過(guò)程建模與優(yōu)化控制技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用匯總

1、過(guò)程建模與優(yōu)化控制技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用 (1)環(huán)境污染是當(dāng)今世界備受關(guān)注的嚴(yán)重問(wèn)題之一，污染防治已成為幾乎所有行 業(yè)，特別是工業(yè)界所需解決的緊迫課題，清潔生產(chǎn)策略是解決這一難題的有效 手段。流程工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中普遍存在復(fù)雜的化學(xué)、物理、生化等反應(yīng)，產(chǎn)生 的大量三廢物質(zhì)是造成工業(yè)污染的主源頭。本文首先提出了實(shí)施清潔生產(chǎn)策略 的兩個(gè)層次概念，即通過(guò)產(chǎn)品全生命周期工藝改造方法和生產(chǎn)過(guò)程控制與優(yōu)化 方法。然后針對(duì)流程工業(yè)的特點(diǎn)及其對(duì)清潔生產(chǎn)的求，提出了在流程工業(yè)實(shí)施 面向清潔生產(chǎn)策略的過(guò)程建模、控制與優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用方法。最后以給環(huán)境造成 嚴(yán)重污染壓力的制漿造紙工業(yè)的硫酸鹽制漿過(guò)程為例，介紹了在流程工業(yè)

2、綜合 自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)策略的技術(shù)路線與方法。通過(guò)一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的黑液 蒸發(fā)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和一個(gè)采用實(shí)際操作數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字仿真的連續(xù)蒸煮操作優(yōu) 化例子表明，應(yīng)用過(guò)程建模、優(yōu)化控制等綜合自動(dòng)化技術(shù)，可以在不影響產(chǎn)品 質(zhì)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的前提下，獲得很好的環(huán)境與社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：清潔生產(chǎn)策略 流程工業(yè) 過(guò)程建模 控制與優(yōu)化技術(shù)1 引言1.1 清潔生產(chǎn)的概念工業(yè)化的發(fā)展，一方面推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、滿足人類(lèi)對(duì)物質(zhì)生活不斷增長(zhǎng)的 需求，從而推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展；另一方面，也消耗著地球上大量的自然資源， 并在制造人類(lèi)所需產(chǎn)品的同時(shí)不斷產(chǎn)生各種污染和有害物質(zhì)，成為地球環(huán)境最 大的污染來(lái)源。這是人類(lèi)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的工業(yè)化

3、發(fā)展道路面臨日益嚴(yán)重的環(huán)境污染 之害后逐步形成的共識(shí)。較長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，我國(guó)工業(yè)界(特別是流程工業(yè))走的是以高投入、高消 耗、高污染換取較高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的粗放型發(fā)展道路。這種發(fā)展模式一方面導(dǎo)致資 源和能源利用不合理，另一方面給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染，而環(huán)境和資源所承受的 壓力反過(guò)來(lái)又對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重的制約作用。因此，污染防治已成為我國(guó) 工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)防治污染研究和實(shí)踐的不斷深入，工業(yè)防治 污染方法已逐步從過(guò)去單純進(jìn)行污染物排出后減量化、無(wú)害化處理的末端治理 方式，發(fā)展到在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，包括產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的生 產(chǎn)制造過(guò)程和產(chǎn)品的銷(xiāo)售、服務(wù)及使用等各個(gè)

4、階段，以及從原料、生產(chǎn)工藝、 產(chǎn)品性能等各個(gè)方面全方位考慮減少污染物產(chǎn)生、改善環(huán)境性能、降低成本的 “清潔生產(chǎn)”策略。該策略將綜合預(yù)防污染、考慮環(huán)境保護(hù)的策略持續(xù)地應(yīng)用 于生產(chǎn)以及產(chǎn)品售后的服務(wù)、使用等各個(gè)階段，實(shí)施的目的是在產(chǎn)品的整個(gè)生 命周期內(nèi)全方位地減少污染物產(chǎn)生、改善環(huán)境性能、降低成本。據(jù)國(guó)內(nèi)外推行清潔生產(chǎn)的實(shí)踐報(bào)告，在投入少量資金的條件下，短期內(nèi)即可減少原材料5%-10%污染物排放減少10%-50%經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，并騰出了環(huán)境容量滿足 進(jìn)一步發(fā)展的需 1。因此實(shí)施清潔生產(chǎn)是經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的必由之路。在各個(gè)工業(yè)門(mén)類(lèi)中，以化工、煉油、石化、造紙、冶金等為代表的流程工 業(yè)是污染最為嚴(yán)重的，

