FI74061B - Metod foer reglering av kondensatavlaegsning fraon en pappersmaskins torkparti. - Google Patents

Description

1 74061

Menetelmä lauhteen poiston säätämiseksi paperikoneen kuivatusoeaesa

Metod för regiering av kondensatavlägsning frän en pappers-maskins torkparti

Keksintö kohdistuu menetelmään lauhteen poiston säätämiseksi paperikoneen kuivatusosassa. Menetelmää voidaan erityisesti soveltaa useampia perättäisiä höyryryhmiä käsittävässä kuivatusosassa, jolloin menetelmällä säädetään lauhteen poistoa 5 höyryryhmäkohtaisesti. Kuivatussylinterit on varustettu erityisesti pyörivällä sifonijärjestelyllä.

Paperikoneen kuivatusosan toiminnan kannalta tärkeä tekijä on riittävän höyryn ja kuivatussylinterin välisen lämmönsiirto-kertoimen aikaansaaminen ja ylläpitäminen eri ajotilanteissa.

10 Tämä riippuu olennaisesti sylinterin sisäpinnalla olevan lauhde-kerroksen paksuudesta, mikä puolestaan määräytyy sifonin toiminnan mukaan.

Aikaisemmin ja vielä nykyisinkin yleisin käytössä on menetelmä, jossa lauhteen poistamiseksi höyryryhmästä (sylinteriryhmästä) 15 ylläpidetään ryhmän höyry- ja lauhdekokoojaputken yli vakiopaine-eroa. Toisin sanoen tämä ns. paine-erosäätö (differential control) perustuu siihen, että lauhtumisnopeudesta ja ryhmän painetasosta riippumatta höyryryhmän yli vaikuttaa käytännössä aina vakiopaine-ero. Tämä ratkaisu on kuitenkin epäedullinen 20 siinä suhteessa, ettei asetettu paine-ero kaikissa olosuhteissa takaa riittävää läpivirtaushöyryn nopeutta lauhteen kuljettamiseksi rengaevirtauksena sifoniputkessa sylinteristä. Toisaalta joissain ajoolosuhteissa esim. lajin vaihdon jälkeen tai rata-katkon yhteydessä, kun lauhtumisnopeus ja ryhmän painetaso 74061 2 muuttuvat, saattaa läpivirtaushöyryn nopeus nousta moninkertaiseksi verrattuna siihen mitä on tarpeen kunnollisen lauhteen-poiston varmistamiseksi. Lisäksi lauhteenpoiston kannalta merkittävintä paine-eroa höyrykytkimen ylitse ei mitata, joten paine-5 eron minimointia on mahdotonta toteuttaa Ja käytännössä ylläpide-täänkin ajo-olosuhteista riippumatonta paine-eroasetusta.

Käytännön epäkohtina ovat siten voimakas putkistoeroosio ja alentunut kuivatusosan tuotantokapasiteetti, koska höyryryhmien väliset paine-erot pakostakin muodostuvat isoiksi.

10 Paine-erosäädön haittavaikutuksien pienentämiseksi on otettu käyttöön nk. virtaussäätö (flow control), joka alkuperäis-muodossaan perustuu ajatukseen, että höyryryhmän toiminta-alueella läpivirtaushöyryn mittauselimen, esim. mittalaipan, yli ylläpidetään vakiopaine-eroa. Toisin sanoen pyritään vakioimaan 15 läpipuhallushöyryn massavirta säätämällä höyryryhmän höyry- ja lauhdetukin välistä paine-eroa. Käytännössä tämä alkuperäinen virtaussäätö toteutetaan seuraavasti: Mittauselimellä esim. mittalaipalla, joka on sijoitettu kaskadikytkennässä höyryryhmien väliseen läpivirtaus- ja paisuntahöyrylinjaan, mitataan mainitun 20 linjan höyryn massavirta. Mittalaipan dimensiointiolosuhteiden kuitenkin poiketessa mittausolosuhteista näyttää mittalaippa väärin. Tästä seuraa, että eri höyrynpaineilla yhtäläinen paine-ero mittalaipan ylitse merkitsee dimensiointipainetta alemmilla höyryn paineilla pienempää massavirtaa kuin suurilla 25 paineilla kaavan (1) mukaisesti: *TOD = *ΝΑΥΤΤ ' 3ossa * = mittarin näyttämä “nAYTT.

