（电气工程专业论文）碱回收车间dcs控制系统应用.pdf

摘要 碱回收车间是纸厂的环保环节，它的正常生产可直接为纸，创造经济效益利社 会效益。但当前的碱回收车间监控系统存在蓄许多问题，直接影响铖回收车间的正 常生产。本论文_ 以碱回收车间监控系统为研究课题，详细分析了碱回收车问监控系 统现状，指出了现有系统的缺陷和不足。针对这些问题进行了深入理论分析，并在 此基础上进行了实际工程实践，运行结果证明了课题研究的有效性和可行性。 课题中对碱叵i i 发车间d c s 系统与当前监控系统进行了详细的对比，指出了本 d c s 系统的优越性。在蒸发工段中温水湿度、流量串级调节，解决了因流量扰动而 形成的温度误差和温度控制滞后问题，主蒸汽压力控制采用了斜坡给定和输出滤波， 防止给定和输出阶跃变化，造成压力突变，而导致设备损坏。在燃烧工段中汽包液 位采用了三冲量控制即前馈一串级控制，解决了由于蒸汽流量变化和给水流量扰动而 造成的虚假水位，保汪了锅炉的安全运行。炉膛负压前馈一反馈控制解决了由于负荷 变化，引风量来不及调节而引起的炉膛负压波动。一次、二次及三次风压实现了双 闭环比值控制，既解决了一次、二次及三次风压恒定问题，又解决了一次、二次及三 次风压之间比值恒定问题。这些控制策略的应用，增加了系统的稳定性，提高了控 制精度。 在碱回收车i 司d c s 系统中。组建了碱回收车间的局域网，实现了碱回收车问d c s 系统远程故障诊断和现代化生产和管理，减少故障停机时问，提高了经济效益。 综上所述，本文的理论研究应用于d j 东曲阜造纸厂碱画车间得到了良好的运 行效果，保证了碱回收车间乃至全厂的正常生产，消除了黑液污染，增加了纸厂的 经济效益和社会效益，得到了用户的好评。同时为碱回收d c s 系统的推广及应用提 供了理论依据和运行经验。 关键词：d c sp i d 控制碱回收蒸发苛化燃烧 a b s t r a c t err r e c o v e r ys y s t e m sa r ee n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ns e c t o ro fp a p e rm i l l i t sn o r m a l p r o d u c t i o nc a nm a k eg r e a te c o n o m i ca n ds o c i e t yp r o f i t t h e p r e s e n te rr r e c o v e l 、ys y s t e m h a sm a n yp j o b t e m s f h o s ep r o b l e m sh a v eg r e a te f f e c t so nt h en o r m a lp r o d u c t i o n1 h e p a p e rg i v e s ad e t i a l a n a l y s i s o nerr r e c o v e r ys y s t e m ，a n dg i v e st h es h o r t c o m i n g so f p r e s e n ts y s t e m b a s o do nt h es u p e r v i s o rs y s t e mo fer r r e c o v e r y , t h ep a p e rg i v e sd e e p l y t h e o r ya n a l y s i s a n d p r a c t i c a le n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n t h e r u n n i n g r e s u l t s p r o v e s t h e e w e c t i v e n e s sa n dp o s s i b i l i t yo f t h er e s e a r c h t h ep a p e rg i v e sd e t i a lc o n t r a s to ferrr e c o v e r yd c ss y s t e ma n dp r e s e n ts u p e c i s o r s y s t e m s a n dg i v e st h e g o o dp e r f o r m a n c eo fd c ss y s t e m i ne v a p o r a t i o ns t a t i o n ，t h e c a s c a d e dr e g u l a t i o no fw a r mw a t e ra n df l o wc a ne f f e c t i v e l yp r e v e n t st h ef l o we f f e c to n t e m p e r a t u r ee r r o ra n dc o n t r o ld e l a y s l o p eg i v e na n do u t p u tf i l t e r i n