5、在這些工業(yè)行業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)策略對(duì)減少工業(yè)對(duì)環(huán)境的 污染尤為重。1.2 清潔生產(chǎn)策略的層次分析清潔生產(chǎn)策略在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)施可以分為兩個(gè)層次。 第一個(gè)層次，是產(chǎn)品整個(gè)生命周期的清潔化，即從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝 （包括工藝原理、設(shè)備、原料等）的選擇到對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品和廢料的處 理以至對(duì)產(chǎn)品的使用和回收都考慮采取減少對(duì)環(huán)境污染的措施。這一層次的清 潔生產(chǎn)策略涉及到具體的工藝過(guò)程，較難總結(jié)出適合于一般工業(yè)過(guò)程的通用技 術(shù)與方法，主應(yīng)在各行業(yè)工藝專(zhuān)家指導(dǎo)下進(jìn)行。此外，這一層次的清潔生產(chǎn)策 略一般改變已有的生產(chǎn)工藝和設(shè)備或者原料，往往耗資巨大，但一旦實(shí)施則效 果顯著。第二個(gè)層次，是在產(chǎn)品的生產(chǎn)全過(guò)程實(shí)

6、施清潔生產(chǎn)策略，即在所確定的工 業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)運(yùn)用測(cè)量、建模、實(shí)時(shí)監(jiān)控、優(yōu)化操作、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng) 管理等綜合自動(dòng)化技術(shù)，利用在流程工業(yè)中已經(jīng)普遍存在的過(guò)程控制系統(tǒng)（如 DCS和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施清潔生產(chǎn)策略，在不降低企業(yè) 經(jīng)濟(jì)效益的前提下，不增加大量投資進(jìn)行工藝和設(shè)備改造，盡量使生產(chǎn)過(guò)程中 產(chǎn)生的污染物或給后續(xù)工段造成的污染處理負(fù)荷盡可能地少，達(dá)到清潔生產(chǎn)的 目的。這個(gè)層次的任務(wù)一般是在管理與控制專(zhuān)家的指導(dǎo)下進(jìn)行，得到的清潔生 產(chǎn)策略適合于大多數(shù)流程工業(yè)過(guò)程，便于實(shí)施與推廣，且投資較少，是第一層 次實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的補(bǔ)充和完善。從觀上看，這兩個(gè)層次的關(guān)系應(yīng)該是相輔相 成、缺一

7、不可的。目前大多數(shù)有關(guān)流程工業(yè)清潔生產(chǎn)策略的研究與應(yīng)用均側(cè)重于第一層次， 如改變化學(xué)反應(yīng)條件，選擇更清潔的原料和能源，改進(jìn)工藝機(jī)理等。除了少數(shù) 專(zhuān)用的污染處理控制系統(tǒng)外，屬于第二個(gè)層次的研究與應(yīng)用還未受到廣泛重 視，例如在各種自動(dòng)化系統(tǒng)與管理系統(tǒng)中自覺(jué)地將清潔生產(chǎn)策略作為研究或應(yīng) 用的對(duì)象等，有關(guān)這方面研究的文獻(xiàn)還不多見(jiàn)。從理論上來(lái)說(shuō)，清潔生產(chǎn)與其 說(shuō)是一種策略，還不如說(shuō)是一種理念和思想。實(shí)施清潔生產(chǎn)，與傳統(tǒng)的先生 產(chǎn)、后治理的方法全然不同，它強(qiáng)調(diào)的是在生產(chǎn)全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)加以規(guī)劃、 控制與管理，使物料和能源消耗最少，使產(chǎn)出的廢物 / 污染物減量化、資源化和 無(wú)害化，同時(shí)能夠從中產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

