專利名稱：使用化學(xué)干燥劑在造紙機和紙漿干燥機上控制壓榨部脫水的系統(tǒng)和方法
使用化學(xué)干燥劑在造紙機和紙漿干燥機上控制壓榨部脫水的系統(tǒng)和方法 發(fā)明背景本發(fā)明涉及造紙系統(tǒng)和紙漿干燥制造系統(tǒng)，用于通過化學(xué)干燥劑的計 量應(yīng)用控制壓榨部干燥，以及由此具有的通過壓榨部的固結(jié)步驟賦予的不 同紙張?zhí)卣鞯姆e極作用。通常造紙機中的造紙步驟過程中，纖維配料和水被供應(yīng)到運動的合成 纖維上。之后大多數(shù)水通過纖維排出，以在織物上形成纖維紙幅或纖維席子，其包括來自原料的紙纖維。在大多數(shù)造紙機上，紙幅(paperweb)離 開含有75到80 %濕度的伏輥(couch )。濕的紙幅從所述伏輥運動到壓榨部，此處的含水量可以被才幾械地減少 到45-60 % 。造紙機的壓榨部利用液壓通過一系列壓榨壓區(qū)(press nips ) 以使紙幅受到壓縮力以在紙繼續(xù)到達(dá)干燥部之前從紙幅脫去盡可能更多 的水。壓榨部還固結(jié)所述紙以改善紙強度、減小體積，增加紙的光滑性， 并確保均一的橫向(CD)方向的濕度分布。之后紙幅移動到干燥部，在其中它通過干燥滾筒，所述滾筒通過蒸發(fā) 將紙幅含水量減少到最終的期望水平，產(chǎn)生可以被切割或以其他方式被加 工和包裝的紙制品。通常，干燥部產(chǎn)生含有5-10%濕度的紙張。在干燥器之前壓榨部從紙幅脫水的程度對實現(xiàn)有效和經(jīng)濟的造紙才幾 操作是至關(guān)重要的，因為干燥部消耗了大量的能量。干燥部使用蒸汽加熱 以從紙張蒸發(fā)游離和結(jié)合的水分，并且在資本和操作費用方面是造紙機最 昂貴的部分。即使在配料中僅有1%的水在干燥部被去除，去除每單位水 的費用比通過壓榨部的費用大20倍。隨著輸入紙張的含水量增加，干燥部的蒸汽消耗急劇增加。例如，用 于進入干燥部的紙張濕度7%的增加，蒸汽利用增加34%以得到干燥紙張 中的相同濕度水平。此外，隨著它的壓力的增加蒸汽的潛熱減少，即使蒸 汽溫度更高，但使干燥器操作更加昂貴。因此，理想的是在進入這個部分
之前〗吏從紙幅的脫水最大化。當(dāng)濕紙幅通過壓榨部時，它與一個或更多壓榨織物或帶接觸，此處后 者還可以被定義為一類用于本文目的的壓榨織物。紙幅的壓榨是在壓榨壓 區(qū)中的兩個輥軸之間完成的。隨著紙幅進入壓區(qū)，紙幅和壓榨織物的壓縮 開始于夾帶的空氣流出紙幅和織物。隨著液壓增加，水從紙幅脫去進入織 物。當(dāng)織物成為飽和的，剩余的水流出織物。這時，紙幅在輥軸之間最接 近分離的點，且液壓是最大值。當(dāng)紙幅從此點移走時，壓力恢復(fù)到零，以 及紙張?zhí)幱谒淖畲蟪潭鹊母稍铩Ｗ詈?，紙和織物離開壓榨壓區(qū)并彼此分 離，引起了紙中的輕微的真空，其可以導(dǎo)致紙張某種程度的再濕潤。這種水分的再吸收是不期望的，壓榨部供應(yīng)商和造紙機織物制造商已 努力想使這種效果最小化。在機器方面，使紙和織物的快速分離來減少再 濕潤的時間。此外，各種類型的水接受設(shè)備被提供以幫助從織物脫水。造 紙機織物制造商還在特定的壓搾位置使用不滲透性的帶子或低滲透性織 物以減少再濕潤的影響。決定從壓榨部中紙幅脫除的水量的操作因素可以被分為三類，包括機 械設(shè)計、原料和紙的性質(zhì)、和操作元件。機械設(shè)計因素由設(shè)備制造商決定， 并不為壓榨設(shè)備操作人員所控制。這些因素包括輥軸強度和直徑、壓榨設(shè) 備構(gòu)造和壓榨壓區(qū)"i殳計。進入壓榨部的紙幅的特征變化影響離開壓榨部的紙張含水量。這些特 征包括配料類型、打漿度、纖維細(xì)粉量、填充物量、固有的保水性、壓縮 性、基本重量、紙幅溫度、和濕度水平。造紙過程期間，這些特征以非特 征化的方式波動到不同程度，并引起離開壓榨部的紙的最終含水量的變 化。人們試圖減小這些變化，不過是造紙過程中的成功有限。壓榨部中，諸如機械速度、壓榨負(fù)載、壓榨織物設(shè)計和維護等操作因 素可以用來優(yōu)化壓榨部的效率。實際上，這些因素是難于控制的，因為每 個因素對紙的濕度在時間的任何一點上的影響程度通常是未知的。壓榨織 物的清潔和服務(wù)壽命對于整個壓榨部操作具有本質(zhì)影響，并且操作人員要 給予的關(guān)注也對工廠造成巨大費用。上述的因素作用為影響終產(chǎn)物的工藝變量。目前，這些因素中的幾乎
