FI12119U1

FI12119U1 - Biomassan mittausjärjestely

Info

Publication number: FI12119U1
Application number: FIU20174258U
Authority: FI
Inventors: Aki Korhonen; Arvo Rahikkala
Original assignee: Valmet Automation Oy
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-08-15

Abstract

1. Mittauslaitteisto kuljetinhihnalla (100) siirrettävän biomassan (200) ominaisuuksien määrittämiseksi, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu muodostamaan mittaustietoa teollisuusprosessin (900) ohjaamiseksi seuraavista välineistä vastaanotettujen signaalien perusteella: välineet kuljetinhihnalla (100) siirrettävän biomassan (200) profiilin mittaamiseksi, välineet kuljetinhihnalla (100) siirrettävän biomassan (200) märkämassan määrittämiseksi, ja välineet kuljetinhihnan (100) nopeuden määrittämiseksi. Lisäksi suojavaatimukset 2-6.

Description

BIOMASSAN MITTAUSJÄRJESTELY

TEKNIIKAN ALA

[0001] Esillä oleva keksintö liittyy kuljetinhihnalla siirrettävän biomassan ominaisuuksien määrittämiseen.

TAUSTA

[0002] Sellu valmistetaan puuhakkeesta, jonka ominaisuudet vaihtelevat hakkeen palakoon, tiheyden, kosteuden ja pakkaustiheyden suhteen. On tärkeää tietää sellun valmistusprosessiin menevän kuivapuun määrä, jotta voidaan annostella sellun eri keittoprosessien tarvitsemat kemikaalit oikein suhteessa puumäärään sekä tarkka kuivapuuvirta laskettaessa sellulinjan saantoa. On myös tärkeää tietää sellun valmistusprosessiin menevän puun tilavuusmäärä, koska prosessilaitteistot ovat säiliöitä, joilla on kiinteä tilavuus tuotantolinjaa kohden. On olemassa tarve kehittää parannettuja ratkaisuja prosessiin siirrettävän biomassan, kuten sellunvalmistusprosessiin siirrettävän puuhakkeen, ominaisuuksien määrittämiseksi.

YHTEENVETO

[0003] Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on lausuttu suojavaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

[0004] Keksinnön erään aspektin mukaisesti on kehitetty mittauslaitteisto kuljetinhihnalla siirrettävän biomassan ominaisuuksien määrittämiseksi, joka laitteisto on sovitettu muodostamaan mittaustietoa teollisuusprosessin ohjaamiseksi seuraavista välineistä vastaanotettujen signaalien perusteella: välineet kuljetinhihnalla siirrettävän biomassan profiilin mittaamiseksi, välineet kuljetinhihnalla siirrettävän biomassan märkämassan määrittämiseksi, ja välineet kuljetinhihnan nopeuden määrittämiseksi.

[0005] Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti mainituista välineistä vasteenotettujen signaalien perusteella määritetään ainakin yhtä seuraavista mittaustiedoista teollisuusprosessin ohjaamiseksi: kokonaistilavuusvirta, kuivamateriaalivirta, märkämateriaalivirta, biomassan mukana tulevan veden määrä tai osuus.

[0006] Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää lisäksi kosteusmittalaitteen biomassan kosteuden määrittämiseksi, jonka laitteiston suorittamaa mittaustiedon muodostusta on sovitettu korjattavaksi kosteusmittalaitteen tuottaman kosteustiedon perusteella.

[0007] Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti välineet kuljetinhihnalla siirrettävän biomassan märkämassan määrittämiseksi käsittävät emitterin ja detektorin, kuten röntgenemitterin ja -detektorin, biomassan läpivalaisemiseksi ja laitteisto on sovitettu havaitsemaan biomassasta poikkeavia kappaleita, kuten metallikappaleita, detektorista vastaanotetun signaalin perusteella.

