碱液浓缩生产工艺中强制循环蒸发控制过程的自优化被控变量的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及碱液浓缩生产工艺，尤其是设及一种碱液浓缩生产工艺中强制循环蒸 发控制过程的自优化被控变量的计算方法。
【背景技术】
[0002] 高浓碱液（碱液浓度超过40% )作为拜耳法制取氧化侣工艺溶出步骤中的主要辅 料，用量较大，而在氧化侣生产过程中也会产生稀碱溶液，因此碱液浓缩工艺被加入到了氧 化侣的生产工艺中。在氧化侣生产过程中，碱液浓缩一般采用单效蒸发器，单效蒸发器的工 作流程图如图1所示，通过强制循环蒸发控制获得稳定质量的高浓碱液。
[0003] 如何获得优异的强制循环蒸发控制效果是本领域技术人员重点的研究领域，该控 制效果通常可描述为一种经济指标，产品的收益减去原材料成本。由于强制循环蒸发控制 系统过程中会受到各种扰动变量的影响，为最大化该经济指标，应该在满足基本工艺要求 的前提下，根据实际工况不断调整系统的工作点，W满足操作最优性。传统的做法是基于碱 液浓缩生产工艺中强制循蒸发过程的非线性参数模型，运行时采集输出变量的值对扰动进 行在线估计，然后在不断的重新优化中求解最大经济指标得到最优工作点，最后W调整底 层控制回路设定值的形式调整系统工作点，其目标虽然明确，但反映较为缓慢，需要较长时 间才能调整到最优控制。
[0004] 自优化控制是一种新的优化控制方法，主要特征是通过设计底层控制回路的被控 变量间接实现系统的在线实时优化，其中自优化被控变量是多个输出变量的线性组合。但 现有文献中报道的自优化控制方法，大多基于系统的线性化模型或需要对系统进行分段线 性化，被控变量的计算方法和优化性能都具有一定的局限性。
[0005] 本发明描述了一种适用于蒸发过程该种非线性系统的自优化被控变量计算方法， 能够快速有效地构造出最优被控变量，并提高强制循环蒸发过程的优化控制性能。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种碱液浓缩生产工艺中强制循环蒸发控制 过程的自优化被控变量的计算方法，能够快速有效确定底层控制回路的自优化被控变量， 只需在线跟踪该自优化被控变量的恒定设定值，就能间接实现强制循环蒸发控制过程的在 线实时优化。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为；一种碱液浓缩生产工艺中强制循 环蒸发控制过程的自优化被控变量的计算方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
[000引 （1)对进口蒸汽压力和产物碱液浓度进行约束控制，对分离器液位进行稳定控 制；
[0009] (2)选取多个扰动变量，并对所选取的扰动变量形成的扰动空间进行采样，获得N 个扰动情形，N在100至Ij 10000之间；
[0010] (3)基于碱液浓缩生产工艺中强制循环蒸发过程的非线性模型，针对每一个扰动 情形通过数值优化算法进行离线优化，得到相应的N组输出变量的最优值；
[0011] (4)根据所得到的N组输出变量的最优值构造出相应的矩阵，对所述矩阵进行特 征值分解得到特征值和特征向量；
[001引 （5)将最小特征值对应的特征向量Vmi。确定为系数向量，由系数向量与输出变量 组获得自优化被控变量。
[0013] 步骤（1)所述的约束控制是指，进口蒸汽压力的设定值为所允许压力的最大值， 产物碱液浓度的设定值为工艺允许的最小值；步骤（1)所述的稳定控制是指，分离器液位 的设定值在0.8~1.2米。
[0014] 步骤似中所述的扰动变量的数量为四个，分别为碱液进料流量碱液进料温度 Ti、冷却水入口温度T2。。和碱液进料浓度X1;所述扰动空间由碱液进料流量F1、碱液进料温 度Ti和冷却水入口温度T2。。的扰动范围各±20%及碱液进料浓度Xi的扰动范围±10%结 合构成；对扰动空间进行采样用的是MonteCarlo采样法，N的优选值为1000。
[0015] 步骤（3)中所选用的数值优化算法为标准的序列二次规划法或内点法，所述输出 变量选取为由碱液进料流量Fi、进口蒸汽流量Fi。。、冷却水流量F2。。和常数1，由一组输出变 量构成列向量构成列向量y，y=田1Fi。。F2W1]T。
[0016] 步骤（4)所述的矩阵的为NX4的矩阵Y，所述特征值分解是对yTy进行。
[0017] 步骤（5)所述的特征向量Vmh=[V1V2V3vjT，由yTvmh= 0,获得自优化被控变 量C=ViFi+V2Fiw+V3F200= -V4。
[001引与现有技术相比，本发明的优点在于通过对进口蒸汽压力及产物碱液浓度进行约 束控制和对分离器液位进行稳定控制，将从扰动空间中采样获得的多个扰动情形通过数值 优化算法进行离线优化得到相应的N组输出变量的最优值，然后对由N组输出变量的最优 值构造的矩阵进行特征值分解，最终由最小特征值对应的特征向量与一组输出变量获得自 优化被控变量，从而快速有效确定底层控制回路的自优化被控变量，只需在线跟踪该自优 化被控变量的恒定设定值，就能间接实现强制循环蒸发控制过程的在线实时优化。
【附图说明】
[0019] 图1为强制循环蒸发器的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0020] W下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0021] 本优选实施例W氧化侣拜耳法制取工艺中的蒸发工序为例，其蒸发器为工艺流程 如图1所示的强制循环的单效蒸发器，对稀碱溶液进行浓缩，碱液浓缩生产工艺中强制循 环蒸发控制过程的自优化被控变量的计算方法包括如下步骤：
[0022] (1)对进口蒸汽压力Pi。。和产物碱液浓度X2进行约束控制，对分离器液位L2进行 稳定控制。
[002引其中，X2越大意味着需要蒸发更多的溶剂，该将导致所需蒸汽量、冷却水和累功耗 的增加，因此只有将X,控制在最小值才是最优的，在氧化侣溶出工序中一般X,为42% ;蒸 发器功耗Qi。。受进口蒸汽压力P1。。和循环流量F3影响，增加P1。。有利于减少F3,而减少Fs导 致的成本降低远大于增加Pi。。所导致的成本上升，为降低总成本，p1。。应取蒸发器安全运行 的最大值。对分离器液位L2进行稳定控制，确保强制循环蒸发过程的安全运行，分离器液 位L2设定值在0.8~1.2米。
[0024] (2)选取多个扰动变量，并对所选取的扰动