中型轧钢厂连续加热炉各段供热优化研究

以唐钢中型厂轧钢加热炉为研究对象,从炉子结构、技术性能及传热、散热机理出发,以燃耗最小为优化目标,建立了机理与实验想结合的优化数学模型.该模型在计算机上进行了模拟计算,获得了在不同产量下的各段热负荷分配曲线,为加热炉数模优化控制提供了重要参考依据.     

加热炉数学模型的建立及其计算机仿真

从机理分析入手，应用离散状态方程近似地描述分布参数系统的模型化方法，建立了推钢式连续加热炉的数学模型，并进行了仿真研究，得出重要结论，为实现加热炉优化控制奠定了基础。     

加热炉待轧时炉温模糊决策

基于对加热炉动态过程受控特征分析,将数学模型方法、模糊控制理论和模糊优化方法应用于加热炉动态过程炉温优化及控制研究.建立了加热炉待轧时炉温模糊优化模型,构造了以钢坯导热机理模型为基础的炉温在线模糊控制决策系统.在此基础上对典型待轧过程进行了炉温控制决策的计算机数值仿真.结果表明,炉温模糊决策结果使在炉钢坯获得了满意的控制效果.本文的模型方法可以有效地应用于加热炉控制系统.     

轧钢加热炉节能理论及提效方案规划与评价

对轧钢加热炉生产过程的能效分析评价是开展加热炉节能工作和发展加热炉节能技术的基础.针对加热炉的能效问题,建立了包含加热炉热流、流分析的能效分析模型,以热效率、效率、标准燃料消耗量作为能效评价指标,对加热炉实际生产案例进行了能效评估;结合加热炉所处热轧流程的工作特点具体分析加热炉能量损失原因,将其划分为可避免能量损失与不可避免能量损失,前者为加热炉前后工序的不匹配引起的能量损失,后者为加热炉在理想工序匹配条件下由于设备工作过程固有限制而引起的能量损失;根据能量损失原因相应地提出工序匹配和余热回收这两种能效优化技术方法,利用两种方法对加热炉实际生产案例进行了能效优化分析,并以节能率、优化后加热炉的标准燃料消耗量为评价指标对优化结果进行评价,结果显示两种方法的节能率分别为7.71%和14.69%,优化后加热炉的标准燃料消耗量分别为47.29 kg/t(标煤)和44.29 kg/t(标煤),两种方法可同时应用于加热炉的能效优化,同时使用时,其综合节能率为23.56%,加热炉热效率由49.36%升至60.99%,效率由41.83%升至47.11%,标准燃料消耗量由51.12 kg/t(标煤)降至40.98 kg/t(标煤).     

基于热力学混合遗传算法的加热炉炉温优化研究

针对加热炉生产过程中钢坯入炉温度、规格尺寸、钢坯种类等生产工况经常会发生改变,导致基本遗传算法存在早熟等现象,提出一种基于热力学的混合遗传算法.基于钢坯加热过程的机理模型,建立了钢坯温度预报模型,依据加热炉工艺生产要求,建立了加热炉炉温优化模型.为了提高遗传算法的求解精度和计算效率,在遗传算法交叉算子设计过程中加入内能、熵和自由能的思想,改进了传统遗传算法;同时在经典的遗传算法基础上加入模拟退火算法构成了基于热力学的混合遗传算法,并用于求解加热炉炉温优化问题,克服了传统遗传算法的不足.实验结果表明,该方法能够有效地求解加热炉炉温优化问题,是可行的、有效的.     

