抄纸过程典型控制系统.docx

1、抄纸过程典型控制系统第6章抄纸过程典型控制系统6.1概述由任何一种制浆方法或其组合的方法所生产的纸浆，须在造纸车间抄制成纸张（抄纸 和制浆在一个地方，即所谓的综合厂）或把纸浆制成浆板送到距浆厂较远的其它纸厂。造 纸车间的流程，会因为所用纸浆的种类和所生产纸张的质量不同而有所不同。图 6-1-1为抄纸车间的基本流程。这一流程通常被划分为：纸料制备，纸机和完成整理三部分。纸料 制备又可进一步分为配浆（或称纸浆的混合）和打浆，纸机则可分为湿部和干部。图6-1-1纸厂基本流程1 商品浆储浆池；2 损纸浆池；3漂白浆池；4汇合浆池；5 抄前浆池；6 白水池；7 冲浆池；8 伏辊 坑；9 卷 曲；10 压

2、光；11 施胶 压榨；12 干燥；13 压榨；14网部；15 网前箱；16 白水回收 机；17 锥形精 浆机；18 磨浆机；19 纸料 制备；20 造纸 机；21 完成整 理；22 配 浆；23 打浆；24 湿部；25 干部6.1.1纸料的制备当纸浆由制浆车间送到抄纸车间时，大多数都不能直接用于抄纸，而且，为了使成纸能具有某些特性，还必须由其它浆厂购入某些具有不同特性的纸浆。另 外人们还需添加染料和添加剂以获得所需的颜色和物理性能，这些操作通常称之为配浆（或纸浆的混合） 。为了赋予纸张一定的机械强度，纸浆需在多种机器中进行磨浆，其中具有代表性的机 器是磨浆机、锥形精浆机和打浆机。这一操作实质上

3、是让纸浆在锋利且运动的一组刀片间 反复通过，由刀片对纤维产生切短和压溃作用。这组刀片可通过调解其刀刃的锋利程度生 产出不同长度的纤维。打浆可以改善纤维之间的结合，使匀度和紧度得以提高并降低多孔 性或提高透明性；但这些要根据纸的种类来确定。在上纸机之前，制备好的纸浆还需经过筛选，有时还要对纸浆进行净化 ，即通过离心式除渣器除去浆中尚未除净的重杂质。6.1.2纸机它主要由一张无端的细筛（1）湿部 纸机湿部最重要的部件是供纸页成形用的长网，网（也称之为成形网）组成，纸浆悬浮液在网上分布均匀。湿部的宽度取决于纸机的规格， 而纸机的车速则由抄造的纸种来确定。纸浆中的大部分水在网部的前端排掉，从而形成湿

4、纸页， 然后网子通过一组真空箱， 真空箱能从湿纸页中吸去更多的水分， 湿纸页以大约 20% 的浓度（ 20%纤维和添加剂， 80% 的水）离开长网部。由多层纸页组成的纸板，通常在圆网纸机上成形。纸浆被泵送到一系列的网槽中，在 每一个网槽里，都有一个包覆着网子的网笼，以和其它网笼相同的速度转动。网槽里的水 穿过网子并由网笼的中心排出，同时在网上形成纸页。与全部网笼相接触的无端毛毯将纸 层揭起，形成一个多层结合的纸板。往往将高级的纸浆用在两端的圆网上，从而使纸板的 外表面比较美观。而次表层由稍差一点儿的纸浆抄成；中间的芯层则通常夹着回收的废纸 浆。（ 2 ）干部 当纸页离开纸机湿部以后即被送至压榨

5、，在压榨部纸页由无端毛毯（或化 纤毯）承托着，附着在毛毯上方的纸页经过两个重辊的压榨以尽量压去水分。纸页以大约 3.5% 的浓度离开压榨部，剩余的水分则在干燥部用蒸汽加热的烘缸上蒸发掉。无端的干布 带着纸运行，并将纸页压贴在烘缸的表面上。6.1.3 完成整理 干燥后的纸页便进入到完成部，大部分种类的纸张都要经过一道或更多道辅助处理过 程，其中之一是压光，即让纸页在很重的光滑铜辊之间通过，从而将纸压出较为光滑的表 面。对于某些纸，出压光后被卷成较大的纸卷。根据用户的要求，这些大纸卷还需经过复 卷机复卷也可切成较小的纸卷或平板纸。 另外， 为了适应在加工纸厂中进一步加工的需要， 比如加工成信封、奶