ftiim - höyryn tiheys mitoitusolosuhteissa P = läpivirtaushöyryn todellinen tiheys linjassa I; 3 74061 TSllöin saattaa syntyä joko sellaisia tilanteita, Joissa läpivir-taushöyryn nopeus putkistossa on korkea ja seurauksena on voimakas putkistoeroosio tai joissa läpivirtaushöyryn nopeus on riittämätön sifoniputkessa aihettaen tulppavirtauksen. Tällöin lauh-5 derengas sylintereissä paksunee ja lämmönsiirtovastus höyrystä rainaan kasvaa ja höyryryhmän painetasoa (lauhtumislämpötilaa) on nostettava huonontuneen lämmönsiirron kompensoimiseksi, jotta kuivatuskapasiteetti kyettäisiin pitämään muuttumattomana. Usein painetasoa ei voida nostaa vaan huonontunut lämmönsiirto johtaa 10 tuotannon laskuun. Painetason nosto taas aiheuttaa vastapainelai-toksella tehonkehityshäviöitä.

Edellä esitettyä lauhteenpoiston säätömenetelmää on käsitelty artikkelissa "FLOW CONTROL FOR DRYER DRAINAGE SYSTEMS", TAPPI, NO 11, VOL 62 (1979) s. 63-67.

15 Virtaussäätöä on edelleen pyritty kehittämään siten, että aikaisemmin mainittu mittaelin, esim. mittalaippa, on yhdistetty vir-tausmääräsäätimeen, joka säätöä rainan kulkusuunnassa edempänä olevan alempipaineisen höyryryhmän tuorehöyryventtiiliä sen mukaan kuin virtausmääräsäätimeen korkeapaineisemman ryhmän 20 painetason perusteella tehty asetusarvon korjaus edellyttää. Toisin sanoen virtaussäätöä on korjattu siten, että kaikissa ajo-olosuhteissa läpivirtaushöyryn nopeus sifoniputkessa on vakio ja riippumaton höyryryhmän paineesta.

Menetelmää kutsutaan vakiovirtausnopeussäädöksi. Tästä korjauk-25 sesta seuraa, että läpivirtaushöyryn nopeus sifoniputkessa on valittava ylisuureksi lauhteenpoiston varmistamiseksi koneen koko toimintaalueella, koska lauhteen poistamiseksi vaadittava läpivirtaushöyryn nopeus sifoniputkessa muuttuu ryhmän paineen mukaan. Edellä mainittu ratkaisu on esitetty esitelmässä "NOUVELLE 30 METODE DE REGULATION DE SECHERIE MODERNE". Esitelmä on pidetty IP 83-konferenssissa Grenoblessa, Ranskassa 22. - 23.11.1983.

4 74061

Yhteenvetona näistä kahdesta järjestelmästä voidaan todeta seuraavaa:

Vakiopaine-eroon mittalaipan yli perustuvassa järjestelmässä on massavirta valittava siten, että varmistetaan riittävän läpivir-5 taushöyryn nopeus sifoniputkesea, kun ryhmän paine on korkea.

Matalilla höyryn paineilla taas läpivirtaushöyryn nopeus eifoni-putkessa ja putkistossa kasvaa tämän takia tarpeettoman suureksi aiheuttaen em. haittoja.

Vakiovirtausnopeuteen perustuvassa järjestelmässä on nopeus 10 valittava siten, että lauhde poistuu, kun ryhmän paine on alhainen. Korkeilla paineilla tämä nopeus taas on liian suuri aiheuttaen em. haittoja.