天然气加热炉内介质水非稳态耦合热流场研究

设计制造高效节能的加热气化设备是油气工业中迫切需要解决的问题。本文深入研究天然气加热炉传热机理,开创性地构建了大空间非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合传热模型,求解水作为中间载热介质的天然气加热炉内非稳态耦合热流场,并通过天然气加热、传热流动试验平台,对边界条件进行试验校准并验证了数值分析模型的正确性。结果显示,加热炉内流场不均,整体循环不佳,加热炉的启动时间为2.5 h,加热效率仅为83.5%,介质参与性辐射占总传热量的24.5%。显然,传统加热炉结构有待优化,且介质参与性辐射影响不可忽略。     

天然气加热炉内介质水非稳态耦合热流场研究

设计制造高效节能的加热气化设备是油气工业中迫切需要解决的问题。本文深入研究天然气加热炉传热机理,开创性地构建了大空间非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合传热模型,求解水作为中间载热介质的天然气加热炉内非稳态耦合热流场,并通过天然气加热、传热流动试验平台,对边界条件进行试验校准并验证了数值分析模型的正确性。结果显示,加热炉内流场不均,整体循环不佳,加热炉的启动时间为2.5 h,加热效率仅为83.5%,介质参与性辐射占总传热量的24.5%。显然,传统加热炉结构有待优化,且介质参与性辐射影响不可忽略。     

高棒车间加热制度的优化

本文主要通过分析钢坯在炉内氧化铁皮的形成机理,分析找出影响钢坯产生氧化烧损的主要因素,提出利用控制加热炉炉内气氛、降低加热炉的最高炉温和降低钢坯的加热时间等方法来减少钢坯在炉内的氧化烧损.结合高棒车间投产初期加热炉炉温控制所存在的问题,优化得到高棒车问的加热制度,并严格控制加热炉各段的空气过量系数,确实有效的降低高棒车间加热炉的氧化烧损.同时制定HRB500E加钒钢种的加热制度.     

500kW相变加热炉对比设计

相变加热炉在油气集输工程中得到了广泛的应用，在降低能耗方面发挥了重要的作用，目前使用的相变加热炉大体分为一体式及分体式，可以说两种结构型式的加热炉各有优缺点，当前还没有文献对满足同等热力要求的不同结构型式的加热炉进行比较设计，该文正是在这种背景下，针对某油田公司提供的加热炉技术要求，对能够满足该技术中热力要求的加热炉进行了两种结构型式的设计及计算，并比较了两种结构的优缺点，为此种规格型式的相变加热炉的结构设计及优化提供指导。     

提高延迟焦化加热炉能力及延长运转周期的新措施

分析了渣油在延迟焦化加热炉加热过程中的三个阶段的特点和规律，以及炉管结焦位置和原因，提出了延迟焦化加热炉进料流程优化方法和“双点二级”注水技术，来提高加热炉处理能力及延长运转周期。     

蓄热式加热炉流场的数值模拟

利用大型软件CFX建立了蓄热式加热炉炉内速度场的数学模型．采用k-ε模型数值模拟炉内的湍流流动，分析喷口几何形状及尺寸，喷口的分布位置等对炉内的速度分布的影响．计算结果为，蓄热式加热炉炉内流场与传统加热炉迥然不同，流场分布有利于燃料和助燃空气的混合，符合高温低氧燃烧的的流场分布．另外，影响炉内速度场的因素有炉型结构、喷口几何形状与尺寸及喷口的分布位置等．     

步进梁式加热炉内的板坯温度场数值模拟

建立了三段步进梁式加热炉内加热的板坯物理模型和数学模型.用全隐式有限差分法对数学模型进行了离散化,同时运用软件工程的理论,编制了加热炉内板坯温度场计算软件.计算结果表明,在保证板坯加热质量的前提下,提高加热炉预热段温度、板坯入炉温度和炉气黑度有利于提高加热效率,缩短板坯在加热炉内的加热时间,降低板坯氧化烧损量和延长炉子寿命.     

推钢式板坯加热炉流场、温度场和浓度场的模拟研究

针对推钢式板坯加热炉,建立加热炉内气体流动、燃烧和传热过程数学模型.采用计算流体力学(CFD)商业软件Fluent模拟得到加热炉炉内的温度场、流场以及反应物和生成物浓度分布.结果表明:通过预热空气至350℃和预热煤气至50℃,平均炉温能够达到1300℃,满足钢坯加热温度要求.由于加热炉结构复杂,使得炉内有明显的回流,预...     

