CN101250828A - 高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法，采用游离度－比齿韧负荷－功率分配三位一体控制方式，首先根据原料种类、产品性能特点和纸机车速设定磨浆吨耗功率大小、浆料经过磨浆后所需要降低的游离度和浆料流量；然后DCS控制不同的磨浆功率分配和盘磨串联方式；再对磨浆后结果进行综合分析，并得到相关数据；将数据反馈到DCS控制进行综合处理，得到优选数据；最后DCS按优选数据进行调整，控制不同的磨浆功率分配和盘磨串联方式，实现高速纸机磨浆系统的优化与节能降耗。与现有技术相比，本发明综合运用游离度、功率分配和比齿韧负荷控制方式，以达到在最低能量消耗情况下纸张最佳的强度性能，实现了磨浆系统优化节能降耗。
Description
一、技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体地说是高速纸机磨浆系统的优化和节能降耗的一种方法。
二、背景技术
现在高速文化纸机的车速一般均在1000m/min以上，纸板机车速在600m/min以上。纸料从流浆箱堰板喷出到形成湿纸幅的时间只有几分之一到几十分之一秒，纸张质量主要取决于这“瞬间成型”纸幅匀度的好坏，而纸幅匀度又取决于纤维与纤维之间良好的交织。纸料上网前的磨浆系统能改变纤维的纤维形态，使它们分丝帚化，在其表面产生更多的游离羟基，增加了成形过程中纤维与纤维之间的相对结合面积，保证纸张的强度和质量。与普通低速纸机相比，高速纸机的磨浆系统要解决好磨浆产量与磨浆质量之间的矛盾。如果过多地强调产量往往会导致磨浆质量的下降；过多地注重磨浆质量又会导致能量消耗增加，浆料不能连续不断地供给纸机，影响了生产的正常进行。对高速纸机磨浆系统进行合理的控制、优化，既关系到产品的品质，又关系到产品的能耗、成本。
磨浆过程的控制对低速纸机来讲，由于产量低，能利用盘磨机设备对纤维进行良好的处理；但对高速纸机来说，非常困难。目前对打浆过程控制在国外已经有20多年的历史，由于高幅宽、高车速纸机最近几年才在国内大范围安装、生产，对如何解决好磨浆质量、产品品质和能量消耗还处在探索过程中。综观磨浆过程的控制主要分为比能量控制、游离度控制和比能量-比齿韧负荷控制三种方式。比能量控制又分自动功率控制、温差控制和给定单位绝干纤维量(HPD/T)控制。每种控制方式有其利弊，各有所长。
比能量控制、游离度控制和比能量-比齿韧负荷控制三种方式的共同特征——选择某一间接物理量作为控制目标，国外大多数采用HPD/T作为控制方法，国内主要以自动功率控制占主导地位。
比能量的弱点在于间接、粗略地反映磨浆过程，对浆料、盘磨齿型等变化对磨浆质量的影响不能真实反映。
游离度控制方式是目前唯一的磨浆质量控制系统，使用于纸浆浓度和流量比较稳定的情形。目前国内大多数采用这种系统。
比能量-比齿韧负荷控制方式从纤维形态性能、磨浆设备两方面综合考虑磨浆系统的好坏，属于一种二维控制模式，采用了磨浆机转速调节，节能尤为突出。
三、发明内容
针对车速在1000m/min以上的高速纸机，本发明的目的是克服现有磨浆质量与产量之间的矛盾，提供了一种高速纸机磨浆系统的优化节能降耗的方法，该方法采用游离度-比齿韧负荷-功率分配三位一体控制方式，使吨浆磨浆能耗降低了5-10％，纤维细纤维化程度提高了5-10％，成纸内聚力和裂断长增加了5-10％。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法，其特征在于采用游离度-比齿韧负荷-功率分配三位一体的控制方式，实现磨浆系统的优化节能降耗，具体包括以下步骤：
