【摘 要】
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工业炉窑作为冶金生产流程中的重要装备,具有明显的高能耗、高污染、控制水平落后的弊端。研究工业炉窑同关联工序之间的协调匹配对于冶金行业节能降耗、降本增效具有重要意义。本文以工业炉窑中的轧钢加热炉、原料煅烧窑、矿热熔炼炉为研究对象,构建了三种炉型对应的生产调度规划数学模型,并采用智能优化算法中有代表性的差分进化算法、非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对模型求解。为炉窑系统的流程优化及能源调控提供了新的
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划“冶金、化工炉窑及系统节能减排关键技术（2018YFB0605901）”；
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工业炉窑作为冶金生产流程中的重要装备,具有明显的高能耗、高污染、控制水平落后的弊端。研究工业炉窑同关联工序之间的协调匹配对于冶金行业节能降耗、降本增效具有重要意义。本文以工业炉窑中的轧钢加热炉、原料煅烧窑、矿热熔炼炉为研究对象,构建了三种炉型对应的生产调度规划数学模型,并采用智能优化算法中有代表性的差分进化算法、非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对模型求解。为炉窑系统的流程优化及能源调控提供了新的研究思路。主要研究内容及结论如下:针对加热炉钢坯生产调度问题,提出了以多台加热炉总燃料消耗量最小为优化目标的新模型。通过实际钢坯生产案例模拟表明:以燃料消耗量最小为目标进行优化调度理论上可比其他现有目标降低能耗8.7%至20%。在燃料消耗量最少为目标的基础上,联合产量最大为目标构建了加热炉多目标优化调度方法。为了探究加热炉燃料消耗量的影响因素,提出了分别衡量加热炉区缓冲等待、炉内加热两部分时间同理想生产时间匹配程度的评价参数μ1和μ2,分析三种生产情况下加热炉燃料消耗量对两参数的敏感性后可以看出:当连铸坯到达加热炉节奏与热轧工序出坯节奏之比由0.5增至2时,能耗对两评价参数的敏感性逐渐减弱。针对新型石灰煅烧窑系统生产调度问题,基于物质、能量守恒原理分析总结了石灰窑及其子工序的装备操作约束,提出一种以燃料消耗量最小为目标的调度优化新模型,算例仿真的结果验证了模型的有效性。同时,本文进一步分析了石灰石分解率、目标产量与石灰窑容量之比λ对系统运行单位燃耗的影响,结果表明:当分解率从78%提升至100%时,石灰窑单位燃耗从3592.1 k J·kg-1提升至4536.9k J·kg-1,增长率为26.3%。石灰目标产量与石灰窑容量之比λ也同样影响系统的单位燃耗,在分解率为78%时,当λ为1时系统运行单位燃耗为3592.1k J·kg-1,当λ为2时系统的运行单位燃耗增长为3699.9k J·kg-1,增长率为3.01%。针对新型电石炉系统调度问题,基于球团预热炉与矿热炉的物质、能量流匹配原则,归纳各生产操作约束,提出了一种调度优化数学模型,以最小化单位产品电耗为目标,算例仿真的结果验证了模型的有效性。同时进一步分析了球团不同入炉温度对单位产品电耗的影响,结果表明:当球团入炉温度从200℃提升至800℃时,单位电耗从2704.66 k Wh·t-1下降至2564.4 k Wh·t-1。球团平均每升高100℃,单位电耗减少23.37k Wh·t-1。
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