PIIRUSTUSTEN LYHYT ESITTELY

[0008] Seuraavassa keksinnön eräitä sovellutusmuotoja kuvataan seikkaperäisemmin viittauksin oheisiin piirustuksiin, joissa: kuviossa 1 on esitetty mittausjärjestely kuljetinhihnalla, kuviossa 2 on esitetty kosteudenmittauslaite, kuviossa 3 on esitetty biomassan mittausprosessi, kuviossa 4 on havainnollistettu biomassan läpivalaisua, ja kuviossa 5 on esitetty esimerkki hihnavaa’asta.

ESIMERKINOMAISTEN SOVELLUTUSMUOTOJEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

[0009] Kuviossa 1 on esitetty erään suoritusmuodon mukainen mittausjärjestely kuljetinhihnalla 100 siirrettävän biomassan 200 ominaisuuksien määrittämiseksi. Mittausjärjestely käsittää mittausjärjestelmän tai -laitteen 300, nopeudenmittauslaitteen 400, läpivalaisumittaukseen käytettävän emitterin 500 ja detektorin 600, ja profiilinmittauslaitteen 700. Mittausjärjestely voi eräissä suoritusmuodoissa käsittää myös erillisen kosteusmittauslaitteen 800.

[0010] Mittausjärjestelmä tai -laite 300 on jäljestetty vastaanottamaan laitteista 400, 600, 700, 800 mitattavia parametria indikoivia mittaussignaaleita, esimerkiksi mitattavan parametrin suoraan digitaalisessa muodossa indikoivaa signaalia. Mittausjärjestelmä tai -laite 300 on järjestetty käsittelemään vastaanotettuja signaaleita ja määrittämään ainakin mittaustietoa käytettäväksi teollisuusprosessin 900 ohjaukseen. Mittausjärjestelmä tai -laite 300 voi olla esimerkiksi osa automaatiojärjestelmää (johon viite 300 voi vaihtoehtoisesti viitata), joka edelleen tallentaa mittaustietoja, käsittelee mittaustietoja, esittää mittaustietoja automaatiojärjestelmän operaattorin laitteen käyttöliittymässä ja muodostaa ohjauskomentoja muille prosessin 900 laitteille mittaustiedon perusteella. Tiedonsiirto ainakin osan laitteiden/järjestelmien 300, 400, 600, 700, 800, 900 välillä voi olla järjestetty käyttäen automaatiojärjestelmiä varten kehitettyä tiedonsiirtostandardia, kuten Foundation Fieldbus, Profibus, Modbus tai Profinet (tai jokin muu Industrial Ethernet -protokolla).

[0011] Kuviossa 3 on esitetty biomassan 200 mittausprosessi, joka käsittää biomassan 200 märkämassan tai -painon määrityksen, biomassan 200 profiilin mittauksen ja kuljetinhihnan 100 nopeuden määrityksen. Mittaustietojen prosessointi voi olla toteutettu esimerkiksi mittauslaitteessa 300 laitteista 600, 700, 800 ja 400 saatujen singaalien perusteella tai prosessointia voi olla hajautettu useaan laitteeseen. Mittausprosessi määrittää hihnalla senhetkisesti siirrettävän biomassan 200 ominaisuuksen perusteella hetkellisiä arvoja, joista voidaan laskea jatkuvia arvoja. Saatujen tietojen perusteella voidaan määrittää esimerkiksi kuivapuuvirta sellunvalmistusprosessin kemikaaliannostelua varten.

[0012] Mittausprosessi voi käsittää myös erillisen biomassan 200 kosteusmittauksen, jolla voidaan edelleen parantaa järjestelmän tarkkuutta veden ja kuivamassan osuuden määrittelyssä, esimerkiksi puuhakkeen palakoon vaikutuksen korjaamiseksi. Alla on havainnollistettu yksityiskohtaisemmin muihin kuvioihin viitaten kuinka kuviossa 3 havainnollistettu mittausprosessi voidaan eräiden suoritusmuotojen mukaisesti toteuttaa. Vastaanotetun mittaustiedon perusteella voidaan ohjata prosessia 900, joka on eräissä suoritusmuodoissa sellunvalmistusprosessi tai biomassapohjainen energiantuotantoprosessi. Tämänkaltaisella mittausjärjestelyllä voidaan mitata koko prosessiin kulkevan biomassa 200, jolloin kokonaismittauksen kautta voidaan pienentää biomassan 200 sisäisen laatuhajonnan vaikutusta.

