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造紙生產(chǎn)自動(dòng)化

造紙工業(yè)的發(fā)展使生產(chǎn)過(guò)程日益復雜,人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求更加嚴格。為實(shí)現制漿、造紙、堿回收等工段的工藝過(guò)程參數的自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制,精度高、構造復雜的自動(dòng)檢測儀表和各種類(lèi)型的自動(dòng)控制系統已成為造紙工業(yè)的重要組成部分。

操作流程

造紙生產(chǎn)包括制漿和造紙兩部分,生產(chǎn)過(guò)程既有物理作用,也有化學(xué)反應。生產(chǎn)過(guò)程的工藝參數有溫度、壓力、流量、液位、有效堿濃度、打漿度、定量、水分、灰分、光滑度、透氣度等。隨著(zhù)生產(chǎn)的發(fā)展,還會(huì )提出一些新的參數。熱工量可以使用常規自動(dòng)化儀表進(jìn)行檢測,其他的參數則必須使用專(zhuān)用的傳感器檢測。通常,將檢測儀表與電子計算機或自動(dòng)調節器聯(lián)接起來(lái),構成適用于造紙生產(chǎn)過(guò)程的各種自動(dòng)控制系統,如紙張定量、水分、灰分的控制系統,堿回收鍋爐燃燒的控制系統,熔融物還原率控制系統,紙漿蒸煮質(zhì)量控制系統,漂白控制系統等。

紙張是紙廠(chǎng)的最終產(chǎn)品,定量和水分是表征其性質(zhì)的基本參數和最終質(zhì)量指標。影響定量和水分的因素有上網(wǎng)紙漿的濃度、紙漿的流量、車(chē)速的高低、通入烘缸蒸汽壓力的大小等。這些被控參數隨機干擾大,而且參數之間相互耦合,被控對象純滯后時(shí)間很長(cháng),即使高速紙機也有56分鐘的滯后時(shí)間。因此,只有借助于微電子技術(shù)和電子計算機才能實(shí)現自動(dòng)控制。

自動(dòng)控制

定量控制

由于定量和水分兩個(gè)參數相互耦合,它們的傳感器在掃描架上應裝在一起,使測量值能反映紙張同一部位的狀況。在掃描架上還同時(shí)安裝有灰分、厚度、色度、透明度、光滑度等傳感器。掃描架在壓光機的出口一側。為了使測量值能代表整個(gè)紙幅的情況,傳感器沿掃描架作往復運動(dòng)。將紙幅分為幾個(gè)采樣區(例如分成6個(gè)采樣區,共7個(gè)點(diǎn)),傳感器每掃過(guò)一個(gè)區域,求一次滑動(dòng)平均值,然后將這些測量值送往電子計算機與設定值進(jìn)行比較,找出差值(偏差),經(jīng)過(guò)控制和解耦運算之后,發(fā)出控制信號,使紙漿流量控制系統動(dòng)作,改變紙漿流量調節器的設定值。通過(guò)紙漿流量的改變使紙張定量保持穩定。另一方面,計算機發(fā)出的控制信號送到烘缸蒸汽壓力控制系統,去適當改變壓力調節器的設定值,使蒸汽調節閥協(xié)調動(dòng)作,以保證水分不致在定量控制系統動(dòng)作時(shí)發(fā)生變化。控制系統要消除紙漿流量、濃度和車(chē)速變化對定量的影響。

水分控制

電子計算機將水分傳感器送來(lái)的測量信號與水分設定值進(jìn)行比較,根據其偏差的大小和方向,通過(guò)運算發(fā)出控制信號,調整蒸汽調節閥的開(kāi)度,使烘缸內的蒸汽壓力隨設定值變化,達到所要求的水分。另一路使紙漿調節閥協(xié)調動(dòng)作,對定量和水分兩個(gè)參數進(jìn)行解耦,使定量不受水分控制信號的影響。如某種原因使蒸汽壓力發(fā)生波動(dòng),沒(méi)等紙張水分發(fā)生變化,蒸汽壓力控制系統立即使蒸汽壓力回到原來(lái)值,大大減弱蒸汽壓力波動(dòng)對水分影響。

