Improving chip moisture monitoring in kraft pulp cooking

Abstract

Chip moisture content plays an important role in kraft pulp cooking process control and in the quality of the final product. The amount of water entering the process together with the wood chips affects the liquor-to-wood ratio in the digester. This creates challenges in controlling the cooking process. Identifying and measuring changes in the dry matter content is therefore essential for stabilizing the liquor-to-wood ratio in the pulp cooking process.

This thesis investigates how variations in chip dry matter content can be identified with sufficient reliability and frequency. Moreover, it examines how these variations can be utilized in the control strategies of both the impregnation tower and cooking digester to improve their controllability. The used methods included literature review, mill trial, result analysis and integration of the new parameters to distributed control system. A BulkScan indicator was installed on the birch chip conveyor to enable continuous measurement of the chip volumetric flow.

Based on the results, the dry matter content showed clear seasonal variation, which affected the effective liquor-to-wood ratio. The developed on-line calculation method combined the volumetric flow data with the chip belt scale measurement to indirectly estimate the dry matter. Comparison between the laboratory reference and the calculated on-line values showed that the correction factor improved the agreement between the measurements by reducing both RMSE and bias values. Although the measurement signal contained short-term fluctuations and noise, the developed method could follow the general dry matter variation with sufficient reliability for practical mill-scale process monitoring and liquor-to-wood ratio applications.

Hakkeen kosteuden vaihtelulla on keskeinen merkitys sellun keittoprosessin hallinnan sekä lopputuotteen laadun kannalta. Hakkeen mukana prosessiin tulevan veden määrä vaikuttaa keittimen neste-puusuhteeseen, mikä aiheuttaa haasteita keittoprosessin ajettavuuteen ja hallintaan liittyen. Kuiva-ainepitoisuuden muutosten tunnistaminen ja mittaaminen on siten olennaista keittoprosessin vakauden ylläpitämiseksi.

Tässä diplomityössä selvitetään, miten hakkeen kuiva-ainepitoisuuden vaihtelu voidaan tunnistaa riittävällä luotettavuudella ja taajuudella. Lisäksi tarkastellaan, miten nämä vaihtelut voidaan hyödyntää keittimen ja imeytystornin säätöstrategioissa prosessin hallittavuuden parantamiseksi. Työssä käytettyjä menetelmiä olivat kirjallisuuskatsaus, tehdaskoeajo, tulosten analysointi sekä uusien parametrien integrointi prosessiin. Koivuhakekuljettimelle asennettiin BulkScan-indikaattori, jonka avulla hakkeen tilavuusvirtaa voitiin mitata jatkuvatoimisesti.

Kokeellisen osan tulokset osoittivat, että hakkeen kuiva-aineessa esiintyy selkeää vuodenaikaisvaihtelua, mikä vaikutti todelliseen neste-puusuhteeseen. Kehitetty online laskentamenetelmä yhdisti tilavuusvirtamittauksen ja hakehihnavaa’an datan kuiva-ainepitoisuuden epäsuoraan arviointiin. Laboratorion referenssiarvojen ja laskennallisten online arvojen vertailu osoitti, että korjauskertoimien käyttö paransi mittausten välistä vastaavuutta pienentämällä sekä RMSE- että bias-arvoja. Vaikka mittaussignaali sisälsi lyhytaikaista vaihtelua ja kohinaa, kehitetty menetelmä pystyi seuraamaan kuiva-aineen yleistä vaihtelua riittävällä luotettavuudella käytännön tehdasmittakaavan prosessiseurannassa ja neste-puusuhteen ohjauksessa.