面向制浆造纸过程的工业控制解决方案
前 言
根据国家经贸委发布的《“十五”工业结构调整规划纲要》，2002年5月中国轻工业联合会提出了我国造纸工业结构调整具体建议，其中指出：近年国家始终把造纸工业作为重点支持的基础产业，使得全行业技术装备水平和生产能力有了进一步提升。加入WTO后，我国纸张进口关税税率将由目前的15％左右，逐步下调到5％左右，对造纸工业的各方面的冲击将是很大的，面对国内国外激烈的市场竞争，我国造纸业行业整体结构调整任务十分艰巨，要采取积极的应对措施。
浙大中控力争成为国内乃至世界上最出色的综合自动化整体解决方案供应商。将我们在计算机、网络、控制方面的技术优势应用于制浆造纸过程以提高造纸业行业在入关后的竞争实力，以科技创新优化现有科技配置、促进造纸行业社会效益和经济效益提高也是浙大中控不懈追求并以之为己任的追求目标。
我们希望通过这份资料向广大用户传递我们在制浆造纸过程所取得的经验，从而达到抛砖引玉的效果，同时以我们优质的服务回报社会。
工艺概述
? 制浆
制浆造纸工业中的制浆是指利用化学方法、或者化学和机械相结合的方法，使植物纤维原料离解变成本色制浆或者漂白制浆的生产过程；包括下列的基本过程：
磨浆
贮浆备用 备料 蒸煮 洗涤 筛选 漂白 原料贮存 抄浆出售 蒸煮（或浸渍）和磨浆
制浆过程流程图
? 碱回收
对于制浆过程比较常用的碱法制浆是将烧碱（或硫化碱）溶于蒸煮锅中通蒸汽煮成的，纤维不溶于碱而成为纸浆，约有一半多非纤维物质溶于碱液并由纸浆中分离出来，成为碱回收的原料——“黑液”，制浆黑液的碱回收是变废为宝、效益显著的综合利用工程，是造纸厂治理水污染的首要措施，黑液回收碱包括黑液提取、蒸发、燃烧、苛化、石灰回收等过程。
白液 黑液 洗浆 石灰回收 蒸煮 蒸发 燃烧 苛化 浆料 碱回收过程流程图 ? 废纸制浆
废纸是重要的可再生资源，废纸的回收利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源紧张和污染严重等三大问题的有效途径。目前，我国使用废纸作为主要原料生产箱纸板的厂家越来越多。
浓缩 热分散 纤维分级 除渣 精选 初选 拣选 碎解
废纸制浆过程流程图
? 造纸
造纸是指将纸浆抄造成纸产品的过程。在整个工艺流程图中大体可分为打浆、添料、纸料前处理和流送、纸（或纸板）抄造和整理四个阶段。
除渣、除砂、 打浆 添料 筛浆 流浆箱 脱气 网部 压榨部 干燥部 压光部 卷取
造纸过程流程图
除了以上基本过程外，还包括一些辅助过程，如：蒸煮液的制备，漂液的制备，蒸煮废气和废液中化学药品与热能的回收利用以及废液的综合利用等。此外，还包括有中段废水（主要指浓缩机废水和漂后洗涤废水）的处理和废纸回用等。
关键控制技术 制浆过程
蒸煮： 蒸煮过程是
造纸生产中十分重要的一个环节，它将造纸的原材料——木片、竹片或草类等置于反应釜、即蒸煮锅内，在一定的温度、压力和化学药液的作用下，经过复杂的化学反应，脱去原材料中木质素或草质素，分离出纤维素，对
于一个十万吨的造纸厂，蒸煮得率只需要提高1％，工厂就会增加几百万的年效益，我们在蒸煮过程的技术优势体现在以下方面：
? 可靠的顺序控制方式：针对间歇蒸煮过程工艺特点制定自动顺序控制操作方式
大大减轻了操作工人的劳动强度，增加了工艺过程顺序控制的可靠性；
? 最佳蒸煮温度控制：升温曲线优化算法能够在各种原料蒸煮过程中给出最佳的
温度设定曲线；
? 平稳总蒸汽流量控制：通过抑制或叉开各间歇蒸煮器的用汽高峰等手段平稳总
蒸汽流量；
? 蒸煮终点自动预报：基于工程化数学模型的软测量技术在线计算H因子，按照
进料、进液情况和H因子变化在线估计纸浆的Kappa值，并且根据Kappa自动预报蒸煮终点。
洗涤、筛选与净化: 来自蒸煮工段的粗浆，含有大量蒸煮废液和少量粗渣、泥沙等杂质，
因此必须经过洗涤、筛
选净化等处理过程，以获得符合质量要求的纸浆，并对废液、废渣加以回收利用。洗浆的目的一是把纸浆中的黑液洗干净以利用后续工序的顺利进行；二是尽可能获得高浓度的黑液，以利蒸发回收；筛选净化是出去未蒸解的木片、木节等粗渣和砂石。目前大多数工厂采用多
台串联的真空洗浆机或压力洗浆机逆流洗涤，以提高洗浆效果。筛选净化常用的设备为筛选
机和锥形除砂器，我们在纸浆洗涤、筛选与净化过程技术优势体现在：
? 纸浆洗涤、筛选净化过程的自动控制： 面向各种洗涤、筛选净化装置，对洗
涤过程各段的压力差，洗涤槽液位以及进浆流量、浓度、洗涤水流量以及筛选净化过程进浆流量、浓度进行自动控制； ? 先进的控制算法： 以纸浆残留碱极小和黑液浓度极大为目标优化洗涤过程，采
