EP4512954A1 - Energetisch optimierter dampfblaskasten - Google Patents

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Publication number
EP4512954A1
EP4512954A1 EP24191656.8A EP24191656A EP4512954A1 EP 4512954 A1 EP4512954 A1 EP 4512954A1 EP 24191656 A EP24191656 A EP 24191656A EP 4512954 A1 EP4512954 A1 EP 4512954A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
application
control device
paper
cardboard
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24191656.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Wegehaupt
Andreas Haux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4512954A1 publication Critical patent/EP4512954A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F7/00—Other details of machines for making continuous webs of paper
    • D21F7/008—Steam showers

Definitions

  • the invention relates to a steam application system for the efficient heating of a paper, cardboard or fibrous web by means of condensation of steam, comprising a steam blower box which comprises a plurality of application zones which are connected to a steam line by means of application valves.
  • the invention further relates to a method for applying steam to a paper, cardboard or fibrous web by means of a steam application system.
  • Steam blow boxes are known from the state of the art and are used to heat the paper web in paper production.
  • WO 2021 20 92 32 A1 shows a particularly compact steam blower box in which the steam quantity measurement and steam conditioning are already integrated into the steam blower box.
  • steam quantity measurement is always complex and error-prone.
  • steam blower boxes are still not operated effectively to ensure that steam that does not condense on the paper web does not escape into the environment as mist. Finding the ideal operating point requires extensive manual tests, for which there is often not enough time in practice due to changing boundary conditions.
  • the object of the invention is to provide an efficient steam application system in order to achieve efficient steaming of the paper web and to prevent steam from entering the environment unused and from condensing on the paper, cardboard or fibrous web. Furthermore, in an advantageous embodiment of the invention, steam quantity measurement can be dispensed with in order to obtain a particularly efficient and inexpensive steam application system by means of calculations and to provide a method for operating it efficiently. This should enable automatic, more efficient control of the steam quantity.
  • the steam application system comprises a control device which is designed to control the application quantity of the steam for each application zone, wherein the application valves comprise a device for detecting the valve position, and the steam line comprises a pressure measurement and wherein the control device is designed to calculate the application quantity from the valve position and the measured value of the pressure measurement.
  • the application valves comprise a measuring device for recording and transmitting the exact valve position.
  • the measuring device can be designed as a position sensor, or can comprise a calculation of the position, which is carried out by recording the steps of a stepper motor.
  • the position of the valves can also be determined by measuring the pressure of the control medium.
  • a characteristic curve for the application valves is stored in the control system, which includes the application quantity as a function of the steam pressure in the steam supply line and the ambient pressure.
  • the pressure measurement can advantageously also include a temperature measurement, so that the temperature can also be taken into account for the calculation of the application quantities (the pressure measurement is then temperature compensated).
  • the characteristic curve can also include specific geometry information of the application chamber and achieve a high level of accuracy for use in the steam blower box.
  • the application valves are advantageously already integrated in the steam blower box and are located between the steam line and the application zone.
  • the application zones advantageously include a larger number of application nozzles or application openings, in particular between 10 and 200. Application openings per application zone through which the steam reaches the paper, cardboard or fiber web.
  • control device comprises a speed value of the paper, cardboard or fiber web and controls the application amount of steam in correlation with the speed value.
  • a speed value is advantageous.
  • the speed is the production speed and/or the speed at which the paper, cardboard or fibrous web is moved past the steam blower box.
  • the speed value is advantageously transmitted digitally from the machine control to the control device.
  • control device comprises a grade value of the paper, cardboard or fiber web, and controls the application quantity of steam in correlation with the grade value.
  • the grade value is preferably transmitted digitally from the machine control system and/or a production planning system to the control device.
  • the grade value is a total value of various quality values and/or production settings of the paper, cardboard or fibrous web.
  • the grade value includes a basis weight value and/or values about the material composition of the paper, cardboard or fibrous web. Settings in a forming section and/or a press section of the machine for producing the paper, cardboard or fibrous web can also optionally be included in the grade value.
  • the amount of steam to be applied can also be selected specifically for the grade and automatically adjusted accordingly using the control device.
  • a steam application system is also advantageous, wherein the steam application system comprises a measuring system, wherein the measuring system determines quality values of the paper, cardboard or fibrous web as profile values over the cross machine direction (CD) and the control device and wherein the control device controls the application quantity in correlation with the profile values for each application zone.
  • the measuring system determines quality values of the paper, cardboard or fibrous web as profile values over the cross machine direction (CD) and the control device and wherein the control device controls the application quantity in correlation with the profile values for each application zone.
  • the quality values of the paper, cardboard or fibrous web are measured as a profile across the width of the web. This is advantageously determined using a measuring frame and traversing sensors in a quality control system (QCS), which is part of the steam application system.
  • QCS quality control system
  • control using a control device and measured values from the QCS is advantageous, as the application quantity can thus be adjusted across the cross-machine direction (CD) and the quality values can be balanced and/or improved. Fluctuations in the raw material and/or in the machine parameters can lead to different quality values across the width of the paper, cardboard or fibrous web. Targeted increased heating using steam in individual application zones can achieve an improvement in the quality values in these areas, for example by improving drying or dewatering.
