TMP- laitoksen mallinnus ja simulointi

Diplomityössä tehtiin Balas- simulointimalli Stora Enso Publication Papers Oy Ltd Varkauden tehtaiden kuumahierrelaitoksesta, johon sovitettiin tehtaan lämpö-, kuitu- ja kiertovesivirtaukset sekä kiertovesissä olevien liuenneiden ja kolloidisten aineiden virtaukset. Kirjallisuusosassa perehdyttiin simulaattorimallin luontiin ja käyttötarkoituksiin. Siinä käsitellään Balas- simulaattorin ominaisuuksia ja laiteparametrointia. Tarkastellaan kuumahierreprosessin eri vaiheita, olosuhteita ja laitteiden toimintaa. Perehdytään prosessin energian kulutukseen ja talteenottoon sekä kiertovesien liuenneiden ja kolloidisten aineiden mittaussuureisiin ja vaikutuksiin prosessissa. Simulaattorimallin tekemiseen kuului tehtaan virtauskaavion ja simulaattorimallin tekeminen, mittauskoesuunnittelu, tehdasmittaukset, simulaattorin parametrointi, mittaus- ja simulaattoritulosten yhteensovittaminen sekä mallin kelpoistaminen. Tehtaan virtauskaavion piirtämisessä käytettiin apuna tehtaan prosessi- ja instrumentointikaavioita, joiden pohjalta mittauskoesuunnitelma ja simulaattorimalli tehtiin. Koesuunnitelman mittaussuureiksi valittiin virtaukset, sakeudet, lämpötilat sekä kiertovesien kiintoaineen-, kokonaisorgaanisen hiilen- ja liuenneen orgaanisen aineen pitoisuuksien määritykset. Mittauksilla saatiin tietoja prosessivirtausten taseista, joita käytettiin simulaattorimallin keskeisempien laiteparametriarvojen määrityksessä. Exceliä hyödynnettiin mittaus- ja simulaattoritulosten taulukoinnissa, laiteparametrien laskemisessa sekä arvojen syötössä ja vastaanotossa Excelin ja simulaattorin välillä. Sitä käytettiin myös graafisessa mittaus- ja simulaattoritulosten yhteensovittamisessa, jolla pystyttiin havainnollisesti näkemään eri syöttöparametrien muutoksien vaikutukset simulaattorin laskemissa virtaustuloksissa. Mallin antamien arvojen ja todellisten prosessimittausarvojen yhteensovittamisen ja mallista varmistumisen tuloksista voidaan todeta mallin korreloivan todellista prosessia melko hyvin.

In this study a Balas simulation model was created for the thermomechanical pulping process (TMP) of Stora Enso Publication Papers Oy Ltd’s Varkaus mills. The model was included the heat, fiber and white water flows as well as the flows of dissolved and colloidal substances contained in white waters. The literature section concentrates on the creation and uses of the simulator model. It handles the attributes and machine parametrization of the Balas simulator, investigates the different stages, elements and machine operations of the TMP process and also studies energy consumption and recovery of the process and the measured variables and effects of dissolved and colloidal substances in white waters on the process. The modelling of the simulator included the creation of a flow diagram and simulator model of the TMP process, plan for measurement tests, mill measurements, parameterization of the simulator, matching of measurement and simulation values, and validation of the simulator model. In the design of the flow diagram of the process, process and instrumentation diagram information on the mill was used. The measurement test plan and the simulator model were drawn up on the basis of these. The measured variables chosen for the measurement tests were flows, consistencies, temperatures and definition of the contents of solid matter, total organic carbon (TOC) and dissolved organic substances in the white waters. The measurements provided information on the balances of process flows, which were used to specify the primary machine parameters of the simulator model. Excel was used for the tabulation of measurement and simulator values, calculation of machine parameters and exchange of data between Excel and Balas programs. Excel was also used in the graphic matching of measurement and simulator results, which could better illustrate the effect of changes in different input parameters on the import values calculated by the simulator. On the basis of the results of matching of real measurement values and simulator values and the validation of model results, it can be stated that the model correlates quite well with the actual process.