一种造纸用dcs系统的优化节能降碳方法
阅读说明：本技术 一种造纸用dcs系统的优化节能降碳方法 (Optimized energy-saving carbon-reducing method of DCS (distributed control system) for papermaking ) 是由 罗佐帆 谢清若 黄一峰 彭小玉 农韦健 黄恩福 梁善宝 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种造纸用DCS系统的优化节能降碳方法,采用DCS控制系统,首先根据原料种类、产品性能特点和纸机车速等,合理控制磨浆浓度、打浆电流、盘磨机开机最优磨浆浓度、芯层配比、面层和底层配比,然后用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,实现造纸用DCS系统的优化与节能降碳。与现有技术相比,本发明根据纸机原料相关特性参数与消耗数据,综合运用并优化DCS控制系统,以达到在最低能量消耗情况下纸张最佳的强度性能,实现了造纸系统优化节能降碳。(The invention relates to an optimized energy-saving carbon-reducing method of a DCS (distributed control System) for papermaking, which adopts a DCS control system, firstly reasonably controls the pulp grinding concentration, the pulping current, the optimal pulp grinding concentration when a disc grinder is started, the core layer ratio and the surface layer and bottom layer ratio according to the types of raw materials, the product performance characteristics, the speed of a paper machine and the like, and then controls different pulp grinding power distribution and disc grinder series connection modes by using the DCS; comprehensively analyzing the result after grinding to obtain related data; feeding back the data to DCS control for comprehensive treatment to obtain optimized data; and finally, the DCS is adjusted according to the optimized data, different pulp grinding power distribution and disc grinding series connection modes are controlled, and optimization, energy conservation and carbon reduction of the DCS for papermaking are realized. Compared with the prior art, the method comprehensively utilizes and optimizes the DCS control system according to the relevant characteristic parameters and consumption data of the paper machine raw materials so as to achieve the optimal strength performance of paper under the condition of lowest energy consumption and realize the optimization, energy conservation and carbon reduction of the paper making system.)
技术领域
本发明属于造纸技术领域，尤其涉及一种造纸用DCS系统的优化节能降碳方法。
背景技术
制浆造纸过程是一个复杂的工业过程，也是一项技术性很强的工作，具有高度不确定性、非线性、关联性、大滞后和状态不完全性。造纸企业的生产工艺特点为:工艺流程多，工艺过程和工艺技术较为复杂；高温、腐蚀性强，电能污染严重，对生产设备损害严重；造纸用电设备容量较大，易发生用电安全事故。因此，根据造纸企业的生产工艺要求,造纸企业搞好科学用电与节电保护工作,有区别于其它行业的不同和较鲜明的特点。当前，企业节能减排的任务重压力大，低碳经济时代，怎样运用节能技术促进造纸过程向低能耗、低排放、低污染方向发展是我国造纸工业面临的主要问题之一。随着世界经济格局的重大调整和我国经济社会转型的明显加速，我国造纸工业发展面临的资源、能源和环境的约束日益突显，亟需加快结构调整。节约能源，降低电能污染，走出一条能耗排放做“减法”，而经济发展做“加法”的新路子，减少能源消耗和降低碳排放这一包括节能和降碳两大技术领域的战略方针政策，是我国长期的基本国策。