Asiaa havainnollistetaan vielä kuvassa 1. Kuvan käyrä n:o 1 esittää lauhteen poistamiseksi vaadittavaa läpipuhallus- ja 15 paisuntahöyryn nopeutta eri painetasoilla eli ns. optiminopeus-käyrää. Käyrä n:o 2 kuvaa virtausnopeutta vakiopaine-eroon mit-tauslaipan yli perustuvassa järjestelmässä ja käyrä n:o 3 virtausnopeutta vakiovirtausnopeuteen perustuvassa järjestelmässä. Kuvan viivoitettu alue osoittaa liian suuren virtausnopeuden v 20 aluetta.

\

Edellä esitetyt haitat ja kuvassa 1 esitetty optimikäyrän muoto ja olemassaolo on todettu käytännössä tuotantokoneella suoritetuissa mittauksissa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää paperikoneen monisylin-25 terikuivattimella käytettävä säätömenetelmä lauhteen poistamiseksi riittävän suurella, mutta kuitenkin ajo-olosuhteisiin nähden optimoidulla sifoniputken läpivirtaushöyryn nopeudella, ts. säätää läpivirtaushöyryn määrää siten, että virtausnopeus seuraa kuvassa 1 esitettyä optimikäyrää. Menetelmällä voidaan poistaa 30 edellä esitetyn tunnetun tekniikan tason mukaisten ratkaisujen epäkohdat ja siten kohottaa alalla vallitsevaa tekniikan tasoa.

5 74061 Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi on menetelmä pääasiassa tunnettu siitä, että lauhteen poistamiseksi läpivirtaushöyryn nopeutta sifoniputkessa säädetään ko. höyryryhmän painetason funktiona sellaisen käyrän mukaisesti, Joka toteuttaa höyryryhmän 5 matalalla painetasolla vakiovirtausnopeussäädön ja höyryryhmän korkealla painetasolla virtaussäädön mukaieet läpivirtaushöyryn radiaalinopeudet slfonissa ja Joka käyrä mainittujen kohtien välillä määritellään kokemusperäisesti ja/tai paperikoneella suoritettavien mittausten avulla. Säätökäyrän muoto voidaan 10 asetella säätimeen joko etukäteen tai se määritellään koneella suoritettavien mittauksien avulla.

Keksintöä on havainnollistettu seuraavassa selityksessä eräällä sovellutusesimerkillä samalla viitaten oheiseen piirustukseen. Piirustus esittää kaaviollisesti laitejärjestelyä menetelmän 15 toteuttamiseksi.

Kuvassa 2 on viitenumeroilla 1, 2 ja 3 esitetty höyryryhmiä, jotka ovat kaskadikytketyt paperirainan kulkusuuntaa vastaan. Rainan kulkusuuntaa on esitetty nuolella 4. Tuorehöyry tuodaan syllnteriryhmille päähöyryputkea 5 pitkin. Höyryryhmät 1, 2 ja 3 20 on yhdistetty säätöventtiileillä 6, 7 ja 8 vastaavan höyryryhmän jakoputkeen 9, 10 ja 11. Osa sylintereihin johdetusta höyrystä lauhtuu sylinterin sisäpinnalle ja syntynyt lauhde yhdessä läpivirtaushöyryn kanssa johdetaan pyörivällä sifonijärjestelyllä lauhdeputkiston kokoojaputkiin, josta se edelleen johdetaan 25 lauhdesäiliöihin 12, 13 ja 14. Lauhdesäiliöstä 12 johdetaan läpivirtaus- ja paisuntahöyry höyryryhmään 1 kuuluvasta lauhde-säiliön yläosasta seuraavan höyryryhmän 2 jakoputkeen 10. Vastaavasti menetellään myös höyryryhmän 2 kanssa. Kolmannen höyryryhmän sylinterien höyry-lauhdeseos johdetaan lauhdesäiliöön 30 14. Lauhdesäiliöstä läpivirtaus- ja paisuntahöyry johdetaan pintalauhduttimelle 15 tarpeellisen tyhjön aikaansaamiseksi 6 74061 lauhdesäiliöön 14. Lauhtumattomat kaasut poistetaan pintalauhdut-timelta 15 esim. vesirengaspumpun 16 avulla. Riittävän alhaisen paineen saavuttamiseksi kolmannessa höyryryhmässä rainan "kiinni-palamlsen" estämiseksi on ryhmä varustettu vielä erillisellä 5 paineensäätöventtiilillä 17.

