SE1350961A1 - Metod för övervakning, provtagning och styrning av träpelletstillverkning - Google Patents

Abstract

11 SAMMANDRAG Metod for overvakning, provning och styrning av en anlaggning for tillverkning av trapellets. Anlaggningen innefattar foretradesvis minst, en spantork, en hammarkvarn, en doseringsutrustning for tillsats, en mixerutrustning, en fuktjusteringsanordning, en doserskruv till pelletspress, en pelletspress, och en pelletskyl och kannetecknas av att provtagning sker pa slutprodukten/trapelletsen, och att provtagning, kontrollmatning av provet avseende fOrdefinierade parametrar, utvardering av provresultatet, avhangigt provresultatet eventuell justering av darvid lamplig styrparameter, sker enligt forbestamd frekvens och helt automatiserat under drift av anlaggningen, for styrning av kvalitetsnivan pa trapelletsen.

Description

1 Metod for 8vervakning, provtagning och styrning av trapelletstillverkning Uppfinningens omrade FOreliggande uppfinning avser en metod for overvakning, provning och styrning av en anlaggning for tillverkning av trapellets, vilken anlaggning fOretradesvis innefattar styrbara enheter sa som exempelvis spantork, doseringsutrustning for tillsats/tillsatser foretradesvis starkelse, mixerutrustning, fuktjusteringsanordning, doserskruv eller liknande fOr matning av ravara till minst en darpa fOljande pelletspress, pelletskyl samt pelletssikt. Vidare innefattar anlaggningen en provtagnings- och matenhet efter pelletskylen, vilken mbjliggor provtagning och matning av slutprodukten, det viii saga den fardiga trapelletsen.

Uppfinningens bakgrund I och med utvecklingen inom energisektorn och miljosektorn har behovet av trapellets Okat. lnte minst pa privatsidan genom installation av pelletsbrannare for uppvarmning av bostader och tappvatten, har utvecklingen gatt snabbt och behovet av att framstalla pellets av god kvalitet Okat. TrapeIlets kan indelas i sa kallad industripellets och sa kallad konsumtionspellets for privat bruk. Vid trapelletstillverkning finns olika kvalitetsstandarder att fOlja for uppfOljning och kontroll av den producerade trapelletsen. For tillverkning av bra konsumtionspellets avsedd for privatbruk finns bland annat den europeiska normen SS-EN 14961- 2:2011. Denna fOreskriver for klass Al bland annat tva viktiga gransvarden: I. Fuktkvoten i slutprodukten, det viii saga den fardiga trapelletsen, skall vara lagre an 10%. 2. Volymvikten skall vara hogre an 600 kg/m3.

Dock ar bestallarkraven i de fiesta fall hardare an sa, varvid branschen efterstravar for en bra trapellets med hog kvalitet att: I. Fuktkvoten i slutprodukten, det viii saga den fardiga trapelletsen, skall vara lagre an 8% ± 0.5%. 2. Volymvikten skall vara hogre an 630 kg/m3.

Vid de enklaste trapelletsanlaggningarna framstalls ofta pellets av lagre och inte sallan ojamn kvalitet. Vi dessa anlaggningar tas prover pa den producerade trapelletsen vilka prover skickas till ett testinstitut for verifiering av kvaliteten och darmed vantas trapelletsen inneha den testade kvaliten. Trapelletsen kan efter intrinnning av produktionen givetvis uppna en bra kvalitet och ett kvalitetsintyg kan utat sett ge sken av en bra trapellets, men eftersom kvaliten ar beroende bland annat av traravaran som matas in i anlaggningen, sá skiftar 2 kvaliten pa slutprodukten om inte noggrann Overvakning och styrning sker. Darmed finns majligheten ett en samre trapellets kan saljas som en hogre kvalitet an vad den faktiska producerade trapelletsen egentligen har for tillfallet. Vid anlaggningar som producerar trapellets med hog och jamn kvalitet maste kontinuerlig provtagning och styrning ske for att sakerstalla jamn produktionskvalitet. Det är attraktivt fOr trapelletstillverkare att kunna leverera pellets med sa kallad Svanenmarkning. Svanen är en kand svensk officiell miljomarkning med ett stort antal harda miljo-, halso- och klimatkrav. Bland annat stalls det hat* krav pa tat provtagning och dokumentation av kvaliten pa slutprodukten — den fardiga trapelletsen.

