgeleitete Abluftstrom als auch der der Haube zugeführte Ersatzluftstrom gemessen und geregelt wird und in dem Verfahren das Feuchtigkeitsniveau und die Temperatur der Abluftströmung gemessen wird.

In an sich bekannter Weise wird über der Trockenpartie einer Papiermaschine ein Mantel, d. h. eine Haube verwendet, aus welcher Abluftventilatoren einen nötigen Abluftstrom absaugen, mit dem das aus dem zu trocknenden Papier verdampfte Wasser abgeführt wird. Der dem Abluftstrom entsprechende Ersatzluftstrom wird in geeigneter Weise vorgewärmt in die Haube eingespeist. Wird die Abluftmenge mit 100% angesetzt, führt man der Haube ca. 50-60% als Ersatzluft zu, wobei der Rest, d. h. 40-50%, aus in die Haube strömender Leckluft besteht, die insbesondere aus den Kellerräumen sowie durch die Ein- und Austrittsöffnungen der Papierbahn zuströmt.

In den Abluftkanälen kommen an sich bekannte Wärmerückgewinnungssysteme zum Einsatz.

In der DE-OS 32 24 744 ist ein Verfahren zum Erhöhen des thermischen Wirkungsgrades in einem Papiertrocknersystem beschrieben, bei dem feuchte Abluft mit einer Temperatur von über 120 Grad C über eine Abluftleitung abgeführt wird. Dabei mißt man den Feuchtigkeitsgehalt der Abluft und regelt diesen in Abhängigkeit von dem so erhaltenen Meßergebnis auf einen vorgegebenen Wert. Die Regelung erfolgt dabei derart, daß man das Abfließen der Abluft und der Zufuhr von Frischluft zu dem System regelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Regelungssystem für die Luftströme einer Papiermaschinen-Trockenhaube derart zu schaffen, daß die Ventilation fortlaufend optimal arbeitet, was im allgemeinen ein möglichst hohes im Rahmen der Haubenkonstruktion zulässiges Feuchtigkeitsniveau der Abluft bedeutet, wobei jedoch aus das 0-Niveau möglichst auf einem vorher festgelegten Wert eingestellt bleiben soll.

Dies soll dabei auch dann gelten, wenn sich die bei Produktionsungleichmäßigkeiten der Papiermaschine verdampfenden Wassermengen verändern. Dieses Ziel wird ausdrücklich aus energiewirtschaftlichen Gründen angestrebt.

Praktisch soll ein solches Regelungssystem geschaffen werden, bei dem die Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Haube konstant bleibt. Dadurch wird ein besseres Feuchtigkeitsprofil der Bahn als vorher erreicht und ein guter Zustand der Hallenluft sowie ein kleinerer Energieverlust im Maschinensaal als bisher erzielt. Die Differenz zwischen dem inneren und äußeren Druck der Haube variiert in Höhenrichtung von positiv bis negativ aufgrund des sogenannten durch Schornsteineffekt aufgeschichteten Luftdruckes. Das Niveau, bei dem die genannte Druckdifferenz null ist und bei dem keine Leckströmung in die Haube hinein und nicht aus der Haube heraus erfolgt, wird als 0-Niveau bezeichnet. Somit ist die Luft bestrebt, unterhalb dieses 0-Niveaus in die Haube einzuströmen und dementsprechend oberhalb des 0-Niveaus aus der Haube auszuströmen. Im allgemeinen wird angestrebt, das betreffende 0-Niveau auf eine Höhe von ca. 2 m über Fußbodenniveau des Maschinensaales zu regeln, denn auf dieser Höhe befinden sich die Öffnungen, durch welche die zu trocknende Papierbahn in die Haube hinein- und aus der Haube herausgebracht wird. Mit der erfindungsgemäßen 0-Niveau-Regelung auf die genannte Höhe wird angestrebt, in den schwierig abzudichtenden Ein- und Austrittsöffnungen der Bahn auftretende Luftströmungen zu verhindern.