  • the steam application system comprises a measuring system, wherein the measuring system determines a moisture value and/or basis weight value of the paper, cardboard or fibrous web as profile values over the cross machine direction (CD) and transmits them to the control device, wherein the control device controls the application quantity in correlation with the profile values for each application zone.
  • CD cross machine direction
  • the steam application system can directly influence the moisture content of the paper, cardboard or fibrous web, as the increased temperature caused by steam application enables improved dewatering and/or drying.
  • the moisture content is therefore an advantageous input value for the control device of the steam application system.
  • the basis weight is also measured by the measuring system or QCS and advantageously transmitted to the control device, as the amount of steam applied has a different effect depending on the basis weight of the paper, cardboard or fibrous web, whereby the higher the basis weight, the higher the amount of steam applied can be regulated.
  • the steam application system comprises a temperature sensor
  • the control device is designed to control the application quantity in correlation with the measured value of the temperature sensor.
  • the temperature of the paper, cardboard or fiber web as well as the ambient temperature have a direct influence on the effectiveness of the steam application.
  • Other process temperatures can also be advantageously taken into account in the control system, as they influence the quality of the product or the quality values.
  • the temperature sensor can be designed as a contact sensor or infrared sensor, or can include an indirect measured value that is transmitted to the control device by means of calculation or measurement, for example from a process control system.
  • the steam line has a cross-sectional area of 100 - 3000 cm 2 over the length in the cross-machine direction (CD), in particular a cross-sectional area of 200 - 1000 cm 2 .
  • the method for controlling the amount of steam applied to each application zone advantageously does not require any further steam quantity measurements. This is an advantage both in terms of investment costs and for the accuracy of the control, since the measurement errors from a steam quantity measurement are avoided. Instead of measuring the quantity and/or volume in the steam line, this method only uses a pressure value and a precisely determined valve position to determine and/or regulate the amount applied. Furthermore, a pressure measurement in the steam line is necessary for control by means of valve position, whereby the pressure measurement is advantageously arranged after a steam quantity valve that regulates the amount of steam flowing into the steam line.
  • the pressure measurement advantageously also includes a temperature measurement in order to enable temperature compensation of the pressure measurement.
  • a further advantageous method is one in which, in a further method step, temperature values, type values and/or speed values are transmitted to the control device and are taken into account for the control of the application quantity.
  • the steam application system comprises a measuring system, wherein the measuring system transmits a profile value of a quality value of the paper-cardboard or fibrous web to the control device, wherein the target value for the control of the application quantity for each application zone is carried out taking into account the profile value.
  • Irregularities across the width of the web can arise from the manufacturing process of the paper, cardboard or fiber web. These are determined by a quality measurement and control system (QCS) and transmitted as profile information to the control device of the steam application system.
  • QCS quality measurement and control system
  • a further advantageous method is one in which the quality values include the moisture content and/or the basis weight of the paper, cardboard or fibrous web.
  • a further advantageous method is one in which a condensation potential of the paper, cardboard or fibrous web is calculated in the control device, wherein the condensation potential is taken into account for the control of the application quantity.
  • the amount of steam applied that condenses on the paper, cardboard or fibrous web depends on various factors.
  • the moisture content, the basis weight and the speed of the paper, cardboard or fibrous web are the quality values that are most relevant for condensation.
  • the condensation of steam causes the paper, cardboard or fibrous web to heat up, whereby the web has a condensation potential that differs depending on time and location. If the condensation potential is taken into account, When production conditions change, the optimal amount of steam applied to the paper, cardboard or fiber web in the application zones of the steam application system can always be calculated. This prevents steam from escaping unused from the steam application system into the environment and causing fog. On the other hand, if the amount applied is too small, the beneficial heating cannot be used sufficiently if the condensation potential is not exploited.
  • the Figure 1 shows a schematic, not to scale, isometric overview of a steam application system 1 for applying steam to a paper, cardboard or fibrous web 2.
  • the steam application system 1 comprises a steam blower box 3, a control system 6 and a measuring system 5, as well as the lines for transporting steam, compressed air and/or signals.
  • the steam blower box 3 is designed to apply steam in varying quantities to the paper, cardboard or fibrous web 2 by means of a plurality of application zones 4.
  • the application zones are advantageously distributed in the cross-machine direction CD over the paper, cardboard or fibrous web 2.
  • the application zones 4 are advantageously between 5 - 50 cm wide (in CD). With a typical web width of 3 - 13 m, a steam blow box 3 advantageously comprises between 10 and 300 application zones 4.
  • a zone width in CD of 4 - 40 cm and a number of 25 - 250 application zones are particularly advantageous, as this enables particularly precise control of the steam application quantity in CD.
  • Each application zone 4 has a distribution chamber, with and advantageously via steam outlet openings or steam application nozzles.
  • the distribution chamber of each application zone is connected to an application valve 8 and is supplied with steam from a common steam line 9.
  • the steam line 9 is advantageously designed with a sufficiently large volume to provide the same pressure at all application zones.
  • a steam line 9 which has a cross-sectional area after a steam quantity valve 10 of 100 cm 2 to 1000 cm 2 is particularly advantageous.
