FI119574B - Menetelmä ja järjestelmä paperikoneessa sekä ohjelmistotuote - Google Patents

Description

119574

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ PAPERIKONEESSA SEKÄ OHJELMISTOTUOTE FÖRFARANDE OCH ANORDNING I

PAPPERSMASKIN SAMT PROGRAMPRODUKT

5 TEKNIIKAN ALA, JOTA KEKSINTÖ KOSKEE

Kyseessä oleva keksintö koskee paperikoneiden toiminnan tarkkailua ja niiden toiminnan ohjaamista. Erityisesti keksintö koskee uutta menetelmää ja järjestelmää paperikoneen kuivatusosan energiankulutukseen vaikuttavien tekijöiden seuraamiseksi sekä uutta menetelmää ja järjestelmää paperirai-10 nan puristinosan jälkeisen kuiva-ainepitoisuuden mittaamiseksi.

TEKNIIKAN TASO

Tyypillisessä paperikoneessa paperin raaka-aine eli massa tuodaan paperikoneen ns. märkään päähän, jossa veden poisto massasta alkaa. Märässä 15 päässä sijaitsee ns. perälaatikko, jonka kautta massa tuodaan viiralle eli muodostetaan paperiraina, josta tuotantoprosessin aikana poistetaan vettä eri menetelmin. Viiraosalla rainasta poistetaan vettä pääasiassa imemällä siitä vettä tyhjöpumppujen avulla. Viiraosan jälkeen paperiraina siirretään • · · puristinosalle, missä tapahtuu veden poisto puristamalla esimerkiksi vettä • · · ··· · ··· 20 imevien huopien avulla. Puristinosan jälkeen raina siirretään kuivatusosalle, ···· ·:··: jossa lopullinen kuivatus tapahtuu. Yleensä kuivatusosassa kuivatus tapah- tuu pääasiallisesti höyryllä muodostetun lämmön avulla. Täysin kuivattu pa- • · · periraina voidaan tämän jälkeen siirtää pinnankäsittelyyn tai muuhun jälkikäsittelyyn.

• * » • · · ^ ::: 25 • · • ·

Paperikoneen kuivatusosa on tyypillisesti nykyaikaisissa koneissa pääosin • · · ympäröity suljetulla huuvalla, jonka poistoilman kosteustaso pyritään pitä- • · • · mään prosessin energiankulutuksen kannalta optimaalisella tasolla, tyypilli- • · · sesti 0,160 kg H20/kg kuivaa ilmaa. Valmistaja antaa tyypillisesti tietyn ta- • ♦ ♦ • ·♦ • · 2 119574 kuuarvon poistoilman kosteudelle, joka huuvan tulisi kestää ilman vaaraa kondensoitumisesta.

Kuivatusosan huuvaan johdettavan korvausilman määrää voidaan säätää. 5 Korvausilman lämpötila pidetään vakiona yleensä lämmöntalteenottotornin lämmönsiirtimien ja tuorehöyryä käyttävän höyrypatterin avulla. Tyypillisesti sekä poistoilma- että korvausilmakanavissa on ilmamäärän säädöllä varustetut puhaltimet. Huuvan poistoilman virtausta ohjataan tyypillisesti poistoilman kosteuden mukaan. Myös kuivatusosan imutelojen poistoilma johde-10 taan yleensä lämmöntalteenottoon. Kosteasta ja lämpimästä imutelojen poistoilmasta halutaan yleensä ottaa sen sisältämä energia talteen. Yleensä imutelojen ja ajettavuuskomponenttien paine-eroja mitataan vain käsimittaril-la kerta luon teisesti.

15 Paperirainan puristinosan jälkeiselle kuiva-ainepitoisuudelle ei ole ollut olemassa luotettavaa jatkuvatoimista mittausta. Kuitenkin kuiva-ainepitoisuuden seuranta nimenomaan puristimen jälkeen kertoo paljon pa- .. penkoneen märkäosan toiminnasta ja koko koneen energiatehokkuudesta.

• » · • · ·

Lisäksi seuraamalla puristinosan jälkeistä rainan kuiva-ainetta ja sen muu- • · « 20 tosta saadaan helposti tietoa puristinhuopien kunnosta ja vedenpoistokyvys- ···« ·:·>: tä. Puristimen jälkeiseen rainan kuiva-ainepitoisuuteen vaikuttaa suuresti puristinhuopien ikä. Huopien vaihdon jälkeen menee yleensä kolmesta vii- • 1« teen vuorokautta ennen kuin puristinhuopien toiminta tasaantuu ja puristimen toiminta paranee. Tämän jälkeen huovat tukkeutuvat pikku hiljaa rai- • · · 25 nasta irtoavasta hienoaineesta ja puristimen vedenpoisto huononee.

« « • · • « · # · ·

: KEKSINNÖN TAVOITTEET

• · 0 ® * **:·* Nyt esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada sellainen järjestelmä * *·*·] ja menetelmä, jolla vähennetään tai jopa kokonaan poistetaan tunnetussa • « « ** 30 tekniikan tasossa ilmeneviä ongelmia ja epäkohtia.

3 119574

Keksinnön eräänä tavoitteena on menetelmä ja järjestelmä paperirainan pu-ristinosan jälkeisen kuiva-ainepitoisuuden laskemiseksi mittaustiedoista jat-kuvatoimisesti.

5 Keksinnön eräänä toisena tavoitteena on menetelmä ja järjestelmä kuiva-tusosan ilmastoinnin, lämmöntalteenoton sekä muiden energiankulutukseen vaikuttavien tekijöiden seuraamiseksi.

Keksinnön eräänä kolmantena tavoitteena on kehittää paperikoneen lämpö-10 energian käytön seurantaan soveltuvia työkaluja.

Keksinnön eräänä tarkoituksena on lisäksi aikaansaada järjestelmä ja menetelmä paperikoneen tiettyjen osien entistä tarkemmaksi ja yksinkertaisemmaksi ohjaamiseksi.

15

Keksinnön eräänä tarkoituksena on myös paperikoneen ajettavuuden, energiankulutuksen ja tuotettavan paperin laadun parantaminen.

• · • · # * · · ! Muun muassa edellä mainittujen tarkoituksien toteuttamiseksi keksinnölle on ♦ · · **!:* 20 tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisten itsenäisten patenttivaatimusten ···» tunnusmerkkiosissa.

9 • · Φ •

O KEKSINNÖN TARKEMPI KUVAUS

Tässä hakemuksessa energiankäytöllä tarkoitetaan nimenomaan lämpö- * • · · **);* 25 energian käyttöä. Mikäli puhutaan sähköenergian käytöstä, on se erikseen • * *:*’ mainittu. Ajettavuuskomponentilla tarkoitetaan tässä tekstissä esimerkiksi ·· · • · · : puhalluslaatikkoa tai muuta vastaava.

· • ··· • · • · · ’·*·] Nyt esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon avulla voidaan luoda työ- • · · ’* " 30 kalu tai työkaluja, jotka kertovat paperikoneen käyttöhenkilöstölle paperin valmistusprosessin tilasta energiankulutuksen näkökulmasta. Näin on mah- 4 119574 dollista seurata joka hetki paperinvalmistusprosessin tilaa ja/tai sen energia-tehokkuutta, ja pyrkiä parantamaan paperikoneen ja sen kuivatusosan ajotapoja edullisempaan suuntaan.

5 Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan puristinosan kuiva-ainepitoisuus, DSC, (dry solids content) voidaan laskea kuivatusosan haih-dutusmäärän ja valmiin paperin tuotannon sekä paperin loppukosteuden avulla seuraavasti: 10 DSC — m pap d/( m pap d + γπη2ο) missä mpaP)d on paperiradan kuiva massavirta kuivatusosalle ja mH2o veden massavirta kuivatusosalle, joka mH20 saadaan laskemalla yhteen kuiva-tusosalta poistuvan veden massavirta ja haihdutettu veden massavirta. On 15 huomioitava, että käytettäessä yllä mainittua laskentamallia puristimen kuiva-ainepitoisuus lasketaan kuivatusosan haihdutustietojen perusteella. Näin ollen laskentaan saattaa tulla epätarkkuutta huuvan poistoilman kosteuden . . ja määrämittausten epätarkkuudesta johtuen. Tämän vuoksi keksinnön mu- • · · • * · kaista järjestelmää käytettäessä yleensä seurataankin muutoksia kuiva- • « · «·« ♦ 20 ainepitoisuusarvojen trendissä ennemmin kuin absoluuttisia lukuarvoja. Täi- «··· ♦:··: läkin tavalla saadaan kuitenkin näkyviin muutokset esimerkiksi paperin tuh- kapitoisuuksissa.

