【摘 要】工業(yè)爐窯在建材、冶金以及機械等部門中發(fā)揮著重要的作用，是這些部門的主要生產(chǎn)性設備，同時它也是重點的耗能設備，消耗的能源比較的高，且冶金爐窯的平均熱效應也只有20%左右，對熱的損失很大，從而造成了大量的能源浪費，給環(huán)境造成了很大的污染。因此，對冶金爐窯進行必要的優(yōu)化設計是其發(fā)展的必然趨勢。文章對目前冶金爐窯的現(xiàn)狀與對其優(yōu)化的目的進行分析，進而提出冶金爐窯的優(yōu)化設計原則與方法，從而實現(xiàn)低污染、高環(huán)保的現(xiàn)代爐窯。

【關鍵詞】冶金爐窯,能源消耗,節(jié)能設計

冶金爐窯一直是火法冶金的專用設備，而爐窯的設計好壞直接關系到企業(yè)的生產(chǎn)效率與工作質(zhì)量，同時也與自然環(huán)境的污染程度有著必然的聯(lián)系，因此，在進行冶金的過程中，工作人員需要不斷的改進措施，運用現(xiàn)代化的科技手段對冶金爐窯實行優(yōu)化設計，進而使其不僅能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的工藝品，而且能夠有效地減少對環(huán)境的污染，并提高對能源的利用率[1]。

1 冶金爐窯的現(xiàn)狀與優(yōu)化的目的

目前，工業(yè)爐窯已經(jīng)成為冶金行業(yè)的重要生產(chǎn)性設備，在其工作中發(fā)揮著重要的作用。然而，其在運行過程中所消耗的能源也是比較的高，而且其平均熱效應也只有20%左右，這就說明了冶金爐窯對熱的損失很大，極易造成大量的能源的浪費，給環(huán)境帶來很大的污染，極大的影響到人們生活質(zhì)量的提高和我國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會的目標的實現(xiàn)。因此，在今后的冶金工作中，就需要對其爐窯實現(xiàn)設計的優(yōu)化目標，從而達到以消耗低能源而生產(chǎn)出高質(zhì)量工藝品的目的，并且盡量的控制污染氣體的排放，提高爐窯的使用年限。

2 冶金爐窯優(yōu)化設計

2.1 設計原則

首先，在設計優(yōu)化的過程中，需要遵守設計優(yōu)化與操作與優(yōu)化的有機結(jié)合原則。而在冶金的設計優(yōu)化中，主要包括了爐窯的本體以及爐窯的熱工系統(tǒng)兩者之間的優(yōu)化配置，其中，前者就將爐窯的結(jié)構(gòu)型式、內(nèi)部的材料選擇以及相應的技術(shù)條件三者包含在內(nèi)。關于爐窯的熱工系統(tǒng)中，就包括了用來供熱與供電的系統(tǒng)、用來提供風能以排除煙霧的系統(tǒng)以及在冶金的過程中進行加料與排料的系統(tǒng)等。同時，在操作優(yōu)化方面，就需要在實際的操作過程中，有效的貫徹配料、加料的制度、供熱與供電的制度，以及工藝品需要燃燒的條件等多方面的優(yōu)化決策方案，并與設計優(yōu)化有機的結(jié)合在一起，從而充分的提高工作效率[2]。

其次，微觀機理與宏觀功能的有機結(jié)合原則。微觀機理就包括了爐窯在實際的工作中，其流場、濃度場、溫度場以及電磁場等方面的數(shù)據(jù)參數(shù)在時空的分布特點，它不僅能夠放映出爐窯內(nèi)部進行的各種傳遞過程和發(fā)生相關的物理化學作用的過程在微觀上的動力學結(jié)構(gòu)，而且可以將其內(nèi)部所進行的各種過程發(fā)生耦合作用以后的結(jié)果以比較直觀的方式呈現(xiàn)出來。而宏觀上的功能就主要指的就是爐窯在技術(shù)經(jīng)濟等方面的優(yōu)化，而這些就需要通過對上述中產(chǎn)生的微觀動力學結(jié)構(gòu)進行改變，并將這些場數(shù)據(jù)參數(shù)在時空上的分布特征直觀的呈現(xiàn)出現(xiàn)。但是若是對這些微觀機理進行改變，就必須對上述提高的爐窯本體與熱工系統(tǒng)的運行制度以及相應的造作條件進行調(diào)整，從而實現(xiàn)微觀機理與宏觀功能的有機結(jié)合。

最后，技術(shù)、經(jīng)濟與社會的有機結(jié)合。在實際的冶金工作中，若是僅僅采用先進的技術(shù)，而在能源利用與對環(huán)境的影響發(fā)面出現(xiàn)不利的情況，也是無法達到冶金爐窯的優(yōu)化設計效果的，而若是對技術(shù)進行必要的優(yōu)化，或是要求獲得經(jīng)濟效益，那么也只能在較短的時間內(nèi)取得比較好的成效，無法真正實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 設計方法

