专利名称：蒸煮锅温度分布控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制收容于如连续制造纸浆的连续蒸煮锅那样的蒸煮锅内的木片的温度分布的系统。
以往造纸厂中一直用连续蒸煮锅作蒸煮锅。这种连续蒸煮锅能由截下的许多木片连续制造纸张原料-纸浆。通过在连续蒸煮锅内用碱液煮木片，使它们分解成木质素和纤维质素。然后，洗净该纤维质素而获得的纸浆为纸张原料。木片由连续蒸煮锅的上部供给锅内。而且木片在锅内塞紧状态下边与碱液反应、边移往下部。再用由锅底部供给的洗净液洗净纤维质素(纸浆)，从锅底部将其引出。
此时，纸浆必需不含木质素，而单纯由纤维质素构成。虽然越是在高温下长时间蒸煮木片，越是能分解木质素，但也失去一部分纤维质素造成原料浪费。因此，必须以合适的高温和适当的时间蒸煮木片。并把这样的蒸煮状况称为蒸煮状态，以H因子表示。
因此，在这样的连续蒸煮锅中测定锅内收容的木片的温度分布，且进行温度控制使锅内收容的木片的温度分布恰当，这对于造纸中实现高质量、高效率、省资源是非常重要的。
本发明的目的是要提供一种能够在不妨碍蒸煮锅内的木片流动下测定蒸煮锅内的温度分布，并进行温度控制，使锅内收容的木片的温度分布为适当的蒸煮锅温度分布控制系统。
上述目的由这样的蒸煮锅温度分布控制系统实现。即该系统具有(1)配置在收容木片的蒸煮锅上的、分别检测伸长方向上多点位置的温度的长尺状温度检测构件;(2)根据上述长尺状温度检测构件的输出测定上述蒸煮锅内收容的木片的温度分布的温度分布测定构件;(3)对上述蒸煮锅内收容的木片进行加温的加温构件;(4)根据上述温度分布测定构件的输出控制上述加温构件，使上述收容于上述蒸煮锅内的木片具有规定的温度分布的控制构件。
还可用下述那样的蒸煮锅温度分布控制系统实现上述目的。即该系统具有(1)配置在收容木片且具有控制加温这些木片用蒸气的控制阀的蒸煮锅上的、分别检测伸长方向上包括上述蒸煮锅上所取的基准点的多点位置的温度并应用喇曼散射效应的光纤温度测定部;(2)配置于上述蒸煮锅的上述基准点上，将该基准点的温度信号作为基准温度信号(reference temperature signal)进行测定的基准温度测定部;(3)通过用上述固定式温度测定部测得的基准温度信号校正由上述光纤温度测定部输出的上述基准点的温度信号，设定上述光纤温度测定部的基准点温度的基准点温度设定部;(4)根据该基准点温度设定部输出的上述基准点温度信号和上述光纤温度测定部输出的上述多点的各温度信号，算出上述蒸煮锅内收容的木片的实测温度分布的实测温度分布算出部;(5)根据目标纸浆产量和上述蒸煮锅的温度梯度限制，算出上述蒸煮锅内收容的木片的目标温度分布的目标温度分布算出部;(6)调整上述控制阀，使上述实测温度分布与目标温度分布的差在预定值以内的控制构件。
图1是表示本发明造纸厂的连续蒸煮锅一例的概况图;
图2是图1中Ⅱ-Ⅱ向剖面图;
图3是本发明蒸煮锅温度分布控制系统的方框图;
图4为光纤温度计芯线的剖面图;
图5是光纤温度计电缆的剖面图;
图6-图11分别表示光纤温度计绕在蒸煮锅上的形态;
图12是表示蒸煮锅与木片深度方向温度分布之间关系的特性图;
图13是汇总表示木片深度方向温度分布与锅内圆周方向温度分布的特性图。
以下说明本发明蒸煮锅温度分布控制系统的最佳实施例。先参见图1和图2说明本发明蒸煮锅。即造纸厂用连续蒸煮锅100的上部形成有木片供料口101，由该木片供料口101向锅内供木片。木片在锅内处于塞紧状态边与碱液反应、边向下部移动。而且，锅底部设有用于引出纤维质素(纸浆)的引出口103。引出口103连接管道104。控制阀105装在管道104上，用来调整纤维质素(纸浆)的引出量。在蒸煮锅100上沿木片102的深度方向设置多个(图示3个)液体抽出部109、110、111。在蒸煮锅100的设置液体抽出部109、110、111的部位上，配置过滤器(strainer过滤网)106、107、108。液体经这些过滤器106、107、108自蒸煮锅100内抽出。液体抽出部109与管道112的一端连接。管道112的另一端引入锅内作为中心管130。管道112上设有温度计113、泵114、用蒸气的热交换器115和调整蒸气量的控制阀116。同样，液体抽出部110与管道117的一端连接。管道117的另一端引入锅内作为中心管130。管道117上设有温度计118、泵119、用蒸气的热交换器120和调整蒸气量的控制阀121。同样，液体抽出部111与管道122的一端连接。管道122的另一端引入锅内作为中心管130。管道122上设有温度计123、泵124、用蒸气的热交换器125和调整蒸气量的控制阀126。
