铝屑铝锭兼用熔化炉使用蓄热式燃烧技术的分析（上）[ 09-29 08:05 ]

20 世纪80 年代以来，蓄热式燃烧技术得到了充分发展，这项燃烧技术集燃烧装置、蓄热装置、换向装置、排烟装置、控制装置于一身，充分利用燃烧废气的显热预热燃气和助燃空气，可有效提高燃气理论燃烧温度及降低工业炉窑的能耗，为我国各类工业炉窑的节能减排做出了应有的贡献。然而，由于各种炉子的结构特点及生产工艺存在差异，因而在应用蓄热式燃烧技术时也必须进行相关分析，使设计更为合理，否则很难取得预期效果。文中针对3.0t /h 铝锭铝屑兼用炉的设计及生产实践进行分析与总结。1 主要技术条件某公司铝屑铝锭兼用炉主要用于铝屑、铝锭的

加热炉炉温控制系统的总体控制方案[ 09-28 08:20 ]

加热炉的炉温对象是一个大惯性、大滞后、慢时变的被控对象，用普通PID控制难以获得满意的控制效果，温度波动大，超调严重。因为对象存在慢时变，采用离线辨识获得的对象模型就不能准确表述加热炉炉温对象真正的状态，从这个模型出发获得的优化控制器参数就不能保证获得满意的控制性能。因为纯滞后特性存在，而通常采用的最小二乘法辨识无法辨识纯滞后项，因此最小二乘法辨识在这里失效。为了克服辨识中存在的问题，本文采用基于改进遗传算法的在线辨识，实时跟踪对象的变化。因为对象存在慢时变，PID控制器参数如果固定为某一组数值，就不能保证当对象变

遗传算法整定PID参数的意义[ 09-28 08:15 ]

PID是古典控制理论中技术最成熟，应用最广泛的一种控制方式，其控制效果的好坏取决于参数的整定和优化。PID控制器的设计可视为一个多目标的优化问题。PID的参数整定，就是在系统控制的快速性和稳定性之间进行折衷。常规的PID参数整定方法很难同时兼顾各项指标，都带有经验性，因此，设计出的PID控制器通常不是最优的，常难以满足实际控制中的要求。近年来许多学者提出了基于各种智能算法的PID整定策略(如模糊PID、神经元网络PID)。但这些先进算法都要求对被控对象有很多的先验知识，这在实际控制系统应用中往往难以做到。进一步提高

遗传算法辨识的优缺点[ 09-28 08:10 ]

遗传算法作为其一种新兴的优化算法，它是建立在自然选择和种群遗传的基础上，模拟自然界“物竞天择，适者生存”的进化过程，在问题空间进行全局并行的、随机的搜索优化，使种群向全局最优的方向收敛。由于其具有不受函数性质制约、全方位搜索及全局收敛等许多优点，在各学科各领域普遍受到重视，应用领域也日益广泛。相对于传统的模型辨识方法，遗传算法具有鲁棒性、全局性、易于应用且效率高等优势。一般来说，它只需要代价函数或目标函数值，不必计算复杂函数的梯度，不需要复杂的数学计算，优化过程简单。遗传算法用于系统辨识有如

加热炉炉温对象的系统辨识[ 09-28 08:05 ]

加热炉炉温控制要得到理想的控制效果就需要优化，而几乎任何优化方法都需要准确的数学模型。各种系统辨识方法是获得准确数学模型，尤其是时变对象获得实时模型 参数的必由之路。加热炉炉温对象具有一定的复杂性，使得在系统辨识方法的选择上也 具有一定的特殊性。系统辨识分为在线辨识和离线辨识。离线辨识是指通过采集一段时间内被控对象的 输入和输出数据，获得一组输入数据和一组输出数据，再转移到计算机上计算出对象参 数，辨识过程脱离控制系统。而在线辨识则是边采集数据边辨识，辨识过程与控制过程 同步运行。加热炉炉温对象参数的时变性决定了对

编码方式[ 09-27 08:20 ]

遗传算法的编码方式很多，在处理连续问题时主要有两类编码方式比较常用，一类 是二进制编码，另一类是实数编码，改进算法使用实数编码[24]。二进制编码有两个主要 缺点：1、在对结果的精度要求较高时会使码串过长；2、要进行编码及解码操作。这两 个缺点都使计算效率下降，程序运行时间延长。实数编码则省略了编解码操作，没有海 明崖问题，便于大空间搜索。但是二进制编码的搜索能力比实数编码的搜索能力强，使 用实数编码时对性能的要求又往往比二进制编码高，因此使用通常的方法难以满足人们 对它的期望，有必要结合一些其他的优化方法进一步提

经典遗传算法求解步骤[ 09-27 08:15 ]

(1) 参数编码：遗传算法一般不直接处理问题空间的参数而是将待优化的参数集进 行编码，一般总是用二进制将参数集编码成由 0 或 1 组成的有限长度的字符串。(2) 初始种群的生成：随机地产生 n 个个体组成一个群体，该群体代表一些可能解的集合。GA 的任务是从这些群体出发，模拟进化过程进行择优汰劣，最后得出优 秀的群体和个体，满足优化的要求。(3) 适应度函数的设计：遗传算法在运行中基本上不需要外部信息，只需依据适应度 函数来控制种群的更新。根据适应度函数对群体中的每个个体计算其适应度，为 群体进化的选择提供依据。

