CN1179188A - 在制造纸浆和/或造纸时的过程控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在制造纸浆和/或造纸时的过程控制方法和设备,已经建议了在制造脱墨纸浆时使用测量装置,用于测定光谱和/或物理参数,以及采用一种下游的神经网络,由此可获得现有运行机构的调整或控制装置的修正量。按照本发明,借助于测量装置(10、10′)至少测定制造纸浆和/或造纸的原料(5至9)。因此尤其是可以在制造纸浆和造纸时评估原料的质量。

Description

在制造纸浆和/或造纸 时的过程控制 方法和设备

本发明涉及在制造纸浆和/或造纸时，通过使用至少一个测定物理参数的测量装置和至少一个用于在制造纸浆和/或造纸时使用的运行机构的调整或控制装置，进行过程控制的一种方法和一种设备。

由EP 0445321 A1已知一种在连续式蒸煮器内制造纸浆的方法，其中，所期望的纸浆质量借助于一个所谓的质量度量系数(Q)预先规定，并借助于一个过程模型预先给定属于质量度量系数给定值(Q^*)的蒸煮温度(T^*)作为主调节参数。为了使过程模型适应于纸浆蒸煮器改变了的运行条件，可以设置过程模型的适配器。为此重要的是，借助于物理参数将木屑的输入作为过程变量纳入过程模型中。此外，在WO 94/20671 A1中介绍了一种控制纤维素生产过程的方法，其中考虑了对于过程作为原料输入的剁碎的木屑的质量密度，并规定为是可以改变的，为此提取相应的试样，试样在一个计算单元中分析，并根据计算结果设计为可改变的变量。最后，由EP 0590433 A2介绍了一种通过压力和温度调整控制纸浆生产的方法，其中，生产过程分为两个阶段，在第一个在加热期间蒸煮的阶段，令由木质素和蒸煮液组成的悬浮液受尽可能高的压力，而在第二个以精煮温度蒸煮的阶段中降低压力。

在未预先公开的老的国际专利申请WO 95/08019 A中建议了一种设备，用于运行一种专门制造所谓脱墨纸浆的设备，它至少包括一个废纸处理装置，在其下游设一脱水机或至少一台造纸机。其中已经使用了一种用于测定废纸悬浮液光谱和/或物理参数的测量装置，废纸悬浮液输往废纸处理装置或流过废纸处理装置。此外，在那里还使用了废纸处理装置运行机构的调整或控制装置，以及，建议了至少一种其形式设计为一个或多个平行神经网络的废纸悬浮液状态分析器，它借助于测量装置的参数给出调节参数，用于在废纸处理装置运行机构的调整或控制装置中进行过程控制。

在上述专门用于在采用尽可能大的废纸份额的情况下制造脱墨纸浆的设备中，主要的问题是在设备中加入的废纸质量变化很大。例如，取决于每次的废纸混合物，在例如彩色图画纸；灰色的旧报纸；白纸；脏纸；例如带电话薄、硬纸板书面、包装纸、涂层纸的旧书等可能存在完全不同的份额，以及可能存在各种类型的别的污垢。在此老的专利申请中预先介绍的设备，以令人满意的方式专门针对制造脱墨纸浆解决了这一问题。

相比之下本发明的目的在于，与废纸处理装置无关地在制造纸浆和/或造纸时通用地采用基于预先介绍的设备的测量原理。

本发明的目的是这样实现的，即借助于测量装置在制造纸浆和/或造纸时测定至少原料在不同波长时的光谱参数；以及，原始材料，或原料“木材”或二次原料“废纸”，为了测定光谱参数连续地经过测量装置。

在本发明的范围内，按已知的方式使用作为状态分析器的神经网络，用于评估光谱参数。因此，尤为有利的是可以由木材年龄和/或由当时木材品种的份额，得出对于木材的木质素含量为决定性的调节参数。如此导出的信号例如可用于控制为制造纸浆和/或纸张必需的蒸煮器。

为实施此方法有关的设备，至少包括一个用于测定光谱参数的测量装置，以及至少包括一个用于所使用的运行机构的调整或控制装置，其中，测量装置是一种光谱计，用于测定在各种波长时的强度测量值，由这些值通过适当的评估可以得出用于调整或控制装置的修正量。可以在生产线中存在一些附加的测量装置，这样可以测得中间产品和/或最终产品相同的参数，由此将信号量回输给调整或控制装置。

