FI105217B - Menetelmä paperikoneen tai vastaavan kuivatusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin säätämiseksi - Google Patents

Description

105217

MENETELMÄ PAPERIKONEEN TAI VASTAAVAN KUIVATUSOSASSA TAPAHTUVAN KUIVATUSPROSESSIN SÄÄTÄMISEKSI

FÖRFARANDE FÖR REGLERING AV TORKPROCESSEN I EN PAPPERSMASKINS ELLER MOTSVARANDES TORKPARTI

Esillä oleva keksintö kohdistuu jäljempänä esitetyn itsenäisen patenttivaatimuksen johdanto-osan mukaiseen mene-5 telmään.

Keksintö kohdistuu tällöin erityisesti menetelmään paperikoneen kuivatusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin säätämiseksi siten, että saavutetaan laadun ja/tai energiakustan-10 nusten kannalta edullinen kuivatusprosessi.

Paperirainan kuivatus on pitkään pääasiallisesti tapahtunut kuivatussylintereillä, joita sovitetaan suuri määrä kuiva-tusosaan peräkkäin yhdessä tai kahdessa tai jopa useammassa 15 päällekkäisessä rivissä.

Kuivatussylinterikuivatuksessa kuivatusenergia saadaan kuumasta höyrystä, jolla sylinterit kuumennetaan. Kuivatusosassa sylinterit yhdistetään sylinteriryhmiksi, 20 tyypillisesti 3-8 sylinterin ryhmiin. Paineistettu kyl- r i Iäinen höyry johdetaan kunkin sylinteriryhmän sylinterien läpi ko. sylinteriryhmälle ennalta lasketussa paineessa.

• · V.*· Kunkin sylinteriryhmän läpi virrannut poistohöyry ja lauhde johdetaan lauhdesäiliöön, josta nyt alemmassa paineessa 25 oleva höyry johdetaan seuraavaan sylinteriryhmään. Näin voidaan esim. kuivatusosan kuivaan päähän 3 bar paineessa • · .·;·. syötetty tuore höyry johtaa edelleen kuivatusosan kaikkien [’ φ sylinteriryhmien läpi kohti kuivatusosan märkää päätä.

" Kuivatusosan ensimmäisessä sylinteriryhmässä paine on 30 tyypillisesti alle atmosfääripaineen. Tarvittaessa, eli :\ halutun paineen aikaansaamiseksi, voidaan eri sylinteriryh- .···. miin poistohöyryn lisäksi tuoda tuoretta höyryä.

2 105217

Kuivatusta säädetään säätämällä kuivatusosalle tuodun tuorehöyryn painetta. Säätö voi tapahtua manuaalisesti tai automaattisesti. Tyypillisesti kuivatusryhmien tehoa ohjataan reseptipohjaisesti kaskadi-säätönä, jota ohjaa kuiva-5 tusosasta ulos tulevan rainan kuiva-ainepitoisuus. Resepteinä käytetään kullekin paperilajille taltioituja paperin laadun kannalta hyviä asetusarvoehdotuksia. Prosessin toimintapiste muuttuu kuitenkin tuotannon aikana, jolloin asetusarvojen säätöä olisi suoritettava jatkuvasti. Yleensä 10 kuivatusprosessissa tapahtuvien muutoksien vaatimat ase-tusarvokorjaukset toteutetaan vasta kun mitatut laatuarvot muuttuvat yli niille asetettujen rajojen.

Kuivatussylintereillä tapahtuva kuivatus on saatu verrat-15 tain hyvin toimivaksi, paperikoneiden nopeuksia on voitu nostaa ja ajettavuus on saatu suljettujen vientien ansiosta hyväksi. Ongelmana on kuitenkin vielä ollut kuivatusosan suuri pituus, mikä aiheuttaa suuria rakennuskustannuksia. Sylinterikuivatusta ei aina liioin ole pidetty tarpeeksi 20 tehokkaana. Siksi onkin pyritty löytämään uusia tehokkaampia ratkaisuja rainan kuivattamiseksi.

Jo jonkin aikaa on kuivatusosaan lisätty infralämmittimiä, joita kuitenkin lähinnä käytetään rainan poikittaisprofii-25 Iin säätämiseen.

