CN105926341A - 一种卫生纸机干燥部能耗协同装置及其控制系统 - Google Patents

一种卫生纸机干燥部能耗协同装置及其控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于卫生纸机技术领域，具体涉及一种卫生纸机干燥部能耗协同装置及其控制系统，本发明的装置包括蒸汽冷凝水子系统和热回收子系统，本发明的控制系统包括烘缸进出口差压控制回路、可调热泵低选控制回路、闪蒸罐蒸汽出口差压控制回路和送风温度协同控制回路；通过本发明的装置能够最大程度利用二次蒸汽和蒸汽冷凝水，节约了蒸汽消耗，提升能源利用率；同时提升了纸幅干燥效率，保证成纸质量；本发明的控制系统将卫生纸机的蒸汽冷凝水子系统与热回收子系统协同控制，可以有效地提升能源利用效率，降低汽耗；保证了蒸汽的利用效率、纸机的安全运行；提升纸幅干燥环境，提升了纸幅干燥效率，保证成纸质量；提高了卫生纸机的自动化程度。

Description

一种卫生纸机干燥部能耗协同装置及其控制系统
技术领域
本发明属于卫生纸机技术领域，具体涉及一种卫生纸机干燥部能耗协同装置及其控制系统。
背景技术
卫生纸机中，纸页进入烘缸前的温度大约在4℃到32℃之间，纸页中水分发生明显蒸发的温度为73℃到93℃之间，因此需要大量热能将纸页温度提升到这个区间。干燥部作为对纸页进行干燥处理的重要工段对电能与蒸汽的需求量较大，其能耗占整个卫生纸生产的80％以上。在干燥部的蒸汽冷凝水子系统和热回收子系统中，后者能耗占整个干燥部50％以上，前者有大量的二次蒸汽和蒸汽冷凝水可以在热回收子系统中进行回收利用。因此，对于干燥部的协同控制对卫生纸生产过程的节能减排具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种卫生纸机干燥部能耗协同装置及其控制系统，能够将二次蒸汽、冷凝水与气罩湿热蒸汽进行回收利用，以实现干燥部的能耗优化
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种卫生纸机干燥部能耗协同装置，包括：蒸汽冷凝水子系统和热回收子系统；所述蒸汽冷凝水子系统包括：带有气罩的杨克烘缸、第一闪蒸罐和第二闪蒸罐，所述杨克烘缸的进汽口通过设置有补气阀的管道与蒸汽总管相连，冷凝水出口与第一闪蒸罐入口相连接；所述第一闪蒸罐的冷凝水出口与第二闪蒸罐的入口相连接；
所述热回收子系统包括依次连接的换热器、加热器组和循环风机，所述循环风机与气罩的热风入口相连；所述蒸汽总管、第二闪蒸罐的二次蒸汽出口和冷凝水出口均接入加热器组内。
进一步的，所述加热器组包括依次连接的第一加热器、第二加热器和第三加热器，所述第一加热器与换热器相连接，所述第三加热器与循环风机相连接；所述第二闪蒸罐的冷凝水出口与第一加热器加热介质入口相连接，二次蒸汽出口接入热泵引射蒸汽入口后与第二加热器连接，所述热泵的蒸汽入口通过第二调节阀与蒸汽总管相连接；所述第三加热器的加热介质入口通过第一调节阀与蒸汽总管相连接，冷凝水出口与第二闪蒸罐入口相连接。
进一步的，所述第二闪蒸罐的冷凝水出口与第一加热器加热介质入口之间的管路上还设置有冷凝水泵。
进一步的，所述第一加热器、第二加热器的冷凝水出口还连接有冷凝水贮罐。
进一步的，所述蒸汽冷凝水子系统还包括可调热泵，所述第一闪蒸罐的二次蒸汽出口与可调热泵的引射蒸汽入口连接，蒸汽总管与可调热泵的蒸汽入口连接，可调热泵出口与杨克烘缸的进汽口相连；所述第一闪蒸罐的二次蒸汽出口还连接有排气阀。
