[发明专利]一种造纸机干燥部能量系统优化控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种造纸机干燥部优化控制系统，特别涉及一种干燥部为全封闭式的多烘缸造纸机干燥过程的能量优化控制系统。 

背景技术

造纸机干燥部的组成因所生产的纸种不同而有所不同，除生产薄页纸的造纸机为一大直径的杨克烘缸外，其他造纸机的干燥部则是由多组烘缸组成的，且被包围在一个全封闭式、半封闭式或敞开式的气罩内，需要表面施胶的纸机，其干燥部还包括表面施胶系统。其干燥过程为：经压榨后干度为33％～55％的湿纸页，进入造纸机干燥部经过多组烘缸(或一个杨克烘缸)的蒸发作用逐渐脱除纸页内残余的水分，使其出干燥部时干度为90％～97％；蒸发出来的水分在气罩通风系统上升气流的作用下向气罩上部运动，经抽风机排出干燥部；排出的高湿含量的湿热空气先经过换热系统回收废热，再由引风机送入烟囱排至大气。 

造纸机干燥部的作用是借助于烘缸内蒸汽冷凝释放出的潜热蒸发脱除湿纸页中残留的水分，然后依赖于气罩通风系统把蒸发出来的湿热空气排出干燥部，同时还具有提高纸页强度、增加纸页平滑度和完成纸页的表面施胶等作用。 

造纸机干燥部的质量约为纸机总质量的60％～70％；设备费用和动力消耗均占整个纸机的50％以上；能耗约占造纸总能耗的60％左右，为纸生产成本的10％～15％，是造纸工业流程中耗能最大的工段。因此，无论从重量、投资、能耗还是对纸页的质量来说，干燥部都是造纸机的重要组成部分。近年来随着造纸机高速化的发展，干燥部的发展也很快，许多新技术不断涌现，干燥理论和新的干燥设备也不断出现，但干燥部性能的好坏仍然是限制纸机向高速化发展的主要瓶颈。 

影响干燥部性能的因素很多，包括蒸汽冷凝系统的设计和操作、气罩通 风系统的效率、热回收系统的操作以及烘缸结构、烘缸外壁厚度和传热性能、干网的选用、纸机车速、纸页透气性及平滑度等众多因素，其中蒸汽冷凝系统、气罩通风系统及热回收系统的操作是影响其干燥过程能量系统效率的关键因素。 

目前造纸机干燥部能量系统主要采用如下几种控制方案： 

蒸汽冷凝系统控制：主蒸汽管道设有蒸汽流量和压力的控制阀；多组烘缸分布的干燥部，每一组烘缸都有供汽的压力控制；各组烘缸有独立的压差控制；汽水分离器的液位控制；二次蒸汽和冷凝水的流量控制等。这些变量的控制大多是通过PID控制(Proportion Integration Differentiation，这里指比例、积分、微分控制)实现的。 

气罩通风系统控制：气罩排风露点温度的控制；通风量和通风温度的控制；加热器蒸汽流量的控制；抽风机、引风机阀门开度或功率的控制等。但在实际生产中，因为缺少准确可靠的理论指导，且为保证纸机的安全运行，并不是根据排风湿度来控制通风量的，即便是在转换纸种或纸机断纸时，进风量也只能靠操作员的经验来调节，这往往会使通风量过大而造成能源的浪费。 

据调查，造纸厂中影响纸机干燥部能量系统效率的某些关键变量还没有实现在线测量，只能根据经验推理，无法根据实际数据做出科学的预测，给干燥部能量系统的优化带来了一定的困难。这些变量包括：气罩内空间方向的温度及湿度分布；烘缸的温度曲线；进出换热器冷物流和热物流的参数等。另外对其有影响的因素还有：现有DCS(Distributed Control System，这里指集散控制系统)校正不及时，某些关键变量的测量偏差较大，不能准确反映造纸机干燥部的真实条件。 

目前，在造纸机干燥部DCS中，纸页干燥过程的控制通常采用常规的PID控制，由于干燥过程的控制变量和被控变量之间具有强耦合、大滞后和非线性等复杂的动态特性，并存在苛刻的约束条件，使常规的PID控制无法根据纸机的实际情况来准确地调节干燥部能量系统的主要变量，不能取得满意的控制效果，不仅造成了能源的浪费，也不符合建设节约型工厂的要求。 

发明内容

本发明提供了一种面向工艺的造纸机干燥部能量系统优化控制系统，其目的在于保证造纸机正常运行的前提下，获得比普通PID控制更好的控制效果，以提高干燥部的能量利用效率、节约干燥部能耗、实现造纸机干燥部能量系统的最优化。 

为实现本发明的目的采用的技术方案为：一种造纸机干燥部能量系统优化控制系统，其特征是，包括： 

安装在造纸机干燥部的在线测量装置，用于在线测量干燥部内的温度、湿度、露点、压力、风速及流量；所述的温度、湿度、露点、压力、风速及流量是指：各用汽点蒸汽的流量、压力及温度；气罩通风空气的流量、温度和湿度；气罩内空间方向的温度、湿度分布；气罩内的压力、露点；进、出各换热器的物流的流量、温度和湿度；最终排风温度、湿度及风速；