本发明其它细节和优点由对附图所示实施例的说明并结合从属权利要求给出，附图中：

图1为测定碎屑质量的应用举例，碎屑作为原始材料用于化学分解制造纸浆；

图2为图1中所示的评估装置；

图3为鉴定用于所谓辗轮滚轨机的碎屑的应用举例；

图4为评估废纸的另一种例子；以及

图5为鉴定所谓木材研磨的应用举例。

图中功能相同的部分有同样的附图标记。下面对这些图部分共同给以说明。

图1、3和4中，传送带1用于将原料从仓库输送到进一步加工的地点。按图1为了制造纸浆涉及的是碎木屑5，按图4为了造纸涉及的是废纸7。原料通过传送带1输往在图1、3和4中只示意表示的专用处理装置。在传送带1上方装有光谱计或分光镜10，借助于它检测在传送带1上的测量面积11。在测量区11前面，原料流借助于刮板3，对于碎木屑5，或借助于压辊13，对于废纸7，高度均匀化和整平，因而可测得具有重复性的测量值。

在图1中表示，碎木屑5在传送带1上被测量后进入作为处理单元的蒸煮器14中，为它配设用于过程控制的蒸煮器模型15。蒸煮器模型15由光谱计10的信号通过评估单元20的中间连接进行控制，评估单元20借助于图2详细说明。成品“纸浆”从蒸煮器14进入为进一步加工有关的生产设备，例如造纸机造纸和/或造纸板。

图2表示了设计为三层神经网络的图1的评估单元，它例如由入口神经元EN1至EN6、其它神经元ZN1至ZN5和一个出口神经元AN组成。借助于此神经网络20评估光谱计10的光谱，其中，作为神经网络20的输入，采用按图2a示意表示的优先波长λ_i的反射强度Ii，其中i＝1，......，n。

除了波长I₁至I_n外，最好利用其它一些比较容易测量的原料性能作为神经网络20附加的输入量，例如湿度和比重或堆比重。

在神经网络20出口A可获得对于处理过程的过程控制为重要的、必要的原料性能，尤其如不同木材品种的份额，这些在图2中详细列表表示。例如，在采用桉树和云杉作原料时，可以确定用于硫酸盐分解法的桉树/云杉混合物。借助于此混合比，由此算得起始木质素浓度，这对于控制蒸煮过程是重要的参数。由下式得出：

     CL_总＝X*CL_桉树+(1-X)^*CL_云杉

在木材种类相同时也可以利用说明的方法确定所使用原木的起始木质素含量。所确定的值是纸浆分解的一种度量值，换句话说可以说明这种木材究竟容易还是难以分解。

此外，由测量值可以评估木材的，尤其在桉树小体时的木质素含量。此外，有利的是借助于光谱通过神经网络确定用于按图1的蒸煮器模型15的模型修正。若例如为了控制硫酸盐纸浆使用已知的H因子模型，则木材质量可通过与H因子的偏离来评定。由此使得所生产的纸浆具有均匀的质量。

除了所说明的参数外，借助于按图2的评估系统，还可以在预先规定的恒定温度时对蒸煮时间进行时间修正或偏移，或也可以在蒸煮时间保持常数时进行温度修正或对蒸煮温度作相关的偏移。两种修正量都可有利地用于确定按图1的蒸煮器模型15。

在图3中专门表示了碎木屑5从传送带进入了一种所谓的辗轮滚轨装置30中。后者的组成部分包括漏斗31、在下游由电动机32驱动的螺杆33、同样由电动机36驱动的研磨盘34和34′、以及所属的输出井37。为辗轮滚轨机30配设一控制单元35。

在图3中与图1相应地有第一光谱计10，它不是安置在传送带的上方，而是直接对准辗轮滚轨机30的输入漏斗31，并因而覆盖住此漏斗作为测量区。通过设在光谱计10下游的神经网络20，考虑光谱线I₁至I_n及其它参数，确定研磨功率系数，它与所期望的磨碎度系数一起，构成控制单元35的输入参数。

在按图3的设计中，为研磨产物的输出井37配设另一个光谱计10′。为光谱计10′配设一个与图2相应的没有在图中详细表示的神经网络20，借助于此神经网络可以分析输出产品的质量，并作为影响参数回输给控制单元35。

一般的辗轮滚轨机需要大的能量消耗。通过符合要求地分解为纤维，可以在按图3的辗轮滚轨机30中预先确定所需要的研磨功率系数并因而减到最低程度，研磨功率系数与木材质量有密切的关系。总之，节省了能量以及使磨得的纤维质量均匀化。

在图4中，在传送带1上专门输送废纸7，废纸被输入带旋转搅拌轮41的所谓搅碎机40中，或输入图中没有表示的用于处理废纸的溶解筒中。未具体表示的纸浆加工装置与搅碎机40连接，向那里延伸有一个设有阀43的流出槽42。

