ES2271288T3 - Metodo y aparato para controlar el proceso de secado que tiene lugar en un secador de pulpa. - Google Patents

Metodo y aparato para controlar el proceso de secado que tiene lugar en un secador de pulpa. Download PDF

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Abstract

REIVINDICACIONES 1.- Método para el control del proceso de secado que tiene lugar en un secador de pulpa, secador de pulpa que comprende varios niveles de ventiladores soplantes, secado desde el cual se inyecta gas sobre ambos lados de la banda, y método que comprende medir la información relativa a la humedad de la banda (h0), en la sección de la banda que entra al secador de pulpa, mediante un primer sensor de humedad (S0), y medir la información de humedad de la banda (hN) en la sección de la banda emergente, mediante un sensor de humedad posterior (SN), caracterizado por dividir el secador de pulpa (10) en dos, o más, secciones de secado (101, ..., 10N), y controlar el nivel de humedad de la banda de pulpa W, por separado en cada sección de secado (101, ..., 10N).

Description

Método y aparato para controlar el proceso de secado que tiene lugar en un secador de pulpa.
La presente invención trata de un método, y un aparato, para controlar el proceso de secado que tiene lugar en un secador de pulpa.
Los secadores de pulpa acordes con el estado del arte, funcionan del siguiente modo. La banda de pulpa húmeda, que llega desde la prensa con un contenido de materia seca de aproximadamente del 50% en esta etapa, es usualmente alimentada desde arriba al secador de pulpa, que incluye varios niveles del ventiladores soplante. Los niveles de ventiladores soplantes están formados por cajas de ventilador, montadas adyacentes entre si, sobre la totalidad del área de la banda, en sección transversal, y sobre la longitud del secador de pulpa. Desde los niveles de ventiladores se sopla un gas desecante, por ejemplo aire caliente, vapor, u otro medio adecuado para tal propósito, a través de un inyector, desde ambos lados hacia la banda. En tal secado sin contacto, la banda viaja hacia delante y hacia atrás dentro del secador de pulpa, moviéndose desde un nivel superior hacia la parte inferior del secador de pulpa. Cuando la banda está abandonando la parte inferior del secador de pulpa, el contenido de materia seca de la banda es de aproximadamente el 90%.
En función del tamaño del secador, hay una sección de la banda con una longitud aproximada de 1 km dentro del secador de pulpa en todo momento, y la velocidad de esta sección está entre 150 y 250 m/min. Así, el período de tránsito a través del secador de pulpa, esta en un rango de 4-6 minutos. Durante este periodo, el contenido de materia seca de la banda se incrementa constantemente, según avanza la banda en el secador. De acuerdo con el estado del arte, el secador está controlado típicamente por una válvula de vapor que afecta a todos los niveles de ventiladores soplantes, de todo el secador de pulpa. Esta válvula de vapor está regulada de acuerdo con la información de humedad, medida en la banda después del secador de pulpa. Así, es muy difícil llevar a cabo un control rápido y exacto de la humedad final de la banda, en las diferentes situaciones de variación de la humedad. Se conoce un secador de pulpa, por ejemplo partir de la publicación de patente FI 102 981.
Los problemas en el control de humedad, tienen lugar en el secador de pulpa que expone la banda de pulpa a roturas de la banda. También se provoca problemas cuando se incrementa las velocidades de la máquina, y cuando se incrementa el gramaje de la banda de pulpa. Adicionalmente, las características de la banda de pulpa cambiarán en relación con cambios de calidad, por ejemplo cuando el gramaje y la calidad de la fibra de la pulpa son modificados. Controlar la humedad de la banda se hace más difícil en estas situaciones. Las roturas de la banda se producen usualmente con mayor frecuencia en la parte superior del secador de pulpa, donde la banda está más húmeda.
La publicación WO 99/18 405 presenta un método para controlar las variables del proceso de los gases desecantes, en el secador. Este método mide y controla las variables del proceso, después de que el vapor de agua se evapora desde la banda, así como la presión dentro del secador. Estas variables están controladas unas independientemente de otras. Adicionalmente, el método controla las variables de proceso, del vapor suministrado al secador y del vapor que abandona el secador, y ambos grupos de variables de proceso, son utilizados para controlar el proceso de secado. La publicación no menciona ninguna utilización de la medida de humedad, en el control de secado.
