2.Новая концепция постановки и решения задачи оптимального управления тепловым режимом термических печей

Предложена новая энергосберегающая концепция нагрева заготовок в печах термообработки, включающая в себя нагрев с максимально возможной скоростью, определенной при помощи соответствующей математической модели, до достижения среднемассовой температурой металла заготовки температуры изотермической выдержки и последующий перевод горелок в режим импульсной работы при отклонениях температуры печи от температуры выдержки.

В настоящее время существует некоторая разобщенность в проектировании энерготехнологических объектов и АСУ ТП для них при решении задачи оптимального управления тепловым режимом термических печей с целью энергосбережения. При этом на долю АСУ ТП в основном отводится роль стабилизации различных параметров путем непрерывного и импульсного регулирования на основании имеющегося опыта или на основании проведенных исследований в термообработке отдельных типовых изделий, например, в виде композитных валков, рабочих валков.

1. Постановка задачи исследования

Импульсное регулирование, бесспорно, дает большой вклад в энергосбережение, особенно, при изотермической выдержке в процессе термической обработки. Однако в период выхода на такой режим, т.е. период нагрева изделий, происходят необоснованно высокие энергетические потери, например, увеличивается удельный расход природного газа на тонну термообработанного металла, вызванный отсутствием хоть какой-либо информации о температуре в каждой точке изделия, в первую очередь температуре в приповерхностном слое и в центре изделия, что позволяет оценить выполняет ли данный режим нагрева регламент по скорости нагрева, если это определенным образом влияет на потребительские свойства изделия. Именно последний довод, как правило, приводит к затягиванию процесса нагрева, а значит к перерасходу топлива, о чем будет сказано ниже. Поэтому данная лекция посвящена разработке энергосберегающей технологии нагрева металла в печах термообработки, включающей в себя прогнозирование температурных полей металла в зависимости от параметров нагрева при помощи соответствующей математической модели

Использование адаптированных к конкретной печи математических моделей в виде, так называемых имитационно-оптимизирующих блоков в составе АСУ ТП на верхнем уровне, крайне необходимы для уменьшения ошибок в выборе оптимальных режимов нагрева (охлаждения) различных по своим теплофизическим свойствам, геометрическим размерам нагреваемых (охлаждаемых) изделий, сокращения наладочных сроков, предотвращения аварийных ситуаций и получения брака.

Основой модели при использовании потокового метода в расчетах температурных полей нагреваемых изделий является движущаяся среда. Особенностью метода является допущение, что перенос тепла теплопроводностью осуществляется лишь в поперечном направлении, а в продольном направлении этим переносом пренебрегают. Потоковый метод применим при постановке как внешней, так и внутренней задачи. Примером внешней задачи служит движение газового потока в рабочем пространстве печи. Внутренняя задача основана на рассмотрении произвольного поперечного сечения нагреваемого тела при этом, как было сказано, учитывается только его теплообмен с греющей средой, а теплообмен с соседними сечениями в виду незначительности исключается из внимания. Для решение одновременно внутренней и внешней задач использован метод математического моделирования.

Лекция №13-14