[0013] Erään suoritusmuodon mukaisesti mittausjärjestely käsittää emitterin 500 ja detektorin 600, jonka perusteella määritetään ainakin kuljetinhihnalla 100 siirrettävän biomassan 200 märkämassa tai -paino (kg). Kuviossa 4 on havainnollistettu erästä järjestelyä biomassan 200 läpivalaisemiseksi, jossa emitteri 500 on kuvion 1 esimerkistä poiketen kuljetushihan 100 yläpuolella.

[0014] Eräissä suoritusmuodoissa emitteri 500 on röntgensäteilyä ja detektori 600 röntgendetektori. Röntgenmittauksen toiminta perustuu mitattavan kohteen aiheuttamaan absorptioon, jonka avulla saadaan mitattavan kohteen kokonaismassa. Röntgenmittauksen etuna on, että ei tarvita mekaanista kosketusta mittalaitteen ja mitattavan biomassan 200 välillä, eikä menetelmä muuta mitattavan aineen rakennetta tai ominaisuuksia. Edelleen jäätyneen biomassan sulattamista ei tarvita, ja kokonaismassamittauksen tarkkuuden luotettavuus on parempi kuin hihnavaa’alla. Esimerkiksi XRF-detektoria (X-ray fluorescence detector) voidaan käyttää.

[0015] Erään suoritusmuodon mukaisesti emitteri 500 on gammasäteilijä ja detektori 600 gammasädevastaanotin. Gammasäteilylaitteen avulla voidaan määrittää kuljetinhihnalla 100 siirrettävän biomassan 200 massa. Kun mitattava aine on tasalaatuista, säteilyn vaimenemisen perusteella voidaan määrittää massa säteilykeilan läpäisykohdassa. On huomioitavaa, että röntgen-Zgammasäteily emitterin ja -detektorin sijaan voidaan käyttää jotakin muuta elektromagneettiseen säteilyttämiseen perustuvaa 1 äpi vai ai suteknologi aa.

[0016] Erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto on järjestetty käyttämään detektorin 600, kuten röntgendetektorin tuottamaa signaalia myös biomassan 200 skannaavaan tutkimiseen biomassasta 200 poikkeavien ja haitallisten kappaleiden kuten kiven, hiekan tai metallikappaleen havaitsemiseksi. Mittauslaite 300 voi olla järjestetty määrittämään röntgendetektorista saadun signaalin perusteella indikaation haitallisesta kappaleesta, jonka perusteella on mahdollista estää laitteiston vikaantuminen ja sitä seuraava tuotannon keskeytyminen.

[0017] Erään vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaisesti kuljetinhihnalla 100 siirrettävän biomassan 200 märkämassa voidaan määrittää sähkömekaanisen hihnavaa’an avulla. Kuvio 5 esittää erästä esimerkkiä sähkömekaanisesta hihnavaa’asta 101. Hihnavaaka on tyypillisesti helppo asentaa taso- ja kouruhihnoille ilman kuljettimeen tehtäviä muutoksia. Laitteisto on yksinkertainen, eikä vaadi puhdistusta tai muuta huoltoa, mutta toisaalta biomassan sisäiset voimat voivat vaikuttaa mittaustulokseen.