'· ” Päällepuhalluskuivatus, eli rainaa kohti puhalletun kuuman • · * *·*·' ilman tai muun sopivan kuuman kaasun kuten tulistetun • · · : höyryn avulla tapahtuva haihdutuskuivatus, on osoittautunut 30 tehokkaaksi kuivatusmenetelmäksi. Päällepuhallus voidaan esim. kohdistaa rainaan sen kulkiessa kuivatusviiran tuke- · mana suuren alipaineisen telan, sylinterin tai muun myös .· . lineaarisen pinnan yli, kuten esim. on esitetty hakijan · · *· " aikaisemmissa suomalaisissa patenttihakemuksissa FI 971713, 35 FI 971714 ja FI 971715. Päällepuhalluksessa puhalletaan suurinopeuksisia kuumailmasuihkuja tai esim. tulistetun höyryn suihkuja tämän pinnan kattavasta huuvasta kohti 3 105217 pinnan päällä kulkevaa kuivatettavaa rainaa. Päällepuhal-luksella aikaansaadaan näin tehokas haihdutuskuivatusvaiku-tus. Päällepuhalluksella aikaansaadaan lisäksi tehokas tuuletusvaikutus rainasta höyrystyneen kosteuden poispuhal-5 tamiseksi. Päällepuhalluksessa tarvittava kuivatusenergia saadaan esim. maakaasusta tai muusta sopivasta polttoaineesta, jota voidaan käyttää kuumentamaan päällepuhallusil-maa. Päällepuhalluksessa tarvitaan lisäksi puhallusenergi-aa, sähköä, kuuman ilman kierrättämiseksi kuivatuslaittees-10 sa, eli kuuman ilman puhaltamiseksi kohti rainaa ja kostean ilman poistamiseksi rainaa ympäröivästä tilasta.

Päällepuhalluslaitteilla on kuivatusosassa tapahtuvaa kuivatusta voitu tehostaa huomattavasti. Tehostetun kuiva-15 tuksen ansiosta on kuivatusosan pituutta voitu vastaavasti lyhentää. Päällepuhalluksella voidaan lisäksi kuivatusolosuhteita muuttaa huomattavasti nopeammin kuin kuiva-tussylintereillä.

20 Kuivatuksen säätö ei kuitenkaan kuivatusosassa ole halutulla tavalla prosessin ohjaajan hallinnassa. Reseptipohjäinen säätöjen asetusarvo-ohjaus ei ole riittävän tehokas väline hallitsemaan tehostettua kuivatusta ja ottamaan huomioon kuivatuksen tarpeet kuivatusosan eri kohdissa. Reseptipoh-25 jäiset säädöt eivät myöskään ota huomioon eri energiamuotojen kustannustekijöitä.

• * * • « • «

Nyt esillä olevan keksinnön tarkoitus onkin aikaansaada ' edellistä parempi menetelmä paperikoneen kuivatusosassa 30 tapahtuvan kuivatusprosessin säätämiseksi.

• · • · « « I i • · .·:*. Tarkoituksena on erityisesti aikaansaada parannettu mene- .· . telmä, joka aikaisempaa paremmin ottaa huomioon erilaiset I I · kuivatustarpeet kuivatusosan eri kohdissa ja erilaisten : ' 35 kuivatusenergiamuotojen kustannustekijät.

» • « • »* .···. Tarkoituksena on lisäksi aikaansaada menetelmä, joka kuiva- 4 105217 tuksen säädössä ottaa huomioon sekä laatuvaatimukset että kustannusnäkökohdat kuivatusosan eri osissa.

Edellä mainittujen tarkoitusperien saavuttamiseksi on 5 keksinnön mukainen menetelmä tunnettu siitä, mitä on määritelty jäljempänä esitetyn itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

Paperikoneen kuivatusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin 10 säätäminen laadun ja kustannusten kannalta optimaaliseksi voidaan tyypillisen keksinnön mukaisen menetelmän mukaan tehdä seuraavasti: - lasketaan ensiksi jollakin sinänsä tunnetulla menetelmällä kuivatusosan kokonaistehon tarve, jolla tässä hakemuk- 15 sessa tarkoitetaan rainaan siirtyvää energiamäärää halutun haihdutuksen aikaansaamiseksi. Kokonaistehon tarve saadaan määriteltyä kokonaishaihdutustarpeesta.

- Tyypillisesti kokonaishaihdutus eli haihdutettava vesimäärä lasketaan rainan alkukosteuden ja halutun loppukos- 20 teuden erosta kun tunnetaan tuotantonopeus.

- Kokonaishaihdutus voidaan myös laskea kuivatusosan poistoillaan mukana kulkevasta vesimäärästä, eli mittaamalla poistoilman virtaus ja kosteus, kun tiedetään tuloilman virtaus ja kosteus.

