Modellering av ångsystem på pappersmassabruk

Abstract

The following thesis describes the construction of a model, made in Simscape, of an
existing steam cycle at a pulp mill located in the south of Sweden. The pulp mill has
had problems with produced steam being wasted, and the purpose of the model was
to trim the regulation of existing components to reduce this surplus of steam. The
model was built and extended incrementally, starting with the steam producers, followed
by steam consumers, valves, turbines and steam accumulator tank. With the help of
documentation from the pulp mill, the automatic control functions of each component
were implemented. The complete model showcased behavioural similarities with the
real system when comparing simulation data with real, historic data. Nevertheless, some
discrepanices between historic and simulated data were found, such as differing mass
flows and significantly greater amounts of vented surplus steam in the model than in the
real system. The amount of steam produced by the bark boiler in the model was lower
than in the acutal system as well. Multiple attempts to reduce the surplus of steam were
carried out, with good results. The conclusion was that a lot of information regarding
the components and measurements in the system were missing, limiting the prospects of
recreating the pulp mill steam cycle as a digital model in Simscape.

Popular Abstract (Swedish)

Följande rapport beskriver hur simuleringsverktyget Simscape, en produkt från företaget
Mathworks, använts för att konstruera en modell av en del av ett pappersmassabruk.
Modellen som byggts upp är tänkt att efterlikna det (ång)system som förser bruket
med den ånga och elektricitet som är nödvändig för att driva alla processer i fabriken.
Bruket har under en längre tid haft problem med att en alltför stor del av ångan som
producerats har gått till spillo, där grundorsaken antagits vara suboptimal styrning
av vissa nyckelkomponenter i ångsystemet. Ändamålet med modellen var således att
identifiera problemet och därefter ändra/utvidga modellen för att påvisa potentiella
lösningar som skulle kunna minska slöseriet med ånga.
Under arbetets gång stod det klart att skapandet av själva grundmodellen skulle uppta
majoriteten av tiden, då det var mycket svårt att få till en modell som kunde simuleras
bekymmersfritt över längre perioder. Den slutliga modellen uppvisade stora likheter
med det verkliga systemet, men med vissa skillnader, som främst bottnade i att simuleringsverktyget inte tillhandahöll alla verktyg som krävdes för att implementera vissa
komponenter på ett korrekt sätt.
Genom små modifikationer i styrningen av grundmodellen åstadkoms märkbart förbättrade resultat i form av högre utnyttjandegrad av ånga. En kraftigt förenklad version av
den befintliga fjärrvärmekretsen återskapades, med resultatet att även denna kunde vara
med och förhindra överskott av ånga.
Mer arbete fordras för att åtgärda de skillnader mellan modell och verklighet som kvarstår,
så som trimning av befintliga mätdon och insamling av ny mätdata. Men slutsatsen
är att mängden spilld ånga drastiskt kan minskas med relativt små förändringar i det
faktiska bruket. Samt att framtida investeringar och ombyggnationer skulle kunna testas
på förhand med modellen som grund.

• author: Cederlund, Daniel and Mårtensson, Lukas
• supervisor: Magnus Genrup
• organization: Department of Energy Sciences
• alternative title: En rundvandring i Simscape
• course: MVKM01 20221
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Ångsystem Modell Dynamisk Simscape Simulink Pappersmassa Friblåsning Turbin Ångturbin Balans Reglering
• report number: LUTMDN/TMHP-22/5498-SE
• ISSN: 0282-1990
• language: Swedish
• id: 9088102
• date added to LUP: 2022-06-13 15:54:59
• date last changed: 2022-06-29 11:04:31