[0018] Erään suoritusmuodon mukaisesti profiilinmittauslaite 700 mittaa kuljetinhihnalla 100 siirrettävän biomassan 200 korkeutta. Profiilinmittauslaite 700 voi olla esimerkiksi laserprofilometri. Profiilinmittauslaite 700 voi mitata biomassan 200 hetkellisen korkeuden kuljetinhihnan 100 eri kohdissa, josta voidaan laskea jatkuva profiili. Laitteen muistiin on asetettu tyhjän kuljetinhihnan 100 pinnan paikka, joten tällöin voidaan laskea biomassan 200 hetkellinen poikkileikkauspinta-ala (m2) sekä paikkakohtainen biomassan 200 korkeus (m), jonka läpi läpivalaisu, kuten röntgensäteily kulkee. Näin saadaan paikkasidonnainen biomassan 200 korkeustieto yhdistettäväksi paikkasidonnaiseen läpivalaisumittaustietoon.

[0019] Läpivalaisumittauksesta ja profiilimittauksesta saatujen tietojen perusteella voidaan määrittää biomassan 200 paikkasidonnainen bulkkitiheys (kg/m3). Kun biomassan, kuten puuhakkeen, tiheyden ja kosteuden välillä on korrelaatio, voidaan määrittää veden ja kuivapuun osuudet biomassassa, ja edelleen kuivapuun tilavuus, kuivapuun paino ja/tai veden määrä. Veden osuus biomassasta voidaan toisaalta määrittää kyseessä olevan materiaalin ominaiskuivatilavuuspainon perusteella, mikäli se on tiedossa ja määritetty laitteistoon.

[0020] Kuvioista 1 ja 3 poiketen, eräässä suoritusmuodossa korkeustieto voidaan siirtää suoraan profiilinmittauslaitteesta 700 detektorin 600 käsittämälle tai sen yhteydessä olevalle tietojenkäsittely-yksikölle, jossa läpivalaisusta saatua mittaustietoa käsitellään paikkaan sidotun korkeustiedon perusteella.

[0021] Erään suoritusmuodon mukaisesti profiilinmittauslaite 700 voi olla myös ultraäänilaite. Ultraääntä voidaan soveltaa erilaisiin etäisyysmittauksiin ja sen avulla voidaan määrittää esimerkiksi kuljetinhihnalla 100 siirrettävän biomassan 200 patjan paksuus.

[0022] Erään vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaisesti biomassan läpivalaisuun perustuvan mittauksen perusteella saadaan suoraan määritettyä biomassan 200 tiheys, jonka perusteella kuivapuun ja veden osuudet saadaan määritettyä.

[0023] Erään suoritusmuodon mukaisesti kuljetinhihnan 100 nopeutta voidaan mitata nopeudenmittauslaitteella 400, joka voi olla takometri. Takometrillä voidaan mitata kuljetinhihnan 100 pyörimisnopeus. Erään vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaisesti kuljetinhihnan 100 nopeustieto saadaan suoraan kuljetinhihnan 100 ohjausyksiköstä, jolloin erillistä nopeudenmittauslaitetta 400 ei tarvita.

[0024] Nopeudenmittauslaitteesta 400 saadun nopeustiedon ja vastaanotetun paikkasidonnaisen tilavuustiedon perusteella saadaan edelleen määritettyä kokonaistilavuusvirta (m3/min, m3/h). Edelleen saadaan määritettyä kuivamateriaalivirta (m3/min, m3/h), märkämateriaalivirta (m3/min, m3/h) ja biomassan 200 mukana tulevan veden määrä (m3/min, m3/h) tai osuus (%). Näiden avulla saadaan määritettyä esimerkiksi kuivapuuvirta (m3/min tai kg/min) kemikaaliannoksien määrittelyä varten, kuivapuuvirta (m3/min tai kg/min) saannon määrittämiseksi, kuivapuuvirta (m3/min tai kg/min) tuotantonopeuden määrittämiseksi ja/tai tilavuusvirta (m3/min, m3/h) tuotantonopeuden määrittämiseen.