·*♦ V · • · ···

Tyypillisessä edullisessa keksinnön mukaisessa menetelmässä paperiko- * · · 25 neessa: • · ]·’ - mitataan paperirainan kuivaa massavirtaa mpapid ja kuivatusosasta poistu- • · · van rainan sisältämän veden massavirtaa. Nämä mittaukset voidaan teh- • ♦ • ♦ [·* dä esimerkiksi joillain tyypillisillä tekniikan tason mittalaitteilla. Esimerkiksi • · « paperin neliömassaa voidaan mitata beta-säteilyn absorptioon perustuval- * · ♦ • · · 30 la mittarilla. Paperin kosteuden mittaamiseen voidaan käyttää esimerkiksi infrapunavalon absorptioon, mikroaaltojen vaimennukseen, tai radiotaa- 5 119574 juuksisiin tekniikoihin perustuvaa mittausta. Näistä mittauksista saadaan paperin kuiva neliömassa ja veden neliömassa laskettua. Tietämällä paperikoneen nopeus ja rainan leveys saadaan sitten massavirrat laskettua. Mainitut mittaukset tehdään yleensä koko paperin leveydeltä, liikuttamalla 5 mittauspalkkiin kiinnitettyä mittausanturia jatkuvasti koneen poikkisuun-nassa.

- mitataan huuvan poistoilman lämpötilaa, kosteutta ja määrää ja näiden perusteella lasketaan kuivatusosassa rainasta haihdutetun veden massa-virtaa mev 10 - lasketaan puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan sisältämän veden massavirtaa mH2o laskemalla yhteen kuivatusosasta poistuvan paperin sisältämän veden massavirta ja kuivatusosassa rainasta haihdutetun veden massavirta mev - lasketaan puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan kuiva-ainepitoisuus 15 DSC kaavasta: DSC = m Pap(d/(nWd + mH2o)·

Eräs keksinnön mukainen järjestelmä paperikoneessa käsittää välineet edellä mainitun menetelmän vaiheiden suorittamiseksi. Edellä mainitut mittauk- set suoritetaan tyypillisesti tekniikan tason mittalaitteilla kuten lämpötila-, * * · • · .* kosteus- ja massavirta-antureilla. Tarvittava laskenta suoritetaan tyypillisesti • ·· · ;:· 20 tietokoneen muistissa, sopivan tietokoneohjelman suorittamana.

• ·

Keksinnön avulla puristinosan jälkeistä kuiva-ainepitoisuutta voidaan seurata ·*** *··** jatkuvatoimisesti ilman suoraa mittausta. Puristinosan jälkeistä kuiva- . ainepitoisuutta voidaan käyttää selkeänä mlttaussuureena, jonka vaihtelu • · · • · 25 kertoo paperikoneen yleisestä toiminnasta ja/tai sen ajettavuudesta sekä • · ,y, puristimen toiminnasta. Kuiva-ainepitoisuutta voidaan käyttää myös vikaindi- • · · kaattorina, esimerkiksi jäljittämään ajettavuusongelmia kuivatusosan alussa • · ja/tai kondensointia huuvassa. Puristinosan jälkeistä kuiva-ainepitoisuutta

• ♦ V

:* ! voidaan käyttää myös ilmaisemaan mahdollisia ongelmatilanteita ja/tai huol- • «· 30 totarvetta, esimerkiksi puristushuopien kuntoa tai nippien toimintaa. Näin 6 119574 pystytään esimerkiksi viiroja ja huopia käyttämään mahdollisimman kauan, eikä niitä tarvitse vaihtaa ’’varmuuden vuoksi” etuajassa, vaan huopien tai viirojen vaihto voidaan suorittaa vasta sitten kun kuiva-ainepitoisuus ilmaisee sen olevan tarpeellista. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan puris-5 tinosan jälkeistä kuiva-ainepitoisuutta käytetäänkin huovanvaihtoseisokin tai viiranvaihtoseisokin ajoittamiseen. Puristinosan jälkeistä kuiva-ainepitoisuutta voidaan käyttää myös muiden vikojen paikantamiseen kuiva-tusosalla tai paperikoneen märässä päässä.

10 Puristinosan jälkeisellä kuiva-ainepitoisuudella voidaan esimerkiksi ohjata paperikoneen märän pään säätöä. Jos esimerkiksi havaitaan, että paperirai-na tulee kuivatusosalle liian märkänä, voidaan paperirainan sisältämän veden määrää muuttaa esimerkiksi muuttamalla säätöjä paperikoneen märässä päässä. Märässä päässä voidaan tällöin ohjata esimerkiksi vedenpois- 15 toon käytettyjen laitteiden alipaineita, kemikaalien syöttömääriä ja/tai puristimen viivapaineita sekä puristimen höyrylaatikon ohjausta. Kuivatusosan ajettavuutta voidaan siis säätää käyttämällä arviointisuureena puristinosan jälkeistä paperirainan kuiva-ainepitoisuutta. Mikäli paperikoneen kuiva- • · · * * · tusosalle on järjestetty sen ilmastoinnin säätöjärjestelmä, kuten niin sanottu #** * 20 XT-säätöjärjestelmä tai vastaava järjestelmä, voidaan puristinosan kuiva- ···· ·:··· ainepitoisuus laskea sen antamista tiedoista. Muissa tapauksissa on pro- ;:* sessiin lisättävä tarpeellinen määrä antureita kuiva-ainepitoisuuden mittaa- • ·· miseksi. XT-säätöjärjestelmä on kuvattu esimerkiksi suomalaisessa patenttijulkaisussa Fl 71372.

• · · *·;·· 25 ··· • · *:* Pelkkien mittausten lisäksi tai niiden sijaan keksinnön mukaisella järjestel- «I » • · · : ·’ mällä voidaan luoda selkeitä indikaattoreita, jotka kertovat kulloisenakin het- ··· # • · **:** kenä paperikoneen tilasta, ajettavuudesta, energiankäytön tehokkuudesta • · γ-l ja/tai kuivatusosan ilmastoinnin ja lämmöntalteenoton tilasta. Keksinnön ♦ · · 30 erään edullisen suoritusmuodon mukaan tätä tarkoitusta varten voidaan rakentaa ns. virtuaalisia analogimittareita, joiden avulla kyseistä informaatiota 7 119574 välitetään käyttöhenkilöstölle keksinnön mukaisen ohjelmistotuotteen välityksellä. Näin käyttäjien on mahdollista etsiä pitemmällä ajanjaksolla uusia keinoja parempaan paperinvalmistusprosessin energiankäyttöön.

5 Nyt esillä oleva keksintö soveltuu edullisesti paperikoneille, joiden kuiva-tusosalla on käytössä XT-säätöjärjestelmä tai vastaava, eli kuivatusosan huuvan poistoilmalle on järjestetty kosteus-, lämpötila- ja määrämittaukset. Huuvan poistoilmalle voidaan lisäksi järjestää lämpötilanmittaus myös lämmön talteenottokennojen jälkeen. Imutelojen poistoilmaa varten on niin ikään 10 tyypillisesti järjestetty lämpötilan ja poistettavan ilmamäärän mittaukset.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan näiden edellä mainittujen mittausten lisäksi prosessiin lisätään yksi tai useampi seuraavista mittauksista: 15 - Poistoilman lämpötilat korvausilman lämmityskennojen jälkeen, - Lämmöntalteenottolauhteen lämpötilat, - Poistoilman lämpötila lämmöntalteenoton jälkeen, ., - Loppuhöyryn lauhduttimen jäähdytysveden lämpötilaeron mittaus, • · · • · · :\lm - Loppuhöyryn lauhduttimen jäähdytysveden virtausmittaus, • · · ’*!:! 20 - Huuvan välikaton ja sali-ilman sekoituslämpötilan mittaus, * · · · - Imutelojen ilmamäärän mittaus, ·:· - Ajettavuuskomponenttien alipaineen mittaus, j - Puhaltimien paine-erot, - Puhaltimien ottotehojen mittaus, • i » *“·* 25 - Paine-erot lämmöntalteenottotornien yli, ja/tai • · **:·* - Lämmöntalteenoton prosessivesikennojen painehäviö.

·♦ · • φ · * · • · ··· • « **:·’ Keksinnön erään suoritusmuodon mukainen paperikoneen toiminnan seu- • · ranta- ja energiatehokkuusjärjestelmä voidaan rakentaa muun muassa edel- • · · '* " 30 lä mainituilla prosessinohjaus- ja tiedonkeruujärjestelmiin lisätyillä mittauksil la.