8、基于上述清潔生產(chǎn)策略的層次分析，本文立足于第二個(gè)層次介紹利用過(guò)程 建模與優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的方法。其基本內(nèi)涵是通過(guò)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 中污染物產(chǎn)生的模型描述，建立考慮減少污染量的綜合優(yōu)化指標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程 施以實(shí)時(shí)監(jiān)視 , 以先進(jìn)的優(yōu)化控制手段，使工業(yè)過(guò)程始終處于產(chǎn)生污染物最少 的最佳操作狀態(tài)。下面分別從建模、控制、優(yōu)化幾個(gè)方面加以闡述。2 過(guò)程建模技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用針對(duì)清潔生產(chǎn)的求，過(guò)程建模技術(shù)主有以下兩方面的應(yīng)用2.1 污染指標(biāo)參數(shù)的軟測(cè)量技術(shù)環(huán)境污染指標(biāo)的檢測(cè)是生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和污染防治的基礎(chǔ)。有效地監(jiān)控生產(chǎn) 過(guò)程中污染物的產(chǎn)生，需大量?jī)r(jià)格低、性能可靠的自動(dòng)檢測(cè)儀表。目前雖然幾 乎所有的

9、環(huán)境污染指標(biāo)都可以通過(guò)化驗(yàn)手段檢測(cè)，國(guó)外也有一些能夠連續(xù)測(cè)量 污染指標(biāo)的自動(dòng)化儀表，但實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)無(wú)法滿足對(duì)污染指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控的求，進(jìn) 口儀表價(jià)格又十分昂貴，多數(shù)工業(yè)企業(yè)難以承受，而國(guó)內(nèi)能夠用于連續(xù)自動(dòng)檢 測(cè)的技術(shù)和儀表還十分缺乏，尤其是在惡劣的自然條件下能夠長(zhǎng)期運(yùn)行并保持 測(cè)量精度的自動(dòng)化儀表更為少見(jiàn)。摘環(huán)境污染是當(dāng)今世界備受關(guān)注的嚴(yán)重問(wèn)題之一，污染防治已成為幾乎所有行 業(yè)，特別是工業(yè)界所需解決的緊迫本篇論文是由3C0M文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站 的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否 者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。解決這一問(wèn)

10、題主有兩條途徑。一是新型環(huán)保測(cè)量?jī)x表的開(kāi)發(fā)研制，包括測(cè) 量原理、敏感元件和高性能信號(hào)變送裝置。目前較為現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)化道路是采用 國(guó)外較為成熟的測(cè)量原理，引進(jìn)或仿制關(guān)鍵的敏感元件，自行開(kāi)發(fā)高性能信號(hào) 變送裝置，從而生產(chǎn)出性能好、價(jià)格低的國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化儀表。國(guó)內(nèi)已有一些廠家 引進(jìn)了國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)污染指標(biāo)測(cè)量?jī)x表，但由于各種原因，質(zhì)量往往不過(guò)關(guān)， 如煙道氣二氧化硫檢測(cè)儀等，較好的解決方法是組織力量對(duì)其進(jìn)行攻關(guān)研究， 解決其中的技術(shù)關(guān)鍵。另一種方法是采用軟測(cè)量技術(shù)。這是一條很有發(fā)展前途 的途徑，目前有很多研究，但總的看來(lái)，研究的方法論多，解決實(shí)際問(wèn)題少。 軟測(cè)量的實(shí)質(zhì)是建立被測(cè)參數(shù)與其他可測(cè)參數(shù)之間關(guān)系的模型

11、，然后根據(jù)可測(cè) 參數(shù)計(jì)算出所需的被測(cè)參數(shù)。因此，必須針對(duì)測(cè)量的污染指標(biāo)踏踏實(shí)實(shí)地研究 其具有一定精度和可靠性的測(cè)量模型。建立污染指標(biāo)軟測(cè)量模型的方法主有兩類(lèi)：一類(lèi)是根據(jù)物理或化學(xué)反應(yīng)動(dòng) 力學(xué)理論，通過(guò)詳盡地機(jī)理分析，找出污染因素與其他變量之間的關(guān)系，建立 含有污染指標(biāo)的機(jī)理模型；另一類(lèi)是在大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史記錄基礎(chǔ)上，通過(guò) 某種算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理，建立起含有污染指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。前一種方法 由于人們往往對(duì)復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的機(jī)理不甚清晰，加上機(jī)理模型中的系數(shù)常常不 易獲得，因而在實(shí)際中單獨(dú)應(yīng)用較少；后一種方法相當(dāng)于是一種黑箱建模方 法，它直接源自于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史累積，不需另外測(cè)試，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程也無(wú)任