El objeto de la presente invención es producir un método más rápido y más exacto que los presentes, para controlar y gestionar el perfil de humedad de la banda de pulpa, en la dirección de la máquina.
También es un propósito de la presente invención conseguir un mejor control de humedad para la banda de pulpa, en relación con un cambio de calidades.
El método acorde con la invención esta caracterizado principalmente por dividir el secador de pulpa en dos, o más, secciones de secado, y controlar el nivel de humedad de la banda de pulpa por separado, en cada sección de secado.
El aparato acorde con la invención, está caracterizado porque el secador de pulpa esta dividido en dos, o más, secciones de secado, y se dispone un control separado del nivel de humedad de la banda de pulpa, para cada sección de secado.
De acuerdo con la invención, el secador de pulpa esta dividido en dos, o más, secciones, cada una de las cuales está controlada por su propia válvula de vapor. En el método acorde con la invención, se mejora el control de humedad del secador de pulpa, de tal forma que la medida de la humedad, a ser llevada a cabo en la sección de la banda entre la prensa y el secador de pulpa, y/o entre las secciones de secado, se utiliza para regular las válvulas de vapor del secador de pulpa. De acuerdo con la invención, se toma la información obtenida desde los puntos de medida, para que la unidad de control de la válvula de vapor controle la sección correspondiente al punto de medida del secador de pulpa, unidad de control que, además de esto, utiliza preferentemente como información de control también la información de medida del gramaje y la información de la velocidad de la máquina. De este modo, la información de la humedad de la banda que llega a la sección de secado, puede utilizarse para controlar la válvula de vapor de forma derivada. La humedad final de la banda después del secador, puede también tomarse en cuenta al mismo tiempo.
Así, las secciones del secador dividido en dos, o más, partes, pueden controlarse con mayor exactitud que antes, mediante sus propias válvulas de vapor.
Con el método acorde con la invención, se consigue varias ventanas en comparación con el estado del arte relativo al control de humedad. Las variaciones de la humedad después de la prensa, pueden eliminarse rápidamente mediante el método acorde con la invención. Además, la mejor gestión de la humedad reducirá la probabilidad de roturas de la banda. El método acorde con la invención puede implementarse convirtiendo los sistemas de control existentes, mediante lo que la implementación de la invención no necesitará ningún coste de de inversión significativo.
Mediante el uso del método acorde con la invención, puede calcularse de forma más sencilla y precisa la evaporación total del secador de pulpa, y esta información puede utilizarse en la gestión de energía del secador de pulpa, y en el diagnóstico de problemas. A la vez, se facilita el control de la humedad durante el cambio de calidad, gracias al control mejorado.
En lo que sigue se describirá la invención con mayor detalle, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
la figura 1 muestra un sistema de control del actual estado del arte, para un secador de pulpa.
La figura 2 muestra el perfil de humedad del secador de pulpa, en la dirección de la máquina.
En la figura 3 muestra un diagrama de bloques, del método de control acorde con la invención.
La figura 4 muestra otra realización de la invención, en la que el secador de pulpa esta dividido en varias secciones.
La figura 5 muestra una realización de la invención, que incluye además el control de la velocidad de soplado, de secadores de pulpa con transporte por aire.
La figura 1 muestra un sistema de control del actual estado del arte, para un secador de pulpa. Una banda W llega desde una prensa P, y es llevada a través de la parte superior del secador de pulpa 10, al secador de pulpa 10. El secador de pulpa 10 incluye rodillos giratorios 11 que soportan la banda W, y niveles de ventiladores soplantes para secar la banda W. En el secador de pulpa 10, la banda W viaja soportada por los rodillas giratorios 11, entre los diferentes niveles de ventiladores soplantes. Los niveles de ventiladores soplantes incluyen cajas de soplado de aire caliente 12, desde las que es inyectado aire caliente a través de inyectores, hacia la banda, desde ambos lados. La banda W viaja en el secador 10, a través de los niveles de ventiladores soplantes, etapa por etapa, desde la parte superior hacia abajo, y abandona el secador 10 a través de la parte inferior.