3 119574

Paperikoneen lämpöenergian ominaiskulutus (SEC, specific energy consumption) on eräs keksinnön mukaisella järjestelmällä ja menetelmällä laskettavista suureista. Lämpöenergian ominaiskulutuksella tarkoitetaan tässä 5 hakemuksessa yhtä tuotettua paperitonnia tai haihdutettua vesimäärää kohti kulutettua lämpöenergian määrää, eli MWh/(tn paperia) josta yksiköstä jäljempänä käytetään lyhennettä MWh/tp, tai MWh/(kg H20).

Lämpöenergian ominaiskulutus voidaan laskea seuraavalla kaavalla: 10 SECt ** Qtot/ m pgp missä Qtot on paperikoneen kuluttaman lämpöenergian hetkellinen teho ja mpap on valmiin paperin massavirta aikayksikössä.

15

Nyt esillä olevan keksinnön mukaisesti paperikoneen paperinvalmistusprosessin tilaa, ajettavuutta ja/tai lämpöenergian ominaiskulutusta voidaan mi- . . tata siis edullisesti reaaliaikaisesti. Aikaisemmin esimerkiksi lämpöenergian • · · • · · •\l kulutus on ilmoitettu yleensä pidemmän ajan keskiarvona. Lämpöenergian • * * 20 ominaiskulutus riippuu monesti suoraan paperikoneen tuotantovauhdista.

• · · ·

Yleensä lämpöenergian kulutus laskee tuotannon noustessa. Paperikoneilla on yleensä tietty perusenergiankulutus, joka ei ole riippuvainen tuotanto-L.*· määrästä. Esimerkiksi sali-ilmastoinnin lämmöntarve riippuu ulkolämpötilas- ta, joten sen tarvitsema lämpöenergiamäärä ei riipu paperikoneen tuotanto- • · · *···* 25 vauhdista. Itse asiassa pienemmällä tuotannolla kuivatusosan lämmöntal- • · *:** teenoton teho usein laskee, ja joudutaan käyttämään entistä enemmän tuo- : ·* rehöyryä sali-ilman lämmittämiseen, jolloin lämpöenergian ominaiskulutus • · **:*’ voi tulla suuremmaksi, vaikka paperikoneen tuotantotaso on pienempi. Li- • · v<: säksi muut asiat saattavat aiheuttaa epälineaarisuutta lämmön ominaiskulu- • · » '· “ 30 tukseen, kuten esimerkiksi puristimen höyrylaatikon ajotapa tai kuivatusosal- la tietyissä tuotantotilanteissa tehtävät kuivatussylintereiden sulkemiset.

9 119574

Jotta kunkin tuotantotilanteen lämpöenergian ominaiskulutusta voitaisiin paremmin arvioida, määritetään keksinnön eräässä suoritusmuodossa kullekin tuotantotasolle toteutuneet energiankäytön hyvät arvot. Näiden perusteella 5 voidaan laskea, esimerkiksi pienimmän neliösumman menetelmällä, suora, joka siis kertoo ne raja-arvot, joiden alapuolella lämpöenergian ominaiskulu-tus on hyväksyttävällä tasolla. Lisäksi keskimääräisillä energian ominaiskulu-tuksen arvoilla voidaan laskea toinen suora, jonka yläpuolella olevilla arvoilla energiankulutus on liian suurta. Tällöin käyttöhenkilökunnan tulisi hakea syi-10 tä tilanteeseen ja mahdollisuuksiensa mukaan korjata ne. Näiden kahden suoran väliin jäävällä alueella lämpöenergian ominaiskulutus on hyväksyttävällä, mutta tarkkailtavalla tasolla. Tätä menetelmää, jossa paperikoneen toimintaa kuvaavien ja seurattavien suureiden arvot jaetaan hyväksyttäviin ja ei-hyväksyttäviin arvoihin sekä mahdollisesti vielä näiden välissä oleviin 15 tarkkailtaviin arvoihin, voidaan keksinnön mukaisesti soveltaa muidenkin suureiden kuin edellä mainitun energian ominaiskulutuksen seuraamiseen ja arviointiin. Tämän menetelmän avulla seurattavan datan tila on helppo esit-.. tää yksinkertaisesti ja helposti ymmärrettävästi, mutta samalla riittävällä tark- • · t • I · .* .* kuudella.

• · « • · · • « · · 20 ···· ·...: Koko paperikoneen lämpöenergian ominaiskulutuksen lisäksi keksinnön ·:· eräässä edullisessa suoritusmuodossa seurataan myös kuivatusosan ener- *«·· * C!: gian ominaiskulutusta (SECdry), eli sitä miten paljon lämpöenergiaa tarvitaan yhden paperitonnin kuivattamiseen. Kuivatusosan energian ominaiskulutusta • * · *··* 25 voidaan käyttää indikoimaan paperikoneen puristinosan toimintaa yhdessä « · **:** puristimen kuiva-ainepitoisuuden kanssa, koska mikäli raina tulee liian mär- *· · • · · känä kuivatusosalle, kuivatusosan energian ominaiskulutus kasvaa. Energi- • · **:*’ an ominaiskulutus saattaa myös kasvaa jos kuivatusosan toiminnassa on joitain ongelmia, esimerkiksi jos lauhdevedet eivät poistu kunnolla kuiva- » « · *· 30 tusosan sylintereistä. Kuivatusosan energian ominaiskulutus voidaan laskea seuraavasti: 10 1 1 9574 SECdry — Qdrylm pap missä Qdry on kuivatusosalla käytetyn höyryn lämpöteho ja mpap on valmiin 5 paperin massavirta.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan mitataan myös haihdutuksen energian ominaiskulutusta (SECev). Haihdutuksen energian ominaiskulutuk-sella tarkoitetaan kuivatusosalla yhden vesikilogramman haihduttamiseen 10 tarvittavaa lämpöenergian määrää. Sylinterikuivauksessa yhden vesikilon haihduttamiseen tarvittava energiamäärä vaihtelee yleensä välillä 0,77 -1,11 kWh/kg H20. Haihdutuksen energian ominaiskulutus voidaan laskea seuraavasti: 15 SECqv ~ Qdry I m ev missä Qdry on kuivatusosalla käytetyn höyryn lämpöteho ja lmev on rainasta . . haihdutetun veden massavirta.

• · · • · · • t • · * · · • · · • · · · 20 Käyttämällä yllä olevaa kaavaa haihdutusmäärän laskennassa esiintyy kui- • · · · ·:··: tenkin tiettyä epätarkkuutta johtuen huuvan poistoilman kosteus- ja virtaus- määrämittausten epätarkkuudesta, sekä siitä, että laskennassa ei huomioida ··« sitä, että paperiraina tuo hieman enemmän energiaa kuivatusosalle kuin vie mukanaan. Seuraamalla kuitenkin haihdutuksen energian ominaiskulutusta • · · *:!:* 25 saadaan tietoa itse kuivauksesta, koska jos haihdutukseen tarvittava läm- • · • · pömäärä nousee, on kuivatusosalla yleensä ongelmia, esimerkiksi huonon- • · · !..f tunut lauhteen poistuminen sylintereistä. Tuotantomäärä vaikuttaa myös • · • · haihdutuksen energian ominaiskulutukseen. Suuremmalla tuotannolla yhden • · ♦ ;* * vesikilogramman haihduttamiseen tarvittava lämpömäärä pienenee. Samoin • · · * * 30 käy jos puristinosan jälkeinen kuiva-ainepitoisuus laskee.

u 119574

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa käytetään myös lämmöntalteenoton tehoa eräänä valvontaparametrina yhdessä yhden tai useamman edellä kuvatun parametrin kanssa. Poistoilman lämpöteho voidaan laskea huuvan poistoilman entalpian muutoksesta. Entalpia voidaan laskea seuraavasti: 5 h = cPi*t + (cph*t + lho)*x Q = m exh.d h joissa kaavoissa cpi on ilman ominaislämpökapasiteetti, t on lämpötila, cph on 10 vesihöyryn ominaislämpökapasiteetti, lh0 on veden höyrystymislämpö, x on poistoilman absoluuttinen kosteus, meXh,d kuivan poistoilman massavirta.

Lämmöntalteenoton teho voidaan sitten laskea seuraavasti 15 Qrec = Ql — Q2 missä Qrec on lämmöntalteenoton teho, on poistoilman lämpövirran teho ennen lämmöntalteenottoa ja Q2 on poistoilman lämpövirran teho lämmön- • · · ,\lt talteenoton jälkeen.

