專利名稱：用于控制磨漿機(jī)中的工藝條件的過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過程，其中除其它測(cè)量外，在磨漿諸如木質(zhì)紙漿、纖維素紙漿和類似物等纖維材料時(shí)溫度傳感器直接用于磨漿區(qū)。本發(fā)明的主要目的是降低纖維切割和磨漿機(jī)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。該過程還解決與紙漿質(zhì)量隨時(shí)間變化相關(guān)聯(lián)的問題，當(dāng)估計(jì)且由此有可能控制與纖維的纖維網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的分布力時(shí)，紙漿質(zhì)量隨時(shí)間的變化可被減至最小。本發(fā)明適用于其中使用磨漿機(jī)的所有的技術(shù)領(lǐng)域，諸如紙漿和造紙工業(yè)以及相關(guān)工業(yè)。
背景技術(shù)：
各種各樣的磨漿機(jī)在高產(chǎn)率紙漿的生產(chǎn)中起重要作用，并且用于在紙漿和造紙工業(yè)以及相關(guān)工業(yè)的造紙過程中，通過從諸如木片之類的木質(zhì)素-纖維素材料開始研磨熱機(jī)械紙漿(TMP)或化學(xué)熱機(jī)械紙漿(CTMP)，進(jìn)行纖維的預(yù)處理。此處提及的兩類磨漿機(jī)是重要的在約百分之四稠度下(干含量)磨漿紙漿的低稠(LC)磨漿以及稠度通常約為百分之四十的高稠(HC)磨漿。LC磨漿在兩相系統(tǒng)中完成，即片/紙漿和水，而HC磨漿具有三相 片/紙漿、水和蒸氣。磨漿機(jī)還在其他工業(yè)應(yīng)用中使用，諸如制造木纖維板。參見


圖1，大多數(shù)磨漿機(jī)由兩個(gè)圓板、盤構(gòu)成，待處理的材料在其間從板的內(nèi)部通過至板的外圍。通常，有一個(gè)靜止的磨漿機(jī)板和一個(gè)以非常高的速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磨漿機(jī)板。靜止磨漿機(jī)板置于定子保持器C3)上，且通過機(jī)電或液壓( 方式被推向置于轉(zhuǎn)子保持器(4)上的旋轉(zhuǎn)磨漿機(jī)板。通常將片或纖維(6)連同稀釋水經(jīng)由磨漿機(jī)板的中心(7)饋送至磨漿機(jī)，并且在向外至外圍⑶的路徑上被研磨。板(也稱為分?jǐn)?之間的磨漿區(qū)(9)沿半徑(11)具有可變的間隙(10)，該可變間隙取決于板的設(shè)計(jì)。磨漿機(jī)板的直徑隨磨漿機(jī)大小(生產(chǎn)能力)和牌號(hào)而不同。最初，板(參見
圖1 和圖2，也稱為分段12、1；3)被澆鑄成一片，但現(xiàn)在它們通常由一起安裝在定子和轉(zhuǎn)子上的若干模塊(形成盤)組成。可將分段生產(chǎn)成覆蓋保持器的從內(nèi)部至外部的整個(gè)表面，或?qū)⒎侄畏殖赏ǔ７Q為“碾碎條(breaker bar)區(qū)”的一個(gè)內(nèi)部部分(14)和稱為外圍區(qū)的外部部分(15)。這些分段具有研磨圖案(16)，該研磨圖案(16)具有取決于供應(yīng)商而不同的條17 和槽18。這些條充當(dāng)?shù)?，用于?duì)片進(jìn)行纖維分離或進(jìn)一步磨漿已制成的紙漿。在使用中板連續(xù)磨損且需要以約每2個(gè)月的間隔更換。在HC磨漿機(jī)中，還在條之間的槽中傳輸纖維、 水和蒸氣。蒸氣的量是隨空間而定的，這正是水和蒸氣可與片/紙漿一起存在于磨漿區(qū)中的原因。在HC磨漿機(jī)中，水通常將被束縛于纖維?；诜侄卧O(shè)計(jì)，不同的流體圖案將出現(xiàn)在磨漿機(jī)中。在LC磨漿機(jī)中，不生成蒸氣，因此僅存在兩相(液體和紙漿)。還存在其它類型的磨漿機(jī)，諸如兩個(gè)板彼此相對(duì)地旋轉(zhuǎn)的雙盤或圓錐磨漿機(jī)。另一種類型稱為雙聯(lián)磨漿機(jī)，其中存在四個(gè)磨漿機(jī)板。中心定位的轉(zhuǎn)子具有兩個(gè)磨漿機(jī)板，一側(cè)安裝一個(gè)板，于是存在兩個(gè)靜止磨漿機(jī)板，它們利用例如液壓缸而彼此推壓，并由此形成兩個(gè)磨漿區(qū)。
