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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren fürs Kontrollieren
der Trocknung eines bahnförmigen
Materials, bevorzugt einer Faserstoffbahn. Das bahnförmige Material
wird durch eine Trockenanlage geleitet, die Blaskästen umfasst,
die in einer Vielzahl von Trockendecks angeordnet sind, über unteren
Blaskästen
schwebend, die von ihrer Oberseite heiße Prozessluft gegen das bahnförmige Material
ausblasen, um dies bevorzugt auf solche Weise zu trocknen, dass
aerodynamische Kräfte
das bahnförmige
Material stabil schwebend auf einem annähernd konstanten Abstand oberhalb
der unteren Blaskästen
halten.
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Wasser,
in Form von Dampf, das aus dem bahnförmigen Material entweicht,
wird vermischt mit und abgeleitet von der Prozessluft, von der zumindest
ein Teil rückgeführt wird,
während
die nicht rückgeführte Prozessluft
als Abluft abgeleitet und durch einen entsprechenden Anteil heißer Zuluft
mit niedrigem Wassergehalt ersetzt wird. Die Temperatur der Prozessluft
wird dadurch geregelt, dass der rückgeführten Prozessluft Wärme zugeführt wird.
Solch ein Verfahren ist aus
US
5 136 790 A bekannt.
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STAND DER
TECHNIK
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Beim
kontaktlosen Trocknen von bahnförmigem
Material, zum Beispiel Faserstoff, wird das bahnförmige Material
durch eine Vielzahl von Trockendecks mit dazwischenliegenden Umlenkwalzen hin
und her bewegt. Die Trockendecks umfassen untere Blaskästen, die
von ihrer Oberseite Prozessluft ausblasen, und normalerweise auch
obere Blaskästen,
die von ihrer Unterseite Prozessluft ausblasen. Normalerweise sind
die unteren Blaskästen
auf solche Weise konstruiert, dass sie für eine feste, stabile Position
des bahnförmigen
Materials oberhalb der unteren Blaskästen sorgen, während die
Ausblasung aus den oberen Blaskästen
senkrecht zur Bahn erfolgt. Die Prozessluft aus den unteren Blaskästen hat somit
einen zweifachen Zweck. Zusätzlich
zur Trocknung der Bahn soll ein stabiler Bahnlauf erreicht werden.
Die einzige Aufgabe der Prozessluft aus den oberen Blaskästen besteht
darin, das bahnförmige Material
zu trocknen.
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Beim
Kontrollieren der Trocknung gibt es im Wesentlichen drei Parameter.
Der Feuchtegehalt, die Temperatur und der Volumenstrom der Prozessluft können beeinflusst
werden.
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Das
Wasser, das aus dem bahnförmigen
Material in Form von Dampf entweicht, wird vermischt mit und abgeleitet
von der Prozessluft. Um die Trocknungsleistung aufrechtzuerhalten
zu können,
muss deshalb Teil der Prozessluft als Abluft abgeleitet und durch
trockenere und bevorzugt heiße
Zuluft ersetzt werden. Dies geschieht normalerweise in solch einem
begrenzten Ausmaß,
dass in der Abluft solch ein hoher Feuchtegehalt aufrechterhalten
wird, dass Kondensation und Korrosion auf ungeschützten Teilen
gerade noch vermieden werden können.
Der größte Teil
der Prozessluft wird rückgeführt. Das
Volumen an Abluft, das dem abgeleiteten Volumen an Prozessluft,
anderer eingeführter
Luft und eventueller Leckluft entspricht, wird solcherweise angepasst, dass
der Feuchtegehalt der Abluft auf einen Sollwert überwacht wird, der angesichts
der Gefahr von Kondensation usw. so hoch wie möglich ist. Die Temperatur der
Abluft kann zum Beispiel 100-130°C
und der Wassergehalt derselben 0,15-0,30 kg/kg trockener Luft sein,
und die entsprechende Temperatur und der Wassergehalt der Zuluft
können
zum Beispiel 75-105°C
beziehungsweise 0,005-0,03 kg/kg sein.
