[发明专利]一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统

摘要

本发明公开了一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统，连续退火产线中的能量消耗主要以热消耗为主，在本发明中，主要针对连续退火产线炉区中预热、加热及均热段的能量走向进行建模，建立能量输入与输出平衡模型。利用了能量流的理论方法并结合热力学知识，先分析退火炉的热传递过程以及能量的流向，求解能量输入、输出与各工艺参数之间存在的内在联系，建立了能量消耗与各工艺参数之间的平衡方程。采用完善的建模方法考虑能耗与带钢各工艺参数与加工参数之间存在的关系，意义明显、合理、简单而准确，解决了连续退火产线退火炉的能耗计算问题，能够有效的为后续研究能量效率优化研究提供基础，也可进行加工能耗评估与预测。

主权项

1.一种连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取训练数据，获取的训练数据包括如下各个类别下的数据：连续退火工艺过程中，退火炉区中热收入与带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数、有效热支出；S2、利用所述训练数据进行训练，建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与有效热支出之间的模型；其中，步骤S1中所述热收入是根据如下步骤得到：获取步骤S1热收入类别下数据中各个管道的通气量q_n；根据公式计算出热收入Q_燃；式中，α为空气过剩系数且为预设值，Q_d为燃烧气体热值且为预设值，n为通气管道数量；退火炉的有效热支出即第一热支出Q1为退火产线带钢加热带走能量，是根据如下步骤得到：获取步骤S1有效热支出类别下数据中带钢出加热炉的温度T₁、环境温度T₀；根据公式计算出钢的热容C_G；获取带钢带速ν、带宽l、带厚d、密度ρ；根据公式计算出退火炉的第一热支出Q1；步骤S1中获取的训练数据还包括退火炉的第二热支出Q2，步骤S2中具体为：建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与第一热支出Q1、第二热支出Q2之间的模型；退火炉的第二热支出Q2为退火产线废气最终散失的能量，是根据如下步骤得到：获取步骤S2中第二热支出Q2中废气温度T₃、环境温度T₀、单位理论空气消耗量L₀；根据公式计算出退火炉的第二热支出Q2；式中，C_f为废气热容且为设定值；退火炉的第三热支出Q3为退火产线墙壁通过热对流与热辐射散失掉的能量，是根据如下步骤得到的：建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q₃之间的模型；获取步骤S2中第三热支出Q3中对象的内表面积An、对应对象的外表面积Aw、预热炉内温度T₄₁、炉墙各层材料厚度δ_k、加热段炉温T₄₂、带钢入口温度T₀、带钢出口温度T₅、钢出口温度和带钢入口温度的平均值T；根据公式式中：计算出退火炉的第三热支出Q3；式中：j：1、2、3分别对应预热炉、加热炉、均热炉；i：1、2、3、4分别对应炉墙、炉顶、炉底及炉门；αn：炉墙内表面传热系数、αw：炉墙外表面传热系数、λk：炉墙各层材料的热导率、F：计算单元辐射系数；退火炉的第四热支出Q4为退火产线加热保护气体所损失的能量，是根据如下步骤得到的：建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q3、第四热支出Q4之间的模型；获取步骤S2中第四热支出Q4中对应炉区保护气通入量q_b、保护气体出退火炉的温度T₅、保护气体进退火炉的温度T₀；根据公式计算出退火炉的第四热支出Q4；式子中，j：1、2、3分别对应预热炉、加热炉、均热炉；C_b：保护气体热容且为设定值；退火炉的第五热支出Q5为退火产线预热助燃气空气所损失的能量，是根据如下步骤得到：建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q₃、第四热支出Q₄、第五热支出Q₅之间的模型；获取步骤S2中第五热支出Q5中单位理论空气消耗量L₀、进入烧嘴时空气预热温度T₆、环境温度T₀；根据公式Q₅＝q_总L_OC_k(T₆‑T₀)计算出退火炉的第五热支出Q5；式中，C_k为空气的热容且为设定值。