Vid dagens trapelletsfabriker styrs anlaggningen sa att saga "framifran", det vill saga att kontroll och Overvakning sker av traravaran - spanmaterialet - avseende raft fukthalt exempelvis vid inloppet till trapelletspressen. Matmetoden som anvands for detta avseende är idag oftast med fuktsensorer med kapacitiv matning, vilken i och for sig kan ske kontinuerligt under drift, men nackdelen är att man maste stalla om sensorerna beroende pa vilken typ av ravara som ska matas — span eller flis — varvid en bedomning av vilket driftsfall som ska koras sker, det vill saga styrning "framifran". Dessutom styrs inblandning av starkelse eller liknande beroende traravaran in i anlaggningen, samt inmatningen till sjalva pelletspressen. Vidare tas med jamna mellanrum prover manuellt pa den fardigproducerade trapelletsen avseende fukthalt och volymvikt . Detta sker genom att en viss mangd trapellets tas ut och mals i en kvarn, varefter fukthalten mats genom en teknik som kallas NIR, vilken mater framst ytfukten, och matningen sker med ett manuellt matinstrument. Dessa varden dokumenteras och med detta underlag vidtar operatoren de justeringar som han eller hon anser behovs i de olika processtegen i produktionslinjen, for att slutprodukten sa smaningom ska halla en kvalitetsniva som overstiger uppstallda gransvarden pa volymvikt och fukthalt.

Hur forandringen av styrparametrarna paverkat slutresultatet syns fOrst vid nasta manuella provtagning och utvardering, i absolut basta fall efter nagon timma, varefter ny justering eventuellt gars. Detta fOrfarande ar tids- och resurskravande och kraver hog kompetens hos operatoren. Da ett arbetslag pa en storre anlaggning exempelvis kan besta av 3-4 personer och driften fort* dygnet runt i treskift innebar det ett stort antal operatOrer som maste ha hog och jamn kompetens for att erhalla en Orrin kvalitet pa slutprodukten. Sarskilt som provtagningsfrekvensen enligt hogt stallda kvalitetskrav sker cirka en gang per timme blir arbetsbelastningen hog, och daft finns inte alltid ekonomi i att ha sa tat provtagning som kravs med tanke pa personalkostnader mm, for att erhalla en hog kvalitet exempelvis enligt Svanen. Dessutom kan kvaliteten anda variera beroende pa personalens beclOmningar och kompetens, samt att traravaran in i anlaggningen i regel varierar, vilket da hela tiden maste tas hansyn till av driftpersonalen. Traravaran spelar en stor roll for slutresultatet — furu eller 3 gran, farsk eller gammal span, farsk eller gammal massaved osv - varfor det inte alltid är latt att fatta ratt beslut baserat pa indata samt manuell utvardering av provet da och da. Vidare finns det toleranser exempelvis hos torkarna, vilket gOr att spanravarans fukthalt fortlapande kan variera om temperaturen i torken varierar. Alltsa kan kvaliteten pa trapelletsen variera under delar av produktionsdygnet.

Redogorelse f6r uppfinningen Med den nu foreliggande uppfinningen uppnas syftet att losa ovanstaende beskrivna problem, samt dessutom fora tekniken framat inom omradet. Den nya nu foreliggande metoden avser bade att effektivisera driften men framfOrallt sakerstalla en hog och jamn kvalitet pa trapelletsen genom att provtagning och analys sker pa slutprodukten, det viii saga trapelletsen. Vidare att provtagning, kontrollmatning av provet avseende fordefinierade parametrar, utvarderingen av provresultatet, och - avhangigt provresultatet - eventuell justering av lampliga styrparametrar, sker i det narmaste kontinuerligt enligt en forbestamd frekvens och dessutom helt automatiserat under drift av anlaggningen, for att uppna onskad kvalitetsniva pa trapelletsen. Da kontrollen av slutprodukten sker sa att saga "online" och resultatet kontinuerligt utvarderas gentemot fOrdefinierade bOrvarden fOr just den kvaliten som Onskas, justeras lampliga styrparametrar i princip omgaende, och optimeringen pagar darmed kontinuerligt utan langa tider mellan atgarderna, som i aldre losningar. Vidare blir processen inte beroende av individuell kompetens hos operatOren utan processen foljer forprogrammerade rutiner for justering av styrparametrarna i de steg som är utprovat lampliga for olika scenarion. Pa sa satt erhalls inga langa perioder med samre trapelletskvalitet och de hagsta kvalitetskraven uppnas darmed, vilket de idag forekommande anlaggningarna for trapelletstillverkning inte klarar, bland annat pa grund av den manuella hanteringen. Den manuella Overvakningen och styrningen enligt dagens teknik gar dessutom att driftskostnaderna blir betydligt hogre an att anvanda metoden enligt den nu foreliggande uppfinningen.