25 - Toisaalta voidaan kokonaishaihdutuksen arvo laskea myös sinänsä tunnettuja fysikaalisia ja matemaattisia malleja t *· / käyttäen, kun tunnetaan prosessiparametrit.

• · · • · · • · • « · V 1 Kuivatusosa jaetaan tämän jälkeen kulloisenkin paperilajin 30 mukaan kuivatuksen tai haihtumisen, tai jonkin muun laatu-:V: kriteerin kannalta eri tavoin käyttäytyviin kuviteltuihin kuivatuslohkoihin. Tässä selityksessä on kuivatusosan jakoa « .1 . tai kuivatusprosessin jakoa kuvaamaan käytetty termiä i » · ** I "lohko". Vaihtoehtoisesti olisi voitu käyttää termejä 35 "vaihe" tai "jakso".

• · • « « · · « · • · • · * I » 5 105217

Ensimmäinen lohko kattaa tyypillisesti sen osan kuivatus-osasta, jossa raina lämmitetään haihtumiselle edulliseen lämpötilaan. Tässä ensimmäisessä lohkossa haihtuminen on pientä eikä tässä lohkossa tarvita suurta haihtumistehoa. 5 Seuraava eli toinen lohko kattaa tyypillisesti sen osan kuivatusosasta, jossa rainasta haihdutetaan siinä oleva irtonainen eli helposti haihtuva vesi. Haihtuminen on suurta toisessa lohkossa ja siten myös haihtumistehon tarve. Rainassa on irtonaisen veden lisäksi kuitujen välis-10 sä ja kuitujen sisällä olevaa vettä, joka on vaikeammin haihdutettavissa pois rainasta. Kuivatusosan kolmas lohko kattaa tyypillisesti tämän vaikeasti haihtuvan veden osan, jossa haihtumiseen tarvitaan suhteessa vesimäärään enemmän energiaa kuin toisessa lohkossa. Kuivatusosan viimeisessä 15 osassa ei tyypillisesti enää tapahdu merkittävää haihtumista. Tässä neljännessä osassa pyritään usein vain tasaamaan rainan poikkiprofiili kuivatuksen kannalta tai säätämään muita paperin ominaisuuksia, kuten käyristymää.

20 Jako kuivatuslohkoihin voidaan päättää esim. sinänsä tunnettujen kuivatussimulointien perusteella. Kuivatussimu-lointien avulla pystytään selvittämään suurin piirtein missä erityyppiset haihdutus vyöhykkeet fyysisesti sijaitsevat ja jakamaan kuivatusosa tämän perusteella kuivatusloh-25 koihin.

Jako lohkoihin voi tapahtua myös siten, että ensiksi laadi- • · taan sinänsä tunnetulla tavalla optimaalinen haihdutusja-: kautuma ja lasketaan raja-arvot halutuille, tyypillisesti 30 ainakin kahdelle, kuivatusosan säätösuureelle, ja että tämän jälkeen jaetaan kuivatusosa näiden raja-arvojen • · mukaan lohkoihin siten, että kahdessa vierekkäisessä loh- • t · 9 ψ .· . kossa ainakin yhden säätösuureen raja-arvo on erilainen.

• · · ’· ” Jakoa lohkoihin voidaan tarvittaessa muuttaa, esim. käyn- ’ ’ 35 tiinajon ajaksi.

• « • m • · · * .··*. Tarvittava optimaalinen haihdutus jakautuma saadaan laadit- β 105217 tua esim. reseptipohjaisesti tai konesuuntaista laatumallia tai laatuprofiilia hyväksikäyttäen, kun tunnetaan kuiva-tusosan geometria, tarvittavat prosessiparametrit, kuten koneen nopeus, paperilaji ja tarvittava kokonaishaihdutus.

5 Säätösuureina käytetään sellaisessa kuivatusosassa, jossa on ainakin yksi kuivatussylinteriyksikkö ja ainakin yksi päällepuhallusyksikkö, tyypillisesti kuivatussylintereille johdetun höyryn painetta, joka vaikuttaa sylinterin lämpö-10 tilaan, ja puhallusilman lämpötilaa, puhallusilman nopeutta, puhallusilman kosteutta ja/tai puhalluslaatikon etäisyyttä rainasta. Höyryn paineen ylemmän raja-arvon määrittelee esim. paperin tarttuminen kuivatussylinterin pintaan ja puhallusilman lämpötilan ylemmän raja-arvon paperin 15 haluttu vaaleus. Varsinaisessa ajotilanteessa kussakin kuivatuslohkossa säädetään säätösuureita laskettujen raja-arvojen sisällä.

