[发明专利]用于优化连续蒸煮过程的系统和方法

说明书

本申请是于2011年10月13日进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为200980158804.1，国际申请号为PCT/IB2009/007841，国际申请日为2009年12月22日，发明名称“用于优化连续蒸煮过程的系统和方法”)的分案申请。

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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(2006)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。