本文综述了纸页干燥过程建模、模拟与优化的研究现状,并针对前人研究的不足和生产实际的需求,把解决造纸机干燥部过程状态监控和能效运行优化作为研究目标,重点探索了纸页干燥过程数学模型建立、模拟系统搭建以及过程运行优化的系统方法。深入干燥部纸页干燥过程现场调研,利用能效测试诊断方法对干燥部生产现场能量系统测试,提出了一种基于测试数据的干燥部能效定量评价方法,完善了现有能效测试诊断方法的不足。初步探究了纸页干燥机理。应用新的低场核磁共振测试手段,验证了纸页中的水分有三种不同存在形式,即存在游离水、毛细管水和结合水,并定量描述了纸页中不同形式水分在干燥过程中的变化规律,进而分析了纸页在不同干燥阶段的干燥机理。基于干燥曲线设计了一种蒸发热的快速测定方法,可以用于定量描述纸页在不同干燥阶段水分蒸发的耗能水平。基于质量守恒和能量守恒基本原理,采用序贯模块法的思路构建了纸页干燥过程模拟系统的数学模型。根据干燥部的实际运行特征,将整个模拟系统模型划分为4个关键子系统模型以及15个功能模块,并添加了干燥部评价系统功能模块(DAS)。在此基础上建立了各功能模块的数学模型,选用实际生产过程中容易获取的变量作为模型输入变量,通过将蒸汽、纸页和空气三者间的传热传质过程模型联立解耦,解决了纸页干燥过程模型某些边界条件难确定的问题。在MATLAB软件平台上把上述干燥过程模拟系统模型转换成计算机上可执行的程序,开发了纸页干燥过程模拟器PDS.Lab。模拟器PDS.Lab满足以下几点需求:(1)实现对干燥部纸页干燥过程模型的求解;(2)针对某一具体干燥部对象,能够通过便捷的操作,快速搭建该干燥部模拟器,通过配置当前工艺信息能实现对该干燥部的模拟;(3)模拟器的评价系统,可对当前干燥部能量运行状态做出评价;(4)过程关键信息做可视化设计,直观展现干燥部相关参数。应用模拟器PDS.Lab不仅可以实现对干燥部纸页干燥过程的模拟监控,弥补现有监控系统的不足,而且可以为分析干燥部的运行状态(干燥能力、能源效率和运行效率等)提供一个方便快捷的工具,帮助企业科学理解干燥部纸页干燥过程并辅助操作人员对干燥部进行模拟监控和调节。应用SQP优化算法在模拟器PDS.Lab基础上进行了干燥部能效运行优化研究,建立了以能源成本为目标函数,以主蒸汽段蒸汽压力,各段蒸汽压差,送风机的功率负载,排风机的功率负载,送风温度为决策变量的干燥部能效优化模型。与此同时,对能效优化模型的约束条件作了系统分析,提出了包括纸页干度、露点、气罩平衡约束、排风湿度、设备能力等约束条件。在模拟优化实例研究中,优化结果对电耗、汽耗、能源成本都有改善。应用上述优化模型,探讨了车速、定量和环境温湿度发生变化时,干燥部最优操作工艺的变化情况。研究发现当定量、车速发生变化时由于产量的变化导致蒸发负荷也发生变化,优化最优条件的变化呈现了一定的规律性,蒸发负荷增加蒸汽压力一般都要增大,反之则减小;而当环境温湿度发生变化时,由于受露点约束的影响,最优操作条件的变化则会复杂很多,特别是送排风机的电机负荷和送风温度,人为很难做出最优化决策,需要经过科学的优化计算。本研究开发的纸页干燥过程模拟器PDS.Lab的上述功能仅可用于离线、“非实时”的过程模拟与优化。虽然模拟结果能够反映过程变量的变化规律,但是数值大小上仍然与实测值仍然存在一定的偏差。后续的研究可以在现有工作的基础上探索提高模型模拟精度的方法以及研发实时在线过程模拟系统。