Modelling of a board machine's heat recovery system

Abstract

Valmet is creating a digital twin for a board machine and its heat recovery system is modelled in this master’s thesis. The objective of the thesis is to create a model for the heat recovery system that can be utilized in customer application and in process designing. In addition, a preliminary design for the customer application is created. The boardmaking process, hood operation and board machine’s heat recovery system are presented based on the literature and web sources. Essential equations for heat recovery modelling are presented before explaining the structure of the created MATLAB models. The model’s accuracy is validated by comparing simulation results with previous models. As a result, the air-to-air unit model has more uncertainty than the air-to-water unit. Input parameters’ influence is researched, showing that the exhaust air humidity and the absorbing flow temperature are the most influential parameters on the recovered energy. Model accuracy is sufficient for condition monitoring and trouble-shooting, but more verification is needed for design utilization. Additional measurements must be added to the current board machines to enable the model’s validation.

Valmet on tekemässä digitaalista kaksosta koko kartonkikoneelle, ja tämän vuoksi tässä diplomityössä tehtiin malli lämmöntalteenottojärjestelmälle. Työn tavoitteena oli luoda malli, jota voidaan hyödyntää asiakassovelluksessa sekä prosessisuunnitellussa. Lisäksi työhön kuului asiakassovelluksen alustava suunnittelu. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin kartongin valmistuksen eri vaiheet sekä huuvan ja lämmöntalteenoton toiminta. Lähteinä käytettiin alan kirjallisuutta ja internetaineistoja. Lämmöntalteenoton keskeisimmät kaavat esitettiin ennen luodun MATLAB mallin toiminnan esittelyä. Mallin tarkkuutta selvitettiin vertaamalla mallin tuloksia aiempiin malleihin. Ilma-ilmakennon mallinnus todetaan epävarmemmaksi kuin ilma-vesikennon. Parametrien vaikutusta tutkittiin, ja poistoilman kosteuden ja lämpöä vastaanottavan virran lämpötilan huomataan vaikuttavan eniten talteenotettuun energiaan. Rakennetun mallin tarkkuus on riittävä, jotta sitä voidaan hyödyntää kunnon valvonnassa ja ongelmanratkaisussa, mutta lisätutkimusta tarvitaan ennen mitoituskäyttöä. Lisää mittauksia tarvitaan mallin validointia varten.