Kartonkikoneen kuivatusosan tehostaminen simulointiohjelmalla
Kvick, Kaisa (2022)
Diplomityö
Kvick, Kaisa
2022
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022071351665
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022071351665
Tiivistelmä
Suurin osa kartonkikoneella käytetystä energiasta kuluu kuivatusosalla. Kuivatusosalla energiaa kuluu veden haihduttamiseen rainasta, jotta haluttu kartongin kuiva-ainepitoisuus saavutetaan. Pyrittäessä kohti hiilineutraalia tulevaisuutta on tärkeää etsiä mahdollisimman kestäviä ratkaisuja kehitettäessä ja parannettaessa kuivatusosan toimintaa sekä energiatehokkuutta. Kuivatusosan toimintaa tutkittaessa apuna voidaan käyttää prosessisimulointia.
Tämän työn tarkoituksena on tutkia kartonkikoneen kuivatusosan simulointia ja simuloinnin tuomia mahdollisuuksia tehostamistoimenpiteiden tarkastelussa. Työssä rakennetaan simulointimalli olevassa olevan kartonkikoneen kuivatusosasta. Mallin avulla tutkitaan kahta eri vaihtoehtoa, joiden avulla kartonkikoneen tuotantoa pyritään kasvattamaan. Tämän lisäksi työssä käsitellään kummankin vaihtoehdon vaikutuksia kartonkikoneen energiankäyttöön.
Simulointimallilla laskettujen tulosten perusteella kymmenen uuden sylinterin lisäämisellä kartonkikoneen tuotantoa saadaan kasvatettua noin 13 %. Lisäämällä infrapunakuivatusta kuivatusosan alkuun tuotantoa saadaan kasvatettua neliöpainosta riippuen 7,5 – 8,4 %. Simuloitaessa kuivatusosan nykytilannetta huomattiin, että simulointiohjelmalla laskettu puristinosan jälkeinen kuiva-ainepitoisuus ja sylinterien höyrynkulutus vaihtelivat odotettua enemmän kevyimmän ja raskaimman neliöpainon välillä. Vaihtelua neliöpainojen välillä voidaan selittää lämmön- ja aineensiirron laskennassa tehdyillä yksinkertaistuksilla. Most of the energy used in a board machine is consumed in the drying section. In the drying section, water is evaporated from the web into the air so that the desired dry solids content is achieved. On the way to a carbon neutral future, searching for sustainable solutions to develop and improve the operation and energy efficiency of the drying section is important. Process simulation can be used as a tool when examining the operation of the drying section.
The aim of the thesis is to examine the simulation of the board machine’s drying section and possibilities to use simulation as a tool when comparing enhancement alternatives. First, a simulation model for the drying section of an existing board machine is built. Then the model is used to compare two possible cases to increase production. The impacts of the cases for the energy consumption are also discussed.
According to the simulation model, it is possible to increase the production about 13% with ten new cylinders. With infrared dryers, the increase is 7,5 – 8,4% depending on the basis weight. During the simulation of the current situation, it was noticed that the dry solids content (after the press section) and the steam consumption of the drying cylinders varied more than expected. This can be explained with the simplifications made in the heat and mass transfer calculations.
Tämän työn tarkoituksena on tutkia kartonkikoneen kuivatusosan simulointia ja simuloinnin tuomia mahdollisuuksia tehostamistoimenpiteiden tarkastelussa. Työssä rakennetaan simulointimalli olevassa olevan kartonkikoneen kuivatusosasta. Mallin avulla tutkitaan kahta eri vaihtoehtoa, joiden avulla kartonkikoneen tuotantoa pyritään kasvattamaan. Tämän lisäksi työssä käsitellään kummankin vaihtoehdon vaikutuksia kartonkikoneen energiankäyttöön.
Simulointimallilla laskettujen tulosten perusteella kymmenen uuden sylinterin lisäämisellä kartonkikoneen tuotantoa saadaan kasvatettua noin 13 %. Lisäämällä infrapunakuivatusta kuivatusosan alkuun tuotantoa saadaan kasvatettua neliöpainosta riippuen 7,5 – 8,4 %. Simuloitaessa kuivatusosan nykytilannetta huomattiin, että simulointiohjelmalla laskettu puristinosan jälkeinen kuiva-ainepitoisuus ja sylinterien höyrynkulutus vaihtelivat odotettua enemmän kevyimmän ja raskaimman neliöpainon välillä. Vaihtelua neliöpainojen välillä voidaan selittää lämmön- ja aineensiirron laskennassa tehdyillä yksinkertaistuksilla.
The aim of the thesis is to examine the simulation of the board machine’s drying section and possibilities to use simulation as a tool when comparing enhancement alternatives. First, a simulation model for the drying section of an existing board machine is built. Then the model is used to compare two possible cases to increase production. The impacts of the cases for the energy consumption are also discussed.
According to the simulation model, it is possible to increase the production about 13% with ten new cylinders. With infrared dryers, the increase is 7,5 – 8,4% depending on the basis weight. During the simulation of the current situation, it was noticed that the dry solids content (after the press section) and the steam consumption of the drying cylinders varied more than expected. This can be explained with the simplifications made in the heat and mass transfer calculations.