漂白过程加药体系运用实践
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本文作者：刘正誉作者单位：福建南纸股份有限公司
SIPAPERCISBleach是来自西门子公司SIPAPER产品家族中的先进过程控制（APC）模块。该模块的目标是尽可能降低漂白剂消耗，对漂白过程纸浆白度增益进行优化控制。废纸浆的还原性物质和残余油墨（ERIC）含量波动较大，SIPAPERCISBleach模块通过内置的预测控制模型（MPC）优化控制漂白剂的加入量，在满足目标白度的前提下，可以减小漂白后纸浆白度波动、降低化学药品的消耗、减小漂白剂对纸浆强度的负面影响；减轻漂白剂对后续工段的影响（如后浮选和水处理等）。在福建南纸300t/d废纸脱墨浆系统漂白过程中，采用了该模块，实现了漂白化学品的自动添加。
1生产工艺
1.1工艺流程
福建南纸300t/d脱墨浆生产线工艺流程：废纸→碎浆机→卸料塔→高浓除砂器→粗筛→一段预浮选→一段除渣器→一段细筛→#1多盘过滤机→#1中浓立管→螺旋挤压机→热分散→漂白塔→一段后浮选→#2多盘过滤机→#2中浓立管→贮浆塔
1.2漂白工艺条件和指标
漂白过程的主要化学药品加入量：H2O215～20kg/t浆、NaOH5～10kg/t浆、水玻璃15～25kg/t浆。目标白度为60%～62%ISO（纸页成形器手抄片），漂白前脱墨浆的白度及标准偏差或偏差分布：50%～52%ISO，漂白后脱墨浆的白度及标准偏差或偏差分布：58%～60%ISO。其他工艺控制条件：漂白塔温度80～85℃、pH9.5～10.5、漂白浓度25%～28%、漂白停留时间60～90min。
1.3废纸原料
废纸原料加入比例为70%的ONP#8美废，30%的OMG#10美废。该脱墨浆生产线DCS系统可通过工业以太网、Profibus-DP等通讯协议与其他系统通讯。现有BTG纸浆白度在线传感器两套，一套安装于#1中浓立管和螺旋挤压机之间，另外一套安装于漂白塔出口位置。白度传感器信号已接入DCS。
2SIPAPERCISBleach模块的基本功能
纸浆漂白是制浆造纸过程中的重要环节。对于不同的纸浆（如化学浆、机械浆、化机浆和废纸脱墨浆等），不同的漂白剂（如双氧水、保险粉、FAS、二氧化氯和臭氧等）漂白过程的机理复杂多样，但其目的都是为达到目标白度，纸浆白度是漂白过程最重要的质量指标。
2.1实现漂白工艺的操作控制分为三种方式
开环控制：各漂白剂的加入量为相对恒定值，由工艺人员指定，与时间无关。半自动控制：根据实验室定期采样测试结果或在线白度传感器数据，由操作人员间歇调节。PID控制：根据在线传感器数据，由PID控制器进行计算并调节漂白剂的加入量。由于纸浆漂白过程是多变量、大滞后和强耦合的连续过程系统，因此，以上方式操作控制漂白过程都有较大优化余地。SIPAPERCISBleach模块控制策略如图1所示。
2.2输入变量
漂后目标白度值、漂前测量的白度值、漂后测量的白度值、漂白塔料位、漂前入口纸浆流量和浓度、漂后出口纸浆流量和浓度。
2.3输出变量
各种漂白剂的流量控制参数。
2.4控制模块
SIPAPERCISBleach模块可实现实时在线过程控制，是DCS实现准确控制漂白过程的必要补充。先进过程控制模块以SIPRAISE为运行环境，与WinCC集成为一体，其主要单元模型如下：
(1）滞后模型。可以实时计算出三相悬浮液通过过程单元设备所需要的时间。计算滞后时间是漂白模型自适应控制的基础。在管道、管槽和热分散机中的时间能够相对准确的计算（时间=容积/流量），但并不适于漂白塔。在确定漂白塔中停留时间存在以下问题：测量料位相对不准确，装料系数只能估计，漂白塔中纸浆浓度较高（例如25%～30%），而且容易结块，装料系数只能以容积比例表示，例如装料系数0.7表示纸浆占容积为70%，空气占30%。由于存在这些问题，停留时间只能估计，为此SIPAPERCISBleach融合Kalman滤波器技术，可以比较准确地估算滞后时间。
(2）漂白模型。该模型是基于控制理论、试验分析和生产经验的非线性模型。漂白过程中漂白剂的加入量与纸浆白度增益属于多变量非线性的关系，通过实验设计，获取特定漂白过程数据，进行数据分析，最后建模得到高维非线性模型。在漂白剂用量允许的范围内，该模型可以计算出所有漂白剂组合漂后的白度增益。
(3）优化模型。在确保实现预期白度增益的前提下，该模型运用SQP（逐步二次规划）方法，全局搜索最低成本下的漂白剂用量。该模型已经成功用于许多工业过程控制，可以最大限度地挖掘非线性漂白过程中的潜力。
(4）模型预测控制器。以上的单元模型被模型预测控制器连接在一起，漂白剂用量的实际值被传送到漂白剂控制阀。在过程控制层，通过平滑方法在成本优化的工作点之间连续调节，使以成本目标优化的设定值与DCS控制可以有效地协调工作。
3试验数据
在稳定废纸配比、保证质量的情况下，对脱墨浆漂白过程中手动加药和自动加药两种生产状态下H2O2、NaOH单耗以及立管白度进行比较，通过生产数据的采集（不同时间下取30个样进行测试后进行平均计算），可以看出漂白加药系统在自动加药状态下，H2O2用量18.48kg/t（绝干），NaOH用量7.05kg/t（绝干），立管白度62.23%ISO；漂白加药系统在手动加药状态下，H2O2用量22.43kg/t（绝干），NaOH用量10.15kg/t（绝干），立管白度61.57%ISO。自动加药系统可以节约H2O2用量3.95kg/t（绝干）、NaOH用量3.1kg/t（绝干），并且立管白度高0.66%ISO。如图2、图3、图4。
4结论
SIPAPERCISBleach模块用于福建南纸300t/d漂白系统后，白度稳定，成浆白度标准偏差改善率大于40%，可节约5%左右漂白剂加入量。