當(dāng)對(duì)木片或先前經(jīng)磨漿的紙漿進(jìn)行磨漿時(shí)，磨漿機(jī)板通常彼此推壓，以獲得取決于所用磨漿機(jī)類型的大約0. 2-0. 7mm的板間隙(10)。板間隙是一個(gè)重要的控制變量，且根據(jù)磨漿機(jī)的類型，通過在一個(gè)或若干分段上施加機(jī)電壓力或液壓( 來實(shí)現(xiàn)增加或減小的板間隙。由此，軸向力施加在分段上。沿相反方向作用于軸向力的力由HC磨漿過程中通過蒸氣生成和纖維網(wǎng)絡(luò)所獲得的力而構(gòu)成。 在考慮LC磨漿的那些情況下，軸向力被從水(液體)相和纖維網(wǎng)絡(luò)中增加的壓力中提取的力所平衡。如果板間隙改變例如10%，則紙漿質(zhì)量顯著改變。因此，知曉實(shí)際的板間隙很重要。目前，在商業(yè)上提供了用于板間隙的測(cè)量單元。通常，僅用一個(gè)板間隙傳感器來防止板撞擊，而并非如控制算法中所預(yù)期的。也存在其它系統(tǒng)，一種穩(wěn)健的系統(tǒng)基于沿磨漿區(qū)半徑的溫度測(cè)量，為控制的目的而呈現(xiàn)溫度曲線(19)或壓力曲線(20)，參見圖3。對(duì)于LC磨漿，優(yōu)選測(cè)量壓力，但對(duì)于HC磨漿，測(cè)量溫度曲線就足夠了。當(dāng)改變板間隙、生產(chǎn)和所添加的稀釋水量的工藝條件時(shí)，溫度改變，這給出了以不同方式控制它的機(jī)會(huì)。通常使用多個(gè)溫度和/或壓力傳感器，且可將其直接置于分段中，或者安裝在置于分段(12和13)之間的傳感器陣列保持器中，參見如EP 0788 407中描述的
圖1、圖2和圖4。通常，傳感器陣列保持器實(shí)現(xiàn)在外部的兩個(gè)分段之間，參見圖2。已經(jīng)證明分段的設(shè)計(jì)對(duì)沿半徑的溫度曲線的特性非常重要。因此，難以提前決定應(yīng)將溫度傳感器0 和/或壓力傳感器0 置于傳感器陣列保持器的何處。根據(jù)用于板撞擊保護(hù)的傳統(tǒng)安全系統(tǒng)，除板間隙傳感器外還使用置于定子保持器 (3)和/或轉(zhuǎn)子保持器(4)上的加速度器。技術(shù)問題在文獻(xiàn)中，存在關(guān)于通過使用稠度測(cè)量和溫度測(cè)量進(jìn)行磨漿機(jī)控制的廣泛材料， 包括用于防止分段的板撞擊的安全系統(tǒng)。安全系統(tǒng)通常構(gòu)建在硬件(通常是加速度器和板間隙傳感器)和關(guān)于頻率分析器和用于限制控制的特定功能等的軟件上。研究結(jié)果指出，對(duì)保持器上振動(dòng)的測(cè)量顯示出與由磨漿區(qū)內(nèi)纖維墊中實(shí)際的局部起伏導(dǎo)致的振動(dòng)的偏差，這可能是纖維墊或其它相(水和蒸氣)中不同質(zhì)的結(jié)果。當(dāng)考慮 LC磨漿時(shí)，即使僅存在兩相，也可能發(fā)生不同質(zhì)。纖維墊中的不同質(zhì)是技術(shù)問題描述的核心。如果纖維墊的填實(shí)度在空間和時(shí)間上局部改變，則可導(dǎo)致局部區(qū)域的空間溫度或壓力依賴于填實(shí)度的增加或減小而增加或減小。這會(huì)引起磨漿區(qū)中壓力分布的波動(dòng)，產(chǎn)生非線性工藝條件，由此改變纖維在磨漿區(qū)中的停留時(shí)間，這可導(dǎo)致由纖維切割引起的不良紙漿質(zhì)量。纖維切割表示在纖維碰撞分段條時(shí)纖維的長(zhǎng)度縮短很多。當(dāng)纖維網(wǎng)絡(luò)瓦解時(shí)得到最不期望的情況，即可被看作軸向力的排斥力的、與纖維網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的力急劇降低，這必然會(huì)導(dǎo)致板撞擊。