關于冶金爐窯的優(yōu)化技術(shù)在實際的工程中主要有三種表現(xiàn)形式：一是CAD軟件，主要用于對工程設計的優(yōu)化,二是離線優(yōu)化的指導系統(tǒng)，主要是用于對冶金爐窯的操作過程采取必要的優(yōu)化措施，從而實現(xiàn)監(jiān)控與管理的結(jié)合,三是在線優(yōu)化的操作系統(tǒng)，主要是對冶金爐窯的在線操作過程實現(xiàn)優(yōu)化配置，下面就從這三方面來具體論述冶金爐窯的設計創(chuàng)新的有效措施。

設計優(yōu)化的CAD軟件。該軟件主要是以通過驗證的且具有全息仿真效果的軟件為其核心，再配以恰當?shù)娜藱C界面后，工作人mYmwT+JZ0He51Lgw2bAjA==員就可以有效的進行仿真試驗了，同時也可以按照相關的自尋優(yōu)程序?qū)⒆罴训脑O計參數(shù)自動的尋找出來。其工作原理就是首先通過全息的仿真軟件包設計出仿真效果，然后將仿真效果與制定的優(yōu)化目標進行對比分析，若是達到了整體優(yōu)化的目標，就可以視其仿真效果有效，若是沒有達到整體優(yōu)化的目標，就需要設計出優(yōu)化的方案，將其在結(jié)構(gòu)、操作，與物性等方面的參數(shù)包含進行去，再利用全息的仿真軟件包對進行仿真的試驗，如此循環(huán)，以實現(xiàn)最優(yōu)的仿真效果。

3 爐窯優(yōu)化的主要載體

爐窯優(yōu)化技術(shù)在工程上應用的主要形式有三種：用于工程設計優(yōu)化的CAD軟件,爐窯操作優(yōu)化離線指導系統(tǒng)，或進一步發(fā)展為監(jiān)控-管理-優(yōu)化決策一體化的集成系統(tǒng),爐窯運行在線優(yōu)化控制系統(tǒng)，或集成式管控優(yōu)化系統(tǒng)。統(tǒng)稱為爐窯優(yōu)化的技術(shù)載體，分述如下：

3.1 設計優(yōu)化CAD

以經(jīng)過驗證的全息仿真軟件為核心，配以適用的人機界面，即可進行仿真試驗（人工尋優(yōu)）或按自尋優(yōu)程序自動尋找出最佳設計參數(shù)。

3.2 離線優(yōu)化指導系統(tǒng)

離線優(yōu)化系統(tǒng)主要針對工業(yè)過程和工業(yè)爐窯的熱工系統(tǒng)的工作原理、運行環(huán)境條件與現(xiàn)場操作習慣為背景和依據(jù)，以仿真數(shù)學模型、優(yōu)化決策和判斷規(guī)律、實踐數(shù)據(jù)積累以及分析處理這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法和篩選方法為框架的綜合系統(tǒng)，其中的核心是仿真數(shù)學模型與優(yōu)化決策規(guī)則的研制和開發(fā)。由于工業(yè)爐窯工藝過程與熱工過程大多屬于多變量、非線性、強耦合、大滯后的慢時變對象，對其操作優(yōu)化規(guī)律的定量化，目前工程中多用人工智能的方法。如專家系統(tǒng)法、模糊分析法、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡法以及其間的各種組合方法。

3.3 在線優(yōu)化操作系統(tǒng)

對于一般簡單的單參數(shù)在線優(yōu)化系統(tǒng)，可將包含有全息仿真模型或簡單決策規(guī)則的軟件固化為優(yōu)化控制芯片，組裝成數(shù)值式直接控制器（DDC），與在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、優(yōu)化控制信號輸出系統(tǒng)形成優(yōu)化控制回路。對于變量較多的復雜的爐窯，為了能夠同時綜合多種擾動因素對控制參數(shù)的影響，工程上多采用二級或三級分散式在線控制。

最后，在線的優(yōu)化操作系統(tǒng)。在實際的工作中，若是對比較簡單的參數(shù)進行在線優(yōu)化，就可以將全息仿真軟件與在線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間形成用于優(yōu)化控制的回路來實現(xiàn)優(yōu)化。若是比較復雜的參數(shù)，就可采用二級或三級式的在線分散控制方法，將多種擾動因素有效的考慮進去，從而實現(xiàn)優(yōu)化的目的。

4 結(jié)束語

綜上所述，冶金爐窯屬于一種高耗能的應用設備，在裝備上比較的陳舊，且自控的水平比較的差，同時在能源的有效利用的程度也較低，因此，對冶金爐窯實現(xiàn)設計的優(yōu)化是提高其工作效率與質(zhì)量的重要手段，能夠有效的實現(xiàn)爐窯節(jié)能的目標，從而大大的減少對環(huán)境的污染，提高人們的生活質(zhì)量。

參考文獻：

[1]馬棚.冶金爐窯優(yōu)化設計研究[J].甘肅冶金，2009（2）.

[2]惠少南.有色冶金爐窯的節(jié)能潛力與措施[J].有色冶金技能，2009（18）.

[3]梅熾.有色冶金爐窯仿真與優(yōu)化[J].有色設備，2009（6）.