自动控制系统在碱回收效率提升中的应用

唐华

摘 要：碱回收是制浆造纸企业的环保和经济效益的双重需求，我国碱回收处理正在向大型高效率自动化的处理方向发展。废碱回收处理设备采用安全可靠的自动控制系统，会给企业生产带来极大的便利，工作人员在日常操作使用中，无需投入过多的精力，仅需等待设备的一些相关数据的提示或报警提醒，操作简便。自动化控制系统的应用提高了设备的精准运行程度，节省人力物力，同时可以避免各类问题的产生，达到运行安全稳定，延长设备使用寿命，企业社会效益与经济效益也因此有较大程度的提升。

关键词：自动控制;碱回收;效率;系统;技术

如今，市场上各种各样的碱性废水处理设备很多，由于碱法制浆蒸煮废液过程中，在回收蒸煮时，多采用添加化学药品的工艺技术，容易对环境造成污染，影响人们身体健康。造纸企业使用碱回收炉对这些含有化学药品的废液进行回收处理，可达到多方面作用：燃烧黑液中有机物产生热能、生成用于苛化的绿液、提取可回收碱、降低污染物的排放、节能环保等。碱回收炉既回收了造纸所用的碱，又能提供热源，达到回收、节能、减少污染的三效综合。目前，炉本体回收率可达99%，回收效果良好，符合节能减排的大环境要求。

1 碱回收工艺生产流程

整个制浆造纸行业完整的自动化方案涵盖生产的每一个环节：从备料、制浆、碱回收、纸机湿部、纸机干部、QCS、传动、蒸汽锅炉、工厂发电配电再到污水处理，广泛涉及生产各个方面，碱回收工艺包括以下主要生产过程：黑液提取、蒸发、燃烧、苛化，最终将黑液中SS、C0D、BOD一并彻底除去，并可回收碱。

①在蒸煮工段，蒸煮主要是脱木素的过程。纤维原料经过蒸煮后，木质素溶解在蒸煮液中，蒸煮完成排出蒸煮液，亦称废液;

②在洗筛工段，筛选过程主要是将纸浆内含有的杂质分离去除，洗涤时纸浆经挤压、过滤等环节被从废液中分离出来;

③黑液蒸发工段：从提取工段传送过来的黑液含水量达80%以上，这种稀黑液必须将其蒸发浓缩后才能燃烧。所提取出的黑液经蒸发系统将大部分水份去除后，此时提取的黑液浓度和温度均较高，才能满足燃烧需要;

④在燃烧工段，将黑液中有机物燃烧并进行热量回收，在黑液的无机物中回收碱和其中的有机钠盐。先将蒸发工段送达的黑液浓缩、加热至一定温度，黑液喷枪将其喷入碱回收锅炉膛内，黑液中的有机物燃烧所产生的热烟气，与水冷壁、水冷屏或过热器、锅炉管束和省煤器等受热面进行间接热交换，蒸汽用于工艺或发电后供热。绿液是黑液中有机钠盐经过炉内高温化学反应，转变排出绿色液体，主要成分碳酸钠和硫化钠。

⑤在苛化工段，将绿液与石灰进行反应，绿液中碳酸钠Na2CO3被苛化转变为NaOH。苛化后澄清的液体称为白液，即成为重新用于制浆蒸煮的碱液。CaO+H2O+Na2CO3=

2NaOH+CaCO3↓。石灰苛化后生成白泥在高温下燃烧转化成石灰。回收石灰循环用于苛化过程。

2 碱回收自动化控制系统

以某公司HOLLiAS-MACS大型集散控制系统为例，其蒸球制浆系统控制，在蒸煮过程中采用DCS控制系统主要有以下特点：蒸球自动定位控制;装锅完成启动控制;装球量控制;液比控制;碱液浓度与流量控制;蒸球进汽压力控制;蒸煮曲线控制空转升温、小放汽、升温、保温、排液、注水、喷放（排料）;串汽进汽控制;自动喷放空转;K值预测控制;间歇蒸煮连续生产逻辑控制;故障解除控制;单球解锁控制;联产计量控制等众多自动控制体系，不一而论。

3 自动控制系统在碱回收各工段的应用

3.1 蒸发工段自动控制

蒸发器控制要点是输入热量和黑液通过量要平衡，到达稳定固--液比。稀黑液指标相对稳定，密度检测是根据沸点升高原理。浓黑液波美度变化将使该效压力发生变化，如果密度变化则进行压力给定调节，蒸汽流量随之变化，对密度实现补偿而重定。一般是密度调节器为内给定，蒸汽压力给定由外给定。系统前馈控制是根据黑液进料流量确定所需加热蒸汽量的比值关系，作为蒸汽压力调节的给定值，进料密度变化可周期地控制流量，保证总处理量固含量不变来作为前馈调节。在浓黑液最终密度值偏离给定值时，密度信号将改变加热蒸汽量与进料黑液量之间的比值。当稀黑液流量变化时，前馈调节系统将作动态补偿调整变化，获得适当蒸汽流量变化，在进料流量变化到达第一效时，蒸汽相应变化也同时到达，最终将浓黑液密度的波动限制在最小范围内。

