DUNSTHAUBE FÜR EINE PAPIER- UND/ODER KARTONMASCHINE
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Dunsthaube für eine Papier- und/oder Kartonmaschine.
Papier- oder Kartonmaschinen weisen Trockenpartien auf, in denen die nasse Papier- oder Kartonbahn durch Zufuhr von Konvektionswärme oder Strahlungswärme üblicherweise mittels einer Zylindertrocknung getrocknet wird. Zum Abführen der hohen Feuchtigkeitsmengen oder Feuchtbeladungen der Luft, die mitunter über 200 g pro kg trockene Luft liegen können, sind effiziente Luftsysteme zur Erhöhung der Prozesssicherheit und zur optimalen Unterstützung des Trocknungsprozesses im Einsatz. Über die Trockenpartie der Papier- oder Kartonmaschine wird eine Dunsthaube angeordnet und dadurch dieser Bereich eingehaust. Über die Dunsthaube und ein zugeordnetes Ventilationssystem wird die feuchte Luft abgeführt und fortlaufend durch neu zugeführte trocknere Luft ersetzt.
Bei einer aus der Praxis bekannten Dunsthaube der Firme Wiessner GmbH, Bayreuth, sind die Haubenteile in Aluminium oder auch Edelstahl ausgeführt und werden auf einer stabilen, verzinkten Stahlkonstruktion mit einem Dichtungssystem verschraubt sowie mit formstabiler Mineralwolle isoliert. An einer Führerseite sind Hubtore mit Fensterband vorgesehen. Ferner kann eine Taupunkt-Regelung und auch eine Wärmerückgewinnung aus der Haubenabluft vorgesehen sein.
Bei solchen Dunsthauben für Papier- oder Kartonmaschinen ist der Energieverbrauch oder Primärwärmeverbrauch der Trockenpartie der Papiermaschine wichtig, der bei höherem Feuchtigkeitsgehalt der Abluft geringer ist. Bei höherem Feuchtigkeitsgehalt in der Dunsthaube fällt aber das Problem des Niederschlags oder der Kondensation von Wasserdampf an der Innenseite des Gehäuses der Dunsthaube zunehmend ins Gewicht, das insbesondere
dann auftritt, wenn die Temperatur an der inneren Oberfläche des Gehäuses niedriger ist als der Taupunkt oder die Kondensationstemperatur der Luft mit der jeweiligen Feuchtebeladung. Dieses Kondensationsproblem ist sehr nachteilig und führt vor allem durch auf die Papier- oder Kartonbahn fallen- de Wassertropfen zu einer Beschädigung oder einem Reißen der Papier- oder Kartonbahn und dadurch zu erheblichen Ausfällen. Ferner führt die Kondensation auch zu einer Korrosion an der Dunsthaube.
Das Problem der Kondensation tritt verstärkt an Kältebrücken im Bereich der Wandung oder Innenfläche des Gehäuses der Dunsthaube auf, beispielsweise an Querversteifungselementen an den Panelen aus Metall oder an den Fenstern und Toren der Dunsthaube.
Die Temperatur in der Trocknungspartie beträgt typischerweise um 100 °C bis 120 0C. Aufgrund der vergleichsweise hohen Temperaturen im Innenraum der Dunsthaube werden zumindest an der Innenfläche des Haubengehäuses derzeit Metalle wie Aluminium oder Edelstahl eingesetzt und keine Kunststoffe oder andere wärmeisolierenden Materialien.
Die Feuchtebeladung der Abluft ist abhängig von dem Taupunkt der Luft. Beispielsweise kann bei einem Taupunkt von 60 0C eine Feuchtebeladung von 160 g/kg trockene Luft abgeführt werden um bei einem Taupunkt von 72 0C eine Feuchtebeladung von 400 g/kg trockene Luft. Bei einer modernen Papiermaschine können bis typischerweise 1 Mio. m3/h Abluft über die Dunsthaube abgeführt werden und etwa 100.000 kg Wasser/h.
Es wäre deshalb ein großer Vorteil, wenn der Taupunkt in der Dunsthaube angehoben werden könnte, ohne lokale Auskondensation von Kondensat und die damit verbundenen Probleme in Kauf nehmen zu müssen. Es könnte dann mit einer geringeren Luftmenge eine größere Feuchtemenge abgeführt werden.