目前，我国许多造纸厂还存在能耗高，电能利用率低，电能污染严重等问题，造成我国造纸行业能耗高的主要原因有两个：一是工艺和设备技术比较落后；二是能量使用的优化程度低。当前，企业节能减排的任务重、压力大，多数造纸企业正在对其能源利用效率低的设备和工艺进行技术改造以实现节能减排的目的。但在实施过程中，由于缺乏对过程能量系统的全局分析和判断，没有采用先进的以节能降耗为目的的运行控制系统，致使造纸过程能量系统难以实现优化运行，缺乏最先进电效节能保护技术，造成大量的能源浪费。DCS控制系统可以有效的解决这一问题。及时计算整理系统采集的各项数据，并采取相应的措施来实现指导及生产的管理，从而保证了产品质量的稳定性，避免了频繁启停带来的资源浪费，大大提高了生产效率和产品质量。
企业为了增强产品的市场竞争力，提高产品质量，使生产向着大型化、规模化、高度自动化的方向发展，就必须要求使用先进的自动化控制系统去实现整个生产过程快速、精准的控制。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30多年的历史，由于高蝠宽、高车速纸机最近九年才在国内大范围安装、生产，对如何解决好磨浆卖量、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-比齿韧负荷控能三种方式。每种控制方式有其利弊，各有所长。DCS控制系统就可以很好得实现这样的生产要求，以DCS为基础达到优化生产、提升企业效益和节能降碳的目的，该优化设计运行成功将对国内造纸企业的DCS系统优化、降本增效能力提升和信息化水平的提高都有着重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是采用DCS控制系统，合理控制磨浆浓度、打浆电流、盘磨机开机最优磨浆浓度、芯层配比、面层和底层配比，优化不同的磨浆功率分配和盘磨串联方式，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，实现造纸用DCS系统的优化与节能率下降8%-15%和碳排放率降低10%-20%。
采用DCS系统的优化节能降碳方法，具体步骤如下：
（1）根据原料种类、产品性能特点和纸机车速等，合理控制磨浆浓度、打浆电流、盘磨机开机最优磨浆浓度、芯层配比、面层和底层配比。
（2）用DCS控制不同的磨浆功率分配和盘磨串联方式，根据得到相关数据，反馈到DCS 控制进行综合处理，得到优选数据。
（3）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，实现造纸用DCS系统的优化与节能降碳。
上述步骤(1)中所述原料种类为针叶木纤维、桉木纤维、蔗渣纤维，产品特点为14-38g/m2纯木浆或混合浆高级生活用纸，纸机车速1000-2000m/min，磨浆浓度4%-12%、打浆电流195-200A、盘磨机开机最优磨浆浓度6%-10%、芯层占用浆量的65%-75%、面层和底层占用浆量的25%-35%。
上述步骤(2)中所述盘磨串联方式是两台盘磨串联或三台盘磨串联。
上述步骤(2)中磨浆功率分配，当两台盘磨串联时，磨浆功率以8-10：10-8的比例分配；在三台串联时，磨浆功率以3-7：4-7：3-7的比例分配。
上术步骤（3）中的优先数据是按步骤（1）和（2）进行，节能率达8%-15%，碳排放降低率达10%-20%。
上述的经分析的数据表现为，比齿韧负荷大，盘磨机蘑浆强度大，盘磨机发挥的效果好，能量消耗少，降低碳排放量。
本发明在实施过程中可采用DCS系统，实施上述磨浆功率分配和串联方式，分析纤维结构、成纸特性、能耗和降碳情况，进一步整盘磨串联方式、磨浆强度和磨浆功分配方式。
本发明根据所用原料特性和产品特点，采用DCS控制系统，利用盘磨串联方式，优选控制参数，实现节能降碳。
与现有技术相比，本发明根据纸机原料相关特性参数与消耗数据，综合运用并优化DCS控制系统，以达到在最低能量消耗情况下纸张最佳的强度性能，实现了造纸系统优化节能降碳。
具体实施方式
以下通过具体实施实例用于进一步说明本发明描述的方法，但是并不限制本发明。
实施例1：桉木纤维双盘磨25 g/m2混合浆高级生活用纸
(1) 原料采用桉木纤维，产品为25 g/m2混合浆高级生活用纸，纸机车速为1500m/min，保持设定的磨浆总功率一定150kwh/t浆，磨浆浓度10%，打浆电流198A，盘磨机开机最优磨浆浓度9%，芯层配浆系统中的芯层占用浆量的70%，面层底层配浆系统中的面层和底层占用浆量的30%。
（2）通过DCS设定输入的磨浆总功率保持150kWh/t浆，采用双盘磨串联的磨浆方式，磨浆功率分配比例为9:10和10:9。
（3）纤维形态、物性和节能降碳分析，利用FQA纤维分析仪对不同率分配后的纤维进行分析。功率分配比例为9:10，算术平均长度0.554nm，质量平均长度0.720nm，细小纤维数18.30%，成纸内聚力和裂断长分别为5.0、1.3，湿重8.5g，节能率下降9%和碳排放率降低11%；功率分配比例为10:9，算术平均长度0.556nm，质量平均长度0.715nm，细小纤维数18.05%，成纸内聚力和裂断长分别为5.35、1.54，湿重8.2g，节能率下降10%和碳排放率降低12%；说明第二种功率分配方式，纤维长度最长，细小纤维含量最低，能耗低，证明该功率分配方式有助于保护纤维长度，节能降碳。