进一步的，所述气罩的湿热蒸汽出风管道经设置有排风机的管道与换热器入口相连接。
进一步的，所述第一闪蒸罐和第二闪蒸罐分别设置有排污阀，并与排污管道相连接。
一种卫生纸机干燥部能耗协同装置的控制系统，包括：用于监控和调节杨克烘缸内内压力的烘缸进出口差压控制回路；用于监控并调节可调热泵开度的可调热泵低选控制回路；用于监控和调节第一闪蒸罐二次蒸汽的闪蒸罐蒸汽出口差压控制回路；用于监控和调节加热器送风温度的送风温度协同控制回路；
所述烘缸进出口差压控制回路，包括：压力控制器和设置在杨克烘缸进汽口管路上的压力传感器；所述压力控制器与压力传感器和补气阀相连接；
所述可调热泵低选控制回路包括热泵开度控制器，所述热泵开度控制器与可调热泵、补气阀连接；
所述闪蒸罐蒸汽出口差压控制回路，包括：总压控制器和设置在第一闪蒸罐二次蒸汽出口管路上的差压变送器，所述总压控制器与差压变送器、排气阀和压力控制器相连接；所述第一闪蒸罐蒸汽出口管道水平位置上安装孔板；
所述送风温度协同控制回路，包括第一温度显示控制器、第二温度显示控制器和设置在第三加热器出风管路上的温度传感器；所述第一温度显示控制器分别于第一调节阀、温度传感器和第二温度显示控制器相连接，所述第二温度显示控制器与第二调节阀连接。
进一步的，还包括用于监控并调节闪蒸罐内液位的闪蒸罐液位连锁控制回路，控制回路包括：第一液位控制器、第二液位控制器和设置在各闪蒸罐内的高液位传感器和低液位传感；所述第一液位控制器与第一闪蒸罐内的高液位传感器、低液位传感和第一液位调节阀相连接；所述第二液位控制器与第二闪蒸罐内的高液位传感器、低液位传感和第二液位调节阀相连接。
进一步的，还包括差压显示回路，差压显示回路包括差压显示器和设置在杨克烘缸进、出汽口管路上的差压传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明的装置通过设置蒸汽冷凝水子系统与热回收子系统，最大程度利用二次蒸汽和蒸汽冷凝水，节约了蒸汽消耗，提升能源利用率；同时提升了纸幅干燥效率，保证成纸质量。
进一步的，通过设置可调热泵，能够将二次蒸汽提升品位后重新导入杨克烘缸，实现对二次蒸汽的再利用，进一步降低能耗。
进一步的，通过设置排风机，将气罩的湿热蒸汽导送至换热器，实现气罩湿热蒸汽的回收利用，进一步优化干燥部的能耗。
本发明的控制系统，通过设置各控制回路，将卫生纸机的蒸汽冷凝水子系统与热回收子系统协同控制，可以有效地提升能源利用效率，降低汽耗；有效地控制烘缸进出口差压，保证了蒸汽的利用效率、纸机的安全运行；稳定了气罩送风温度，提升纸幅干燥环境，提升了纸幅干燥效率，保证成纸质量；提高了卫生纸机的自动化程度。
进一步的，通过设置冷凝水储罐，可将冷凝水收集后重新送至下游工艺继续使用，实现能源的再利用。
附图说明
图1为本发明系统流程示意图。
图2为本发明热泵低选控制原理示意图。
图3为本发明可调热泵开度控制规律图。
图4为本发明补气阀开度动作规律图。
图5为本发明闪蒸罐液位连锁控制流程图。
图6为本发明送风温度分程控制原理示意图。
其中：1为第一闪蒸罐；2为第二闪蒸罐；3为冷凝水贮罐；4为换热器；5为杨克烘缸；6为可调热泵；7为循环风机；8为第一加热器；9为第二加热器；10为第三加热器；11为第一调节阀；12为气罩；13为排污阀；14为排风机；15为冷凝水泵；16为热泵；17为排气阀；18为补气阀；19为压力控制器；20为压力传感器；21为差压显示器；22为差压传感器；23为第一温度显示控制器；24为第二温度显示控制器；25为温度传感器；26为高液位传感器；27为低液位传感器；28为第一液位控制器；29为第二液位控制器；30为热泵开度控制器；31为总压控制器；32为第一液位调节阀；33为第二液位调节阀；34为差压变送器；35为第二调节阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