沒有幾個，如果有的話，在造紙操作過程中被測量確定出。造紙中，理想的是在紙張形成時保持紙張整體均勻的濕度分布，以便 生產(chǎn)具有均勻基本重量分布的高質(zhì)量紙。不好的濕度分布導(dǎo)致局部的過度或不足的干燥、劣等的紙質(zhì)、增加的機械操作費用、和降低的效率。因此， 運轉(zhuǎn)期間，壓榨部之前，尤其在橫向方向的紙幅濕度應(yīng)為用于測量和控制 的潛在地最重要的參數(shù)。但是，過去由于費用和實施困難的原因，這并沒 有被實現(xiàn)。如果濕度可被測量出，用于控制不同操作參數(shù)的前饋控制方法可以被 發(fā)展以更精確的控制生產(chǎn)各級和各基本重量的紙。為了完成這項工作，濕 度傳感器有可能被用于測定紙幅在進入壓榨部之前的濕度。控制器應(yīng)可以 使用濕度值以預(yù)見離開壓榨部的產(chǎn)品的期望濕度，并且如果必要的話，決 定控制操作來調(diào)整控制元件。例如，應(yīng)可以調(diào)整壓榨部的壓榨負(fù)載、壓榨 真空或噴淋器水溫，以便使紙脫離壓榨機時的預(yù)期濕度達(dá)到更加期望的數(shù) 值。前饋法可能是難于發(fā)展的，因為它需要壓榨部的操作參數(shù)如何影響不 同進入濕度的紙幅脫水的全面的和定量的知識，以及需要其他任何未測量 的干擾因素中的變量如何因這樣的調(diào)整受影響的定量知識，例如紙幅特性 和待制造的紙類型如何因這樣的調(diào)整而被影響。此外，因為前饋控制應(yīng)僅 可應(yīng)用到對受控的實際壓榨設(shè)備，這種信息是對各個壓榨組件可能是唯一 的。另一個工藝控制的潛在方法可能是使用反饋回路，其監(jiān)測所測得的諸 如紙張離開壓榨部的濕度等輸出變量。然后反饋控制器應(yīng)可以操作工藝變 量，諸如需要時操作蒸汽供應(yīng)，以使產(chǎn)品具有更期望的特征。雖然不知道 對工藝有作用的特定千擾因素，只要操作數(shù)值的功能是有效的，反饋控制 算法應(yīng)該能夠保持輸出期望的數(shù)值，且不引起工藝在控制算法定義的區(qū)域 之夕卜運行。這種反饋法和它的幾種變換形式(比例法、比例+積分法、或比例+ 積分+導(dǎo)數(shù)法)已經(jīng)被用于其他工業(yè)應(yīng)用中，諸如液體水平控制和溫度控制。
反饋控制已經(jīng)有一些工廠實施，其中使用諸如伽馬測量計或紅外監(jiān)測 器等濕度監(jiān)測器測定最后的紙濕度。這些測量設(shè)備可以是固定的，其中在 一個位置在紙的橫向方向測取濕分含量，或者是移動的，用于沿著紙的寬 度得到濕度分布。濕度數(shù)值被實時輸入到控制器中并與最終的紙的優(yōu)選濕 度水平比較。根據(jù)差值，糾正控制操作被實施到造紙工藝的較早階段中的 合適的控制元件，諸如精煉程度或壓頭箱蒸汽的稀釋，以得到更加期望的 最終的紙的特性。但是，實施用于控制壓榨部脫水的工藝之前，需要詳細(xì)的研究定義控制操作和他們對壓榨部脫水的影響之間的關(guān)系。例如，對于溫度范圍103 到112。F (39到45。C)的輕板配料，應(yīng)有必要確定增加第一壓區(qū)壓力46 psi/百分比濕度,脫水從59.2增加到62.8 % ,當(dāng)紙幅具有77.1到79.2 %的 初始濕度水平時，基本重量在61到82g/n^的范圍內(nèi)，紙速是805到1023 ft/min (240到310m/min)。適合的控制算法將會是復(fù)雜的，并且研發(fā)耗 費時間，這是可以理解的。對于前饋和反饋策略，控制操作可以定為一組窄的操作條件和輸出數(shù) 值。但是，任何非特征化的干擾因素可能影響控制算法的精確性。經(jīng)常會 需要算法修改，應(yīng)對紙級別的常規(guī)變化或最終的紙規(guī)格。在發(fā)展適當(dāng)?shù)乃?法之前，針對紙的新級別的壓榨部操作也會不得不特征化。此外，比較前 饋控制和反饋控制，反饋控制會比較慢，因為它依靠于工藝延時。但是在 工藝沒有被完全特征化的情形下，反饋控制潛在地可利用程度會更大。需要新控制系統(tǒng)和方法，在這些控制系統(tǒng)和方法中僅需要造紙工藝的 基本理解，不需要輸入和輸出之間定量關(guān)系的具體知識。這樣的方法可以 理想地優(yōu)化任何壓榨部上的脫水，導(dǎo)致增加紙或紙板產(chǎn)量，及改善的紙?zhí)?性的直接發(fā)展，不管紙幅干擾因素或機械類型中的未知變化。此外，改善 的紙張離開壓榨機時濕度的控制結(jié)果，會影響其他壓榨操作選擇，諸如壓 榨織物設(shè)計、壓榨負(fù)載和輥軸外殼特征，以使這些選擇能夠使改善的最終 紙?zhí)卣饕恢碌赝瓿?。這樣的方法還可以被用于降低蒸汽壓力，允許在干燥 部中使用較冷的輥軸溫度。使用較冷輥軸溫度的其他優(yōu)點包括較少的輻射 損失、較低的蒸汽泄漏風(fēng)險，以及在許多情況下較高質(zhì)量的紙可以由較低