[0025] Erään suoritusmuodon mukaisesti mittausjärjestely käsittää esimerkiksi kuvion 2 kaltaisen kosteusmittauslaitteen 800 biomassan 200 kosteuden määrittämiseksi. Kosteusmittauslaite 800 käsittää kosteusmittauslaitteen säätölaitteen 801 ja läpivirtaavan massan kosteuden määrittämiseen kosteussensorin 802. Kosteussensori voi perustua esimerkiksi mikroaaltojen käyttöön, eräänä esimerkkinä Valmet CBA -analysaattori puuhakkeen reaaliaikaista kosteuden mittausta varten. Mittausjärjestelyn suorittamaa mittaustiedon muodostusta on sovitettu korjattavaksi kosteusmittalaitteen 800 tuottaman kosteustiedon perusteella. Kosteusmittauslaitteen 800 avulla voidaan parantaa mittausjäijestelyn tarkkuutta korjaamalla biomassan 200 ominaispainon ja palakoon aiheuttamaa virhettä. Kosteusmittaus voidaan suorittaa myös manuaalisella biomassan 200 näytteenotolla ja sen pikakosteusmäärityksellä esimerkiksi MR-tekniikkaan (Magnetic Resonance) perustuvaa kosteusanalysaattoria käyttäen. Korjaavaa kosteusmittausta ei tarvitse suorittaa jatkuvasti, vaan esimerkiksi päivittäinen tai viikoittainen lyhyt mittausjakso voi tuottaa riittävän korjauksen. Ulkoinen tietojenkäsittely-yksikkö 803 on liitettävissä laitteeseen 800 esimerkiksi Ethernetin yli.

[0026] Erään suoritusmuodon mukaisesti mittausjärjestelyllä mitataan kuljetinhihnalla 100 siirrettävän biomassan 200 ominaisuuksia teollisuusprosessin 900 ohjaamiseksi. Biomassa 200 voi olla puuhaketta, turvetta tai puukuorta. Mittausjärjestelyä voidaan käyttää mittaustietojen muodostamiseen esimerkiksi sellunvalmistusprosessia tai voimalaitosprosessia varten.

[0027] Mittausjäij estelmä tai -laite 300 voidaan toteuttaa elektronisena laitteena, joka käsittää piirejä, jotka on järjestetty toteuttamaan ainakin teollisuusprosessin ohjaamiseen käytettävien mittaustietojen määrittämiseen liittyviä toimenpiteitä ainakin osan edellä esitettyjen suoritusmuotojen toteuttamiseksi. Mittausjärjestelmä tai -laite 300 voi käsittää ainakin yhden tietojenkäsittelylaitteen, joka käsittää yhden tai useampia prosessoreita ja muistia. Muisti voi olla sisäistä ja/tai ulkoista ja siihen voi olla tallennettu tietokonekäskyjä sisältävää ohjelmakoodia, jota prosessori on sovitettu suorittamaan. Kun ainakin mittaustiedon määrittelyyn liittyviä toimenpiteitä määrittävää ohjelmakoodia suoritetaan prosessorissa, laite 300 toimii ohjelmakoodia suorittavan prosessorin ohjaamana ja voi siten olla jäljestetty toteuttamaan (välineet) toimenpiteiden toteuttamiseksi. Mittausjärjestelmä tai -laite 300 käsittää myös yhden tai useampia tiedonsiirtoyksiköitä ja -rajapintoja tietojen vastaanottamiseksi ja lähettämiseksi. Mittausjäij estelmä tai -laite 300 voi käsittää käyttöliittymän, joka voi käsittää näytön, näppäimistön, kosketusnäytön, kaiuttimen ja/tai mikrofonin.

LYHENNELUETTELO MR Magnetic Resonance XRF X-ray Fluorescence Detector

VIITENUMEROLUETTELO

Claims

SUOJAVAATIMUKSET

1. Mätanordning för bestämning av en medelst ett transportband (100) flyttbar biomassas (200) egenskaper, kännetecknad av att anordningen är anordnad att tillhandahålla mätdata för att styra en industriprocess (900) på basis av mottagna signaler från följande medel: - medel för mätning av den medelst transportbandet (100) flyttbara biomassans (200) profil, - medel för mätning av den medelst transportbandet (100) flyttbara biomassans (200) våtmassa, och - medel för bestämning av transportbandets (100) hastighet.