（4）由此确定DCS精确控制参数为磨浆功率分配采用10：9、磨浆功率为150kwh/t浆。
（5）在设定的总功率一定150kwh/t 的情况下，采用桉木纤维，25 g/m2混合浆高级生活用纸，采用10：9的功率分配方式，即对桉木纤维采用先重后轻的磨浆方式，双盘磨串联磨浆方式，保持设定的磨浆总功率一定150kwh/t浆，消耗的能量最低，成纸强度最好。
实施例2：蔗渣纤维三盘磨38 g/m2混合浆高级生活用纸
(1) 原料采用蔗渣纤维，产品为38 g/m2混合浆高级生活用纸，纸机车速为1000m/min，保持设定的磨浆总功率一定160kwh/t浆，磨浆浓度12%，打浆电流200A，盘磨机开机最优磨浆浓度10%，芯层配浆系统中的芯层占用浆量的75%，面层底层配浆系统中的面层和底层占用浆量的25%。
（2）通过DCS设定输入的磨浆总功率保持160kWh/t浆，采用三盘磨串联的磨浆方式，磨浆功率分配比例为3：5：7和7：5：3。
（3）纤维形态、物性和节能降碳分析，利用FQA纤维分析仪对不同率分配后的纤维进行分析。功率分配比例为3：5：7，算术平均长度0.550nm，质量平均长度0.723nm，细小纤维数18.44%，成纸内聚力和裂断长分别为4.8、1.26，湿重8.7g，节能率下降8%和碳排放率降低10%；功率分配比例为7：5：3，算术平均长度0.554nm，质量平均长度0.710nm，细小纤维数18.18%，成纸内聚力和裂断长分别为5.22、1.45，湿重8.4g，节能率下降9%和碳排放率降低11%；说明第二种功率分配方式，纤维长度最长，细小纤维含量最低，能耗低，证明该功率分配方式有助于保护纤维长度，节能降碳。
（4）由此确定DCS精确控制参数为磨浆功率分配采用7：5：3、磨浆功率为160kwh/t浆。
（5）在设定的总功率一定160kwh/t 的情况下，采用蔗渣纤维，38g/m2混合浆高级生活用纸，采用7：5：3的功率分配方式，即对针木纤维采用先重后轻的磨浆方式，三盘磨串联磨浆方式，保持设定的磨浆总功率一定160kwh/t浆，消耗的能量最低，成纸强度最好。
实施例3：针叶木纤维双盘磨14 g/m2纯木浆高级生活用纸
(1) 原料采用针叶木纤维，产品为14 g/m2纯木浆高级生活用纸，纸机车速为2000m/min，保持设定的磨浆总功率一定140kwh/t浆，磨浆浓度4%，打浆电流195A，盘磨机开机最优磨浆浓度6%，芯层配浆系统中的芯层占用浆量的65%，面层底层配浆系统中的面层和底层占用浆量的35%。
（2）通过DCS设定输入的磨浆总功率保持140kWh/t浆，采用双盘磨串联的磨浆方式，磨浆功率分配比例为7:9和9:7。
（3）纤维形态、物性和节能降碳分析，利用FQA纤维分析仪对不同率分配后的纤维进行分析。功率分配比例为7:9，算术平均长度0.555nm，质量平均长度0.726nm，细小纤维数18.10%，成纸内聚力和裂断长分别为5.26、1.5，湿重8.1g，节能率下降13%和碳排放率降低16%；功率分配比例为9:7，算术平均长度0.562nm，质量平均长度0.703nm，细小纤维数18.01%，成纸内聚力和裂断长分别为5.44、1.64，湿重8.05g，节能率下降15%和碳排放率降低20%；说明第二种功率分配方式，纤维长度最长，细小纤维含量最低，能耗低，证明该功率分配方式有助于保护纤维长度，节能降碳。
（4）由此确定DCS精确控制参数为磨浆功率分配采用9：7、磨浆功率为140kwh/t浆。
（5）在设定的总功率一定140kwh/t 的情况下，采用针木纤维，14 g/m2纯木浆高级生活用纸，采用9：7的功率分配方式，即对针木纤维采用先重后轻的磨浆方式，双盘磨串联磨浆方式，保持设定的磨浆总功率一定140kwh/t浆，消耗的能量最低，成纸强度最好。
实施例4：针叶木纤维三盘磨25g/m2混合浆高级生活用纸
(1) 原料采用针叶木纤维，产品为25 g/m2混合浆高级生活用纸，纸机车速为1800m/min，保持设定的磨浆总功率一定150kwh/t浆，磨浆浓度6%，打浆电流197A，盘磨机开机最优磨浆浓度8%，芯层配浆系统中的芯层占用浆量的70%，面层底层配浆系统中的面层和底层占用浆量的30%。
（2）通过DCS设定输入的磨浆总功率保持150kWh/t浆，采用三盘磨串联的磨浆方式，磨浆功率分配比例为8:9:11和11:9:8。
（3）纤维形态、物性和节能降碳分析，利用FQA纤维分析仪对不同率分配后的纤维进行分析。功率分配比例为11:9:8，算术平均长度0.558nm，质量平均长度0.715nm，细小纤维数18.23%，成纸内聚力和裂断长分别为5.2、1.25，湿重8.4g，节能率下降10%和碳排放率降低12%；功率分配比例为11:9:8，算术平均长度0.542nm，质量平均长度0.726nm，细小纤维数18.11%，成纸内聚力和裂断长分别为5.3、1.49，湿重8.15g，节能率下降11%和碳排放率降低13%；说明第二种功率分配方式，纤维长度最长，细小纤维含量最低，能耗低，证明该功率分配方式有助于保护纤维长度，节能降碳。
（4）由此确定DCS精确控制参数为磨浆功率分配采用10：9、磨浆功率为150kwh/t浆。
（5）在设定的总功率一定150kwh/t 的情况下，采用针木纤维，25 g/m2混合浆高级生活用纸，采用11:9:8的功率分配方式，即对针木纤维采用先重后轻的磨浆方式，三盘磨串联磨浆方式，保持设定的磨浆总功率一定150kwh/t浆，消耗的能量最低，成纸强度最好。
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