纯碱生产蒸氨过程的智能优化控制策略应用研究

摘要

本文针对氨碱法纯碱生产蒸氨过程的大时滞、时变、多变量耦合等复杂特性，在单座蒸氨塔预测控制的基础上，提出了以氨耗最小化为目标的基于MPC算法的两层优化控制策略，进而针对大型纯碱装置蒸氨过程采用多座蒸氨塔并行作业的现状，提出了蒸氨过程智能协调优化控制策略。
　　 本文的主要研究工作包括:
　　 1、在广泛查阅国内外文猷资料的基础上简要介绍了纯碱生产的国内外现状，分析了纯碱装置蒸吸过程的工艺设备和过程控制要求，回顾了蒸吸过程各种控制策略的研究和应用现状。
　　 2、从纯碱装置蒸氨过程的工艺及设备特点出发，系统阐述了该过程的关键工艺指标和常规控制策略;并在深入分析蒸氨过程复杂动态特性和现有控制策略局限性的基础上，论证了蒸氨过程先进控制的必要性。
　　 3、针对单座蒸氨塔的过程控制要求，首先采用动态矩阵控制(DMC)算法将这个有约束多变量过程的关键工艺参数指标控制在合适的区域内;进而提出了以氨耗最小化为目标的基于DMC算法的两层优化控制策略;最后，通过仿真研究来说明，与多变量DMC算法相比，蒸氨塔两层优化控制算法具有更强的抗干扰性和鲁棒性，并能在满足过程平稳性要求和有自由度的条件下，实现工艺指标的“卡边”优化，达到降低蒸汽消耗的目的。
　　 4、针对大型氨碱法纯碱装置蒸氨工序多座蒸氨塔并联工作的情况，在单座蒸氨塔两层优化控制的基础上，结合基于专家系统的蒸氨塔实时工况监控，提出了蒸氨过程的智能协调优化控制策略，可根据各蒸氨塔运行工况的实时监控结果，在满足总生产负荷的前提下，自动调整各蒸氨塔的生产负荷。该控制策略已在实际工业生产中得到成功应用，取得了较好的控制效果。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 氨碱法纯碱装置蒸氨过程简介

1．2．1 纯碱生产工艺概述

1．2．2 蒸氨过程工艺流程

1．2．3 蒸氨过程设备简介

1．3 蒸氨过程特性分析

1．4 先进控制及优化算法研究与应用现状

1．4．1 模型预测控制算法

1．4．2 专家系统控制

1．5 纯碱生产蒸氨过程先进控制策略研究与应用现状

1．5．1 纯碱生产过程先进控制策略

1．5．2 纯碱生产蒸氨过程的先进控制策略

1．6 本文研究内容

2 纯碱生产蒸氨过程常规控制策略

2．1 引言

2．2 纯碱生产蒸氨过程主要控制要求

2．2．1 蒸氨塔蒸氨过程工艺及设备

2．2．2 纯碱生产蒸氨过程主要控制指标

2．3 纯碱生产蒸氨过程的常规控制

2．4 纯碱生产蒸氨过程常规控制策略的局限性

2．5 本章小结

3 单座蒸氨塔中基于DMC算法的优化控制策略

3．1 单座蒸氨塔的动态模型

3．2 基于多变量DMC算法的优化控制策略研究

3．2．1 多变量DMC算法

3．2．2 基于DMC的两层优化控制策略

3．3 基于多变量DMC的优化控制策略在单个蒸氨塔控制中的应用

3．3．1 蒸氨塔的DMC控制

3．3．2 以氨耗最小化为目标的蒸氨塔两层优化控制

3．4 仿真验证

3．5 本章小结

4 蒸氨过程的智能协调优化控制策略

4．1 引言

4．2 蒸氨塔组生产过程的负荷协调优化控制

4．2．1 蒸氨塔组蒸氨的作业模试

4．2．2 蒸氨塔负荷协调优化算法分析

4．3 蒸氨塔蒸氨过程专家控制

4．3．1 蒸氨塔蒸氨过程的专家规则

4．3．2 蒸氨塔中的专家系统

4．4 仿真验证

4．4．1 蒸氨塔的负荷协调优化控制仿真验证

4．4．2 蒸氨塔的智能优化控制策略仿真验证

4．5 蒸氨过程智能协调优化控制策略的应用

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 研究工作总结

5．2 研究工作展望

参考文献

作者简介

作者在攻读硕士学位期间的科研成果