Tyypillisesti kuivatusosa jaetaan keksinnön mukaan ainakin 20 kolmeen erilaiseen kuviteltuun kuivatuslohkoon. Ainakin yhdessä, tyypillisesti useassa kuivatuslohkossa, on ainakin kahta eri energiamuotoa käyttäviä kuivatusyksiköitä ja/tai ainakin kahta erikseen säädettävää samaa energiamuotoa käyttävää kuivatusyksikköä. Yhdessä kuivatuslohkossa voi 25 näin ollen olla esim. tavanomaisia kuivatussylintereitä ja yksi tai useampi päällepuhallusyksikkö, jolloin lohkossa ;\i käytetään sekä höyryä että esim. maakaasua ja sähköä kuiva- • · tuksen aikaansaamiseen. Jossakin toisessa kuivatuslohkossa » » < « ,·;·. voi olla kuivatussylintereitä ja infrakuivain, jolloin * » · 30 lohkossa käytetään höyryä ja sähköä. Toisaalta voi jossakin ... lohkossa olla pelkästään kuivatussylinteriryhmiäkin. Täl- lainen lohko on keksinnön mukaan säädettävissä, jos ainakin • · *···' kaksi sen sylinteriä voidaan säätää toisistaan riippumatta, eli jos kaksi sen sylinteriä on varustettu erikseen säädet- 35 tävillä höyrysyötöillä. Kaksiviiraviennillä varustetussa . . kuivatusosassa voidaan esim. ala- ja yläsylintereitä säätää • · · I * erikseen. Jokin kuivatusosan lohko voi tietenkin käsittää • » · • · · m · 7 105217 esim. vain yhden päällepuhallussylinteriyksikön. Yksittäiset kuivatusyksiköt voidaan haluttaessa yksinkertaisesti sulkea pois päältä.

5 Haluttaessa voidaan jokin suurempi lohko, esim. edellä selostettu toinen lohko, jakaa edelleen kahdeksi tai useammaksi pienemmäksi lohkoksi, mikäli tämä on edullista jäljempänä esitettävän optimoinnin kannalta.

10 Kun kuivatusosa on jaettu kuvitteellisiin kuivatuslohkoi-hin, jaetaan laskettu kokonaiskuivatusteho jollakin sinänsä tunnetulla menetelmällä edellä mainituille kuivatus lohkoille siten, että kullekin kuivatuslohkolle jaettu kuivatuste-ho-osa takaa kuivatettavan rainan laadun kannalta hyvän 15 kuivatustuloksen. Jako eri paperilajeille voi tapahtua reseptipohjaisesti offline-laskentana taulukoiden mukaan, eli hyväksi havaittujen aikaisempien ajojen mukaan.

Nyt on lisäksi oivallettu, että kuivatusosan energiakus-20 tannukset voidaan minimoida optimoimalla kunkin kuivatus-lohkon sisällä olevat energiakustannukset energiamuodoit-tain. Eli on todettu, että voidaan ohjata kunkin kuivatus-, , lohkon käyttämää tehoa halutun haihdutuksen aikaansaamisek si siten, että kunkin kuivatuslohkon käyttämä energiakus-25 tannus annettujen tehon säätörajojen sisällä on mahdollisimman pieni. Keksintö mahdollistaa sen, että paperikoneen ’· " kuivatuslohkon sisällä olevien kuivatusyksiköiden, esim.

• kuivatussylinterien, päällepuhallusyksikköjen ja infra- « · · : kuivainten, tehoaluetta voidaan ohjata siten, että sekä 30 laadun että kokonaisenergiakulutuksen kannalta saavutetaan :Y: optimaalinen kosteus- tai kuiva tus teho jakautuma. Keksinnön • · mukaan suoritetaan laadun ja kustannusten kannalta edulli-.* . nen haihdutuksen hienosäätö lohkojen sisällä.

• f · • · m • · ' * 35 Optimoitavalle kuivatuslohkolle jaettu kuivatusteho-osa muunnetaan keksinnön mukaan tämän lohkon sisällä olevien • kuivatusyksiköiden syöttötehoiksi jotakin sinänsä tunnettua 8 105217 kuivatusryhmän matemaattista mallia ja optimointiohjelmaa hyväksikäyttäen. Kuivatusyksiköiden toimintaa, kuten haihtumista ja lämmönsiirtoa, kuvaavien fysikaalisten laskentamallien ja kuivatusyksiköiden energiamuotojen kustannuksia 5 kuvaavien laskentamallien avulla pystytään optimoimaan energiakustannukset kunkin lohkon sisällä.

