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【摘 要】工业炉窑在建材、冶金以及机械等部门中发挥着重要的作用，是这些部门的主要生产性设备，同时它也是重点的耗能设备，消耗的能源比较的高，且冶金炉窑的平均热效应也只有20%左右，对热的损失很大，从而造成了大量的能源浪费，给环境造成了很大的污染。因此，对冶金炉窑进行必要的优化设计是其发展的必然趋势。文章对目前冶金炉窑的现状与对其优化的目的进行分析，进而提出冶金炉窑的优化设计原则与方法，从而实现低污染、高环保的现代炉窑。
【关键词】冶金炉窑；能源消耗；节能设计
冶金炉窑一直是火法冶金的专用设备，而炉窑的设计好坏直接关系到企业的生产效率与工作质量，同时也与自然环境的污染程度有着必然的联系，因此，在进行冶金的过程中，工作人员需要不断的改进措施，运用现代化的科技手段对冶金炉窑实行优化设计，进而使其不仅能够生产出高质量的工艺品，而且能够有效地减少对环境的污染，并提高对能源的利用率[1]。
1 冶金炉窑的现状与优化的目的
目前，工业炉窑已经成为冶金行业的重要生产性设备，在其工作中发挥着重要的作用。然而，其在运行过程中所消耗的能源也是比较的高，而且其平均热效应也只有20%左右，这就说明了冶金炉窑对热的损失很大，极易造成大量的能源的浪费，给环境带来很大的污染，极大的影响到人们生活质量的提高和我国资源节约型、环境友好型的社会的目标的实现。因此，在今后的冶金工作中，就需要对其炉窑实现设计的优化目标，从而达到以消耗低能源而生产出高质量工艺品的目的，并且尽量的控制污染气体的排放，提高炉窑的使用年限。
2 冶金炉窑优化设计
2.1 设计原则
首先，在设计优化的过程中，需要遵守设计优化与操作与优化的有机结合原则。而在冶金的设计优化中，主要包括了炉窑的本体以及炉窑的热工系统两者之间的优化配置，其中，前者就将炉窑的结构型式、内部的材料选择以及相应的技术条件三者包含在内。关于炉窑的热工系统中，就包括了用来供热与供电的系统、用来提供风能以排除烟雾的系统以及在冶金的过程中进行加料与排料的系统等。同时，在操作优化方面，就需要在实际的操作过程中，有效的贯彻配料、加料的制度、供热与供电的制度，以及工艺品需要燃烧的条件等多方面的优化决策方案，并与设计优化有机的结合在一起，从而充分的提高工作效率[2]。
其次，微观机理与宏观功能的有机结合原则。微观机理就包括了炉窑在实际的工作中，其流场、浓度场、温度场以及电磁场等方面的数据参数在时空的分布特点，它不仅能够放映出炉窑内部进行的各种传递过程和发生相关的物理化学作用的过程在微观上的动力学结构，而且可以将其内部所进行的各种过程发生耦合作用以后的结果以比较直观的方式呈现出来。而宏观上的功能就主要指的就是炉窑在技术经济等方面的优化，而这些就需要通过对上述中产生的微观动力学结构进行改变，并将这些场数据参数在时空上的分布特征直观的呈现出现。但是若是对这些微观机理进行改变，就必须对上述提高的炉窑本体与热工系统的运行制度以及相应的造作条件进行调整，从而实现微观机理与宏观功能的有机结合。
最后，技术、经济与社会的有机结合。在实际的冶金工作中，若是仅仅采用先进的技术，而在能源利用与对环境的影响发面出现不利的情况，也是无法达到冶金炉窑的优化设计效果的，而若是对技术进行必要的优化，或是要求获得经济效益，那么也只能在较短的时间内取得比较好的成效，无法真正实现社会的可持续发展。
2.2 设计方法
关于冶金炉窑的优化技术在实际的工程中主要有三种表现形式：一是CAD软件，主要用于对工程设计的优化；二是离线优化的指导系统，主要是用于对冶金炉窑的操作过程采取必要的优化措施，从而实现监控与管理的结合；三是在线优化的操作系统，主要是对冶金炉窑的在线操作过程实现优化配置，下面就从这三方面来具体论述冶金炉窑的设计创新的有效措施。
设计优化的CAD软件。该软件主要是以通过验证的且具有全息仿真效果的软件为其核心，再配以恰当的人机界面后，工作人员就可以有效的进行仿真试验了，同时也可以按照相关的自寻优程序将最佳的设计参数自动的寻找出来。其工作原理就是首先通过全息的仿真软件包设计出仿真效果，然后将仿真效果与制定的优化目标进行对比分析，若是达到了整体优化的目标，就可以视其仿真效果有效，若是没有达到整体优化的目标，就需要设计出优化的方案，将其在结构、操作，与物性等方面的参数包含进行去，再利用全息的仿真软件包对进行仿真的试验，如此循环，以实现最优的仿真效果。