12、何 影響，因此仍是常常采用的方法，但由于其是針對(duì)特定工藝條件回歸，具有較 大的局限性。更有效的方法是，對(duì)特定的過(guò)程深入研究其過(guò)程機(jī)理，在經(jīng)驗(yàn)?zāi)?型的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)理與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模型的修正。2.2 與生產(chǎn)過(guò)程技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)關(guān)聯(lián)的污染指標(biāo)模型 一般的控制系統(tǒng)是以被控變量的穩(wěn)定或產(chǎn)品質(zhì)量的達(dá)標(biāo)為目的，而與此不 太相同的是，在本文提出的策略中，清潔生產(chǎn)的目的是應(yīng)該在保證原有產(chǎn)品質(zhì) 量指標(biāo)不變的條件下，針對(duì)車(chē)間或工段的污染物優(yōu)化指標(biāo)作局部的最小量化， 將優(yōu)化的結(jié)果用于確定過(guò)程控制級(jí)各相關(guān)控制變量的最佳設(shè)定值。而達(dá)到這個(gè) 目標(biāo)，必須建立與生產(chǎn)過(guò)程技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)關(guān)聯(lián)的、含有污染物變量的數(shù) 學(xué)模型，給出

13、合適的使污染物最小量化的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，然后可以選擇某種優(yōu) 化的算法求解，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施。這種模型是以往人們常常忽視 的，而且也往往更為困難，因?yàn)槟Ｐ偷男问礁哂卸鄻有裕粌H有機(jī)理模型、 辨識(shí)模型等數(shù)值模型，而且可能會(huì)有語(yǔ)言模型、規(guī)則模型等智能模型。近年 來(lái)，對(duì)以人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) (Artificial Neural Network, ANN) 為代表的智能過(guò) 程建模及其控制系統(tǒng)的研究成為一大熱點(diǎn)。這是因?yàn)锳NN具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力或者說(shuō)是自適應(yīng)能力；其本身是非線性的，可以通過(guò)學(xué)習(xí)達(dá)到以所求的非線性 形狀來(lái)模擬對(duì)象模型，并且適合多輸入多輸出系統(tǒng)。因此用它來(lái)建立復(fù)雜工業(yè) 過(guò)程中含有污染量指

14、標(biāo)的模型值得研究與嘗試，特別是將ANN建模和機(jī)理建模結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮它們的各自?xún)?yōu)勢(shì)，建立機(jī)理與 ANN的混合模型，以達(dá)到比經(jīng)典 參數(shù)估計(jì)方法柔性更好，而比黑箱式 ANN建模更易推廣的目的。3 過(guò)程控制技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用3.1 清潔生產(chǎn)策略需性能更好的過(guò)程控制系統(tǒng)加以保證從上面的簡(jiǎn)述可以看出，基于過(guò)程建模、控制與優(yōu)化的清潔生產(chǎn)策略的實(shí) 現(xiàn)一般是以不改變生產(chǎn)工藝作為前提的，它只是在工藝允許的條件下改變操作 變量，以達(dá)到使污染物產(chǎn)生最小量化的目的。對(duì)于已有的過(guò)程控制系統(tǒng)而言， 它首先必須完成保證生產(chǎn)正常進(jìn)行、產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)的任務(wù)，其次才是兼顧清潔 生產(chǎn)策略的實(shí)現(xiàn)。由于清潔生產(chǎn)策略的特殊性，可能存在模

