FI111970B - Menetelmä ja laitteisto paperikoneen tai vastaavan kuivatusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin säätämiseksi - Google Patents

Description

111970

MENETELMÄ JA LAITTEISTO PAPERIKONEEN TAI VASTAAVAN KUIVA-TUSOSASSA TAPAHTUVAN KUIVATUSPROSESSIN SÄÄTÄMISEKSI FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR REGLERING AV TORKPROCESSEN I EN PAPPERSMASKINS ELLER MOTSVARANDES TORKPARTI

Esillä oleva keksintö kohdistuu jäljempänä esitettyjen itsenäisten patenttivaatimusten johdanto-osien mukaiseen mene-10 telmään ja laitteistoon.

Keksintö kohdistuu tällöin erityisesti menetelmään ja laitteistoon paperikoneen kuivatusosassa tapahtuvan kuivatus-prosessin säätämiseksi siten, että saavutetaan laadun ja/tai 15 energiakustannusten kannalta edullinen kuivatusprosessi.

Paperirainan kuivatus on pitkään pääasiallisesti tapahtunut kuivatussylintereillä, joita sovitetaan suuri määrä kuiva-tusosaan peräkkäin yhdessä tai kahdessa tai jopa useammassa 20 päällekkäisessä rivissä.

Kuivatussylinterikuivatuksessa kuivatusenergia saadaan kuumasta höyrystä, jolla sylinterit kuumennetaan. Kui-, vatusosassa sylinterit yhdistetään sylinteriryhmiksi, ‘ 25 tyypillisesti 3-8 sylinterin ryhmiin. Paineistettu kyl- : 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 oleva 30 höyry johdetaan seuraavaan sylinteriryhmään. Näin voidaan » t esim. kuivatusosan kuivaan päähän 3 bar paineessa syötetty tuore höyry johtaa edelleen kuiva tusosan kaikkien ((i syl inter iryhmi en läpi kohti kuiva tusosan märkää päätä.

Kuivatusosan ensimmäisessä sylinteriryhmässä paine on tyypil-: · * i 35 lisesti alle atmosfääripaineen. Tarvittaessa, eli halutun paineen aikaansaamiseksi, voidaan eri sylinteriryhmiin pois-tohöyryn lisäksi tuoda tuoretta höyryä.

2 111970

Kuivatusta säädetään säätämällä kuivatusosalle tuodun tuore-höyryn painetta. Säätö voi tapahtua manuaalisesti tai automaattisesti. Tyypillisesti kuivatusryhmien tehoa ohjataan reseptipohjaisesti kaskadi-säätönä, jota ohjaa kuivatusosasta 5 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 kuivatusprosessissa 10 tapahtuvien muutoksien vaatimat asetusarvokorjaukset to teutetaan vasta kun mitatut laatuarvot muuttuvat yli niille asetettujen rajojen.

Kuivatussylintereillä tapahtuva kuivatus on saatu verrattain 15 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. Sylinte-rikuivatusta ei aina liioin ole pidetty tarpeeksi tehokkaana. 20 Siksi onkin pyritty löytämään uusia tehokkaampia ratkaisuja rainan kuivattamiseksi.

·;Jo jonkin aikaa on kuivatusosaan lisätty infralämmittimiä, : joita kuitenkin lähinnä käytetään rainan poikittaisprofiilin 25 säätämiseen.