En la sección de la banda entre el secador de pulpa 10 y la prensa P, se observa la humedad de la banda de pulpa W mediante un primer sensor de humedad S_{0}, que está montado en una viga de medida 30_{1}, de la que está separado. El primer sensor de humedad S_{0} puede bien ser un sensor de humedad localizado, o un sensor móvil sobre la dirección de la banda transversal a la máquina, de un lado a otro de su anchura, o cualquier otro medio adecuado de medida de la humedad. Después del secador de pulpa 10, la humedad de la banda W es medida por un sensor de humedad posterior S_{N}, que está localizado en relación con una vía de medida 30_{2}, y esta información de humedad h_{N} se utiliza en la unidad de control 21 de una válvula de vapor 20, para controlar el grado de humedad de la banda de pulpa W. El segundo sensor de humedad S_{N} puede funcionar también como un sensor separado respecto de la viga de medida 30_{2}. Preferentemente, se trae también la información de la medida de gramaje BW y de la velocidad de la máquina v, a la unidad de control 21.
La figura 2 muestra el perfil de humedad de la banda de pulpa W, en la dirección de la máquina, dentro del secador de pulpa, cuando el contenido de humedad de la banda de pulpa cambio en la forma deseada. El eje vertical muestra el contenido de humedad de la banda de pulpa, en cualquier escala arbitraria, mientras que el eje horizontal muestra la localización de la banda de pulpa dentro del secador de pulpa. De acuerdo con la curva mostrada en el dibujo, el contenido de humedad de la banda de pulpa es máximo a la entrada del secador de pulpa (0 m), y el contenido de humedad cae de forma homogénea cuando viaja hacia el extremo final del secador de pulpa (900 m). También se muestra el rango permitido de variación del contenido de humedad, mediante líneas a trazos en la figura 2, rango dentro del cual el contenido de humedad debe controlarse mediante el método acorde con la invención.
La figura 3 muestra una realización de la presente invención, donde el secador de pulpa 10' esta dividido en dos secciones 10'a, 10'b. Desde un primer sensor de humedad S_{0} conectado a la sección de la banda, entre la prensa P y el secador de pulpa 10', primer sensor de humedad que bien está separado, o montado en una viga de medida 30_{1}, la información de humedad h_{0} se lleva la unidad de control 21'a de la válvula de vapor 20'a, de la primera sección de secado 10'a. El primer sensor de humedad S_{0} es bien un sensor de humedad localizado, un sensor móvil a través de la dirección de la banda, transversal a la máquina, a un lado y otro de su anchura, o cualquier otro medio de medida de humedad adecuado para este propósito. Desde un segundo sensor de humedad S_{N} conectado después del secador de pulpa 10', se toma una señal de medida de la humedad h_{N}, para una unidad de gestión de humedad de la banda 22'b, que suministra una señal de control a la unidad de control 21'b de la válvula de vapor 20'b, de la segunda sección 10'b. La unidad de control 21'b de la válvula de vapor 20'b de la segunda sección 10'b recibe, desde una unidad de medida de presión del vapor 23, un valor de presión del vapor p_{b} que, preferentemente, se utiliza en la regulación continua de la unidad de control 21'b de la válvula de vapor.
Preferentemente, la información de la medida del gramaje BW y de la velocidad de la máquina v, se suministra la unidad de control 21'a de la válvula de vapor, en la primera sección, y a la unidad de gestión de la humedad 22'b. La medida de la gramaje BV puede llevarse a cabo, bien en un sensor de gramaje montado en la viga de medida 30_{1}, o bien puede suministrarse de otra forma la información de gramaje a la unidad de control 21'a.
