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采用工业现场总线的洗筛漂过程优化控制系统
2011-11-05 21:40  

一、 项目简介

本项研究成果在国内禾本类制浆过程控制中,率先采用了PROFIBUS工业现场总线技术,对洗涤、筛选和漂白工段等生产过程控制进行了联网监控,为黑液提取过程的优化提供了良好的平台,为碱回收工段有效益地运转创造了有利条件。在洗涤工段,采用了残碱和波美度的“双目标优化技术”,有效调和了洗后浆残碱和黑液波美度之间的矛盾,使得在满足工艺要求的情况下尽可能地减少清水加入量,提高后续碱回收工段运转效益;在筛选工段,通过对芬兰安德里兹-奥斯龙封闭压力筛浆料筛选系统的成功剖析,实现了该设备控制系统的国产化,不但显著降低了控制系统投资成本,而且我们在压力筛自动排堵等方面超过了该公司的技术水平;在漂白工段,通过采用基本控制级、联动级和优化级等三级DCS总体控制策略,减少了漂白剂和洗涤水的用量,达到了节约成本和减少污染的目的。

通过本技术,可以使洗筛漂过程处于稳定、高效的运行状态,能明显降低水耗和能耗,减轻工人劳动强度,降低碱回收工段的运营成本。近3年来,已在国内、外造纸厂成功推广20多套。采用PROFIBUS工业现场总线用于碱回收控制系统,将I/O通道分散到实际需要的现场设备附近,使安装和布线的费用开销减少到最小,从而使成本费用大大地节省。系统具有“开放”的通信接口,允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备,可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统,对过程信息方便地实现共享,为系统优化构建了强劲平台;在洗涤工段,采用基于残碱和波美度“双目标优化”的两步神经网络建模和罚函数优化技术,在保证洗后浆料残碱满足工艺要求的情况下,浓黑液波美度尽量地高,洗涤用清水加入量尽可能地少;在筛选工段,采用多级“非常规比值+串级控制”策略以及压力筛自动排堵技术,保证系统稳定运行在额定工况之下;在漂白工段,实现氯化段、碱化段和双氧水漂白段的联动最优控制;利用SIMATIC PCS7作为平台、初步建立三层结构的制浆、造纸工业CIPSComputer Integrated Processing System)。

在造纸发达国家基本上以木浆造纸为主,禾本类制浆主要集中在我国及其它森林资源不丰富的国家。我国在这方面的工艺和控制技术都比较成熟,位于世界前列。芬兰奥斯龙封闭筛选设备原本用于对木浆的筛选。由我们单位同芬兰奥斯龙及河南漯河银鸽纸业合作,成功地实现了对麦草浆的筛选,并实现该控制系统的国产化。在合作过程中,我们消化、吸收了奥斯龙公司在封闭筛选系统方面的核心控制技术,并结合麦草浆的实际情况进行了必要的改造,开发了专用软件包,用于压力筛的堵塞预警和自动排堵。

本项目的研究成果适用于各类禾本类制浆生产过程的自动控制和集成优化,通过适当修改后,也可用于对木浆洗筛漂处理过程的控制。本研究采用了profibus工业现场总线技术,对洗筛漂整个系统进行了互联,并在此基础上进行了较为全面的优化控制,可保证黑液提取工段高效运转,节约水耗、能耗和化学品消耗,减轻环境污染和工人劳动强度,为企业创造更多的利润。根据统计,采用本控制系统后,水耗下降11.2%,电耗下降10.3%,通氯量下降9.8%,加碱液下降7.2%,加漂液下降9.1%,成纸率提高2.6%

二、经济效益:

根据用户测算,采用本系统后,因压力筛堵塞等生产故障而导致的停机时间缩短50%,产量提高15%,水、电、化学药品使用成本减少8%。对于一条日产250吨成品浆的洗筛漂生产线,每月可直接节约生产成本约10.5万元,在1.5年的时间内可收回控制系统投资成本。另外,由于本控制系统的投用,能稳定并提高了浓黑液的波美度,减轻了碱回收蒸发工段的运行压力。

三、市场前景

草浆是我国纸张抄造的主要浆种来源之一,洗筛漂是进化草浆原浆,提取黑液,获得抄纸用成浆的必备工段。目前我国造纸工业废水排放量居各类工业废水排放量之首,每年排放约35.3亿吨。而造纸工业的污水主要来自碱法化学浆厂的黑液。对草浆洗筛漂过程实施集成优化控制,对减少黑液产生量,提升黑液波美度作用重大。随着国家环保力度的加大及市场竞争的需要,各草浆制浆造纸厂必须对这一生产过程进行严格管理,提高生产效率,降低生产成本,减轻环境污染。所以,本研究成果具有比较广阔的推广应用前景。

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