* » · Päällepuhalluskuivatus, eli rainaa kohti puhalletun kuuman » · · ilman tai muun sopivan kuuman kaasun, kuten tulistetun höyryn , avulla tapahtuva haihdutuskuivatus, on osoittautunut tehok- 30 kaaksi kuivatusmenetelmäksi. Päällepuhallus voidaan esim.

i » ’···' kohdistaa rainaan sen kulkiessa kuiva tusviiran tukemana 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 suu- ’· ”> rinopeuksisia kuumailmasuihkuja tai esim. tulistetun höyryn suihkuja tämän pinnan kattavasta huuvasta kohti pinnan päällä 3 111970 kulkevaa kuivatettavaa rainaa. Päällepuhalluksella aikaansaadaan näin tehokas haihdutuskuivatusvaikutus. Päällepuhalluksella aikaansaadaan lisäksi tehokas tuuletusvaikutus rainasta höyrystyneen kosteuden poispuhaltamiseksi. Päälle-5 puhalluksessa tarvittava kuivatusenergia saadaan esim. maakaasusta tai muusta sopivasta polttoaineesta, jota voidaan käyttää kuumentamaan päällepuhallusilmaa. Päällepuhalluksessa tarvitaan lisäksi puhallusenergiaa, sähköä, kuuman ilman kierrättämiseksi kuivatuslaitteessa eli kuuman ilman 10 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 edel-,,. listä parempi menetelmä ja laitteisto paperikoneen kuiva- 30 tusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin säätämiseksi.

• ·

Tarkoituksena on erityisesti aikaansaada parannettu menetelmä ja laitteisto, jotka aikaisempaa paremmin ottavat huomioon ’ . erilaiset kuivatustarpeet kuivatusosan eri kohdissa ja * a , 35 erilaisten kuivatusenergiamuotojen kustannustekijät.

» a

Tarkoituksena on lisäksi aikaansaada menetelmä ja laitteisto, 4 111970 jotka kuivatuksen säädössä ottavat huomioon sekä laatuvaatimukset että kustannusnäkökohdat kuivatusosan eri osissa.

Edellä mainittujen tarkoitusperien saavuttamiseksi on 5 keksinnön mukainen menetelmä ja laitteisto tunnettu siitä, mitä on määritelty jäljempänä esitettyjen itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa.

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 hakemuksessa 15 tarkoitetaan rainaan siirtyvää energiamäärää halutun haihdutuksen aikaansaamiseksi. Kokonaistehon tarve saadaan määriteltyä kokonaishaihdutustarpeesta.

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

- Kokonaishaihdutus voidaan myös laskea kuivatusosan pois- :* toilman mukana kulkevasta vesimäärästä eli mittaamalla * ♦ » •T’· poistoilman virtaus ja kosteus, kun tiedetään tuloilman ; virtaus ja kosteus.

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

• · #

Kuivatusosa jaetaan tämän jälkeen kulloisenkin paperilajin • ·' 30 mukaan kuivatuksen tai haihtumisen tai jonkin muun laatu- « * # < · kriteerin kannalta eri tavoin käyttäytyviin kuviteltuihin i ·*·,, kuivatuslohkoihin. Tässä selityksessä on kuivatusosan jakoa .···. tai kuivatusprosessin jakoa kuvaamaan käytetty termiä * t "lohko". Vaihtoehtoisesti olisi voitu käyttää termejä "vaihe" ’ ‘ 35 tai "jakso".

I t t • » 5 111970

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 välissä ja 10 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-ti ·* lointien avulla pystytään selvittämään suurin piirtein, missä ': ** erityyppiset haihdutusvyöhykkeet fyysisesti sijaitsevat ja ; jakamaan kuivatusosa tämän perusteella kuivatuslohkoihin.

.’Λ 25 * * *

Jako lohkoihin voi tapahtua myös siten, että ensiksi laadi- • * · taan sinänsä tunnetulla tavalla optimaalinen haihdutus jakautuma ja lasketaan raja-arvot halutuille, tyypillisesti . ainakin kahdelle, kuivatusosan säätösuureelle, ja että tämän • 30 jälkeen jaetaan kuivatusosa näiden raja-arvojen mukaan • » *···' lohkoihin siten, että kahdessa vierekkäisessä lohkossa ainakin yhden säätösuureen raja-arvo on erilainen. Jakoa lohkoihin voidaan tarvittaessa muuttaa, esim. käyntiinajon •, ajaksi.

