1. Методы исследования работы печей

В настоящее время существуют 4-е принципиально разных подхода к исследованию работы промышленных печей: экспериментальный метод и методы моделирования: стохастическое моделирование, физическое моделирование, математическое моделирование.

1.1. Экспериментальный метод исследований

В процессе эксплуатации печи периодически требуется проверять ее состояние: по энергетическим параметрам, по технологическим (т.е. по качеству нагрева) и по другим моментам. Это делается для того, чтобы учесть уже упоминавшиеся вероятностные процессы, сопровождающие работу печи. При таких проверках на заводах обычно, проводят теплотехнические испытания печей, по результатам которых корректируются (изменяются) параметры работы. Например, изменяется температурный режим печи или заменяются горелки на новые, более совершенные и т.д. Такие экспериментальные исследования довольно эффективны, т.к. позволяют оперативно устранять нарушения в тепловой работе печи, но имеют ряд недостатков:

1) высокая трудоемкость проведения исследований;

2) ограниченные возможности для выбора наилучших технологических параметров печи;

3) ограниченность рекомендаций по улучшению работы печи рамками только исследуемой печи.

Эти и некоторые другие недостатки определили преимущественное развитие альтернативных "интеллектуальных" методов исследования.

1.2. Стохастическое моделирование

Стохастическое моделирование основано на выявлении наиболее существенных связей между параметрами (характеристиками) печи путем использования аппарата математической статистики. Преимущества стохастического моделирования в том, что можно оценить работу печи без проведения дорогостоящих и трудоемких испытаний. Методика такого моделирования следующая: сначала проводятся достаточно длительные статистические наблюдения за параметрами, характеризующими работу печи, далее выявляются связи между управляющими факторами (расхода топлива и воздуха, давление, температура печи, температура воздуха) и выходными параметрами (температура металла на выдаче из печи, угар, стойкость печи и др.). При этом печь рассматривается в виде "черного ящика", т.е. в виде объекта, о протекании процессов в котором ничего неизвестно. Затем, коррелируемые между собой параметры дополнительно обрабатываются с целью получения формальной математической зависимости, типа

(1.1)

или

(1.2)

где a_j (a₀, a₁, ...) и b_k (b₀, b₁, ...) – коэффициенты, определяемые из обработки статистической информации, Y_i – выходной параметр; X₁, X₂ … – управляющие параметры (факторы).

Подобные соотношения образуют стохастическую модель. Эта модель позволяет при поиске оптимальных режимов работы печи получать результаты более близкие к оптимальным по сравнению с результатами, получаемыми при экспериментальных исследованиях.

Недостатки стохастической модели в том, что она не позволяет выявить все возможности оптимизации и иногда приводит к получению абсурдных результатов, т.к. по сути является не моделью печных процессов, а моделью сложившихся связей и приемов эксплуатации данной печи. Последнее обстоятельство не позволяет использовать такие модели для аналогичных печей. Попытка обойти недостатки приводит к выводу, что без описания или моделирования процессов внутри печи нельзя создать надежную модель.

Наиболее рационально моделировать печные процессы на основе физического моделирования или математического моделирования, используя экспериментальные или статистические исследования в качестве разовой проверки контрольных параметров работы печи.