改进多目标粒子群优化算法在间歇蒸煮过程中的应用

摘
Application of improved multiobjective particle swarm optimization algorithm in batch cooking process
DIAO Dongyu ， CAO Zhengfeng
( Nari Technology Development Limited Company， Nanjing Jiangsu 210061 ， China)
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Abstract: For batch cooking process were analyzed the modeled respectively， the models of pulp quality， pollution index and pulping cost were established， which constitute a multiobjective optimization problem． On the basis of typical multiobjective optimization algorithm named NSGAⅡ， using the message passing mechanism of the particle swarm algorithm to solve， the new algorithm adopted the probability sampling thought of distribution estimation algorithm to generate new gbest in the chioce of the global extremum selection． Finally the improved algorithm was simulated and compared to the actual parameters， showing that the actual production in energy consumption and pollution index exist room for improvement． Key words: multiobjective; Particle Swarm Optimization ( PSO) ; batch cooking; distribution estimation algorithm 随着人们环境保护观念的不断增强， 可持续发展已经成 为现代企业的立身之本 。制浆造纸企业作为国民经济的重要 组成部分， 由于其生产工艺存在许多物理化学变化， 因此一直 存在高污染、 高能耗的难题。 本文以硫酸盐法制浆中常见的 建立了纸浆质量、 污 卡米尔（ Kamyr） 连续蒸煮器为研究对象， 染指标和生产成本的多目标优化数学模型， 并采用改进的多 目标粒子群优化算法对该模型进行了优化 。 小， 纸浆的质量越高， 因此纸浆质量目标函数为： f1 = min（ K） 1． 2
Journal of Computer Applications 计算机应用，2012，32( S2) : 57 － 60 文章编号： 1001 － 9081 （ 2012 ） S2 － 0057 － 04
ISSN 1001-9081 CODEN JYIIDU
2012-12-31 http: / / www． joca． cn
考虑到把 E f 作为自变量， 因此污染指标目标函数为： f2 = min（ E f ） （ 6） 制浆成本目标函数 3］ 文献［ 较为全面地考虑了制浆生产成本的问题， 综合 碱消耗量和蒸煮过程中蒸汽消 计算了蒸煮过程的纸浆得率 、
改进多目标粒子群优化算法在间歇蒸煮过程中的应用
刁东宇 ， 曹正锋
（ 国电南瑞科技股份有限公司，南京 210061 ） ( * 通信作者电子邮箱 ddy8322@ gmail． com)
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要： 对间 歇蒸煮 过程 进行 了分析建模， 分 别 建 立 了 纸浆 质 量、 污染 指 标 和制 浆 成 本 三 个 数 学 模型， 从 而 构成 多目标优化问题。在典型的多目标优化算法 NSGAⅡ 的基 础 上， 采 用 粒 子 群 算法的 消 息 传 递 机制 来 进行求 解， 新算 法在全局极值的选择上借鉴了分布估计算法的概率抽样 思想来 产生 新 的 gbest。 最 后 就 该 算法 进行 了 仿 真计 算并和 实际参数进行了对比， 说明实际生产在能耗和污染两项指标上确实存在改进的余地。 关键词： 多目标; 粒子群; 间歇蒸煮; 分布估计算法 中图分类号： TP301 文献标志码： A
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（ 4）
污染指标目标函数 2］ ， 蒸煮塔产生的蒸煮废液中含有大量的碱， 根据文献［
在蒸煮过程大量脱木素阶段， 初始碱浓度 E s 和残碱浓度 E f 与 卡伯值有如下关系： K = aE s + bE f + c （ 5）
1
1． 1
间歇蒸煮过程优化问题
1． 3
纸浆质量目标函数 纸浆的质量指标主要是指纸浆中木素的含量， 通常用卡伯 ［ 1 ］ 值 （ Kappa） 来表示。卡伯值的具体数学定义如式（ 1） 所示： αD β （ 1） K = μ δ H Ef 其中： α， 可以通过实际蒸煮过程回归获 β， μ 和 δ 为常系数， 得； D 为蒸煮白液与原料木材的质量比（ g / g） ； E f 为残碱浓度 （ g / L） ； H 为 H 因子， 由各锅温度通过积分运算求得， 具体描 述如式（ 2 ） 所示。 29 003 29 003 1 tf 43． 18 －1． 8T 1 43． 18 －1． 8T + 491 ． 69 dt = + 491 ． 69 ·t H = e e f （ 2） 60 0 60 T 为蒸煮温度。把式（ 2 ） 代入到式 其中： t f 为蒸煮结束时间， （ 1 ） 中可得： 29 003 αD β ·60 μ （ 3） K = ·e － μ ( 43． 18 －1． 8T +491． 69 ) δ tμ f Ef T， Ef ） ， K越 由此可以得到 K ～ （ t f ， 对于纸浆质量来说，