Keksintöä voidaan tietenkin soveltaa energiakustannusten optimoinnin osalta myös yhteen kokonaiseen kuivatusosaan ja 10 laskea laadun ja energiakustannusten kannalta optimaalinen säätö.

Kuivatusryhmien laskentamallin tarvitsemat mittaustiedot voidaan mitata jatkuvasti mitta-anturien avulla tai osa 15 niistä voidaan valita kokemusperäisesti tai asettaa käyn-tiinajossa vakioiksi.

Keksinnön mukaista säätöä voidaan käyttää käyntiinajon jälkeiseen säätöön tasaisessa tuotantotilanteessa. Lajin-20 vaihdon aikana kuivatusosan asetusarvoja ohjataan erityisen lajinvaihtosäädön avulla. Keksinnön mukainen optimointi aloitetaan edullisesti kun lajinvaihto on suoritettu ja kyseisen lajin laatuarvot ovat hyväksyttävissä rajoissa. Keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on aikaansaada 25 kustannussäästö sinänsä laadun kannalta optimaalisessa ; ajossa.

• · · • · • ·

Kuivatusosan operaattorilla on mahdollista muuttaa opti- • · v : moinnin antamia asetusarvoja ja lukita haluamansa arvot, 30 jolloin vain kunkin kuivatus lohkon lukitsemattomat energia- muodot voidaan optimoida kuten edellä on selostettu. Ope- • · :’*· raattori voi määritellä myös kuiva tus jakautuman tai teho- . alueen manuaalisesti pakko-ohjauksella.

• · · « * · \ * 35 Keksinnön pääasiallisena etuna voidaan pitää sitä, että on aikaansaatu sellainen kuivatuksen säätömenetelmä, joka • ottaa huomioon sekä laatuvaatimukset että kustannusnäkökoh- • * * 9 105217 dat, erityisesti eri kuivatusenergiamuotojen kustannukset. Haluttuun loppukosteuteen ja laatuun voidaan päästä eri tavoin, eli haluttu loppukosteus voidaan saavuttaa ohjaamalla kullekin kuivatuslohkolle jaettu teho eri tavoin. Eri 5 energiamuodoilla on kuitenkin erilainen kustannusvaikutus kuivatuksen toteuttamiseen. Keksinnön mukaan pyritäänkin kuivatusteho ohjaamaan kuivatuslohkon eri kuivatusyksiköil-le siten, että kuivatuksen kokonaisenergiakustannus on pienin mahdollinen. Keksinnön mukaisella ratkaisulla pysty-10 tään kuivatusteho ohjaamaan kuivatuskustannusten kannalta optimaalisesti pääasiallisesti kaikissa tuotantotilanteis-sa, kaikilla paperilajeilla ja kaikilla tuotantonopeuksil-la.

15 Keksinnön mukainen kuivatuksen säätö voidaan järjestää automaattisesti säädettäväksi. Laskentamallilla voidaan kuivatuslohkojen energiasyötöille asettaa optimaaliset säädön arvot automaattisesti, jolloin prosessi on hallitussa kuivatuksessa kaikissa ajotilanteissa.

20

Keksinnön mukainen säätömenetelmä mahdollistaa myös sen, että koko kuivatustapahtuma on aikaisempaa paremmin prosessin ohjaajan havainnoitavissa näyttöruudulla ja siten hyvässä hallinnassa.

25

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla / oheisiin piirustuksiin, joissa • · * ’·*·* Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti läpileikkaus *.· ' paperikoneen kuivatusosasta ja tyypilli- 30 sen keksinnön mukaisen säädön vaiheet : laatikkoina ja _ Kuvioissa 2 ja 3 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mu- .* . kaisten säätösuureiden raja-arvot kahdes- • · · • «t ’ I sa eri tuotantotilanteessa kuvion 1 kui- 35 vatusosalle, ja lohkojako näissä tilan- teissä.

• « • · « « • * * 10 105217

Kuvion 1 esittämä kuivatusosa on keksinnön ehdottamalla tavalla jaettu kuivatuslohkoihin 10, 12, 14 ja 16, joissa kussakin on kuivatussylintereitä 18 erilaisina ryhminä, eli erilaisina yhden, kahden tai neljän sylinterin käsittävän 5 sylinteriryhmän kuivatusyksikköinä. Lisäksi kuivatusloh-koissa 10, 12 ja 14 on kussakin päällepuhallusyksikkö 20, 21, 22. Kuivatusosan alkuun on sovitettu mittalaite 23 märän rainan kosteuden mittaamiseksi. Vastaavasti on kuivatusosan loppuun sovitettu mittauslaite 24 kuivan rainan 10 kosteuden mittaamiseksi.

