МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ СОДОРЕГЕНЕРАЦИОННОГО КОТЛОАГРЕГАТА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
Аннотация
Ключевой агрегат производства сульфатной целлюлозы (крафт-процесса) – содорегенерационный котлоагрегат (СРК) – обеспечивает восстановление химикатов черного щелока. Актуальна задача повышения степени восстановления щелока без изменения технологии процесса и конструкции аппаратов, т.е. информационно-алгоритмическими средствами автоматического управления процессом. Более высокое гарантированное качество восстановления обеспечивают алгоритмы регулирования, синтезированные на основе адекватных математических моделей. Цель статьи – системный анализ СРК как объекта управления и построение усовершенствованной математической модели, пригодной для синтеза высококачественных систем автоматической стабилизации. В основе методологии лежит принцип последовательного раскрытия неопределённости моделей сложных систем управления (А.А. Вавилов). В отличие от известных подходов, динамика СРК в окрестности выбранного режима описана в виде многоуровневой модели класса LTI. Комбинирование аналитических методов с обработкой экспериментальных данных для конкретного режима позволило получить определенные до значений параметров математические модели реального СРК. Разработанная многоуровневая линейная стационарная модель СРК дает возможность анализировать динамику подсистем и агрегата в целом, устойчивость режимов и влияние возмущений, и обосновать необходимость автоматического поддержания требуемого качества технологических процессов в окрестности выбранного режима. Модели в символьном виде применимы к большинству подобных агрегатов технологического процесса производства сульфатной целлюлозы. Параметры полностью определенных моделей должны быть скорректированы по результатам обработки данных, относящихся к конкретному агрегату и режиму. Направление дальнейших исследований связано с развитием методов анализа динамики сложных систем управления по моделям иерархической структуры, а также синтеза систем стабилизации режима и ослабления влияния возмущений
Список литературы
1. Lipovkov I.Z. Szhiganie sul'fatnogo shcheloka [Combustion of sulfate liquor]. Moscow: Lesnaya promyshlennost', 1979, 128 p.
2. Nepenin Yu.N. Tekhnologiya tsellyulozy: V 3 t. T. 2. Proizvodstvo sul'fatnoy tsellyulozy [Cellulose Technology: In 3 vol. Vol. 2. Production of sulfate cellulose]. Moscow: Lesn. prom-st', 1990, 600 p.
3. Tekhnologiya tsellyulozno-bumazhnogo proizvodstva. V 3 t. T. 3. Avtomatizatsiya, standartizatsiya, ekonomika i okhrana okruzhayushchey sredy v TSBP. Ch. 1. Avtomatizatsiya, standartizatsiya i ekonomika v TSBP [Pulp and paper production technology. In 3 volumes. Volume 3. Automation, standardization, economics and environmental protection in the pulp and paper industry. Part 1. Automa-tion, standardization and economics in the pulp and paper industry]. Saint Petersburg: Politekhnika, 2008, 621 p.
4. Doronin V.A. Avtomatizatsiya sodoregeneratsionnykh agregatov [Automation of sodium recovery units]. Moscow: Lesnaya promyshlennost', 1988, 320 p.
5. Sivakov V.P., Vurasko A.V., Muzykantova V.I. Regeneratsiya khimikatov i tepla v sodoregeneratsionnykh kotloagregatakh. Ustroystvo i diagnostirovanie [Chemical and heat recovery in sodium recovery boiler units. Design and diagnostics]. Ekaterinburg: UGLTU, 2015, 140 p.
6. Novikova A.I. Tekhnologicheskie raschety material'nogo i teplovogo balansov sodoregeneratsionnogo otdela zavoda sul'fatnoy tsellyulozy: ucheb. posobie [Technological calculations of material and heat bal-ances for the sodium recovery department of a sulphate pulp plant: a textbook]. Leningrad: LTA, 1983, 78 p.
7. Zhitkov V.V. Issledovanie protsessa szhiganiya chernogo shcheloka v topkakh sodoregeneratsionnykh agregatov vpryskivayushchego tipa: diss. … kand. tekhn. nauk [Study of the black liquor combustion process in injection-type sodium recovery unit furnaces: cand. of eng. sc. diss.] VNIIB. Leningrad, 1973, 230 p.
