生活用纸纸机干燥部能量系统的建模与优化研究

【摘要】：干燥是生活用纸生产过程能耗最大的工序,也是影响产品质量的重要环节。如何降低干燥部生产过程能耗、保证生产质量,是一个业内研究的热点问题。建立生活用纸纸机干燥部能量系统的数学模型,从而优化干燥部工艺,对于降低生产能耗具有重要意义。在生活用纸的干燥过程中,纸页的温度与水分相互耦合,受通风系统影响的同时又决定着干燥部的能耗。本文针对生活用纸纸机干燥部的特点,以BF-12纸机为例建立生活用纸纸机干燥部能量系统模型。将干燥部模型划分为三个模块:通风系统模块、纸幅干燥模块和干燥部能耗模块。首先针对通风模块,使用迭代求解的方法解决通风管道中温湿度相互依赖的问题,实现对通风系统各处温湿度和风量的软测量。然后基于基本的传质方程与牛顿冷却定量建立纸幅静态方程。最后根据通风系统地软测量的结果和纸页干燥过程的模拟求解干燥部的蒸汽消耗量与风机电耗。在模型的求解过程中,使用了企业能源管理系统中的纸机历史运行数据来确定难以直接求解的模型参数。在模型精度的验证过程中,使用了人工测量数据对排风湿度进行验证。使用历史运行数据对排风温度、干燥能耗和干燥速率进行了验证。验证结果表明,模型对排风温湿度、蒸汽流量和干燥速率进行模拟的平均相对误差在3%~5%范围内。模型对风机电功率的模拟精度较高,平均相对误差为1.6%。利用模型对相同产量下的不同操作参数进行了模拟试验。模拟结果表面,扬克烘缸的能量利用效率高于通风系统且较为稳定,而通风系统的热效率与气罩送风温度呈负相关,且在相同送风温度下,通风系统的热效率与排风湿度呈正相关。根据能效分析,制定了干燥部参数优化的策略。对历史数据进行优化运算后,发现参数优化存在约0.15t汽/t纸的节能潜力。开发了一套干燥部参数优化系统,将参数优化程序集成在了企业的能源管理系统中,为生产人员的操作提供指导。针对通风系统存在的热风回用不当的问题,使用模型对修改管道后的情形进行了模拟。结果表明,干侧气罩排风进入湿侧进行回用可显著降低气罩送风的湿度,并可降低烘缸蒸汽流量约0.1t/h。由此可见,本研究所建立的生活用纸纸机干燥能量系统模型与所提出的能耗优化方法,对提高干燥部能量利用效率,降低企业生产能耗,具有重要的参考价值。