! 35 ’· Tarvittava optimaalinen haihdu tus jakautuma saadaan laadittua esim. reseptipohjaisesti tai konesuuntaista laatumallia tai 6 111970 laatuprofiilia hyväksikäyttäen, kun tunnetaan kuivatusosan 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 lämpötilaan, ja puhallusilman lämpötilaa, puhallusilman nopeutta, 10 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 haluttu vaaleus. Varsinaisessa ajotilanteessa kussakin 15 kuivatuslohkossa säädetään säätösuureita laskettujen raja-arvojen sisällä.

Tyypillisesti kuivatusosa jaetaan keksinnön mukaan ainakin kolmeen erilaiseen kuviteltuun kuivatuslohkoon. Ainakin 20 yhdessä, tyypillisesti useassa kuivatuslohkossa, on ainakin kahta eri energiamuotoa käyttäviä kuivatusyksiköitä ja/tai ;· ainakin kahta erikseen säädettävää samaa energiamuotoa

> I

·; ·· käyttävää kuivatusyksikköä. Yhdessä kuivatuslohkossa voi näin , ’. ollen olla esim. tavanomaisia kuivatussylintereitä ja yksi .*, : 25 tai useampi päällepuhallusyksikkö, jolloin lohkossa käytetään .sekä höyryä että esim. maakaasua ja sähköä kuivatuksen aikaansaamiseen. Jossakin toisessa kuivatuslohkossa voi olla * 5 t » » · ( * kuivatussylintereitä ja infrakuivain, jolloin lohkossa käytetään höyryä ja sähköä. Toisaalta voi jossakin lohkossa » I t ·' ·' 30 olla pelkästään kuivatussylinteriryhmiäkin. Tällainen lohko on keksinnön mukaan säädettävissä, jos ainakin kaksi sen t sylinteriä voidaan säätää toisistaan riippumatta, eli jos ,···. kaksi sen sylinteriä on varustettu erikseen säädettävillä • höyrysyötöillä. Kaksiviiraviennillä varustetussa ’ ’ 35 kuivatusosassa voidaan esim. ala- ja yläsylintereitä säätää :.''i erikseen. Jokin kuivatusosan lohko voi tietenkin käsittää esim. vain yhden päällepuhallussylinteriyksikön. Yksittäiset 7 111970 kuivatusyksiköt voidaan haluttaessa yksinkertaisesti sulkea pois päältä.

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

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

Nyt on lisäksi oivallettu, että kuivatusosan energiakustannukset voidaan minimoida optimoimalla kunkin kuivatus-20 lohkon sisällä olevat energiakustannukset energiamuodoittain. Eli on todettu, että voidaan ohjata kunkin kuivatuslohkon ; käyttämää tehoa halutun haihdutuksen aikaansaamiseksi siten, *: · että kunkin kuivatuslohkon käyttämä energiakustannus . annettujen tehon säätörajojen sisällä on mahdollisimman : 25 pieni. Keksintö mahdollistaa sen, että paperikoneen • i » kuivatuslohkon sisällä olevien kuivatusyksiköiden, esim.

t · t kuiva tussylinterien, päällepuhallusyksikkö j en ja infra- • < t ' kuivainten, tehoaluetta voidaan ohjata siten, että sekä laadun että kokonaisenergiakulutuksen kannalta saavutetaan

• » I

·* 30 optimaalinen kosteus- tai kuiva tus teho jakautuma. Keksinnön mukaan suoritetaan laadun ja kustannusten kannalta edullinen "•it haihdutuksen hienosäätö lohkojen sisällä.

• * * * * > • « • t Optimoitavalle kuivatuslohkolle jaettu kuivatusteho-osa 35 muunnetaan keksinnön mukaan tämän lohkon sisällä olevien kuivatusyksiköiden syöttötehoiksi jotakin sinänsä tunnettua kuivatusryhmän matemaattista mallia ja optimointiohjelmaa 8 111970 hyväksikäyttäen. Kuivatusyksiköiden toimintaa, kuten haihtumista ja lämmönsiirtoa, kuvaavien fysikaalisten laskentamallien ja kuivatusyksiköiden energiamuotojen kustannuksia kuvaavien laskentamallien avulla pystytään optimoimaan 5 energiakustannukset kunkin lohkon sisällä.