Bei bisher bekannten manuellen Regelungssystemen für Trockenhauben-Ventilationen von Papiermaschinen mußte die Höhe des 0-Niveaus bei Veränderungen der Maschinengeschwindigkeit oder der zu erzeugenden Verdampfung im allgemeinen über Handsteuerung neu "getrimmt" werden.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Regelungssystem kann in der Abluftströmung ein im voraus bestimmter günstiger Feuchtigkeitswert gehalten werden und somit im Inneren der Haube eine durch überhöhte Feuchtigkeitswerte verursachte Wasserkondensation verhindert werden, die z. B. die Bahn W beschädigen kann.

Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß das ständige Messen des 0-Niveaus der Haube vermieden wird, welches mühselig und ungenau ist. Bei der Vorausbestimmung des Verhältnisses Abluftstrom zu Ersatzluftstrom kann die Messung des 0-Niveaus auf an mehreren repräsentativen Stellen der Haube durchgeführte Druckdifferenzmessungen bezogen werden, womit die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen verbessert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Regelungssystem als Blockschema.

Fig. 2 zeigt einen vorab von Hand gemessenen Abluft­ strom als Funktion des Ersatzluftstromes bei einem auf einer bestimmten konstanten Höhe gehaltenen 0-Niveau der Haube.

Nach Fig. 1 wird der Ersatzluftstrom m₁, d. h. die Luft­ strömung durch einen Kanal 11 ins Innere der Haube des Mehrzylindertrockners einer Papiermaschine gebracht. Im Inneren der Haube 10 befinden sich im allgemeinen zwei Reihen dampfbeheizter Trockenzylinder 35 über welche die Papierbahn W abwechselnd knieförmig verläuft. Das Einführen der Bahn W in die Haube 10 ist mit W_in bezeichnet und der Austritt entsprechend mit W_out.

Der Kanal 11 verzweigt sich in acht Teilkanäle 11a und 11b, welche die Zuluft aus Blaselementen 11 zweck­ mäßig in das Innere der Haube 10 verteilen. Im Kanal 11 ist ein Ventilator 12 angebracht, der die Zuluft durch einen Wärmeaustauscher 13 fördert, mit dem der Zuluft die geeignete Temperatur gegeben wird. Im Kanal 11 befindet sich eine Regelklappe 14, deren Stellung über einen Anschluß 17 mit einem zweiten Regler 19 beherrscht wird. Im Kanal 11 be­ findet sich hinter der Regelklappe 14 ein die Zuluftströmung m₁ messender Durchflußmeßgeber mit Umformer 15, wobei der Durchflußmeßgeber z. B. nach dem Prinzip der Differenzdruck­ messung arbeitet. Der Umformer 15 des Durchflußmeßgebers ist mit einer Verbindung 16 an den genannten Regler 19 gekoppelt.

Der Abluftkanal 18 ist am oberen Teil der Haube 10 an­ geschlossen. Der Abluftstrom m₂ läuft durch eine Wärmerück­ gewinnungsvorrichtung (LTO) 25. Hinter der Vorrichtung 25 be­ findet sich im Luftkanal eine Regelklappe 26, die von einem ersten Regler 30 über einen Anschluß 27 gesteuert wird. Hin­ ter der Regelklappe 26 befindet sich im Luftkanal 18 ein Abluftventilator 28, dessen druckseitiger Kanal 29 ins Freie geleitet ist. Mit der Abluftströmung m₂ wird das in der Haube 10 aus der Bahn W verdampfte Wasser abgeführt.

Im Abluftkanal 18 ist ein Meßgeber mit Umformer 22 für die Abluftströmung m₂, ein Feuchtigkeitsmeßgeber mit Umformer 23 für die Abluftströmung sowie ein Meßgeber mit Umformer 24 für die Temperatur (Trockentemperatur) der Abluftströmung angebracht. Der Meßgeber mit Umformer 24 der Abluftströmung m₂ ist über eine Verbindung 21 an den Regler 19 gekoppelt, mit dem die Strömung m₁ der Zuluft beherrscht wird. Die von den Umformern 23 und 24 der Temperatur- und Feuchtigkeits­ geber des Abluftstromes erhältlichen Meßsignale werden über Verbindungen 36 und 37 zum Regler geleitet, mit dem über die Verbindung 27 die Regelklappe 26 des Abluftströmungskanals 18 beherrscht wird. Der erste Regler 30 und der zweite Regler 19 sind konstruktiv und/oder funktionell wenigstens in gewissem Umfang integrierbar.