8. V'yukov B.E. Issledovanie protsessa szhiganiya chernykh sul'fatnykh shchelokov dlya tseley upravleniya: diss. … kand. tekhn. nauk [Study of the process of combustion of black sulfate liquors for control pur-poses: cand. of eng. sc. diss.]: 05.21.03. Leningrad Forest Engineering Academy. Leningrad, 1974, 142 p.
9. Smorodin S.N. Issledovanie topochnykh protsessov pri szhiganii sul'fatnogo shcheloka v vikhrevoy topke sodoregeneratsionnogo kotloagregata s tsel'yu povysheniya ee effektivnosti: spetsial'nost' 05.14.04 "Promyshlennaya teploenergetika": diss. … kand. tekhn. nauk [Study of combustion processes during combustion of sulfate liquor in a vortex furnace of a soda recovery boiler unit in order to improve its ef-ficiency: specialty 05.14.04 "Industrial heat power engineering": cand. of eng. sc. diss.]. Saint Peters-burg, 2000, 112 p. EDN QDIMMN.
10. Pozhitkov V.V. Matematicheskoe modelirovanie protsessov zagryazneniya poverkhnostey nagreva so-doregeneratsionnogo agregata sul'fat-tsellyuloznogo proizvodstva s tsel'yu optimizatsii ikh raboty: diss. … kand. tekhn. nauk [Mathematical modeling of the processes of contamination of heating surfaces of a soda recovery unit in sulfate pulp production in order to optimize their operation: cand. of eng. sc. diss.]: 05.21.03. Leningrad Technological Institute of the Pulp and Paper Industry. Leningrad, 1989, 217 p.
11. Abdalla Iskhag Abdalla. Razrabotka modeli i sistemy upravleniya proizvoditel'nost'yu protsessa vypari-vaniya shchelokov sul'fat-tsellyuloznogo proizvodstva: spetsial'nost' 05.21.03 "Tekhnologiya i oborudo-vanie khimicheskoy pererabotki biomassy dereva; khimiya drevesiny": diss. … kand. tekhn. nauk [De-velopment of a model and performance control system for the evaporation process of sulphate pulp pro-duction liquors: specialty 05.21.03 "Technology and equipment for chemical processing of wood bio-mass; wood chemistry": cand. of eng. sc. diss.]. Saint Petersburg, 2003, 145 p. EDN NMNLEL.
12. Brattseva A.V. Ochistka vybrosov rastvoritelya plava sodoregeneratsionnogo kotloagregata sul'fattsel-lyuloznogo proizvodstva v kondensatore naklonnogo tipa: spetsial'nost' 05.21.03 "Tekhnologiya i obo-rudovanie khimicheskoy pererabotki biomassy dereva; khimiya drevesiny": diss. … kand. tekhn. nauk [Cleaning of solvent emissions from the melt of a soda recovery boiler unit of a sulphate cellulose plant in an inclined-type condenser: specialty 05.21.03 "Technology and equipment for chemical processing of wood biomass; wood chemistry": cand. of eng. sc. diss.]. Saint Petersburg, 2007, 158 p. EDN NOPQSD.
13. Gor'kovoy E.V. Diagnostika sostoyaniya sodoregeneratsionnogo kotloagregata s tsel'yu povysheniya effektivnosti ego raboty: spetsial'nost' 05.21.03 "Tekhnologiya i oborudovanie khimicheskoy pererabotki biomassy dereva; khimiya drevesiny", 05.13.06 "Avtomatizatsiya i upravlenie tekhnologicheskimi protsessami i proizvodstvami (po otraslyam)": diss. … kand. tekhn. nauk [Diagnostics of the state of a soda recovery boiler unit in order to improve its operating efficiency: specialty 05.21.03 "Technology and equipment for chemical processing of wood biomass; wood chemistry", 05.13.06 "Automation and control of technological processes and production (by industry)": cand. of eng. sc. diss.]. Saint Peters-burg, 2012, 159 p. EDN QFUFDF.
