平衡蒸汽供应和需求可以节约能源

在多线纸浆厂中，保持蒸汽供需平衡是一项具有挑战性的任务，因为总是有许多供应来源和多个蒸汽能源用户。更糟糕的是，纸浆厂的工艺是动态的，经常处于过渡阶段。因此，如果这种微妙的平衡在供给方或需求方受到干扰，蒸汽网络失去平衡是很常见的，这可能导致蒸汽供应的变化。有些关键工序可能缺少蒸汽，也可能放出蒸汽，这两种方法都浪费能源和金钱。通常，当主要来源无法满足工艺蒸汽需求时，辅助锅炉必须弥补差额，通常使用更昂贵的非生物燃料，如石油或天然气。如果需求下降，多余的蒸汽必须排出，浪费宝贵的燃料和金钱，同时增加工厂的碳足迹。

为了保持理想的平衡点，并着眼于节省锅炉燃料和减少碳排放，Celulose nibo - brasileira S.A. (Cenibra)委托美卓蒸汽管理器优化控制其位于巴西贝洛奥连特(Belo Oriente)米纳斯吉拉斯州的ECF漂白桉树纤维纸浆厂的蒸汽供应和分配系统。该工厂属于日本巴西纸浆资源开发有限公司所有。两条纤维生产线的总产量为116万吨/年，其中92%用于出口。Cenibra成立于1977年，现已发展成为巴西最大的纸浆生产商之一。

自2009年5月蒸汽管理器APC(先进过程控制)系统投入使用以来，该公司的排汽量减少了90%，蒸汽供应稳定下来。工厂经理Róbinson fsamlix报告说:“蒸汽消耗更低，蒸汽管理器符合我们的预期，降低了成本，这反映在石油消耗上。”

提高稳定性，降低成本

部署控制平台的决定是一个更大、更全面的计划的一部分，该计划旨在优化工厂的许多流程，以提高流程稳定性，生产更均匀的质量，并降低成本。总共有5套美卓APC系统在该工厂投入使用。

Steam管理器项目是美卓和Cenibra在合作多年后的合作成果。当被问及为什么选择美卓时，Cenibra自动化专家罗纳尔多·里贝罗说:“这是一个长期的过程。之所以选择美卓，是因为这些年来我们一直认真工作，建立了合作伙伴关系，准备了一致的合同，我们的大部分机械和所有控制阀都来自美卓。美卓了解我们的流程，这将有助于高级控制的实施。蒸汽管理的目标是降低成本。确定了减少释放到空气中的蒸汽量的可能性。基于这个机会，美卓准备了一些计算，帮助Cenibra减少了排放的蒸汽。”

关于APC解决方案的第一次工厂审计是在2006年进行的。然后，计算预测结果和回报。2008年7月，工厂决定订购5个APC控制器，其中一个是Steam管理器。在系统安装之前，美卓收集数据并研究了有关工厂蒸汽网络的过程信息。研究了工厂的运行模型及其控制，以创建工厂在能源效率方面的性能水平的全面图片。

动态过程，建模控制

由于网络的复杂性和动态性，这种跑腿工作是合理的。前期工作有助于配置多变量预测(MPC)模型的结构，这是Steam管理器的基石。控制策略的基本目标是保证蒸汽的质量和可用性——对于纸浆厂的工艺来说，不能太少，也不能太多，以至于必须排出。通过调节高压、中压和低压集管的压力，确保蒸汽质量达到65、13和4 kgf/cm2(925、185和57 psi)的目标值。通过稳定和调节压力，保证了高质量的工艺蒸汽。蒸汽的可用性是通过调节蒸汽网络的平衡来维持的，通过确保锅炉的生产与汽轮发电机的消耗相匹配，并且在任何时候都需要加工蒸汽。

该厂的大部分蒸汽由三个回收锅炉产生，其余的蒸汽由两个燃烧生物燃料的动力锅炉产生。这些动力锅炉的油燃烧器在启动和高负荷情况下使用。此外，还有一个油锅炉可用于蒸汽中断。两台涡轮发电机由所有五台锅炉提供的高压集箱运行。最大的工艺蒸汽消耗者是两个蒸发器和两个使用中低压蒸汽的连续蒸发器。此外，回收锅炉需要一些工艺蒸汽来运行。

APC系统控制许多不同的单元操作和阀门，以平衡供需。模型考虑到几个相关变量之间的相互作用:在干扰变量(dv)存在的情况下，操纵变量(mv)被管理以实现受控变量(CV)目标，这些干扰变量来自供应和需求侧的各种来源。图1显示了代表Cenibra MPC控制结构的矩阵。

蒸汽管理器控制配置在MetsoDNA系统中，通过OPC连接到工厂现有的DCS，然后执行循环控制命令。

第一天的结果

在2009年5月启动后，Steam Manager的结果看起来非常有希望，并且在接下来的几个月里得到了很好的记录。新系统改善了正常生产期间的管网蒸汽和能量平衡管理，最重要的是在扰动期间。排放到大气中的蒸汽已大大减少。

Júlio, Cenibra回收线和公用事业协调员Ribeiro总结了结果:“Steam Manager使用包括多变量控制在内的算法，因为它协调了多个输入、测量和干扰。调试阶段和软件配置涉及到一个多学科团队。运营启动很顺利。从第一天起就看到了效果，三个月就达到了减少喷汽90%的目标。”这意味着每个月10000吨的蒸汽不会被排放到大气中，这相当于每月715吨石油的能量和2200吨二氧化碳的减少。

此外，高压蒸汽压力更一致。网络中所有蒸汽压力(高、中、低)的稳定是蒸汽管理器概念的支柱。低压系统必须稳定，以恒压向用户提供蒸汽。另一方面，高压集箱作为动力锅炉控制的主要变量之一，必须保持稳定。如果这被打乱，锅炉负荷和最终燃料消耗被打乱。

操作者验收合格，成果持续

实施Steam Manager系统需要一些新的思维方式和操作程序的改变。Ribeiro回忆道:“操作模式发生了变化，因为运营商习惯了自己的方式。然后引入了一些新的概念。因此需要进行一些调整。由于该系统被证明是可靠的，操作人员对这些变化感到满意。这是一种新工具，得到了所有人的认可。起初他们对此有点怀疑，但很快他们就看到了它带来的好处。”

操作人员的验收是任何过程管理系统的关键目标之一，因为操作人员必须每天与它一起工作。当操作人员充分理解并相信操作方式时，结果是持续的。回收锅炉操作员杰罗•费雷拉(Jairo Ferreira)总结了自己的想法，这表明人们对控制概念的信念仍在继续。“自从我来到这个部门，很多多余的蒸汽被释放出来，”他说。“人们意识到了这一点，但必须采取更严厉的措施。过程不稳定性是一个限制因素，这成为Steam Manager项目最重要的目标。这个解决方案将帮助我们做我们自己不能做的事情。随着锅炉燃烧速率的提高，电厂更加稳定，能量分配方式得到改善。您需要的是在流程发生变化时对所有这些进行管理。一开始，我们不确定蒸汽排放是否可以减少。 Then, after a closer look at the system, we understood it better and we improved our process. Today, we have reached an unbelievable steam reduction level that exceeded our expectations.”

Pasi Airikka是美卓的产品经理。

https://www.cenibra.com.br/cenibra/english/

https://www.metso.com/

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