  • the steam blow box comprises the application zones 4, the application valves 8, the steam line 9, a steam quantity valve 10 and a Pressure measurement 7 which records the pressure in the steam line 9 after the steam quantity valve 10.
  • the steam line 9 also advantageously comprises (not shown in the picture) further valves to drain condensate and/or heated chambers to reduce condensation in the steam blower box.
  • the application valves 8 advantageously have a position detection of the valve position, whereby the throughput of steam can be shown via a characteristic curve as a function of the valve position and the pressure difference before and after the application valve 8. These characteristic curves are advantageously stored as data in the control device 6 for each application zone.
  • the control device 6 advantageously comprises a computer system, the technical devices for signal processing (IO interfaces, DA/AD converters), as well as corresponding converters to transfer control signals to the application valves and to achieve a corresponding adjustment there.
  • the application valves 8 transmit the current valve position as input variables for the control device 6, and the data of a measuring system 5 are also transmitted to the control device 6.
  • the control system is also connected to the pressure measurement 7 from the steam supply, wherein the pressure measurement 7 is usually designed for a steam pressure in the range 0 - 8 bar overpressure, and in particular for a range of 0 - 2 bar overpressure.
  • the measuring system 5 is designed to record quality values 16 of the paper, cardboard or fibrous web 2 and is arranged after the steam blower box in the production process.
  • the measuring system 5 is designed to carry out a large number of measurements of the quality values 16 across the web width in the cross-machine direction CD so that a profile value 14 can be determined.
  • the measuring system 5 is advantageously designed to determine quality values 16 for the moisture, the temperature and/or the basis weight of the paper, cardboard or fibrous web 2.
  • further production sections are arranged between the steam blower box 3 and the measuring system, such as (not shown in the picture) a press section, a drying section and/or a size press.
  • the control device 6 is designed to process the transmitted profile values 14 and to output control signals to the application valves 8.
  • further signals from the production process and/or the environment of the machine for producing the paper, cardboard or fibrous web 2 are processed in the control.
  • the speed value 12 in the control device 6 is particularly advantageous. used to adjust the amount of steam applied.
  • the speed value correlates linearly with the amount of steam applied that can be condensed on the paper, cardboard or fibrous web 2.
  • a temperature value determined by means of a temperature sensor 15 can also have an influence on the condensation and can be used accordingly in the control device 6.
  • the temperature of the paper, cardboard or fibrous web can be measured, and/or an ambient temperature and/or a process temperature.
  • the condensation rate on the paper, cardboard or fibrous web 2 is lower the higher the temperature of the paper, cardboard or fibrous web 2 is.
  • the control device 6 can also take differences in the paper, cardboard or fibrous web 2 into account in the control; in particular, information such as the type value 13, which is a collective value of several quality values 16, can advantageously and optionally be used in the control.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dampfauftragssystem (1) und ein Verfahren zum effizienten Betrieb des Dampfauftragssystems (1), für das effiziente Erwärmen einer Papier- Karton- oder Faserstoffbahn (2) mittels Kondensation von Dampf, umfassend einen Dampfblaskasten (3), der eine Mehrzahl von Auftragszonen (4) umfasst, die mittels Auftragsventilen (8) mit einer Dampfleitung (9) verbunden sind, wobei das Dampfauftragssystem (1) eine Regelvorrichtung (6) umfasst, die eingerichtet ist, die Auftragsmenge an Dampf für jede Auftragszone (4) zu regeln, wobei die Auftragsventile (8) eine Einrichtung zur Erfassung der Ventilstellung umfassen, und die Dampfleitung (9) eine Druckmessung (7) umfasst und wobei die Regelvorrichtung (6) eingerichtet ist die Auftragsmenge aus der Ventilstellung und gemessenen Wert der Dampfmessung (7) zu berechnen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dampfauftragssystem, für das effiziente Erwärmen einer Papier- Karton- oder Faserstoffbahn mittels Kondensation von Dampf, umfassend einen Dampfblaskasten, der eine Mehrzahl von Auftragszonen umfasst, die mittels Auftragsventilen mit einer Dampfleitung verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auftrag von Dampf auf eine Papier- Karton oder Faserstoffbahn, mittels einem Dampfauftragssystem.
  • Aus dem Stand der Technik ist sind Dampfblaskästen bekannt, die zu einer Erwärmung der Papierbahn in der Papierproduktion verwendet werden. Die WO 2021 20 92 32 A1 zeigt einen besonders kompakten Dampfblaskasten, bei dem die Dampfmengenmessung und Dampfkonditionierung bereits in den Dampfblaskasten integriert sind. Eine Dampfmengenmessung ist dabei aber stets aufwendig und fehlerbehaftet. In der Praxis werden Dampfblaskästen weiterhin nicht effektiv betrieben, um sicher zu stellen, dass Dampf, der nicht an der Papierbahn kondensiert, nicht als Nebel in die Umgebung entweicht. Den idealen Betriebspunkt zu finden, erfordert umfangreiche manuelle Versuche, für die in der Praxis bei veränderlichen Randbedingungen oft die Zeit fehlt.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein effizientes Dampfauftragssystem bereitzustellen, um eine effiziente Bedampfung der Papierbahn zu erreichen, und zu verhindern, dass Dampf ungenutzt in die Umgebung gelangt, und nicht an der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn kondensiert. Weiterhin kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf eine Dampfmengenmessung verzichtet werden, um hier mittels Berechnungen ein besonders effizientes und günstiges Dampfauftragssystem zu erhalten, sowie ein Verfahren bereitzustellen, dieses effizient zu betreiben. Eine Automatische effizientere Steuerung der Dampfmenge soll so ermöglicht werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
  • Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, wobei das Dampfauftragssystem eine Regelvorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, die Auftragsmenge des Dampfes für jede Auftragszone zu regeln, wobei die Auftragsventile eine Einrichtung zur Erfassung der Ventilstellung umfassen, und die Dampfleitung eine Druckmessung umfasst und wobei die Regelvorrichtung eingerichtet ist die Auftragsmenge aus der Ventilstellung und gemessenen Wert der Druckmessung zu berechnen.