14. Black Liquor Recovery Boiler Advisory Committee (BLRBAC). Recommended guidelines for person-nel safety for black liquor recovery boilers. Atlanta: BLRBAC, 2018, 46 p. Available at: https://blrbac.net/wp-content/uploads/2020/10/personnel-safety-april-2018.pdf (accessed 30 April 2025).
15. Rämö J., Lappalainen J., Hiltunen Y., Järvinen M., Alopaeus V. Solids content of black liquor measured by online time-domain NMR, Applied Sciences, 2019, Vol. 9, Issue 10, Article 2169. DOI: 10.3390/app9102169.
16. Vakkilainen E.K., Hamaguchi M. Evaluation of the energy efficiency improvement potential through back-end heat recovery in the Kraft recovery boiler, Energies, 2021, Vol. 14, Issue 6, Article 1550. DOI: 10.3390/en14061550.
17. Paoliello F. Corrosion damage and in-service inspection of retractable sootblower lances in recovery boilers, TAPPI Journal, 2021, Vol. 20, Issue 10, pp. 655-662. DOI: 10.32964/tj20.10.655.
18. Raju V., Engblom M., Rantala E., Enestam S., Mansikkasalo J. Kraft recovery boiler operation with splash plate and/or beer can nozzles - a case study, TAPPI Journal, 2021, Vol. 20, Issue 10, pp. 625-636. – DOI: 10.32964/TJ20.10.625.
19. Saari J., Kaikko J., Sermyagina E., Hamaguchi M., Cardoso M., Vakkilainen E., Haider M. Recovery boiler back-end heat recovery, TAPPI Journal, 2023, Vol. 22, Issue 3, pp. 174-183. DOI: 10.32964/tj22.3.174.
20. Belisario A.B., Edberg A., Björk M., Almeida G.M., Vakkilainen E.K. On the diagnosis of a fouling con-dition in a kraft recovery boiler: combining process knowledge and data-based insights, TAPPI Journal, 2023, Vol. 22, Issue 3, pp. 162-171. DOI: 10.32964/tj22.3.162
21. Rajan K., Berton P., Rogers R.D., Shamshina J.L. Is Kraft pulping the future of biorefineries? A per-spective on the sustainability of lignocellulosic product development, Polymers, 2024, Vol. 16, Issue 23, Article 3438. DOI: 10.3390/polym16233438
22. Niemi J., Balint R., Engblom M., Lindberg D. Modeling of temperature gradient-induced melt movement within kraft recovery boiler ash deposits, Energy & Fuels, 2024, Vol. 39, Issue 1, pp. 454-464. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c04516.
23. Niemi J., Balint R., Engblom M., Lehmusto J., Lindberg D., Hupa L. Equilibrium model approach to predict local chemical changes in recovery boiler deposits, Energy, 2024, Vol. 306, Article 132507. DOI: 10.1016/j.energy.2024.132507.
24. Kayal B., Nasr Y., El Zakhem H., El Bachawati M. Optimizing brown stock washing in the pulp and paper industry: a system dynamics approach, Processes, 2025, Vol. 13, Issue 2, Article 368. DOI: 10.3390/pr13020368.
25. Vavilov A.A., Imaev D.X., Pleskunin V.I., Fomin B.F., Zal'ttser G., Zauer V., Stanek V., Frank M., Fridrikh V., Shaller YA., Shtrempel' X. Imitatsionnoe modelirovanie proizvodstvennykh sistem [Simula-tion modeling of production systems], ed. by A.A. Vavilova. Moscow: Mashinostroenie, 1983, 416 p.
26. Vavilov A.A., Imaev D.Kh. Evolyutsionnyy sintez sistem upravleniya: ucheb. posobie [Evolutionary synthesis of control systems: a tutorial]. Leningrad: LETI, 1983, 80 p.
27. Imaev D.Kh., Stanislavski V. Issledovanie dinamiki ierarkhicheskikh sistem na primere parogeneratorov [Study of the Dynamics of Hierarchical Systems Using Steam Generators as an Example]. Saint Peters-burg: Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy elektrotekhnicheskiy universitet «LETI» im. V.I. Ul'yanova (Lenina), 2011, 219 p. ISBN 978-5-7629-1136-8. EDN SCTSTX.