Da anvandningsomradet fOr trapelletsen kan variera (industrianvandning/privat osv.) samt att bestallare av trapellets kan ha olika hoga krav pa kvaliteten, kan, enligt en foredragen utforingsform av metoden, borvardena for respektive kontrollparameter justeras sá aft slutprodukten styrs med hjalp av de tata kontrollerna och justering av styrparameter/parametrar mot det valda borvardet och far den kvalitet pa trapelletsen som Onskas for innevarande produktionsorder — kvaliteten blir styrbar och valbar genom justerbar borvardesinstallning fOr kontrollparametrarna. Vidare fordelar med justerbara borvarden är da, som tidigare namnts da kvaliten/sammansattningen av ravaran i form av span in i anlaggningen varierar, blir borvardena aven justerbara utifran dessa data. Alternativt justeras 4 ju bOrvardena baserat pa matning av slutprodukten som ovan namnts, eller en kombination av indata och utdata.

Beroende pa vald kvalitetsniva pa slutprodukten och styrt av den standard som bestammer hur ofta provtagning och dokumentering ska ske av den fardiga trapelletsen, är provtagningsfrekvensen, enligt en fOredragen utforingsform av den nya metoden, styrbar, genom att tiden mellan provtagningarna kan andras. lnom ramen for uppfinningstanken ar denna tid fritt valbar och optimeras utifran vad som är praktiskt mojligt i processen och beroende pa tiden som det tar att stalla om en eller flera styrparametrar och fa ett genomslag i processen. Vid dagens anlaggningar med manuell provtagning, dokumentation och parameterstyrning, begransas provtagningsfrekvensen starkt av kostnadsaspekten samt tidsatgangen, och sker i basta fall 1 gang per tinnme, vid den hOgsta kvaliten pa trapelletsen. I en anlaggning med styrning enligt den nu foreliggande metoden är det inga problem att ha sá tata provtagningsintervall som 15 minuter.

Enligt en foredragen utforingsform av uppfinningen anvands en for trapelletsbranschen fly typ av sensor med mikrovagsteknik, vilken gor det mojligt att, i princip kontinuerligt, mata fuktinnehallet i fardigproducerad trapellets. Aldre typer av sensorer for kontinuerlig matning mater med kapacitiv teknik, vilket ornojliggor saker matning av fuktinnehallet i fardig trapellets, eftersom kapacitansen är beroende av volymvikten. Som ovan beskrivits har man hittills tagit ut ett prov av fardig trapellets, malt pelletsen i en kvarn och analyserat provet med sá kallad NIR-metod. De instrument som idag anvands for detta andarnal är vanligen handhallna instrument som är mycket dyra i inkop. Genom att anvanda mikrovagsdetektorer vid kontrollen av den fardiga produkten erhalls ett kostnadseffektivt, driftsakert och Overvakningsbart satt att insamla data fran produktionsflOdet, utan inblandning av manuella insatser, och styra kvaliten utifran slutprodukten, sa att saga styra "bakifran".

Vid matning av volymvikten — tas enligt dagens teknik ett manuellt pray, genom att man tappar upp 3 liter pellets och vager denna pa en vag. Enligt en fOredragen utfOringsform av den nu foreliggande metoden fylls en provcylinder automatiskt med trapellets fran processen, vid initiering av provtagning. Denna provtagningscylinder är upphangd i vagceller/matceller vilka registrerar vikten av provet och skickar en utsignal avhangigt denna vikt, och vilken utsignal registreras och behandlas darefter, exempelvis justering av styrparameter for doseringsskruv till pelletspress eller annan styrparameter. Genom att aven denna del av provtagningen sker pa slutprodukten och dessutom automatiskt, blir processen inte operatorsberoende, till skillnad frail aldre losningar.