  • Für eine Regelung der Auftragsmenge ist es notwendig, Informationen zu dem Dampfdurchsatz zu ermitteln. Im Stand der Technik kommen hier Durchflussmessungen zum Einsatz, die eine definierte Vorlauf und Nachlauf Länge einer Dampfleitung benötigen. Die Durchflussmessungen sind dabei besonders anfällig für Messfehler, was eine präzise und damit effiziente Dosierung der Auftragsmenge erschwert. Im Rahmen dieser Erfindung wird daher auf die Durchflussmessungen an der Dampfleitung verzichtet. Die Auftragsventile umfassen stattdessen eine Messeinrichtung zur Erfassung und Übermittlung der genauen Ventilstellung. Die Messeinrichtung kann dabei über einen Wegaufnehmer ausgeführt sein, oder eine Berechnung der Position umfassen, die durch eine Erfassung der Schritte eines Schrittmotors erfolgt. Bei hydraulischen oder pneumatischen Ventilen kann die Positionsbestimmung der Ventile auch über eine Druckmessung des Steuermediums erfolgen. Um für jede Auftragszone die Auftragsmenge zu bestimmen und zu regeln, wird in der Regelung eine Kennlinie für die Auftragsventile hinterlegt, die die Auftragsmenge in Abhängigkeit von dem Dampfdruck in der Dampfzuleitung und dem Umgebungsdruck umfasst. Weiterhin vorteilhaft kann die Druckmessung auch noch eine Temperaturmessung umfassen, so kann die Temperatur ebenfalls für die Berechnung der Auftragsmengen berücksichtigt werden (Die Druckmessung ist dann Temperaturkompensiert). Die Kennlinie kann weiterhin spezifische Geometrieinformationen der Auftragskammer umfassen, und eine hohe Genauigkeit für die Verwendung in dem Dampfblaskasten erreichen. Die Auftragsventile sind vorteilhaft bereits in den Dampfblaskasten integriert und befinden sich dabei zwischen Dampfleitung und Auftragszone. Die Auftragszonen umfassen vorteilhaft eine größere Anzahl von Auftragsdüsen oder Auftragsöffnungen, insbesondere zwischen 10 und 200 Auftragsöffnungen pro Auftragszone, durch die der Dampf auf die Papier- Karton- oder Faserstoffbahn gelangt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Dampfauftragssystem, wobei die Regelvorrichtung einen Geschwindigkeitswert der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn umfasst, und die Auftragsmenge an Dampf in Korrelation mit dem Geschwindigkeitswert regelt.
  • Um eine Auftragsmenge pro Fläche der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn zu errechnen und zu regeln ist ein Geschwindigkeitswert vorteilhaft. Die Geschwindigkeit ist dabei die Produktionsgeschwindigkeit und/oder die Geschwindigkeit, mit der die Papier- Karton- oder Faserstoffbahn an dem Dampfblaskasten vorbeibewegt wird. Der Geschwindigkeitswert wird dabei vorteilhaft aus der Maschinensteuerung digital an die Regelvorrichtung übermittelt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Dampfauftragssystem, wobei die Regelvorrichtung einen Sortenwert der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn umfasst, und die Auftragsmenge an Dampf in Korrelation mit dem Sortenwert regelt.
  • Der Sortenwert wird vorteilhaft aus der Maschinensteuerung und/oder einem Produktionsplanungssystem digital an die Regelvorrichtung übermittelt. Der Sortenwert ist dabei ein Summenwert von verschiedenen Qualitätswerten und/oder Produktionseinstellungen der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn. Der Sortenwert umfasst dabei eine Flächengewichtswert und/oder Werte über die Stofflichen Zusammensetzung der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn. Auch Einstellungen in einer Formiersektion und/oder einer Pressenpartie der Maschine zur Herstellung der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn können optional in dem Sortenwert enthalten sein. Auch die aufzutragende Dampfmenge kann spezifisch für die Sorte gewählt werden, und mit der Regelvorrichtung dementsprechend automatisch eingestellt werden.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Dampfauftragssystem, wobei das Dampfauftragssystem ein Messystem umfasst, wobei das Messystem Qualitätswerte der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn als Profilwerte über die Maschinenquerrichtung (CD) ermittelt und and die Regelvorrichtung übermittelt und wobei die Regelvorrichtung die Auftragsmenge in Korrelation mit den Profilwerten für jede Auftragszone regelt.
