造纸机干燥部热风交换系统节能控制的研究

【摘要】： 日益严格的节能减排政策、激烈的市场竞争和日益严峻的资源短缺,促使作为耗能大户的造纸行业必须狠下工夫。干燥部是造纸工艺中的主要耗能且最后一道能调整纸幅水分的工段,其中干燥部热风交换系统的工作状态与方式对其运行状况、节能效果和成纸质量等起着关键作用。本文首次对热风交换系统进行了系统的研究并充分挖掘其潜在功能,所取得的成果必将促进我国造纸业快速稳定的发展。 本文对热风交换系统参数的动态特性、优化过程及其节能效果进行了系统的研究;探讨了纸机干燥部向更高排风露点发展的一限制因素和引起干燥部经常断纸的一可能原因;对干燥部重要参数-零位进行建模,通过量化分析了干扰对其的影响和应采取的控制策略;最后构造了利用热风交换系统进风和烘缸蒸汽压共同控制纸幅水分的阀位控制系统。 本文研究成果如下: (1)热风交换系统排风露点的选取与气罩的材料、密闭性能等有关,目前高湿度密闭气罩的性能已能充分满足排风露点的继续提高,而干网材料在高湿度下易水解的特性才是限制更高排风露点的主要因素。 (2)气罩进风温度有一最优化点且在排风露点、罩平衡和排风温度等选取之后才能确定,其值随进风湿度的变化而变化。 (3)气罩进风湿度的变化会影响气罩进、排风量差和热动力都发生变化,但相对于进、排风量差变化对零位的影响,空气热动力变化引起的零位变化可以忽略。故在纸机稳定运行时,保证气罩进、排风量差稳定就可稳定气罩零位。 (4)上层气罩内外压差曲线随高度呈线形变化且斜率为正;下层气罩压差曲线斜率接近于无穷大。上层气罩空气温度变化幅度约为进风温度变化幅度的55%且引起压差曲线斜率发生变化,下层气罩空气状态随车间空气状态而变;气罩进风湿度变化导致进排风量差变化约12.5%,进排风量差变化引起压差曲线左右平移,渗入风量变化显著。 (5)对于高湿度密闭气罩来说,气罩进、排风量差过大会引起气罩内产生真空并导致纸幅断纸;在打开气罩门时更会有冲击式气流进入气罩而影响生产。 (6)设计的新纸幅水分控制系统采用热风交换系统进风流量来快速稳定纸幅水分,而后经阀位控制器缓慢调整烘缸蒸气压来稳定进风流量,在此基础上设计了利用额外进风量来及时消除进干燥部纸幅水分波动的前馈控制系统,其测点设在压榨部末端。 (7)热风交换系统新控制策略采用排风机排风量稳定气罩零位,排风循环风量稳定气罩内气流状况;阀位设定值对应的气罩进风量应根据车间来风湿度进行调整;同时研究发现干扰(纸机产量与进干燥部纸幅水分波动)对气罩排风露点的影响很小,排风露点设计值可取为最优化值。 【关键词】：纸机干燥部 热能节约 热风交换 参数优化 零位量化模型 纸幅水分控制 阀位控制系统
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TS734
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 论文的背景与意义10-11
• 1.1.1 纸机干燥部节能降耗的必要性10
• 1.1.2 干燥部成纸干度优化控制的必要性10-11
• 1.1.3 课题的意义11
• 1.2 干燥部热风交换系统概况11-15
• 1.2.1 干燥部热风交换系统基本流程11-12
• 1.2.2 干燥部热风交换系统组成12-15
• 1.3 干燥部气罩的起源与发展15-16
• 1.3.1 干燥部气罩的起源15
• 1.3.2 气罩的发展15-16
• 1.4 干燥部气罩类型与比较16-20
• 1.4.1 干燥部气罩类型16-18
• 1.4.2 干燥部气罩的比较18-20
• 1.5 国内外干燥部热风交换系统技术进展20-23
• 1.5.1 国内外干燥部热风交换系统技术现状20-22
• 1.5.2 国内干燥部热风交换系统应用现状22
• 1.5.3 干燥部热风交换系统优化的研究方向22-23
• 1.6 论文研究的主要内容、目标及创新点23-24
• 1.6.1 主要内容与目标23
• 1.6.2 论文主要特色与创新点23-24
• 第二章 热能守恒在干燥部热风交换系统中的定量表达24-31
• 2.1 热能守恒在干燥部热风交换系统中定量表达的依据24
• 2.2 干燥部的热量守衡[41]24-29
• 2.2.1 干燥部热量守衡模型的简化24