6、容器、商品袋、纸怀以及其他消费品等，某些纸张还应该进行特殊的 处理。纸板用来制造瓦楞纸箱，冷冻食品的折叠盒和其他的产品。用于生产其它类型纸板的 纸浆大都是已脱墨和除去其它杂质的废纸浆。6.2 打浆过程典型控制系统6.2.1 打浆过程控制基本要求 打浆的目的是通过打浆的机械作用，处理水中的纸浆纤维，使其发生物理变化而获得 一些特定的性质， 以满足纸或纸板生产的质量要求。 它对最终成纸的性质有决定性的影响。自 1922 年 Smith 提出帚化理论以来，人们对打浆设备，打浆机理以及打浆过程的控制都进 行了系统的、深入的研究，并使生产状况发生了更新换代的变化。比边缘负荷理论用比边 缘负荷（ Spec

7、ific Edge Load ）来表征打浆过程的特性，比表面负荷理论用比表面负荷 （ Specific Surface Load ）来表征打浆过程的特性。它们的共同点是用处理单位重量的绝干 纤维量所消耗的有效能量来估算比能量。 由于制浆造纸业采用树木、 麦草等植物作为原料， 个体差异悬殊，诸如树木品种，生长的海拔高度，年龄，采伐季节，贮存时间及腐烂程度 等因素都会影响成纸质量；制浆过程中还有许多不可控扰动，它们都会影响纸浆质量的稳 定性，需要通过精浆的质量控制来进一步提高上网纸浆质量，因此，仅依靠打浆设备和工 艺的改进仍无法满足要求，必须对打浆过程实现自动控制。目前，打浆过程控制技术已日 趋成

8、熟，比较成熟的打浆过程的控制方案则有比能量控制、打浆度控制和高级的比能 比 边缘负荷控制和优化控制等。本节从工程设计的角度介绍几种控制方案。622单台盘磨打浆控制系统图6-2-1是一种典型的把驱动电机的功率和通过锥形磨浆机纸料的温差结合起来控制 转子位置的系统，其根本目的是通过对转子位置的调整来控制作用于纸浆的机械功的量。温度检测元件TT-2a，TT-2b分别安装在磨浆机的进出口，测量信号送给温差变送器 TdCon-2 ； TdCon-2则用纸料出口温度减去纸料进口温度，并把与通过磨浆机后纸料所升高的温度成比例的信号传送给温差记录控制器TdRC-2。这个控制器是一个脉冲持续型控制 器，它发出脉

9、冲信号来触发转子位移电机的可逆启动器用的继电器，由此便可按要求向里 或向外移动转子，以维持转子具有适度的机械作用（做功）。主传动电机的负荷功率由变送器 EwT-1测量并传送给记录器 EwRC-1，同时也把这个信号传送给温差记录控制器 TdRC-2，以此来补偿它的控制作用。当出现扰动时，将存在一个 时间滞后，直到该扰动作用被温差测量仪表检测出来，才能重新调节转子的位置。电 机负荷功率测量仪表越敏感，检测这种扰动作用就越迅速，从而给温差控制器发出相应信号， 以此来补偿它的控制作用。也可以用手轮来人工操纵。压力指示仪 PI-3用来显示磨浆机可能出现的堵塞和断浆现象。压力指示报警器 PIA-4也用来显

10、示这两种不正常现象，此外在低流量时，取代温差控制器传送到可逆启动器的控制 信号而自动地拉出转子并同时发出报警信号。dCon图6-2-1磨浆机控制1未磨纸料进口 ；2 主驱 动电机；3 磨浆 机外壳；4 可移 动转子;5 磨后纸料 岀口 ； 6可逆启动器；7转子 位移用 齿轮电机 机构；8 手轮6.2.3多台盘磨串联打浆控制系统图6-2-2是多台磨浆机串联打浆控制原理图，分析其打浆过程可以得到以下结论:1）打浆是纸浆通过机械作用以改变其物理特性的加工过程， 需要控制的主要指标是打浆度（SR ）。影响打浆度的因素很多，主要有打浆设备的形式及其定子与转子的刀间间距， 纸浆浓度和通过量等。2）从便于自