Ensimmäiseen höyryryhmään kuuluvasta lauhdesäiliöstä lähtevään läpivirtaus- ja paisuntahöyrylinjaan 18 on yhdistetty virtauksen mittaueelin, esim. mittalaippa 19. Mittauselin 19 on yhdistetty virtauksen säätimeen FIC/2, joka pyrkii pitämään läpivirtaus- ja 10 paisuntahöyryn massavirtaa asetusarvossaan säätämällä sekä tuore-höyryventtiiliä 7 että ulospuhallusventtiiliä 20. Läpivirtaus- ja paisuntahöyryn massavirran ollessa yli asetusarvon ohjaa säädin FIC/2 tuorehöyryventtiiliä 7 auki aiheuttaen näin vastapaineen nousun ja sen seurauksena massavirran pienentymisen. Kun läpi-15 vir taus- ja paisuntahöyryn massavirta on alle asetusarvon, sul keutuu tuorehöyryventtiili 7 ja vastaavasti ulospuhallusventtiili 20 avautuu. Säädin FIC/2 saa ulkoisen asetusarvonsa höyryryhmän 1 paineen- säätöpiiristä PIC/1, joka säätää höyryryhmän 1 painetta venttiilin 6 avulla. PaineensäätÖpiirl taas saa ulkoisen asetusko arvonsa joko käsinaseteltuna tai esim. rullaimen rainan kosteuden aeetusarvon ja mittausarvon välisestä erosta, joka muokataan tietokonejärjestelmässä 21 vastaamaan tiettyä paineen asetus-arvoa. Paineensäätöpiiristä PIC/1 saatava paineen oloarvo muokataan laskentayksikössä FDE/2 sellaiseksi, että laskenta-25 yksikön ulostulo, joka siirretään asetusarvoksi säätöpiirille FIC/2, vastaa sellaista höyryn massavirtaa, joka kuvan 1 mukaisesti toteuttaa höyryn optiminopeuskäyrää paineen funktiona sifoniputkessa. Kuvasta 2 halvataan edelleen, että paineen säätöpiiri PIC/1 antaa myös ulkoisen asetusarvon virtaussäätö-30 piirille FIC/3, joka toimii kuten FIC/2 sovellettuna höyryryhmän 2 toimintaan. On kuitenkin huomattava, että säätökäyrän paikka höyryn virtausnopeusakselin suhteen (kuva 1) on muuttunut, koska lauhtumisnopeus sylinterissä on muuttunut.

I: 74061

Kolmannen höyryryhmän painetta säädetään paineensäätöpiirillä PIC/3, joka saa ulkoisen aaetuaarvonsa esim. koneen säätöpanee-lista. Paineen sBBtöpiirlstB saatava paineen oloarvo käytetään muokkauksen Jälkeen kuten edellä virtaussäBtöpiirin FIC/4 asetus-5 arvona. Virtauksen mittauselin 22 on yhdistetty säätimeen FIC/4, Joka pyrkii pitämään läpivirtaus*- ja paisuntahöyryn massavlrran asetusarvossaan säätämällä sekä tyhjöpumpun "varasventtiiliä" 23 että muuttamalla pintalauhduttimen jäähdytysveden lämpötilasäätö-piirin asetusarvoa. Läpivirtaus- Ja paisuntahöyryn massavlrran 10 ollessa yli aeetuearvon ohjaa säädin FIC/4 ensin ”varasventtii- liä" kiinni ja tämän jälkeen nostaa säätöpiirin TIC/4 asetusarvoa aiheuttaen näin vastapaineen nousun lauhdeeäiliössä 14 ja sen seurauksena virtauksen pienentymisen. Kun läpivirtaus- ja paisuntahöyryn massavirta on alle aeetuearvon, avautuu "varasventtiili" 15 ja säätöpiirin TIC/4 asetusarvo laskee. Tämän seurauksena paine-taso lauhdesäiliössä 14 laskee.

