纸浆间歇蒸煮参数优化方法研究

摘要

造纸的蒸煮过程将造纸原料变成纸浆,在很大程度上决定了纸张的质量。但同时,蒸煮过程也具有高能耗、高物耗、高污染的“三高”特点。在大力发展资源节约型、环境友好型社会的今天,如何实现蒸煮过程的节能、减排、降耗成为制浆造纸工业的重要课题。
　　 本文立足于节能降耗的观点,研究间歇蒸煮过程的参数优化问题,希望能达到保质、高产、节能、降耗的目的。本文的创新工作及贡献包括:
　　 (1)在分析间歇蒸煮过程机理的基础上,建立了关于蒸煮过程的质量、产量和能耗模型。首先,利用支持向量机(SVM)原理,根据造纸工厂的日常数据,建立了关于纸浆kappa值的质量模型。仿真数据表明,该模型准确能地描述蒸煮参数与kappa值之间的数学关系。接着,根据Hatton的经验模型,并利用现场数据回归,建立了有关纸浆得率的产量模型。然后,分析蒸煮过程的能量消耗情况,建立了关于间歇蒸煮过程的蒸汽能耗模型。
　　 (2)本文根据优化模型的特点,提出了一种基于改进遗传算法的间歇蒸煮参数优化方法,能在满足纸浆质量要求的前提下降低蒸煮过程的能耗和物耗。改进的遗传算法在基本遗传算法的基础上,融入小生境技术和自适应交叉技术,从而增强了整个算法的局部寻优和全局搜索能力。用日常生产数据进行的仿真实验,发现该方法优化效果明显,与现场实际情况相比,节约蒸汽3.52％,节约白液用量17.18％,硫化度减少0.37％。
　　 (3)为了实现真正意义上的多目标优化,本文提出了第二种优化方法--基于改进的NSGA-Ⅱ的间歇蒸煮参数多目标优化方法。该种方法的优化模型在前者的基础上,多加入纸浆得率目标,在保证纸浆质量的同时,提高纸浆产量,降低蒸煮过程的能耗和物耗。改进的NSGA-Ⅱ算法在NSGA-Ⅱ的基础之上,引入一种适应度评价机制,采用自适应交叉变异算子,并加入了外来群体迁入机制,使得该算法相比NsGA-Ⅱ,能够更好地保证解的收敛性和分布性。将改进的算法应用于间歇蒸煮多目标优化问题,优化效果明显,而且提供多个最优解,具有指导性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 硫酸盐法闻歇蒸煮过程概述

1.2.1 硫酸盐法间歇蒸煮工艺介绍

1.2.2 硫酸盐法间歇蒸煮的特点

1.2.3 硫酸盐法间歇蒸煮主要影响参数分析

1.3 纸浆蒸煮过程建模研究概述

1.4 蒸煮参数优化研究概述

1.5 课题研究意义、内容和方法

1.6 章节安排

1.7 本章小结

第2章 硫酸盐法间歇蒸煮相关参数模型

2.1 纸浆质量模型

2.1.1 支持向量机理论

2.1.2 典型的纸浆质量模型

2.1.3 基于SVM的kappa值模型

2.2 得率模型

2.2.1 典型的得率模型

2.2.2 纸浆得率经验回归模型

2.3 能耗模型

2.3.1 典型的能耗模型

2.3.2 蒸汽能耗机理模型

2.4 本章小结

第3章 基于改进遗传算法的间歇蒸煮参数优化方法

3.1 遗传算法概述

3.1.1 遗传算法理论的提出与发展

3.1.2 遗传算法的基本流程

3.1.3 遗传算法的优缺点

3.2 改进的遗传算法

3.2.1 改进的遗传算法

3.2.2 仿真结果分析

3.3 基于改进遗传算法的间歇蒸煮参数优化方法

3.3.1 问题描述和优化模型

3.3.2 优化实施和优化结果分析

3.4 本章小结

第4章 基于改进的NSGA-Ⅱ的间歇蒸煮参数多目标优化方法

4.1 多目标优化概述

4.1.1 多目标优化问题的描述

4.1.2 多目标优化问题的基本概念

4.1.3 多目标遗传算法概述

4.2 NSGA-Ⅱ算法原理

4.2.1 NSGA-Ⅱ算法的提出

4.2.2 快速非支配排序

4.2.3 拥挤度比较算子

4.2.4 精英保留策略

4.3 改进的NSGA-Ⅱ

4.3.1 适应度评价机制

4.3.2 自适应交叉变异

4.3.3 外来种群迁入机制和简易的约束处理

4.3.4 改进的NSGA-Ⅱ算法流程

4.3.5 仿真结果及评价

4.4 基于改进的NSGA-Ⅱ的间歇蒸煮参数多目标优化方法

4.4.1 问题描述和优化模型

4.4.2 优化实施和仿真结果分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 研究展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间的科研成果