El nivel de humedad de la banda W, es regulado mediante suministrar vapor a las secciones de secado, vapor que seca la banda W. Mediante medidas de humedad de la banda W, se observa el nivel de humedad de la banda W, y se mide la cantidad de vapor a ser suministrado, mediante medidas de presión de vapor en el vapor a ser suministrado. La presión y/o la cantidad de vapor, son controladas por una válvula de vapor. El valor de configuración del ciclo de humedad W de la banda es modificado, por ejemplo por separado para cada calidad y, de acuerdo con la invención, el control de la válvula de vapor es modificado continuamente en función del tiempo. La anticipación de la información de humedad ho acorde con la invención, desde el primer sensor de humedad So a la unidad de control 21'a de la válvula de vapor 20'a de la primera sección 10'a, tiene como resultado un control de la humedad más exacto y más rápido, para el secador de pulpa 10.
La figura 4 muestra una realización de la invención, en la que el secador de pulpa 10 está dividido en más de dos secciones de secado 10_{1}, 10_{2},..., 10_{N}. Cada sección de secado puede, por ejemplo, ser un nivel de ventiladores soplantes del secador de pulpa 10, incluyendo el nivel de traslación de la banda W y las cajas de ventilador soplante 12 situadas en ambos lados. Cada sección de secado 10_{1},... 10_{N} esta controlada de forma similar por las válvulas de vapor 20_{1},...,20_{N}, que por su parte son controladas de forma similar mediante unidades de control 21_{1}, ..., 21_{N}. Un primer sensor de humedad S_{0}, está localizado antes del secador de pulpa 10. En la sección entre el secador de pulpa 10_{1} y la sección de secado 10_{2}, por ejemplo, en relación con el rodillo giratorio, hay localizado un segundo sensor de humedad S_{1}. Correspondientemente, hay un sensor de humedad S_{N-1} localizado antes de la última sección de secado 10_{N}, y después de la última sección de secado 10_{N}, es decir, en la sección de la banda localizada a la salida del secador de pulpa, hay localizado un sensor de humedad S_{N}, que mide la humedad final de la banda de pulpa W, después del secador de pulpa 10.
Se toma la información de humedad h_{0} del sensor de humedad S_{0}, para controlar la unidad 21_{1}, que controla la válvula de vapor 20. Además, la información del gramaje de la banda y la velocidad puede llevarse a la unidad de control 21, y esta información puede utilizarse también para controlar la válvula 20_{1}. De esta forma, se consigue un control por anticipación desde el sensor de humedad S_{0} antes del secador de pulpa, para controlar la sección de secado 10_{1}. También puede tomarse una señal de control c1 desde la unidad de control 21_{1}, para una o más unidades de control 21_{2},... 20_{N}, de las válvulas de vapor 202,..., 20_{N} localizadas después. Así, la señal de control c1 puede ser, bien información de medida de la humedad, o información para controlar la válvula. De este modo se consigue anticipación para el sensor de humedad S_{0} antes del secador de pulpa, para controlar una o más secciones de secado 10_{1},..., 10_{N} del secador de pulpa 10. El control puede tener lugar, bien solo en base a la señal que llega desde la unidad de control de 21_{1}, o bien basándose solo en la señal procedente de la unidad de control previa a la sección de secado relacionada (por ejemplo, la sección de secado 10_{2} podría ser controlada solo en base a la señal de control de la unidad de control 21_{2}), o utilizando más señales. Cada sección 10_{1},..., 10_{N} del secador de pulpa, está controlada de una forma similar, mediante el sensor de humedad S_{1}, ..., S_{N-1} localizado antes de cada sección. Además, la última sección 10_{N} del secador 10 está controlada por realimentación, en función de la información de medida procedente del sensor de humedad S_{N}, localizado después del secador de pulpa. De acuerdo con la invención, al menos una sección de secado 10_{1}, ..., 10_{N} del secador de pulpa, esta controlada de forma anticipada, y al menos una sección de secado esta controlada por realimentación. Preferentemente, la realimentación tiene lugar en función de la información de medida de la última sección.