本发明中定义木片102的深度方向(即木片102的流动方向、锅的上下方向)为L、锅内周方向为R。锅内周方向R指沿锅内壁的整个周的方向。本发明控制深度方向L的温度分布和/或内周方向R的温度分布。通过适当调整上述控制阀116、121、126，能调整锅内木片102的温度。即通过控制阀116、121、126的调整能控制木片102的深度方向L的温度分布和/或内周方向R的温度分布。本发明中最重要的是测定锅中温度、锅内收容的木片102的温度。因此，在以下详细说明的最佳实施例中，用光纤温度计10测定木片102的深度方向L的温度分布和/或内周方向R的温度分布(参见图12、图13)。
还有，锅底部设有洗净液供给部140。由该洗净液供给部140向锅内供给洗净液，洗净纤维质素(纸浆)。由控制阀141调整供给锅内的洗净液。
参见图3，本发明最佳实施例的蒸煮锅100内，从上部供给木片102，由底部引出浆料20。本发明最佳实施例采用应用喇曼散射效应的光纤温度计200。该光纤温度计200由传感部201(芯线截面详细示于图4)，电缆部202(截面详细示于图5)和光/电转换器203构成。
如图4所示，传感部201具有在保护覆盖于光纤玻璃201-1上的热固化硅202-2的外周，用PFA(Perfluoro-alkoxyfluoro Plasticresin全氟烷氧基氟塑料树脂)201-3再包覆的S型结构。
如图5所示，电缆部202的结构为将芯线201收容于挠性或非挠性不锈钢管202A内。
该光纤温度计200应用了光纤的喇曼散射效应。一旦让光脉冲入射光纤，则由光纤的各点反射杂散光。该杂散光分为低频成分与高频成分两种成分。一种成分与光纤的物性有关，另一种成分与物性及反射面的温度有关。因此，根据上述两种频率成分的强度之比能测量反射面的温度。还有，根据光的反射光的返回时间能算出光纤的距离方向的分布。也就是说，能测定光纤伸长方向各点的温度。
还有，光纤温度计200为1-4mm外径的线。用金属包覆光纤。这种光纤温度计200具有以下优点即使插在蒸煮锅内木片的行程中也不大会妨碍流动;绕在蒸煮锅100上时，即使蒸煮锅100中沿锅内周方向的温度分布不均，也能检测锅内周方向的温度分布。
另一方面，本实施例光纤温度计200，与检测固定点(1点)温度的温度计，例如测温电阻体、热电偶相比，温度检测精度低。在本实施例情况下，用光纤温度计200和测温电阻体型温度计206检测作为温度基准点的抽出液检测点205的温度。从而，若用测温电阻体型温度计206的检测点205的检测信号补偿光纤温度计200的检测信号，就能实现光纤温度计200的温度校正。再利用多个测温电阻体型温度计206并设置多个检测点205，还能提高光纤温度计200的温度校正精度。
图6-图11分别表示光纤温度计200装在蒸煮锅100上的配置例。多根设置情况下，测量水平截面方向的温度分布曲线。绕在线圈上时也相同。绕在蒸煮锅外壁上时，利用采用了基准点温度检测传感器的校正方法补偿传热引起的误差。
图6示例是将一根传感部201垂直配置于蒸煮锅100的内壁上。图7示例是将多根传感部201垂直配置于蒸煮锅100的内壁上。图8示例是将一根传感部201螺旋形绕在蒸煮锅100的内壁上。而且还可以形成比图8所示螺旋绕卷状态密度更高地卷绕的传感部201。图9示例是将一根传感部201螺旋绕卷在蒸煮锅100的外壁上。图10示例是将一根传感部201螺旋绕卷在蒸煮锅100的中心管130的外侧。图11示例是将多根传感部201垂直或者螺旋式卷绕分别配置在蒸煮锅100的内壁、外壁、中心管130的外侧。
传感部201还可以配置于装在蒸煮锅100上的抽出筛网式过滤器与内壁之间。这样就不会阻挡蒸煮锅100内的木片102的流动。
再返回图3，蒸煮锅100上的多点温度信号能由光纤温度计200的光/电转换器203输出的电信号获得。此时，在由光纤温度计200测得的表示多点温度的电信号中，包括表示蒸煮锅100的基准点205的温度的电信号。由光/电转换器203获得的电信号表示蒸煮锅100内的木片102的深度方向L的温度分布和/或内周方向R的温度分布(参见图12、图13)。