Kuviossa on lisäksi nuolin esitetty eri kuivatusyksiköille, eli sylinteriryhmille ja päällepuhallusyksiköille, tulevat kuivatusenergiavirrat. Kuvion esittämässä tapauksessa 15 tuodaan kuivatuslohkon 14 sylinteriryhmälle 26 tuoretta höyryä, joka on esitetty nuolella 26'. Tästä sylinteriryh-mästä höyryä viedään kuivatusosan toisiin sylinteriryhmiin, kuten lohkon 12 ryhmiin 28, 30, 32 ja lohkon 10 ryhmään 34, kuten on esitetty nuolilla 28', 30', 32', 34'. Vastaavasti 20 tuodaan päällepuhallusyksiköihin 20, 21, 22 kaasua ja sähköä, kuten on esitetty nuolilla, 20', 20''; 21',21''j 22 ',221 '. Lohkoihin voidaan myös suoraan tuoda tuoretta höyryä, jonka määrä on säädettävissä.

25 Keksinnön mukainen säätö tapahtuu siten, että, kun prosessi on stabiloitunut esim. lajinvaihdon tai muun ylösajon .·. : jälkeen, ensiksi mitataan tai lasketaan kokonaishaihdutuk- • · · sen tarve, mittalaitteilta 23, 24 saatuja tietoja hyväksi- • · · *.! käyttäen. Kokonaishaihdutuksesta lasketaan ensimmäisessä • · · 30 vaiheessa kokonaistehon tarve A. Kokonaistehon tarve A jaetaan seuraavassa vaiheessa laatukriteereitä, fysikaali- M» '...' siä ja matemaattisia malleja sekä jotakin sinänsä tunnettua • · · optimointimenetelmää käyttäen kuivatus lohkoi lie 10, 12, 14, 16 tehoina BIO, B12, B14, B16.

35 t · Tämän jälkeen kunkin halutun kuivatuslohkon kuivatusteho " jaetaan lohkoissa oleville kuivatusyksiköille syöttötehok- • · • «· • « X1 105217 si. Näin jaetaan esim. Kuvion 1 lohkossa 12 kuivatusteho B12 keksinnön mukaan sylinteriryhmäyksiköiden 28, 30, 32 ja päällepuhallusyksikön 21 välillä siten, että kokonaiskustannukset määrättyjen raja-arvojen sisällä minimoituvat.

5

Keksinnön mukaisessa säätömenetelmässä voidaan käyttää esim. seuraavissa julkaisuissa esitettyjä matemaattisia malleja:

Wilhelmsson, B., Nilsson, L., Stenström, S. and 10 Wimmerstedt, R., 1993, "Simulation Models of Multi-Cylinder Paper Drying", Drying Technology 11(6) pp. 1177-1203.

Karlsson, M., Paltakari, J., Soininen, M. and Paulapuro, H., 1993, "A Simulation Model for Board and

Paper Machine Dryer Section", pp. 9 - 16 in ASME HTD, Vol. 15 238.

Karlsson, M.A. and Timofeev, O.N., 1994, "The

Computer Simulation of a Multicylinder Dryer with a Singletier Configuration", Proc. Fifth International Symposium of Process Systems Engineering, Seoul, Korea.

20 Polat, 0. and Mujumdar, A.S., 1987, "Drying of

Pulp and Paper", pp. 643 - 682 in A.S. Mujumdar (ed.) Handbook of Industrial Drying, Marcel Dekker, New York.

Soininen, M., 1980, "A Mathematical Model of the Contact Drying Process", pp. 315 - 321 in A.S. Mujumdar 25 (ed.) Drying *80, Vol.2. Hemispere Pubi. Corp., Washington.

Soininen, M., 1991, "Modelling of Web Drying", / Proc. The Helsinki Symposium of Alternate Methods of Pulp • · · '·*·* and Paper Drying, Helsinki, pp. 1 - 16.

• · · • · · • · # 30 Vastaavasti voidaan keksinnön mukaisessa säätömenetelmässä :V: käyttää jotakin sinänsä tunnettua optimointimenetelmää, - kuten jotakin seuraavissa julkaisuissa esitettyä optimoin- . timenetelmää: • f ’ I Rao, Singiresu S., "Optimization; Theory and 35 Application", New Delhi, Wiley, cop. 1979.

Bertsimas, Dimitris, "Introduction to linear optimization", Belmont, Mass., Athena Scientific 1997.