• · · «·« · 20 « · · ·

Vaikka lämmöntalteenoton tehoa laskettaessa laskentaan saattaa tulla jon- ·:· kin verran epätarkkuustekijöitä, antaa laskenta kuitenkin varsin hyvän kuvan O siitä, miten paljon lämpöä kuivatusosan poistoilmasta saadaan talteen.

Mahdollisia epätarkkuuslähteitä voivat olla huuvan poistoilman määrä- ja !·|·* 25 kosteusmittaukset. Keksinnön avulla voidaan siis laskea poistoilman ental- • · **:*’ pia, ja sen avulla lämpöteho ennen lämmöntalteenottoa ja lämmöntal- • · · : teenoton jälkeen. Tällöin saatu erotus jää pääasiallisesti hyödyksi.

• * • · • « « • · Lämmöntalteenoton tehoon vaikuttaa huomattavasti prosessivesikennoihin • ♦ · '* " 30 syötettävän veden lämpötila. Myös ulkoilman lämpötilalla ja sitä kautta sali- ilmastoinnin kiertoveden lämpötilalla on suuri vaikutus lämmöntalteenoton 12 119574 tehoon. Sen sijaan korvausilman lämmitykseen tarvittava lämpöteho on varsin vakio ympäri vuoden ja em. tehoihin verrattuna varsin pieni. Tarvittaessa keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan laskea erikseen lämmöntal-teenoton lämmönsiirtimien tehot, jolloin edullisesti lasketaan vielä poistoil-5 man entalpia lämmönsiirtimien kennojen välissä sekä lämmönsiirtimien kennoissa lauhtuvan kosteuden mukana poistuva lämpövirta.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan keksinnön mukaista seurantajärjestelmää varten kehitettiin menetelmä, jolla lämmöntalteenoton teho voi-10 daan sitoa kulloiseenkin tilanteeseen ja näin saadaan vertailukelpoista tietoa lämmöntalteenoton toiminnasta. Tämä lämmöntalteenoton tehokkuudeksi (EFFrec) kutsuttu suure voidaan laskea seuraavasti: E f” Free — (Qrec/(Qpw + Qmr * Qsup)) ( ΓΠ ev, dim/ΓΠ ev) 15 missä Qrec on lämmöntalteenoton teho, Qpw on prosessiveden lämmittämiseen tarvittava lämpöteho eli teho, joka menee raakaveden lämmittämiseen lämminvesisäiliön lämpötilaan, QMr on paperikoneen sali-ilmastoinnin tuule- • · · • · · :mlm tusilman lämmittämiseen tarvittava lämpöteho, Qsup on kuivatusosan korva- · · ’*!:! 20 usilman lämmittämiseen tarvittava lämpöteho, meVi dim on mitoitushaihdu- • · · · tusmäärä kuivatusosalla eli konevakio, mev on todellinen veden haihdutus-/l· määrä kuivatusosalla. Prosessiveden lämmitykseen tarvittava lämpöteho

QpW voidaan laskea raakaveden ja lämpimän prosessiveden lämpötilaeron avulla.

» · · *»·· 25 • · · • · *:*’ Mitoitushaihdutusmäärä kuivatusosalla meVidim voidaan määrittää esimerkik- • * * si seuraavan esimerkin mukaisesti: Jos paperikoneella halutaan tuottaa tiet- • · ty määrä tonneja paperia tunnissa, niin käytettävissä oleva viiraosan ja pu- * · · *·*·[ ristinosan teknologia määrää missä kuiva-ainepitoisuudessa paperiraina • * · ** " 30 tuodaan kuivatusosalle. Paperin laatutekijät, jotka ovat eri paperilajeille eri laiset, määräävät loppukuiva-ainepitoisuuden tason. Laatutekijät saattavat 13 119574 vaihdella yhden paperilajin sisälläkin. Edellä mainittujen kuiva-ainepitoisuuksien välinen erotus on aikaansaatava kuivatusosalia, eli kuiva-tusosalla on haihdutettava tietty määrä vettä. Kuivatusosa on siten mitoitettava siten, että kyseinen vesimäärä poistuu rainasta. Tätä vesimäärää kut-5 sutaan mitoitushaihdutusmääräksi kuivatusosalia mev>dim. Paperikoneen ko-nenopeus eli paperikoneella tuotettavan paperirainan nopeus, tuotettavan paperirainan leveys, sekä paperin neliömassa tietenkin vaikuttavat koko-naishaihdutusmäärään. Nämä arvot ovat mitoitusvakioita, jotka voivat vaihdella tuotantotilanteen mukaan. Kuitenkin paperikone, sen kuivatusosa ja 10 sen laitteet mitoitetaan aina jollekin tietylle haihdutusmäärälle. Yleensä haihdutus tehdään kuivatussylintereillä, joiden kappalemäärä ja lämmitykseen käytettävän höyryn paine ovat muutettavat parametrit, jotta haluttuun haihdutusmäärään päästään.

15 Toinen vaihtoehto lämmöntalteenoton tehokkuuden (EFFrec) laskemiseksi on: . . EFFrec = (Qrec/(Qpw + QmR + QSup))*(1 /mev) • » · • · · • · • · • * · • · · 20 missä kaavassa ei käytetä konevakiota meVtdim. Tätä toista kaavaa lämmön- ·«·* talteenoton tehokkuuden laskemiseen käytettäessä on mahdollista, että tar- *:· vittaessa saatu lukuarvo kerrotaan myöhemmin sopivalla mitoitushaihdu- • · · tusmäärää kuivatusosalia kuvaavalla luvulla mev,dim· • · * ‘"f 25 Keksinnön erään sovellusmuodon mukaisessa tyypillisessä menetelmässä • * *:** paperikoneessa: · · • · · - lasketaan lämmöntalteenoton teho Qrec, • · ♦ ♦ Γ - lasketaan prosessiveden lämmittämiseen tarvittava lämpöteho Qpw eli te- • · · ho, joka menee raakaveden lämmittämiseen prosessissa tarvittavaan • · * ' : 30 lämpötilaan, 14 119574

- lasketaan paperikoneen sali-ilmastoinnin tuuletusilman lämmittämiseen tarvittava lämpöteho QMR

- lasketaan kuivatusosan korvausilman lämmittämiseen tarvittava lämpöte- ho, Q sup> 5 - lasketaan kuivatusosan haihdutusmäärä mev - määritetään mitoitushaihdutusmäärä kuivatusosalla meVtdjm - lasketaan lämmöntalteenoton tehokkuus EFFrec kaavasta: EFFrec ” (Qrec/(Qpw Qmr + Qsup)) ( ^ev, dim ev)

Eräässä keksinnön sovelluksessa lisäksi: 10 - mitataan huuvan poistoilman lämpötilaa, kosteutta, määrää ja - lasketaan kuivatusosan haihdutusmäärä mev huuvan poistoilman lämpötilan, kosteuden ja määrän perusteella.

Eräs keksinnön mukaisen järjestelmän paperikoneessa sovellus käsittää välineet edellä mainitun menetelmän vaiheiden suorittamiseksi. Edellä mainitut 15 mittaukset suoritetaan tyypillisesti tekniikan tason mittalaitteilla kuten lämpötila-, kosteus- ja massavirta-antureilla. Tarvittavat laskennat suoritetaan tyypillisesti tietokoneen muistissa, tietokoneohjelman suorittamana.

• · • · · • · · • · : Lämmöntalteenoton tehokkuutta voidaan käyttää suureena arvioitaessa kui- ··· · , 20 vatusosan energiatehokkuutta. Lämmöntalteenoton tehokkuus on suoraan verrannollinen kuivatusosan energiatehokkuuteen. Lämmöntalteenoton te- ·**:* hokkuus voi toimia myös vikaindikaattorina, esimerkiksi sillä voidaan havaita ··· * • · *···* jos lämmönsiirtokennojen pesurit ovat jatkuvasti päällä tai jos prosessiveden a . lämmityksessä ilmenee häiriöitä. Yleisesti lämmöntalteenotossa on ainakin • · ♦ .···. 25 poistoilman puolella pesuvesisuihkut, jotka jaksoittain huuhtelevat lämmön- • t ··· siirtokennoja niitten puhtaana pitämiseksi. Jos kenno pääsee likaantumaan, • · *···. poistoilman painehäviö kasvaa ja lämmönsiirto heikkenee. Huonomman • · ··· .*. lämmönsiirron takia saavutettu veden tai ilman loppulämpötila laskee ja tuo- • · · rehöyryn käyttötarve lämmitykseen lisääntyy vastaavasti. Pesurien virheelli- • ·· • m 30 nen jatkuva päälläolo haaskaa vettä ja alentaa haluttua ilman tai veden 15 119574 talteen otettua lämpötilaa veden viedessä osan lämpöenergiasta mennessään.