遗传算法基本原理[ 09-27 08:10 ]

遗传算法(Genetic Algorithms简称GA)是由美国Michigan大学的John Holland教授于20 世纪 60 年代末创建的。70 年代De  Jong基于遗传算法的思想在计算机上进行了大量 的纯数值优化计算实验。在一系列研究工作的基础上，80 年代由Goldberg进行归纳总结， 形成了遗传算法的基本框架。它来源于达尔文(Charles  Darwin)的进化论和孟德尔 (G.Mendel)、摩尔根(T.H.Morgan)的遗传学理论，通过模拟自然界遗传机制和生物进化而

建立加热炉模型的复杂性[ 09-27 08:05 ]

钢铁行业使用的加热炉以焦炉煤气、高炉煤气、天然气、重油等为燃料，利用燃料燃烧产生的热量将钢锭加热到需要的温度。加热炉是轧钢生产线上的重要设备，窑炉温度的稳定性对后续工序的正常进行和保证产品质量至关重要。但是由于加热炉是一个多干扰通道的分布参数系统，且有些很多参数无法测量，有些参数会缓慢变化，随着窑炉运行工况的不同某些参数还可能会快速变化，而且是一个大惯性、大滞后、时变的被控对象。这类对象被公认为是比较难控制的。因此对加热炉的温度控制方法进行研究具有较大的现实意义。加热炉炉温对象具有以下不利于控制的特点：1、大滞后特

加热炉的工艺[ 09-26 08:20 ]

加热炉炉体在物理上可分为预热段，加热段，均热段。划分依据是各段的加热作用，段与段之间没有明确的界限。钢坯进入加热炉后经预热、加热、均热达到轧制目标温度，完成全过程。预热段主要是将刚送进炉口的钢坯预热。温度一般应保持在850?1100°C。钢坯在加热初期会因温差过大而产生热应力，因此要求控制升温速度。钢坯经过预热段预热后进入加热段，加热段是加热炉中最重要的段，钢坯在加热段被加热的程度决定了钢坯是否能被烧透、炉口能否正常出钢。一般，温度应保持在1150?1220°C。均热段主要将钢坯均匀加热到1200?

加热炉的种类[ 09-26 08:15 ]

加热炉（reheatingfurnaces)是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。以下介绍的是冶金行业中常见的几种加热炉。在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制或锻造温度的工业炉，包括连续加热炉和室式加热炉等。金属热处理用的加热炉另称为热处理炉，初轧前加热钢锭或使钢锭内部温度均匀的炉子称为均热炉。广义而言，加热炉也包括均热炉和热处理炉。连续加热炉从结构、热工制

研究工业炉现状及发展趋势[ 09-26 08:10 ]

加热工业炉作为工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后的一个系统，其数学模型相对来说较难的建立，现阶段对其描述多靠定性和局部的定量表达来完成。而其中还有许多不稳定因素，如空气、煤气压力值和燃料发热值的频繁波动，各变量之间会相互耦合、相互干扰，虽不占主导地位，但对加热炉的正常生产不可忽略。采用常规理论和方法进行控制效果不够理想，通常还需辅以操作工的看火经验来调节控制。在一定程度上，操作工的经验成为一种不可缺少的控制因素。目前，炉温优化控制绝大多数还是采用温度流量双闭环PID控制器，控制精度差，超调严重，升降温速度慢。

加热工业炉的现状[ 09-26 08:05 ]

随着国家的大规模基础建设的不断发展，国内对钢铁制品，特别是高附加值的钢板需求量不断加大。而加热炉作为轧钢生产线重要的生产设备，对轧钢生产具有重要影响和意义。随着现代的轧机向连续、高速、大型、高精度、多品种方向发展，对待轧钢坯的加热质量提出了越来越高的标准要求。从而提高钢坯的加热质量，只有通过加热炉高精度的控制来实现。在钢铁企业中，加热炉是轧钢生产线的重要设备之一，其自动控制水平直接影响到能耗、烧损率、废钢率、产量和质量等指标，而钢坯加热占钢铁工业总能耗的25%，因此对加热炉控制过程进行优化，可以提高加热炉的热效率、

蜂窝陶瓷蓄热体的换热过程[ 09-25 08:20 ]

当烟气流过蜂窝体时，烟气把自身的热量传给蜂窝体，蜂窝体存储热量，温度逐渐升高;当冷流体流过时，冷流体从蜂窝体得到热量,蜂窝体的温度逐渐降低。如此反复,形成一个非稳态的传热过程。这样,通过蜂窝体的助燃空气达到了预定高温，通过的烟气又下降到了预定低温，蜂窝体就把高温烟气中的显热转移到了助燃空气中。蓄热体换热过程工作原理图见图1。蜂窝体传热面结构紧凑，比表面积大，流通性能好，不易积灰、堵塞，冷、热流体掺混少，即使蓄热体产生裂纹也不会对换热有大的影响;而且换向周期短，经过蓄热体预热后的空气温度比较均匀。