11、动调节的角度出发，常常把纸浆的浓度和通过量（即流量）固定下来，调 节对打浆度影响最大的打浆设备的刀间距离，以稳定打浆 度。3）用于间接测量和控制打浆度的参数有：打浆设备的电机负荷。在打浆浓度和通过 量稳定的条件下，电机负荷大小直接与刀间距离成比例，稳定电机负荷，则稳定了通过打 浆设备的每吨浆所耗的电能（称为单位电力消耗）也就稳定了打浆度。纸浆经打浆前后 的温度差（或温升） 。直接用打浆度仪表的信号作为控制打浆度的依据。图6-2-2所示打浆控制系统可对针叶木浆、阔叶木浆和草浆等实施打浆度自动控制。在图中对针叶木浆 n为5，其中大锥度精浆机 2台（备用1台），双原盘磨浆机 3台（备用 1台）。对阔

12、叶木浆 n为4，即双原盘磨浆机 4台。对于草浆 n为3，即双原盘磨浆机 3台。 叩前池中的浆料经泵升压后送往串联打浆系统，经打浆设备的机械作用后送往叩后浆池。整个打浆系统设置有下列控制回路：1） 进入打浆设备浆料的浓度自动控制回路；2） 进入打浆设备浆料的流量自动控制回路；浓度控制和流量控制用以稳定打浆条件， 即稳定进入打浆设备的绝干浆量和压力。3） 打浆设备电功率控制（通过自动进、退刀，调整打浆设备动刀和静刀间隙来实现） 其目的是保证精浆机正常运行，避免定子转子之间的机械接触，设备的正常运行以电机负 荷为指示。4） 在打浆机出口浆管道上装有压力联锁控制装置，当压力低于某定值时，说明打浆通 过

13、量少，定子转子之间可能发生接触，系统会自动停机或退刀。5） 系统设有清洗水压力手动遥控系统，在打浆过程结束时用以清洗打浆设备，为下一 次打浆作好准备工作。6） 系统设有打浆过程三通控制功能，可以实现连续打浆和循环打浆的切换功能。7） 打浆质量控制，质量控制是打浆控制的最后一个环节，用打浆度软测量技术测得打浆度（用化验值校正） ，用以控制打浆设备稳 定打浆质量。6.2.5打浆过程控制优化系统（1 ）打浆度测量分析打浆是比较复杂的过程，打浆的质量与许多因素有关，打浆度是影响纸浆滤水性能的多种因素的综合，是经验指标。它不仅与纸浆纤维的切断和帚化程度有关，而且受纸浆的 浓度，温度， pH值，填料和气泡

14、等因素的影响。总结起来有：1）设备的种类不同（如：双原盘磨浆机、大锥度精浆机等） ，用Ksb表示;2）打浆用浆板的种类不同（如：木浆、草浆、苇浆等） Kjz表示；3） 打浆设备数的多少不同，用 n表示；，用K sh表示;4） 碎浆用水的种类不同（如：清水、白水等）5） 进浆流量的大小不同，用 F表示；6） 进浆浓度的高低不同，用 C表示；7） 进浆压力的高低不同，用 P表示；8） 循环打浆与连续打浆的不同，用 Kxh表示;9） 打浆设备前后的温度差不同，用 AT表示。因此，我们把测量打浆度 SR的关系式表示为（2）打浆度软测量模型在实际测量中，影响打浆度的主要因素有进打浆设备的绝干浆量，打浆设

15、备的数量、 消耗的电功率等，因此打浆度关系式（ 6-2-1 ）可用下式表示n瓦WiSR =K- 1 SR. （6-2-2）F XC式中SR 打浆后浆的叩解度。SR 打浆前浆的叩解度。n、Wi 打浆过程消耗的电功率。i 1F 进浆流量。C进浆浓度。K 与其它因素有关的系数，在线进行调整。基于软测量式（6-2-2 ）我们得到了打浆度的测量值。（3）打浆过程优化1 ）进刀量自动调整（刀磨损情况补偿）公式的推导设新刀进刀电流为 I。，设备每天工作 h小时，工作 m个月后进刀电流为 Imax （打浆设备工作的极限电流），工作时的浆流量为 F，工作时的浆浓度为 C，则有下列关系式成立：Ssum =0.00