另外，于蒸煮锅100的基准点205处，埋入固定式温度计206。该基准点205处的测温值用来对光纤温度计200进行温度校正。因此，基准点205必需选在蒸煮锅100内适于校正的位置。基准点温度校正器207，利用固定式温度计206所测得的基准点温度值，校正由光/电转换器203输出的与基准点对应的电信号，设定光纤温度计200的基准点温度。
实测温度分布运算器204根据光/电转换器203输出的电信号算出蒸煮锅100的总体温度分布(实测温度分布)。该实测温度分布是蒸煮锅100内木片102的深度方向L的温度分布和/或内周方向R的温度分布(参见图13)。实测温度分布运算器204用基准点温度校正电路207输出的基准点温度校正该实测温度分布。
实测温度分布图形曲线显示器208显示由实测温度分布运算器204算出的实测温度分布的图形曲线(实测图形曲线)。目标数据设定器209设定纸浆产量、目标H因子、温度梯度限制。这里，所谓温度梯度限制是指蒸煮锅100内温度上升梯度及温度下降梯度的限制，蒸煮锅100中所固有的、能维持稳定作业的木片行程方向上的温度限制值。
目标温度分布图形曲线运算器210根据目标数据设定器209设定的纸浆产量、目标H因子、温度梯度限制算出木片102的目标温度分布。
目标温度分布图形曲线显示器211显示用目标温度分布运算器210算出的目标温度分布的图形曲线(目标图形曲线)。
控制器212根据实测温度分布及目标温度分布调整控制阀116、121、126。即用调整阀116、121、126调整热交换器115、120、125的蒸气量。通过调整热交换器115、120、125的蒸气量，调整蒸煮锅100内木片102的温度。因此，在控制器212中调整控制阀116、121、126，使实测温度分布和目标温度分布之差在预定的温度差设定值以内。
上述结构的本实施例的系统中进行如下工作。即，在拥有由木片制造纸浆的连续蒸煮锅的造纸厂中，采用应用喇曼散射效应的光纤温度计200。用光纤温度计200连续测定蒸煮锅内木片102的温度分布后，检测木片102的深度方向(流动方向)的平均温度分布图形曲线，以便使木片102的H因子(蒸煮状态)维持在规定值上。
这时，如图6-图10所示，光纤温度计200或是从蒸煮锅100的上部垂直向蒸煮锅内部垂下多根;或是螺旋状绕在蒸煮锅100的外壁或内壁;或是螺旋状绕在蒸煮锅100的中心管(内筒部)。而且还可以如图11所示，合并使用图6-图10的方法。
然后，根据埋于基准点205中的固定温度计206的温度检出信号校正光纤温度计200后算出相对蒸煮锅100内木片102的深度方向距离及内周方向距离的平均温度的曲线-实测图形曲线(参见图12)。再根据纸浆产量求锅内纸浆的流速，并算出相对锅内木片102的深度方向距离及内周方向距离的平均温度基准值图形曲线(目标图形曲线)，以便实现必要的蒸煮状态，接着调整控制阀116、121、126，使两者相等。
本实施例中应注意以下事项，即由于蒸煮锅100中的木片102是在塞满状态下往下流，所以在蒸煮锅中起突起物作用的温度检测点，必须把设置场所压为最小。当增加蒸煮锅100中的温度检测点时，会在温度检测点处引起木片102的吊挂堵塞现象。本实施例中，因光纤温度计200的传感部201为长尺状，故可在不引起堵塞现象下测定其伸长方向上的多点温度。
还有，木片102从蒸煮锅的上部进入到从底部出来的时间随木片102的产量而变化，大致花8-10小时。还有，温度分布图形曲线一旦偏离设定目标，大约要花8-10小时才能恢复。还由于能检测温度变化的部位仅在温度检测器的设置位置，因此蒸煮锅100内部温度分布偏离情况下，要检知该偏离得花几小时。对此，本实施例通过始终或间歇地将实测图形曲线与目标图形曲线作比较来调整控制阀116、121、126，所以防止温度分布偏离于未然。此时，蒸煮锅100内流动的木片(纸浆)的目标温度分布图形曲线取决于纸浆产量、目标H因子及温度梯度变化限制。调整控制阀116、121、126使实测温度分布图形曲线与该目标温度分布图形曲线一致。控制阀116、121、126的调整相当于控制热交换器的蒸气量。由于此时能温度控制的只是实际上装热交换器的部位(设置固定温度计的部位)，所以要进行以下列举的补偿来实现对蒸煮锅100内部全体的温度调整。还可按需要将这些补偿作多种组合使用。