Aus DE 33 36 998 C2 ist ein Verfahren zur Ventilation in Trockenpartien mit geschlossenem Gehäuse von Papiermaschinen bekannt, bei dem aus naheliegenden Seitenräumen des Gehäuses der Dunsthaube heiße und feuchte Luft ausgeblasen wird, wodurch ermöglicht wird, den Feuchtigkeitsgehalt und das Temperaturniveau im Bereich der Laufgänge des Gehäuses zu steigern und dadurch das übermäßige Trocknen der Papierbahnränder und den Wärmeverlust an den Enden der Trocknungszylinder zu verringern und somit die Wärmeausdunstung der Trockenpartie zu verbessern. Die Luft strömt durch Düsen nach unten oder schräg nach unten aus Luftkanälen im Gehäuse aus. Dadurch bewegt sich die Luft in der Umgebung der Seitenwände und die Oberflächentemperatur der Innenwände des Gehäuses nimmt zu, wodurch die Gefahr der Kondensation vermindert ist. Die ausgeblasene Luft kann entweder Luft aus dem Inneren des Gehäuses sein, oder teilweise Luft aus dem Gehäuse und teilweise trockene Austauschluft.
Dadurch werde laut DE 33 36 998 C2 auch Kondensation verhindert, wenn die Feuchtigkeit der Abluft des Gehäuses in Größenordnungen bis zu 200g/kg trockener Luft liege. In DE 33 36 998 C2 wird beschrieben, dass eine Kondensation bei hoher Feuchtebeladung von 200 g/kg trockener Luft nicht mehr durch zunehmende Dicke der Gehäusewandisolierung vermieden werden könne und dies auf häufig hohe lokale Luftfeuchtigkeiten oder niedere Oberflächentemperaturen zurückzuführen sei, die an Wärmebrücken oder undichten Stellen aufträten, insbesondere an Türen und Fenstern des Gehäuses. Eine Beseitigung von Wärmebrücken und Verluststellen würde eine solche teure Lösung erfordern, dass dies in der Praxis nicht ausgeführt werden könne. Bei DE 33 36 998 C2 ist eine Wärmeisolierungswand des Gehäuses der Dunsthaube vorgesehen mit an beiden Seiten jeweils einem ungefähr 1 mm dicken Aluminiumblech und innen einer Wärmeisolierung von 100 mm Mineralwolle. Dieser verschalte Aufbau habe einen Wärmewider- stand von 0,833 m2 °C/Watt, Wärmebrücken mit eingeschlossen. Für die
Fenster werden Isolierglasfenster verwendet mit 23 mm dicken Isolierungsplatten und einem 15 mm breiten Luftspalt.
Aus DE 699 14 920 T2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung einer beschichteten Papier- oder Kartonbahn bekannt.
DE 39 25 595 A 1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mes- sung des Taupunktes von Gasen, insbesondere der Abgasluft einer Trocknungshaube einer Papiermaschine. Dabei wird das Prozessgas zum Taupunkt mit Hilfe eines kalten Gases heruntergekühlt und dann der Taupunkt aufgrund von Licht, das von dem entstandenen Nebel gestreut wird, bestimmt. Ferner werden in DE 39 25 595 Λ 1 zur Messung des Taupunktes als Stand der Technik sogenannte „Kühlspiegel"-Detektoren, die optisch eine sich niederschlagende Feuchtigkeit auf einer spiegelpolierten Ebene messen oder Taupunktsensoren, die auf der Änderung der Kapazität oder des Widerstandes beruhen, beschrieben sowie auch indirekte Messungen des Taupunktes durch Absorption in UV- oder IR-Spektren oder von Mikrowellen oder auch ein Verfahren unter Verwendung akustischer Emissionen.