A)根据原料种类、产品特点和纸机车速设定磨浆吨耗功率大小范围和浆料经过磨浆后所需要降低的游离度及浆料流量；
B)按照上述设定的数据，由DCS控制磨浆功率分配方式和盘磨串联方式，并按该方式进行运行；
C)在磨浆后对浆料进行纤维分析，滤水性能分析、能量消耗分析、比齿韧负荷和成纸强度性能分析，并得到相关数据；
D)将得到的上述相关数据反馈到DCS控制，确定游离度、功率分配，和比齿韧负荷值。
E)由DCS按上述确定的数据进行调整，并控制磨浆功率分配和盘磨串联方式，实现高速纸机磨浆系统的优化节能降耗。
上述步骤A)中所述的原料种类为阔叶木纤维、针叶木纤维或机械浆中的一种或两种浆的混合，所述的产品特点为抄造量48-80g/m2，纸机车速1000-1500m/min，设定磨浆吨耗功率大小范围为100-200kwh/t浆、所需要降低的游离度为30-200mL和浆料流量为3000ml/min-5000ml/min。
上述步骤B)中，磨浆功率分配方式采用两种：一种是磨浆总功率保持不变，另一种方式是保证出盘磨的成浆游离度不变，两台盘磨串联时，以9～11∶11～9的比例把总功率分配到单台盘磨上，三台盘磨串联时，以4～8∶5～8∶4～8的比例把总功率分配到单台盘磨上。
上述步骤B)中所述的磨浆功率分配以先重后轻即功率分配比例由大到小，两台盘磨串联时，以11∶9把总功率分配到单台盘磨上；三台盘磨串联时，以8∶7∶5的比例把总功率分配到单台盘磨上；或以先轻后重，两台盘磨串联时，以9∶11把总功率分配到单台盘磨上；三台盘磨串联时，以4～8∶5～8∶4～8的比例把总功率分配到单台盘磨上；
上述步骤B)中所述的盘磨串联方式是两台盘磨串联或三台盘磨串联。
上述步骤C)中所述的纤维分析是指纤维算术平均长度、质量平均长度、重均平均长度和细小纤维数的分析；所述的滤水性能分析是指纤维10S内滤水毫升数的测定；所述能量消耗是指每吨纸浆游离度降低1ml所需要的功率消耗kw/t.mL；所述比齿韧负荷是指单位刀盘长度所做的有效功ks/km；所述成纸强度性能分析是指裂断长和内聚力的变化。
上述步骤D)中所述确定游离度为30-200mL、功率分配，当两台盘磨串联时，以9～11∶11～9或11～9∶9～11；三台盘磨串联时，以4～8∶5～8∶4～8比例把总功率分配到单台盘磨上和比齿韧负荷值为500-1500ks/km。
上述的经分析的数据表现为，比齿韧负荷大，盘磨机磨浆强度大，盘磨机发挥的效果好；成纸内聚力和裂断长大；游离度低；纸料的滤水速度低；能量消耗少。
本发明根据所用纤维原料特点，抄造纸种性能要求：抄造定量小于70g/m2的纸张，阔叶木纤维和针叶材纤维采用单独磨浆方式，针叶木纤维采用磨浆强度先轻后重，串联盘磨机台数为两台。阔叶木采用先重后轻的磨浆方式，串联盘磨机台数为三台；采用先轻后重的磨浆方式，串联盘磨机台数为两台。抄造定量大于70g/m2的纸张，阔叶木纤维和针叶材纤维采用单独磨浆方式，阔叶木和针叶木均采用磨浆强度先轻后重的磨浆方式，串联盘磨机台数分别为两台。磨浆强度的大小以比齿韧负荷SPECIFIC EDGE LOAD(SEL)的大小来评价。
本发明在实施过程中可采用两种方式实施磨浆系统的优化：一是磨浆总功率保持不变，实施上述磨浆方案，以不同的比例把总功率分配到单台盘磨上；二是保证出盘磨的成浆游离度保持不变，实施上述磨浆方案，以不同的比例把总功率分配到单台盘磨上。分析纤维形态、成纸性能和能量消耗的变化，再调整盘磨串联方式、磨浆强度和磨浆功率分配方式。
与现有技术相比，本发明综合运用游离度、功率分配和比齿韧负荷控制方式，根据纸张定量的变化，以及纤维原料的差异，利用DCS控制灵活调整盘磨机的磨浆方式如磨浆比压、功率分配和组合等，维持纸机生产正常的车速和产量，以达到在最低能量消耗情况下纸张最佳的强度性能，实现了磨浆系统优化和节能降耗。