参见图1，本发明提供的卫生纸机干燥部能耗协同装置，包括：蒸汽冷凝水子系统和热回收子系统；所述蒸汽冷凝水子系统包括：带有气罩12的杨克烘缸5、第一闪蒸罐1和第二闪蒸罐2，所述杨克烘缸5的进汽口通过设置有补气阀18的管道与蒸汽总管相连，冷凝水出口与第一闪蒸罐1入口相连接；所述第一闪蒸罐1的冷凝水出口与第二闪蒸罐2的入口相连接。蒸汽冷凝水子系统还包括可调热泵6，所述第一闪蒸罐1的二次蒸汽出口与可调热泵6的引射蒸汽入口连接，蒸汽总管与可调热泵6的蒸汽入口连接，可调热泵6出口与杨克烘缸5的进汽口相连；所述第一闪蒸罐1的二次蒸汽出口还连接有排气阀17。第一闪蒸罐1和第二闪蒸罐2分别设置有排污阀13，并与排污管道相连接。
热回收子系统包括依次连接的换热器4、加热器组和循环风机7，所述循环风机7与气罩12的热风入口相连；所述蒸汽总管、第二闪蒸罐2的二次蒸汽出口和冷凝水出口均接入加热器组内。所述加热器组包括依次连接的第一加热器8、第二加热器9和第三加热器10，所述第一加热器8与换热器4相连接，所述第三加热器10与循环风机7相连接；所述第二闪蒸罐2的冷凝水出口与第一加热器8加热介质入口相连接，二次蒸汽出口接入热泵16引射蒸汽入口后与第二加热器9连接，所述热泵16的蒸汽入口通过第二调节阀35与蒸汽总管相连接；所述第三加热器10的加热介质入口通过第一调节阀11与蒸汽总管相连接，冷凝水出口与第二闪蒸罐2入口相连接。所述第二闪蒸罐2的冷凝水出口与第一加热器8加热介质入口之间的管路上还设置有冷凝水泵15。所述第一加热器8、第二加热器9的冷凝水出口还连接有冷凝水贮罐3。
气罩12的湿热蒸汽出风管道经设置有排风机14的管道与换热器4入口相连接。
参见图1、图2，本发明提供的卫生纸机干燥部能耗协同装置控制系统，包括：用于监控和调节杨克烘缸内5内压力的烘缸进出口差压控制回路；用于监控并调节可调热泵6开度的可调热泵低选控制回路；用于监控和调节第一闪蒸罐1二次蒸汽的闪蒸罐蒸汽出口差压控制回路；用于监控和调节加热器送风温度的送风温度协同控制回路；监控并调节闪蒸罐内液位的闪蒸罐液位连锁控制回路。
所述烘缸进出口差压控制回路，包括：压力控制器19和设置在杨克烘缸5进汽口管路上的压力传感器20；所述压力控制器19与压力传感器20和补气阀18相连接。
所述可调热泵低选控制回路包括热泵开度控制器30，所述热泵开度控制器30与可调热泵6、补气阀18连接。
所述闪蒸罐蒸汽出口差压控制回路，包括：总压控制器31和设置在第一闪蒸罐1二次蒸汽出口管路上的差压变送器34，所述总压控制器31与差压变送器34、排气阀18和压力控制器19相连接；
所述送风温度协同控制回路，包括第一温度显示控制器23、第二温度显示控制器24和设置在第三加热器10出风管路上的温度传感器25；所述第一温度显示控制器23分别于第一调节阀11、温度传感器25和第二温度显示控制器24相连接，所述第二温度显示控制器24与第二调节阀35连接。
闪蒸罐液位连锁控制回路，包括：第一液位控制器28、第二液位控制器29和设置在各闪蒸罐内的高液位传感器26和低液位传感27；所述第一液位控制器28与第一闪蒸罐1内的高液位传感器26、低液位传感27和第一液位调节阀32相连接；所述第二液位控制器29与第二闪蒸罐2内的高液位传感器26、低液位传感27和第二液位调节阀33相连接。