Aus DD 249 954 A 1 ist ein Verfahren zur Reduzierung des Energieverbrauchs bei einer geschlossenen Trocknungsanlage einer Papiermaschine durch Taupunktregelung offenbart. Unabhängig von unterschiedlichen Au- ßenluftzuständen und einem auf der Papiermaschine befahrenen Sortenprogramm wird ein versuchsweise ermittelter anlagenspezifischer optimaler Abluftzustand mit möglichst hohem Taupunkt durch Regelung der Trägerluftmenge erzielt, wobei die Temperatur der eingebrachten Luft konstant gehalten wird und die Trägerluftmenge für den Wasserdampftransport durch Ver- ringerung der Zu- und Abluftmenge reduziert wird. Durch einen Abluftfeuchtesensor, der im Abluftkanal zwischen einem Auslass der Dunsthaube und einem drehzahlregelbaren Abluftventilator angeordnet ist, wird die absolute Feuchte der Haubenluft gemessen und durch Vergleich mit einem Abluftfeuchtesollwert wird durch Änderung der Abluftmenge die Abluft- feuchte auf den Sollwert geregelt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Dunsthaube für eine Papier- und/oder Kartonmaschine anzugeben, bei der das Problem der Kon-
densation zumindest teilweise verringert wird und/oder bei der der Betriebstaupunkt erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des An- Spruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Dunsthaube ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, an der Innenfläche des Gehäuses der Dunsthaube eine Kondensationssensoranordnung oder ein Kondensati- onssensorsystem vorzusehen, mit der bzw. dem die innere Oberfläche der Dunsthaube auf eine mögliche oder bevorstehende Kondensationsbildung überwacht wird. Eine Tröpfchen-Bildung und somit eine mögliche negative Beeinflussung des Trockenprozesses wird somit sensorisch antizipiert oder erfasst und eine beginnende Kondensation kann frühzeitig erkannt werden und prozesstechnisch verhindert werden. Dadurch wird die Betriebsweise der Dunsthaube sicherer und kontrollierter und die Haubenabluftmengen und auch die Prozesszuluftmenge kann optimiert werden. Der (theoretische) Betriebstaupunkt der Dunsthaube der Papier- oder Kartonmaschine kann erhöht werden und vorhandene Systemreserven können auf ein sicheres Mi- nimum reduziert werden. Ferner ergibt sich dadurch eine Energieeinsparung sowohl bezogen auf die Dampfeinsparung bei der Prozessluft als auch bei der Stromeinsparung der Zuluftventilatoren und Abluftventilatoren. Mit anderen Worten kann der Wirkungsgrad der Feuchteabführung erhöht werden und bei gleicher Luftmenge mehr Feuchte abgeführt werden oder bei glei- eher Feuchteabfuhr die Luftmenge verringert werden und dadurch auch eine geringere Strömungsgeschwindigkeit und damit eine geringere Belastung der feuchten Papierbahn durch die Luftströmung erreicht werden.
Die Kondensationssensoren (oder: Kondensationsfühler) werden bevorzugt an kritischen Stellen oder Teilbereichen der Haubeninnenfläche angeordnet, an denen Kondensation am ehesten oder am wahrscheinlichsten auftritt. Insbesondere werden das Haubendach oder der über der Trockenpartie der Papiermaschine liegende Bereich des Haubengehäuses und/oder der Ein-
laufbereich der Papier- und/oder Kartonmaschine in der Dunsthaube und/oder der Auslaufbereich der Papier- und/oder Kartonmaschine in der Dunsthaube mit Kondensationssensoren versehen.
Die Kondensationssensoren können in einzelne Sektionen oder Anordnungen, insbesondere in Form von Rastern oder anderen Mustern, unterteilt oder voneinander beabstandet angeordnet werden.
Als Kondensationssensor(en) werden bevorzugt elektrische Kondensations- sensoren eingesetzt, die eine Änderung der elektrischen Kapazität oder des elektrischen Widerstandes zwischen elektrischen Leitern infolge einer Änderung der Luftfeuchtigkeit der dazwischenliegenden Luft oder eines wenigstens teilweisen Ersatzes der dazwischenliegenden Luft als Medium durch ein auskondensiertes Kondensat erfassen und als Maß für eine sich abzeichnen- de oder schon erfolgte Kondensatbildung heranziehen. Insbesondere können Foliensensoren aus einem Trägermaterial (Substrat) mit aufgesetzten Leiterbahnen, die paarweise angeordnet sind, als Kondensationssensoren verwendet. Über ein Auswertegerät wird die Änderung einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stromes zwischen bzw. in den Leiterbahnen oder die Leitfähigkeit oder Kapazität als Sensorsignal gemessen.
Die Auswertung der Sensorsignale der Kondensationssensoren ist skalierbar oder kann mit unterschiedlichen Messbereichen oder Messempfindlichkeiten erfolgen, wobei oder wodurch eine Zuordnung zu unterschiedlichen vorge- gebenen Tröpfchengrößen des Kondensats, das sich insbesondere zwischen den Leiterbahnen niederschlägt, erfolgen kann.
