第二代緊湊型 (G2)蒸煮器的產量和纖維平衡控制

郭合芳 劉若飛

(山東亞太森博漿紙有限公司，山東日照，276800)

第二代緊湊型 (G2)蒸煮器的產量和纖維平衡控制

郭合芳 劉若飛

(山東亞太森博漿紙有限公司，山東日照，276800)

在第二代緊湊型 (G2)蒸煮器中采用了先進的控制軟件包 (APC)進行控制，主要對其中的產量和纖維平衡控制進行了分析介紹。

緊湊型 (G2)蒸煮器;APC控制;產量控制;纖維平衡

連續蒸煮技術發展到20世紀末出現了緊湊型蒸煮，到近幾年又開發出第二代緊湊型 (G2)蒸煮器。G2蒸煮技術可以使漿廠以最低的成本對漿料優化，以滿足紙廠的要求，同時，使漿廠通過降低投資成本，提高產量增加效益，因此目前是百萬噸漿廠項目的首選蒸煮方式。G2蒸煮技術不但利用了預浸塔等改良設備，設備開發商更是根據工藝特點，開發設計了先進的控制軟件包 (APC)，嵌入到集散控制系統 (DCS)中，通過大量的運算，利用串級、前饋控制等控制理念對產量、液比、用堿量等進行優化控制，達到理想的控制效果。

這種APC可以采用第三方軟件，利用OPC通訊，與DCS交換信息，從DCS獲得現場的數據信息，經過運算，再輸送到DCS里實現串級控制，還有一些DCS供應商開發出專門應用于先進控制的平臺，與DCS進行更簡單可靠的結合，如霍尼韋爾公司的Experion Application Control Environment(ACE)服務器 (見圖1)。如圖1所示，在ACE服務器采用普通商用的PC服務器，操作系統Windows 2000 Server，其功能就是EPKS C300處理器基本功能的鏡射，與DCS其他處理器、服務器、FIM(總線通訊)、第三方OPC服務器實行點對點通訊。

圖1 ACE服務器在EPKS系統的網絡結構

ACE服務器本身沒有組態軟件和數據庫，其應用程序組態和服務器上的其他處理器一樣在EPKS系統控制策略組態軟件Control Builder里面，建立一個針對ACE的運行環境CEEACE，在這個環境下進行CM的編程組態，并與其他處理器通訊，所以應用操作非常靈活。

G2蒸煮器APC主要過程控制分為4部分:①產量和纖維平衡控制;②液比平衡控制;③用堿量控制;④溫度控制。

通過這些方面的優化控制，主要目的是獲得平穩的蒸煮H因子，使產量變化調整穩定運行，維持穩定的卡伯值及其他重要參數，在這些控制中產量和纖維平衡的控制是主導程序，其他如溫度、液比的控制都隨著產量的調整變化而變化，所以本文主要分析產量和纖維的平衡控制。

1 產量控制

產量控制是指開停機、改變產能、設備異常調整時產量的調節方法，在APC程序包里設置了4種產量調整模式，DCS操作畫面上對應選擇按鈕，操作人員輸入想要達到的產量數值，根據需要選擇產量調整的模式。這4種模式分別是:①正常模式;②快速模式;③直接模式;④終止模式。圖2是產量控制的框圖。

圖2 產量控制模式邏輯圖

1.1 正常模式 (NM)

正常模式是在正常狀態下對產能的調整，這種工況下生產的主要目標是漿的質量控制，即獲得比較穩定的蒸煮卡伯值，使強度等質量不會有大的波動。蒸煮是一個緩慢變化的過程，當產量變化時，已經進入蒸煮區域的木片蒸煮滯留時間的變化是不同的，每層木片的滯留時間的變化取決于它在料柱中的位置，在蒸煮塔底層的料柱，其滯留時間變化很小，在最頂層的滯留時間變化最大。為了達到基本一致的H因子從而保證卡伯值的穩定，就需要根據滯留時間的變化對蒸煮溫度等進行調整。在正常模式下，輸入目標產量后，計算出目標產量對應的溫度目標值，然后進行溫度控制調節，按斜坡曲線慢慢提升溫度，斜坡時間T1是程序計算值，大約是木片在蒸煮區的滯留時間，見圖3。溫度達到目標值后再將木片計量器速度、蒸煮噴放量及白液流量調整到新的設定值進行控制。

1.2 快速模式 (FM)

在非正常狀態下，如設備異常等，產量的變化調整比質量控制更重要時就采用快速產量調整模式。如圖4，在這種模式下溫度快速達到目標產量的要求，接著取料速度、噴放量、白液流量達到目標值。在這種模式下，部分漿料H因子不同，卡伯值會有較大波動，所以只有在異常情況下才使用此模式。快速模式的斜坡時間T2由操作人員鍵入。