还包括差压显示回路，包括差压显示器21和设置在杨克烘缸5进、出汽口管路上的差压传感器22。
工艺流程：本发明的卫生纸机干燥部能耗协同装置，将干燥部蒸汽冷凝水子系统和热回收子系统通过冷凝水与二次蒸汽的回收利用进行协同控制，降低汽耗。蒸汽冷凝水子系统中新鲜蒸汽进入烘缸进行加热，产生的冷凝水进入第一闪蒸罐，闪蒸出的二次蒸汽在可调热泵内与新鲜蒸汽混合，提升品位后进入烘缸，不足部分由新鲜蒸汽补足。第一闪蒸罐产生的冷凝水进入第二闪蒸罐，后者产生的冷凝水与二次蒸汽进入热回收子系统进行回收利用。热回收子系统中来自大气的冷空气由抽风机吸入到气罩系统风道内，进入热交换器，由气罩排出的湿热蒸汽进行预热，经过预热的温空气继续在风道内流动，经过系统中后面三个加热器将温度提升到到所需要的工作温度后进入气罩内对纸页进行加热。其中第一加热器使用第二闪蒸罐排出的冷凝水进行加热，第二加热器使用第二闪蒸罐闪蒸出的二次蒸汽经热泵提升品位后的蒸汽进行加热，第三加热器使用新鲜蒸汽进行加热，最大程度利用二次蒸汽和蒸汽冷凝水，节约蒸汽消耗。
控制系统工作原理：
吹贯控制着重解决了闪蒸罐闪蒸出来的二次蒸汽的回收利用和烘缸积水问题。吹贯蒸汽是指进入烘缸内单没有发生冷凝的那部分蒸汽，它在烘缸内与冷凝水混合形成气液两相流，经过虹吸管排除烘缸进入闪蒸罐内，是烘缸冷凝水排除的动力。在第一闪蒸罐蒸汽出口管道水平位置上安装孔板来对这部分蒸汽进行测量，并通过控制排空阀和可调热泵开度来将孔板两侧差压维持在一个适当的数值。在烘缸压力发生变化时，吹贯蒸汽的流量与蒸汽密度的平方根有关，在烘缸内蒸汽冷凝水速度也与其密度的平方根有一定关系，通过对比，吹贯蒸汽流过烘缸的速度与烘缸内蒸汽冷凝速度呈线性关系。因此只要稳定了吹贯蒸汽的流量，也就稳定了烘缸内的压力和冷凝水速率。当烘缸内积水时，虹吸管抽走了大量的冷凝水，从而降低了吹贯蒸汽流量。因此控制住吹贯蒸汽就可有效避免烘缸积水问题。
热泵控制系统主要包含三个控制回路。系统示意图如图2所示。其中对于DPIC和PIC回路的控制是通过修正常规PID控制器的理论输出值来实现的，具体动作规律如图3所示。阀门实际开度值为当前理论计算开度值减去50％后的二倍，即当理论计算值小于50％时，阀门实际处于关闭状态，当理论计算值超过50％后阀门开启。而热泵调节器的实际工作状态下开度规律如图4所示。热泵开度实际值取决于DPIC和PIC回路中阀门开度的理论计算值，动作选择两个回路中理论计算较小的数值的二倍作为热泵调节器动作的输出，即进行低端选择。当DPIC与PIC回路理论计算值都大于等于50％时，热泵实际开度为100％。纸机正常工作时，排气阀和补汽阀开度均小于50％，实际都处于关闭状态，因此烘缸所需蒸汽全部由闪蒸罐闪蒸出的二次蒸汽提升品位后提供，由此可以尽可能多的利用二次蒸汽，减少新鲜蒸汽的消耗，达到节能的目的。当纸机出现烘缸积水等情况时，排空阀理论计算值增大，当开度值小于50％时，随着计算值的增加，热泵开度增大直到100％，形成较强的蒸汽流，排除烘缸积水，当开度值继续增加超过50％时阀门进入实际打开状态，进一步增大烘缸进出口差压，使系统趋于稳定。