因此，加速度器或板間隙傳感器均不能測(cè)量并防止纖維墊瓦解，因?yàn)殛P(guān)于磨漿區(qū)內(nèi)局部波動(dòng)的重要信息被過濾且未被適當(dāng)處理。在文獻(xiàn)中，已經(jīng)示出溫度測(cè)量是用于HC磨漿控制的不尋常的穩(wěn)健技術(shù)。當(dāng)改變生產(chǎn)、稀釋水和液壓時(shí)，溫度曲線動(dòng)態(tài)變化。在圖fe中示出了這種動(dòng)態(tài)變化，其中稀釋水的階躍變化取決于我們?cè)u(píng)價(jià)工藝所處的半徑(11)上的位置而以不同方式影響溫度曲線。可見當(dāng)稀釋水增加時(shí)，在最大值04)之前溫度將降低，但在最大值之后將增加0 。原因是添加的水使逆流蒸氣冷卻，同時(shí)正在前行的蒸氣被非?？斓丶訜帷?br> 當(dāng)生產(chǎn)增加時(shí)，整個(gè)溫度曲線(19)被提升到另一水平( )，參見圖恥。當(dāng)通過增加例如液壓而減小板間隙(10)時(shí)，相同的情況是有效的。與生產(chǎn)和稀釋水的增加有關(guān)的所有這些工藝條件將影響在恒定液壓下磨漿區(qū)內(nèi)的有效體積，因此影響板間隙以及溫度和/或壓力曲線。這將導(dǎo)致纖維停留時(shí)間的變化，這將影響磨漿區(qū)中的起伏并最終影響紙漿質(zhì)量。工藝條件還可能使磨漿機(jī)進(jìn)入得到由于損壞的風(fēng)險(xiǎn)而出于安全原因禁止的另一種操作點(diǎn)的情形。以當(dāng)前技術(shù)難以提前預(yù)測(cè)這些禁止區(qū)。然而，溫度和/或壓力曲線均不能單獨(dú)給出如何防止纖維切割和板撞擊的信息。目前的HC磨漿的另一個(gè)問題是不能通過簡(jiǎn)化的力平衡來捕捉局部波動(dòng)，其中軸向力Fcl 07)是蒸氣力Fs 08)和與纖維網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的力Fp09)的和(參見圖6a)。為了簡(jiǎn)化，可將這些力看作所有分段的分布力的積分，且如果它沒有進(jìn)一步展開以描述沿半徑的分布力& (30)、fs (31)和fp (32)，則與保持器上的振動(dòng)測(cè)量相比，沒有為解決方案增加任何價(jià)值。為了簡(jiǎn)化以下關(guān)于特殊情形LC磨漿的描述，我們假設(shè)水相的力包括fp，因?yàn)殡y以將關(guān)于從水和纖維網(wǎng)絡(luò)獲得的力的信息分開。當(dāng)參考HC磨漿時(shí)，我們將使用符號(hào)分布力來描述由磨漿區(qū)內(nèi)的纖維網(wǎng)絡(luò)形成的軸向分布fd、蒸氣力分布fs和纖維墊的力分布fp。在研究項(xiàng)目中，已有文件記載了一種新的理論物理模型("Refining models for control purposes (用于控制目的的磨菜模型)” Q008)，Anders Karlstrom, Karin Eriksson, David Sikter和Mattias Gustavsson，北歐紙菜和造紙雜志)。該模型描述HC 磨漿，且預(yù)想沿分段的半徑測(cè)量溫度和/或壓力，以橫越磨漿機(jī)中的材料和能量平衡并由此有可能估計(jì)板間隙。與早期的用于描述研磨工藝的物理學(xué)的初步試驗(yàn)相比的主要區(qū)別在于，模型估計(jì)了施加在纖維網(wǎng)絡(luò)上的可逆的熱力學(xué)功和不可逆的纖維分離功，其中在為得到正確的板間隙而進(jìn)行迭代時(shí)，剪切力具有中心位置。由此，從商角度而非基于焓的方法描述該模型，其中基于焓的方法不考慮纖維、絮、水和分段之間的剪切。在研究項(xiàng)目中，開發(fā)出一種新的傳感器陣列保持器以滿足在跟隨蒸氣相中的較快波動(dòng)時(shí)的需要。由此，獲得了用于估計(jì)磨漿區(qū)中沿半徑的絕對(duì)壓力的可能性，這可用于預(yù)測(cè)與蒸氣相有關(guān)的力。