四、附图说明
附图1是本发明所述工艺流程图。
五、具体实施方式
实施例1：阔叶浆三台盘磨串联抄造67g/m2低定量纸种
1、原料采用阔叶木纤维，产品抄造定量为67g/m2，纸机车速为1400m/min，保持设定的磨浆总功率一定140kwh/t浆，浆料游离度降低值设定为70ml，浆料流量3500ml/min。
2、通过DCS设定输入的磨浆总功率保持不变140kwh/t浆。采用三台盘磨串联的磨浆方式，磨浆功率分配到单台盘磨的比例为5∶7∶8和8∶7∶5。
3、磨浆后进行纤维形态、滤水性能、成纸强度性能分析、能量消耗分析和比齿韧负荷分析。(1)纤维形态分析：
利用FQA(FIBER QUALITY ANALYSIS)纤维分析仪对不同功率分配后的纤维进行分析，数据如表1所示：
表1纤维形态分析
采8∶7∶5的功率分配方式，纤维长度最长，细小纤维含量最低。说明该功率分配方式有助于保护纤维长度。
(2)对滤水速度的影响
三台盘磨串联时，8∶7∶5的功率分配方式，浆料实际达到的游离度最低；纸料的滤水速度下降，见表2。
表2：网部滤水速度比较
(3)功率分配后的物性分析
磨浆功率分配到单台盘磨比例为5∶7∶8或8∶7∶5，两种情况显示8∶7∶5的功率分配成纸内聚力和裂断长均为最大，见表3。
表3：成纸强度性能比较
(4)功率分配后磨浆能耗的比较：
两种不同组合盘磨机能耗之比较，依次分别为0.07209、0.07184kw/t.mL，在设定输入功率一定的情况下，8∶7∶5磨浆功率分配比例能量消耗最少。
(5)比齿韧负荷分析
不同功率分配比例的条件下，比齿韧负荷(Specific edge load)能反映盘磨机总体磨浆效能的发挥。只要每台盘磨机的功率分配不同，比齿韧负荷就会增加，盘磨的磨浆作用就会增强。磨浆功率分配到单台盘磨比例为5∶7∶8和8∶7∶5两种情况，比齿韧负荷分别为937、1002ks/km，采用8∶7∶5磨浆功率分配比例的比齿韧负荷最大，盘磨机磨浆强度最大，盘磨机发挥的效果最好。
4、由此确定DCS精确控制参数为磨浆功率分配采用8∶7∶5、磨浆功率为140kwh/t浆和游离度下降为70ml。
5、在设定的总功率一定140kwh/t的情况下，采用阔叶木纤维抄造定量67g/m2纸张，采用8∶7∶5的功率分配方式，即对阔叶短纤维采用先重后轻的磨浆方式，采用三台盘磨串联磨浆方式，保持设定的磨浆总功率一定140kwh/t浆)，浆料游离度降低设定为70ml，比齿韧负荷最大，消耗的能量最低，成纸强度最好。
实施例2：阔叶浆两台盘磨串联抄造48g/m2低定量纸种
1、原料采用阔叶木纤维，产品抄造定量为48g/m2，纸机车速为1400m/min，设定的磨浆总功率为150kwh/t浆，浆料游离度降低值设定为80ml。
2、通过DCS设定输入的磨浆总功率保持不变150kwh/t浆。采用两台盘磨串联的磨浆方式，磨浆功率分配到单台盘磨的比例为9∶11和11∶9。调整盘磨机的进刀距离，保证盘磨出口处浆料游离度340ml不变。
3、磨浆后进行纤维形态、滤水性能、成纸强度性能分析、能量消耗分析和比齿韧负荷分析。
(1)纤维形态分析：
利用FQA(FIBER QUALITY ANALYSIS)纤维分析仪对不同功率分配后的纤维进行分析，数据如表4所示：
表4纤维形态分析
采用9∶11功率分配方式，纤维长度最长，细小纤维含量最低，说明该功率分配方式有助于保护纤维长度。
(2)对滤水速度的影响
两台盘磨串联时，不同功率分配方式纸料滤水速度的比较，见表5。
表5：网部滤水速度比较
采用9∶11的磨浆功率分配方式，在成浆游离度相同的情况下，其滤水速度最快。