蜂窝陶瓷蓄热体[ 09-25 08:15 ]

2、蜂窝陶瓷蓄热体材料的选配目前普遍采用的蓄热体材料是堇青石蜂窝陶瓷，其典型物性为:孔壁密度1.6g.cm-3，热膨胀系数1.0X10-6℃-1，室温下的热导率9.2×10-3W.(m.K)-1，耐压强度124MPa(平行于孔道）、1.7MPa(垂直于孔道）；后续又开发了钛酸铝、锂辉石、氧化铝、碳化硅、莫来石等的蜂窝陶瓷产品。常见的蜂窝陶瓷材料的物理性能见表2,化学与力学性能见表3。3、高性能蜂窝陶瓷蓄热体在实际应用中发现，由于我国燃料的洁净性较差，大部分冶金窑炉废气中含有各种杂质，导致在高温使用时,堇

蜂窝陶瓷蓄热体的性能要求[ 09-25 08:10 ]

根据蜂窝陶瓷蓄热体蓄热、换热的工作原理，对蓄热材料提出了很高要求[8]。1高温要求耐高温是蜂窝陶瓷蓄热体的优点之一，在于能够克服常规金属换热器不能在高温下长期工作的弱点。无论是高温余热回收，还是实现高温预热，蜂窝陶瓷蓄热体必须首先满足长期在高温下工作的要求，因此，作为蓄热介质的蜂窝陶瓷材料的耐火度一般不能低于1250'C。2高抗热震性由于蜂窝陶瓷蓄热体始终处于加热和冷却交替循环的工作状态，经常承受着因内外温差变化而引起的应力的作用，因此对蜂窝体的抗热震性提出了较高的要求。如果达不到相应的要求，蜂窝体会因为温

蓄热体[ 09-25 08:05 ]

蓄热体安装在蓄热室内或直接安装在燃烧器内，是蓄热燃烧系统中的关键部件之一，也是最具技术含量和体现工业制造水平的部件。蓄热换热系统温度效益及热效率的高低，直接取决于蓄热体的性能。蓄热体主要有蜂窝陶瓷、蓄热球和蓄热管3种。蓄热球具有耐高温、强度高、使用寿命长、重复使用性好、成本低的优点，在蓄热式加热炉上得到了广泛的应用。缺点是热效率比蜂窝体低，同等产量的加热炉，填充小球的蓄热箱要比填充蜂窝体的蓄热箱体积大，即蓄热室的横断面积要大，箱体个数要增加。蜂窝陶瓷采用硅铝系耐火材料，体积小，质量轻，比表面积大，耐火度高，传热能力

蜂窝陶瓷蓄热体发展概况[ 09-24 08:20 ]

1828年，JaneNieson发明了管式换热器,世界上首次出现了回收烟气余热来产生高温热风的余热回收技术。1858年，WillianSiemens发明了蓄热室，许多大型工业炉改用了这种技术,如高炉热风炉、玻璃炉窑、均热炉等。此时的蓄热室采用格子砖作为蓄热体，蓄热室体积庞大,造价高,换向时间很长,预热气体的温度波动也大。1982年，英国的HoworkDevelopment公司和BritishGas公司合作开发出一种在工业炉和锅炉上节能潜力巨大的蓄热式陶瓷燃烧器（RegenerativeCeramicBurner,简

炉型与工艺改革[ 09-24 08:15 ]

炉子结构形式对节能效果影响很大，在生产环境允许的情况下，采用上排烟的炉子不仅炉体结构简化、制造成本降低，而且有助于提高余热回收率。例如同样设置空气预热器的台车式加热炉。炉型为上排烟结构时,进预热器前的烟气温度可高达1150-1200℃;下排烟结构时,进预热器烟气温度只900℃左右。如果限定出预热器的烟气温度为700℃,则上排烟炉子的空气预热温度将成倍高于下排烟的炉子，因而节能效果会显著增加。有的资料提出：用圆形截面炉膛代替传统的矩形截面炉膛，能减少炉体体积,降低造价，强化传热，在_定程度上能加快升温速度、均匀炉温、

改革燃料结构[ 09-24 08:10 ]

我国工业炉能源结构以煤为主，占总构成的57.19%,但并不意味着工业炉应采取直接烧煤的燃烧方式。直接烧煤会有许多缺点，不仅炉体庞大，主要是燃烧过程不能稳定，炉温不均匀,气氛不能控制，烟尘危害大，余热不能充分利用，无法完成某些加热工艺要求等。即使采用机械加煤方式,上述缺点也不能根本解决。将煤转化成煤气是改革燃料结构的重要步骤。焦炉的发展在向市场提供了工业用焦炭的同时，也提供了焦炉煤气。这种副产煤气随同煤中分馏出的一些化学成分，具有较高的发热量,热值达16-17MJ/Nm3,经过精制后可方便地进行管道输送。高炉煤气是焦