利用該信息，已清楚市場(chǎng)上的早期安全系統(tǒng)不能防止進(jìn)入發(fā)生板碰撞的情況。以上模型可指示的一個(gè)原因是對(duì)于生產(chǎn)、稀釋水和液壓的不同階躍的動(dòng)態(tài)變化是強(qiáng)烈非線性的，這表示在某些情況下，例如在磨漿區(qū)的低稠度下，溫度曲線受影響不大，而在其它工藝條件下，它受到相當(dāng)大的影響，參見圖如至圖恥。非線性還受到分段設(shè)計(jì)的影響。這可導(dǎo)致不同的溫度曲線(19、33)和壓力曲線， 參見圖5c。這表示難以描述紙漿如何受到分布波動(dòng)的影響，而分布波動(dòng)可導(dǎo)致纖維網(wǎng)絡(luò)沿半徑的局部瓦解。此外，參見圖6b，分布軸向力fel也將強(qiáng)烈地依賴于與分段及其斜度有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)?？蓪⑿倍仍跀?shù)學(xué)上描述為在估計(jì)磨漿區(qū)中形成剪切力時(shí)重要的向量。對(duì)于LC磨漿，存在類似的現(xiàn)象，但在該過程中，僅基于兩相描述物理?xiàng)l件。然而，知曉所有的這些內(nèi)容，測(cè)量力平衡中的分布波動(dòng)的問題是不可能的，因此必須規(guī)劃出對(duì)該問題的其它解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決以上提及的問題中的一個(gè)或多個(gè)。在本發(fā)明的第一方面，通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目的或其它目的。本發(fā)明基于一種過程，其中穩(wěn)健的溫度和/或壓力測(cè)量結(jié)合來自工藝、分段的設(shè)計(jì)參數(shù)以及模型的可用信號(hào)，以估計(jì)分布軸向力和獲得的蒸氣力fs或?qū)τ贚C磨漿的液體相關(guān)力f”在考慮HC磨漿的那些情況下，假設(shè)根據(jù)EP 0 907416進(jìn)行溫度測(cè)量將做得很好， 因?yàn)榧僭O(shè)條件是飽和的，即可從溫度曲線估計(jì)出磨漿區(qū)中的壓力。在發(fā)生過熱的那些情況下，必須測(cè)量溫度和壓力以估計(jì)蒸氣力fs。當(dāng)沿磨漿區(qū)中的半徑放置傳感器時(shí)，可形成溫度向量。還必須形成描述傳感器位置的半徑向量，以描述傳感器在傳感器陣列保持器上所處的位置。為了再現(xiàn)工藝中的非線性現(xiàn)象，假設(shè)模型可足夠好地描述該工藝以確保的有用測(cè)量。該模型的主要變量是液壓、至區(qū)域的入口和出口壓力、按照斜度半徑的分段特有設(shè)計(jì)參數(shù)，在某些情況下還有生產(chǎn)、所添加的稀釋水和電機(jī)負(fù)載。插值法是盡可能精確地描述依賴于半徑的變量的常見方式。當(dāng)在處理中將不連續(xù)性近似為連續(xù)(34)時(shí)，這很重要。這些不連續(xù)性的示例是分段上斜度從一部分至另一部分的變化(35)，參見圖7a。如果蒸氣壓力飽和并且根據(jù)溫度曲線測(cè)量或估計(jì)了該蒸氣壓力，則分布蒸氣力可估計(jì)為fs(r) =Ps(r)A(r) = Ps (r) 2 Jidr其中Ps(r)是對(duì)于HC磨漿的分布蒸氣力，且A(r)是微元dr的面積。基于插值的溫度和壓力向量的長(zhǎng)度，執(zhí)行半徑至多個(gè)元dr的分布。對(duì)于LC磨漿，可使用以下fx(r) =P1WAW = P1 (r) 2 Jidr其中P1 (r)是液體相關(guān)壓力?？蓮闹疤岬降奈锢砟Ｐ瞳@得分布軸向力fd的特征，其描述了剪切力曲線(36) ξ (r)，參見圖7b。然而，該模型非常復(fù)雜，因?yàn)楸仨氀匕霃酵瑫r(shí)測(cè)量或估計(jì)很多其它工藝變量外) (0 = ι (OA (。哉其中ω表示角度速，α (r)是纖維濃度，Δ (r)是板間隙且μ工(r)是纖維粘性。