3.2 燃烧工段自动控制

黑液自动调节系统为稳定入炉燃料量，必须控制入炉黑液的流量和浓度（及绝干量）。为稳定入炉黑液的粘度，必须控制其温度。为稳定入炉黑液液滴形状和大小，必须控制其压力，保证恒定压力、恒定流量。最重要的控制回路是锅炉给水自动调节系统，锅炉汽包水位是影响安全运行的重要因素。在实施控制时，应特别注意“虚假水位”现象，必须对汽包液位、给水量、蒸汽量采用三冲量控制进行给水自动调节系统。为进一步保证上汽包液位的稳定和操作安全，分别在两个上汽包液位及燃烧炉下部熔融物出口处各安装两个高清摄像头，在燃烧控制室安一套电视监视系统，更加直观反应汽包水位和熔融物的实时状态，实现自动监视控制。燃烧过程自动调节系统可以维持蒸汽压力稳定，达到最经济的燃烧工况，就应保持燃料量和送风量的适度比例，组合众多参数的燃烧过程进行系统自动调节。在控制系统中，通过软件编程及优化控制理论，较好解决复杂控制理论的实施问题。

3.3 苛化工段自动控制

将碱回收各部分作为一个整体对象控制，按工艺流程的自动化过程由DCS系統协调完成，达到系统平衡，保证工艺设备安全、可靠、高效运行和起停，实现整个工段控制系统的测点信息、实时数据和系统资源的共享，提高工艺设备运行的技术经济效益，工艺设备在额定参数的上限运行，让工艺设备保持在最佳运行工况，降低能耗，提高自动化投入率，提高可靠性，减少误操作，降低事故率，完善操作指导和事故分析手段。苛化系统开关控制设备主要是一些泵，现场启停或操作员通过计算机启停均可。设备运行工况由众多监测参数反映出来，异常时可实现超驰功能，也会提供相关参数、趋势、图表通知运行人员及时处理，有助于日常管理和事故分析，高效、便捷的系统在线维护。

3.4 白水回收自动控制

白水回收系统（多圆盘）是制浆造纸车间重要组成部分。白水回收装置起到从制浆、纸机白水中回收纤维和填料的作用，回收的物料重新用来抄纸，排水可作为纸料制备的稀释或洗涤水，也可用在其他制浆和抄纸车间。白水回收机内网槽液位控制，要保证机内网槽有适当液位，通过自动控制转鼓转速调节，增减转鼓过滤速度来实现，确保有效操作白水回收机。为提高白水回收机滤水度，对高粘度浆要设置机内水温控制，回收机自动调节加入温水量控制机内水温，以达到稀释和过滤白水的目的。

4 优化控制方案的总体性能指标

大型木浆碱回收炉入炉浓度高（80%及以上），多为单汽包不带圆盘蒸发器的低臭型碱回收炉，有特殊设计的多次供风系统和高低浓臭气处理系统，更关注环保和节能，碱回收炉热效率高达70%以上。全程自动化控制，使成浆硬度实测值之间标准偏差波动值减少;蒸煮时间较人工控制缩短;蒸汽消耗较人工控制降低，粗浆得率一般增加2个百分点;漂白工段氯耗降低7.8%;单位电耗降低2.9%;纸浆质量（硬度）预测监督控制功能稳定;产量稳定提高。

综上所述，制浆造纸行业被国际公认为“永不衰竭”的工业，当今世界造纸工业正向着高速、高效、高质量、低能耗、自动化、连续化作业的方向发展。我国造纸生产技术水平仍有较大差距，技术从研发到应用于实践是一个漫长的过程，碱回收自动系统的应用，选用企业自身适合与实用的设备技术就是最好的，以工作可靠性好，精度高，线性好，测量范围大，反应速度快为原则，并符合与环境相协调的现代化大工业方向发展，新型高效的自动化控制系统的应用，将使企业一直保持良好的发展态势。

参考文献：

[1]王桂林，邵爱民.国产DCS控制系统在二氧化氯制备中的应用[J].中华纸业，2008，29（12）.

[2]汤勤斌.红外成像系统在造纸厂碱炉的应用[J].山东建筑材料网络社区，2018.