1. Mittauslaitteisto kuljetinhihnalla (100) siirrettävän biomassan (200) ominaisuuksien määrittämiseksi, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu muodostamaan mittaustietoa teollisuusprosessin (900) ohjaamiseksi seuraavista välineistä vastaanotettujen signaalien perusteella: - välineet kuljetinhihnalla (100) siirrettävän biomassan (200) profiilin mittaamiseksi, - välineet kuljetinhihnalla (100) siirrettävän biomassan (200) märkämassan määrittämiseksi, ja - välineet kuljetinhihnan (100) nopeuden määrittämiseksi.

2. Anordning i enlighet med skyddskrav 1, kännetecknad av att på basis av de från de nämnda medlen mottagna signalerna bestäms åtminstone ett av följande mätdata för att styra industriprocessen (900): totalvolymflöde, torrmaterialflöde, våt-materialflöde, bulktäthet, mängd eller andel vatten som kommer med biomassan (200).

2. Suoj avaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainituista välineistä vasteenotettujen signaalien perusteella määritetään ainakin yhtä seuraavista mittaustiedoista teollisuusprosessin (900) ohjaamiseksi: kokonaistilavuusvirta, kuivamateriaalivirta, märkämateriaalivirta, bulkkitiheys, biomassan (200) mukana tulevan veden määrä tai osuus.

3. Anordning i enlighet med skyddskrav 1 eller 2, kännetecknad av att anordningen omfattar vidare ett fuktighetsmätdon (800) för bestämning av biomassans (200) fukthalt, de av anordningen tillhandahållna mätdata är anordnade att korrigeras på basis av den av fuktighetsmätdonet (800) genererade fuktighetsinformationen.

3. Suoj avaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää lisäksi kosteusmittalaitteen (800) biomassan (200) kosteuden määrittämiseksi, jonka laitteiston suorittamaa mittaustiedon muodostusta on sovitettu korjattavaksi kosteusmittalaitteen (800) tuottaman kosteustiedon perusteella.

4. Anordning i enlighet med något av de föregående skyddskraven, kännetecknad av att medlen för bestämning av den medelst transportbandet (100) flyttbara biomassans (200) våtmassa omfattar en emitter (500) och en detektor (600) för att genomlysa biomassan (200) och anordningen är anordnad att ur biomassan (200) detektera avvikande stycken, såsom metallstycken eller stenar, på basis av en från detektorn (600) mottagen signal.

4. Jonkin edellisen suoj avaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että välineet kuljetinhihnalla (100) siirrettävän biomassan (200) märkämassan määrittämiseksi käsittävät emitterin (500) ja detektorin (600) biomassan (200) läpivalaisemiseksi ja laitteisto on sovitettu havaitsemaan biomassasta (200) poikkeavia kappaleita, kuten metallikappaleita tai kiviä, detektorista (600) vastaanotetun signaalin perusteella.

5. Anordning i enlighet med skyddskrav 4, kännetecknad av att emittern (500) utgörs av en röntgenstrålningsemitter och detektorn (600) utgörs av en röntgenstrålnings-mottagare.

5. Suoj avaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että emitteri (500) on röntgensäteily emitteri ja detektori (600) on röntgensäteily vastaanotin.

6. Jonkin edellisen suoj avaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu mittaamaan kuljetinhihnalla (100) siirrettävän puuhakevirran ominaisuuksia sellunvalmistusprosessin tai biomassapohjaisen energiantuotantoprosessin ohjaamiseksi. SKYDDSKRAV

6. Anordning i enlighet med något av de föregående skyddskraven, kännetecknad av att anordningen är anordnad att mäta ett medelst transportbandet (100) flyttbart trä-flisflödes egenskaper för att styra en cellulosatillverkningsprocess eller en biomassabaserad energiproduktionsprocess.