氧化鋁蒸發(fā)過程的建模與控制方法的研究.pdf

1、氧化鋁是電解鋁生產(chǎn)的主要原料，而且各種特殊性能的氧化鋁也廣泛應(yīng)用于電子、石化、制藥、材料、造紙、軍事、航天等行業(yè)，因此，氧化鋁的生產(chǎn)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。蒸發(fā)過程是氧化鋁工藝中重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，其主要作用是將溶液中多余的水分蒸發(fā)掉，使其中的苛性堿濃度達(dá)到工藝規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)，從而使得堿液達(dá)到循環(huán)利用的目的。蒸發(fā)過程的產(chǎn)品質(zhì)量的合格與否直接影響著其他工序如磨礦過程和溶出過程，并最終影響整個氧化鋁的產(chǎn)品質(zhì)量。因此研究該過程的建模與控

2、制方法的研究具有重要的意義。
　　氧化鋁蒸發(fā)過程是由六效逆流蒸發(fā)系統(tǒng)、四級閃蒸蒸發(fā)系統(tǒng)和強(qiáng)制效蒸發(fā)系統(tǒng)組成。其中的強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)過程和六效逆流蒸發(fā)過程存在著強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合等綜合復(fù)雜特性。采用已有的控制方法容易導(dǎo)致蒸發(fā)器液位出現(xiàn)大的波動，并且密度回路不易快速跟蹤系統(tǒng)的設(shè)定值。這非常不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，并且產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證，很難滿足實際生產(chǎn)過程的要求。
　　本文結(jié)合“鄭州氧化鋁廠70萬噸拜耳法氧化鋁綜合自動化系統(tǒng)”的工程項

3、目，針對鄭州氧化鋁廠的蒸發(fā)過程這一典型的流程工業(yè)過程，在保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定的前提下，以將改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)、提高系統(tǒng)的控制性能和系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量以及提高蒸發(fā)效率為目標(biāo)，開展了蒸發(fā)過程中強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)和六效逆流蒸發(fā)系統(tǒng)的建模與控制方法的研究。本文取得的主要研究成果可歸納如下:
　　(1)針對強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)這一復(fù)雜工業(yè)過程，根據(jù)系統(tǒng)的物料平衡和熱量衡算的內(nèi)在機(jī)理，建立了強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)中的以出料流量和加熱蒸汽流量為輸入，出料密度與強(qiáng)制

4、效蒸發(fā)液位為輸出的動態(tài)模型，并根據(jù)實際數(shù)據(jù)驗證了所建模型的正確性。
　　(2)針對強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)這一多變量、強(qiáng)耦合、參數(shù)不確定的強(qiáng)非線性的工業(yè)過程，提出了基于廣義預(yù)測控制的非線性自適應(yīng)解耦控制策略。該自適應(yīng)解耦控制器是由線性自適應(yīng)解耦控制器、非線性自適應(yīng)解耦控制器和切換機(jī)制組成。線性自適應(yīng)解耦控制器可以保證閉環(huán)系統(tǒng)的輸入輸出穩(wěn)定，非線性自適應(yīng)解耦控制器可以提高系統(tǒng)的暫態(tài)性能。通過上述兩種控制器的切換，保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定同時改善系

5、統(tǒng)的控制性能。
　　(3)針對強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)中兩個串級回路間存在的強(qiáng)耦合、參數(shù)不確定和非線性等問題，以強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)和底層動態(tài)閥門作為廣義對象，將所提出的非線性廣義預(yù)測切換自適應(yīng)解耦控制方法實現(xiàn)了上述工業(yè)過程中的解耦控制。通過仿真實驗表明上述控制方法不僅消除了回路間的耦合，而且所提控制方法在系統(tǒng)出現(xiàn)大的擾動和不確定性的前提下，具有較強(qiáng)的魯棒性，在穩(wěn)定生產(chǎn)的同時提高了蒸發(fā)的效率。
　　(4)針對六效逆流蒸發(fā)系統(tǒng)這一復(fù)雜工業(yè)