用在线滚动优化方法，并辅之以模型反馈校正技术，使系统在满足工艺约束条件下运行在最优状态； ? 可靠合理的操作方式： 为保护泵、电机安全设计必要的监控、故障诊断以及合
理的联锁保护方式，保障生产有序、安全运行。 ? 漂白工段： 经蒸煮和洗涤后的纸浆均有一定的颜色，漂白过程的主要任务是用漂白剂
与纸浆进行比较温和的化学反应的方法继续除去纸浆中的部分木素、色素或者使色素脱色；在获得均匀的所需白度的同时尽可能减少对纤维的降解作用，保证纤维强度，尽可能减少漂白剂和洗涤水的用量以达到节约和减少污染的目的；针对典型的C（氯化）、E（碱处理）、H（次氯酸盐）三段漂白，实现纸浆过程自动控制。
碱回收过程
蒸发： 蒸发是把化学制浆过程中分离出来的黑色低浓废液（固形物含量10％左右）通过
蒸发的方法浓缩成符合燃烧要求的浓黑液（固形物含量为50％左右），针对多效黑液蒸发系统的复杂性，我们采用优化控制以有效提高蒸汽利用率和生产效率、降低能耗，系统先进性主要体现在：
? 蒸发过程自动控制： ? 先进控制算法：
为保证后续燃烧过程的稳定生产，延长设备的清洗周
期，以黑液浓度和流量为中心对黑液多效蒸发过程实行有效的自动控制； 对于蒸发过程复杂的工艺特点以及非线性、强耦合、大滞后
的双输入双输出对象特性，采用前馈＋反馈预测控制算法，降低对模型依赖性并实现在线滚动优化控制；
? 结垢故障预测预报： 黑液蒸发过程会逐渐使设备、管道结垢，结垢将影响蒸
发器的正常工作和降低生产能力，因此当热效率降低到一定程度后必须进行水洗或酸洗除垢才能重新工作。系统从蒸发静态模型出发，采用软测量技术间接预测蒸发器的传热系数预报清洗时间。
燃烧： 蒸发过程浓缩后的黑液送到燃烧过程的直接接触蒸发器中，利用烟气和余热进一步
把浓黑液浓缩供燃烧。燃烧过程的目的是回收无机化学用品，有机物燃烧产生的热量以蒸汽方式回收，并在燃烧过程中把补充的芒硝还原成Na2S，减少废气和沸水对环境的污染。我们在燃烧过程的技术优势主要体现在：
? 燃烧过程自动控制：
系统根据燃烧过程工艺特点，实现黑液系统、燃烧系统、
锅炉引风系统、给水和蒸汽系统、绿液余流等子系统自动控制；
度自寻优控制策略，提高回收率的优化控制策略；通过对特殊燃烧过程的机理分析，按照能量和物料平衡原则确定碱回收炉燃烧过程控制策略；以自动寻找还原区优化温度为目标，控制燃烧炉底部进风量以获得最优回收率；
? 适合特殊要求的控制策略： 在特殊燃烧过程数学模型基础上，开发了还原区温
? “黑炉”监控： “黑炉”是碱回
收炉生产操作过程中一个特殊又具有很大危险性的故障，由于黑液燃烧的复杂性加之回收过程中形成的垫层，使黑液燃烧的正常与否与黑液的性质及其状态存在很大的关系，这些影响因素往往难以检测与控制，系统根据已知工艺参数，设计了一套“黑炉”检测、预报及消除控制方案，以保证碱回收炉正常运行。
苛化和石灰回收： 苛化过程是化学反应过
程，把绿液中的硫酸钠与石灰作用生成蒸煮所需的苛化纳，石灰回收过程的作用是把苛化过程中分离的白泥（碳酸钙）在高温下焙烧成石灰（氧化钙）供苛化过程回用，石灰回收过程的主要目的是在保证焙烧问题的条件下提高热效率、以最少的燃料消耗获得高质量的石灰，系统实现苛化和石灰回收自动控制。
废纸制浆过程
根据废纸的种类和废纸纸浆的要求以及生产规模，废纸纸浆生产线的具体工艺和设备选型会有所不同，围绕高效、节能、节约劳动力、提高产品质量、减小原材料损失和减轻污染负荷等方面进行技术改进，我们在废纸制浆过程控制系统的技术优势体现在：
在这个过程中系统对于各类阀门、泵的开关操作比
较频繁，并要保证定时定量，如果用人工操作劳动强度大而且很难保证不受人为因素的影响而导致干扰碎浆的质量，因此采用自动控制对于生产的正常进行是必不可少的，利用浙大中控生产的图形化编程软件SControl的顺控图编程方式可以实现碎解系统的自动运行，自动计算各种物料加入量，并采取合理的联锁设
计，充分利用计算机控制系统的可靠性，杜绝人为误操作，提高生产效率，确保碎浆质量； ? 纤维分级过程自动控制： 通过对工艺流程操作分析和过程扰动分析，采用排
渣顺序控制、纤维分级功率控制、仅将压力控制系统等控制方案，采用先进的DCS实施上述控制系统，并对其他重要参数进行过程监控和报警； ? 热分散过程自动控制： 热分散过程是废纸制浆造纸过程中一个极重要的
过程，它采用蒸汽加热的方式分散纸浆中的热溶性物质，针对热分散过程工艺特点，
? 组合碎解系统顺序控制：
面向制浆造纸过程的工业控制方案
