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本文作者：劉正譽(yù)作者單位：福建南紙股份有限公司

SIPAPERCISBleach是來自西門子公司SIPAPER產(chǎn)品家族中的先進(jìn)過程控制（APC）模塊。該模塊的目標(biāo)是盡可能降低漂白劑消耗，對(duì)漂白過程紙漿白度增益進(jìn)行優(yōu)化控制。廢紙漿的還原性物質(zhì)和殘余油墨（ERIC）含量波動(dòng)較大，SIPAPERCISBleach模塊通過內(nèi)置的預(yù)測(cè)控制模型（MPC）優(yōu)化控制漂白劑的加入量，在滿足目標(biāo)白度的前提下，可以減小漂白后紙漿白度波動(dòng)、降低化學(xué)藥品的消耗、減小漂白劑對(duì)紙漿強(qiáng)度的負(fù)面影響；減輕漂白劑對(duì)后續(xù)工段的影響（如后浮選和水處理等）。在福建南紙300t/d廢紙脫墨漿系統(tǒng)漂白過程中，采用了該模塊，實(shí)現(xiàn)了漂白化學(xué)品的自動(dòng)添加。

1生產(chǎn)工藝

1.1工藝流程

福建南紙300t/d脫墨漿生產(chǎn)線工藝流程：廢紙→碎漿機(jī)→卸料塔→高濃除砂器→粗篩→一段預(yù)浮選→一段除渣器→一段細(xì)篩→#1多盤過濾機(jī)→#1中濃立管→螺旋擠壓機(jī)→熱分散→漂白塔→一段后浮選→#2多盤過濾機(jī)→#2中濃立管→貯漿塔

1.2漂白工藝條件和指標(biāo)

漂白過程的主要化學(xué)藥品加入量：H2O215～20kg/t漿、NaOH5～10kg/t漿、水玻璃15～25kg/t漿。目標(biāo)白度為60%～62%ISO（紙頁成形器手抄片），漂白前脫墨漿的白度及標(biāo)準(zhǔn)偏差或偏差分布：50%～52%ISO，漂白后脫墨漿的白度及標(biāo)準(zhǔn)偏差或偏差分布：58%～60%ISO。其他工藝控制條件：漂白塔溫度80～85℃、pH9.5～10.5、漂白濃度25%～28%、漂白停留時(shí)間60～90min。

1.3廢紙?jiān)?/p>

廢紙?jiān)霞尤氡壤秊?0%的ONP#8美廢，30%的OMG#10美廢。該脫墨漿生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)可通過工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus-DP等通訊協(xié)議與其他系統(tǒng)通訊?，F(xiàn)有BTG紙漿白度在線傳感器兩套，一套安裝于#1中濃立管和螺旋擠壓機(jī)之間，另外一套安裝于漂白塔出口位置。白度傳感器信號(hào)已接入DCS。

2SIPAPERCISBleach模塊的基本功能

紙漿漂白是制漿造紙過程中的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于不同的紙漿（如化學(xué)漿、機(jī)械漿、化機(jī)漿和廢紙脫墨漿等），不同的漂白劑（如雙氧水、保險(xiǎn)粉、FAS、二氧化氯和臭氧等）漂白過程的機(jī)理復(fù)雜多樣，但其目的都是為達(dá)到目標(biāo)白度，紙漿白度是漂白過程最重要的質(zhì)量指標(biāo)。

2.1實(shí)現(xiàn)漂白工藝的操作控制分為三種方式

開環(huán)控制：各漂白劑的加入量為相對(duì)恒定值，由工藝人員指定，與時(shí)間無關(guān)。半自動(dòng)控制：根據(jù)實(shí)驗(yàn)室定期采樣測(cè)試結(jié)果或在線白度傳感器數(shù)據(jù)，由操作人員間歇調(diào)節(jié)。PID控制：根據(jù)在線傳感器數(shù)據(jù)，由PID控制器進(jìn)行計(jì)算并調(diào)節(jié)漂白劑的加入量。由于紙漿漂白過程是多變量、大滯后和強(qiáng)耦合的連續(xù)過程系統(tǒng)，因此，以上方式操作控制漂白過程都有較大優(yōu)化余地。SIPAPERCISBleach模塊控制策略如圖1所示。