16、001 F C h m I0 （6-2-3）I = 1 max 1 0 （6-2-4）式（6-2-3 ）中Ssum的单位是复合单位 TKA （吨千安时）。是刀电流从新刀到极限电流的增加量。分析式（6-2-3 ）、式（6-2-4 ）、式（6-2-5 ）可得到下面结论：打浆设备从新刀到磨损后的旧刀工作时间每累计到 q吨千安时，进刀电流应增加 1安,才能保证打浆度的测量值与实际值相同，满足工艺要求，称为刀磨损补偿。2）叩解度软测量公式的调整（刀磨损补偿）nTWSR 二KKt(V ) - SR) ( 6-2-6 )F XC式中Ko 新刀工作时的调整系数。Kt每工作 Kt时的调整系数。其它变量同式(6-

17、2-2 ) Kt的计算方法如下：设打浆设备的工作数量为 n，打浆度的要求值为 SR，初始值为SF0，Ko和Kt满足如下关系式，当电流为 |0时Kt =1.0I ynSRKo 10 ( 0 ) SR/ (6-2-7)F XCSR =Ko Kt (J-FLcH) sr/ (6-2-8)由式(6-2-7 )和式(6-2-8 )可计算出调整系数 k0和Kt o3)打浆过程优化目标函数在打浆过程中，满足所要求的叩解度的前提下，我们提出如下目标函数：nJminW (6-2-9)i 土约束条件为式(6)及式(10)0 乞W1 :W2 :：:Wn Ffi二 M kz(6-3-1)式中Mkz成纸页克重；Kji

18、针叶木浆配比；Kj2 阔叶木浆配比；Kj3草浆配比；Kj4 损纸浆配比；Kfi 辅料1 （淀粉）配比；Kf2 辅料2 （硫酸铝）配比；Kf3 辅料3 （松香胶）配比；Kf4 辅料4 （品兰）配比；Fji 针叶木浆配浆量；Fj2 阔叶木浆配浆量；。Fj3 草浆配浆量；Fj4 损纸浆配浆量；Ffi 辅料1 （淀粉）配浆量；Ff2 辅料2 （硫酸铝）配浆量；Ff3辅料3 （松香胶）配浆量；Ff4 辅料4 （品兰）配浆量。J min = Fji t Fj2 t式中Jmin目标函数；t 时间；其它变量的含义同式（ 6-3-1）。式（6-3-2 ）的另外四个约束条件分别为各种浆料配比的变化范围，即K ji

19、min -Kji 一 Kjimax(6-3-2)根据上述方程式（Kj2min Kj2 Kj2maxK j 3min _K j3 _K j 3maxK j 4min-K j4_Kj4max(6-3-3)(6-3-4)(6-3-5)(6-3-6)6-3-1 ）（6-3-6 ）,可设计出控制系统优化程序。（5）配比优化方案实施实际生产过程由于各种情况的不同可以分为正常生产、非正常生产、连续配料、间歇配料、按绝干量配料和按流量配料等工况，有时对系统还要进行调试，断纸（或停车）与 否根据抄纸工段的断纸信号来判断，木浆和草浆供应正常与否根据打浆工段供浆调度信号 来判断。系统优化的结果给出不同工况下最佳的绝

20、干量配比，它由绝干浆量配比和辅料配比组成:1）绝干浆量配比：指绝干针叶木浆、绝干阔叶木浆、绝干草浆、绝干损纸浆的配比。 由于针叶木浆、阔叶木浆、草浆、损纸浆品质不同，根据生产纸种的不同及工况条件，将 工艺要求的配比转化为绝干配比或流量配比，以适应不同的生 产工况。2 ）辅料配比：指绝干淀粉、硫酸铝、松香胶、品兰的配比。这些辅料实际上是成纸中 的灰粉的含量。由于针叶木浆、阔叶木浆和草浆中不含有灰粉，而损纸浆中灰粉的含量适量，故实际配浆时辅料的配比要根据损纸浆的配比进行调整。当绝干针叶木浆、绝干阔叶 木浆、绝干草浆、绝干损纸浆的配比确定时，辅料的配比也随之确定。下面讨论不同工况条件下绝干浆料配比的