Alternativ können aber auch andere Kondensationssensoren vorgesehen sein, beispielsweise die in DE 39 25 595 Al beschriebenen Taupunktsenso- ren.
Die Messsignale oder Messdaten den Kondensationssensoren werden während des Betriebs der Dunsthaube einzeln für jeden Kondensationssensor
oder für Gruppen von Kondensationssensoren, insbesondere in den einzelnen Sektionen, kontinuierlich überwacht oder ausgewertet und können insbesondere visualisiert werden, beispielsweise auf einer Anzeige in Form von Zahlenwerten oder auch grafisch dargestellt werden, und/oder archiviert oder gespeichert werden. Ferner können die Sensorsignale oder Sensorwerte auch mittels einer Auswerteeinheit, insbesondere eines Computers, weiterverarbeitet werden und die Auswertungen beispielsweise über eine Schnittstelle, insbesondere eine Busschnittstelle, einem übergeordneten Prozessleit- system und zur Verfügung gestellt werden.
Kritische Zustände, bei denen vorgegebene Grenzwerte für die Tröpfchengröße oder Luftfeuchtigkeit an einer Stelle eines oder mehrerer Kondensationssensoren an der Innenfläche des Gehäuses überschritten werden (Schlechtpunkterfassung), werden als Voralarm und/oder Hauptalarm wei- tergemeldet .
Um nun eine Optimierungsfunktion zu realisieren, wird eine an sich bekannte Taupunktregelung mit einem Taupunktsensor in der Gesamtabluft oder im Abluftkanal der Dunsthaube über eine Sollwertverschiebung kaskadiert. Das bedeutet, dass der dem gewünschten Taupunkt entsprechende Sollwert der Taupunktregelung als Führungsgröße (= veränderlicher Sollwert) der Regelung des Taupunktes kontinuierlich erhöht wird durch Reduzierung der Luftmengen als Stellgrößen, bis über die Schlechtpunkterfassung der zugehörige Grenzwert für eine noch zulässige Tröpfchengröße des Kondensats überschritten wird oder der oder die Kondensationssensor(en) erste kleine Tröpfchen erkennen. An diesem Regelpunkt oder Sollwert (konstante Führungsgröße) wird das Regelsystem eingestellt oder eingependelt, wobei vorzugsweise geringe Sicherheitsreserven einstellbar sind. Der Taupunkt wird also nahe der Schlechtpunkterfassung oder der Grenzwerte der Kondensati- onssensoren gefahren. Falls sich nun im Betrieb die Kondensation an den Kondensationssensoren oder die Tröpchengröße oder die Tröpfchenbildung oder Zahl der Tröpfchen erhöht, so wird die Führungsgröße der Tau- punktregeleung wieder verringert, bis sich wieder ein unkritischer Betriebs-
zustand einstellt, also die von den Kondensationssensoren erfasste Kondensation wieder unter das maximal zulässige Maß sinkt.
Zusätzlich können an den Teilbereichen, in denen Kondensationssensoren angeordnet sind, auch Temperatursensoren vorgesehen sein, um die lokale Temperatur zu messen und ggf. aus den Signalen oder Daten der Temperatursensoren und der Kondensationssensoren Informationen über thermody- namischen Größen wie den Taupunkt zu gewinnen. Damit kann eine Temperaturkompensation der Sensorsignale der Kondensationssensoren oder deren Skalierung über die Temperaturmesswerte oder -messsignale vorgenommen werden.
Die Dunsthaube wird in einer weiteren, vorteilhaften Aus führungs form in einzelne Zonen unterteilt, beispielsweise drei Zonen in Richtung der Papier- oder Kartonbahnförderung, und die beschriebene Kondensationsüberwachung mittels der Kondensationsfühler und vorzugsweise auch die Regelung des Taupunktes abhängig von dieser Kondensationsüberwachung werden getrennt für jede der Zonen durchgeführt. Dadurch kann für jede dieser Zonen der Wirkungsgrad abhängig von der jeweiligen Feuchtebeladung in der jeweiligen Zone gezielt optimiert werden.
Ebenso kann auch die Luftströmungsverteilung in dem Innenraum oder den Zonen der Dunsthaube durch gezielte Steuerung der Luftmengen einzelner Luftzuführkanäle und/oder Luftabsaugkanäle abhängig von der Kondensati- onsüberwachung eingestellt werden.