用于优化连续蒸煮过程的系统和方法技术方案

提供了一种优化连续蒸煮过程的方法，其目的在于考虑到过程扰动和模型不确定性对于不同的纸浆等级以最佳方式来控制连续纸浆蒸煮器中的脱木素化过程。这通过定制连续蒸煮过程的一般数学模型来实现，该数学模型通过专用电子器件上的软件应用程序来运行。该模型基于在线信息周期性地更新，并且用于涉及多目标优化以评估控制器的最佳设置点的装置优化构件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体而言涉及优化在纸浆和造纸工业中的连续纸浆蒸煮器。更具体而言， 本专利技术提出的系统和方法的目的在于对于不同纸浆等级，考虑过程扰动和模型不确定性以最佳方式来控制在连续纸浆蒸煮器中的脱木素化过程。
技术介绍
在纸浆和造纸工业中的连续纸浆蒸煮器用于蒸煮木屑以产生纸浆，而纸浆进而用于造纸。蒸煮的目的是为了移除存在于木屑中的木素组分。木素是存在于木材中的络合物且充当纤维束纤维的粘结材料。木屑以及蒸煮液在蒸煮器顶部持续地供给且从蒸煮器单元底部作为纸浆产品移除蒸煮的木屑。在双容器构造中，在单独容器中执行浸渍过程，在该单独容器后面为另一容器，另一容器包括上部段、下部段和洗涤部段。一般而言，蒸煮过程涉及由蒸煮液从木屑移除木素。在连续纸浆蒸煮器中蒸煮期间，碎屑总是从顶部向底部流动， 而对于所涉及的各个部段，蒸煮液的流动为或者同流或者逆流。通过取出蒸煮夜且使之再循环返回来加热蒸煮液以提供蒸煮所需的热。提取木质组分后，将液的部分取出以进行进一步处理。由于这种过程的复杂性质，连续纸浆蒸煮器的特征为高度非线性行为。除了诸如存在长停止时间，过程变量之间的强相互作用和木屑特征中未测量的变化的因素之外， 这还使得很难控制蒸煮器。蒸煮器系统具有过程参数，诸如模型状态，具有一种或多种组分在固相、液相和气相的特定浓度，白液和洗涤液的温度、压力、流率，再循环流率和温度，在热交换器中的蒸汽流率，白液和洗涤液的有效碱和活性碱等；品质参数，诸如提取流的卡柏(Kappa)数、一致性、纸浆强度、有效碱和活性碱等；性能参数，诸如能量效率、产量、库存消耗和操作成本等； 以及模型参数，诸如反应速率系数、效率因数、扩散和传热系数。所有这些参数，即，过程参数、品质参数、性能参数和模型参数从这里开始统称作蒸煮器参数。在工业中的惯例为通过操纵不同部段处的循环的蒸煮液流的温度和到蒸煮器的不同部段的补充白液和洗涤液的流率来具体地控制蒸煮器的底部出口或排出管道处的纸浆的卡柏数。以特别方式基于操作者经验来调整白液/洗涤液的温度和流率的设置点。但是，近来，还提出了多变量模型预测控制策略来改进对蒸煮器的控制。在下文中列出了与蒸煮器中的过程的控制有关的专利和公开中的一些。美国专利No. 5，301，102描述了使用阶跃响应模型和蒸煮液的卡柏数和有效碱的周期性测量来控制从卡米尔(Kamyr)蒸煮器所产生的纸浆的卡柏数。美国公开No. 20050034824使用基于在线分析器、停止时间补偿器、解耦器和各种受操纵变量对蒸煮器品质和性能参数影响的查找表(类似于模糊逻辑规则)的方法来实现蒸煮器的所需性能。美国专利No. 6，447，639涉及应用热和离子迁移光谱技术来基于供给到纸浆蒸煮器的碎屑的特征的在线确定来计算所添加的蒸煮液的量。美国专利No. 4，752，357描述了一种确定在蒸煮过程中纸浆蒸煮程度的方法。这非常适用于确立适当的预测控制行为。在文献中记录的其它现有技术方法涉及采用诸如下列的技术使用线性和非线性模型的模型预测控制；推断控制；以及操作条件优化以从连续纸浆蒸煮器产生所需卡柏数的纸浆。关于诸如监视和控制的不同应用，还记录了不同复杂性的连续纸浆蒸煮器模拟模型。近来，Padhiyar等人Q006)提出了某些策略，这些策略的目的在于控制在蒸煮器的各个蒸煮区的卡柏数分布，而不是仅控制排出管道(blow line)处的卡柏数分布。这将便于更快速的过程扰动抑制，因为将比结果表现在排出管道中的卡柏数的情况更易于开始校正行为。这种分布式控制策略也将确保在等级变化期间的更快速且高效的过渡操作。