1.3 直接模式 (IM)

在非正常狀態下，其他APC控制回路都在M狀態下，立即進行產量的更改，應用在特殊情況下，或者APC啟動時給定產量初始值。

1.4 終止模式

在快速模式和直接模式啟動過程中，可根據生產情況隨時終止產量調整。產量設定值返回產量變化前的值。

2 纖維平衡控制

纖維平衡控制包括喂料控制、預浸塔液位控制、蒸煮塔液位控制等。

2.1 喂料控制

喂料控制就是取料速度的控制，它與上面提到的產量控制契合在一起，實現產能變化及平穩運行。如圖5所示的喂料控制模型圖，用木片計量器轉速累積偏差及皮帶上木片質量作為主副回路，調節取料螺旋速度以達到設定產量。主回路的測量值是當前設定產量對應的木片轉速與現場實際測量的木片計量器轉速的差值的累積值，設定值為0，副回路的測量值是木片輸送皮帶上木片的質量。在這個過程控制中，皮帶稱測量偏差大，木片疏松不一，木片皮帶輸送時間長，擾動大，為克服這些因素，模型中取木片從料堆到預浸塔的傳輸時間 (約10 min)內質量及木片計量器實際轉速的平均值，并引用木片流速的概念，單位木片計量器轉速對應的皮帶上的質量，再乘以設定木片計量器轉速，加上0．5的微調作為PID控制器輸出的限制值，從而達到平緩均衡喂料的目的。同時木片計量器的轉速用來調節緩沖槽料位。

2.2 預浸塔料位控制

預浸塔料位通過調節預浸塔底部去高壓喂料器預浸木片流量來控制，也可以由預浸塔底部卸料刮板的轉速來控制，該控制模型中，使用了木片流速概念，見式(1):

底部卸料刮板轉速的設定值就是由木片流速設定值及設計參數計算出的，同時用預浸塔料位控制模型進行微調，經過PID調節的輸出轉換為轉速補償到上面根據流速計算的轉速設定值里，作為卸料螺旋的實際轉速設定值 (RSP，見式 (2))。

2.3 高壓喂料器控制

在高壓喂料器控制中，引用了兩個概念，高壓喂料器排空因子 (H1)和高壓喂料器填充因子 (H2)，計算公式為式 (3)和式 (4):

根據實踐，高壓喂料器填充因子值為87左右時運行效果最佳，預浸塔液位循環流量根據產量設置，由此可以計算出高壓喂料器的轉速。高壓喂料器的排空因子值的理想值是120，由此可以確定輸送循環閥門調節開度。

2.4 蒸煮塔料位控制

圖5 喂料控制模型

蒸煮塔料位控制的基本原理是控制木片計量器來木片流量和蒸煮塔噴放流量，控制模型見圖6。保證料柱在蒸煮塔內下行的穩定性是非常重要的，因為這會影響到木片在蒸煮塔內蒸煮區的滯留時間。料位控制器調節噴放流量。為防止料位控制器測量的原因造成異常波動，正常的噴放流量設定值由當前設定產量計算而來，而料位控制器只被允許在正常噴放流量有限的范圍內對噴放量進行調節。

圖6 蒸煮塔料位控制模型

3 結語

產量和纖維平衡控制是第二代緊湊型 (G2)蒸煮器控制軟件包 (APC)控制的主導部分，只要連續平穩地喂料，形成均勻的料柱，控制蒸煮木片的滯留時間，再根據產量、木片流速、漿料流速合理地進行溫度及液比的控制調節，就可以獲得更穩定的H因子，使蒸煮后卡伯值維持在平穩的狀態，為氧脫木素打好基礎，就會獲得穩定的高品質的產品。

［1］ Mesto G2 Compacting Digester Operation Maunal［S］．

［2］ 美卓推出化學漿廠高級過程控制方案［J］．中國造紙，2009，28(12):73．

［3］ 美卓制漿造紙新技術［J］．中國造紙，2009，28(12):56．

Introduction to Compact Cooking G2 Digester and Its Production and Fiber Balance Control

GUO He-fang*LIU Ruo-fei
(Shandong Asia Pacific SSYMB Pulp ＆ Paper Co．，Ltd．，Rizhao，Shandong Province，276800)

Advanced process control(APC)is used in compact cooking G2 digester．The production and fiber balance control are the most important part in APC，and stable chip feeding is the presupposition to achieve high quality．

compact cooking G2 digester;APC;production control;fiber balance control;fiber balance

TP273

B

0254-508X(2012)11-0060-03

郭合芳女士，工程師;主要從事自控系統的維護管理工作。

(*E-mail:dmc1970@163．com)

2012-07-16(修改稿)

(責任編輯:郭彩云)