15、型更為復(fù)雜、優(yōu)化 性能指標(biāo)計(jì)算繁瑣等原因，清潔生產(chǎn)策略對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的性能提出了更高的 求，以保證在工藝允許的條件下清潔生產(chǎn)策略的實(shí)施，最大程度地減少污染物 的產(chǎn)生，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。在這樣的系統(tǒng)中，清潔生產(chǎn)的優(yōu)化指標(biāo)可以和 考慮整個(gè)企業(yè)全局運(yùn)行最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)，諸如能源消耗、生產(chǎn)率及其它因素的 優(yōu)化經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等一起考慮，理想的結(jié)果是既獲得環(huán)境效益，又獲得經(jīng)濟(jì)效益， 而不應(yīng)忽視其中一項(xiàng)。3.2 過(guò)程控制系統(tǒng)面向清潔生產(chǎn)事半功倍目前，自動(dòng)控制系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不 可缺少的部分。DCS等先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)在相應(yīng)的模型、控制和優(yōu)化軟件支 持下能夠保證生產(chǎn)過(guò)程的安全平穩(wěn)、優(yōu)

16、質(zhì)高產(chǎn)。但除少數(shù)專(zhuān)用的污染處理過(guò)程 控制系統(tǒng)外，一般不將污染量作為控制目標(biāo)，這實(shí)際上是資源的一種嚴(yán)重浪 費(fèi)。從污染物產(chǎn)生的源頭看，目前的許多工業(yè)污染物產(chǎn)生在生產(chǎn)過(guò)程的中間環(huán) 節(jié)(例如因必需的化學(xué)和 /或物理過(guò)程中產(chǎn)生的廢物等)，當(dāng)還沒(méi)有或不可能找 到完全杜絕污染產(chǎn)生的清潔生產(chǎn)工藝方式時(shí)，如果能夠利用自動(dòng)控制領(lǐng)域中日 趨成熟的建模、控制以及優(yōu)化技術(shù)，在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)通過(guò)已有的過(guò)程控制系統(tǒng)(如DCS系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行考慮減少污染的綜合優(yōu)化控制，就 可以在不增加大量投資進(jìn)行工藝和設(shè)備改造的情況下大大減少污染的產(chǎn)生，達(dá) 到清潔生產(chǎn)的目的。這是一種投資省、見(jiàn)效快的實(shí)施清潔生產(chǎn)策略方法，是第 一

17、層次實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的補(bǔ)充和完善。這樣做一方面將充分發(fā)揮自動(dòng)化系統(tǒng)的潛 在功能，另一方面則把清潔生產(chǎn)的概念引入一個(gè)更廣泛的應(yīng)用空間，達(dá)到事半 功倍的目的。4 過(guò)程優(yōu)化與綜合自動(dòng)化技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用4.1 面向生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)過(guò)程操作優(yōu)化技術(shù)清潔生產(chǎn)的概念需落實(shí)到生產(chǎn)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，優(yōu)化與控制也必須考慮 到每一個(gè)環(huán)節(jié)。由于復(fù)雜的流程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中普遍存在化學(xué)、物理、生化反 應(yīng)，存在著相變以及物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)換與傳遞；生產(chǎn)往往處于伴隨著高溫、高 壓、低溫、真空、易燃、易爆、有毒污染等環(huán)境中；產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)過(guò)程條件 求苛刻，所以必須對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督控制，因此面向清潔生產(chǎn)的優(yōu)化與 控制應(yīng)該直接面對(duì)

18、過(guò)程、建立在車(chē)間或工段一級(jí)的監(jiān)督控制層與過(guò)程優(yōu)化層， 從生產(chǎn)裝置一級(jí)就提出含有清潔生產(chǎn)策略的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并在該裝置的基礎(chǔ) 過(guò)程控制系統(tǒng)中加以實(shí)施。具體地說(shuō)，裝置級(jí)的控制系統(tǒng)根據(jù)上一層的調(diào)度指 令實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化操作、先進(jìn)控制以及對(duì)故障的及時(shí)診斷與處理，使過(guò)程操 作始終處于最佳工作點(diǎn)附近。在這一層實(shí)施清潔生產(chǎn)策略是希望在保障生產(chǎn)安 全操作、產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)量不變、提高或保障同等經(jīng)濟(jì)效益的前提下，針對(duì)本工段 的廢物/ 污染物采取有效措施，使其產(chǎn)生的處理負(fù)荷量最小。摘環(huán)境污染是當(dāng)今世界備受關(guān)注的嚴(yán)重問(wèn)題之一，污染防治已成為幾乎所有行 業(yè)，特別是工業(yè)界所需解決的緊迫本篇論文是由3C0M文檔頻道的網(wǎng)友為您在