gi sa p p l i e dt op r i m a r y s t e a mp r e s sc o n t r o l ，w h i c hc a np r e v e n tg i v e nv a l u ea n do u t p u tv a r i a t i o n t h eg r e a t v a r i a t i o no f p r e s sd e s t r o yt h ee q u i p m e n t s i nb u m i r t gs t a t i o n , f e e d f o r w a r d c a s c a d ec o n t r o l i sa p p l i e dt oc o n t r o lt h el i q u i do f v a p o rp a c k t h ec o n t r o lw a yc a n p r e v e n tt h ef a l s el i q u i d p r o d u c e db ys t e a m a n d g i v e nw a t e rv a r i a t i o n ，a n dm a k e t h eb o i l e rr u ns a f e l yf e e d i b r w a r d f e e d b a c kc o n t r o li sa p p l i e dt os o l v et h el o a dv a r i a t i o no f h e a t hf i r s t ，s e c o n da n dt h i r d c o n s t a n tw i n dp r e s sp r o b l e ma n da l s os o l v e st h ef i r s t ，s e c o n da n dt h i r dc o n s t a n tp r e p a r a t i o n o fw i n dp r e s st h ea p p l i c a t i o no ft h ec o n t r o lw a y sr a i s et h es t a b i l i z a t i o no fs y s t e ma n d c o n t r o la c c u r a c y i nt h ed c ss y s t e mo fer rr e c o v e r ys y s t e m w eb u i l dt h ei n t r a n e to fe r rr e c o v e r y s t a t i o nt h ei n t r a n e tr e a l i z e s t h ed e f a u l t d i a g n o s i s a n dm o d e r n i z a t i o np r o d u c t i o na n d s c i e n t i f i cm a n a g e m e n ti tr e d u c e s t h ed e f a u l ts t o p p i n gt i m e ，r a i s e st h ee c o n o m i cp r o f i t b a s e do na b o v ea n a l y s i s ，t h et h e o r yr e s e a r c hi sa p p l i e dt oq u f up a p e rm i l lo fs h a n d o n g p r o v i n c et h ea p p l i c a t i o nr e s u l t sa r ev e r yw e l l 、i tp r o t e c t st h en o r n m lp r o d u c t i o no ft h e s t a t 诗na n dt h ew h o l em i t tt tr e d u c et h ep o l l u t i o no fb l a c kl i q u i d i tr a i s e st h ee c o n o m i ca n d s o c i e t yp r o f i ta n dg e tl o t so f p r a i s e sf r o mc u s t o m e r s i t s a p p l i c a t i o ng i v e sag o o dt h e o r y f o u n d a t i o na n dg o o dp e r s p e c t i v ei ner r r e c o v e r ys y s t e m s k e ) r w o r d s ：d i s t r i b u t e dc o m p u t e rs y s t e m p i dc o n t r o la l k a l ii l e c o v e r y e v a p o r a t i o n r c c a u s t i e i z i n gb u n t i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导f 进f j 二的研究1 作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得垂婆盔堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：谓县谗警字日期：_ 。? 