21、计算。1）正常工况下连续配料 在纸机连续生产情况下，绝干损纸浆配比按正常生产卷取切边来计算，而针叶木浆、 阔叶木浆和草浆的绝干配比则按生产纸种工艺条件给出的配比范围实现“ 卡边”设计，即 草浆配比取上限，相应的针叶木浆和阔叶木浆的配比取下限。如生产 80g/m 2 文化用纸，卷 取切边损纸量为 5% ，针叶木浆、阔叶木浆和草浆工艺配比范围为 25:20:55 到 35:65:0 ，所以取 25:20:55 ，再考虑到损纸浆回抄， 所以正常工况下优化 “卡边” 配比为： 23.75:19:52.25:5 在目前的实际生产中，由于浆料的连续输送而造成的人工计量困难，加之浓度的波动，无法精确配比，操

22、作比较粗糙，草浆配比一直处在 50 以下。如果按草浆实际配比低于最优配比 5 计（相应地，木浆实际配比高出配比 5），再用木浆与草浆制浆成本价为 1515元，该纸机日产 100T 纸的量，则实施计算机优化配比一项，可节省生产成本 7575 元 /天。2）草浆供应不足或停浆工况下连续配料草浆供应不足，即不能 提供连续配料情况时优 化绝干配比（ 52.5% ）的浆量，则根据 叩前草浆池液位下降的快慢，逐渐减小草浆的配比，与此同时，相应地逐渐等幅增大针叶 木浆和阔叶木浆的配比保持损纸浆配比（ 5% ）不变，直至叩前草池液位稳定到某个新的水平，而草浆配比则最终达到其可能的最大供浆能力。如果是停浆，草浆

23、配比最终变为 0 ，针叶木浆和阔叶木浆配比之和会变为（ 95% ），叩前草池液位下降到 0。可以看出，该工况下针叶木浆、阔叶木浆与草浆配比不会达到（也不可能达到）连续 配料情况时的最优配比，但上述方案中配比的调整是逐渐的，这会减少对后续抄造工段的 影响。例如：由于草浆和木浆性质不同，配比突然大幅度变化，会引起抄造断纸，水分定 量波动等不良后果。3）针叶木浆或阔叶木浆供应不足或停浆工况下连续配料针 叶 木 浆 或 阔 叶 木 浆 供 应 不 足 ， 即 不 能 提 供 前 述 正 常 时 优 化 的 绝 干 配 比 （ 23.75% 和 19% ）的浆量，那么根据叩前针叶木浆池液位或叩前针阔木浆

24、池液位下降的快慢，逐浙减 小针叶木浆或阔叶木浆的配比，与此同时，逐渐地等幅增大草浆的配比，而保持损纸浆配 比（ 5% ）不变，直至叩前针叶木浆或叩前阔叶木浆达到某个新的水平，而针叶木浆或阔叶 木浆的配比则最终将达到可能的最大供浆能力。如果由打浆工段提供的信号得知，针叶木 浆或阔叶木浆不是供应不足，而是停浆，那么就不必修改绝干配比，直到叩前针叶木浆池 或叩前阔叶木浆池中的木浆用完时停产，抄纸工段也将停产。这样处理，虽然成纸品质可能下降，但保证连续生产，当然其最终的配比至少应控制 在低等级纸品的工艺配比允许范围内。与前面异常工况相同，逐渐地修改配比也是为了减 轻对后续抄造工段的影响。4）异常工况（断纸） 如果抄纸工段发生断纸，那么湿部或干部损纸浆供浆将急增，可根据叩前损纸浆池液 位的变化快慢，逐渐增大损纸浆配比，与此同时，相应地减小针叶木浆、阔叶木浆和草浆 的总配比（相对于损纸浆配比的增大，但保持针叶木浆、阔叶木浆和草浆的相对配比 （ 23.75:19:52.25