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

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

Keksinnön mukaista säätöä voidaan käyttää käyntiinajon jälkeiseen säätöön tasaisessa tuotantotilanteessa. Lajin- vaihdon aikana kuivatusosan asetusarvoja ohjataan erityisen 20 lajinvaihtosäädön avulla. Keksinnön mukainen optimointi aloitetaan edullisesti kun lajinvaihto on suoritettu ja ·· kyseisen lajin laatuarvot ovat hyväksyttävissä rajoissa.

.. .j Keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on aikaansaada , kustannussäästö sinänsä laadun kannalta optimaalisessa ,*, · 25 ajossa.

* ·

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

» ’·’ Keksinnön pääasiallisena etuna voidaan pitää sitä, että on • t i « « * 1 35 aikaansaatu sellainen kuivatuksen säätömenetelmä, joka ottaa ‘,’*i huomioon sekä laatuvaatimukset että kustannusnäkökohdat, erityisesti eri kuivatusenergiamuotojen kustannukset.

9 111970

Haluttuun loppukosteuteen ja laatuun voidaan päästä eri tavoin, eli haluttu loppukosteus voidaan saavuttaa ohjaamalla kullekin kuivatuslohkolle jaettu teho eri tavoin. Eri energiamuodoilla on kuitenkin erilainen kustannusvaikutus 5 kuivatuksen toteuttamiseen. Keksinnön mukaan pyritäänkin kuivatusteho ohjaamaan kuivatuslohkon eri kuivatusyksiköille siten, että kuivatuksen kokonaisenergiakustannus on pienin mahdollinen. Keksinnön mukaisella ratkaisulla pystytään kuivatusteho ohjaamaan kuivatuskustannusten kannalta 10 optimaalisesti pääasiallisesti kaikissa tuotantotilanteissa, kaikilla paperilajeilla ja kaikilla tuotantonopeuksilla.

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

Keksinnön mukainen säätömenetelmä mahdollistaa myös sen, että 20 koko kuivatustapahtuma on aikaisempaa paremmin prosessin ohjaajan havainnoitavissa näyttöruudulla ja siten hyvässä ··· hallinnassa.

* • I · , Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla » I · t-’’: 25 oheisiin piirustuksiin, joissa ! Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti läpileikkaus paperikoneen kuivatusosasta ja tyypillisen ’·’ keksinnön mukaisen säädön vaiheet laatikkoina ja • · » i V 30 Kuvioissa 2 ja 3 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mu-* * * kaisten säätösuureiden raja-arvot kahdessa eri tuotantotilanteessa kuvion 1 kui- ,··*, vatusosalle, ja lohkojako näissä tilan- • · teissä.

35 • > *,‘·· Kuvion 1 esittämä kuiva tusosa on keksinnön ehdottamalla tavalla jaettu kuivatuslohkoihin 10, 12, 14 ja 16, joissa 10 111970 kussakin on kuivatussylintereitä 18 erilaisina ryhminä, eli erilaisina yhden, kahden tai neljän sylinterin käsittävän sylinteriryhmän kuivatusyksikköinä. Lisäksi kuivatuslohkoissa 10, 12 ja 14 on kussakin päällepuhallusyksikkö 20, 21, 22.

5 Kuivatusosan alkuun on sovitettu mittalaite 23 märän rainan kosteuden mittaamiseksi. Vastaavasti on kuivatusosan loppuun sovitettu mittauslaite 24 kuivan rainan kosteuden mittaamiseksi.