的接觸表面溫度來獲得。 發(fā)明概述本發(fā)明提供了用于造紙機的自動控制系統(tǒng)和方法，其提供了通過化學(xué) 脫水劑的計量應(yīng)用對壓榨部脫水量的自動控制，所述化學(xué)脫水劑在造紙過 程中被施加到紙幅或造紙機的濕部。所述控制系統(tǒng)包括用于控制施用化學(xué) 脫水劑的量的反饋控制器和用于得到紙幅適當(dāng)位置的濕分含量的直接或 間接的測量結(jié)果的監(jiān)測設(shè)備。控制系統(tǒng)可以用許多方式來操作。例如，所述系統(tǒng)可以通過提取紙幅 濕度的第一測量結(jié)果來操作。之后它可以調(diào)整施用到紙幅或造紙機濕部的 化學(xué)脫水劑的量并得到第二濕度測量結(jié)果?？梢员容^濕度測量結(jié)果以確定 響應(yīng)。如果響應(yīng)是期望的，以類似方式重復(fù)化學(xué)脫水劑的量的調(diào)整。如果 響應(yīng)是不期望的，則做反向調(diào)整。控制系統(tǒng)可以如此操作，當(dāng)?shù)诙穸葴y量結(jié)果比第 一測量結(jié)果更加接 近所期望的預(yù)設(shè)數(shù)值時比較結(jié)果是有利的?？商鎿Q的，控制系統(tǒng)可以如此 操作，當(dāng)紙幅濕度減少時，比較結(jié)果是有利的。本發(fā)明還提供了 一種造紙機或紙漿干燥機，其具有包括這樣的控制系 統(tǒng)的壓榨部。本發(fā)明的一個實施方式中，紙的濕度是間接確定的。本發(fā)明的 一個實施方式中，紙的濕度是通過測量干燥部中的蒸汽消耗 量確定的。本發(fā)明的一個實施方式中，紙的濕度是使用堰箱(weirbox)確定的。本發(fā)明的一個實施方式中，濕度確定值是紙進入壓榨部之前和紙離開 壓榨部之后的濕度之間的差值。本發(fā)明的一個實施方式中，紙的濕度是通過測量來自壓榨壓區(qū)間的水 流量確定的。本發(fā)明的一個實施方式中，紙的濕度是使用在線流量計(in-line flow meter)確定的。
本發(fā)明的一個實施方式中，紙的濕度是使用聲流量測量設(shè)備(sonic flow measurement device )確定的。本發(fā)明的一個實施方式中，紙的濕度是使用伽馬測量計(gammagauge) 確定的。本發(fā)明的 一個實施方式中，紙的濕度是使用紅外線測量計確定的。本發(fā)明的一個實施方式中，化學(xué)脫水劑在典型的濕部添加劑進料位置 上被添加到造紙配料中。本發(fā)明的一個實施方式中，化學(xué)脫水劑被直接噴射到紙幅上。本發(fā)明的一個實施方式中，化學(xué)脫水劑被直接噴射到處于橫跨紙(在 CD方向上)的不同水平的紙幅上。本發(fā)明還包括用于控制壓榨部中紙幅脫水的方法。 一些方法涉及提取 紙幅濕度的第一測量結(jié)果；調(diào)整被施加到紙幅的化學(xué)脫水劑的量；之后提 取紙幅濕度的第二測量結(jié)果并比較第一測量結(jié)果和第二測量結(jié)果。如果比 較結(jié)果是有利的，那么重復(fù)被施加到紙幅的化學(xué)脫水劑的量的調(diào)整。如果 比較結(jié)果是不利的，則做不同的調(diào)整。本發(fā)明的另外特征和優(yōu)點在之后的發(fā)明詳細(xì)說明和附圖
中被描述，并 且將從其明顯示出。附圖簡要說明圖l表示了噴射吊桿，其在造紙機中的跨越氈墊圏的CD方向固定許 多噴霧器。所述噴霧器可以被用于將化學(xué)脫水劑噴射到紙幅上。圖2是造紙機及用于控制將化學(xué)試劑施加到紙幅上的控制系統(tǒng)的一 個實施方式的簡圖。發(fā)明詳細(xì)說明對于本發(fā)明，"壓榨部脫水，，被定義為在壓榨機和他們相關(guān)部件的機械 負(fù)荷之下從紙幅脫水，并可以定為發(fā)生在壓榨部或任何單獨的壓榨操作的