(3)功率分配后的物性分析
磨浆功率分配到单台盘磨比例为9∶11和11∶9，成纸的强度指标如表6所示：
表6：成纸强度性能比较
9∶11的功率分配比例显示成纸内聚力和裂断长均为最大。
(4)功率分配后磨浆能耗的比较：
两种不同组合盘磨机能耗之比较，依次分别为0.0812、0.0829kw/t.mL，在设定输入功率一定的情况下，9∶11磨浆功率分配比例能量消耗最少。
(5)比齿韧负荷分析
磨浆功率分配到单台盘磨比例为9∶11和11∶9两种情况，比齿韧负荷分别为1067、1038ks/km。采用9∶11磨浆功率分配比例的比齿韧负荷最大，盘磨机磨浆强度最大，盘磨机发挥的效果最好。
4、由此确定DCS精确控制参数为在成浆游离度一定的情况下，磨浆功率分配采用9∶11，磨浆功率为150kwh/t浆和游离度下降为80ml。
5、在设定成浆游离度340mL一定的情况下，采用阔叶木纤维抄造定量48g/m2纸张，采用9∶11的功率分配方式，采用两台盘磨串联磨浆方式，即对阔叶短纤维采用先轻后重的磨浆方式，比齿韧负荷最大，消耗的能量最低，成纸强度最好
实施例3：机械浆混合针叶浆两台盘磨串联抄造80g/m2高定量纸种
1、原料采用机械浆混合针叶木纤维，产品抄造定量为80g/m2，纸机车速为1400m/min，设定的磨浆总功率为180kwh/t浆，浆料游离度降低值设定为100ml。
2、通过DCS设定输入的磨浆总功率保持不变180kwh/t浆。采用两台盘磨串联的磨浆方式，磨浆功率分配到单台盘磨的比例为11∶9和9∶11。
3、磨浆后进行纤维形态、滤水性能、成纸强度性能分析、能量消耗分析和比齿韧负荷分析。
(1)纤维形态分析：
利用FQA(FIBER QUALITY ANALYSIS)纤维分析仪对不同功率分配后的纤维进行分析，数据如表7所示：
表7纤维形态分析
采用9∶11的磨浆功率分配方式，对针叶材纤维的切断作用最弱，产生的细小纤维含量最少。
(2)对滤水速度的影响
两台盘磨串联时，不同功率分配方式纸料滤水速度的比较，见表8。
表8：网部滤水速度比较
采用9∶11的磨浆功率分配方式，滤水速度最快。
(3)功率分配后的物性分析
磨浆功率分配到单台盘磨比例为9∶11和11∶9，成纸的强度指标如表9所示：
表9：成纸强度性能比较
9∶11的功率分配比例显示成纸内聚力和裂断长均为最大。
(4)功率分配后磨浆能耗的比较：
两种不同组合盘磨机能耗之比较，依次分别为0.0955、0.0966kw/t.mL，在设定输入功率一定的情况下，9∶11磨浆功率分配比例能量消耗最少。
(5)比齿韧负荷分析
磨浆功率分配到单台盘磨比例为9∶11和11∶9两种情况，比齿韧负荷分别为1154、1138ks/km。采用9∶11磨浆功率分配比例的比齿韧负荷最大，盘磨机磨浆强度最大，盘磨机发挥的效果最好。
4、由此确定DCS精确控制参数为在成浆游离度一定的情况下，磨浆功率分配采用9∶11，磨浆功率为180kwh/t浆和游离度下降为100ml。
5、在设定磨浆功率180kwh/t一定的情况下，采用针叶木纤维配抄造定量80g/m2纸张，采用9∶11的功率分配方式，采用两台盘磨串联磨浆方式，即对机械浆混合针叶长纤维采用先轻后重的磨浆方式，比齿韧负荷最大，消耗的能量最低，成纸强度最好。
综上所述，可以归纳为：
1、抄造低定量纸张
针叶浆磨浆线：
盘磨机→盘磨机
磨浆方式：磨浆比压(功率)先轻后重
阔叶浆磨浆线：
盘磨机→盘磨机→盘磨机
磨浆方式：磨浆比压(功率)先重后轻
盘磨机→盘磨机
磨浆方式：磨浆比压(功率)先轻后重
2、抄造高定量纸张
针叶浆磨浆线：
盘磨机→盘磨机
磨浆方式：磨浆比压(功率)先轻后重