•« · 12 105217

Kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty Kuvion 1 mukaisen kuivatusosan kuivatussylinteriryhmät 26, 28, 32, 34 ja päällepuhallusyksiköt 20, 21, 22. Kuviossa 2 on lisäksi esitetty lasketut raja-arvot kahdelle säätösuurelle, sylin-5 terien höyryn paineelle Pr-a ja puhallusilman lämpötilalle Tr_a. Kuviosta 2 voidaan havaita, että höyryn paineen raja-arvo aluksi nousee suhteellisen hitaasti tiettyyn kuivatusosan osuuteen saakka, ns. höyryn paineen raja-arvon taittokohtaan ptai/ minkä jälkeen paine saa pysyä lähes 10 vakiona. Vastaavasti päällepuhaUusilman lämpötilan raja-arvo aluksi pysyy suhteellisen korkealla tasolla ja lähes vakiona tiettyyn kuivatusosan osuuteen saakka, lämpötilan taittokohtaan Ttail/ minkä jälkeen lämpötilan pitää tietyllä kuivatusosan osuudella laskea tiettyyn matalampaan 15 arvoon. Lämpötilan raja-arvo saavuttaa kuivatusosan lopussa vielä toisen taittokohdan Ttai2· Säätösuureille määritellään edullisesti vastaavalla tavalla alemmat raja-arvot.

Kuivatusosa jaetaan keksinnön mukaan edellä mainittujen 20 raja-arvojen taittokohdissa ptai» Ttail» Ttai2 tai niiden lähellä eri lohkoihin, joissa kussakin lohkossa erikseen voidaan säätää energiakulutusta halutulla tavalla halutun optimaalisen haihdutuksen ja kokonaisenergiakulutuksen aikaansaamiseksi. Lohkojen sisällä säätösuureita, esim.

25 höyryn painetta ja ilman lämpötilaa, säädetään raja-arvojen sisällä, esim. katkoviivojen p' ja Τ' osoittamalle tasolle.

• «.* • · • · • · ·

Kuviossa 3 on esitetty samalle kuivatusosalle toinen ajoti- • · t *·* * lanne, jossa esim. höyryn paineen raja-arvo pysyy matalana 30 pidemmällä kuivatusosan osuudella kuin Kuvion 2 tapaukses- • « sa. Kuvion 3 tapauksessa höyryn lämpötilan taittokohta ptai • · · :.· · on siirtynyt ensimmäisen päällepuhallusyksikön 20 jälkeen.

: Kuten Kuviosta 3 on vaakasuorin nuolin osoitettu voidaan • t« eri lohkojen välisiä rajoja muuttaa, jopa ajon aikana « · . 35 tarvittaessa.

• · t · • · · : Kuvioissa 2 ja 3 kuvataan sitä keksinnön raukaista kuiva- • · · ^ 105217 13 tusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin säätämistä, jossa ensiksi laaditaan sinänsä tunnetulla tavalla, esim. resep-tipohjaisesti tai konesuuntaista laatumallia tai laatupro-fiilia hyväksikäyttäen, optimaalinen haihdutus, kun tunne-5 taan kuivatusosan geometria, tarvittavat prosessiparamet-rit, kuten koneen nopeus, paperin laji ja tarvittava kokona ishaihdutus, ja tämän jälkeen - lasketaan raja-arvot ainakin kahdelle kuivatusosan sää-tösuureelle, kuten höyryn paineelle p ja puhallusilman 10 lämpötilalle T, käyttäen hyväksi sinänsä tunnettuja kuivatuksen laatumalleja, kuten paperin tarttumista ja vaaleutta kuvaavia malleja, minkä jälkeen - kuivatusosa jaetaan säätösuureiden raja-arvojen muodostaman jakautuman mukaan kuivatuslohkoihin siten, että kahdes- 15 sa vierekkäisessä lohkossa ainakin yhden säätösuureen raja-arvo on erilainen, ja - kuivatusprosessia säädetään säätämällä säätösuureita kussakin kuivatuslohkossa säätösuureiden raja-arvojen sisällä.

20

Kuivatusosalla tarkoitetaan tässä selityksessä ja jäljempänä esitetyissä patenttivaatimuksissa, ellei muuta sanota, , , kaikenlaisia paperi-, kartonki- ja tissuekoneiden kuiva- tusosia, myös näiden koneiden etu- ja jälkikuivatusosia, 25 kuten myös erillisten päällystyslaitteiden kuivatusosia.