闪蒸罐液位连锁控制原理：当纸机运行状态中工况发生变化时，可能产生大量冷凝水进入闪蒸罐，针对闪蒸罐中冷凝水不易排放的特点，单独使用冷凝水阀放冷凝水速度较慢，容易造成闪蒸罐满罐，而使用冷凝水泵变频控制则会造成水泵启停较频繁，容易导致损坏。因此，设置了液位调节阀和冷凝水泵变频控制连锁控制回路。对于二号闪蒸罐，当液位升高达到闪蒸罐的死区上限调节高度之后，再开启冷凝水泵；当液位降低到闪蒸罐的液位死区下限时，停止冷凝水泵，回路切换到利用阀门调节液位控制。同样地，一号闪蒸罐液位达到死区上限时，再开启冷凝水泵使二号闪蒸罐液位达到下限值，从而增大两个闪蒸罐之间的压差，促进一号闪蒸罐内的冷凝水进入二号闪蒸罐。
送风温度协同控制原理：为满足卫生纸机生产工艺要求，根据不同车速将气罩送风加热到所需温度。外界冷风进入气罩经过三个加热器加热，三个加热器的热源分别为冷凝水、经热泵提升品位的二次蒸汽和新鲜蒸汽。为了满足闪蒸罐的液位控制等工艺要求，冷凝水加热器的开度取决于LIC回路。TIC01回路与TIC02回路采用分程控制算法协同控制送风温度达到所要求的稳定值：两个加热器的进热介质分别用一只阀门控制，控制算法为PID/PI，但控制回路设定值为同一数值；只有当2#加热器热泵的调节阀全开时，3#加热器的新鲜蒸汽阀门才开始打开。
在图2中，在闪蒸罐蒸汽出口管道水平位置上安装孔板来对吹贯蒸汽进行测量，并通过控制排空阀和热泵开度来将孔板两侧差压维持在一个适当的数值以稳定吹贯蒸汽流量。
在图3-4中，显示的为阀门及热泵开度的动作规律，图2中的DPIC和PIC回路阀门实际开度值为当前理论计算开度值减去50％后的2倍，即当理论计算值小于50％时，阀门实际处于关闭状态，当理论计算值超过50％后阀门开启。热泵开度实际值取决于DPIC和PIC回路中阀门开度的理论计算值，动作选择两个回路中理论计算较小的数值的二倍作为热泵调节器动作的输出，即进行低端选择。
在图5中，对于二号闪蒸罐，当液位升高达到闪蒸罐的死区上限调节高度之后，再开启冷凝水泵；当液位降低到闪蒸罐的液位死区下限时，停止冷凝水泵，回路切换到利用阀门调节液位控制。
在图6中，外部冷风经循环风机进入气罩通风系统内，进过湿热蒸汽预热、冷凝水加热器加热后，由后两个加热器协同加热到所需温度。TIC01回路与TIC02回路采用分程控制算法协同控制送风温度达到所要求的稳定值：两个加热器的进热介质分别用一只阀门控制，控制算法为PID/PI，但控制回路设定值为同一数值；只有当2#加热器热泵的调节阀全开时，3#加热器的新鲜蒸汽阀门才开始打开。

Claims (10)

1.一种卫生纸机干燥部能耗协同装置，其特征在于，包括：蒸汽冷凝水子系统和热回收子系统；所述蒸汽冷凝水子系统包括：带有气罩(12)的杨克烘缸(5)、第一闪蒸罐(1)和第二闪蒸罐(2)，所述杨克烘缸(5)的进汽口通过设置有补气阀(18)的管道与蒸汽总管相连，冷凝水出口与第一闪蒸罐(1)入口相连接；所述第一闪蒸罐(1)的冷凝水出口与第二闪蒸罐(2)的入口相连接；
所述热回收子系统包括依次连接的换热器(4)、加热器组和循环风机(7)，所述循环风机(7)与气罩(12)的热风入口相连；所述蒸汽总管、第二闪蒸罐(2)的二次蒸汽出口和冷凝水出口均接入加热器组内。
2.根据权利要求1所述的一种卫生纸机干燥部能耗协同装置，其特征在于，所述加热器组包括依次连接的第一加热器(8)、第二加热器(9)和第三加热器(10)，所述第一加热器(8)与换热器(4)相连接，所述第三加热器(10)与循环风机(7)相连接；所述第二闪蒸罐(2)的冷凝水出口与第一加热器(8)加热介质入口相连接，二次蒸汽出口接入热泵(16)引射蒸汽入口后与第二加热器(9)连接，所述热泵(16)的蒸汽入口通过第二调节阀(35)与蒸汽总管相连接；所述第三加热器(10)的加热介质入口通过第一调节阀(11)与蒸汽总管相连接，冷凝水出口与第二闪蒸罐(2)入口相连接。