Enligt en faredragen utforingsform av metoden sker kontrollmatningen av fukthalten i den fardiga trapelletsen i samband med kontrollmatningen av volymvikten. Detta sker automatiskt genom att provtagning initieras, varvid provcylindern fylls automatiskt enligt ovanstaende beskrivning av matning av volymvikt. Det prov som tas ut via provcylindern analyseras ocksa avseende fukthalt, med hjalp av mikrovagsdetektorn. Genom att kombinera fuktmatningen med volymmatningen, vilken är automatisk, blir saledes aven fuktmatningen automatisk, och dessutom representativ genom att matningen hela tiden Ors pa samma mangd trapellets, det viii saga 3 liter/prov. Automatisk fuktmatning pa fardig trapellets finns inte i dagens anlbggningar utan endast automatisk fuktmatning av spanravaran.

Den automatiska provtagningen med hjalp av provcylindern enligt ovan mOjliggor vidare att samma prov analyseras avseende temperatur, vilket sker enligt en foredragen utfOringsform av rnetoden. Temperaturen mats med en temperatursensor anordnad vid provcylindern och en automatisk och representativ matning och analys av temperaturen pa trapelletsen i detta processteg erhalls darmed.

Enligt ytterligare en fOredragen utforingsform anvands for tillverkningsprocessen ett datorprogram, vilket är utformat speciellt fOr den nya metoden. Datorprogrammet styr provtagningsfrekvens, provtagning, kontrollmatningsorder till sensorerna avseende matning av fuktinnehall, vikt, temperatur, insamling av provresultat, analys av resultaten, jamforelse mot programmerade bOrvarden for kontrollparametrar avseende fuktinnehall, vikt och temperatur samt vid behov justering av styrparametrar for uppnaende av onskad kvalitet. Exempel pa styrparametrar som paverkar processen är fOretradesvis andring av fuktinnehallet pa spanravaran vid bandtork, styrning av doserskruv (oka/minska) for inblandning av starkelse i spanet, andra fuktinnehallet i spanet vid en mixer anordnad efter starkelseinblandningsanordningen, andra materialflodet till pelletspressen genom en doseringsskruv fOr spanet till pressen samt paverka rotationshastighet pa pelletspressen for bestamning av seghet och hardhet pa den fardiga pelletsen. ldag finns inget komplett system som innefattar helhetsgreppet om denna process inklusive utvardering av fardigproducerad 30 slutprodukt.

Enligt ytterligare en foredragen utfOringsform av metoden är hela processen fjarrstyrbar via datorprogrammet, varfOr exempelvis en kranfOrare som skoter inlastning av traravara, eller en driftsansvarig, pa plats eller pa avstand, far fortlopande information om processen av valbar grad. Det är exempelvis "online-driftsdata" och kvalitetsinformation om slutprodukten, larrn o.s.v. Manga kommuner bygger idag kraftvarmeverk av olika slag vilka kopplas till ett fjarrvarmenat. Ett vanligt "problem" ar cla att man sommartid inte har tillrackligt last, varfOr det 6 är fOrdelaktigt att anvanda overskottsvarme exempelvis for torkning av traspan till en trapelletsanlaggning. Genom fjarrstyrningen blir man inte beroende av den fysiska platsen fOr sjalva anlaggningen, vilket hittills varit fallet. Vidare br man inte heller beroende av att driftspersonalen finns pa plats fOr provtagning, styrning och Overvakning. Som tidigare narnnts är man enligt dagens teknik beroende av att driftspersonal finns pa plats dygnet runt, for overvakning, justering och styrning.

Enligt en foredragen utfOringsform sker dokumentationen av provningsresultatet och utvarderingen av trapelletskvaliteten automatiskt och kontinuerligt for att pa sa vis uppria den hOgsta kvalitetsstandarden fOr trapelletsen. I och med att hela provtagnings-, kontroll-, och styrprocessen är automatisk blir det ocksa mojligt att logga onskvard data i den grad som kravs for just den pelletskvalitet som fOr narvarande produceras i anlaggningen. Darmed blir tillverkad trapellets bade dokumenterad med ratt kvalitet och darmed kvalitetssakrad samt dessutom sparbar.