  • Die Qualitätswerte der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn werden als Profil über die Breite der Bahn gemessen. Dies wird vorteilhaft mittels eines Messrahmens und traversierender Sensorik in einem Qualitätsleitsystem (QCS) ermittelt, das Teil des Dampfauftragssystems ist. Für das Dampfauftragssystem ist eine Regelung mittels Regelvorrichtung und Messwerten des QCS vorteilhaft, da die Auftragsmenge so über die Maschinenquerrichtung (CD) angepasst werden kann und die Qualitätswerte ausgeglichen und/oder verbessert werden können. Durch Schwankungen im Rohmaterial und oder in den Maschinenparametern kann es über die Breite der Papier-Karton- oder Faserstoffbahn zu unterschiedlichen Qualitätswerten kommen. Eine gezielte verstärkte Erwärmung mittels Dampfes in einzelnen Auftragszonen, kann in diesen Bereichen eine Verbesserung der Qualitätswerte erreichen, beispielsweise durch eine Verbesserung der Trocknung oder Entwässerung.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Dampfauftragssystem, wobei das Dampfauftragssystem ein Messystem umfasst, wobei das Messystem einen Feuchtewert und/oder Flächengewichtswert der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn als Profilwerte über die Maschinenquerrichtung (CD) ermittelt und and die Regelvorrichtung übermittelt, wobei die Regelvorrichtung die Auftragsmenge in Korrelation mit den Profilwerten für jede Auftragszone regelt.
  • Das Dampfauftragssystem kann den Feuchtewert der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn direkt beeinflussen, da die erhöhte Temperatur durch Dampfauftrag eine verbesserte Entwässerung und/oder Trocknung ermöglicht. Daher ist der Feuchtewert eine vorteilhafte Eingangsgröße für die Regelvorrichtung des Dampfauftragssystems. Auch das Flächengewicht wird von dem Messystem oder QCS gemessen und vorteilhaft an die Regelvorrichtung übermittelt, da die Auftragsmenge an Dampf je nach Flächengewicht der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn einen unterschiedlichen Effekt hat, wobei je höher das Flächengewicht ist, desto höher kann die Auftragsmenge an Dampf geregelt werden.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Dampfauftragssystem, wobei das Dampfauftragssystem einen Temperatursensor umfasst, wobei die Regelvorrichtung ausgeführt ist die Auftragsmenge in Korrelation mit dem Messwert des Temperatursensors zu regeln.
  • Die Temperatur der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn sowie die Umgebungstemperatur haben einen direkten Einfluss auf die Effektivität des Dampfauftrags. Je höher die Bahntemperatur, desto geringer die Kondensationsrate des aufgetragenen Dampfes. Auch andere Prozesstemperaturen können in der Regelung vorteilhaft berücksichtigt werden, da sie die Qualität des Produkts oder die Qualitätswerte beeinflussen. Der Temperatursensor kann dabei als Kontaktsensor, oder Infrarotsensor ausgeführt sein, oder einen indirekten Messwert umfassen, der mittels Berechnung oder Messung beispielsweise aus einem Prozessleitsystem an die Regelvorrichtung übermittelt wird.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Dampfauftragssystem, wobei das Dampfleitung über die Länge in Maschinenquerrichtung (CD) eine Querschnittsfläche von 100 - 3000 cm2 aufweist, insbesondere eine Querschnittsfläche von 200 - 1000 cm2.
  • Für eine Regelung der der Auftragszonen mittels Auftragsventilen, ist nur möglich, wenn ein gleichmäßiger Dampfdruck an allen Auftragsventilen anliegt. Eine entsprechend große Dimensionierung de Dampfleitung ist dafür vorteilhaft. Erst wenn die Leitung eine ausreichende Querschnittsfläche aufweist, kann über die gesamte Bahnbreite in Maschinenquerrichtung (CD) an alle Auftragsventile ein ausreichende Dampfversorgung sichergestellt werden. Die Dampfleitung ist dabei besonders vorteilhaft dimensioniert, wenn die Querschnittsfläche zwischen 250 - 1000 cm2 ausgeführt ist, und die Länge der Dampfleitung zwischen 3 und 13 m lang ist. Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren zum Auftrag von Dampf auf eine Papier- Karton oder Faserstoffbahn, mittels einem Dampfauftragssystem, umfassend 10 - 200 Auftragszonen, und wobei jede Auftragszone mit einem Auftragsventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
    • Ermitteln der Ventilstellung für jedes Auftragsventil und Übermittlung der Werte an eine Regelvorrichtung
    • Druckmessung des Dampfdrucks in der Dampfleitung und Übermittlung der Messwerte an eine Regelvorrichtung
    • Berechnung der Auftragsmenge für jede Auftragszone in der Regelvorrichtung mittels den in vorgenannten Messwerten
    • Regelung der Auftragsmenge für jede Auftragszone mittels Verstellung der Auftragsventile.