年月谚日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。 特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：f 习埂膨导师签名： 签字日期：己。j 年f 月停曰 签字目期：哆年月膨日 睇 扳 吁 第章绪沦 第一章绪论 1 1 课题研究的背景 1 1 1 碱回收车间监控系统国内外的发展概况及存在的问题 中国是一个最早拥有造纸术的文明古国，经过多年的发展，我 国纸业已有长足的发展，中国造纸产量在l9 78 年居世界第10 位， 9 3 居第3 位，2 00 1 年位居第2 ，产量为3 2 0 0 万吨。中国纸的需求 量在9 5 年位居世界第2 ，2 0 0 1 年纸的消费量为3 8 18 万吨。从9 0 年代开始，国内开始扩建和新建纸厂，以满足同益增长的纸的消费 量。由于纸厂大多采用碱法制浆，制浆的废液程黑色称为黑液，黑 液中含有烧碱和其它固性物。在过去，纸厂一般对黑液进行简单的 处理后排放或直接排放，造成河水污染，其b o d 和c o d 的指标严重 超标。从95 年开始，我国进行淮河流域污染治理，先后关闭了5 0 多家小纸，。未被关闭的纸厂，国家规定必须建立碱回收车间。碱 回收车间生产目的：第是处理制浆产生的黑液，以使造纸废液达 到排放标准，减少环境污染，另外提高了社会效益；第二是生产蒸 汽和烧碱，蒸汽作为造纸的能源，烧碱作为造纸的辅料，增加经济 效益。因此碱回收车间建立和稳定、可靠的生产对于当今日益发展 的纸厂来说具有十分重要的意义。2 1 。 由于国家对造纸环保的要求，纸厂的碱回收工程逐渐增多，现 在扩建和新建纸厂都包含碱回收车间。截止到2 0 0 1 年，全国共实 施了135 个碱回收工程。随着纸厂的碱回收工程逐渐增多，与之配 套的监控系统也被重视和发展。当今大多纸厂己进行现代化生产管 理，这就要求监控系统及时提供准确的各种过程数据，同时要求碱 回收车间的监控系统必须稳定、可靠。因为监控系统的故障会造成 碱回收车间停产，如果碱回收车间停产，则会造成全厂停产，这样 会给纸厂造成很大的经济损失，同时，由于黑液无法得到及时处理， 为了不堵塞设备和管路，黑液只能排放，造成环境污染。因此，对 于碱回收车间的监控系统稳定、精确、可靠的生产运行具有十分重 要的意义。 碱吲收车问包括三个工段即蒸发工段、燃烧工段及苛化工段 小z i 。蒸发工段将稀黑液蒸发、浓缩，作为燃烧工段的燃料。燃烧 工段将浓黑液燃烧产生蒸汽和绿液。苛化工段用白液将绿液苛化， 生产n a 0 h 。每个工段生产工艺是比较复杂的。它包括模拟量控制 ( m c s ) ，顺序控制( s c s ) ，炉膛保护监控( f ss s ) 。7 0 年代，由于 纸j 资金状况和我国当时自动化仪表及系统发展水平所限，纸厂碱 回收车间基本处于手动生产，人工操作和计量。只有一些关键控制 t i 采用型仪表控制，控制精度差，系统不稳定，经常出现故障 停产现象。到8 0 年代后期，碱回收车间的过程控制采用了电m 型 二次仪表即盘装仪表，基本上解决了人工操作问题，但由_ 丁电i 型 仪表仍属于模拟控制，加之硬件可靠性问题，所以该系统仍存在控 制精度和系统稳定问题心”2 “。同时由于碱回收车间控制点比较多 ( 约5 0 0 点) ，而每个点对应一台仪表，因此完成碱回收车间过程 控制的所需仪表比较多，相应的造价也较高，这对于纸厂是一个较 大的经济负担。随着计算机技术的不断发展，可靠性的不断提高， 以及价格的降低，到9 0 年代中期，集中和混合型计算机直接数字 控制系统( d d c ) 已用于碱回收车间过程控制。该系统具有以下特 点： ( 1 ) 计算机控制利用计算机的存储记忆、数据运算和c r t 显 示功能，可同时模拟变送器、控制器、指示器、手操器以及记录仪 等多种仪表的功能，并且便于集中监视和操作。 ( 2 ) 计算机控制利用计算机快速运算能力，通过分时工作可 以用一台计算机同时控制多个回路；并且还可同时实现d d c 、顺序 控制、监督控制等多种控制功能。 ( 3 ) 计算机控制利用计算机强大的信息处理能力，可以实现 模拟控制难以实现的各种先进复杂的控制策略，从而不仅可以获得 更好的控制性能：而且还可实现对于难以控制的复杂被控对象( 如 多变量系统、大迟后系统等) 的有效控制。 ( 4 ) 计算机系统调试、整定灵摄方便，系统控制方案、控制 策略以及控制算法及其参数的改变和整定，只通过修改软件和键盘 操作即可实现，不需要更换和变动任何硬件。 该系统的应用，解决了仪表控制系统存在的缺陷，生产的可靠 一i - 嗥- 和精度有了进一步提高。