Lämmöntalteenoton tehokkuutta (EFFrec) voidaan käyttää suureena, joka on 5 riippumaton vuodenajasta ja muista vastaavista parametreista. Näin EFFrec:n avulla voidaan tekniikan tason vastaavia suureita paremmin kaikkina vuodenaikoina ilmaista, milloin paperikoneen lämpöenergian käyttö ei ole tehokasta.

10 Keksinnön eräässä suoritusmuodossa lämmöntalteenoton toimintaa voidaan seurata muillakin suureilla, kuin pelkkää lämmöntalteenoton tehokkuutta seuraamalla. Lämmöntalteenoton teoreettinen hyötysuhde kertoo prosentteina kuinka paljon kuivatusosan poistoilman lämpövirrasta saadaan otettua talteen. Se voidaan laskea esimerkiksi kaavalla: 15 hrec — Qrec/Ql . . missä Qrec on lämmöntalteenoton teho ja Qi on huuvan poistoilman lämpö- » « · i * » teho ennen lämmöntalteenottoa. Poistoilman entalpian laskussa on käytetty • · · * 20 referenssinä 0 eC. Jotta päästäisiin 100 % hyötysuhteeseen, täytyisi pois- »ti· ·:··: toilma jäähdyttää tähän lämpötilaan, mikä ei normaalisti ole mahdollista.

Käytännössä on mahdollista päästä noin tyypillisesti 70 % hyötysuhteisiin. Hyötysuhde alenee tyypillisesti pohjoisella pallonpuoliskolla kevättä kohti, kun ulkoilma lämpenee, eikä sali-ilmastointiin tarvitse siirtää enää niin paljon • » » *;·;* 25 lämpöä.

• · • · • · · • · · : ·* Keksinnön eräässä suoritusmuodossa voidaan laskea myös lämmöntal- • · · * · **:*' teenottosuhde. Lämmöntalteenottosuhde kertoo prosentteina kuinka paljon • · :·ν kuivatusosalle tuorehöyryn muodossa tuodusta lämpötehosta saadaan tai- ·*· · ** " 30 teen lämmöntalteenottotehona. Talteenottosuhde voidaan laskea seuraaval- la kaavalla: 16 119574

Rrec = Qrec /Qdry Tämä suhdeluku on suurempi kuin lämmöntalteenoton teoreettinen hyö-5 tysuhde, sillä osa lämmöntalteenoton tehostahan palautetaan korvausilman mukana takaisin kuivatusosalle. Lisäksi paperiraina tuo kuivatusosalle enemmän energiaa kuin vie pois. Parhaimmillaan on mahdollista päästä jopa lähes 90 %:n talteenottosuhteeseen. Lämmöntalteenottosuhde pienenee tyypillisesti pohjoisella pallonpuoliskolla keväällä, jolloin ulkoilma ja mahdol-10 lisesti käytetty raakavesi lämpenevät. Tällöin ei tarvitse enää siirtää niin paljon lämpöä raakaveden lämmittämiseen kuin talvella.

Eräässä keksinnön suoritusmuodossa seurataan sekundääri/primääritehojen suhdetta. Sekundääri/primääritehojen (RSp ) suhde kertoo prosentteina kuin-15 ka paljon koko paperikoneelle tuodusta lämpötehosta saadaan talteen läm-möntalteenotossa, ja se voidaan laskea seuraavasti: . . Rsp = Qrec /Qtot • · · • · * • · ♦ · · • ♦ · 20 jossa kaavassa Qrec on lämmöntalteenoton teho ja Qtot on höyryteho.

···· ♦ • · ;:· Hyvässä ajotilanteessa lämmöntalteenotolla voidaan ottaa talteen mahdolli- simman suuri osa paperikoneella käytetystä lämmöstä. Parhaimmillaan päästään tyypillisesti noin 60 %:n osuuteen. Tämä suhdeluku RSp kertoo • · · *";* 25 suhteutettuna muihin parametreihin, kuten vuodenaikaan yms., milloin pape- • · rikoneen lämpöenergian käyttö ei ole tehokasta.

«« * • * · • # • · • · · • · **:** Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan ajettavuuskomponenttien, eli esi- « · *·*·] merkiksi puhalluslaatikoiden, toiminnan seuraamista varten voidaan asentaa • « « *· " 30 ajettavuuskomponentteihin alipaineen mittauksia. Mittaukset voidaan asen taa esimerkiksi vain osaan ajettavuuskomponenteista, edullisesti yksiviira- 17 119574 vientialueella sijaitseviin ajettavuuskomponentteihin kuivatusosan alussa. Mittaus voidaan suorittaa esimerkiksi ajettavuuskomponentin käyttöpuolelta asentamalla ajettavuuskomponentin ja viiran väliin ohut putki, joka johtaa mitattavasta tilasta alipainemittarille, josta mittaustulos lähetetään eteenpäin 5 käsiteltäväksi. Ajettavuuskomponentin alipainetta verrataan sitten ympäröivään ilmanpaineeseen, jonka oletetaan pysyttelevän melko vakiona.

Ajettavuuskomponenttien alipaineiden lisäksi voidaan seurata ajettavuus-komponenttien puhaltimien yli tapahtuvaa paineen muutosta. Mittauksista 10 voidaan havaita paine-eron kasvu, mikäli jokin tai useampi ajettavuuskom-ponentti tukkeutuu pahasti tai kokonaan.

Ajettavuuskomponenttien toiminnan valvomisella saavutetaan monia etuja, koska mahdollisia ongelmatilanteita ja/tai korjaustarpeita pystytään enna- 15 koimaan. Ajettavuuskomponenttien toiminnan valvomisella saadaan tietoa mm. mahdollisista toimintahäiriöistä ajettavuuskomponenttien säädöissä, ajettavuuskomponenttijärjestelmän puutteellisesta tasapainotuksesta, ajetta- . . vuuskomponenttien suuttimien ja/tai puhaltimien likaantumisesta tai tukkeu- • · · tumisesta. Saadun tiedon pohjalta voidaan paremmin suunnitella ajetta- « · · • « · · 20 vuuskomponenttien ja/tai ilmajärjestelmän huoltoa. Myös paperikoneen kui- • · *· ·:*·: vatusosan ajettavuus pystytään pitämään optimitasolla.

• ♦ · • · · · • · ·

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan voidaan myös huuvan välikattoti-lan paineisuutta seurata ja sen perusteella ennakoida huuvan katto- ja sei- • · · 25 närakenteiden kestoikää. Mikäli huuvan välikatto on ylipaineinen, paine työn- • « • · '·' tää jatkuvasti kuumaa ja kosteaa ilmaa seinärakenteisiin. Tämä puolestaan • « · kastelee eristeet. Tämä lisää selvästi huuvan lämpövuotoja ja lyhentää ra- * f kenteiden käyttöikää. Välikaton paineellisuuden seuranta voidaan toteuttaa * « • · · asentamalla lämpötilan mittausta varten anturi. Anturi mittaa välikattotilan ja • · « **30 sali-ilman sekoituslämpötilaa. Kun anturin osoittama lämpötila on korkeampi kuin sali-ilman lämpötila, virtaus reiässä käy ulospäin ja näin ollen välikattoti- 18 119574 la on ylipaineinen. Saadun tuloksen perusteella voidaan tarpeen mukaan säätää huuvan ilmanjakoa eli huuvan poisto-, tulo- ja/tai kiertoilmojen suhdetta.

5 Likaantuminen on yksi lämmöntalteenottoa haittaavista asioista. Käytännössä likaantumista tapahtuu eniten poistoilmapuolella, sillä huuvasta siirtyy poistoilman mukana kuitu- ja täyteainepölyä, joka sitten tarttuu lämmönsiir-topintoihin kasvattaen samalla lämmönsiirtovastusta. Lisäksi prosessiveden-lämmönsiirtokennot saattavat likaantua sisäpuolelta, jos raakavetenä käyte-10 tään vain mekaanisesti puhdistettua luonnonvettä. Tällöin veteen liuenneet epäpuhtaudet, kuten humus, pääsevät prosessiin ja tarttuvat kiinni lämmön-siirtokennojen lämmönsiirtopintoihin.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan lämmontalteenoton likaantumisen 15 seuraamiseksi voidaan lämmöntalteenottotorniin järjestää paine- eromittauksia, joiden avulla voidaan seurata yksittäisten lämmönsiirtokenno- jen tai useasta lämmönsiirtokennosta muodostuvien lämmönsiirtokennosto- . . jen poistoilman virtaukseen aiheuttamaa painehäviön muutosta. Lisäksi sa- • · · • · · .\.’t maila voidaan seurata prosessivedenlämmönsiirtokennojen aiheuttamaa * · · **.*:! 20 painemuutosta lämminvesiverkossa. Kuivatusosan poistoilman massavirta- *«·· ukselle ja lämmöntalteenottotornin aiheuttamalle painehäviölle ilmakanavas- # sa voidaan todeta seuraavanlainen yhteys, jolla voidaan arvioida likaantumi- ·...: sesta johtuvan tukkeutumisen aiheuttamaa painehäviön lisääntymistä: *** 25 Cl rec ~ Δρ/me^d • « ® · «·· ·* · • m · :„f missä Δρ on lämmönsiirtokennojen poistoilmakanavaan aiheuttama paine- • · • · häviö ja mexh,d on kuivatusosan poistoilman massavirta lämmontalteenoton • · · läpi. Poistoilman virtauksen painehäviö kasvaa tyypillisesti kennojen likaan- • · · • * · 30 tumisen ja tukkeutumisen lisääntyessä.