3.根据权利要求2所述的一种卫生纸机干燥部能耗协同装置，其特征在于，所述第二闪蒸罐(2)的冷凝水出口与第一加热器(8)加热介质入口之间的管路上还设置有冷凝水泵(15)。
4.根据权利要求2所述的一种卫生纸机干燥部能耗协同装置，其特征在于，所述第一加热器(8)、第二加热器(9)的冷凝水出口还连接有冷凝水贮罐(3)。
5.根据权利要求1所述的一种卫生纸机干燥部能耗协同装置，其特征在于，所述蒸汽冷凝水子系统还包括可调热泵(6)，所述第一闪蒸罐(1)的二次蒸汽出口与可调热泵(6)的引射蒸汽入口连接，蒸汽总管与可调热泵(6)的蒸汽入口连接，可调热泵(6)出口与杨克烘缸(5)的进汽口相连；所述第一闪蒸罐(1)的二次蒸汽出口还连接有排气阀(17)。
6.根据权利要求1所述的一种卫生纸机干燥部能耗协同装置，其特征在于，所述气罩(12)的湿热蒸汽出风管道经设置有排风机(14)的管道与换热器(4)入口相连接。
7.根据权利要求1所述的一种卫生纸机干燥部能耗协同装置，其特征在于，所述第一闪蒸罐(1)和第二闪蒸罐(2)分别设置有排污阀(13)，并与排污管道相连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述卫生纸机干燥部能耗协同装置的控制系统，其特征在于，包括：用于监控和调节杨克烘缸内(5)内压力的烘缸进出口差压控制回路；用于监控并调节可调热泵(6)开度的可调热泵低选控制回路；用于监控和调节第一闪蒸罐(1)二次蒸汽的闪蒸罐蒸汽出口差压控制回路；用于监控和调节加热器送风温度的送风温度协同控制回路；
所述烘缸进出口差压控制回路(PIC)，包括：压力控制器(19)和设置在杨克烘缸(5)进汽口管路上的压力传感器(20)；所述压力控制器(19)与压力传感器(20)和补气阀(18)相连接；
所述可调热泵低选控制回路包括热泵开度控制器(30)，所述热泵开度控制器(30)与可调热泵(6)、补气阀(18)连接；
所述闪蒸罐蒸汽出口差压控制回路，包括：总压控制器(31)和设置在第一闪蒸罐(1)二次蒸汽出口管路上的差压变送器(34)，所述总压控制器(31)与差压变送器(34)、排气阀(18)和压力控制器(19)相连接；所述第一闪蒸罐(1)蒸汽出口管道水平位置上安装孔板；
所述送风温度协同控制回路，包括第一温度显示控制器(23)、第二温度显示控制器(24)和设置在第三加热器(10)出风管路上的温度传感器(25)；所述第一温度显示控制器(23)分别于第一调节阀(11)、温度传感器(25)和第二温度显示控制器(24)相连接，所述第二温度显示控制器(24)与第二调节阀(35)连接。
9.根据权利要求8所述的卫生纸机干燥部能耗协同装置控制系统，其特征在于，还包括用于监控并调节闪蒸罐内液位的闪蒸罐液位连锁控制回路，控制回路包括：第一液位控制器(28)、第二液位控制器(29)和设置在各闪蒸罐内的高液位传感器(26)和低液位传感(27)；所述第一液位控制器(28)与第一闪蒸罐(1)内的高液位传感器(26)、低液位传感(27)和第一液位调节阀(32)相连接；所述第二液位控制器(29)与第二闪蒸罐(2)内的高液位传感器(26)、低液位传感(27)和第二液位调节阀(33)相连接。
10.根据权利要求8所述的卫生纸机干燥部能耗协同装置控制系统，其特征在于，还包括差压显示回路，差压显示回路包括差压显示器(21)和设置在杨克烘缸(5)进、出汽口管路上的差压传感器(22)。
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