  • Das Verfahren zum Regeln der Auftragsmenge von Dampf für jede Auftragszone kommt dabei vorteilhaft ohne weitere Dampfmengenmessungen aus. Dies ist sowohl ein Vorteil bei den Investitionskosten als auch für die Genauigkeit der Regelung, da die Messfehler aus einer Dampfmengenmessung vermieden werden. Anstelle der Mengenmessung und/oder Volumenmessung in der Dampfleitung verwendet dieses Verfahren lediglich einen Druckwert und eine präzise ermittelte Ventilstellung, um die Auftragsmenge zu bestimmen und/oder zu regeln. Weiterhin ist für die Regelung mittels Ventilstellung eine Druckmessung in der Dampfleitung notwendig, wobei die Druckmessung vorteilhaft nach einem Dampfmengenventil angeordnet ist, dass die Dampfmenge, die in die Dampfleitung strömt, regelt. Vorteilhaft umfasst die Druckmessung auch eine Temperaturmessung, um eine Temperaturkompensation der Druckmessung zu ermöglichen.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren wobei in einem weiteren Verfahrensschritt Temperaturwerte, Sortenwerte und/oder Geschwindigkeitswerte an die Regelvorrichtung übermittelt werden und für die Regelung der Auftragsmenge berücksichtigt werden.
  • Die Übermittlung der Temperaturen, Sortenwerte und/oder Geschwindigkeitswerte erfolgt dabei vorteilhaft aus dem Kontrollsystem der Maschine zur Herstellung der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn. Üblicherweise wird ein Verteiltes Regel und Steuer-System verwendet (Distributed Control System, oder DCS), dass mittels digitaler Signalübermittlung verschiedene Messwerte an die Regelvorrichtung des Dampfauftragssystems übermittelt. Die Messwerte werden im DCS aus verschiedenen Sensoren und/oder Berechnungen ermittelt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei das Dampfauftragssystem ein Messystem umfasst, wobei das Messystem einen Profilwert eines Qualitätswertes der Papier-Karton- oder Faserstoffbahn an die Regelvorrichtung übermittelt, wobei die Zielgröße für die Regelung der Auftragsmenge für jede Auftragszone unter Berücksichtigung des Profilwerts ausgeführt wird.
  • Aus dem Herstellungsprozess der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn können Unregelmäßigkeiten über die Bahnbreite entstehen. Diese werden über ein Qualitäts-Messystem und Regelsystem (QCS) ermittelt und als Profilinformationen an die Regelvorrichtung des Dampfauftragssystems übermittelt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei die Qualitätswerte die Feuchte und/oder das Flächengewicht der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn umfassen.
  • Aus den im QCS ermittelten Profilwerten, ist besonders das Flächengewicht und die Feuchte der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn wichtig, um eine Regelung der Auftragsmenge an Dampf effizient zu erreichen.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei in der Regelvorrichtung ein Kondensationspotential der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn errechnet wird, wobei das Kondensationspotential für die Regelung der Auftragsmenge berücksichtigt wird.
  • Die Auftragsmenge an Dampf, die an der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn kondensiert, ist von verschiedenen Größen abhängig. Die Feuchte, das Flächengewicht und die Geschwindigkeit der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn sind die am stärksten für die Kondensation relevanten Qualitätswerte. Über die Kondensation von Dampf kommt es zu einer Erwärmung der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn, wobei die Bahn ein zeitlich und örtlich unterschiedliches Kondensationspotential aufweist. Wird das Kondensationspotential berücksichtigt kann bei sich ändernden Produktionsbedingungen immer die optimale Dampfauftragsmenge berechnet werden, die in den Auftragszonen des Dampfauftragssystems auf die Papier- Karton- oder Faserstoffbahn aufgetragen wird. So kann verhindert werden, dass Dampf ungenutzt aus dem Dampfauftragssystem in die Umgebung entweicht und dort Nebel verursacht. Andererseits kann bei einer zu geringen Auftragsmenge die vorteilhafte Erwärmung nicht ausreichend genutzt werden, wenn das Kondensationspotential nicht ausgeschöpft wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur erläutert.