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Die
Prozessluft wird geheizt, indem dem Gemisch aus Zuluft und rückgeführter Prozessluft
Wärme zugeführt wird.
Dies findet normalerweise durch rekuperativen Wärmetausch statt, wobei das
Heizmittel Niederdruckdampf oder Mitteldruckdampf ist. Im Falle
eines erhöhten
Trocknungsbedarfs wird die Wärmezufuhr
gesteigert, und im Falle eines reduzierten Trocknungsbedarfs wird
die Wärmezufuhr
herabgesetzt. Die Temperatur der Prozessluft wird in Aufwärtsrichtung
durch eine gesteigerte Wärmezufuhr und
in Abwärtsrichtung
durch eine reduzierte Wärmezufuhr
beeinflusst. Im Folgenden wird dies auf solche Weise beschrieben,
dass die Temperatur geregelt wird, obwohl dies keine direkte Regelung
der Temperatur bedeutet, die unter anderem durch den Wassergehalt
der Prozessluft und den Grad der Rückführung beeinflusst wird.
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In
dem durch einen maximalen Feuchtegehalt der Abluft und eine möglichen
Zufuhr von Wärme zur
rückgeführten Prozessluft
gegebenen Rahmen besteht das Ziel darin, einen möglichst kleinen Volumenstrom
für die
Prozessluft zu verwenden, weil die Gebläse von Elektromotoren angetrieben
werden, und elektrische Energie viel teuerer als Wärmeenergie
ist. In einer Zellstofffabrik steht der Niederdruckdampf oft praktisch
kostenlos zur Verfügung.
Die Regelung ist relativ langsam und unempfindlich gegenüber Schwankungen
der Materialqualität.
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Bei
Sortenwechsel des bahnförmigen
Materials und beim Anlauf nach einem Bahnabriss dauert die Einstellung
eine relativ lange Zeit. Dies ist weitgehend auf die thermische
Trägheit
des Heizungssystems zurückzuführen.
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AUFGABEN DER
ERFINDUNG
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Eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches
Verfahren zur Überwachung
und Kontrolle des Feuchtegehalts von bahnförmigem Material, hauptsächlich Faserstoff, vorzusehen,
das imstande ist, die für Änderung
der Bedingungen erforderliche Zeit zum Beispiel bei der Zellstoffherstellung
zu verkürzen.
Somit soll die Gefahr verringert werden, dass das getrocknete bahnförmigen Material
die in Hinsicht auf den Trockengehalt gegebene Spezifikation nicht
erfüllt.
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Es
ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches
Verfahren zur Verkürzung der
Zeitspanne vorzusehen, während
derer das bahnförmige
Material die gegebene Spezifikation nach einem Bahnabriss oder Sortenwechseln
nicht erfüllt,
wodurch die hergestellte Quantität
an minderwertigem Material, so genanntem Ausschuss zurückgeht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kontrolle
der Trocknung eines bahnförmigen
Materials, bevorzugt einer Faserstoffbahn. Das bahnförmige Material
wird durch eine Trockenanlage geleitet, die Blaskästen umfasst,
die in einer Vielzahl Trockendocks angeordnet sind, und schwebt
oberhalb von unteren Blaskästen,
die von ihrer Oberseite heiße
Prozessluft gegen das bahnförmige
Mate rial ausblasen, um das Material zu trocknen. Wasser in Form
von Dampf, das aus dem bahnförmigen
Material entweicht, wird vermischt mit und abgeleitet von der Prozessluft,
von der zumindest ein Teil rückgeführt wird,
während
die nicht rückgeführte Prozessluft
als Abluft abgeleitet wird und durch einen entsprechenden Anteil
von Zuluft, bevorzugt Heißluft mit
niedrigem Wassergehalt ersetzt wird. Die Temperatur der Prozessluft
wird geregelt.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren,
beim Detektieren einer Abweichung vom gewünschten Trockengehalt des getrockneten
bahnförmigen
Materials, wird bei einem zu niedrigen Trockengehalt des bahnförmigen Materials
der Volumenstrom der Prozessluft durch Vergrößerung des Volumenstroms der Prozessluft,
und bei einem zu hohen Trockengehalt durch Herabsetzung des Volumenstroms
der Prozessluft geändert,
um den gewünschten
Trockengehalt des getrockneten, bahnförmigen Materials schnell wiederzuerlangen.