10 Kuviossa on lisäksi nuolin esitetty eri kuivatusyksiköille, eli sylinteriryhmille ja päällepuhallusyksiköille, tulevat kuivatusenergiavirrat. Kuvion esittämässä tapauksessa tuodaan kuivatuslohkon 14 sylinteriryhmälle 26 tuoretta höyryä, joka on esitetty nuolella 26'. Tästä sylinteriryhmästä höyryä 15 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 tuodaan päällepuhallusyksiköihin 20, 21, 22 kaasua ja sähköä, kuten on esitetty nuolilla, 20^20^ 21^21^,- 22', 2211 . Lohkoihin 20 voidaan myös suoraan tuoda tuoretta höyryä, jonka määrä on säädettävissä.

* · ·.* Keksinnön mukainen säätö tapahtuu siten, että kun prosessi on , ·. stabiloitunut esim. lajinvaihdon tai muun ylösajon jälkeen, .· : 25 ensiksi mitataan tai lasketaan kokonaishaihdutuksen tarve i .* mittalaitteilta 23, 24 saatuja tietoja hyväksikäyttäen.

» ·

Kokonaishaihdutuksesta lasketaan ensimmäisessä vaiheessa * kokonaistehon tarve A. Kokonaistehon tarve A jaetaan seu- raavassa vaiheessa laatukriteereitä, fysikaalisia ja mate- .* ,* 30 maattisia malleja sekä jotakin sinänsä tunnettua optimoin- timenetelmää käyttäen kuivatuslohkoille 10, 12, 14, 16 tehoina BIO, B12, B14, B16.

Tämän jälkeen kunkin halutun kuivatuslohkon kuivatusteho * * 35 jaetaan lohkoissa oleville kuivatusyksiköille syöttötehoksi.

Näin jaetaan esim. Kuvion 1 lohkossa 12 kuiva tus teho B12 keksinnön mukaan sylinteriryhmäyksiköiden 28, 30, 32 ja 11 111970 päällepuhallusyksikön 21 välillä siten, että kokonaiskustannukset määrättyjen raja-arvojen sisällä minimoituvat.

Keksinnön mukaisessa säätömenetelmässä voidaan käyttää esim. 5 seuraavissa julkaisuissa esitettyjä matemaattisia malleja:

Wilhelmsson, B., Nilsson, L., Stenström, S. and Wimmerstedt, R. , 1993, "Simulation Models of Multi-Cylinder

Paper Drying", Drying Technology 11(6) pp. 1177-1203.

Karlsson, M. , Paltakari, J., Soininen, M. and 10 Paulapuro, H. , 1993, "A Simulation Model for Board and Paper Machine Dryer Section", pp. 9 - 16 in ASME HTD, Vol. 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 15 Process Systems Engineering, Seoul, Korea.

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 20 Contact Drying Process", pp. 315 - 321 in A.S. Mujumdar (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.

25

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

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

35 Kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty Kuvion 1 mukaisen .*·: kuivatusosan kuiva tus sylinteri ryhmät 26, 28, 32, 34 ja päällepuhallusyksiköt 20, 21, 22. Kuviossa 2 on lisäksi 12 111970 esitetty lasketut raja-arvot kahdelle säätösuureelle, sylinterien höyryn paineelle pr_a ja puhallusilman lämpötilalle Tr_a. Kuviosta 2 voidaan havaita, että höyryn paineen raja-arvo aluksi nousee suhteellisen hitaasti tiettyyn kuivatusosan 5 osuuteen saakka, ns. höyryn paineen raja-arvon taittokohtaan ptai, minkä jälkeen paine saa pysyä lähes vakiona. Vastaavasti päällepuhaUusilman lämpötilan raja-arvo aluksi pysyy suhteellisen korkealla tasolla ja lähes vakiona tiettyyn kuivatusosan osuuteen saakka, lämpötilan taittokohtaan Ttail, 10 minkä jälkeen lämpötilan pitää tietyllä kuivatusosan osuudella laskea tiettyyn matalampaan arvoon. Lämpötilan raja-arvo saavuttaa kuivatusosan lopussa vielä toisen taittokohdan Ttai2. Säätösuureille määritellään edullisesti vastaavalla tavalla alemmat raja-arvot.