灰分控制

紙張中的灰分是由所加入的填料(如滑石粉、碳酸鈣粉等)量來(lái)決定的。填料呈漿狀通過(guò)填料泵加入紙漿中,泵由直流電動(dòng)機拖動(dòng),轉速由可控硅調速系統控制。當紙漿的灰分偏離設定值時(shí),計算機根據灰分偏差量,通過(guò)可控硅調速系統使填料泵的轉速作相應改變,調節加入紙漿中填料量的大小,直到灰分回到設定值為止。

厚度控制

為保證紙頁(yè)厚度一致,在壓光機的出口側沿光輥的軸向裝有一排噴氣管,并分成數段。在各段噴氣管上裝著(zhù)許多噴氣嘴,使溫度為10左右的冷風(fēng)通過(guò)噴氣嘴射向壓光輥,對壓光輥進(jìn)行冷卻。利用金屬具有熱脹冷縮的性質(zhì),用控制噴射冷風(fēng)量的辦法,實(shí)現控制紙頁(yè)的厚度。噴射冷風(fēng)量大的區段,壓光輥的溫度較低,直徑較小,因而該段加在紙頁(yè)上的線(xiàn)壓力較小,通過(guò)這里的紙頁(yè)厚度增大。反之,減小對壓光輥某區段的冷風(fēng)噴射量,則通過(guò)該段的紙頁(yè)厚度就會(huì )減小。

紙頁(yè)厚度傳感器沿掃描架作往復運動(dòng)時(shí),每掃過(guò)一個(gè)區段就測出該段的紙頁(yè)厚度的平均值并送給計算機,計算機根據厚度測量值與設定值之間的偏差,控制冷風(fēng)調節閥的開(kāi)度,調節冷風(fēng)噴射量,直到厚度回到設定值為止。如果每段紙頁(yè)的厚度都等于設定值,整幅紙的厚度就能均勻一致。

隨著(zhù)微型計算機的廣泛采用,造紙生產(chǎn)自動(dòng)化系統也已由單變量系統發(fā)展為多變量系統,控制技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)已有機地結合在一起,構成了更大規模的綜合自動(dòng)化系統。

 

 

造紙廠(chǎng)自動(dòng)化設備方案

   在造紙行業(yè),中控有著(zhù)完善的解決方案,豐富的工程實(shí)施經(jīng)驗。目前中控的控制系統已廣泛的應用于造紙行業(yè)各個(gè)工段,從備料、制漿、造紙、堿回收、污水處理到鍋爐發(fā)電、化學(xué)品制備等。2004年浙大中控緬甸200/日竹漿造紙項目的成功實(shí)施,打破了國外公司對制漿造紙全線(xiàn)過(guò)程控制的壟斷局面。

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二、控制策略
     
造紙控制系統主要包括制漿過(guò)程、堿回收過(guò)程和造紙過(guò)程的控制。各個(gè)工段主要的控制策略如下:

1、制漿
    
制漿就是利用化學(xué)或機械的方法,或兩者結合的方法,使植物纖維原料離解,變成本色紙漿或漂白紙漿的生產(chǎn)過(guò)程。制漿按制漿方法可分為:化學(xué)制漿、化學(xué)機械制漿、廢紙制漿。本文僅針對化學(xué)制漿工藝的控制策略進(jìn)行闡述。

     化學(xué)制漿過(guò)程所屬的蒸煮、洗滌、篩選、漂白工藝復雜,設備繁多,屬于典型的輕化工流程工業(yè)。其過(guò)程控制特點(diǎn)是模擬量的控制及累積計量較多,控制對象具有強滯后特性,比如大容量蒸煮鍋的溫度、漂白PH值和漂后白度等。中控運用DCS強大的模擬量處理功能和先進(jìn)的控制算法,成功的實(shí)現了制漿過(guò)程的難點(diǎn)控制,滿(mǎn)足了制漿過(guò)程的控制要求。

1)蒸煮
    
蒸煮過(guò)程主要是脫木素的過(guò)程。蒸煮是制漿過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節,蒸煮粗漿的質(zhì)量直接影響后續洗滌、篩選、漂白工序以及成紙的質(zhì)量和工廠(chǎng)的效益。它分為間歇蒸煮和連續蒸煮兩大類(lèi)。