  • Die Figur 1 zeigt eine schematische nicht maßstäbliche isometrische Übersichtsdarstellung eines Dampfauftragssystems 1, für den Auftrag von Dampf auf eine Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2. Das Dampfauftragssystem 1 umfasst einen Dampfblaskasten 3, ein Regelsystem 6 sowie ein Messystem 5, sowie die Leitungen zum Transport von Dampf, Druckluft und/oder Signalen. Der Dampfblaskasten 3 ist ausgeführt Dampf in unterschiedlicher Menge auf die Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 mittels einer Mehrzahl von Auftragszonen 4 aufzubringen. Die Auftragszonen sind vorteilhaft in Maschinenquerrichtung CD über die Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 verteilt. Vorteilhaft sind die Auftragszonen 4 zwischen 5 - 50 cm breit (in CD). Bei einer typischen Bahnbreite von 3 - 13 m umfasst ein Dampfblaskasten 3 vorteilhaft zwischen 10 und 300 Auftragszonen 4. Besonders voreilhaft ist eine Breite der Zonen in CD von 4 - 40 cm, und eine Anzahl von 25 - 250 Auftragszonen, da so eine besonders genaue Regelung der Dampfauftragsmenge in CD erreicht werden kann. Jede Auftragszone 4 verfügt über eine Verteilkammer, mit und vorteilhaft über Dampfausström-Öffnungen oder Dampf-Auftragsdüsen. Die Verteilkammer jeder Auftragszone ist mit einem Auftragsventil 8 verbunden, und wird aus einer gemeinsamen Dampfleitung 9 mit Dampf versorgt. Die Dampfleitung 9 ist dabei vorteilhaft in einem ausreichend großen Volumen ausgeführt, um an allen Auftragszonen den gleichen Druck bereitzustellen. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Dampfleitung 9, die eine Querschnittsfläche nach einem Dampfmengenventil 10 von 100 cm2 bis 1000 cm2 aufweist. Der Dampfblaskasten umfasst die Auftragszonen 4, die Auftragsventilen 8, die Dampfleitung 9, ein Dampfmengenventil 10 sowie eine Druckmessung 7 die den Druck in der Dampfleitung 9 nach dem Dampfmengenventil 10 erfasst. Die Dampfleitung 9 umfasst weiterhin vorteilhaft (nicht bildlich dargestellt) weitere Ventile, um Kondensat abzuleiten und/oder beheizte Kammern um Kondensation in dem Dampfblaskasten zu vermindern. Die Auftragsventile 8 verfügen vorteilhaft über eine Positionserfassung der Ventilstellung, wobei über eine Kennlinie der Durchsatz an Dampf in Abhängigkeit von Ventilstellung und der Druckdifferenz vor und nach dem Auftragsventil 8 dargestellt werden kann. Diese Kennlinien sind vorteilhaft in Regelvorrichtung 6 für jede Auftragszone als Daten hinterlegt. Die Regelvorrichtung 6 umfasst vorteilhaft ein Computersystem, die technischen Vorrichtungen zur Signalverarbeitung (IO-Interfaces, DA/AD Wandler), sowie entsprechende Wandler, um Steuersignale an die Auftragsventile zu übergeben, und dort eine entsprechende Verstellung zu erreichen. Als Eingangsgrößen für die Regelvorrichtung 6 übermitteln die Auftragsventile 8 die aktuelle Ventilstellung, weiterhin werden die Daten eines Messystems 5 an die Regelvorrichtung 6 übermittelt. Das Regelsystem ist außerdem mit der Druckmessung 7 aus der Dampfversorgung verbunden, wobei die Druckmessung 7 üblicherweise für einen Dampfdruck in dem Bereich 0 - 8 bar Überdruck, und insbesondere für einen Bereich von 0 - 2 bar Überdruck ausgelegt ist. Das Messsystem 5 ist ausgeführt Qualitätswerte 16 der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 zu erfassen und ist in dem Herstellungsprozess nach dem Dampfblaskasten angeordnet. Das Messsystem 5 ist dabei ausgeführt über die Bahnbreite in Maschinenquerrichtung CD eine Vielzahl von Messungen der Qualitätswerte 16 auszuführen, sodass ein Profilwert 14 ermittelt werden kann. Das Messsystem 5 ist dabei vorteilhaft ausgeführt Qualitätswerte 16 für die Feuchte, die Temperatur und/oder das Flächengewicht der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 ermitteln. Typischerweise sind zwischen dem Dampfblaskasten 3 und dem Messsystem weitere Produktionsabschnitte angeordnet, wie beispielsweise (nicht bildlich dargestellt) eine Pressensektion, eine Trockenpartie und/oder eine Leimpresse. Die Regelvorrichtung 6 ist ausgeführt die übermittelten Profilwerte 14 zu verarbeiten und Stellsignale an die Auftragsventile 8 auszugeben. Vorteilhaft und optional werden weitere Signale aus dem Herstellungsprozess und oder der Umgebung der Maschine zur Herstellung der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 in der Regelung verarbeitet. Besonders vorteilhaft wird der Geschwindigkeitswert 12 in der Regelvorrichtung 6 verwendet, um die Auftragsmenge an Dampf anzupassen. Der Geschwindigkeitswert korreliert dabei linear mit der Auftragsmenge an Dampf die and er Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 kondensiert werden kann. In ähnlicher Weise kann auch ein Temperaturwert, der mittels einem Temperatursensor 15 ermittelt wird, einen Einfluss auf die Kondensation haben, und entsprechend in der Regelvorrichtung 6 verwendet werden. Besonders vorteilhaft und optional kann dabei die Temperatur der Papier-Karton oder Faserstoffbahn gemessen werden, und/oder eine Umgebungstemperatur und/oder eine Prozesstemperatur. Die Kondensationsrate an der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 ist geringer je höher die Temperatur der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 ist. Die Regelvorrichtung 6 kann weiterhin auch unterschiede in der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn 2 in der Regelung berücksichtigen, insbesondere Informationen wie der Sortenwert 13, der ein Sammelwert mehrerer Qualitätswerte 16 ist, kann vorteilhaft und optional in der Regelung verwendet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dampfauftragssystem
    2
    Papier- Karton- oder Faserstoffbahn
    3
    Dampfblaskasten
    4
    Auftragszonen
    5
    Messsystem
    6
    Regelvorrichtung
    7
    Druckmessung
    8
    Auftragsventil
    9
    Dampfleitung
    10
    Dampfmengenventil
    11
    Dampfzuführung
    12
    Geschwindigkeitswert
    13
    Sortenwert
    14
    Profilwert
    15
    Temperatursensor
    16
    Qualitätswert
    CD
    Maschinenquerrichtung (Cross Direction)
    MD
    Maschinenlaufrichtung (Machine Direction)

Claims (12)

  1. Dampfauftragssystem (1), für das effiziente Erwärmen einer Papier-Karton- oder Faserstoffbahn (2) mittels Kondensation von Dampf, umfassend einen Dampfblaskasten (3), der eine Mehrzahl von Auftragszonen (4) umfasst, die mittels Auftragsventilen (8) mit einer Dampfleitung (9) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfauftragssystem (1) eine Regelvorrichtung (6) umfasst, die eingerichtet ist, die Auftragsmenge an Dampf für jede Auftragszone (4) zu regeln, wobei die Auftragsventile (8) eine Einrichtung zur Erfassung der Ventilstellung umfassen, und die Dampfleitung (9) eine Druckmessung (7) umfasst und wobei die Regelvorrichtung (6) eingerichtet ist die Auftragsmenge aus der Ventilstellung und dem gemessenen Wert der Druckmessung (7) zu berechnen.
