工業電阻爐多參數能耗建模與預測

林利紅，李雨龍，李聰波，張 友

(重慶大學 機械工程學院，重慶 400044)

電阻爐是利用電流使電熱元件升溫，通過熱傳遞加熱爐內物體的裝置。在制造業中，電加熱裝置是耗能大戶，其耗電占據企業總耗電的25%～60%，全國熱處理電熱裝置總裝機量約15萬臺，年總耗能電量約100億度[1]。對工業電阻爐制定科學合理的能耗分析方法與生產計劃能提高能源效率，實現可持續的清潔生產和節能降耗[2]。因此，工業電阻爐的能耗預測研究具有深遠的意義。

傳統的工業電阻爐能耗預測研究主要是通過數值分析法來建立的理論數學模型，模擬加熱時爐內的熱傳遞輻射。Fu等[3]基于計算流體動力學(computational fluid dynamics，CFD)軟件FLUENT數值模擬了高溫合金坯在電阻爐內的加熱過程，對爐膛內自然對流和表面熱輻射進行了數值分析，預測了高溫合金的溫度分布和平衡時間。Jang等[4]采用共軛梯度法和打靶法相結合的優化方法，研究表明隨著預熱區溫度降低，能耗也顯著降低。以上傳統的數學建模方法需要提供詳細的數據信息，模型建立困難，預測誤差大，不夠精確。

綜上所述，雖然能耗預測在各方面研究早已開展，但具有非線性、大慣性、時變性特點[13]的大功耗的工業電阻爐，目前還沒有給出泛化性高的多參數預測方法。因此筆者對電阻爐工作狀態下的多個過程參數進行研究，分析各個加熱階段的能耗特性，基于數據驅動下建立小樣本、非線性的多參數能耗預測模型，并以粒子群優化算法(particle swarm optimization，PSO)對支持向量回歸的超參數進行尋優，提高模型精度。……