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    典型間歇立鍋蒸煮過(guò)程中蒸煮溫度對藥液在原料中的滲透、蒸煮反應速率、紙漿質(zhì)量和產(chǎn)量等方面都有明顯的影響。為適應不同的原料和紙漿的質(zhì)量的不同要求,立鍋蒸煮過(guò)程中溫度是按照預定的蒸煮曲線(xiàn)變化的。該曲線(xiàn)按照蒸煮的時(shí)間采用分段線(xiàn)性法的方法將控制過(guò)程分為:一段升溫、小放汽、低壓保溫、二段升溫、高壓保溫、噴放六段進(jìn)行分段控制。由于蒸煮溫度存在一定程度的滯后,使得蒸煮曲線(xiàn)控制時(shí)溫度檢測點(diǎn)的正確選取直接決定控制成功與否。中控選擇了加熱器出口的藥液溫度作為溫度檢測點(diǎn),同時(shí)利用專(zhuān)家經(jīng)驗對其進(jìn)行了可靠的補償,取得了良好的溫控效果。
   
在蒸煮過(guò)程中,壓力控制的好壞直接影響溫度的控制效果。中控對壓力的控制采用了非線(xiàn)性調節規律變增益PID自動(dòng)控制的控制策略,在升、降壓過(guò)程中,改變調節器的增益,使整個(gè)回路的增益依然保持不變,可以保證壓力回路控制的穩定性。

    DDS蒸煮過(guò)程屬于典型的間歇批量生產(chǎn)過(guò)程。中控開(kāi)發(fā)了批量配方管理專(zhuān)用軟件包,并在聚氯乙烯、涂料、乳膠膠水等化工批量生產(chǎn)過(guò)程中已得到了成功的應用,可滿(mǎn)足DDS蒸煮工程對批量控制的要求。

連續蒸煮
     
連續蒸煮按照逆序(工藝流程)啟動(dòng),順序停機的總體原則對工藝流程的各設備進(jìn)行開(kāi)/停機控制與嚴格的連鎖保護。連續蒸煮管控制關(guān)鍵在于:

      濕法配料控制:為了保證原料通過(guò)量及原料在計量汽蒸器停留的時(shí)間,計量汽蒸器的螺旋軸轉速由變頗器調速,使得速度控制準確平滑。

      蒸煮藥液系統控制:蒸煮液流量采用比值控制,跟隨雙螺旋計量器速度變化。蒸煮液槽液位達到上限報警自動(dòng)停堿液泵。

      蒸煮管壓力控制:由進(jìn)汽調節閥控制實(shí)現。蒸煮管壓力必須設定聯(lián)鎖,壓力高限報警時(shí)關(guān)閉進(jìn)汽調節閥。

      蒸煮管液位值控制:由兩個(gè)出料冷噴放閥調節控制。任一噴放閥皆可實(shí)現卸料器內液位自動(dòng)控制。當液位持續不降時(shí),備用調節閥排放漿料。

2)洗選                             
     
蒸煮后漿料必須經(jīng)過(guò)洗滌、篩選和凈化等一系列物理化學(xué)處理過(guò)程,以除去蒸煮粗漿中含有的蒸煮廢液和部分粗渣、泥沙等雜質(zhì)。典型洗滌設備多段真空洗漿機采用逆流洗滌,主要通過(guò)調節與控制上漿濃度、進(jìn)出漿和稀釋水流量、排渣量等,使洗滌系統在滿(mǎn)足工藝約束條件下運行在最優(yōu)狀態(tài)。篩選凈化過(guò)程則需要對以下參數:進(jìn)漿濃度、進(jìn)漿流量、內部稀釋水量、排渣量、進(jìn)漿、良漿壓差進(jìn)行控制。

3)漂白
     
為了適應成紙的白度要求,本色漿(黑漿)必須通過(guò)加入化學(xué)藥品進(jìn)行漂白。漂白過(guò)程是一個(gè)連續的化學(xué)反應過(guò)程,主要通過(guò)控制反應時(shí)間、反應溫度、反應濃度,來(lái)獲得提高漂白質(zhì)量白度與減少對纖維的降解之間的平衡。

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