3 炉窑优化的主要载体
炉窑优化技术在工程上应用的主要形式有三种：用于工程设计优化的CAD软件；炉窑操作优化离线指导系统，或进一步发展为监控-管理-优化决策一体化的集成系统；炉窑运行在线优化控制系统，或集成式管控优化系统。统称为炉窑优化的技术载体，分述如下：
3.1 设计优化CAD
以经过验证的全息仿真软件为核心，配以适用的人机界面，即可进行仿真试验（人工寻优）或按自寻优程序自动寻找出最佳设计参数。
3.2 离线优化指导系统
离线优化系统主要针对工业过程和工业炉窑的热工系统的工作原理、运行环境条件与现场操作习惯为背景和依据，以仿真数学模型、优化决策和判断规律、实践数据积累以及分析处理这些数据的统计方法和筛选方法为框架的综合系统，其中的核心是仿真数学模型与优化决策规则的研制和开发。由于工业炉窑工艺过程与热工过程大多属于多变量、非线性、强耦合、大滞后的慢时变对象，对其操作优化规律的定量化，目前工程中多用人工智能的方法。如专家系统法、模糊分析法、人工神经元网络法以及其间的各种组合方法。
3.3 在线优化操作系统
对于一般简单的单参数在线优化系统，可将包含有全息仿真模型或简单决策规则的软件固化为优化控制芯片，组装成数值式直接控制器（DDC），与在线数据采集系统、优化控制信号输出系统形成优化控制回路。对于变量较多的复杂的炉窑，为了能够同时综合多种扰动因素对控制参数的影响，工程上多采用二级或三级分散式在线控制。
最后，在线的优化操作系统。在实际的工作中，若是对比较简单的参数进行在线优化，就可以将全息仿真软件与在线的数据采集系统之间形成用于优化控制的回路来实现优化。若是比较复杂的参数，就可采用二级或三级式的在线分散控制方法，将多种扰动因素有效的考虑进去，从而实现优化的目的。
4 结束语
综上所述，冶金炉窑属于一种高耗能的应用设备，在装备上比较的陈旧，且自控的水平比较的差，同时在能源的有效利用的程度也较低，因此，对冶金炉窑实现设计的优化是提高其工作效率与质量的重要手段，能够有效的实现炉窑节能的目标，从而大大的减少对环境的污染，提高人们的生活质量。
参考文献：
[1]马棚.冶金炉窑优化设计研究[J].甘肃冶金，2009（2）.
[2]惠少南.有色冶金炉窑的节能潜力与措施[J].有色冶金技能，2009（18）.
[3]梅炽.有色冶金炉窑仿真与优化[J].有色设备，2009（6）.
【关键词】冶金炉窑；能源消耗；节能设计
冶金炉窑一直是火法冶金的专用设备，而炉窑的设计好坏直接关系到企业的生产效率与工作质量，同时也与自然环境的污染程度有着必然的联系，因此，在进行冶金的过程中，工作人员需要不断的改进措施，运用现代化的科技手段对冶金炉窑实行优化设计，进而使其不仅能够生产出高质量的工艺品，而且能够有效地减少对环境的污染，并提高对能源的利用率[1]。
1 冶金炉窑的现状与优化的目的
目前，工业炉窑已经成为冶金行业的重要生产性设备，在其工作中发挥着重要的作用。然而，其在运行过程中所消耗的能源也是比较的高，而且其平均热效应也只有20%左右，这就说明了冶金炉窑对热的损失很大，极易造成大量的能源的浪费，给环境带来很大的污染，极大的影响到人们生活质量的提高和我国资源节约型、环境友好型的社会的目标的实现。因此，在今后的冶金工作中，就需要对其炉窑实现设计的优化目标，从而达到以消耗低能源而生产出高质量工艺品的目的，并且尽量的控制污染气体的排放，提高炉窑的使用年限。
2 冶金炉窑优化设计
2.1 设计原则
首先，在设计优化的过程中，需要遵守设计优化与操作与优化的有机结合原则。而在冶金的设计优化中，主要包括了炉窑的本体以及炉窑的热工系统两者之间的优化配置，其中，前者就将炉窑的结构型式、内部的材料选择以及相应的技术条件三者包含在内。关于炉窑的热工系统中，就包括了用来供热与供电的系统、用来提供风能以排除烟雾的系统以及在冶金的过程中进行加料与排料的系统等。同时，在操作优化方面，就需要在实际的操作过程中，有效的贯彻配料、加料的制度、供热与供电的制度，以及工艺品需要燃烧的条件等多方面的优化决策方案，并与设计优化有机的结合在一起，从而充分的提高工作效率[2]。
