Оптимізація теплової роботи термічних камерних печей шляхом удосконалення технології спалювання палива - Автореферат

Наявні способи й пристрої опалення печей, теплові схеми не можуть забезпечити все зростаючі вимоги сучасних технологій термообробки. Очевидно, потрібні нові рішення по теплових схемах опалення печей, управлінню тепловою роботою, які дозволять оптимізувати зовнішній теплообмін як з позиції покращення якості, рівномірності нагріву виробів, так і з позиції економії енергоресурсів та збільшення продуктивності. Розглянуті в дисертаційній роботі питання відповідають державній програмі розвитку горно-металургійного комплексу України до 2010 р., положенням комплексної Державної програми енергозбереження й "Основним напрямкам державної політики України" у сфері забезпечення екологічної безпеки, а також напрямкам наукової діяльності Запорізької державної інженерної академії (ЗДІА) в тому числі по плану найважливіших науково-дослідницьких робіт Міністерства вищої і середньої освіти України по темі "Теоретичне обґрунтування і розробка методів підвищення ефективності високоенергоємних агрегатів" в 2000-2003 рр. (номер державної реєстрації 0101И007511). -розробити математичну модель динаміки нагріву в камерних термічних печах, яка дозволить оптимізувати їх тепловий та температурний режими; За результатами теоретичних і експериментальних досліджень: 1.Теоретично показано, що оптимізація теплової роботи може бути виконана у вигляді двох, взаємозалежних, одночасно розвязуваних задач: - оптимізація технології опалення за вартістю використовуваного палива шляхом повної або часткової заміни природного газу менш дефіцитним і більше дешевим доменним газом;Виконаний аналіз показав, що: - основним інструментом дослідження та вибору раціональних режимних і конструктивних параметрів печей, оптимізації управління їхньою роботою є математичні моделі зовнішнього й внутрішнього теплообміну в печах. Зважаючи на те, що при термообробці велике значення приділяється форсованому і якісному нагріву виробів при виконанні ряду обмежень по швидкості нагріву, величині управляючого впливу (теплового навантаження) і т.п., завдання оптимізації, з одного боку розглянуто як завдання оптимального управління по швидкодії, з іншого боку, зважаючи на необхідність скорочення споживання енергоресурсів і особливо природного газу, визначено умови мінімізації вартості опалення печі (економічна оптимізація). Застосовуючи принцип оптимальності Беллмана одержимо співвідношення, що дозволяє на кожному етапі вибрати оптимальну за вартістю комбінацію паливних складових: , де: - загальна вартість опалення за - періодів квантування за часом загального циклу термообробки, грн; - період квантування за часом, г; - номер періоду квантування; - число газових складових, використовуваних при комбінації гріючих газів; - вартість k-ої газової складової, грн./м3; - середнє значення витрати k-ої складової палива за - й період квантування, ; - загальна вартість опалення за період квантування, грн. Процес спалювання палива організовується таким чином, щоб забезпечити мінімум при виконанні наступних обмежень: (2) де - максимальна продуктивність паливних пристроїв, ; - питомий обсяг продуктів згоряння, ; - максимальні витрати продуктів згоряння, обмежені пропускною здатністю димового тракту, ; - витрати додаткового повітря, що подається для забезпечення встановлених витрат продуктів згоряння, ; - питомі теоретичні витрати повітря, що забезпечують повне спалювання відповідної паливної складової, ; - максимально можливі витрати повітря, обумовлені продуктивністю вентиляторів і паливних пристроїв, ; - нижча робоча теплотворна здатність палива, ; - ентальпія додаткового повітря; - теплове навантаження печі, що задається залежно від необхідної температури в печі . Зважаючи на те, що кожному розподілу температури відповідає середньомасова температура (але не навпаки) і розглядаючи нагрів як процес акумуляції тепла, що залежить від різниці температури гріючих газів, температури поверхні виробу й сумарного коефіцієнта тепловіддачі, встановлений взаємозвязок параметрів розподілу з управляючим впливом температури середовища , тобто оптимізаційна математична модель, яка має вигляд: , (3) де - початкова середньомасова температура виробу, ; - постійна часу нагріву, що містить сумарний коефіцієнт тепловіддачі .1.На основі розробленої аналітичної моделі динаміки нагрівання системи "гріючі гази - кладка печі - виріб" уточнено припустимий ступінь неточності моделі при виборі оптимальних алгоритмів управління нагріванням термічно тонких і масивних тіл. температурний режим оптимізувати, виходячи з умови максимально-припустимої швидкості нагріву, підвищення продуктивності печей. Розроблено оптимізаційну математичну модель нагріву термічно масивних тіл, яка дозволяє визначити алгоритм управління форсованим нагріванням з умови забезпечення заданого розподілу температури по перетину виробу, настроювання моделі здійснюється безпосередньо в процесі управління шляхом оцінки постійної часу нагріву за характером зміни в часі теплового навантаження при автоматичній стабілізації тем

1. Основний зміст роботи