但随着纸厂生产规模的扩大和生产管理 水平的提高，计算机氲接数字控制系统难以解决以下存在的问题 ( 1 ) 碱回收车间生产规模的不断扩大，使被控i o 点越来越 多，操作人员对过程的监视和操作的要求越来越高，；d - - 有系统难以 第一章绪论 胜任； ( 2 ) 计算机技术和其它高新技术一样，发展的速度很快，更 新换代的周期越来越短，【：业技术的发展要求计算机控制系统适应 它们发展的需要； ( 3 ) 采用直接数字控制d d c ( d irec td ig i ta 1c 0 1 3 t r o i ) 或峪 督汁算机控制s c c ( s u r p e rv iso r yc o m p u t e rc o n t r 0 1 ) 虽然控制灵 活，更改方便，但是价格较贵。另外，如何把计算机的故障造成的 危害减小，使危险分散，成为计算机控制系统首要解决的问题； ( 4 ) 纸厂的集中和综合的操作和监督要求对全厂、各车间和 各工段级的控制和操作有相应的数据通信联系，它不仅有大量的数 据传递，也要求有高速的数据传输速率。 目前面临的这些问题，给国内纸厂碱回收车问控制系统中的发 展带来了很大的障碍。如何解决这些问题，成为目前国内外工程技 术人员研究的一个关注的问题。资料显示，1 9 9 3 年，芬兰奥斯龙公 司率先采用霍尼威尔公司t d c 30 0 0 集散控制系统d c s ( d i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e m ) 对碱回收车间进行过程控制。1 9 9 5 年至19 9 6 年， 国内纸厂已引进美国h o n e y w e l l 公司t d c 3 0 0 0 系统，日本 y o k o g a w a 公司c e n t u m 系统，应用于碱回收车间过程控制。但 由于引进成本太高，设备应用及开发和设备维护要求的技术水平较 高，因此引进d c s 系统的工作则被迫终止。1 9 9 7 年，国内d c s 系 统相继问世，并开始应用于碱回收工程。 1 1 2 集散控制系统( d c s ) 1 集散控制系统发展史 集散控制系统是】9 7 5 年首先由美国霍尼威尔公司推出的【3 。5 l 。 它的基本思路是：首先，把集中的计算机控制系统分解为分散的控 制系统，为此，应用有专f 的过程分散控制装置，它们在过程控制 级各自完成过程中的部分控制和操作；其次，从模拟电动仪表的操 作 - j 惯出发，开发了人一机间良好的操作界面，用于操作人员的操 作监视；最后，为了使操作站与过程控制装置之问建立数据的联系， 应建立数据的通信系统，使数据能在操作人员和生产过程问相互传 涕。当时，d c s 系统还在初级阶段，产品还是集散控制系统的雏形。 f 日是，系统已经包括了d c s 系统的三大组成部分，即分散过程控制 装置、操作管理装置和数据通信系统“。它具有了i ) c s 系统的 第幸绪论 基本特点，即集中管理、分散控制。此时的d ( ：s 产品有1 1 0 n e v we l l 公司的t d c 一2 0 0 0 ；f 0x b0 r 0 公司的s p e c t r u m 等。 随着半导体技术、显示技术、控制技术、网络技术和软件技术 等高等技术的发展，集散控制系统也得到了飞速发展。第：代集散 控制系统的主要特点是系统的功能扩大或者增强，例如，控制算法 的扩充；常规控制与逻辑控制、批量控制相结合；过程操作管理范 围的扩大，功能的增添；晶示屏分辨率的提高：色彩的增加i 多处 理器技术的应用等。而另一个明显的变化是数据通信系统的发展， 从主从式的星形网络通信转变为对等式的总线网络通信或环网通 讯。典型的d c s 系统产品有h 0 r ley w e l l 公司的t d c 一3 0 0 0 ，b a ile y 公司的n e t w o r k 一9 0 ，a b b 公司的m a s t e r 等。 从第三代集散控制系统的结构来看，由于系统网络通信功能的 增强各不同制造厂的产品能进行数据通信，因此克服了第二代集散 控制在应用过程中出现的自动化孤岛等困难。此外，从系统的软件 和控制功能来看，系统所提供的控制功能也有了增强，系统己不再 是常规控制、逻辑控制与批量控制的结合，而是增加了各种自适应 或白整定的控制算法。同时，第三方的应用软件可方便地应用，为 用户提供了更广阔的应用场所。 9 0 年代，随着对控制和管理要求的不断提高，第四代集散控制 系统以管控体化的形式出现。它在硬件上采用了开放的工作站， 使用r i s c 替代c is c ( c 0 m p u t e ri n te g r a te dp r o c e ss s y s te m ) ， 采用了可户机n 务器( c l i e n t s e r v e r ) 的结构。在网络结构上增 加了工厂信息网( i n t r a n e t ) ，并可与国际信息网i n te r n e t 网互联。 在软件上则采用u n i x 系统和x - w i n d o w s 的图形用户界面，系统的 软件更丰富。