其次，微观机理与宏观功能的有机结合原则。微观机理就包括了炉窑在实际的工作中，其流场、浓度场、温度场以及电磁场等方面的数据参数在时空的分布特点，它不仅能够放映出炉窑内部进行的各种传递过程和发生相关的物理化学作用的过程在微观上的动力学结构，而且可以将其内部所进行的各种过程发生耦合作用以后的结果以比较直观的方式呈现出来。而宏观上的功能就主要指的就是炉窑在技术经济等方面的优化，而这些就需要通过对上述中产生的微观动力学结构进行改变，并将这些场数据参数在时空上的分布特征直观的呈现出现。但是若是对这些微观机理进行改变，就必须对上述提高的炉窑本体与热工系统的运行制度以及相应的造作条件进行调整，从而实现微观机理与宏观功能的有机结合。
最后，技术、经济与社会的有机结合。在实际的冶金工作中，若是仅仅采用先进的技术，而在能源利用与对环境的影响发面出现不利的情况，也是无法达到冶金炉窑的优化设计效果的，而若是对技术进行必要的优化，或是要求获得经济效益，那么也只能在较短的时间内取得比较好的成效，无法真正实现社会的可持续发展。
2.2 设计方法
关于冶金炉窑的优化技术在实际的工程中主要有三种表现形式：一是CAD软件，主要用于对工程设计的优化；二是离线优化的指导系统，主要是用于对冶金炉窑的操作过程采取必要的优化措施，从而实现监控与管理的结合；三是在线优化的操作系统，主要是对冶金炉窑的在线操作过程实现优化配置，下面就从这三方面来具体论述冶金炉窑的设计创新的有效措施。
设计优化的CAD软件。该软件主要是以通过验证的且具有全息仿真效果的软件为其核心，再配以恰当的人机界面后，工作人员就可以有效的进行仿真试验了，同时也可以按照相关的自寻优程序将最佳的设计参数自动的寻找出来。其工作原理就是首先通过全息的仿真软件包设计出仿真效果，然后将仿真效果与制定的优化目标进行对比分析，若是达到了整体优化的目标，就可以视其仿真效果有效，若是没有达到整体优化的目标，就需要设计出优化的方案，将其在结构、操作，与物性等方面的参数包含进行去，再利用全息的仿真软件包对进行仿真的试验，如此循环，以实现最优的仿真效果。
3 炉窑优化的主要载体
炉窑优化技术在工程上应用的主要形式有三种：用于工程设计优化的CAD软件；炉窑操作优化离线指导系统，或进一步发展为监控-管理-优化决策一体化的集成系统；炉窑运行在线优化控制系统，或集成式管控优化系统。统称为炉窑优化的技术载体，分述如下：
3.1 设计优化CAD
以经过验证的全息仿真软件为核心，配以适用的人机界面，即可进行仿真试验（人工寻优）或按自寻优程序自动寻找出最佳设计参数。
3.2 离线优化指导系统
离线优化系统主要针对工业过程和工业炉窑的热工系统的工作原理、运行环境条件与现场操作习惯为背景和依据，以仿真数学模型、优化决策和判断规律、实践数据积累以及分析处理这些数据的统计方法和筛选方法为框架的综合系统，其中的核心是仿真数学模型与优化决策规则的研制和开发。由于工业炉窑工艺过程与热工过程大多属于多变量、非线性、强耦合、大滞后的慢时变对象，对其操作优化规律的定量化，目前工程中多用人工智能的方法。如专家系统法、模糊分析法、人工神经元网络法以及其间的各种组合方法。
3.3 在线优化操作系统
对于一般简单的单参数在线优化系统，可将包含有全息仿真模型或简单决策规则的软件固化为优化控制芯片，组装成数值式直接控制器（DDC），与在线数据采集系统、优化控制信号输出系统形成优化控制回路。对于变量较多的复杂的炉窑，为了能够同时综合多种扰动因素对控制参数的影响，工程上多采用二级或三级分散式在线控制。
最后，在线的优化操作系统。在实际的工作中，若是对比较简单的参数进行在线优化，就可以将全息仿真软件与在线的数据采集系统之间形成用于优化控制的回路来实现优化。若是比较复杂的参数，就可采用二级或三级式的在线分散控制方法，将多种扰动因素有效的考虑进去，从而实现优化的目的。
4 结束语
综上所述，冶金炉窑属于一种高耗能的应用设备，在装备上比较的陈旧，且自控的水平比较的差，同时在能源的有效利用的程度也较低，因此，对冶金炉窑实现设计的优化是提高其工作效率与质量的重要手段，能够有效的实现炉窑节能的目标，从而大大的减少对环境的污染，提高人们的生活质量。
参考文献：
[1]马棚.冶金炉窑优化设计研究[J].甘肃冶金，2009（2）.
[2]惠少南.有色冶金炉窑的节能潜力与措施[J].有色冶金技能，2009（18）.
[3]梅炽.有色冶金炉窑仿真与优化[J].有色设备，2009（6）.