總體脫水。"推理控制，，被定義為使用監(jiān)測變量的次級測量而不是實際輸出數(shù)值， 由于缺乏適合的測量技術(shù)、成本限制、或過度的工藝延遲時間，實際輸出 數(shù)值可能是不可得到的。次級測量可以被用于本發(fā)明中以推知對工藝干擾 因素對工藝輸出質(zhì)量的影響。推理控制中，次級測量輸出量，與材料和與造紙工藝有關(guān)的能量平衡 一起被用于數(shù)學(xué)計算未檢測的受控變量的數(shù)值。這些計算數(shù)值可被控制器 利用以調(diào)整操作變量的值。當(dāng)許多工藝變量在起作用時，這樣的計算算法 可能對于許多工業(yè)工藝是過于復(fù)雜的。為了簡化用于壓榨部脫水的推理控制模式的開發(fā)，千擾的反饋控制可 以凈皮使用。這種方法中，設(shè)定點或操作變量，諸如加入到紙幅的化學(xué)脫水 劑的設(shè)定劑量速率，可以由控制器在一給定的范圍周期地變化或有意的干 擾，并且可以監(jiān)測對諸如所得到的紙張濕度等測量變量的影響。微處理器 可以被用于確定操作變量的變化相對于工藝輸出量是好或是壞。有效地， 控制器連續(xù)地通過試錯法搜尋操作變量的最佳數(shù)值。諸如對操作變量范圍 的設(shè)置限定等安全措施可以被設(shè)置以防止不期望的情況。作為用在紙張壓榨部脫水中的本發(fā)明的例子，受控的輸出變量可以是 離開壓榨部的紙張濕度。這個紙張濕度可以被直接或間接地測量出。使用 諸如伽馬測量計或紅外監(jiān)測器等濕度監(jiān)測器可以進行直接測量。這些測量 設(shè)備可以是固定的，其中在紙張的橫向方向上的一個位置得到含水量，也 可以是移動的，沿著紙張的寬度或在橫向方向連續(xù)的得到濕度分布，或者 通過多種測量i殳備可以采耳又多種測量方法。在一個實施方式和方法中，濕度可以通過監(jiān)測其他參數(shù)推知，其他參數(shù)諸如來自壓榨部的水流量、來自千燥部的施膠壓榨(sizepress)或蒸汽 利用率。水流量可以通過可以精確確定去除或榨出的水量的任何適合方法 測定出。用于測量水流量的方法可以是:例如通過利用已知的開槽溢流上 的水流深度的列表法(tabularmethod),或通過諸如磁的、重量分析的、超 聲推論等的不同類型流量管(flowtubes),或通過機械置換(mechanical displacement)。 蒸汽用監(jiān)測i殳備(steam usage monitoring devices )也可以
是熟知的，并在造紙廠中被廣泛使用的。本發(fā)明的操作變量還可以是被施加到紙幅或到造紙機的濕部的化學(xué) 脫水劑的進料速率?；瘜W(xué)脫水劑可以被添加到機械的濕部中的任何區(qū)域。 例如，試劑可以被添加到標(biāo)準(zhǔn)濕部的添加劑的施用點，諸如填料箱的滴臂(drop leg)、風(fēng)扇式泵的入口和成漿池。當(dāng)試劑被添加到配料時，它可 以被注射到連續(xù)的或間歇的料流中。更優(yōu)選的，在進入壓榨部之前，將化學(xué)試劑直接添加到紙幅?；瘜W(xué)脫 水劑可通過任何適合的方法添加到紙幅。例如，可以使用常規(guī)的噴管技術(shù) 或使用類似于Hydrosizer(TM)的淋涂設(shè)備，將試劑添加到紙幅，但清楚地， 可以將化學(xué)試劑加入到紙幅的任何類型的設(shè)備是可接受的。噴射應(yīng)用和濕 度作為紙幅寬度的函數(shù)被監(jiān)測的情況中，噴霧體積可以橫跨紙幅寬度變 化，以便保持橫跨紙幅的更加均勻的濕度。這可以通過將多個噴頭連接到 橫跨紙幅支架而延伸的吊桿以及控制從每個噴頭噴射到紙幅上的化學(xué)試 劑的量而被實現(xiàn)。這樣的系統(tǒng)在圖l中被以簡圖示出。圖l顯示連接到多 個噴嘴(N1-N10)的噴射吊桿(27)。該噴嘴可以被用于將化學(xué)脫水劑 橫跨紙幅(30)施用。這樣的結(jié)構(gòu)中，如示出的，噴霧可以是重疊或是基 本是分離的。每個噴嘴(N1-N10)可以被分開的控制，如此試劑可以被 施加以保持橫跨紙幅(30)的更均勻的濕度?？梢允褂萌魏螖?shù)量的噴嘴， 適用于傳遞化學(xué)脫水劑的任何噴嘴可以被使用?；瘜W(xué)的壓榨部脫水劑在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并可以被使用。化學(xué)脫水 劑的任何適合的量可以被使用。例如，適合的量包括在操作中得到至少等 量的費用節(jié)省的那些量，但是可以直接有助于壓榨部脫水的任何化學(xué)品可 以被使用。通常，根據(jù)本發(fā)明被施用的化學(xué)脫水劑，當(dāng)它的劑量#:增加到 大約5.0 lb (活性物)/噸的脫水紙時，壓榨部的水釋》丈的速率和凄t量增加。 帶有這樣的化學(xué)脫水劑的控制方案中，控制器可以改變給定范圍內(nèi)周期步 驟中的化學(xué)品的進料速率。所述范圍在一些方法中可以是從大約0.5 lb(活 性物)/噸的生產(chǎn)的紙到大約5 lb (活性物)/噸，在一些方法中，所述范 圍可以是從大約l到大約2或3或大約41b (活性物)/噸的生產(chǎn)紙。