19 119574 Lämmönsiirtokennostojen tukkoisuutta seuraamalla voidaan havainnoida mahdollisia ongelmatilanteita ja/tai korjaustarpeita, esimerkiksi lämmönsiir-tokennostojen likaantumista tai mahdollisia mekaanisia vaurioita, kuten pul-5 listumia. Näin voidaan paremmin suunnitella lämmönsiirtokennostojen huolto ja puhdistus.

Jälkilauhdutinta tai loppuhöyrynlauhdutinta käytetään tyypillisesti paperikoneen kuivatusosan kuivatusryhmiltä mahdollisesti läpivirtaavan höyryn lauh-10 duttamiseen ja samalla sillä voidaan luoda osittain kuivatusryhmillä lauhteen poistamiseksi tarvittavaa alipainetta. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan voidaan jälkilauhduttimen tehoa seuraamalla valvoa höyryn läpipuhal-luksen määrää. Läpipuhallus kannattaa yleensä pitää pienenä. Tällöin höyryn lauhtumisesta saatava energia käytetään pääasiallisesti paperin kuivat-15 tamiseen. Jälkilauhduttimen teho voidaan laskea kaavalla: P — m qooi CpAt • ♦ • · · • · · missä P on teho [kW], mon jäähdytysveden massavirta [kg/sj, cp veden t·· · 20 ominaislämpökapasiteetti (4,19 kJ/kg*K) ja At jäähdytysveden lämpötilan ·:*·: muutos lauhduttimessa. Mikäli jälkilauhduttimen teho alkaa nousta, voidaan pienentää höyryn virtausta ja säätää kuivatusryhmien höyryn paine-eroja.

>·« • · • · ···

Lauhteen palautusaste kertoo kuinka paljon voimalaitokselta toimitetun höy- • · · 25 ryn massavirrasta palautetaan takaisin lauhteena. Hyvä nyrkkisääntö pape-rikoneille on, että palautusasteen tulisi yleensä olla 80 %:n luokkaa. Mikäli • * · palautusaste alenee huomattavasti tästä, on paperikoneella mahdollisesti * · ongelmia lauhteen poistossa ja/tai vuotoja joko höyry- tai lauhdelinjoissa.

• · ♦ Y\ Palautusasteen huonontuminen aiheuttaa välittömästi kuluja veden puhdis- • · · * * 30 tuksen ja lämmityksen muodossa. Keksinnön erään suoritusmuodon mu- 20 119574 kaan lauhteen palautusastetta käytetään keksinnön mukaisessa menetelmässä ja järjestelmässä paperikoneen ja/tai sen kuivatusosan tilan, ajettavuuden ja/tai energiatehokkuuden arviointiin ja/tai säätöön. Palautusaste voidaan laskea kaavalla: 5 RCr= mc/mst missä mc on voimalaitoslauhteen massavirta ja mst voimalaitoshöyryn massa virta.

10

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan kullekin edellä mainitulle mitattavalle suureelle määritetään hyvän, tyydyttävän ja huonon tilanteen raja-arvot. Määritys tehdään esimerkiksi empiirisin keinoin, jolloin mitattavien suureiden käyttäytymistä seurataan tietyn, riittävän pitkän ajan ja käytettävät 15 raja-arvot määritetään kokemusperäisesti. Rajojen määritykseen voidaan myös käyttää matemaattisia ja/tai tilastollisia apukeinoja. Tyypillisesti saadut raja-arvot ovat kullekin koneelle ja valmistettavalle paperilaadulle tapauskoh- .. täisiä. Raja-arvoja voidaan myös muuttaa tarpeen vaatiessa.

• · · • · • # • · · • · · 20 Keksinnön erään suoritusmuodon mukainen järjestelmä käsittää paperiko- ·#·· ·:··: neen seurantajärjestelmän, jota käytetään tietokoneen ja sen muistissa ajet- tavaksi järjestetyn keksinnön mukaisen ohjelmistotuotteen avulla. Ohjelmis- • * · totuotteen avulla tietokoneen näyttövälineeseen järjestetään paperikoneen käyttöliittymä tai ohjelmistotuote liitetään osaksi jo käytössä olevaa paperi- * ·*· 25 koneen käyttöliittymää, jonka avulla keksinnön mukaisia paperikoneen ja • · *:’* sen kuivatusosan toimintaa kuvaavia suureita voidaan valvoa. Edullisesti ·♦ · • · · lt'l saman käyttöliittymän ja järjestelmän avulla on myös mahdollista ohjata pa- • · **:*' penkoneen tai sen kuivatusosan toimintaa.

• · • · · • · · • · • · • « · ’* *: 30 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen seurantajärjestelmän käyttöliit tymään tehdään kaksi tasoa. Päätasolle valitaan paperikoneen kuivatusosan 21 119574 energiankäytön ja ajettavuusjärjestelmien kannalta yksi tai useampi tärkeä mitattava suure, ns. pääsuure. Kullekin pääsuureelle tehdään edullisesti oma virtuaalinen mittari. Edullisesti valitut pääsuureet ovat: 5 · koko paperikoneen lämpöenergian ominaiskulutus (MWh/tn paperia) - kuivatusosan lämpöenergian ominaiskulutus (MWh/tn paperia) - haihdutuksen lämpöenergian ominaiskulutus (MWh/kg H20) - lämmöntalteenoton tehokkuus (%) - puristimen jälkeinen kuiva-ainepitoisuus (%) 10 - jälkilauhduttimen teho (MW) - indikaattori ajettavuuskomponenttien toiminnalle.

Paperikoneen seuranta järjestelmän käyttöliittymässä lukuarvoista ei edullisesti ole esillä kuin koko paperikoneen energian ominaiskulutus, muiden 15 suureiden lukuarvot tulevat esiin esimerkiksi indikaattorin palkkia hiirellä osoittamalla. Virtuaalisissa mittareissa on edullisesti punainen, keltainen ja vihreä alue, jotka symboloivat hyvää, välttävää ja huonoa mitattavan suu- .. reen arvoa. On mahdollista, että ainakin joissakin virtuaalisissa mittareissa • · · • · * •V, on ainoastaan punainen ja vihreä alue.

• « * «a· « 20 ··· ·:··· Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan seurantajärjestelmään voidaan luoda yksi tai useampia lisäsivuja, joilla esitetään enemmän informaatiota paperikoneen ja/tai sen kuivatusosan tilasta. Edullisesti tällaisia lisäsuureita ovat: a • a a •·:·* 25 ·· • a *:** - LTO tukkoisuus ·» a • · a ·* ·' - kuivatusosan huuvan välikattotilan ali- tai ylipaineisuus • a *:** - sekundääri/primääritehon suhde (%) • a ‘y : - lämmöntalteenoton prosessivesikennon tai -kennojen paine-ero (kPa).

• · S

• It A A

* · 30 22 1 1 9574

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan voidaan pääsuureena tai lisäsuureena samalla esittää lämmöntalteenoton tehokkuuden tunnuslukuja ja/tai voimalaitoslauhteen palautussuhde: 5 - lämmöntalteenoton korvausilman lämmityskennojen teho (MW) - lämmöntalteenoton vesien lämmityskennojen teho (MW) - lämmöntalteenoton teoreettinen hyötysuhde (%) - lämmöntalteenoton talteenottosuhde (%) - voimalaitoslauhteen palautusaste (%).