第四代d c s 系统典型产品有h o n e y w e l l 公司t p s 控制 系统，f o x b o r o 公司i a s5 0 5 1 系列控制系统，以及北京和利时公 司的m a s t e ri i 系统，h 海新华公司的x d p s 一4 0 0 系统等。 2 集散控制系统特点 集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散控制系统。它的 主要特性是它的集中管理和分散控制6 1 。 分级递阶控制 集散控制系统是分级递阶控制系统。它在垂直方向或水平方向 都是分级的。最简单的集散控制系统至少在垂直方向分为两缴，即 操作管理级和过程控制级。在水平方向h 各个过程控制级之间是相 第一章绪论 互调节的分级，它们把数据向上送达操作管理级，同列接收操作管 理级的指令，各个水平分级问相互也进行数据的交换，这样的系统 是分级的递阶系统。 分级递阶系统的优，囊是各个分级具有各自的分工范围，相上之 间有协调，通常，这种协调是通过上分级来完成的。 与模拟电动仪表相比，模拟电动仪表相互间的协调和制约较难 解决，系统控制方案的更新也较为困难，各级的相互联系虽然可通 过信号的串联或并联来完成，但是它受到输出阻抗和输出功率的限 制，并且联系的更改十分困难。“。与计算机直接数字控制系统 相比，在计算机直接数字控制系统中，组成系统的某些部件的故障 将造成整个系统的瘫痪。由于系统没有分级，因此，系统中的各个 组成部分具有相同等级。各级问的数据由一个c p u 进行处理，虽然 可以进行优先级别的分配，但是系统的调整是较不方便的。正因为 没有分级，系统的可靠性要求必然序言大大的提高，而系统的危险 性也相应增大。 分散控制 分散的含义不单是分散控制，它还包含了其他意义。例如，人 员分散、地域分散、功能分散、危险分散、设备分散及操作分散等。 分散的目的是为了使危险分散，提高设各的可利用率。通过分析和 比较，人们认识到分散控制系统是解决集中计算机控制系统不足的 较好的途径。同时，在实践中，人们也在不断的改善分散控制系统 的性能。使它成为过程控制领域的一支主流。 自治和调节性 集散控制系统的各个组成部分使各自为政的自治系统，它们各 自完成各自的功能，相互间又有联系，数据信息相互交换，各种条 件相互制约，在系统的协调下工作。 在集散控制系统中，分散过程控制装置是一个自治的系统，它 完成数据的采集、信号处理、计算及数据输出等功能。操作管理装 置完成数据的显示、操作监视和操纵信号的发送等功能。通信系统 则完成操作管理装置与分散过程控制装置间的数据通信5 1 。集 散控制系统的各部分是各自独立的自治系统，但是在系统中它们互 相协调i 作的。 第一章绪论 1 2 课题研究的意义 随着国内纸张需求量的不断增k ，各大纸浆，不断在扩建利 新建，作为纸浆厂废液处理的碱回收工程也逐渐增多。为了保证碱 回收车间安全、高效地生产，纸浆厂对该车间配备的自控系统提出 了更高的要求。但是，当今国内各大纸浆碱回收车间的l q 控水平普 遍较低，而且长期以来普遍存在着重视制浆、造纸而轻视碱回收， 很多纸厂碱回收车间开开停停，以应付环保部门的检查，其原因就 是与之配套的自控系统配备水平太低，经常出现故障。随着国家对 纸浆厂环保要求的提高，以及国内纸浆厂经济发展，自身素质的提 高，现在，碱回收已列为纸浆厂的重点工程，与之配套的自控系统 也提高到意识 _ 1 1 程。面对国内纸浆厂碱回收车间自控系统的现状， 如何设计出一套适合于该车间先进的、高效的、功能齐全的、经济 性好的监控系统是目前国内外工程技术人员们急需解决的一个问 题。 以往碱回收车间采用的控制系统，如仪表控制系统，p l c 控制系 统以及计算机直接数字控制系统都存在以上我们分析的缺陷，d c s 系统的问世为解决碱回收车间自控系统面临的问题带来了希望。进 e 1d c s 系统也曾用于碱回收车间的过程控制，但由于引进成本高， 二次开发依赖于外商，不利生产过程中的修改和维护，因此引进d c s 系统受到冷落。当今，具有自主知识产权的国内d c s 系统相继问世， 该系统性能优越、价格低廉，但是该产品还缺乏在碱回收车间实际 应用的经验。因此，经过本课题的研究将其应用到碱回收车间过程 控制中去，一方面更好地解决实际中的问题，另一方面为广大的工 程技术人员提供可借鉴的经验。这是课题研究的重要意义之 。 碱回收车间生产工艺是比较复杂的，另外，碱回收车间的燃烧 工段生产过程还是比较危险的。目前国内碱回收车间过程控制一般 非常有限且简单，如蒸发工段，表面冷凝器温水温度控制，只实现 f 单回路p i d 调节，在实际生产中，温水温度控制难以精确控制； 在燃烧工段，汽包的水位调节只实现了单冲量或双冲量控制，因此， 汽包液位波动较大，有时造成满罐和空罐现象，这是非常危险的， 因为满罐会造成汽水分离不净，降低产汽量，另外，汽水介质容易 形成水锤，损坏设备。空罐会造成碱炉缺少冷却水，导致炉体干烧， 烧毁管束，甚至爆炸。燃烧工段中一次、二次和三次风的之间目前 第。章绪论 没有配比控制，这样就造成碱炉炯气中氧的含营无法稳定控制，降 低碱炉的生产效率。另外，目前炉膛负压的控制也比较简单，炉膛 负压波动较大，致使碱炉，r = 作不稳定。以上列举的问题，正是本课 题要研究、分析和解决的。这是课题研究的重要意义之二。 