Kartonkikoneen kuivatusosan ilmastoinnin optimointi ja lämmöntalteenoton tehostaminen

Abstract

Kartonkikoneella suurin osa käytetystä energiasta kuluu kuivatusosalla kosteuden haihduttamiseen kartongista. Tutkittavalla koneella kartonkirata kiertää höyrylämmitteisten kuivatussylintereiden ympäri ja kosteutta sidotaan pääasiassa sylintereiden muodostamiin taskuihin syötettävään korvausilmaan. Voidaan ajatella, että kartongista haihdutettava kosteusmäärä on vakio ja ilmamäärät optimoidaan kosteuden vaatiman tarpeen mukaan. Korvausilma ja huuvaan vuotava ilma vaativat lämmitystä ja siksi ylimääräinen osuus halutaan minimoida. Suuremmat ilmamäärät myös laskevat poistoilmojen kosteuspitoisuutta, jolloin lämmöntalteenoton tehokkuus heikkenee.

Työtä aloitettaessa oli tiedossa, että ilmastointia ohjataan käsin säädettynä, sillä automaattisäätö ei toimi. Aikaisemmin ilmanpoisto on ollut täydellä teholla, mikä heikentää energiatehokkuutta. Tavoitteena oli saada huuvan ilmastointi toimimaan automaattisäädöllä, jolloin sen pitäisi toimia huuvan sisällä vaihtelevissa kuivatusolosuhteissa optimoituna. Ollessaan automaattisäädöllä ilmastointi ohjaa ilmanpoistoa kosteuden mukaan toimivaksi. Näin saadaan ilmamäärät mahdollisimman pieniksi, jolloin korvausilmojen lämmitystarve vähenee ja kosteuspitoisuus saadaan mahdollisimman korkeaksi lämmöntalteenottoa varten. Kosteus ei saa myöskään liikaa nousta, jotta haittavaikutuksilta vältytään.

Työn tavoitteet täytettiin osittain. Ohjelmaa kehitettiin, jotta ilmastointi saatiin toimimaan paremmin automaattisäädöllä. Työn lopussa todettiin, että se pysyy säädöllä pidempäänkin. Kuitenkin muutosten vaikutusta energiatehokkuuden ja säästöjen osalta on haastavaa, sillä tarkastelujakso jäi lyhyeksi. Osalla kartonkilajeista ilmastointi voi esimerkiksi vaatia entisten ajomallien mukaisen poistoilmakapasiteetin täydellisen hyödyntämisen, kun taas toisella lajilla on säästöä havaittavissa. Myös monet muutoksista ovat pieniä, jolloin täytyy arvioida, onko muutosta oikeasti tapahtunut vai onko kyseessä normaali vaihtelu.

At a board machine, most of the energy used is consumed in the drying section, where the moisture is evaporated from the board. In the studied machine, the web passes around the steam-heated drying cylinders and the evaporated moisture is mostly removed by absorbing it to supply air which is fed into pockets between the cylinders. The amount of moisture to be evaporated from the web can be considered as a constant and the air volumes should be optimized accordingly. Any excess supply air and leakage air increase the amount of the air that requires additional heating. At the same time, higher exhaust air volumes lower the exhaust air humidity which reduces heat recovery efficiency.

At the beginning of this master’s thesis, the hood ventilation was manually controlled because the automatic control was not working properly. Previously, the exhaust air had been operated at full capacity, reducing the energy efficiency. The aim was to repair the automatic control program. Then, the ventilation could adapt to changing drying conditions inside the hood and keep the exhaust air flows as low as possible without allowing the humidity to rise too high, increasing the risk for undesirable effects like condensation.

The objectives were partially achieved. The control program was developed and had been operating properly for a longer period in the end of the work. However, evaluating the effects on energy efficiency and cost savings is difficult, because the observation period remained a bit too short. In some board grades, full exhaust air capacity may still be needed to remove enough moisture, and the impact is negligible. Also, some savings have already been observable in another grade. Additionally, many of the changes are small, so it must be evaluated if the changes in energy consumption are actual or just a normal variation.