(1)控制液体抽出部109、110、111近旁的温度，使蒸煮锅100中的最高温度位置为规定位置。
(2)实测温度分布图形曲线与目标温度分布图形曲线不同时，将与H因子对应的温度作为修正量，通过控制阀116、121、126调整后给与木片。
(3)上述补偿也适用于蒸煮锅100的内周方向温度分布。
(4)作为补偿实测温度分布图形曲线与目标温度分布图形曲线之差的方法，是调整控制阀116、121、126，使能对于与蒸煮锅100内木片的通常行程不同的部分给与加权修正量。
再对温度分布控制中的H因子设定作详细说明。图12、图12分别表示蒸煮锅100内部的温度分布(木片102的温度分布)与蒸煮锅100的关系。图12表示木片102的深度方向L的温度分布，图13表示木片102的深度方向L的温度分布及内周方向R的温度分布。
表示木片102的蒸煮度的H因子为下述函数所示。
H＝exp(B-A/T)dt式中，T为蒸煮温度，A、B为布鲁姆(Broom)常数。
另一方面，蒸煮时间根据蒸煮锅100内部的木片102的移动速度而改变。
t＝f(L)式中，L是自蒸煮锅100入口开始的距离的函数。
H＝K·exp(B-A/T)dL规定H因子与图12右侧所示曲线中的温度(T)及距离(L)所围部分的面积成正比。
综上所述，若利用本发明，则能提供一种不妨碍蒸煮锅内木片的流动而测定锅内收容的木片的温度分布，能控制温度使锅内收容的木片为适当的温度分布的蒸煮锅温度控制系统。
权利要求
1.一种蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是具有(1)配置在收容木片的蒸煮锅上的、分别检测伸长方向上多点位置的温度的长尺状温度检测构件；(2)根据上述长尺状温度检测构件的输出测定上述蒸煮锅内收容的木片的温度分布的温度分布测定构件；(3)对上述蒸煮锅内收容的木片进行加温的加温构件；(4)根据上述温度分布测定构件的输出控制上述加温构件，使上述收容于上述蒸煮锅内的木片具有规定的温度分布的控制构件。
2.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述长尺状温度检测构件大致垂直下垂于上述蒸煮锅的内部。
3.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述长尺状温度检测构件螺旋状地配置于上述蒸煮锅的内壁。
4.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述长尺状温度检测构件螺旋状地配置于上述蒸煮锅的外壁。
5.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述长尺状温度检测构件螺旋状地配置于上述蒸煮锅的中心管体上。
6.根据权利要求3所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述温度分布测定构件配置于上述蒸煮锅上所设的过滤器与内壁之间。
7.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述温度分布测定构件分别检测包括上述蒸煮锅的所取的基准点在内的伸长方向上的多点的温度，且具有应用喇曼散效应的光纤温度计。
8.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述温度分布测定构件具有根据上述长尺状温度检出构件的输出，测定上述蒸煮锅内收容的木片的深度方向温度分布的构件。
9.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述温度分布测定构件具有根据上述长尺状温度检出构件的输出，测定上述蒸煮锅内收容的木片的深度方向温度分布及锅内周方向温度分布的构件。
10.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述温度分布测定构件具有(1)根据上述长尺状温度检出构件的输出算出上述蒸煮锅内收容的木片的实测温度分布的实测温度分布算出构件;(2)根据目标纸浆产量和上述蒸煮锅的温度梯度限制，算出上述蒸煮锅内收容的木片的目标温度分布的目标温度分布算出构件。
11.根据权利要求1所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述加温构件具有使蒸气接触上述蒸煮锅收容的木片的构件。