10

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan yksi tai useampi mitattu tai laskettu pääsuure ja/tai lisäsuure esitetään paperikoneen seurantajärjestelmän käyttöliittymässä sopivan tietokoneohjelman avulla virtuaalisessa mittarissa. Tällaisessa virtuaalisessa mittarissa on tyypillisesti ainakin kaksi eri väristä 15 aluetta, esimerkiksi ainakin vihreä ja punainen alue, sekä osoitin, joka osoittaa jotakin mittarin eri värisistä alueista. Mittareita ohjaava tietokoneohjelma on voitu järjestää esimerkiksi siten, että osoitin näyttää mittarin vihreätä alu- . . että, jos mittarilla esitettävän suureen arvo on hyvä, eli sellainen, että käyttö- • · · • · t liittymän käyttäjän ei tarvitse ryhtyä toimenpiteisiin kyseisen suureen arvon « I i "!:! 20 korjaamiseksi. Toisaalta sama osoitin voi olla asetettu näyttämään mittarin ***! ·:··; punaista aluetta, jos mittarilla esitettävän suureen arvo on huono, eli sellai- • nen, että käyttöliittymän käyttäjän pitää ryhtyä toimenpiteisiin kyseisen suu-reen arvon korjaamiseksi. Mittarissa voi olla useampia kuin kaksi eri väristä aluetta. Esimerkiksi edellä mainittujen vihreän ja punaisen alueen väliin voi 25 olla järjestetty esimerkiksi keltainen alue, joka on valittu siten, että osoitin • t ’*:** näyttää siihen, kun mittarilla esitettävän suureen arvo on välttävä. Tällöin **·* suureen arvo voi olla esimerkiksi sellainen, että paperin laatu on hyväksyttä- • » **:·’ vä, mutta jo niin lähellä huonoa, että käyttöliittymän käyttäjän on syytä vai-

• I

:-*V mistautua ja pian ryhtyä toimenpiteisiin kyseisen suureen arvon korjaami- ** *: 30 seksi.

23 1 1 9574

Nyt esillä oleva keksintö luo mahdollisuuden prosessissa tapahtuvien poikkeamien välittömään määrittämiseen. Keksintö mahdollistaa myös paperikoneen ja/tai sen kuivatusosan taloudellisemman käytön, koska selvät mitta-ussuuret kertovat mitkä asiat voisivat prosessissa olla paremmin. Samalla 5 myös keksinnön mukaisen järjestelmän rakentaminen itsessään saattaa auttaa löytämään paperinvalmistusprosessin ongelmakohtia. Esimerkiksi määritettäessä empiirisesti sopivia raja-arvoja tarkkailtaville suureille saatetaan huomata prosessissa olevia epäkohtia. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja järjestelmällä voidaan suhteellisen pienillä investoinneilla estää energiaa 10 huomattavasti kuluttavien prosessitilanteiden synty. Keksinnön avulla on myös mahdollista seurata eri laitteiden kuntoa ja toimintaa paperikoneessa, mikä helpottaa korjausten ja kunnossapidon etukäteissuunnittelua.

Keksinnön mukainen menetelmä ja järjestelmä soveltuu järjestettäväksi niin 15 jo olemassa oleviin paperikoneisiin kuin uusiin paperikoneisiin. Tarpeen vaatiessa voidaan jo olemassa olevaan paperikoneeseen ja/tai sen kuiva-tusosaan järjestää tarpeellinen määrä antureita, joilla keksinnössä tarvittavat ,. mittaukset saadaan suoritettua.

* · · • · · • · * · • · «

**!:! 20 KUVIOIDEN LYHYT SELITYS

9 ···· ·:··: Keksintöä on kuvattu seuraavissa esimerkinomaisissa kuvioissa, joissa »·· «··· ···

Kaavio 1 esittää kaaviomaisesti kuivatusosaan järjestettyjä mittauksia kun kuivatusosassa ei ole XT-säätöjärjestelmää, ja • · · ·»·· 25 ··· • · :* Kaavio 2 kaaviomaisesti kuivatusosaan järjestettyjä mittauksia kun kuiva- ·* ·* tusosassa on XT-säätöjärjestelmä tai vastaava.

• · «·

KUVIEN ESIMERKKIEN YKSITYISKOHTAINEN SELITYS

• · • · * '* 30 Ensimmäisessä kaaviossa on esitetty keksinnön mukaisen seurantajärjes telmän ilmastoinnin mittaukset; toisessa kaaviossa mittaukset, jotka pitää 24 119574 asentaa jos koneella on jo XT-säätöjärjestelmä. Oheisissa kaavioissa ei ole esitetty XT-säädön periaatetta, eikä sitä, miten mittaustieto menee prosessi-tietokoneelle. Nämä ovat alan asiantuntijalle ilmeisiä ratkaisuja.

5 Huuvan 1 alaosassa on ajettavuuskomponenttien muodostamaa alipainetta mittaavat paine-eroanturit 3, 3’, 3", 3”’, 3””, 3...... Esimerkinomaisesti kaavi ossa on esitetty kuuden ensimmäisen ajettavuuskomponentin varustamista paine-eroantureilla. Ajettavuuskomponenttien ilmavirtaa mitataan virtausanturilla 4. Samalta alueelta lähtevä alipaineen muodostavien telojen, esim. 10 Metso VacRoll™ (tavaramerkin haltija: Metso Corporation, Suomi), poistoil-ma johdetaan tässä esimerkissä ensimmäiseen lämmöntalteenottoon 2. Imutelojen poistoilmakanavaan on järjestetty virtausanturi 4’, lämpötila-anturi 5 ja kosteusanturi 6. Ensimmäinen lämmöntalteenotto 2 käsittää ilma/ilma-lämmöntalteenottoyksikön ja ilma/vesilämmöntalteenottoyksikön. Lämmön-15 taiteenottoyksikkö tarkoittaa tässä tekstissä esimerkiksi lämmönsiirtokennoa tai useasta lämmönsiirtokennosta muodostettua lämmönsiirtokennostoa. Lisäksi mitataan paine-eroanturilla 7 paine-eroa lämmöntalteenoton 2 läm-.. möntalteenottokennojen yli. Myös ilman lämpötilaa ilma/ilma- • 9 « • t · lämmöntalteenottoyksikön ja ilma/vesilämmöntalteenottoyksikön jälkeen mi- • * # “!:! 20 tataan lämpötila-antureilla 5’, 5”. Näiden lämpötilamittausten avulla voidaan • M· laskea lämmöntalteenoton teho ilmaan ja veteen erikseen ilman monimut-*:· kaisten kosteusmittausten käyttöä.

m · * · ··♦

Eräs järjestelmä, jossa VacRoll™ -imutelojen ilma johdetaan suoraan läm- • ♦ ♦ *;!** 25 möntalteenottoon on kuvattu patentissa Fl 107395. Kuitenkaan seurantajär- « t ’·;·* jestelmän hyödyntämiseksi ilmastoinnin ei tarvitse olla em. patentin kuvaa- ·« · * · * *·' ·' man kaltainen, vaan se voi olla myös ns. perinteinen järjestelmä, jossa ei ole • · ‘•I*’ imuteloja, tai niistä poistettua ilmaa ei johdeta lämmöntalteenottoon.

• · • · · « « · t · • · • · · ** " 30 Toisessa lämmöntalteenottossa 2’ lämmitetään kuivatusosan korvausilma.

Toinen lämmöntalteenotto 2' käsittää ilma/ilma-lämmöntalteenottoyksikön ja 25 1 1 9 5 7 4 ilma/vesi-lämmöntalteenottoyksikön. Korvausilmajärjestelmässä voidaan myös suorittaa mittauksia, esimerkiksi XT-säätöä varten, joilla ohjataan kor-vausilman määrää ja lämpötilaa. Kyseisiä mittauksia ei ole esitetty kaaviossa.

5

Toisessa lämmöntalteenotossa 2’ mitataan huuvasta 1 eli siis paperikoneen kuivatusosalta poistettavan ilmasta sen määrä virtausanturilla 4”, sen kosteutta kosteusmittarilla 6’ ja sen lämpötilaa lämpötila-anturilla 8. Toisessa lämmöntalteenotossa 2’ mitataan myös paine-eroa lämmöntalteenottoyksi-10 köiden yli paine-eroanturilla 7’ sekä lämpötilaa lämmöntalteenottoyksiköiden väliin ja jälkeen sijoitetuilla lämpötila-antureilla 8’, 8”.

Kaaviossa 2 esitetään kaaviomaisesti kuivatusosaan järjestettyjä mittauksia kun kuivatusosassa on XT-säätöjärjestelmä tai vastaava. XT-15 säätöjärjestelmään kuuluvia mittauksia ei ole esitetty kaaviossa 2.