Genom uppfinningen har ett antal fordelar gentemot kanda losningar erhallits: Styrning baserat pa slutprodukten — den fardiga trapelletsen.

Fullt automatiserad anlaggning.

Direkt justering av pelletskvaliten vid behov.

Tat provtagning ej kostsam.

Pelletskvaliteten ej operatorsberoende.

Styrbar kvalitet genom styrbara kontrollbOrvarden.

Datorstyrning mojliggor lagring av driftsdata pa vilken styrningen bygger. MOjliggOr dessutom fjarrdrift.

Kort beskrivning av figur 1 Foreliggande uppfinning forklaras medelst ett ej begransande exempel med hanvisning till bifogad ritning, vilken visar ett blockschema Over tillverkningsprocessen och metoden for dess overvakning, provning och styrning . Ingaende komponenter framgar inte i detalj utan kan variera beroende pa anlaggningens karaktar och omfattning. Uppfinningen for teknikens standpunkt pa omradet vidare i olika hanseenden. Detta farverkligas i foreliggande uppf inning genom att en metod av det nedan beskrivna slaget vilken i huvudsak ar sa beskaffad, som framgar i den kannetecknande delen av patentkravet 1.

Detaljerad beskrivning Fig. 1 visar en principiell bild Over anlaggningens viktigaste delar i form av ett blockschema. En anlaggning fOr tillverkning av trapellets kan variera mycket i form av storlek och ingaende 7 delar och processer. Bland annat finns det olika lager, mellanlager, atervinningsanordningar for spanspill och damm fOr aterfOring in i processen eller tillverkning av andra traprodukter, brandskyddsanordningar osv. Alit sadant har i figur 1 utelamnats for att endast ta med de viktigaste delarna for beskrivning av metoden enligt uppfinningen. Ravaran i form av traspan kan variera mycket bade avseende vilka traslag (massaved) som kommer in i anlaggningen samt att det kan vara atervunnet tramaterial som gar in som ramaterial. Traslagen innehaller olika mycket lignin och fukt och givetvis kan atervunnet material ocksa variera avseende fuktinnehall.

Spanravaran anlander fOrst till en tork, fOretradesvis en bandtork, dar mycket av fukten i materialet tas bort. Som tidigare angivits är malet for fardig pellets mellan 8-10% fukthalt. Torken styrs med temperatur, och fukten i spanmaterialet mats i regel kontinuerligt med kapacitiva sensorer. Vid torken tillsatts vid behov aven fukt. Fran torken matas spanet vidare till en sa kallad hammarkvarn, dar spanet finfordelas ytterligare jamfort med det som tidigare benamnts spanravara och detta for att vara i lamplig storlek for pelletspressen. Fran Hammarkvarnen gar spanet vidare i riktning mot en mixer, och passerar innan mixern en doseringsanordning for tillsatser. Doseringsanordningen utgOrs har av en sa kallad doserskruv. NormaIt innehaller ravaran lignin men detta varierar beroende av traslag, grad av atervunnet material osv., sa tillsatsmedel i form av starkelse kan behOvas fOr att erhalla en bra slutprodukt. I den darpa fOljande mixern blandas sedan spanet med tillsatsen och i mixern ar det aven mojligt att justera fukthalten i spanet vid behov. Darefter matas spanet vanligen vidare till ett mellanlager eller buffert fran vilket spanet via en styrbar doserskruv matas till sjalva pelletspressen. Genom att andra matningshastigheten av span till pelletspressen paverkas egenskaperna pa pelletsen. Dessutom är det mojligt att styra rotationshastigheten pa pelletspressen for ytterligare intrimning av egenskaperna. Den fardiga trapelletsen gar nu vidare till en pelletskyl for nedkylning och efter pelletskylen siktas slutprodukten i en pelletssikt dar Overblivet span och damm tas omhand och aterfors in i anlaggningen. Efter pelletssikten sker provtagningen enligt metoden automatiskt, efter initiering av provtagning fran datorprogrammet, varvid en provcylinder automatiskt fylls med trapellets. Provet analyseras avseende fukthalt med hjalp av en eller flera mikrovagssensorer, avseende temperatur med hjalp av temperatursensor och dessutom avseende volymvikt, genom att provcylindern är anordnad vid en matcell for matning av provets volymvikt. I figuren visas inte dessa detaljer utan omnamns endast generellt med "prov", "provtagning / matning" samt "matning". Matvardena behandlas i det specialdesignade dataprogrammet och jamfors mot uppstallda kvalitetskriterier/kontrollparametrar, och baserat pa erfarenhet fran intrimning och tidigare produktionshistorik, skickas styrsignaler for de styrparametrar som anvands enligt 8 forutbestamda styralgoritmer for respektive driftfall och fOr respektive Onskad kvalitet. Som synes i figuren genom de streckade linjerna, ar det mOjligt att paverka torktemperaturen, fuktinnehallet i spanet vid torken, doseringen av tillsatser, fukttillsats i mixer, doserskruvens matning av material till pelletspressen, samt pelletspressens rotationshastighet. Givetvis begransas inte uppfinningstanken enbart till ovanstaende styrparametrar utan aven andra delar av anlaggningen kan mycket val vara styrbara. Det viktiga är att provtagningen sker pa slutprodukten och att provtagning, kontrollmatning och justering av styrparametrar sker automatiskt och med tata intervall utan beroende av den enskilde operatorens kompetens och beslut i det enskilda tillfallet for beslut baserat pa ett manuellt prov. Genom att ingaende provnings- och matkomponenter tagits fram for automatisk drift och kvalitetssakrad pellets har ett tekniksprang tagits inom trapelletstillverkning.