19、網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站 的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否 者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。4.2面向全流程或企業(yè)的綜合自動(dòng)化技術(shù) 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的全球化，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也必然愈來(lái)愈劇烈，建立集監(jiān)督控 制、在線優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理、經(jīng)營(yíng)決策等功能于一體的計(jì)算機(jī)集成制 造系統(tǒng) CIMS( Computer Integrated Manufacturing Systems )或綜合自動(dòng)化 系統(tǒng)，形成節(jié)能降耗、少投入多產(chǎn)出的高效生產(chǎn)模式，已逐步成為流程工業(yè)自 動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。隨著對(duì)CIMS研究與應(yīng)用的深入，也由于日益增長(zhǎng)的環(huán)境壓力，一些從事

20、 CIMS研究與應(yīng)用的專(zhuān)家學(xué)者已開(kāi)始致力于對(duì)清潔生產(chǎn)的研究，在CIMS環(huán)境中采用綜合自動(dòng)化技術(shù)實(shí)施清潔生產(chǎn)的重性與前景逐漸展現(xiàn)在人們面前 2-5 。而對(duì) 于流程工業(yè)來(lái)說(shuō)，推行清潔生產(chǎn)更是非常重且勢(shì)在必行。建立流程CIMS的目的是將信息流、物料流、資金流以及人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)等 素有機(jī)地集成，使企業(yè)所有生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等活動(dòng)都圍繞著獲取盡可能大的經(jīng)濟(jì)效 益目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行。根據(jù)流程工業(yè) CIMS的體系結(jié)構(gòu)，可以將流程 CIMS劃分為企 業(yè)決策、經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、過(guò)程優(yōu)化及監(jiān)督控制的遞階控制結(jié)構(gòu)。由 前面的清潔生產(chǎn)策略層次分析可以發(fā)現(xiàn)，在 CIMS遞階結(jié)構(gòu)中的每一級(jí)都可結(jié)合 該級(jí)的功能和任務(wù)，在提高或不影

21、響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的前提下，基于各種先進(jìn)的 綜合自動(dòng)化技術(shù)，提出面向清潔生產(chǎn)的優(yōu)化策略和實(shí)施技術(shù)方案，從而使清潔 生產(chǎn)策略成為流程CIMS的一個(gè)有機(jī)組成部分，并與整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)、 經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境保護(hù)措施緊密相關(guān)。文 6 詳細(xì)地分析了流程工業(yè)的特點(diǎn)及其 對(duì)清潔生產(chǎn)的迫切需求，然后提出了在流程工業(yè) CIMS中各個(gè)層次實(shí)施面向清潔 生產(chǎn)的優(yōu)化策略。4.3 制漿造紙廠應(yīng)用綜合自動(dòng)化技術(shù)實(shí)施清潔生產(chǎn)策略的例子 制漿造紙工業(yè)是造成環(huán)境污染最嚴(yán)重的行業(yè)之一，而制漿產(chǎn)生的污染又占 整個(gè)行業(yè)污染負(fù)荷的 80%以上。同時(shí)，制漿還是木材、化學(xué)品、水、電等原材 料和能源的消耗大戶，下面就以制漿工業(yè)過(guò)程為例說(shuō)明采

22、用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)施清 潔生產(chǎn)帶來(lái)的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。4.3.1 蒸煮過(guò)程中面向清潔生產(chǎn)的優(yōu)化策略前道工序分離出來(lái)的廢液 （俗稱(chēng)黑液 ）是造成制漿過(guò)程污染的主原因，其主 含量是堿 （以氫氧化鈉和硫化鈉為主 ）。雖然后續(xù)的堿回收工藝可以對(duì)黑液進(jìn)行 處理，回收其中的堿重復(fù)利用。但一方面回收率不可能達(dá)到100%（況且許多企業(yè)沒(méi)有堿回收裝置 ）；另一方面減輕后續(xù)工段的負(fù)荷本身就是清潔生產(chǎn)的指標(biāo)之 一。因此本工段選擇蒸煮過(guò)程的用堿量作為污染變量，建立含有污染控制變量 的數(shù)學(xué)模型，在蒸煮過(guò)程中優(yōu)化工藝操作參數(shù)，使成漿在滿足質(zhì)量指標(biāo)的同 時(shí)，盡可能地降低堿的用量，從而減少堿回收裝置的負(fù)荷和堿的流失。由于蒸煮機(jī)