La figura 5 muestra una realización de la presente invención, donde la información de humedad es utilizada para controlar la velocidad de soplado de las cajas soplantes del secador de pulpa. En esta realización, la primera sección 10_{1} del secador de pulpa, está controlada del mismo modo descrito anteriormente. Desde el último sensor de humedad S_{N} localizado después del secador de pulpa, se obtiene información de medida h_{N}, que se lleva a la unidad de control 12c para la velocidad de soplado de las cajas de soplado 12, unidad de control que controla la velocidad de soplado de las cajas de soplado 12. La información de humedad h_{N} obtenida desde el sensor de humedad S_{N}, se lleva también a la unidad de control 21_{N} para la válvula de vapor 20_{N}, que controla la válvula de vapor del secador de pulpa, del modo descrito arriba. La realización de la invención mostrada en la figura 5, puede también combinarse con las opciones de control presentadas en la figura 4. En la figura 5 se muestra el control de velocidad de soplado de las cajas soplantes, en relación solo con una sección de secado, pero es posible implementar el control también en más secciones de secado. En especial, se controla preferentemente las secciones de secado en el extremo final de la parte desecante.
Es muy difícil calcular los valores objetivo, necesarios para la presión de vapor de las válvulas de vapor 20'a; 20'b; 20_{1},..., 20_{N}, cuando se cambia la calidad en el secador de pulpa 10. Como consecuencia de esto, las válvulas de vapor no pueden ser graduadas para controlar el contenido final de humedad de la banda, cuando se cambia la calidad. Es una ventaja del método acorde con la invención, que este método hace posible llevar a cabo el control de humedad también durante cambios de calidad, mediante lo que el contenido final de humedad puede gestionarse también en tales situaciones de cambio en el proceso. Durante un cambio de la calidad, es posible acelerar algunos ajustes de configuraciones de control cuando se requiera. Diferentes calidades de la fibra, actúan de diferentes formas en relación con la retirada de agua, mediante lo que cada calidad de fibra demanda su propio modelo de proceso, y la aplicación de procesos modificada de acuerdo con este modelo pues de los cambios en la calidad. Los modelos de procesos son modelos matemáticos conocidos como per se, y se basan en principios físicos y en pruebas de respuesta, o en otros métodos experimentales.
En el método acorde con la invención descrita arriba, la humedad de la banda se mide antes y después del secador de pulpa, de forma conocida per se, en la que el sensor de humedad y de la humedad de la banda, bien como una medida localizada, o mediante un dispositivo de medida transversal sobre todo el ancho de la banda, o mediante otro método de medida de la humedad, adecuado para este propósito. De acuerdo con la invención, la información de humedad medida, se utiliza de una forma nueva, en que la información de humedad de la banda medida antes del secador de pulpa se lleva, en un esquema hacia delante, a una válvula de vapor que lleva a cabo un control continuo de la cantidad de vapor suministrado al secador de pulpa. Alternativamente, puede también utilizarse control de humedad por realimentación, para controlar la velocidad de soplado de las cajas soplantes 12. Alternativamente, este control puede incrementarse anticipando la información medida del primer sensor de humedad, a la unidad de control de las cajas soplantes.
A continuación se presenta las reivindicaciones, pero la intención es no limitar la invención solo a estas.

Claims (17)

1. Método para el control del proceso de secado que tiene lugar en un secador de pulpa, secador de pulpa que comprende varios niveles de ventiladores soplantes, secado desde el cual se inyecta gas sobre ambos lados de la banda, y método que comprende medir la información relativa a la humedad de la banda (h_{0}), en la sección de la banda que entra al secador de pulpa, mediante un primer sensor de humedad (S_{0}), y medir la información de humedad de la banda (h_{N}) en la sección de la banda emergente, mediante un sensor de humedad posterior (S_{N}), caracterizado por dividir el secador de pulpa (10) en dos, o más, secciones de secado (10_{1}, ..., 10_{N}), y controlar el nivel de humedad de la banda de pulpa W, por separado en cada sección de secado (10_{1}, ..., 10_{N}).
2. Método acorde con la reivindicación 1, caracterizado por controlar continuamente el nivel de humedad de la banda de pulpa (W).
3. Método acorde con la reivindicación 1 o la 2, caracterizado por controlar al menos una sección de secado (10_{1}, ..., 10_{N}) del secador de pulpa, por alimentación anticipada, y al menos una sección de secado (10_{1}, ..., 10_{N}), por realimentación.
4. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por implementar realimentación del control de los secadores de pulpa (10), en base a la información de medida de la última sección (10_{N}).
5. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado por controlar el nivel de humedad de la banda de pulpa (W), con válvulas de vapor (20; 20'a; 20'b; 20_{1}, ..., 20_{N}).
6. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por controlar el nivel de humedad de la banda de pulpa (W), por medio de regular la cantidad de vapor suministrado a la sección de secado (10_{1}, ..., 10_{N}).
7. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado por controlar la válvula de vapor (20; 20'a; 20'b; 20_{1}, ..., 20_{N}) de la sección de secado (10_{1}, ..., 10_{N}) del secador de pulpa (10), en base a la información de las medidas del sensor de humedad (S_{0}, ..., S_{N-1}) localizado antes de la sección de secado.
8. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por dividir el secador de pulpa (10') en dos secciones de secado (10'a, 10'b), de las que la primera sección (10'a) está controlada por la primera válvula de vapor (20'a), y la segunda sección (10'b) esta controlada por la segunda válvula de vapor (20'b).
9. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado por controlar la válvula de vapor (20'a) de la primera sección (10'a), mediante el primer sensor de humedad (S_{0}) localizado antes del secador de pulpa (10'), y por controlar la válvula de vapor (20'b) de la sección posterior (10'b), mediante el sensor de humedad posterior (S_{N}) localizado después de secador de pulpa (10').
10. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado por utilizar la información de medida del sensor de humedad/sensores de humedad (S_{0}, ..., S_{N}), para controlar la velocidad de soplado de las cajas soplantes (12).
11. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado por traer la información procedente de la medida del gramaje (BW) y de la velocidad de la máquina (v), a la unidad de control (21; 21'a; 21'b; 21_{1}, ..., 21_{N}) de la válvula de vapor (20; 20'a; 20'b; 20_{1}, ..., 20_{N}).
12. Método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado por controlar el funcionamiento de la prensa (P), en función de la información de medida (h_{0}) proporcionada por el primer sensor de humedad (S_{0}), localizado antes del secador de pulpa (10).
13. Aparato para el control del proceso de secado que tiene lugar en un secador de pulpa, aparato en el que el secador de pulpa comprende varios niveles de ventiladores soplantes, desde los que se dispone el soplado de gas desecante, a ambos lados de la banda, y donde hay dispuesto un primer sensor de humedad (S_{1}), para la sección de la banda que entra en el secador de pulpa, y hay un sensor de humedad final (S_{N}), dispuesto para la sección de la banda emergente desde el secador de pulpa, y donde el nivel de humedad de la banda de pulpa, existente en el secador de pulpa, está controlado por una válvula de vapor/varias válvulas de vapor, caracterizado porque el secador de pulpa (10) está dividido en dos, a más, secciones de secado (10_{1}, ..., 10_{N}), en las que se dispone un control separado del nivel de humedad de la banda de pulpa (W), para cada sección de secado (10_{1}, ..., 10_{N}).
14. Aparato acorde con la reivindicación 13, caracterizado porque el control de humedad de cada sección de secado (10_{1}, ... 10_{N}) en el secador de pulpa, es continuo y esta provisto mediante una válvula de vapor (20; 20'a; 20'b; 20_{1}, ..., 20_{N}), cuyo control está provisto mediante una unidad de control (21; 21'a; 21'b; 21_{1}, ..., 21_{N}).
15. Aparato acorde con la reivindicación 13 o la 14, caracterizado porque se consigue el control de la válvula de vapor (20_{1}) de la primera sección de secado (10_{1}) del secador de pulpa (10), en función de la información de medida (h_{0}) proporcionada por el primer sensor de medida (S_{0}).
16. Aparato acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 13-15, caracterizado porque se dispone un sensor de medida (S_{1}, ..., S_{N-1}) entre el secador de pulpa (10) y las secciones de secado (10_{1}, ..., 10_{N}).
17. Aparato acorde con cualquiera de las reivindicaciones 13-16, caracterizado porque cada sensor de medida (S_{0}, ..., S_{N-1}) controla, de forma similar, la sección del secador de pulpa (10_{1}, ..., 10_{N}) localizada después del sensor de humedad.
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