當(dāng)然，該描述是一種簡(jiǎn)化，因?yàn)樗话ㄕ魵夂退募羟辛ΑＨ欢?，在“Mudy of tangential forces and temperature profiles in commercial refiners (在商業(yè)磨鄉(xiāng)突機(jī)中白勺切向；O 和溫度曲線的研究)，乂2003)，Hans-01of Backlund, Hans Hoglund, Per Gradin，國(guó)際機(jī)械磨漿會(huì)議，P. 379-388，魁北克市中，它被證實(shí)為良好的近似。上述概念的簡(jiǎn)化是創(chuàng)建類似的分布向量，該分布向量例如可基于分段斜度Ψ (r) 結(jié)合剪切力分布的知識(shí)，因?yàn)榉侄涡倍群图羟辛Ρ舜讼嚓P(guān)。通過研究圖7a和圖7b，容易理解，與分段的內(nèi)部部分(7)相比，在分段的外圍(8)剪切較高。用于描述分布的函數(shù)(37)的示例為
權(quán)利要求
1.一種間歇計(jì)算作用在分段上的分布軸向力和磨漿機(jī)的磨漿區(qū)中產(chǎn)生的分布力之差的方法，其中所估計(jì)的差被饋送至具有所選設(shè)定點(diǎn)的計(jì)算機(jī)單元，與所選設(shè)定點(diǎn)的偏差被饋送到用于控制施加于磨漿機(jī)中的磨漿機(jī)板上的壓力的控制單元，其特征在于，沿磨漿機(jī)的分段的有效半徑布置、定位在已知位置的多個(gè)溫度傳感器和/或壓力傳感器結(jié)合分段的研磨圖案上的空間信息與關(guān)于以下至少一個(gè)處理變量的信息一起使用，以便利用模型使差最小化片或紙漿供應(yīng)、測(cè)量得到的磨漿機(jī)的電機(jī)負(fù)載、稀釋水供應(yīng)、輸入流的溫度、輸出流的溫度、輸入流的壓力、輸出流的壓力或施加于磨漿機(jī)的磨漿機(jī)板上的壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所估計(jì)的分布軸向力和分布蒸氣力之差，或在以低稠磨漿擠壓液體/片/纖維時(shí)(實(shí)際值函數(shù))，被饋送至具有期望的限制函數(shù)(設(shè)定點(diǎn)值)的計(jì)算機(jī)單元，且與設(shè)定點(diǎn)值的偏差被饋送到控制單元，所述控制單元控制片或紙漿和稀釋水的注入以及磨漿區(qū)的入口和出口壓力或者它們的組合，以便補(bǔ)償分布蒸氣力的位移。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所估計(jì)的分布軸向力和分布蒸氣力之差，或在以低稠磨漿擠壓液體/片/纖維時(shí)(實(shí)際值函數(shù))，被饋送至具有期望的限制函數(shù) (設(shè)定點(diǎn)值)的計(jì)算機(jī)單元，以便通過控制施加于磨漿機(jī)板的壓力或片/紙漿或稀釋水的注入或磨漿區(qū)的入口壓力或離開磨漿區(qū)的出口壓力或這些的組合，來控制平均纖維長(zhǎng)度或者具有變化纖維長(zhǎng)度的產(chǎn)生的纖維碎片和/或紙漿的脫水和/或紙漿所特有的其它質(zhì)量變量。
全文摘要
在紙漿和造紙工業(yè)中，需要在磨漿機(jī)的磨漿區(qū)中在空間上直接測(cè)量工藝變量。這通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)，且思考了一種控制過程，其中高稠磨漿機(jī)沿各分段半徑的分布軸向力和分布蒸氣力之間的差，或者低稠磨漿機(jī)的液相相關(guān)力和紙漿相相關(guān)力之間的差被用于防止纖維切割和各分段的板撞擊。該過程還適用于接近機(jī)器極限的磨漿過程的連續(xù)控制。
文檔編號(hào)B02C7/12GK102438753SQ201080019559
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者安德斯·卡爾斯特倫 申請(qǐng)人:安德斯·卡爾斯特倫