23、理復(fù)雜，難以建立其精確的機(jī)理模型。筆者針對(duì)實(shí)際的 Kamyr 連續(xù)蒸煮器 , 由某廠實(shí)際操作數(shù)據(jù)回歸得到包含污染控制變量模型中的各常 數(shù)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化得到生產(chǎn)操作參數(shù)一一初始?jí)A用量Es和蒸煮溫度T的最佳設(shè)定值。將優(yōu)化結(jié)果與平常采用的操作參數(shù)相比，考慮清潔生產(chǎn)策略時(shí)的堿用 量、回收裝置的負(fù)荷和堿的流失最多可減少 5.4%，最少可減少 4.4%。若以該廠 日產(chǎn)風(fēng)干漿380噸、硫化度為27%- 30%勺Kamyr連續(xù)蒸煮器為例，并假設(shè)后續(xù) 工段的堿回收率為 90%，則通過(guò)優(yōu)化操作，每天在回收過(guò)程中損失的堿可以減 少 0.68 噸。在環(huán)境效益明顯的情況下，同時(shí)還可獲得年收益為 42萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì) 效益7

24、 。4.3.2 蒸發(fā)過(guò)程中面向清潔生產(chǎn)的優(yōu)化策略 另一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子來(lái)自于同一個(gè)企業(yè)蒸煮過(guò)程的后續(xù)工段 - 黑液蒸發(fā)過(guò)程。在制漿過(guò)程，經(jīng)蒸煮、洗選之后的黑液含水量達(dá)80以上。按目前普遍采用的黑液燃燒法進(jìn)行堿回收，對(duì)于這樣的稀黑液，必須首先通過(guò)蒸發(fā)工段去 除其中的大部分水分，使稀黑液濃縮成為符合燃燒求的濃黑液（含固形物50左右）之后，才能送至后續(xù)的堿回收爐燃燒，從而回收黑液中的堿。在黑液蒸發(fā)過(guò)程諸多的工藝參數(shù)中，出效的黑液濃度最為重，若它低于某 個(gè)值，送到后續(xù)燃燒爐后將可能由于黑液不能燃燒而導(dǎo)致燃燒爐熄火，影響整 個(gè)回收過(guò)程的正常生產(chǎn)；但濃度也不能偏高，否則會(huì)帶來(lái)其它問(wèn)題，如粘度過(guò) 大可能導(dǎo)致

25、黑液無(wú)法正常流動(dòng)等。在這一工段，面向清潔生產(chǎn)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)與生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的控制目 標(biāo)是一致的，因此，黑液蒸發(fā)過(guò)程計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)便是盡可能 地提高生產(chǎn)效率及控制精度，實(shí)現(xiàn)最佳工作點(diǎn)的 " 卡邊" 控制。按此思想設(shè)計(jì)的 黑液濃度優(yōu)化控制系統(tǒng)已投入實(shí)際運(yùn)行多年。該系統(tǒng)明顯地改善了蒸發(fā)過(guò)程工 藝運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了生產(chǎn)效率，降低了能源消耗，增加了堿回收率，并大 幅度地?cái)U(kuò)大了生產(chǎn)能力，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用周期，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境 效益和社會(huì)效益 8 。4.3.3 堿回收爐面向清潔生產(chǎn)的優(yōu)化操作 加拿大一家紙漿廠運(yùn)用了先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)對(duì)堿回收爐進(jìn)行面向清潔生產(chǎn) 的優(yōu)