Käytännössä on havaittu, että keksinnön mukaisella optimisäätö-käyrällä tulee sifoniputken läpivirtaushöyryn nopeuden vaihteluväli olemaan n. 15 m/s, kun vastaava arvo alkuperäisessä virtausko säädössä olisi n. 30 m/s ja vakiovirtausnopeussäädössä säätöstra-tegian mukaisesti nolla. Vakionopeussuoran määräytymisperusteista johtuen tulee höyryn nopeus suurilla paineilla olemaan n. 15 m/s suurempi kuin keksinnön mukainen virtausnopeus. Käyrä v = f (p) säädetään muodoltaan jatkuvasti väheneväksi koordinaatistossa, 25 jossa v * läpipuhallushöyryn radiaalinopeus sifoniputkessa ja p * läpipuhallushöyryn paine.

Tästä seuraa, että juuri kuivatuerajoitteiseesa tilanteessa menetetään sekä tuotantoa ylisuurien ryhmien välisten paine-erojen takia että aiheutetaan voimakas putklstoeroosio. Kun taas käyt-30 tämällä keksinnön mukaista säätöstrategiaa saavutetaan sekä maksimituotanto, kun höyryryhmien väliset paine-erot on minimoitu että minimi putklstoeroosio.

74061 8

Koska sanaan höyryryhmään kuuluvat sylinterit lauhduttavat eri tavalla, esim. käyttöryhmien rajoilla, massalaatujen tai viirojen muuttuessa, häiriöriskin vähentämiseksi on syytä seurata käyttö-ryhmien vääntömomenttia, esim. mittaamalla käyttöryhmien syöttö-5 virtaa ja antaa vääntömomentille tietty hälytysraja, jonka saavuttaminen automaattisesti nostaa optimisäätökäyrän tasoa kuvan 1 mukaisessa koordinaatistossa, esim. portaittain. Hälytysrajaa määrättäessä tulee huomioida eri käyttöryhmien väliset vedot, jotka tavallisesti ovat hyvin vakiollieia.

I,

Claims (3)

9 74061 Patenttivaatimukset;

1. Menetelmä lauhteenpoiston säätämiseksi paperikoneen kuiva-tusosassa, kuivatusosan käsittäessä kaksi tai useampia perättäisiä höyryryhmiä, joiden lauhteen poistoa säädetään höyryryhmä-kohtaisesti, jolloin kuivatussylinterit on varustettu pyörivällä 5 sifonijärjestelyllä, tunnettu siitä, että lauhteen poistamiseksi läpivirtaushöyryn nopeutta (v)sifoniputkessa säädetään ko. höyryryhmän painetason (p) funktiona sellaisen käyrän (1) mukaisesti, joka toteuttaa höyryryhmän matalalla painetasolla vakiovirtausnopeussäädön (3) ja höyryryhmän korkealla painetasol-10 la virtaussäädön (2) mukaiset läpivirtaushöyryn radiaalinopeudet sifonissa ja joka käyrä (1) mainittujen kohtien välillä määritellään kokemusperäisesti ja/tai paperikoneella suoritettavien mittausten avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että käyrä (1), v = f (p), säädetään muodoltaan jatkuvasti ... väheneväksi pv-koordinaatistossa, jossa v = läpipuhallushöyryn . radiaalinopeus sifoniputkessa ja p = läpipuhallushöyryn paine.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu : .* siitä, että käyrän (l)paikkaa koordinaatistossa tarkkaillaan ..‘*20 käyttöryhmien vääntömom6ntin mittausten perusteella, jolloin : : : vääntömomentin kasvu nostaa käyrän (1) tasoa esim. portaittain.