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ALLGEMEINE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dem
erfinderischen Konzept liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Kontrolle
der rekuperativen Wärmezufuhr
stets mit einer relativ langen Zeitkonstante verbunden ist. Von
dem Zeitpunkt an, wo eine Änderung
in die Wege geleitet wird, bis wieder stationäre Verhältnisse herrschen, können mehrere Minuten,
vielleicht sogar bis zu einer halben Stunde verstreichen. Während dieser
Zeit kann nicht erwartet werden, dass die Qualität zum Beispiel einer Faserstoffbahn
innerhalb der gegebenen Grenzen der aktuellen Spezifikation liegt.
Dies kann auch zu Problemen beim Schneiden und während der Lagerung führen.
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Um
dieses Problem zu lösen,
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagen, anstatt das kontaktlose Trocknen eines
bahnförmiges
Material, zum Beispiel eine Faserstoffbahn, konventionell durch
variierende Aufheizung der Prozessluft mittels eines Wärmetauschers
zu kontrollieren, eine erheblich schnellere Regelung des Volumenstroms
der Prozessluft einzusetzen, der beim bahnförmigen Material zur Trocknung
und Abstützung
der Bahn zugeführt
wird.
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Die
Tatsache, dass ein vergrößerter Volumenstrom
an Prozessluft in einer gesteigerten Trocknungsleistung und ein
reduzierter Volumenstrom in einer reduzierten Trocknungsleistung
resultiert, vorausgesetzt dass die Temperatur der Prozessluft nicht bedeutend
geändert
wird, ist als solche lediglich eine logische Folge von wohlbekannten
physikalischen Beziehungen. Die Neuheit der Erfindung liegt in der unvoreingenommenen
Erkenntnis, dass der konventionelle Standpunkt, dass Strom mehr
als Dampfheizung kostet, kurz aufgegeben werden sollte, und dass
anstelle des Versuchs, den Feuchtegehalt der Materialbahn durch
eine primäre
Maßnahme
weit weg von der Materialbahn zu korrigieren, wo der Prozessluft
Wärme zugeführt wird,
eine Änderung
nahe der Materialbahn gemacht werden sollte, und dass die Trocknungsleistung
durch Vergrößerung oder Verringerung
des Volumenstroms von Prozessluft gesteigert oder herabgesetzt werden
sollte. Diese Änderung
hat eine fast unmittelbare Wirkung. Die Wärmezufuhr zur Prozessluft wird
dann nach oben oder nach unten korrigiert, um die Kosten für die Trocknung
zu minimieren. Eine Bedingung für
das vorgeschlagene Verfahren ist, dass die Grenzwerte für die Kapazität der Zirkulationsgebläse oder
für den Prozessluftstrom,
der für
einen stabilen Bahnlauf erforderlich ist, im Normalbetrieb nicht
erreicht werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Volumenstrom von Prozessluft durch Änderung der Drehzahl der Zirkulationsgebläse geändert, die die
Blaskästen
mit Prozessluft versorgen. Die Zirkulationsgebläse werden bevorzugt von Elektromotoren
angetrieben, die mit WS-Spannung gespeist werden. In diesem Fall
wird die Drehzahl der Zirkulationsgebläse zweckentsprechend geändert, indem
die Frequenz der die Motoren speisenden Spannung geregelt wird.
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In
den zurzeit eingesetzten Trockenanlagen für Faserstoff wird Luft normalerweise
auf solche Weise durch die unteren Blaskästen zugeführt, dass das bahnförmige Material
in einer stabilen Schwebeposition oberhalb der unteren Blaskästen gehalten wird,
während
Prozessluft durch obere Blaskästen
im Wesentlichen vertikal nach unten gegen die Oberseite des bahnförmigen Materials
geblasen wird.