  2. Dampfauftragssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (6) einen Geschwindigkeitswert (12) der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn (2) umfasst, und die Auftragsmenge an Dampf in Korrelation mit dem Geschwindigkeitswert (12) regelt.
  3. Dampfauftragssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (6) einen Sortenwert (13) der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn (2) umfasst, und die Auftragsmenge an Dampf in Korrelation mit dem Sortenwert (13) regelt.
  4. Dampfauftragssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfauftragssystem (1) ein Messystem (5) umfasst, wobei das Messystem (5) Qualitätswerte der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn (2) als Profilwerte (14) über die Maschinenquerrichtung (CD) ermittelt und and die Regelvorrichtung (6) übermittelt, wobei die Regelvorrichtung (6) die Auftragsmenge in Korrelation mit den Profilwerten (14) für jede Auftragszone (4) regelt.
  5. Dampfauftragssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfauftragssystem (1) ein Messystem (5) umfasst, wobei das Messystem (5) einen Feuchtewert und/oder Flächengewichtswert der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn (2) als Profilwerte (14) über die Maschinenquerrichtung (CD) ermittelt und and die Regelvorrichtung (6) übermittelt, wobei die Regelvorrichtung (6) die Auftragsmenge in Korrelation mit den Profilwerten (14) für jede Auftragszone (4) regelt.
  6. Dampfauftragssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfauftragssystem (1) einen Tempersensor (15) umfasst, wobei die Regelvorrichtung (6) ausgeführt ist die Auftragsmenge in Korrelation mit dem Messwert des Temperatursensors (15) zu regeln.
  7. Dampfauftragssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfleitung (9) über die Länge in Maschinenquerrichtung (CD) eine Querschnittsfläche von 100 - 3000 cm2 aufweist, insbesondere eine Querschnittsfläche von 100 - 1000 cm2.
  8. Verfahren zum Auftrag von Dampf auf eine Papier- Karton oder Faserstoffbahn (2), mittels einem Dampfauftragssystem (1) nach einem der der vorherigen Ansprüche, wobei das Dampfauftragssystem (1) 10 - 250 Auftragszonen umfasst, und wobei jede Auftragszone (4) mit einem Auftragsventil (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
    • Messen der Ventilstellung für jedes Auftragsventil (8) und Übermittlung der Messwerte an eine Regelvorrichtung (6)
    • Druckmessung (7) des Dampfdrucks in der Dampfleitung (9) und Übermittlung der Messwerte an eine Regelvorrichtung (6)
    • Berechnung der Auftragsmenge für jede Auftragszone (4) in der Regelvorrichtung (6) mittels den in vorgenannten Messwerten
    • Regelung der Auftragsmenge für jede Auftragszone (4) mittels Verstellung der Auftragsventile (8).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Verfahrensschritt Temperaturwerte, Sortenwerte und/oder Geschwindigkeitswerte an die Regelvorrichtung (6) übermittelt werden und für die Regelung der Auftragsmenge berücksichtigt werden.
  10. Verfahren nach Anspruche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfauftragssystem (1) ein Messystem (5) umfasst, wobei das Messystem (5) einen Profilwert (14) eines Qualitätswertes der Papier-Karton- oder Faserstoffbahn an die Regelvorrichtung übermittelt, wobei die Zielgröße für die Regelung der Auftragsmenge für jede Auftragszone (4) unter Berücksichtigung des Profilwerts (14) ausgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruche 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätswerte die Feuchte und/oder das Flächengewicht der Papier-Karton- oder Faserstoffbahn (2) umfassen.
  12. Verfahren nach einem der Anspruche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelvorrichtung (6) ein Kondensationspotential der Papier- Karton- oder Faserstoffbahn (2) errechnet wird, wobei das Kondensationspotential in der Regelvorrichtung (6) für die Regelung der Auftragsmenge an Dampf berücksichtigt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021209232A1 (de) 2020-04-17 2021-10-21 Voith Patent Gmbh Dampfblaskasten mit dampfkonditionierung

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