基于数据特征的加热炉钢温预报模型

针对加热炉工业过程具有复杂、非线性、时滞性的特点和钢坯出炉温度预报问题,提出了一种基于数据特征的改进主元回归(PCR)加热炉钢温预报模型的建立方法.首先通过对原始数据进行同步化处理来解决各数据变量间存在的时间滞后问题;然后提取生产过程中各批次钢坯的统计特征和熵特征,并依据一定顺序将这些特征排列组合,构造等长的数据特征向量;最后通过PCR方法建立过程变量的数据特征和钢坯出炉温度之间的回归预报模型.本文以某钢厂加热炉工业过程为背景进行实验仿真,采用实际生产数据求取建模参数,并对钢坯出炉温度预报进行了测试.实验的校验与误差分析表明,该方法在预测钢坯出炉温度方面具有更好的性能,且预测误差满足工业应用的精度要求.     

钢坯热轧加热炉区生产调度模型与算法

钢坯热轧加热炉区生产调度属于组合优化中的NP-complete问题.本文根据加热炉区生产特点建立了分别以生产能耗最小化和加热质量最优化为主次目标的钢坯加热炉区调度数学模型,将其归结为布尔可满足性问题,构造了采用二进制编码方式的遗传禁忌搜索算法进行求解.基于实际生产数据的模拟优化结果表明,该模型和求解方法充分满足了现场加热炉区生产调度的需求,在满足生产工艺约束的前提下,缩短了生产时间,提高了钢坯入炉温度和加热质量,与传统人工调度方法的结果相比具有更好的节能、高产效果.     

专用炉模式下加热炉群混装一体化生产

分析了连铸--热轧区段混装一体化生产和加热炉群生产模式,并在此基础上建立了混装一体化生产下加热炉群调度模型.模型在满足加热炉生产工艺的基础上充分考虑了板坯进入加热炉前的等待时间和轧机空闲时间.采用禁忌搜索算法对模型进行了求解.最后,针对大批量少品种和小批量多品种两组板坯对某钢厂1580mm轧线非专用炉模式与专用炉模式分别进行了仿真.仿真结果表明连铸--热轧区段采用专用炉模式生产比传统的非专用炉模式生产能够明显提高加热炉热效率.     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出:在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间。     

炉容受限的加热炉调度问题及启发式修复算法

针对钢铁生产中炉容受限的加热炉调度问题,建立并行加热炉调度的多目标优化模型,并针对问题的NP-难特性提出一种启发式修复算法.在松弛炉容约束得到初始调度的基础上,通过不断检测冲突并消解冲突实现问题的有效求解.根据最小冲突板坯优先的变量选择策略选择冲突板坯,并根据最小在炉板坯数的值选择策略为冲突板坯重新指派新的加工机器;为避免搜索陷入死端,算法增加回溯机制以保证得到可行的调度方案.数据实验表明:该算法能够有效求解炉容受限的加热炉调度问题,且具有较高的计算效率.     

基于加热炉多场耦合传热的板坯加热均匀性

针对某钢厂步进式加热炉建立了炉内燃烧、烟气流动、烟气和钢坯传热的全耦合三维模型,采用动网格方法模拟钢坯运动.重点分析了炉内烟气与钢坯耦合传热、钢坯温度均匀性及不同垫块结构(一字型垫块、千岛式垫块、错位梁)时钢坯温度的分布规律.研究结果表明:所提加热炉数学模型能够准确描述炉内燃烧、湍流和传热过程;垫块结构对钢坯温度分布具有决定性影响,千岛式垫块、错位梁分别能减少40%和50%的黑印温差.该数学模型解决了步进梁、钢坯、垫块和水管立柱等复杂结构的钢坯运动问题和加热炉与钢坯的共轭传热问题.