12.一种蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是具有(1)配置在收容木片且具有控制加温这些木片用蒸气的控制阀的蒸煮锅上的、分别检测伸长方向上包括上述蒸煮锅上所取的基准点的多点位置的温度并应用喇曼散射效应的光纤温度测定部;(2)配置于上述蒸煮锅的上述基准点上，将该基准点的温度信号作为基准温度信号(reference temperature signal)进行测定的基准温度测定部;(3)通过用上述固定式温度测定部测得的基准温度信号校正由上述光纤温度测定部输出的上述基准点的温度信号，设定上述光纤温度测定部的基准点温度的基准点温度设定部;(4)根据该基准点温度设定部输出的上述基准点温度信号和上述光纤温度测定部输出的上述多点的各温度信号，算出上述蒸煮锅内收容的木片的实测温度分布的实测温度分布算出部;(5)根据目标纸浆产量和上述蒸煮锅的温度梯度限制，算出上述蒸煮锅内收容的木片的目标温度分布的目标温度分布算出部;(6)调整上述控制阀，使上述实测温度分布与目标温度分布的差在预定值以内的控制构件。
13.根据权利要求12所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述光纤温度测定部大致垂直地下垂于上述蒸煮锅的内部。
14.根据权利要求12所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述光纤温度测定部螺旋状地配置于上述蒸煮锅的内壁。
15.根据权利要求12所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述光纤温度测定部螺旋状地配置于上述蒸煮锅的外壁。
16.根据权利要求12所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述光纤温度测定部螺旋状地配置于上述蒸煮锅的中心管体上。
17.根据权利要求14所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述光纤温度测定部配置于上述蒸煮锅上所设的过滤器与内壁之间。
18.根据权利要求12所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述实测温度分布算出部具有根据上述基准点温度设定部输出的上述基准点温度信号和上述光纤温度测定部输出的上述多点的各温度信号，算出上述蒸煮锅内收容的木片的深度方向的实测温度分布的构件。
19.根据权利要求12所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述实测温度分布算出部具有根据上述基准点温度设定部输出的上述基准点温度信号和上述光纤温度测定部输出的上述多点的各温度信号，算出上述蒸煮锅内收容的木片的深度方向的实测温度分布及锅内周方向的实测温度分布的构件。
20.根据权利要求12所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述目标温度分布算出部具有根据目标纸浆产量和上述蒸煮锅的温度梯度限制，算出上述蒸煮锅内收容的木片的深度方向的目标温度分布的构件。
21.根据权利要求12所述的蒸煮锅温度分布控制系统，其特征是上述目标温度分布算出部具有根据目标纸浆产量和上述蒸煮锅的温度梯度限制，算出上述蒸煮锅内收容的木片的深度方向的目标温度分布及锅内周方向的目标温度分布的构件。
全文摘要
蒸煮锅温度分布控制系统，具有光纤温度测定部、基准温度测定部、基准点温度设定部、实测温度分布算出部、目标温度分布算出部和控制部。光纤温度测定部置于收容木片且具有控制加热木片蒸气的控制阀的蒸煮锅上，分别检测伸长方向上的多点温度。控制部调整控制阀，使光纤温度测定部、基准温度测定部、基准点温度设定部及实测温度分布算出部所获得的实测温度分布与目标温度分布算出部所获得的目标温度分布之差在预定值以内。
文档编号D21C7/12GK1110733SQ9410515
公开日1995年10月25日 申请日期1994年4月28日 优先权日1994年4月28日
发明者江木博志, 外山和久 申请人:东芝株式会社