随着我国造纸行业的崛起，各大纸浆厂也开始追求现代化的 生产和现代化的管理，这就要求控制系统具有集中操作，分级管理， 分而自治和综合协调功能，将纸厂生产的基础自动化、管理的基础 自动化链接起来，形成生产和管理的网络化，实现科学化生产，提 高经济效益。因此，实现碱回收车间d c s 系统网络化生产及管理 是课题研究的重要意义之三a 在过去，碱回收车间控制系统出现故障时，只能等技术人员 到现场解决，这就有可能造成长时间停机。课题中研究了d c s 系 统远程故障诊断的手段利方法。采用这种方法，技术人员不在现场 的情况下，利用远程网络诊断d c s 系统的故障并加以解决，以减 少故障停机时间，提高经济效益。这是课题研究的重要意义之四。 课题的圆满完成必将对于提高碱回收车间自动化控制水平和 整个工厂的自动化管理水平，降低工人的劳动强度，改善工人的工 作条件，保证安全、稳定地生产，减少系统改造的初期投资及今后 的运行费用等等方面具有十分重要的意义。 1 3 课题的主要任务 课题主要完成如下的工作： 1 碱回收车间生产工艺进行分析。 2 对于碱回收车间仪表控制方案，d d c 计算机控制方案和 d c s 系统控制方案的性价进行详细的比较。 3 完成碱回收车间控制策略的设计。 4 完成碱回收车间d c s 系统硬件及软件的设计与实现。 5 完成碱回收车间d c s 系统生产与管理网络结构的设计与实 现。 6 对网络远程故障诊断的方法和具体的实现进行论述。 第章碱回收车间的工艺流程 一一 第二章碱回收车间的工艺流程 2 ，1 蒸发工段工艺流程 碱网收车间用于造纸过程中的黑液处理即蒸发工段将稀黑 液蒸发、浓缩，燃烧工段将浓黑液燃烧产生蒸汽和绿液，苛化：t ： 段将绿液笥化生产n a o h ，因此减少了污染 2 9 - 3 。 2 1 1 概述 该蒸发站采用五效管板结合蒸发器，i 、j i 效为板式降膜， i i i 、v 效为管式升膜蒸发器。处理草浆黑液，公称生产能力 蒸发水量为3 2 t h ，出站黑液浓度4 5 ，在正常负荷下，新鲜蒸汽 消耗8 5 t h 。 板式降膜蒸发器、表面冷凝器的加热元件由两张 12 l9 x 7 3 0 0 m m 的薄板加工组成，加热蒸汽在加热元件内冷凝，黑液 在加热元件外壁以层薄膜由上向下自流到蒸发器底部液室内。 被蒸发的二次蒸汽从降膜黑液中产生后通过加热元件之间的空 问排出，最后经雾沫捕集器分离后，离开该蒸发器。黑液循环泵维 持一个恒定的循环量，使黑液布满整个加热元件，黑液循环量的 大小不取决于该效供液量的大小。i 、v 为管式升膜蒸发 器。 2 1 2 黑液流程 由洗浆工段送来的黑液浓度为10 、温度8 0 ，进入本工段稀 黑液槽，由供液泵送入i 一v 一半浓槽一i i 一出液泵一i 一闪蒸罐一出液泵一浓黑液槽一送液泵一燃烧工段。 2 1 3 蒸汽流程 新鲜蒸汽供入i 效，其余各效使用前一效产生的二次蒸汽。 i 效清洁冷凝水闪蒸产生的蒸汽供给i 效。出站清洁冷凝水温度 约为10 0 。浓黑液闪蒸罐闪蒸产生的二次汽进入1 i 效液室，经除 雾汽分离黑液后进入i i i 效加热室。 2 1 4 污凝水流程 i l ，i ，v 效及表而冷凝器内产生的二次冷凝水，经扩容 第二蕈碱川收车间的工艺流程 后各进入后续效，污冷凝水温度分别为6 5 。 表面冷凝器的臭汽用真窄泵排出，该真空泵需供循环水以及 必要的间接冷却水。 2 2 燃烧工段工艺流程 2 2 。1 概述 燃烧工段主要是利用碱炉燃烧来自蒸发工段的浓黑液以产生 蒸汽和回收黑夜中用于蒸煮工段的碱，以达到回收热能和减少黑 液污染的目的。 2 2 2 黑液系统 蒸发工段来的黑液浓度约4 2 45 ，温度约9 5 1o o ， 送入圆盘蒸发器，与碱炉产生的烟气直接换热，黑液中的水份蒸 发，黑液得到浓缩。黑液浓缩到4 8 5 0 浓度( 视黑液温度、粘 度及雾化情况确定该浓度值) ，温度降低到9 0 左右，先进入入 炉黑液槽，然后泵送碱炉的黑液喷枪，喷入炉膛内，黑液在下降 过程中进一步与上升烟气换热而干燥，即进行悬浮干燥最后落在 炉底的垫层上燃烧。为保证黑液有良好的雾化性能及尽可能提高 黑液浓度以提高碱炉的热效率，在入炉黑液管线上设有黑液加热 器，以提高黑液温度，降低黑液粘度，因为该浓度黑液易结垢， t 一般采用直接蒸汽加热器。通常黑液由9 0 左右加热到1 0 5 11 0 。 黑液系统的主要控制为入炉黑液槽的液位控制，不需要其它 控制。入炉黑液量通过炉前循环，即从入炉黑液槽泵送黑液经炉 前，再回到入炉黑液槽，因此流量不易测量，如确实要计量，则 在循环管线上装设两套流量计，其差值为入炉黑液量，此外，精 确的讨量还应包括入炉黑液固形物量的计量，即增加黑液浓度 计。这些对于草浆黑液炉来讲是奢侈的设计。 2 2 3 绿液系统 垫层上的黑液固形物与鼓入的空气混合燃烧，固形物中的有 机物转化为二氧化碳和水，随烟气上升，进入锅炉系统；固形物 中的无机物( 主要为钠盐) 则在炉膛温度下燃烧成碳酸钠熔融物， 第二章碱回收车间的工艺流程 熔融物通过炉膛底部的熔融物溜槽流山，用循环的绿液将熔融物 打散，并吹落到绿液溶解槽内，与苛化工段送来的稀自液混合， 形成以碳酸钠为主要成份的绿色液体一一绿液。