Paperikone 1:n huuvan optimointi

Abstract

Paperikoneella paperirata kuivataan mekaanisella puristuksella ja haihduttamalla. Haihdutukseen tarvittava lämpö välitetään paperiradalle paperin molemmille puolille: paperin alapintaan johtumalla höyryn tuomaa energiaa kuivaussylinterin lävitse ja paperin yläpintaan kuuman ilman muodossa. Mäntän tehtaalla on havaittu, että heidän paperikoneellaan ajoarvot ovat sellaiset, että poistoilman määrä on paljon suurempi kuin saapuvan palamisilman. Epätasapainon johdosta sali-ilmaa imetään poistoilmakanaviin, mikä taas laskee poistoilman lämpötilaa. Suuri osa poistoilmasta palautetaan takaisin polttimille, joten poistoilman tulee olla mahdollisimman kuumaa energiatehokkuuden näkökulmasta. Tämän työn tarkoituksena on selvittää puhaltimien ajoarvot valituille paperilaaduille siten, että huuvan paineisuus on optimaalinen. Lisäksi työn tavoitteena oli luoda optimointityökalu, jolla voidaan optimoida myös muut paperilajit. Työssä perehdyttiin aineen- ja lämmönsiirron teoriaa kirjallisuuskatsauksella vaaditussa laajuudessa. Nykyiset ajoarvot selvitettiin mittaamalla ja laskemalla saaduista mittaustuloksista. Kirjallisuus selvityksessä saatujen rajoitusten avulla pystyttiin mittauksista löytämään erinäisiä virheitä kiinteissä antureissa ja huuvan ohjaimissa. Lisäksi kirjallisuus selvityksen perusteella pystyttiin osittain selittämään energiahäviöitä prosessissa. Mittaustulosten perusteella laadittujen ajoarvojen avulla saatiin paperikoneen puhaltimille ajoarvot, joilla huuva on tasapainossa. Tällöin ylimääräistä ilmaa ei kulkeutunut poistoilmakanavaan sali-ilmasta, eikä kuuma ilma päässyt karkaamaan sali-ilmaan. Uusilla ajoarvoilla energian kulutusta polttimilla pystyttiin vähentämään 11 %. Optimoinnin jatkokehityksenä huomattiin, että optimointi voidaan jatkossa suorittaa automaattisesti, mikäli koneelle lisätään virtaus- ja lämpötila-anturi palamis- ja poistoilmakanavaan. Näiden lisäksi on otettava huomioon tuotannossa olevan paperin neliöpaino, jotta voidaan estimoida syntyvän vesihöyryn määrä. Asetettuun tutkimuskysymykseen: onko mahdollista löytää puhaltimielle tuotekohtaiset ajoarvot siten, että huuva on tasapainossa, vastattiin onnistuneesti. Valituille paperilaaduille saatiin selvitettyä puhaltimien optimaaliset ajoarvot. Lisäksi työn ohessa on luotu optimointi Excel-tiedostolla, jolla voidaan kokeellisesti optimoida myös muut paperilaadut. Optimointityökalun lisäksi havaittiin potentiaalinen mahdollisuus automaattiseen optimointiin mittariston avulla.