相应于图1在传送带1上方设有光谱计10，在经压辊13均匀化的废纸7上具有测量区11，借助于此光谱计可直接检测作为原料的废纸7。相应于图3，在光谱计10的下游设一神经网络20。神经网络的输出信号传输给控制单元45，借助于控制单元45控制处理设备。通过置入神经网络可以直接考虑由于处理不同的废纸引起的加入生产过程的废纸质量的改变。这主要按照在本文前面现有技术部分内容所引用的老的专利申请中详细介绍的方法进行。

在图5中，作为原料的原木9到木材研磨设备50中，后者主要由一个加有水的槽51和旋转的磨辊55以及配备有刮板的传送带57和58组成。通过至少一个带阀63的喷嘴62从导管61将喷水输送到磨辊55上。

磨辊55和传送带57或58由单独的电动机56和59驱动，它们可由一个具有有关其转速的研磨机模型的控制单元65来控制，转速决定性地影响研磨产品。此外，喷水的量可通过阀63改变。

槽51有一流出槽52，它的溢流高度是可以调整的。在槽51中水温T用传感器53测量，在流出槽52中流出的水/木材纤维混合物的稠度用传感器54测量，并将它们输入控制单元65中。此外，喷水流量通常用测量装置64测定。

在流出槽52中的木材纤维借助于光谱计10测量，此时测量区11位于流出平面内。测量信号在一个相应于图2的神经网络中评估后，输入控制单元65的研磨机模型中例如用于准研磨度调整。

在本发明中重要的是超越各个具体例子的说明，在制造纸浆和造纸的连续加工过程中，通过至少一个但也可能是多个设在生产过程恰当位置处的光谱计和相应的信号处理，影响废纸加工，可以得出有关所期望的中间产品和/或最终产品的质量的说明。通过将各种说明组合，可以在不同的地点在调节过程中加入修正量，从而在总体上获得质量的改善。

Claims (14)

1.一种在制造纸浆和/或造纸时的过程控制方法，其中使用至少一个测量装置用于测定在不同波长时的光谱参数以及至少一个调整或控制装置用于在制造纸浆和/或造纸时使用的执行机构，其特征在于：在制造纸浆和/或造纸时测定至少原料(5、6、9、7)的光谱参数；以及，原始材料，或原料“木材”(5、6、9)或二次原料“废纸”(7)，连续地经过用于测定光谱参数的测量装置(10、10′)。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：作为原料“木材”采用规定用于蒸煮的剁碎的木屑(5)。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：作为原料“木材”采用规定用于分解为纤维的剁碎的木屑(6)和/或由此制成的研磨制品。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：作为原料“木材”采用由原木(9)制成的研磨制品。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：评估至少用于神经网络(20)的光谱参数测量装置(10、10′)的输出量；以及，由此得出有关用于制造纸浆和/或造纸的原料的产品质量的说明。

6.按照权利要求5所述的方法，采用一种用于剁碎的木屑的纸浆蒸煮器，其特征在于：由光谱参数确定木材的年龄；以及，由此得出纸浆蒸煮器工作温度的调节参数。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：由木材年龄和/或木材种类的组份确定木质素含量；以及，由此得出控制纸浆蒸煮器的修正量。

8.按照权利要求3所述的方法，采用一种用于剁碎的木屑的辗轮滚轨机，其特征在于：由光谱参数确定木材的机械性能；以及，由此得出用于将原料“木材”分解为纤维的辗轮滚轨机的调节参数。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：由木材参数得出辗轮滚轨机的研磨功的修正量。

10.按照权利要求1所述的方法，采用一种废纸的搅碎机，其特征在于：由光谱参数确定所用废纸的具体特性；以及，由此得出搅碎机工作的调节参数。

11.按照权利要求4所述的方法，采用一种用于原木的木材研磨设备，其特征在于：由光谱参数确定木材的机械性能；以及，由此得出木材研磨装置的调节参数。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于：将木材的机械性能输入研磨机模型。

13.一种实施按照权利要求1或权利要求2至12之一所述方法的设备，它具有至少一个测量装置用于测定作为制造纸浆和/或造纸原料的木材或废纸的光谱参数，以及有至少一个调整或控制装置用于所使用的运行机构，其特征在于：测量装置是一种光谱计(10、10′)，用于测定在各种波长(λ_i，i＝1，......，n)时的强度测量值(I₁至I_n)，由这些值通过适当的评估可以得出用于调整或控制装置(15、35、45)的修正信号。

14.按照权利要求12所述的设备，其特征在于：为评估强度测量值(I₁至I_n)，至少有一个神经网络(20)。

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