漂白過程加藥體系運用實踐
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本文作者：劉正譽作者單位：福建南紙股份有限公司
SIPAPERCISBleach是來自西門子公司SIPAPER產品家族中的先進過程控制（APC）模塊。該模塊的目標是盡可能降低漂白劑消耗，對漂白過程紙漿白度增益進行優化控制。廢紙漿的還原性物質和殘余油墨（ERIC）含量波動較大，SIPAPERCISBleach模塊通過內置的預測控制模型（MPC）優化控制漂白劑的加入量，在滿足目標白度的前提下，可以減小漂白后紙漿白度波動、降低化學藥品的消耗、減小漂白劑對紙漿強度的負面影響；減輕漂白劑對后續工段的影響（如后浮選和水處理等）。在福建南紙300t/d廢紙脫墨漿系統漂白過程中，采用了該模塊，實現了漂白化學品的自動添加。
1生產工藝
1.1工藝流程
福建南紙300t/d脫墨漿生產線工藝流程：廢紙→碎漿機→卸料塔→高濃除砂器→粗篩→一段預浮選→一段除渣器→一段細篩→#1多盤過濾機→#1中濃立管→螺旋擠壓機→熱分散→漂白塔→一段后浮選→#2多盤過濾機→#2中濃立管→貯漿塔
1.2漂白工藝條件和指標
漂白過程的主要化學藥品加入量：H2O215～20kg/t漿、NaOH5～10kg/t漿、水玻璃15～25kg/t漿。目標白度為60%～62%ISO（紙頁成形器手抄片），漂白前脫墨漿的白度及標準偏差或偏差分布：50%～52%ISO，漂白后脫墨漿的白度及標準偏差或偏差分布：58%～60%ISO。其他工藝控制條件：漂白塔溫度80～85℃、pH9.5～10.5、漂白濃度25%～28%、漂白停留時間60～90min。
1.3廢紙原料
廢紙原料加入比例為70%的ONP#8美廢，30%的OMG#10美廢。該脫墨漿生產線DCS系統可通過工業以太網、Profibus-DP等通訊協議與其他系統通訊。現有BTG紙漿白度在線傳感器兩套，一套安裝于#1中濃立管和螺旋擠壓機之間，另外一套安裝于漂白塔出口位置。白度傳感器信號已接入DCS。
2SIPAPERCISBleach模塊的基本功能
紙漿漂白是制漿造紙過程中的重要環節。對于不同的紙漿（如化學漿、機械漿、化機漿和廢紙脫墨漿等），不同的漂白劑（如雙氧水、保險粉、FAS、二氧化氯和臭氧等）漂白過程的機理復雜多樣，但其目的都是為達到目標白度，紙漿白度是漂白過程最重要的質量指標。
2.1實現漂白工藝的操作控制分為三種方式
開環控制：各漂白劑的加入量為相對恒定值，由工藝人員指定，與時間無關。半自動控制：根據實驗室定期采樣測試結果或在線白度傳感器數據，由操作人員間歇調節。PID控制：根據在線傳感器數據，由PID控制器進行計算并調節漂白劑的加入量。由于紙漿漂白過程是多變量、大滯后和強耦合的連續過程系統，因此，以上方式操作控制漂白過程都有較大優化余地。SIPAPERCISBleach模塊控制策略如圖1所示。
2.2輸入變量
漂后目標白度值、漂前測量的白度值、漂后測量的白度值、漂白塔料位、漂前入口紙漿流量和濃度、漂后出口紙漿流量和濃度。
2.3輸出變量
各種漂白劑的流量控制參數。
2.4控制模塊
SIPAPERCISBleach模塊可實現實時在線過程控制，是DCS實現準確控制漂白過程的必要補充。先進過程控制模塊以SIPRAISE為運行環境，與WinCC集成為一體，其主要單元模型如下：
(1）滯后模型。可以實時計算出三相懸浮液通過過程單元設備所需要的時間。計算滯后時間是漂白模型自適應控制的基礎。在管道、管槽和熱分散機中的時間能夠相對準確的計算（時間=容積/流量），但并不適于漂白塔。在確定漂白塔中停留時間存在以下問題：測量料位相對不準確，裝料系數只能估計，漂白塔中紙漿濃度較高（例如25%～30%），而且容易結塊，裝料系數只能以容積比例表示，例如裝料系數0.7表示紙漿占容積為70%，空氣占30%。由于存在這些問題，停留時間只能估計，為此SIPAPERCISBleach融合Kalman濾波器技術，可以比較準確地估算滯后時間。
(2）漂白模型。該模型是基于控制理論、試驗分析和生產經驗的非線性模型。漂白過程中漂白劑的加入量與紙漿白度增益屬于多變量非線性的關系，通過實驗設計，獲取特定漂白過程數據，進行數據分析，最后建模得到高維非線性模型。在漂白劑用量允許的范圍內，該模型可以計算出所有漂白劑組合漂后的白度增益。
(3）優化模型。在確保實現預期白度增益的前提下，該模型運用SQP（逐步二次規劃）方法，全局搜索最低成本下的漂白劑用量。該模型已經成功用于許多工業過程控制，可以最大限度地挖掘非線性漂白過程中的潛力。
(4）模型預測控制器。以上的單元模型被模型預測控制器連接在一起，漂白劑用量的實際值被傳送到漂白劑控制閥。在過程控制層，通過平滑方法在成本優化的工作點之間連續調節，使以成本目標優化的設定值與DCS控制可以有效地協調工作。
3試驗數據
在穩定廢紙配比、保證質量的情況下，對脫墨漿漂白過程中手動加藥和自動加藥兩種生產狀態下H2O2、NaOH單耗以及立管白度進行比較，通過生產數據的采集（不同時間下取30個樣進行測試后進行平均計算），可以看出漂白加藥系統在自動加藥狀態下，H2O2用量18.48kg/t（絕干），NaOH用量7.05kg/t（絕干），立管白度62.23%ISO；漂白加藥系統在手動加藥狀態下，H2O2用量22.43kg/t（絕干），NaOH用量10.15kg/t（絕干），立管白度61.57%ISO。自動加藥系統可以節約H2O2用量3.95kg/t（絕干）、NaOH用量3.1kg/t（絕干），并且立管白度高0.66%ISO。如圖2、圖3、圖4。
4結論
SIPAPERCISBleach模塊用于福建南紙300t/d漂白系統后，白度穩定，成漿白度標準偏差改善率大于40%，可節約5%左右漂白劑加入量。