Die Funktion des zweiten Reglers 19 wird von der Einheit 20, z. B. Mikroprozessor, gesteuert, in dessen Speicher die im voraus bestimmte, in Fig. 2 gezeigte Kurve k₁, die für die Funktion des erfindungsgemäßen Rege­ lungssystems wesentlich ist, als Tabelle oder zu berechnende Funktion gespeichert ist. An den ersten Regler 30 ist über Anschlüsse 31 und 32 eine Feuchtigkeitssollwert-Regeleinheit 33 gekoppelt.

Im folgenden werden die neuen Merkmale der Konstruktion und der Funktion des Regelungssystems be­ schrieben.

Die Kurve k₁ nach Fig. 2, die in den Speicher der den zweiten Regler 19 steuernden Einheit 20 eingespeichert ist, wird manuell gemessen, indem der Abluftstrom m₂ z. B. mit Hilfe der Regelklappe 26 verkleinert und der Ersatzstrom m₁ z. B. mit Hilfe der Regelklappe 14 derart geregelt wird, daß sich das genannte 0-Niveau der Haube 10 auf eine bestimmte gewählte konstante Höhe, z. B. auf 2,0 m Höhe über Fußboden­ niveau des Maschinensaales, einstellt. Auf diese im vorste­ henden beschriebene Weise sind die Punkte 1, 2 und 3 nach Fig. 2 bestimmt, deren Funktion die Kurve (Gerade) k₁ ange­ nähert ist. Die Kurve k₁ ist seitens der Funktion des Regelungssystems entscheidend und trockenpartie­ bezogen. Die Kurve k₁ ist nur durch spezielle Vorausmessungen exakt bestimmbar. Wenn das 0-Niveau der Haube auf eine ande­ re Höhe eingestellt werden soll, muß eine entsprechende an­ dere Kurve gemessen werden, die in Fig. 2 als gestrichelte Kurve k₂ dargestellt ist. In den Speicher der Einheit 20 ist als Funktion oder Tabelle oder als Tabellen die Kurve k₁ (oder Kurven k₁ und k₂...k_n) eingespeichert.

Das Regelungssystem arbeitet wie folgt. Der Regler 30 hält den Feuchtigkeitsgehalt der Abluft bei konstant bleibender Ablufttemperatur konstant. Im all­ gemeinen wird ein möglichst hoher Feuchtigkeitswert der Ab­ luft angestrebt, z. B. ca. 200 g H₂O/kg tL. Die Feuchtigkeit der Abluftströmung m₂ wird durch Steuerung der Regelklappe 26 des Kanals 18 mit dem Regler 30 und gleichzeitige Messung der Abluftfeuchtigkeit mit dem Feuchtemesser 23 konstant gehal­ ten. Dabei regelt der Regler 30 die Abluftfeuchtigkeit auf das mit der Sollwerteinheit 33 eingestellte Niveau. Der opti­ male Wert der Abluftfeuchtigkeit hängt von der Temperatur der Abluft ab und deshalb wird das mit dem Thermometer 24 gemes­ sene Temperatursignal vom Regler 30 oder direkt vom Thermo­ meter über die Verbindung 31 zur Feuchtigkeitsniveau-Soll­ werteinheit 33 geleitet, die automatisch den Feuchtigkeits­ sollwert als Funktion der Temperatur ändert.