’l *'· Haluttu loppukosteus ja laatu voidaan saavuttaa ohjaamalla • · · ’·'·* kuivatusryhmien tehoa eri tavoin. Säädössä voidaan ottaa • · · : huomioon eri energiamuotojen erilaiset vaikutukset energia- 30 kustannuksiin. Kuivatusjakautuma voidaan pyrkiä ohjaamaan :V: siten, että kuivatukseen käytettävän kokonaisenergian kus- :T: tannukset ovat pienimmät mahdolliset. Keksinnön mukaan / . voidaan saavuttaa optimaalinen kuivatus kaikissa toiminta- ** I pisteissä, kaikilla lajeilla ja tuotantonopeuksilla. Mal- 35 lilla voidaan energiasyöttöjen kuivatustehoille asettaa optimaaliset säädön asetusarvot automaattisesti, jolloin prosessi on hallittavissa kaikissa ajotilanteissa.

• · « 14 105217

Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa vain edellä esimerkinomaisesti esitettyihin ratkaisuihin, vaan sitä on tarkoitus voida laajasti soveltaa jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen 5 puitteissa.

< I » » w I · • · • · · • · « • · • f · • · · • · · « • · • · « • · · • · * · 1 • · · • · 1 • · • · • Il « · * « • ·

• I I

» · • » • · • · ·

Claims (7)

15 105217

1. Menetelmä paperikoneen tai vastaavan kuivatusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin säätämiseksi, 5. jossa kuivatusosa käsittää ainakin yhden kuiva- tussylinteriyksikön (26, 28, 30, 32, 34) ja ainakin yhden päällepuhallusyksikön (20, 21, 22), ja jossa menetelmässä laaditaan sinänsä tunnetulla tavalla, esim. reseptipohjaisesti tai konesuuntaista laatumallia tai 10 laatuprofiilia hyväksikäyttäen, optimaalinen haihdutus, kun tunnetaan kuivatusosan geometria, tarvittavat prosessi-parametrit, kuten koneen nopeus, paperin laji ja tarvittava kokonaishaihdutus, tunnettu siitä, että 15. lasketaan raja-arvot ainakin kahdelle kuivatusosan sää-tösuureelle, kuten höyryn paineelle p ja puhallusilman lämpötilalle T, käyttäen hyväksi sinänsä tunnettuja kuivatuksen laatumalleja, kuten paperin tarttumista ja vaaleutta kuvaavia malleja, 20. jaetaan kuivatusosa säätösuureiden raja-arvojen muodostaman jakautuman mukaan kuivatuslohkoihin (10, 12, 14, 16) siten, että kahdessa vierekkäisessä lohkossa ainakin yhden säätösuureen raja-arvo on erilainen, ja että kuivatusprosessia säädetään säätämällä säätösuureita 25 kussakin kuivatuslohkossa säätösuureiden raja-arvojen sisällä. • · • · * · 1 ’·);1 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu :·' 1 siitä, että säätösuureita säädetään kuivatuslohkossa jota- 30 kin sinänsä tunnettua optimointi laskentamenetelmää hyväksi- • · käyttäen siten, että kyseisen kuivatus lohkon kuiva tusyk-_ :T: siköiden syöttötehojen energiakustannusten summa minimoi- .1 . tuu. • · · • 9 9 9 < «

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu j ’·· siitä, että kuivatusosa jaetaan ainakin kahteen, edullises- ti ainakin kolmeen, tyypillisesti neljään kuivatuslohkoon, 16 105217 joiden sisällä kuivatusteho jaetaan energiakustannusten kannalta optimaalisesti eri energiamuotojen kesken.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että ainakin yksi kuivatuslohko käsittää ainakin yhden kuivatussylinteriryhmän ja ainakin yhden päällepuhal-lusyksikön.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että ainakin yksi kuivatuslohko käsittää ainakin kaksi höyryä energiamuotonaan käyttävää kuivatusyk-sikköä, kuten kaksi eri höyrysyötöllä varustettua kuivatus-sylinteriryhmää (28, 30, 32).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - kuivatuslohkojen lohkorajoja siirretään esim. lajinvaih-don yhteydessä ja että - lasketaan uudet raja-arvot ainakin kahdelle kuivatusosan 20 säätösuureelle.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivatusyksiköiden toimintaa kuvaavat fysikaaliset ja matemaattiset laskentamallit ja optimointimenetel-25 mä konvertoidaan siten, että ne voidaan ohjelmoida jonkin säätöjärjestelmän sisään. • · · • • · · • «· • · • · · • · · • « t · I · ( «tl « · « • · • · ··· • · · • t • • M t I « « • I I I • · · • · • I • 4 « • · tl· • · · 1 • · · • · I • · 17 105217