但是， 该策略限于使用卡柏数分布的提议且并未进一步扩展到对各种控制器教导分配最佳设置点的手段。如之前讨论，分配设置点通常基于操作者经验。总之，在现有技术中记录的方法主要关注控制仅排出管道部段中的卡柏数，以及还有通过沿着蒸煮器长度控制如卡柏数和产量的各种重要性质的分布而得到的进一步改进。但是，分布的控制必须最佳地进行以确保装置的各个目标，诸如优良的品质和性能，且在线地控制过程以根据需要来满足要求。不只一个品质参数或性能参数或过程参数的优化和控制问题需要具有一定手段来处理装置过程的复杂性，优化问题公式和处理相冲突的要求所涉及的权衡。这个方面并不是现有技术的一部分，但其是本专利技术的主题。专利技术目的本专利技术的主要目的在于关于各种蒸煮器参数优化连续纸浆蒸煮器。本专利技术的又一目的在于提供一种方法，其基于实时装置数据沿着蒸煮器长度提供一个或多个蒸煮器参数的最佳设置点分布。本专利技术的另外的另一目的在于评估连续纸浆蒸煮器的多目标最优解分布。本专利技术的另外的另一目的在于评估单目标优化以实现最佳设置点。本专利技术的另外的另一目的在于使用参数估计构件来更新模型参数。本专利技术的另外的另一目的在于提供多目标优化所需解作为单目标优化问题的初始猜测来确保在线多目标操作。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及通过沿着蒸煮器的多个部段评估蒸煮器参数的最佳设置点分布来优化连续纸浆蒸煮器参数。基于所需品质要求使用多目标优化的结果来公式化单目标优化问题。如此形成的单目标优化问题涉及优化这些目标之一和对应于选定多目标最优解的其它目标的等式约束(equality constraint)。使用在线数据和来自实验室的结果来持续地更新蒸煮器模型。使用更新的模型来周期性地执行单目标优化以更新最佳设置点分布。对于模型预测中的显著偏差，也重复多目标优化来实现更新的多目标最优解。在本专利技术的第一方面，提出了一种优化对连续纸浆蒸煮器的控制的系统。该系统包括a)过程模型构件，其具有连续纸浆蒸煮器的许多部段中的至少一个部段的过程模型；b)参数估计构件，其用于提供对连续纸浆蒸煮器的许多部段中的至少一个部段的一个或多个蒸煮器参数的估计；c)装置优化构件，其使用连续纸浆蒸煮器的过程模型构件和参数估计构件执行计算来优化一个或多个蒸煮器参数；d) 一个或多个控制器，其用于调节连续纸浆蒸煮器的许多部段中的至少一个部段的蒸煮器参数且由过程优化构件提供设置点；其中，装置优化构件还包括装置目标函数，以对从多个参数目标函数公式化的蒸煮器参数执行在线优化。在本专利技术的一实施例中，该系统的参数估计构件用于优化对连续纸浆蒸煮器的控制，其中参数估计构件为过程模型构件的整体部分或者为装置优化构件的整体部分。在本专利技术的另一实施例中，用于优化对连续纸浆蒸煮器的控制的系统具有关于单参数目标函数的参数优化构件。在本专利技术的又一实施例中，用于优化对连续纸浆蒸煮器的控制的系统具有关于至少一个装置目标函数的装置优化构件。在本专利技术的又一实施例中，连续纸浆蒸煮器的许多部段之一形成于连续纸浆蒸煮器的诸如下列区的一个或许多组合中浸渍区、上蒸煮区、下蒸煮区、洗涤区，且其中许多部段之一包含于一个或多个单元中。在本专利技术的又一实施例中，该装置优化构件具有装置目的接口，其用于装置操作的一个或多个阶段，以利用使用者接口或使用软件接口来获得配置数据或者使用基于规则的系统来寻求并分析诸如优先权信息的信息来优化一个或多个蒸煮器参数、所需范围和操作点，来获得优先信息。在本专利技术的第二方面，提出了一种用于参数目标优化的方法。该方法包括以下步骤a)从参数估计构件获得过程模型和蒸煮器参数；b)使用装置目的接口对蒸煮器参数提供约束和限制；c)利用来自所述参数估计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴特，B·布迪斯里尼瓦萨，P·帕塔思，
申请(专利权)人：S·巴特，B·布迪斯里尼瓦萨，P·帕塔思，
类型：发明
国别省市：