15

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

t katkoviivojen p' ja Τ' osoittamalle tasolle.

25 Kuviossa 3 on esitetty samalle kuivatusosalle toinen ajoti- • · lanne, jossa esim. höyryn paineen raja-arvo pysyy matalana pidemmällä kuivatusosan osuudella kuin Kuvion 2 tapauksessa. ’·' Kuvion 3 tapauksessa höyryn lämpötilan taittokohta pcai on siirtynyt ensimmäisen päällepuhallusyksikön 20 jälkeen. Kuten • 3 0 Kuviossa 3 on vaakasuorin nuolin osoitettu, voidaan eri lohkojen välisiä rajoja muuttaa, tarvittaessa jopa ajon ;·. aikana.

* > » t I > • »

Kuvioissa 2 ja 3 kuvataan sitä keksinnön mukaista kuiva-’ * 35 tusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin säätämistä, jossa V · ensiksi laaditaan sinänsä tunnetulla tavalla, esim. resep- tipohjaisesti tai konesuuntaista laatumallia tai laatupro- 13 111970 fiilia hyväksikäyttäen, optimaalinen haihdutus, kun tunnetaan kuivatusosan geometria, tarvittavat prosessiparametrit, kuten koneen nopeus, paperin laji ja tarvittava kokonaishaihdutus, ja tämän jälkeen 5 - lasketaan raja-arvot ainakin kahdelle kuivatusosan sää- tösuureelle, kuten höyryn paineelle p ja puhallusilman lämpötilalle T, käyttäen hyväksi sinänsä tunnettuja kuivatuksen laa tiimalle ja, kuten paperin tarttumista ja vaaleutta kuvaavia malleja, minkä jälkeen 10 - kuivatusosa jaetaan säätösuureiden raja-arvojen muodostaman jakautuman mukaan kuivatuslohkoihin siten, että kahdessa vierekkäisessä lohkossa ainakin yhden säätösuureen raja-arvo on erilainen, ja kuivatusprosessia säädetään säätämällä säätösuureita 15 kussakin kuivatuslohkossa säätösuureiden raja-arvojen sisällä.

Kuivatusosalla tarkoitetaan tässä selityksessä ja jäljempänä esitetyissä patenttivaatimuksissa, ellei muuta sanota, 20 kaikenlaisia paperi-, kartonki- ja tissuekoneiden kuiva- tusosia, myös näiden koneiden etu- ja jälkikuivatusosia, 11' * * kuten myös erillisten päällystyslaitteiden kuivatusosia.

; Haluttu loppukosteus ja laatu voidaan saavuttaa ohjaamalla . : 25 kuivatusryhmien tehoa eri tavoin. Säädössä voidaan ottaa , \\ huomioon eri energiamuotojen erilaiset vaikutukset energia-

t I

t';·, kustannuksiin. Kuiva tus jakautuma voidaan pyrkiä ohjaamaan siten, että kuivatukseen käytettävän kokonaisenergian kus-.. , tannukset ovat pienimmät mahdolliset. Keksinnön mukaan 30 voidaan saavuttaa optimaalinen kuivatus kaikissa toiminta-

• I

pisteissä, kaikilla lajeilla ja tuotantonopeuksilla. Mallilla voidaan energiasyöttöjen kuivatustehoille asettaa optimaa-liset säädön asetusarvot automaattisesti, jolloin prosessi on * , hallittavissa kaikissa ajotilanteissa.