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In
großen
Trockenanlagen wird normalerweise eine Vielzahl Zirkulationsgebläse eingesetzt.
In diesen Fällen
werden ein unterer Blaskasten und der gegenüberlie gende obere Blaskasten
bevorzugt mit Prozessluft vom gleichen Zirkulationsgebläse, zweckentsprechend
auf solche Weise versorgt, dass jedes Zirkulationsgebläse eine
Gruppe benachbarter unterer und oberer Blaskästen mit Prozessluft versorgt.
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Im
Schutzumfang der Erfindung kann die gleiche Frequenz für die Spannung
gewählt
werden, mit der die Motoren aller Zirkulationsgebläse gespeist
werden. Manchmal stellt es sich aber heraus, dass es klare Vorteile
mit sich bringt, die Frequenz der die Motoren der Zirkulationsgebläse speisenden Spannung
einzeln oder in Gruppen auf solche Weise zu wählen, dass sie der aus Erfahrung
bekannten Anforderung, nach einem möglichst geringen Energieverbrauch,
der gewünschten
Qualität
des getrockneten bahnförmigen
Materials oder ähnlichem
angepasst ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Frequenz der Spannung, mit der die Motoren der Zirkulationsgebläse gespeist
werden, in Abhängigkeit
davon gewählt,
wo im Trocknungsprozess das betreffende Zirkulationsgebläse Blaskästen mit
Prozessluft versorgt, bevorzugt auf solche Weise, dass die Frequenz
für Zirkulationsgebläse nahe
dem Einlass der Trockenanlage höher
als nahe dem Auslass derselben ist. Falls eine Abweichung vom gewünschten
Trockengehalt des bahnförmigen
Materials detektiert wird, wird bei Erkennung der Abweichung die Frequenz
der Spannung, die die Motoren der Zirkulationsgebläse speist,
für das
betreffende Gebläse oder
Gebläsegruppe
dann entsprechend um einen Betrag geändert, der von der betreffenden
Frequenz abhängig
ist.
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Der
große
Vorteil der Erfindung besteht in der Kontrolle bei schnellen Änderungen,
etwa Änderung
der produzierten Sorte, oder beim Anlauf nach einem Bahnabriss.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun detaillierter mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei
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1 schematisch
eine Detailansicht einer Vorrichtung zeigt, die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist;
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2 schematisch
eine Trockenpartie zeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist;
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3 schematisch
eine Seitenansicht einer Trockenanlage zeigt, die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist;
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4 schematisch
ein Ablauf- und Signalverarbeitungsdiagramm zeigt, das für das erfindungsgemäße Verfahren
geeignet ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
das Hauptprinzip von kontaktlosem Trocknen. Eine Faserstoffbahn 1 wird
zwischen unteren Blaskästen 12,
die von ihrer Oberseite Heißluft
gegen die Faserstoffbahn 1 ausblasen, und oberen Blaskästen 13 hindurchgeleitet,
die von ihrer Unterseite heiße
Luft gegen die Faserstoffbahn 1 ausblasen. Die unteren
Blaskästen 12 blasen
zumindest einen Teil der Luft tangential die obere Seite des Blaskastens 12 entlang,
um der Bahn eine stabile Schwebehöhe oberhalb der unteren Blaskästen 12 zu
verleihen. Die oberen Blaskästen 13 blasen
die Luft im Wesentlichen senkrecht zur Bahn 1.
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2 zeigt
eine vereinfachte Darstellung einer Trockenpartie 20 mit
unteren Blaskästen 12 und oberen
Blaskästen 13 gemäß dem oben
Erwähnten. Die
Blaskästen
sind in drei Trockendecks angeordnet, und die Faserstoffbahn 1 wird
während
der Trocknung in einer Hin-und-Herbewegung durch die Trockenpartie 20 hindurchbewegt.
Die Richtung wird über
Umlenkwalzen 14 zwischen den Trockendecks geändert.