Das Regelungssystem mißt mit demselben Durchflußmesser 22 gleichzeitig den auf das richtige Niveau geregelten Ab­ luftvolumenstrom, wobei das diesen beinhaltende Meßsignal über die Verbindung 21 zum Regler 19 geleitet wird. Der Reg­ ler 19 wählt mit Hilfe der in die Einheit 20 gespeicherten Kurve k₁ als seinen Sollwert einen dem gemessenen Wert des Abluftstromes m₂₀ (Fig. 2) entsprechenden Ersatzluftstrom ₁, der mit dem Regelkreis 14, 15, 16, 17, 19 und 20 reali­ siert wird. Als Ergebnis dieser Regelung sucht sich die Regelklappe 14 des Kanals 11 eine (neue) Stellung, aufgrund welcher sich das 0-Niveau der Haube 10 auf die von der Kurve k₁ repräsentierte Höhe, z. B. genannte 2 m, ein­ stellt.

Das im vorstehenden beschriebene Regelungssystem wird wie folgt arbeitend eingesetzt oder derart gesteuert, daß seine Funktion z. B. für die Dauer von ca. 0,5 h derart fort­ gesetzt wird, daß sich die nach einem Riß eintretenden Ände­ rungserscheinungen ausgeglichen haben, wonach die Sollwerte der Regler 19, 30 freigegeben werden, unter Steuerung durch das Regelungssystem zu gleiten. Dadurch werden nach dem Riß eintretende Instabilitätseffekte vermieden.

Claims (3)

1. Regelungssystem für die Ventilation einer Papiermaschinentrockenhaube, mit dem sowohl der aus der Haube abgeleitete Abluftstrom (m₂) als auch der der Haube zugeführte Ersatzluftstrom (m₁) gemessen und geregelt wird und in dem Verfahren das Feuchtigkeitsniveau und die Temperatur der Abluftströmung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorausmessung von verschiedenen Strömungsverhältnissen zwischen Abluftmenge (m₂) und Ersatzluftmenge (m₁) derart erfolgt, daß dabei das 0-Niveau der Haube stets auf konstanter Höhe gehalten wird, diese Werte bestimmt und in einer Sollwerteinheit (20) gespeichert werden, daß das Regelungssystem aus zwei Regelkreisen besteht, von denen mit dem ersten Regelkreis (23, 24, 26, 27, 30, 31, 32, 33) das Feuchtigkeitsniveau der Abluftströmung gemessen und durch Beeinflussung der Abluftmenge (m₂) deren Feuchtigkeitsniveau mit einer Sollwerteinheit (33) auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird, und daß mit dem zweiten Regelkreis (14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22) des Regelungssystems die vom ersten Regelkreis geregelte Abluftmenge (m₂) gemessen und der Sollwert der Ersatzluftmenge (m₁) des zweiten Regelkreises eingestellt wird, wobei an den zweiten Regelkreis an dessen Regler (19) die Sollwerteinheit (20) angekoppelt ist, in welcher die vorbestimmten Daten über die gemeinsame Abhängigkeit von Abluftströmung und Ersatzluftströmung bei dem gewählten konstanten 0-Niveau der Trockenhaube (10) eingespeichert sind, und wobei der Sollwert der Ersatzluftmenge so eingestellt wird, daß der 0-Punkt der Differenz von Innendruck und Außendruck der zu ventilierenden Haube (10), d. h. das sogenannte 0-Niveau der Haube, auf konstanter Höhe gehalten wird.

2. Regelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum zweiten Regelkreis mit Druckdifferenzgebern arbeitende Meßvorrichtungen (21, 22) der Abluftmenge (m₂) gehören und das von diesen erhaltene Meßsignal zur Sollwerteinheit (20) des Regelkreises geleitet wird, von der der zweite Regler (19) einen veränderlichen, dem konstanten 0-Niveau der Haube entsprechenden Sollwert erhält.

3. Regelungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum zweiten Regelkreis weitere Meßvorrichtungen (15, 16) für die Ersatzluftmenge (m₁) sowie Regel- und Antriebsvorrichtungen gehören, mit denen die Regelungsklappe (14) des Ersatzluftkanals (11) beeinflußt wird.