對添 加的脫水劑的量的增量調(diào)節(jié)可以是從大約0.1 lb(活性物)/噸到大約0.5 lb活性物)/噸。增量劑量可以是如同通過給料系統(tǒng)可控制的一樣低。當(dāng)對控制MD (machine direction機械方向)的濕度變化定量給料時，這可 以低至每噸生產(chǎn)紙0.1磅活性物。當(dāng)控制橫向方向濕度變化定量給料時， 這還可以是甚至更低的。例如，脫水劑流量變化在2英寸CD紙幅區(qū)域的 50 ml/分鐘，可以低至在200英寸寬的機械上制造42 lb的掛面紙板上的 0.05 lb (活性物)/噸，但是，300英寸寬的機械上制造70 lb的膠版紙， 相同的流量變化將是0.015 lb (活性物)/化。從紙幅的脫水率被監(jiān)測。圖2圖解了用于本發(fā)明造紙設(shè)備的一種構(gòu)造。圖2表示包括了成型部 和壓榨部的部分(30)的造紙設(shè)備。準(zhǔn)備紙的配料并放在造紙機成型織物 (40)上。當(dāng)水通過其所停留的紙幅和織物排除時，紙幅通過重力和真空 脫水。形成的織物沿著輥軸運動并將紙幅帶到壓榨部。當(dāng)紙幅到達(dá)伏輥輥 軸(50)處的成型部的端部時，從諸如噴嘴(60)等適合的設(shè)備施加化學(xué) 脫水劑。通過由反饋控制器(80)控制的化學(xué)泵(70)，施加壓力到所述 設(shè)備，所述反饋控制器(80)可以被任選地手動或更優(yōu)選的通過諸如現(xiàn)有 技術(shù)中已知的分布式控制系統(tǒng)(distributed control system, DCS) (90)等 控制系統(tǒng)而被輸入數(shù)據(jù)。紙幅從伏輥輥軸(50)上經(jīng)過之后，它通過真空輥(100)從成型織 物被抬起并進入壓榨部(30)。在壓榨部(30)，紙幅被導(dǎo)向穿過一組或 更多組壓榨壓區(qū)(press nips) (110),此處它受到壓力去除額外的水。 紙幅離開壓榨壓區(qū)(110)并移動到干燥部中(未示出)。然后，橫穿壓 榨部并支撐紙幅的壓榨織物(120)被導(dǎo)向通過一系列的輥軸、真空元件、 和清潔步驟(未示出)，其連續(xù)地將壓搾織物保持在用于支撐并干燥紙幅 的適合的條件下。圖2顯示的在于，來自紙幅的水流量當(dāng)它離開壓榨壓區(qū)(110)時可 以通過水流量測量設(shè)備(130)而被測定。也可以在水脫離真空箱(140) 處的壓榨織物時，通過水流量測量設(shè)備(150)測定水流量。不同的實施 方式中，水流量設(shè)備可以彼此協(xié)同地或各自分開使用地來測量水。在每種 情況中，所述測量值被傳遞到反饋控制設(shè)備(80)，該設(shè)備計算化學(xué)脫水 劑的效果并通過化學(xué)泵(70)控制它的進料速率。 壓榨部輸出變量可以是離開壓榨部的紙張的濕分含量或可以是在特 定位置例如在施膠壓榨處的紙幅的濕分含量。這個變量可以被間接測量， 例如通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的系統(tǒng)總體水平衡的跟蹤來間接測定?？刂?方案的一個目的是提供對所測量值的控制。來自壓榨機的水流量W為離 開壓榨部的紙張濕分含量的間接測量值，該水流量可以是所測量的輸出變 量，此處控制離開壓榨部的紙張濕度是期望的。操作變量是化學(xué)進料速率 F。如之前所描述的，其他未知的干擾因素可以作用于工藝。本控制方法可以被用于控制沿著紙幅長度的含水量。為了這個目的， 在紙幅中的某一點的期望含水量WC可以被定義，且控制方法用于將紙幅 的含水量保持在這個水平。用于測量紙幅濕度的任何適合方法可以被使 用。例如，聲測量法可以在壓榨壓區(qū)和真空箱的水流上進行，或者紙張濕 度可以由來自正在傳遞的紙幅的樣本的隨機取樣法而確定，或通過使用伽 馬測量計的核質(zhì)測量法以從已知的干質(zhì)量計算推定的濕度。在此設(shè)定初值時，控制器設(shè)置化學(xué)進料速度為標(biāo)稱值F,。濕分含量 W!被測定并輸入到控制器中作為新的響應(yīng)(response)。在與所述工藝相 符的延時之后，進料速率被調(diào)整到例如提高10。/。的數(shù)值F2。濕分含量再 次被測量為W2。對于給定的期望濕分含量WC, WC-Wi和WC-W2的差 值被計算。如果IWC-W2l叫WC-W小那么之前的行為是有利的，即含水量 現(xiàn)在是更期望的。之后控制器進行將化學(xué)進料速率進一步增加了與 (WrW2) / (F2-F!)