Kaaviosta 2 voidaan siis nähdä että kuivatusosan huuvan 1 alaosaan on jär-. jestetty ajettavuuskomponenttien muodostamaa alipainetta mittaavat paine- • · t eroanturit 3, 3’, 3”, 3”’, 3””, 3...... Ajettavuuskomponenttien ilmavirtaa mitä- * · · **· · 20 taan virtausanturilla 4. Lisäksi mitataan paine-eroanturilla 7 paine-eroa läm- ···· ·:·*: möntalteenoton 2 lämmöntalteenottoyksiköiden yli ja ilman lämpötilaa il- ma/ilmalämmöntalteenottoyksikön ja ilma/vesilämmöntalteenottoyksikön jäi- ·«· keen lämpötila-antureilla 5’, 5”.

• t · 25 Kaavion 2 toisessa lämmöntalteenotossa 2’ mitataan paine-eroa lämmöntal- • · • · [" teenottoyksiköiden yli paine-eroanturilla 7’ sekä lämpötilaa lämmöntalteenot- * **· ·,.·* toyksiköiden väliin ja jälkeen sijoitetuilla lämpötila-antureilla 8’, 8”. Muut mit- I Φ *" taukset voidaan suorittaa XT-säätöjärjestelmään kuuluvilla antureilla.

• ·** ♦ · · • · • * • i » * 30 Alan ammattimiehelle on selvää, ettei keksintö rajoitu pelkästään edellä esi tettyihin esimerkkeihin, vaan keksintö voi vaihdella jäljempänä esitettyjen 26 1 1 9 5 7 4 patenttivaatimusten rajoissa. Esimerkiksi tässä tekstissä ei esitetä kaikkia keksinnön edellyttämiä tiettyjen mittausten tuottamien tulosten perusteella suoritettavia yksittäisiä laskutoimituksia. Ne ovat sellaisinaan alan ammattilaisille tavanomaisia johonkin muuhun tarkoitukseen suoritettuina.

5 • » • · « • 1 · • · • » • · · • # · «·« « ··· «··· • 1 ··1

Vtti ··« • · • · ··» • · · I f · **· ··1 • 1 • · «·· ·« 1 • 1 1 • · • · ··« • 1 • » ··· • · • · · • · · • · · • · 1 • ·· • ·

Claims (12)

27 1 19 5 7 4

1. Menetelmä paperikoneessa, jossa menetelmässä - mitataan paperirainan kuivaa massavirtaa mpap>d 5. mitataan kuivatusosasta poistuvan rainan sisältämän veden massavirtaa - mitataan huuvan(1) poistoilman lämpötilaa (5, 8) - mitataan huuvan poistoilman kosteutta (6 ,6’) - mitataan huuvan poistoilman määrää (4’, 4”) - lasketaan puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan kuiva-10 ainepitoisuutta DSC tunnettu siitä, että menetelmässä - lasketaan huuvan poistoilman lämpötilan, kosteuden ja määrän perusteella kuivatusosassa rainasta haihdutun veden massavirtaa - lasketaan puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan sisältämän veden 15 massavirtaa m H2o laskemalla yhteen kuivatusosasta poistuvan paperin si sältämän veden massavirta ja kuivatusosassa rainasta haihdutetun veden massavirta iY: - lasketaan puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan kuiva-ainepitoisuus : DSC kaavasta: DSC = m + mH2o)· 20 »

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puris- ·*· tinosasta kuivatusosaan tulevan rainan kuiva-ainepitoisuutta DSC verrataan ennalta määritettyihin raja-arvoihin, jonka vertailun perusteella ilmaistaan . .·. paperikoneen yhteyteen järjestetyssä käyttöliittymässä kuiva- ··· s***· 25 ainepitoisuuden DSC arvoa mainittuihin raja-arvoihin nähden.

··« ♦ ·♦ « • · · • · • · ····· 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ··· .*!·. - paperikoneen käyttöliittymään kuvataan mittari, johon järjestetään eri väri- • · siä alueita, ja osoitin, joka osoittaa näitä alueita, jolloin kukin eri värinen • ♦ 119574 28 alue on järjestetty kuvaamaan tiettyjen ennalta määritettyjen raja-arvojen välissä olevaa kuiva-ainepitoisuuden DSC arvoa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5. paperikoneen toimintaa ohjataan lasketun puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan kuiva-ainepitoisuuden DSC perusteella.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - huovan- tai viiranvaihtoseisokki ajoitetaan lasketun puristinosasta kuiva- 10 tusosaan tulevan rainan kuiva-ainepitoisuuden DSC perusteella.

6. Järjestelmä paperikoneessa, joka järjestelmä käsittää - välineet paperirainan kuivan massavirran mpapid arvon vastaanottamiseksi - välineet kuivatusosasta poistuvan rainan sisältämän veden massavirran 15 arvon vastaanottamiseksi - välineet huuvan (1) poistoilman lämpötilan mittaamiseksi (5, 8) - välineet huuvan poistoilman kosteuden mittaamiseksi (6, 6’) - välineet huuvan poistoilman määrän mittaamiseksi (4’, 4”) • · : tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää 20. välineet kuivatusosassa rainasta haihdutetun veden massavirran laskemi- ' : seksi huuvan poistoilman lämpötilan, kosteuden ja määrän perusteella ··· *::: - välineet puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan sisältämän veden • · • · massavirran mH2o laskemiseksi kuivatusosasta poistuvan paperin sisäl- . tämän veden massavirta ja kuivatusosassa rainasta haihdutun veden • * · * ··» :**·; 25 massavirta yhteen laskemalla ··· :*!*. - välineet puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan kuiva- • · :***: ainepitoisuuden DSC laskemiseksi kaavasta: ·· ·*·*. DSC =mpap,d/(mpapci + mn2o)· • · • · • « · • • * 29 119574

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi - paperikoneen käyttöliittymän - käyttöliittymään järjestetyn mittarin kuiva-ainepitoisuuden DSC arvon il- 5 maisemiseksi - välineet puristinosasta kuivatusosaan tulevan rainan kuiva-ainepitoisuuden DSC vertaamiseksi ennalta määritettyihin raja-arvoihin, - välineet kuiva-ainepitoisuuden DSC arvon ilmaisemiseksi paperikoneen käyttöliittymän mittarissa mainittuihin raja-arvoihin verrattuna. 10

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että - mittari käsittää eri värisiä alueita, jotka kukin eri värinen alue on järjestetty kuvaamaan tiettyjen ennalta määritettyjen raja-arvojen välissä olevaa kuiva-ainepitoisuuden DSC arvoa, ja osoittimen, joka on järjestetty mainittuja 15 alueita osoittavaksi.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että - se käsittää välineet paperikoneen toiminnan ohjaamiseksi lasketun puris- • « : tinosasta kuivatusosaan tulevan rainan kuiva-ainepitoisuuden DSC perus- 20 teella. ····· • · •»j*

10. Menetelmä paperikoneessa, jossa menetelmässä • · *"** - lasketaan lämmöntalteenoton teho Qrec, . .·. - lasketaan prosessiveden lämmittämiseen tarvittava lämpöteho Qpw eli te- ··· .*·*. 25 ho, joka menee raakaveden lämmittämiseen prosessissa tarvittavaan ·*· •v. lämpötilaan, • · • « .···. - lasketaan paperikoneen sali-ilmastoinnin tuuletusilman lämmittämiseen ··· .·*·, tarvittava lämpöteho QMR « · · • a : - lasketaan kuivatusosan korvausilman lämmittämiseen tarvittava lämpöte- • « 30 ho, Q sup» 30 119574 - lasketaan kuivatusosan haihdutusmäärä mev - määritetään mitoitushaihdutusmäärä kuivatusosalla mev djm - lasketaan lämmöntalteenoton tehokkuus EFFrec kaavasta: EFFrec “ (Qrec/(Qpw Qmr + Qsup)) ( niev,dim 5

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä - mitataan huuvan (1) poistoilman lämpötilaa (5,8) - mitataan huuvan poistoilman kosteutta (6, 6’) 10. mitataan huuvan poistoilman määrää (4’, 4”) - lasketaan kuivatusosan haihdutusmäärä mev huuvan poistoilman lämpötilan, kosteuden ja määrän perusteella.

12. Ohjelmistotuote, joka käsittää ohjelmakoodielementit, jotka on järjestetty 15 suorittamaan jonkin edellisistä patenttivaatimuksista 1-5 tai 10-11 mukaisen menetelmän vaiheet. • · • · · • · · • · • · • · · • · · Ml · • M * 1 1 1 • · « ···· ··· « · • · «· 1 • · · • I · ··· ·1· • · • · ··« ·· · • · 1 • · • · ··· • · • · «·· • · • · · • · · • · · • · · • ·· • · 31 1 1 9574