; ; 35 '· '·* Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa vain edellä esimer kinomaisesti esitettyihin ratkaisuihin, vaan sitä on tar- 14 111970 koitus voida laajasti soveltaa jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

» t I I · · * * · 1 * · * · t * • ·

• I

I I

Claims (16)

1. Menetelmä paperikoneen tai vastaavan kuivatusosassa tapahtuvan kuivatusprosessin säätämiseksi, jossa menetelmässä 5 - lasketaan jollakin sinänsä tunnetulla menetelmällä kuiva tusosassa tarvittava kokonaiskuivatusteho ja - laaditaan jollakin sinänsä tunnetulla tavalla optimaalinen kuivatustehoj akautuma, tunnettu siitä, että 10. jaetaan kuivatusosa, edellä laskettua optimaalista kuiva tus teho jakautumaa käyttäen, kahteen tai useampaan kuvitteelliseen kuivatustoimintansa kannalta erilaiseen kuivatusloh-koon, joissa ainakin yhdessä on ainakin kaksi eri energiamuotoa käyttävää kuivatusyksikköä ja/tai ainakin kaksi erikseen 15 säädettävää samaa energiamuotoa käyttävää kuivatusyksikköä, ja - jaetaan saatu kokonaiskuivatusteho jollakin sinänsä tunnetulla optimointimenetelmällä mainituille erilaisille kuivatuslohkoilie siten, että kussakin kuivatuslohkossa 20 saavutetaan laadun ja/tai energiakustannusten kannalta optimaalinen kuivatusprosessi. < i

· ;··{ 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä. . että * · · 1 • · · 25. muunnetaan optimoitavan kuivatuslohkon kuivatusteho-osa kuivatuslohkossa olevien kuivatusyksiköiden syöttötehoiksi * · !,! käyttäen näiden kuivatusyksiköiden toimintaa kuvaavia » I I 1 fysikaalisia ja matemaattisia laskentamalleja ja jotakin sinänsä tunnettua optimointilaskentamenetelmää siten, että ♦ » t • »* 30 kyseisen optimoitavan kuivatuslohkon kuivatusyksiköiden syöttötehojen energiakustannusten summa minimoidaan, ja että - kuivatusyksiköiden energian syöttöä säädetään näin lasketun syöttö tehon mukaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä. : että kuivatusosassa tarvittava kokonaiskuivatusteho lasketaan tarvittavan kokonaishaihdutuksen mukaan, joka tarvittava kokonaishaihdutus lasketaan käyttäen hyväksi rainan kosteuden mittausta ennen ja jälkeen kuivatusosassa tapahtuvaa kuiva- tusprosessia. 16 111970

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivatusosassa tarvittava kokonaiskuivatusteho lasketaan tarvittavan kokonaishaihdutuksen mukaan, joka tarvittava kokonaishaihdutus lasketaan käyttäen hyväksi kuivatusosasta poistoilman mukana kulkevan veden määrää, joka vesimäärä 10 mitataan mittaamalla poistoilman virtaus ja kosteus.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivatusosassa tarvittava kokonaiskuivatusteho lasketaan automaattisesti tavoitteena olevan kuiva-ainepitoisuuden 15 mukaan sinänsä tunnettua mallia hyväksikäyttäen.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä. että kuivatusosa jaetaan laskennallisesti kahteen tai useampaan peräkkäiseen kuivatuslohkoon jotakin sinänsä 20 tunnettua mallia hyväksikäyttäen, joka malli on ohjelmoitu antamaan oikeat säädön asetusarvot.