成比例的某一數(shù)量，希望將含水量變化為更加接近 期望含水量。但是，如果IWC-W2l叫WC-W小那么之前的行為是不利的， 即含水量現(xiàn)在是不大期望的，并且劑量被減少。當(dāng)劑量響應(yīng)于正常的工藝變化而向上和向下移動時，搜索步驟以給定 頻率重復(fù)，總是設(shè)法將含水量控制為期望含水量。某些方法中，可以進行控制以提供跨越紙幅的均一含水量。例如，在 CD方向，通過使用被適當(dāng)定位的成排的噴霧器實施對施加到紙幅的CD 方向的脫水劑的量的控制以輸送跨越紙幅的變化數(shù)量的試劑，濕度可以被 控制。如前所述，這可以通過測量3爭越紙張的濕分含量以及^爭越紙張施用 為得到更加均勻的濕分含量所需或多或少的化學(xué)脫水劑來完成。
可替換地，控制方法可以被用于使紙張中的脫水最大化。為了這個目 的，設(shè)定初值時，控制器設(shè)置化學(xué)進料速度為標(biāo)稱值F,。水流量Wnew被測定并輸入到控制器中作為新的響應(yīng)(response)。在與所述工藝相符的 延時之后，進料速率被調(diào)整到新的例如提高10y。的數(shù)值F2。水流量速度 再次被測量并且成為Wnew,并且之前的數(shù)值成為W。ld。 Wn^-W。w的差值 被計算并檢驗為正的或負(fù)的。正值表明有利反應(yīng)，即水流速率增加，且當(dāng) 離開壓榨部時紙張更加干燥。那么控制器操作將化學(xué)進料速率進一步增加 了與(Wnew-W。ld) / (F2-Fi)成比例的某一數(shù)量，目的是再次改善脫水。如果Wnew-W。w的差值是負(fù)的，則反應(yīng)是不利的，那么劑量要減少。當(dāng)劑量響應(yīng)于正常工藝變化而向上或向下移動時，這個搜索步驟以給 定頻率重復(fù)，總是設(shè)法使水的釋放最大化。如果化學(xué)效果總是導(dǎo)致增加脫 水，那么劑量將接近由控制算法施加的最大允許限制。如果存在單獨的最 適宜化學(xué)劑量，那么控制器將操作供給泵以振蕩的方式響應(yīng)于正常的工藝 和紙幅變化。這種控制方法的優(yōu)點在于，它可抵御未知或不期望的工藝變 化，并且它在其應(yīng)用方面對任何紙級別、機械類型、壓榨構(gòu)造或壓榨部效 率是通用的。發(fā)明的一個實施方式中，常規(guī)的單壓區(qū)、單或雙的趙墊圏的壓榨部可 以被使用。這種結(jié)構(gòu)中的壓榨部脫水的控制允許使用減少的壓榨負(fù)載，其 可以提供改善的紙張體積和較低的基本重量用于根據(jù)厚度調(diào)整紙等級(caliper driven paper grades)。在通常的壓榨負(fù)載處于或接近某些設(shè)備結(jié)構(gòu) 中的最大限度的情況下這是特別有用的。通過控制脫水或離開壓榨部的濕 度，可以增加用于壓榨部壓榨負(fù)載的操作窗口，如此壓榨負(fù)載不會總被需 要接近它們的限度。目前，由于缺乏脫水控制，特重的級別上的減少的壓 榨負(fù)載將導(dǎo)致在引入的壓榨部固體不合適時，減小生產(chǎn)速度。結(jié)果，大多 數(shù)壓榨部操作參數(shù)目前被設(shè)計為沒有操作人員控制的"一次性設(shè)置(set and forget)"模式，因為不能專門測量和控制壓榨部固體。使用本方法， 相對于壓榨負(fù)載，允許較寬的操作窗口，以及允許相同的最大線速和較低 的基本重量或較厚的制品。本方法還允許用于改善光滑性的增加的壓延機 會(calendaring opportunities )。
在一個實施方式中，可以使用多層夾網(wǎng)成形裝置(multi-ply gap former)或帶有頂部脫水單元的長網(wǎng)機(Fourdrinier )。如果確實需要， 這種結(jié)構(gòu)允許在每層(ply)使用本發(fā)明。通過利用發(fā)明，操作人員可以 逐層改變化學(xué)脫水劑的量以便保持跨越給定的基本重量范圍的 一致的壓 榨部固體。這種方法將提供減少由層重變化引起的壓榨部變化的優(yōu)點，以 及用于"密封，，由于在通常的夾網(wǎng)成形裝置中過早排水的潛力。它還將提供 使跨越壓榨部形成的層粘結(jié)、張力、和光滑的變化最小化的優(yōu)點。目前， 這些變量通過層重變化、真空變化、壓頭箱一致性變化、和精煉變化而被 控制。所有這些控制變量可以被用于制造對整體紙張?zhí)匦缘拇终{(diào)，但脫水 控制專門靶向壓榨部固體的控制。