Claims (10)

9 PATENTKRAV

1. Metod for Overvakning, provning och styrning av en anlaggning for tillverkning av trapellets, vilken anlaggning foretradesvis innefattar minst, en spantork, en hammarkvarn, en doseringsutrustning for tillsats, en mixerutrustning, en fuktjusteringsanordning, en doserskruv till pelletspress, en pelletspress, och en pelletskyl, kannetecknad av att provtagning sker pa slutprodukten/trapelletsen, och att provtagning, kontrollmatning av provet avseende fordefinierade kontrollparametrar, utvardering av provresultatet, avhangigt provresultatet eventuell justering av darvid lamplig styrparameter, sker enligt forbestamd frekvens och helt automatiserat under drift av anlaggningen, fOr styrning av kvalitetsnivan pa trapelletsen.

2. Metod enligt patentkrav 1, kannetecknad av att ett bOrvarde for respektive kontrollparameter, ar justerbart, for styrning av kvaliten pa trapelletsen.

3. Metod enligt patentkrav 1 eller 2, kannetecknad av att provtagningsfrekvensen är justerbar.

4. Metod enligt nagot av ovanstaende patentkrav, kannetecknat av att kontrollmatningen av fukthalten i slutprodukten sker med hjalp av minst en mikrovagsdetektor.

5. Metod enligt nagot av ovanstaende patentkrav, kannetecknat av att kontrollmatningen av slutproduktens volymvikt sker med hjalp av minst en provcylinder, vilken fylls automatiskt med trapellets vid initiering av provtagning, och vilken provcylinder ar anordnad vid atminstone en matcell, vilken levererar en utsignal avhangig provvikten.

6. Metod enligt patentkraven 4 och 5, kannetecknat av att kontrollmatningen av fukthalten sker i samband med kontrollmatningen av volymvikten, vid provtagningen med provcylindern.

7. Metod enligt patentkrav 5, kannetecknat av att kontrollmatning av slutproduktens temperatur, med hjalp av en temperatursensor, sker i samband med kontrollmatningen av volymvikten, vid provtagningen med provcylindern.

8. Metod enligt nagot av ovanstaende patentkrav, kannetecknat av att overvakning, provtagning, kontrollmatning samt justering av styrparametrar sker med hjalp av ett datorprogram.

9. Metod enligt patentkrav 8, kannetecknat av att datorprogrammet fjarrstyrs.

10. Metod enligt nagot av ovanstaende patentkrav, kannetecknat av att dokumentation av pelletskvaliten sker automatiskt i samband med kontrollmatningen, for sakerstallning av att den producerade trapelletsen innehar den onskvarda kvaliten. 1 Spanlager 1