* » • ·· 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä. , *. että kuivatusyksiköiden toimintaa kuvaavat fysikaaliset ja ,: 25 matemaattiset laskentamallit ja optimointimenetelmä konver- >’ toidaan siten, että ne voidaan ohjelmoida jonkin ' ! säätöjärjestelmän (DCS) sisään.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä. : ·-’ 30 että kuivatusosassa tarvittava kokonaiskuiva tus teho jaetaan kahdelle tai useammalle peräkkäiselle kuivatuslohkolle - jotakin kuivatusryhmän matemaattisia malleja hyväksikäyt- ,··. tävää laskenta-algoritmia ja > _ - jotakin sinänsä tunnettua optimointilaskentamenetelmää 35 hyväksikäyttäen.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä. 17 111970 että kuivatusosa jaetaan ainakin kolmeen optimoitavaan kuiva-tuslohkoon ja että - ainakin kolmen optimoitavan kuivatuslohkon kuivatusteho-osat muunnetaan kyseisten optimoitavien kuivatuslohkojen 5 kuivatusyksiköiden syöttötehoiksi siten, että näiden syöt-tötehojen energiakustannusten summa minimoidaan.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että optimoitava kuivatuslohko käsittää ainakin yhden höyryä 10 energiamuotonaan käyttävän kuivatusyksikön, kuten kuivatussylinteriryhmän, ja ainakin yhden kuumaa kaasua ja/tai sähköä energiamuotonaan käyttävän kuivatusyksikön, kuten päällepuhallusyksikön.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että optimoitava kuivatuslohko käsittää ainakin kaksi höyryä energiamuotonaan käyttävää kuiva-tusyksikköä, kuten kaksi eri höyrysyötöllä varustettua kuivatussylinteriryhmää tai ryhmän osia. 20

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä. ,, ’ että optimoitavan kuivatuslohkon kuivatusteho-osa muunnetaan : energiakustannusten kannalta optimaalisiksi syöttötehoiksi kuivatusosan saavutettua lajinvaihdon tai muun vastaavan • · : 25 ajotilanteen muutoksen jälkeen rainan laadun kannalta hyväksyttävät olosuhteet. * « »

13. Laitteisto paperikoneen tai vastaavan kuivatusosassa ,. , tapahtuvan kuivatusprosessin säätämiseksi, joka laitteisto ·_; 30 käsittää ’··’ - laskentamallin tai muun vastaavan, jolla lasketaan kuiva- tusosassa tarvittava kokonaiskuiva tus teho ja optimaalinen kuiva tus teho jakautuma, * , tunnettu siitä, että kuivatusosa käsittää ’ 35 ainakin kaksi optimaalisen kuivatustehojakautuman mukaan ja ’·kuivatustoimintansa kannalta erilaista kuivatuslohkoa, joista ainakin yksi käsittää ainakin kaksi eri energiamuotoa 18 111970 käyttävää kuivatusyksikköä ja/tai ainakin kaksi erikseen säädettävää samaa energiamuotoa käyttävää kuivatusyksikköä, - laskentamallin tai muun vastaavan, jolla jaetaan kuiva-tusosassa tarvittava kokonaiskuivatusteho mainituille 5 kuivatuslohkoille siten, että kussakin kuivatuslohkossa saavutetaan kuivatettavan rainan laadun ja/tai energiakustannusten kannalta optimaalinen kuivatusprosessi, ja - laitteet rainan kuivattamiseksi kussakin kuivatuslohkossa tälle lohkolle jaetulla kuivatustehon osalla. 10

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto lisäksi käsittää - kuivatusyksiköiden toimintaa kuvaavan fysikaalisen ja matemaattisen laskentamallin ja sinänsä tunnetun optimointi- 15 laskentamenetelmän tämän optimoitavan kuivatuslohkon kuiva- tusteho-osan muuntamiseksi tässä optimoitavassa kuivatus-lohkossa olevien kuivatusyksiköiden syöttötehoiksi siten, että kyseisen optimoitavan kuivatuslohkon kuivatusyksiköiden syöttötehojen energiakustannusten summa minimoidaan. 20

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnettu » siitä. että kuivatusosaan on sovitettu mitta-antureita, ·;'· joilla voidaan mitata laskentamallien tarvitsemat mittaus- : tiedot. 25 • I ·

16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuivatusosaan on lisäksi yhdistetty yksi tai useampi prosessinäyttö, josta kuivatusosan operaattori voi ,, , seurata kuivatusprosessia ja tarvittaessa ohjata kuivaus- • ·' 30 prosessia pakko-ohjauksella optimointimallien ohi. t * • · i * t t > > · » » • I • Mil I » » ! I I | 19 111970