對于給定的任何壓榨構(gòu)造或級別的方案，本發(fā)明使用在橫向方向 (CD)的控制結(jié)構(gòu)，提供改善的壓榨部脫水CD控制。這提供了類似于 軋輥表面凸度控制壓榨(crown control press)的優(yōu)點，但提供了對較小區(qū)域 的更強控制。當(dāng)在CD方向操作時，本系統(tǒng)還提供了跨越紙幅CD區(qū)域的 不同化學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用以便形成不同紙張?zhí)匦浴＿@將允許基本重量和濕度二 者的較大的CD分布控制及正常條件下的更緊的控制限度。這樣方法的使 用可以提供較低基本重量或改善體積的用途，而同時仍舊滿足終端用戶的 特殊需求。實施例1這個實施例證明了添加不同數(shù)量的化學(xué)脫水劑之后得到的壓榨部脫 水效果。對照試驗在紙板造紙機上進行，進入壓榨部之前通過以噴霧器施用的 化學(xué)試劑施加到紙幅。產(chǎn)品劑量從0-1.5 lb (活性物)/噸變化，持續(xù)四小 時的時間。紙張進入壓榨部之前，紙張一致性的測量周期性的進行，以及 在與化學(xué)劑量變化相符的時間段期間，紙張離開壓榨部。紙張一致性的測量通過傳遞中的紙幅的隨機取樣法進行，或通過核質(zhì)測量法(伽馬測量計) 從已知千質(zhì)量計算推定濕度來進行?；瘜W(xué)添加劑是乙醛酸化的DADMAC (二烯丙基二曱氯化銨)/AcAm (醋酸銨)類型的兩種不同變體，且造紙
廠生產(chǎn)瓦楞原紙(corrugatingmedium)級別，其使用100%的再生纖維(通 常由80/20份的OCC (舊瓦楞紙箱)/MW (混合廢物)組成)。結(jié)果顯示了對于兩種測試產(chǎn)品，由紙張固體增加確定的壓榨部紙張脫 水的增加。脫水從沒有化學(xué)品被加入時的大約20.9%增加到0.5 lbs (活性 物)/噸時的大約21.7和22.4% , 1 lb (活性物)/噸時的大約22.1和22.5 %, 1.51bs的化學(xué)脫水劑活性物被添加到每噸紙時的大約22.4和23.1。人們應(yīng)當(dāng)理解，對本文描述的當(dāng)前優(yōu)選實施方式的不同變化和修改對 于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的?？梢宰龀鲞@些變化和修改，且不偏離本 發(fā)明的主旨和范圍，并沒有減少其意圖的優(yōu)點。因此其意圖在于這樣的變 化和修改被所附權(quán)利要求書覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，所述造紙機或紙漿干燥機具有壓榨部，所述控制系統(tǒng)包括(a)反饋控制器，其用于控制被施加到紙幅或造紙機濕部的化學(xué)脫水劑的量，及(b)監(jiān)測設(shè)備，其用于確定所述紙幅的濕度并將測量結(jié)果供給將信號發(fā)射到所述反饋控制器的微處理器，所速反饋控制器反應(yīng)于所述信號來調(diào)整被施加到紙幅的所述化學(xué)脫水劑的量。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)是通過以下方式 操作的提取所述紙幅的濕度的第一測量結(jié)果；調(diào)整被施加到所述紙幅的 化學(xué)脫水劑的量；提取所述紙幅的濕度的第二測量結(jié)果；比較所述第一測 量結(jié)果和第二測量結(jié)果；如果比較結(jié)果是有利的，重復(fù)被施加到所述紙幅 的所述化學(xué)脫水劑的量的調(diào)整，且如果比較結(jié)果是不利的，應(yīng)用不同的調(diào) 整。
3. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二測量結(jié)果比所述第 一測量結(jié)果更接近預(yù)設(shè)數(shù)值時，所述比較結(jié)果是有利的。
4. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)所述紙幅的所述濕度減少 時，所述比較結(jié)果是有利的。
5. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中紙 的濕度是間接確定的。
6. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中紙 的濕度是通過測量干燥部中的蒸氣消耗量來確定的。
7. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中紙 的濕度是使用堰箱來確定的。
8. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中濕 度確定值是紙進入所述壓榨部之前和紙離開所述壓榨部之后濕度間的差值。
9. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中紙的濕度是通過測量來自壓榨壓區(qū)之間的水流量來確定的。
10. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中 紙的濕度是使用在線流量計來確定的。
11. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中 紙的濕度是使用聲流量測量設(shè)備來確定的。
12. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中 紙的濕度是使用伽馬測量計來確定的。
13. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中 紙的濕度是使用紅外線測量計來確定的。
14. 如權(quán)利要求l所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中 所述化學(xué)脫水劑被加入到所述濕部中的造紙配料中。
15. 如權(quán)利要求1所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中 所述化學(xué)脫水劑被直接噴射到所述紙幅上。
16. 如權(quán)利要求l所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中 所述化學(xué)脫水劑^^皮直接噴射到CD方向處于不同水平的所述紙幅上。
17. 如權(quán)利要求l所述的用于造紙機或紙漿干燥機的控制系統(tǒng)，其中 反饋控制器是手動控制器操作。
18. —種用于控制紙幅脫水的方法，其包括(a) 提取紙幅的濕度的第一測量結(jié)果；(b) 調(diào)整#1施加到所述紙幅的化學(xué)脫水劑的量；(c) 提取所述紙幅的所述濕度的第二測量結(jié)果；(d) 比較所述第一測量結(jié)果和第二測量結(jié)果；及(e) 如果比較結(jié)果是有利的，重復(fù)被施加到紙幅的化學(xué)脫水劑的量 的調(diào)整，且如果比較結(jié)果是不利的，應(yīng)用不同的調(diào)整。
19. 一種造紙機，其包括成型部、壓榨部和干燥部，其中所述壓榨部 還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括 (a) 反饋控制器，其用于控制被施加到紙幅的化學(xué)脫水劑的量，及(b) 監(jiān)測設(shè)備，其用于測定所述紙幅的濕度并將測量結(jié)果供給將信 號發(fā)射到所述反饋控制器的微處理器，所速反饋控制器反應(yīng)于所述信號來 調(diào)整被施加到紙幅的化學(xué)脫水劑的量。
20.如權(quán)利要求18所述的造紙機，其中所述控制系統(tǒng)是通過以下方式 操作的提取所述紙幅的濕度的第一測量結(jié)果；調(diào)整被施加到所述紙幅的 化學(xué)脫水劑的量；提取所述紙幅的濕度的第二測量結(jié)果；比較所述第一測 量結(jié)果和第二測量結(jié)果；如果比較結(jié)果是有利的，重復(fù)被施加到紙幅的化 學(xué)脫水劑的量的調(diào)整，且如果比較結(jié)果是不利的，應(yīng)用不同的調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自動控制系統(tǒng)、自動控制方法和使用這樣的控制系統(tǒng)用于通過造紙過程中計量被施加到紙幅的化學(xué)脫水劑的應(yīng)用量來自動控制壓榨部脫水的量。所述控制系統(tǒng)包括用于控制被施用到紙幅的化學(xué)脫水劑的量的反饋控制器、和用于獲得離開壓榨部的紙幅濕度的測量結(jié)果的監(jiān)測設(shè)備。
文檔編號D21F11/00GK101163836SQ200680003172
公開日2008年4月16日 申請日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者大衛(wèi)·艾拉·韋恩斯坦, 羅德尼·H·班克斯, 詹姆士·L·托馬斯, 邁克爾·羅伯特·圣約翰 申請人:納爾科公司