2.2輸入變量

漂后目標(biāo)白度值、漂前測(cè)量的白度值、漂后測(cè)量的白度值、漂白塔料位、漂前入口紙漿流量和濃度、漂后出口紙漿流量和濃度。

2.3輸出變量

各種漂白劑的流量控制參數(shù)。

2.4控制模塊

SIPAPERCISBleach模塊可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線過程控制，是DCS實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制漂白過程的必要補(bǔ)充。先進(jìn)過程控制模塊以SIPRAISE為運(yùn)行環(huán)境，與WinCC集成為一體，其主要單元模型如下：

(1）滯后模型?？梢詫?shí)時(shí)計(jì)算出三相懸浮液通過過程單元設(shè)備所需要的時(shí)間。計(jì)算滯后時(shí)間是漂白模型自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。在管道、管槽和熱分散機(jī)中的時(shí)間能夠相對(duì)準(zhǔn)確的計(jì)算（時(shí)間=容積/流量），但并不適于漂白塔。在確定漂白塔中停留時(shí)間存在以下問題：測(cè)量料位相對(duì)不準(zhǔn)確，裝料系數(shù)只能估計(jì)，漂白塔中紙漿濃度較高（例如25%～30%），而且容易結(jié)塊，裝料系數(shù)只能以容積比例表示，例如裝料系數(shù)0.7表示紙漿占容積為70%，空氣占30%。由于存在這些問題，停留時(shí)間只能估計(jì)，為此SIPAPERCISBleach融合Kalman濾波器技術(shù)，可以比較準(zhǔn)確地估算滯后時(shí)間。

(2）漂白模型。該模型是基于控制理論、試驗(yàn)分析和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的非線性模型。漂白過程中漂白劑的加入量與紙漿白度增益屬于多變量非線性的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲取特定漂白過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后建模得到高維非線性模型。在漂白劑用量允許的范圍內(nèi)，該模型可以計(jì)算出所有漂白劑組合漂后的白度增益。

(3）優(yōu)化模型。在確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期白度增益的前提下，該模型運(yùn)用SQP（逐步二次規(guī)劃）方法，全局搜索最低成本下的漂白劑用量。該模型已經(jīng)成功用于許多工業(yè)過程控制，可以最大限度地挖掘非線性漂白過程中的潛力。

(4）模型預(yù)測(cè)控制器。以上的單元模型被模型預(yù)測(cè)控制器連接在一起，漂白劑用量的實(shí)際值被傳送到漂白劑控制閥。在過程控制層，通過平滑方法在成本優(yōu)化的工作點(diǎn)之間連續(xù)調(diào)節(jié)，使以成本目標(biāo)優(yōu)化的設(shè)定值與DCS控制可以有效地協(xié)調(diào)工作。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在穩(wěn)定廢紙配比、保證質(zhì)量的情況下，對(duì)脫墨漿漂白過程中手動(dòng)加藥和自動(dòng)加藥兩種生產(chǎn)狀態(tài)下H2O2、NaOH單耗以及立管白度進(jìn)行比較，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集（不同時(shí)間下取30個(gè)樣進(jìn)行測(cè)試后進(jìn)行平均計(jì)算），可以看出漂白加藥系統(tǒng)在自動(dòng)加藥狀態(tài)下，H2O2用量18.48kg/t（絕干），NaOH用量7.05kg/t（絕干），立管白度62.23%ISO；漂白加藥系統(tǒng)在手動(dòng)加藥狀態(tài)下，H2O2用量22.43kg/t（絕干），NaOH用量10.15kg/t（絕干），立管白度61.57%ISO。自動(dòng)加藥系統(tǒng)可以節(jié)約H2O2用量3.95kg/t（絕干）、NaOH用量3.1kg/t（絕干），并且立管白度高0.66%ISO。如圖2、圖3、圖4。

4結(jié)論

SIPAPERCISBleach模塊用于福建南紙300t/d漂白系統(tǒng)后，白度穩(wěn)定，成漿白度標(biāo)準(zhǔn)偏差改善率大于40%，可節(jié)約5%左右漂白劑加入量。