一部分绿液用循 环泵循环至熔融物打散和消音，另一部分绿液泵送苛化工段以生 产门液。 2 2 4 烟风系统 碱炉供风系统分为三次供风，一二次风为热风，碱炉室内空 气( 为增强空气循环，改善操作环境，一般从炉项抽室内热风) 通 过鼓风机加压，用蒸汽加热到15 0 ，再送入位于碱炉尾部的烟 气空气换热器进一步加热至2 0 0 以j 二( 视设计不同，温度有所 变化，一般为2 5 0 ) ，经碱炉的一二次风口送入碱炉。三次风设 汁为室温空气或l5 0 热风，通过单独的鼓风机送入碱炉，其压 力一般高于一+ 二次风，以减少碱尘飞失和炉膛上部温度过高。 一、二、三次风的比例一般为4 5 、4 0 ，l5 ( 不同的设 备厂或原料有不同的比例分配) ，合理分配风的比例对碱炉的运 行有很大的影响。因此，碱炉供风系统设有风量控制回路。 黑液与空气混合燃烧，产生高温烟气，进入锅炉系统，利用 烟气热量生产蒸汽供生产使用。从碱炉烟风换热器出来的烟气温 度约3 0 0 以上，进入圆盘蒸发器。圆盘蒸发器为直接加热蒸发 器，蒸发器的加热管将黑液带入高温烟气中，通过表面换热蒸发， 黑液浓度提高，烟气温度降低到2 0 0 以f ( 般应18 0 左右) ， 烟气含有的碱尘采用静电除尘器处理，除尘效率9 9 以上，除尘 后烟气通过引风机排入烟囱。 炉膛一般设有许多门孔，如喷枪孔、风孔、观火孔等，通常 为封闭门7 l ，用蒸汽等介质封闭。如炉膛在正压下运行，则炉内 烟气将外溢至室内，造成恶劣的操作环境。为此炉膛运行要保证 一定的微负压，微负压是通过引风机和烟囱造成的，故炉膛负压 作为引风机运行的给定条件，调节引风机转速。 引风机在设计安装后的能力已不可能改变，调节也是在一定 的范围内进行，因此，炉膛至引风机问各部分的烟气阻力大小直 接关系着炉膛负压值，当某一部分的阻力增大时，应加强该部分 的吹灰，目的之一是降低烟气阻力，其二也是清扫换热面，提高 碱炉热效率。烟气压力及压差的测量主要为炉膛、锅炉管束前后、 第二章碱阿收车间的工艺流程 省煤棵前后、空气加热器前后、圆盘蒸发器前后、静电除尘器前 后等。 2 2 5 碱灰系统 碱灰来自碱炉锅炉管束部分、省煤器及空气加热器部分的吹 灰，静电除尘器收尘。由于制浆工艺采用烧碱法，因此碱灰的主 要成份为碳酸钠，所以可直接溶解后送绿液溶解槽。采用硫酸盐 法制浆工艺的木浆生产中，碱灰的主要成份为硫酸钠，因此必须 送入炉黑液槽与黑液混合后送碱炉，使之在炉膛底部垫层的还原 条件下还原成硫化钠。 碱灰的溶解使用碱灰溶解槽，用稀白液或绿液溶解碱灰，然 后自流或泵送溶解槽。系统尚存的碱灰刮板是静电除尘器底部刮 板和总刮板，系统的连锁为开机顺序连锁。即碱灰溶解槽有液位 一碱灰溶解槽搅拌机开一碱灰总刮板机开一除尘器底部刮板开 一除尘器振打电机除尘器供电运行。停机反之。 2 2 6 给水炉水系统 碱炉给水主要是使用各用汽车间产生的蒸汽冷凝水，包括纸 机或纸板机、蒸发工段、制浆车间的蒸煮工段等，本工段空气预 热器等产生的冷凝水也汇总到给水系统中。在某些情况下，如开 机或其它某工段停机及故障甚至是由于泄漏产生的不合格冷凝 水排放，造成冷凝水不能满足用水量要求时，电站或锅炉房的化 学处理水，将作为本工段锅炉给水的补充水源。 本工段设冷凝水箱，收集各冷凝水源的冷凝水，各冷凝水源 送出车问均有各自的冷凝水电导度测量装置，不合格的冷凝水不 熊送出。冷凝水箱的液位由位于补充化学水的管线上的调节阀控 制。 冷凝水箱的冷凝水，经泵送除氧器，送除氧器的水量受除氧 水箱液位的控制。除氧器的工作压力通过控制送除氧器的蒸汽量 及蒸汽压力使之稳定。如为常压除氧器，除氧水箱的过量水自流 回冷凝水箱，如为压力除氧器除氧水箱的过量水通过远方操作阀 及相应的液位报警信号，人为开启阀门，放水回冷凝水镇降低液 位。 除氧后的除氧水储存在除氧水箱内，经管道及过滤器进入锅 第二章碱回收车间的工艺流程 炉给水泵。锅炉给水是锅炉系统中最关键和重要的系统之，锅 炉给水过大，汽包水位七升，将影响锅炉蒸汽的品质和锅炉的热 效率，锅炉给水量不足，将会造成锅炉受热面冷却不足，锅炉水 循环不良，锅炉金属温度过高而产生事故。因此，必须保证稳定 连续的锅炉给水。所以，一般情况下，碱炉的电动给水泵至少二 台，当其中一台故障停机或给水管线失压时，另一台泵将自动启 动。另外考虑全厂供电系统的安全可靠性，如果不能保证1 0 0 的连续供电，则应配置汽动给水泵，并处于热备用状态。 给水流量的调节为三冲量调节，即给水的流量受锅炉蒸汽产 量、汽包液位及给水流量值的约束。为保证安全调节，一般给水 溺节阔设有旁路阀，在主调节阀故障时可使用手动调节。锅炉给 水先进入锅炉的省煤器，经循环回路，送上汽包。为保证安全， 锅炉的上汽包有紧急事故放水阀门，为远方操作控制阀门，可随 意控制开度，手动调节汽包水位。 炉水由若干个循环系统组成，汽包内的水经下降管进入锅炉 管束循环系统、炉膛水冷壁循环系统、水冷屏系统等，产生的蒸 汽与水的混合物返回到上汽包进行汽水分离。分离后的饱和蒸汽 送外网使用。如为中压或高压炉，饱和蒸汽则进入过热器后送电 站并网发电。 2 2 7 蒸汽冷凝水系统 本工段使用低压( 0 4 m p a ) 和中压( j 2 m p a ) 饱和蒸汽，低压蒸 汽主要用于锅炉给水除氧，中压蒸汽主要用于供风系统的风预热 器和加热器。 