阔叶浆磨浆线：
盘磨机→盘磨机
磨浆方式：磨浆比压(功率)先轻后重
Claims (7)
1、一种高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法，其特征在于采用游离度-比齿韧负荷-功率分配三位一体的控制方式，实现磨浆系统的优化节能降耗，具体包括以下步骤：
A)根据原料种类、产品特点和纸机车速设定磨浆吨耗功率大小范围和浆料经过磨浆后所需要降低的游离度及浆料流量；
B)按照上述设定的数据，由DCS控制磨浆功率分配方式和盘磨串联方式，并按该方式进行运行；
C)在磨浆后对浆料进行纤维分析，滤水性能分析、能量消耗分析、比齿韧负荷和成纸强度性能分析，并得到相关数据；
D)将得到的上述相关数据反馈到DCS控制，确定游离度、功率分配和比齿韧负荷值；
E)由DCS按上述确定的数据进行调整，并控制磨浆功率分配和盘磨串联方式，实现高速纸机磨浆系统的优化节能降耗。
2、根据权利要求1所述的高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法，其特征在于在步骤A)中所述的原料种类为阔叶木纤维、针叶木纤维或机械浆中的一种或两种浆的混合，所述的产品特点为抄造量48-80g/m2，纸机车速1000-1500m/min，设定磨浆吨耗功率大小范围为100-200kwh/t浆、所需要降低的游离度为30-200mL和浆料流量为3000ml/min-5000ml/min。
3、根据权利要求1所述的高速纸机磨浆系统优化节能降耗方法，其特征在于在步骤B)中，磨浆功率分配方式采用两种：一种是磨浆总功率保持不变，另一种方式是保证盘磨出口成浆游离度不变，两台盘磨串联时，以9～11∶11～9的比例把总功率分配到单台盘磨上，三台盘磨串联时，以4～8∶5～8∶4～8的比例把总功率分配到单台盘磨上。
4、根据权利要求1所述的高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法，其特征在于在步骤B)中所述的磨浆功率分配以先重后轻即功率分配比例由大到小，两台盘磨串联时，以11∶9把总功率分配到单台盘磨上；三台盘磨串联时，以8∶7∶5的比例把总功率分配到单台盘磨上；或以先轻后重，两台盘磨串联时，以9∶11把总功率分配到单台盘磨上；三台盘磨串联时，以5∶7∶8的比例把总功率分配到单台盘磨上。
5、根据权利要求1所述的高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法，其特征在于在步骤B)中所述的盘磨串联方式是两台盘磨串联或三台盘磨串联。
6、根据权利要求1所述的高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法，其特征在于在步骤C)中所述的纤维分析是指纤维算术平均长度、质量平均长度、重均平均长度和细小纤维数的分析；所述的滤水性能分析是指纤维10S内滤水毫升数的测定；所述能量消耗是指每吨纸浆游离度降低1ml所需要的功率消耗kw/t.mL；所述比齿韧负荷是指单位刀盘长度所做的有效功ks/km；所述成纸强度性能分析是指裂断长和内聚力的变化。
7、根据权利要求1所述的高速纸机磨浆系统的优化节能降耗方法，其特征在于在步骤D)中所述确定游离度为30-200mL、功率分配，当两台盘磨串联时，以9～11∶11～9或11～9∶9～11；三台盘磨串联时，以4～8∶5～8∶4～8比例把总功率分配到单台盘磨上和比齿韧负荷值为500-1500ks/km。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080827 |