Ekstremum arama algoritması ile çelik şerit üretimindeki endüstriyel boya kurutma fırınının toplam enerji maliyeti optimizasyonu

Abstract

Ağır sanayi tesisleri, pazarda rekabet edebilmek için, üretimin en önemli maliyetlerinden biri olan enerji maliyetlerini en aza indirmenin yollarını bulmaya çalışır. Bu çalışmada, çelik şerit üretim hattında kullanılan gerçek bir fırın sistemi üzerinde bir uygulamalı maliyet optimizasyonu yapılmıştır. Fırın sistemleri aynı anda farklı enerji kaynaklarını tüketirler. Bu nedenle, enerji maliyeti optimizasyonu fırın sistemleri için gerekli bir çalışmadır. Bu çalışmada üzerinde çalışılan gerçek fırın sistemi, iki bölge ve her bölge de sekiz bölümden oluşmaktadır. Çelik şeritlerin sürekli ısıtılması için her bölgeye bir doğal gaz brülörü ve 45kW gücünde bir sirkülasyon fanı yerleştirilmiştir. Fırın yapısını ve dahili brülör kontrol kurgusunu değiştirmeden fırın sisteminde fan hızlarını optimize ederek ısıtma işleminin toplam maliyetini en aza indirecek şekilde eğim tabanlı Ekstremum Arama Algoritması (EAA) geliştirilmiştir. Geliştirilmiş EAA, fırın güvenliği, ölçüm cihazı özellikleri ve kararlılık gecikmeleri gibi kısıtlamaları da aşacak şekilde çelik şerit üretiminde uygulanmıştır. EAA uygulanarak ölçülen enerji tüketim değerleri ile fırın üreticisinin tavsiye ettiği ayarlar ile elde edilen enerji tüketim değerleri maliyet bakımından karşılaştırılmıştır. Gerçek bir üretimin sonunda, geliştirilen EAA, fanların farklı çalışma hızlarında aynı ürünün daha az toplam maliyetle üretilebileceğini göstermiştir. Elektrik enerjisi ve doğal gazın toplam maliyeti, makina imalatçısının tavsiye ettiği %70 fan hızı yerine %78 kullanılması durumunda %3,44 oranında azalmıştır. Fırın sisteminin her bir bölgesinin doğal gaz tüketiminin ayrı ayrı ölçümü sağlanması durumunda tasarrufun daha da artırılabileceği öngörülmektedir.

Heavy industry facilities try to find ways to minimize energy costs, one of the most important costs of production, in order to compete in the market. In this study, an applied cost optimization was performed on a real furnace system used in a steel strip production line. Furnace systems consume different energy sources at the same time. Therefore, energy cost optimization is a necessary study for furnace systems. The actual kiln system studied in this study consists of two zone s and each zone consists of eight parts. For continuous heating of the steel strips, a natural gas burner and a 45kW circulation fan are placed in each zo ne. A slope based Extreme Seeking Control (E S C ) has been developed to minimize the total c ost of the heating process by optimizing the fan speeds in the furnace system without changing the furnace structure and internal b urner control setup. Improved ES C has been applied in steel strip production, overcoming constraints such as furnace safety, meter characteristics, and stability delays. The energy consumptio n values measured by applying ES C and the energy consumption values obtained with the settings recommended by the oven manufacturer were compared in terms of cost. At the end of a r eal produ ction, the developed ES C showed that the same product can be produced with less total cost at different operating speeds of the fans. The total cost of electrical energy and natural gas was reduced by 3.44% when 78% was used instead of the machine manufact urer's recommended 70% fan speed. It is envisaged that the savings can be further increased if the natural gas consumption of each zone of the furnace system is measured separately. Key