钢铁工业加热炉能效评估系统研究与实现
时间：2021-01-28 20:01:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：加热炉是钢铁工业的重要能耗设备，該文结合加热炉的热工理论构建了一套包含加热炉能耗、生产、状态和环境四个方面指标体系，并基于层次分析法（AHP）研究了加热炉能效评估模型，该模型包含无量纲化、指标赋权、加权计算和钻取分析这四个过程。基于指标体系和评估模型的研究，开发实现了加热炉能效综合评估系统，该系统应用于上海某钢铁工业炉工程技术有限公司，对该公司步进式加热炉进行能效评估，通过向下钻取找到了造成能效低下的指标，为提高加热炉能效提供了依据。
关键词：加热炉；能效评估；指标体系；层次分析法
中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2017）02-0210-03
Research and Implementation of Energy Efficiency Evaluation System for Reheating Furnace in Iron and Steel Industry
CHEN Wang， LING Wei-qing， DAI Yi-ru
（CIMS Research Center， Tongji University，Shanghai 201804，China）
Abstract：Heating furnace is an important energy consumption equipment. This paper constructed a set of index system that includes energy consumption， production， state and environment combined with thermal theory. At the same time， based on AHP， this paper studied an evaluation model that includes dimensionless， indicator empowerment and weighted calculation. Based on the above researches， a comprehensive energy efficiency evaluation system of the heating furnace was realized and applied to an Iron and Steel Industry Furnace Engineering Technology Co in ShangHai. An evaluation of the Stepping heating furnace was conducted .The index that lead to low energy efficiency was founded and provided to improve heating furnace"s energy efficiency as a basis.
Key words： heating furnace； energy efficiency evaluation； index system； AHP method
1 背景
能效评估技术从上世纪70年代始源于美国，在我国也得到了长足发展，已经广泛应用于钢铁、建筑、电力等各个行业。加热炉是钢铁工业轧钢工序的重点能耗设备，其能耗占整个轧钢工序的60%-70%，加热炉的能源消耗和设备状态都会影响其生产效率，同时其排放的二氧化硫等污染物对环境污染严重[1]。尽管很多钢铁企业已经加强对加热炉的管理，但仍然缺乏一套信息化系统来综合评估加热炉生产中的能效水平。因此，需要研究并实现一套能从多角度综合评估加热炉能效水平的系统。
2 系统关键技术研究
2.1 加热炉能效评估指标体系
构建加热炉能效指标体系需要根据评价目的反映有关加热炉的各方面状况，本文结合炉子热工理论，从能耗、设备状态、生产和排放四个方面研究影响加热炉能效的关键因素[2]，构建如图1所示的能效指标体系结构，该体系为层次化结构，分为三个层次，顶层为目标层：加热炉综合能效指标；中间层为准则层：四种类型的能效指标；底层为指标层：可经统计数据计算的具体指标。
下面对体系结构图中的四类指标做详细说明：
1）加热炉能耗指标
在实际生产过程中，加热炉内的燃烧需要使用混合煤气和助燃空气，余热回收使用净环水，同一型号的炉子在对同一钢种进行加热时使用的工艺是固定的，所使用煤气的成分和比例、助燃空气的消耗系数都是工艺中的固定参数。因此加热炉的能耗指标要包含混合煤气流量、助燃空气流量和净环水流量，这三项指标互不重叠又便于计算，以混合煤气流量的计算为例：
[B=LT] （1）
其中，B：流量，Nm3/h；L：一段时间内的总消耗量，Nm3；T：时间段，h。
2）加热炉生产指标
加热炉生产指标研究加热炉在生产过程中的热收入、热支出、板胚的装入装出、氧化烧损、炉体散热等要素之间的关系，生产指标可以包含炉子热效率、炉子平均产量和氧化烧损率等。以炉子热效率计算为例：
3）加热炉状态指标研究
加热炉设备生产状态会影响生产效率和能源消耗，将设备状态作为评估的一部分，可通过能效评估结果诊断出换热器破损、水梁结垢等设备异常。具体指标有换热器效率、空气过剩系数和烟气含氧量等。以换热器效率为例：
4）加热炉排放指标研究
加热炉排放指标主要研究二氧化硫、氮氧化物和粉尘等废气排放，废气的排放情况直接反应了加热质量和能源利用率，对废气排放进行评估，可促进加热炉的节能减排。这方面的指标有二氧化硫浓度、氮氧化物浓度和粉尘浓度等。以二氧化硫浓度为例：