• 2.2.2 基本公式24-25
• 2.2.3 进出干燥部各项热流的量化25-26
• 2.2.4 干燥部热能的守恒26
• 2.2.5 烘缸效率的计算26-27
• 2.2.6 数值模型参数的选取范围27-29
• 2.3 MATLAB 在热风交换系统参数模拟中的应用29-30
• 2.3.1 MATLAB 软件简介29
• 2.3.2 MATLAB 程序用途及相应模拟步骤29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 热风交换系统参数动态特性及其节能原理31-45
• 3.1 温湿参数动态特性31-36
• 3.1.1 袋区湿度31
• 3.1.2 排风湿度31-34
• 3.1.3 袋区相对湿度34
• 3.1.4 排风温度34
• 3.1.5 进风温度34-36
• 3.1.6 热风交换系统参数优化过程36
• 3.2 大型纸厂干燥部热风交换系统参数的优化36-43
• 3.2.1 干燥部热交换系统基本组成37-38
• 3.2.2 干燥部运行测试手段与方法38
• 3.2.3 测试结果与讨论38-40
• 3.2.4 热风交换系统测试结果与讨论40-43
• 3.3 热风交换系统参数优化前后能耗的比较与讨论43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 密闭气罩内外压差变化曲线与零位控制量化模型45-53
• 4.1 研究基本依据及计算45-46
• 4.1.1 车间和气罩内温湿度状况45
• 4.1.2 密闭气罩内外空气密度的确定45-46
• 4.2 理想密闭气罩内外压差变化曲线的研究46-47
• 4.2.1 热压下密闭气罩压差曲线46-47
• 4.2.2 理想密闭气罩内外压差曲线47
• 4.3 真实密闭气罩内外压差曲线量化模型47-49
• 4.3.1 气罩内外压差的变化47-48
• 4.3.2 下层气罩内温湿度动态变化48
• 4.3.3 上、下层气罩内外压差曲线的确定48
• 4.3.4 真实密闭气罩内外压差曲线量化模型的建立48-49
• 4.4 罩内温度和进排风量变化对零位影响的定量分析49-51
• 4.4.1 罩内温度变化对零位影响的定量分析49-50
• 4.4.2 进排风量差变化对零位影响的定量分析50-51
• 4.5 量化模型的应用51-52
• 4.5.1 进风风机风量的确定51
• 4.5.2 精确优化气罩气流参数51-52
• 4.5.3 优化零位控制系统52
• 4.5.4 应用于系统仿真52
• 4.6 本章小结52-53
• 第五章 干燥部纸幅水分控制系统优化方案的研究53-66
• 5.1 现有纸幅水分控制方法53-55
• 5.1.1 采用烘缸蒸汽压控制纸幅水分的方案53-55
• 5.1.2 烘缸极限控制55
• 5.2 利用干空气进风量控制纸幅水分的新控制系统55-59
• 5.2.1 干热风进风量控制纸幅水分的原理55
• 5.2.2 新控制系统结构55-57
• 5.2.3 新控制系统控制过程57
• 5.2.4 控制器C （s）的IMC-PID 设计57-59
• 5.3 热风交换系统新控制策略59
• 5.3.1 气罩零位及排风露点控制的重要性59
• 5.3.2 气罩零位的控制59
• 5.3.3 气罩排风露点的限制控制59
• 5.4 前馈控制59-61
• 5.4.1 前馈控制的必要性59-60
• 5.4.2 前馈控制测量点的选择60
• 5.4.3 前馈控制方案60-61
• 5.5 设计值的确定61-65
• 5.5.1 气罩空气参数的稳定61-62
• 5.5.2 烘缸压力控制值及蒸汽流量的选择62
• 5.5.3 排风露点设计值分析62-65
• 5.6 本章小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 主要参考文献68-71
• 附录71-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 详细摘要77-81

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