低压蒸汽进入除氧器由除氧器压力调节加入量，这在给水系 统中已有介绍。中压蒸汽进入空气加热器一般不控制流量，也可 由风温( 15 0 ) 控制蒸汽流量。 低压蒸汽产生的冷凝水作为锅炉给水，直接混合到除氧后的 锅炉给水中( 直接接触除氧) 。中压蒸汽产生的冷凝水，通过疏水 系统再扩容产生二次蒸汽，供空气预热，最后，疏水到本： 段的 冷凝水箱。疏水部分的控制系统为常规的控制系统，同时由于换 热介质为空气，放也不需要配置蒸汽冷凝水电导度测量控制回 路。 第二章碱删收车间的工艺流程 2 2 8 冷却清水系统 冷却和清水系统包括常规的机泵冷却、密封水系统，系统清 洗补充水系统，地面清洗水系统和溜槽冷却水系统。 该系统中重点为溜槽冷却水系统，溜槽是炉膛底部垫层燃烧 后产生的熔融物出口，因熔融物温度较高，需要一定量的冷却水， 冷却具有冷却水夹套的溜槽。有的设备厂采用特殊材料制成的溜 槽，可省掉该系统。 为保证溜槽冷却水不问断，在碱炉的顶部平台设有高位水 槽，作为溜槽冷却水的紧急备用水源。一般的设计将该系统与机 泵的密封水系统协调考虑，即一般情况下，使用密封水系统来的 清水，当密封水系统故障停水时，高位水槽的水自动投入系统， 维持一定时间的系统运行，使系统操作人员可顺利完成正常停 炉。 2 3 苛化工段工艺流程 本工段生产的目的是将燃烧工段绿液溶解槽送来的绿液( 主 要成份n a ，c 0 ，) 与石灰回收工段送来的回收石灰( 主要成份c a o ) 通过苛化反应，制成自液。自液经与补充的碱液配调后向制浆车 间提供蒸煮药液。从燃烧工段绿液溶解槽送来的绿液，首先进入 绿液缓冲槽，以缓冲绿液流量及浓度的变化，绿液缓冲槽的绿液 经液位控制后，泵送至绿液澄清贮存槽。绿液澄清贮存槽在结构 上二分为带锥底的下部澄清区及上部贮存区。由绿液缓冲槽来的绿 液经送液管至绿液澄清贮存槽的澄清区，绿泥在此区域与绿液分 离，沉至绿液澄清贮存槽的底部，由底部的刮泥大耙刮至绿液澄 清贮存槽的锥底部位，并由抽泥膜泵抽至绿泥搅拌槽，经稀释后 泵送绿泥洗涤槽洗涤。澄清液自流至辅助苛化器内。经洗涤的绿 泥沉降至绿泥洗涤槽的锥底部位，由抽泥膜泵抽至沉渣搅拌槽， 稀释搅拌后泵送白泥真空洗渣机浓缩，滤液滤液槽，洗涤后的浓 缩绿泥外运填坑。 石灰回收 ：段送来的回收石灰贮存于2 台的钢筋混凝土制 的石灰仓内。位于石灰仓下部出料口处的石灰出料计量螺旋将石 第二章碱回收车间的工艺流程 灰送至石灰消化提渣机内，与来自绿液澄清贮存槽的澄清绿液 ( 经予热后) 进行消化反应。消化乳液自流到连续苛化器内进一步 苛化。未消化石灰渣排出运至厂外。在石灰提渣机巾产生的气体 经涤汽器洗涤后排空。 消化乳液经i 台连续苛化器，所得苛化乳液再经苛化乳液槽 缓冲后，用苛化乳液泵经流量与液位的串级调节送白液澄清器， 澄清的白液自流到自液贮存槽贮存。 白液澄清器内沉降的白泥，由抽泥膜泵泵抽至辅助苛化器内， 经稀释后送白泥洗涤器，进行白液和白泥的分离后，稀白液自流 到稀白液贮存槽内贮存，白泥则由白泥膜泵抽至沉渣搅拌槽，稀 释后送白泥真空过滤机对白泥进行洗涤( 减少碱损及有利石灰回 收) 。 笫三章碱回收车间监控系统的方案比较 一一一 第三章碱回收车间监控系统的方案比较 3 1 监控系统的方案及性价比较 由于我国纸张需求量的不断增长，促使造纸行业不断发裂，各 大纸业集团不断新建和扩建纸厂。作为纸厂环保项目的碱回收工程 也不断增加，与碱回收车间配套的监控系统工程不断增多。但在运 行的监控系统，由于种种原因，各厂的控制系统并不相同，大多使 用仪表及d d c 控制系统，它们的造价、性能、控制精度及稳定性 等不尽人意。如何选择性价比高的，既符合我国国情，又能达到用 户满意的碱回收车问监控系统是当今造纸行业的当务之急。经过多 年对碱回收车问监控系统的研究和工程的实际应用，本论文研究的 d c s 控制系统满足以上要求，并在工程应用中得到了验证。为了说 明这点，以碱回收车间控制系统为例，比较三个系统的性能及价格。 如表3 1 所示，该表为碱回收车间控制系统的i o 点，以此为 淤 蒸发工段燃烧工段苛化工段小计 电气仪表电气仪表电气仪表电气仪表 a il612 l61 94 437 63 4 a i po2 202 2o1 005 4 a 0o 13o17o403 4 r t do 1 9o17o1 2o4 8 d i4 2o4 4189 4o1 8 018 d o2 l22 21847o9 02 0 合计 7 96 88 2ll l18 52 93 4 62 0 8 图3 一li o 点清单 基础，对三个系统的性能和价格进行比较，参见表3 - 2 。 被比较的三个系统各有不同的性能、价格。仪表控制系统为最 早过程控制系统。随着计算机系统的发展，d d c 控制系统也发展起 来47 。在d d c 控制系统基础上发展起来的d c s 集散控制系统结 合了d d c 集中型结构和混合型结构的特点，将d i ) c 的灵活性和强大 功能与传统的用户熟悉的模拟仪表和顺序控制有机的结合在一起， 为成功应用于过程工业奠定了良好的基础“”川。集散控制系统的 结构与以前的两种结构相比，在关键特征