26、化操作，不僅減少了約 80%的殘堿污染排放，而且提高設(shè)備的黑液處理能 力 11.5%，同時(shí)每年節(jié)省燃料和原料成本達(dá) 42.5 萬(wàn)美元 9 。5 實(shí)施清潔生產(chǎn)策略的困難、對(duì)策與基礎(chǔ)盡管將過(guò)程建模與優(yōu)化控制技術(shù)應(yīng)用于清潔生產(chǎn)具有廣闊的前景，可以將 對(duì)清潔生產(chǎn)的研究與應(yīng)用拓寬到一個(gè)更廣泛的空間，但在具體實(shí)施時(shí)，還會(huì)遇 到相當(dāng)多的困難。首先，由于傳統(tǒng)上在進(jìn)行工業(yè)過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)主產(chǎn)品工藝考慮比較 仔細(xì)，機(jī)理比較明確，而對(duì)副產(chǎn)品及廢棄物工藝則往往不甚清楚，因此面向清 潔生產(chǎn)的過(guò)程建模難度更大。其次，由于復(fù)雜工業(yè)過(guò)程一般都有流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，加之面向清 潔生產(chǎn)的優(yōu)化策略需落實(shí)到生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)過(guò)程的每

27、一個(gè)環(huán)節(jié)，因此面向清潔生產(chǎn) 的優(yōu)化策略所涉及的問(wèn)題一般都具有較大的規(guī)模，更具復(fù)雜性。再者，在一個(gè)企業(yè)中，面向清潔生產(chǎn)的優(yōu)化策略在各個(gè)控制、優(yōu)化、計(jì) 劃、調(diào)度等子系統(tǒng)中一般并非單獨(dú)存在，而是與現(xiàn)有的以生產(chǎn)的安全、優(yōu)質(zhì)、 高產(chǎn)為目標(biāo)的各子系統(tǒng)并存，且有可能由于目標(biāo)的不一致，兩種系統(tǒng)之間存在 矛盾與沖突，因此必須考慮多目標(biāo)優(yōu)化與多任務(wù)協(xié)調(diào)問(wèn)題，同時(shí)其實(shí)時(shí)性也不 容忽視。對(duì)于上述問(wèn)題，采用傳統(tǒng)的方法往往難以解決，一種比較理想的解決方案 是采用近年來(lái)正日益受到重視的以多智能體( Multi Agent )技術(shù)為代表的分布 式智能系統(tǒng)進(jìn)行描述。由于所有實(shí)際系統(tǒng)在本質(zhì)上都是分布式的，而基于 Agent 所特

28、有的自治 性、交互性、協(xié)作性以及可通訊性等特點(diǎn)，有可能將具有不同知識(shí)與能力的人 及具有不同智能程度的系統(tǒng)放在統(tǒng)一的智能體的概念下來(lái)進(jìn)行研究。通過(guò)各智 能體(有可能是異構(gòu)型的)間的通訊、合作、互解、沖突、協(xié)調(diào)、調(diào)度、管理 及控制來(lái)表達(dá)具有清潔生產(chǎn)優(yōu)化策略的實(shí)際結(jié)構(gòu)、功能及行為特性。由于多智 能體技術(shù)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)具有無(wú)可比擬的表達(dá)力，從而為實(shí)際CIMS中面向清潔生產(chǎn)的優(yōu)化策略研究提供了一種統(tǒng)一的框架。初步的研究結(jié)果已證明了這點(diǎn)摘環(huán)境污染是當(dāng)今世界備受關(guān)注的嚴(yán)重問(wèn)題之一，污染防治已成為幾乎所有行 業(yè)，特別是工業(yè)界所需解決的緊迫本篇論文是由3C0M文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站 的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否 者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。10。除了上述困難與對(duì)策外，必須意識(shí)到的是，采用綜合的自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)清 潔生產(chǎn)策略的基礎(chǔ)是先進(jìn)的面向污染指標(biāo)的檢測(cè)技術(shù)和儀器儀表，而這一點(diǎn)正 是目前國(guó)內(nèi)普遍存在的薄弱環(huán)節(jié)，是儀器儀表行業(yè)需努力的方向。6結(jié)論隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)現(xiàn)代化步伐加快，人類(lèi)面臨的環(huán)境壓力日益加大。 本文首先提出了實(shí)施清潔生產(chǎn)策略的兩個(gè)層次概念，然后針對(duì)流程工業(yè)的特點(diǎn) 及其對(duì)清潔生產(chǎn)的求，提出了在流程工業(yè)實(shí)施面向清潔生產(chǎn)策略的過(guò)程建模、 控制與優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用方法