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3 zeigt
eine vereinfachte Seitenansicht einer Trockenanlage 30 für eine Faserstoffbahn 1. Die
Trockenanlage 30 umfasst neun Trockendecks mit acht dazwischenliegenden
Umlenkwalzen 14. Die Blaskästen 12, 13 in
den neun Trockendecks werden von zwölf Gebläsen 2 mit Prozessluft
versorgt, die in drei horizontalen Reihen angeordnet sind. Jedes
Gebläse 2 versorgt
eine Gruppe 3 von Blaskästen 12, 13 mit
einer der des Gebläses 2 in
der Seitenansicht entsprechenden Lage mit aufgeheizter Prozessluft.
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4 zeigt
ein vereinfachtes Blockdiagramm für die Prozessluft und die damit
verbundene Signalverarbeitung gemäß der Erfindung. Das Diagramm
weist ein Zirkulationsgebläse 2 für Prozessluft,
einen Wärmetauscher 4 zur
Aufheizung der Prozessluft stromaufwärts vom Zirkulationsgebläse 2, und
eine Gruppe 3 von Blaskästen 12, 13 auf,
die vom Zirkulationsgebläse 2 mit
Prozessluft versorgt werden.
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Eine
Steuereinheit 5 überwacht
das Trocknen über
einen Messsensor 6 für
den Trockengehalt der getrockneten Faserstoffbahn 1 und
einen Messsensor 7 für
den Wassergehalt der Abluft in einem Abluftkanal 41. Die
Steuereinheit kontrolliert das Trocknen über eine Regelvorrichtung 8 für Abluft
im Abluftkanal 41, eine Regelvorrichtung 9 für Zuluft
in einem Zuluftkanal 42 und eine Regelvorrichtung 10 für Niederdruckdampf
in einem Stutzen 44 zum Wärmetauscher 4, und
durch Regelung der Frequenz der WS-Spannung, mit der das Zirkulationsgebläse 2 über einen
Frequenzwandler 11 gespeist wird. Auf diese Weise wird
die Rezirkulationsströmung
durch einen Kanal 43, mit der Zuluftströmung durch den Kanal 42,
zur gemeinsamen Prozessluftströmung
durch den Wärmetauscher 4 gemischt
und das Zirkulationsgebläse 2 geregelt.
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Die
Steuereinheit 5 ist gemeinsam für die gesamte Trockenanlage 30 (in 3),
während
die Anzahl Frequenzwandler 11 zweckentsprechend größer sein
kann. Ein Frequenzwandler 11 kann getrennt für jedes
Gebläse 2 benutzt
werden, doch aus praktischen Gründen
kann es bevorzugt sein, zum Beispiel einen Frequenzwandler 11 für jede horizontale
Reihe von Gebläsen 2 zu
haben, was in der Ausführungsform
von 3 drei Frequenzwandler 11 bedeutet. Eine
Unterteilung der Gebläse 2 in
Gruppen für
mehrere Frequenzwandler 11 sollte auf solche Weise erfolgen,
dass sich die Gruppen in Bezug auf Strömung der Faserstoffbahn 1 nicht überschneiden.
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Im
stationären
Betrieb wird der Feuchtegehalt der getrockneten Papierbahn von der
Steuereinheit 5 über
den Sensor 6 aufgezeichnet, und die Menge des über den
Stutzen 44 und die Regelvorrichtung 10 dem Wärmetauscher 4 zugeführten Niederdruckdampfes
wird geregelt, um einen erwünschten
Wert für
den Trockengehalt der Faserstoffbahn 1 zu erhalten. Die
Abluftströmung über den
Kanal 41 wird von der Regelvorrichtung 8 derart
eingestellt, dass ein erwünschter
Wert des Wassergehalts der Abluft im Abluftkanal 41 durch
den Messsensor 7 ermittelt wird. Die Zuluftströmung im
Zuluftkanal 42 wird von der Regelvorrichtung 9 derart
eingestellt, dass der Luftdruck in der Trockenanlage 30 den
erwünschten
Wert erreicht. Die Drehzahl des Gebläses 2 wird gemäss der etablierten
Strategie so niedrig wie möglich
gehalten, um den Verbrauch von elektrischer Energie zu minimieren.
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Bei
einem Anstieg des Feuchtegehalts oder einem allgemein betrachtet
zu hohen Wert der getrockneten Faserstoffbahn 1, der durch
den Messsensor 6 aufgenommen wird, erhöht die Steuereinheit 5 die
Drehzahl des Zirkulationsgebläses 2 für die Prozessluft über den
Frequenzwandler 11. Der Volumenstrom der Prozessluft am
Austlass 40 des Gebläses 2 wird
gesteigert, und auf diese Weise erhält man eine erhöhte Trocknungsleistung.
Der gewünschte Feuchtegehalt
der getrockneten Faserstoffbahn wird relativ schnell wiedererlangt.
Diese schnelle Wiederherstellung reduziert die Produktion von Faserstoff außerhalb
der Spezifikation zu Kosten eines für kurze Zeit angestiegenen
Energieverbrauchs.
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Gleichzeitig,
als Ergebnis der Tatsache, dass die Frequenz der WS-Spannung, die
den Motor für das
betreffende Zirkulationsgebläse 2 antreibt,
höher als
die gewünschte
Frequenz ist, führt
die Steuereinheit 5 dem Wärmetauscher 4 über die
Regelvorrichtung 11 einen gesteigerten Dampfstrom zu, und gleichzeitig
mit dieser relativ langsam zunehmenden Wärmeübertragung auf die Prozessluft,
wird die Frequenz der WS-Spannung korrigiert, was in einer abnehmenden
Strömung
von Prozessluft resultiert, weil der Feuchtegehalt der Faserstoffbahn 1 unter
dem Spezifizierten liegt. Dies setzt sich fort, bis die Frequenz
der WS-Spannung den vorbestimmten Wert wieder erreicht hat.
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Während dieses
Prozesses wird die Strömung
von Abluft automatisch korrigiert. Jede Zunahme des Wassergehalts
der Abluft wird von der Steuereinheit 5 ausgeglichen, indem
die Abluftströmung in
entsprechendem Maße
von der Regelvorrichtung 8 im Abluftkanal 41 vergrößert wird.
Die Zuluftströmung
durch den Zuluftkanal 42 wird von der Steuereinheit 5 geändert, um
der Abluftströmung
im Wesentlichen zu folgen, damit der Luftdruck in der Trockenanlage 30 unverändert bleibt.
Wenn der Dampfgehalt/Feuchtegehalt der Abluft einen vorbestimmten Wert
erreicht und die Frequenz der WS-Spannung die Gewünschte ist,
ist der Betrieb wieder stationär. Als
Folge der sich relativ langsam vollziehenden Änderung der Dampfzufuhr ist
die dauerhafte Änderung eine
Zunahme der Wärmezufuhr,
die dem angestiegenen Trocknungsbedarf entspricht.
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Bei
einem plötzlichen
Rückgang
des Feuchtegehalts der getrockneten Faserstoffbahn 1 läuft der Prozess
in der entgegengesetzten Richtung ab.
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ALTERNATIVE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Erfindung ist natürlich
nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern
sie kann auf vielfache Weise im Schutzumfang der folgenden Patentansprüche variiert
werden.
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Demzufolge
können
zum Beispiel nichtlineare Regelmittel, wie Integriermittel, Differenziermittel oder
deren Kombinationen und/oder komplizierte Regelalgorithmen benutzt
werden.
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Weiters
kann das Grundkonzept der Erfindung auch angewandt werden, wenn
andere Typen von Blaskästen,
zum Beispiel ohne einen stabilen Bahnlauf eingesetzt werden.
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In
der obigen Beschreibung werden Korrekturmaßnahmen aufgrund einer unvorhergesehenen Störung vorausgesetzt.
Selbstverständlich
lässt sich die
Erfindung ebenso gut anwenden, wenn die Trocknung wunschgemäß aktiv
geändert
werden soll, zum Beispiel infolge einer geänderten Spezifikation.