[發明專利]一種水泥熟料燒成過程清潔生產的建模優化方法

有效

• 申請號: 201310274933.5
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103400196A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 于海斌;王卓;賈洋;王斌;孫朋飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

1.一種水泥熟料燒成過程清潔生產的建模優化方法，其特征在于包括以下步驟：

根據水泥熟料燒成過程中各工序的物質平衡關系和熱量守恒原理在Aspen?Plus軟件中建立水泥熟料燒成過程模型；設定并輸入水泥燒成過程的數據并運行該模型，直到模擬結果滿足誤差要求；根據實際生產要求，選擇相對應的節能減排技術，優化水泥熟料燒成過程模型，并優化熟料燒成方法。

2.根據權利要求1所述的一種水泥熟料燒成過程清潔生產的建模優化方法，其特征在于：所述根據水泥熟料燒成過程中各工序的物質平衡和熱量守恒式在Aspen?Plus軟件中建立水泥熟料燒成過程模型包括以下步驟：根據水泥熟料燒成各生產工序操作任務選定各個單元操作模型：根據各個工序的物質平衡和熱量守衡式，確定各單元操作模型進出口物流和能流數，連接各單元操作模型形成水泥熟料燒成過程模型。

3.根據權利要求2所述的一種水泥熟料燒成過程清潔生產的建模優化方法，其特征在于：所述根據水泥熟料燒成各生產工序操作任務選定各個單元操作模型包括：

1）懸浮預熱子系統采用Aspen?Plus中的分離模塊Cyclone和換熱模塊Heater，用于模擬氣固換熱和分離任務；

2）分解爐采用RCSTR模塊、Mixer模塊和煤粉燃燒模塊，用于模擬燃料燃燒、助燃氣混合和生料的分解任務；

3）回轉窯子系統采用多級RCSTR模塊、Mixer模塊、氣固分離模塊和煤粉燃燒模塊，用于模擬生料分解、礦物鍛燒、燃料燃燒、助燃氣混合和氣固分離任務；

4）冷卻子系統采用HeatX模塊和FSplit模塊，用于模擬熟料的驟冷、熱量回收任務和氣體分割任務。

4.根據權利要求2所述的一種水泥熟料燒成過程清潔生產的建模優化方法，其特征在于：所述根據各工序的物質平衡關系和熱量守衡關系，確定各單元操作模型進出口物流和能流數包括以下步驟：

1-1）懸浮預熱子系統采用固相物質守衡關系

n_cyc,raw＝n_cyc,env+n_cyc,cal＝n_cyc,raw×η_m+n_cyc,raw×(1-η_m)???（1）

其中，n_cyc,raw為進入懸浮預熱子系統的生料總量，n_cyc,env為煙氣夾帶生料量，n_cyc,cal為進爐分解爐的生料量，η_m為旋風筒分離效率；

熱量守衡關系q_cal,gas＝Δq_cyc,raw+q_cyc,gas+q_cyc,loss???（2）

其中，q_cal,gas為自分解爐進入懸浮預熱子系統的煙氣攜帶熱量，Δq_cyc,raw為提升生料溫度的熱量，q_cyc,gas為排放出系統的煙氣攜帶的熱量，q_cyc,loss為設備的熱損失；

2-1）分解爐采用固體的物質守衡關系n_cyc,cal＝n_cal,kiln+n_cal,ent+n_cal,con???（3）

其中，n_cal,kiln為由分解爐進入回轉窯的分解產物量，n_cal,ent為煙氣夾帶的分解產物量，n_cal,con為參與化學反應的轉化量；

氣相物質守衡關系n_tra,air+n_kiln,gas+n_cal,con+n_cal,com,gas＝n_cyc,gas???（4）

其中，n_tra,air為由三次風量，n_kiln,gas為窯尾煙氣量，n_cal,con為固相反應釋放氣體量，n_cal,com,gas為燃料燃燒凈產生煙氣量，n_cyc,gas為流出分解爐煙氣量；

燃料燃燒反應和生料分解反應均采用化學反應動力學描述，即反應速率

ncal,con=VRΠCiαk(TT0)βexp([-(ER)(1T-1T0)])---(5)]]>

其中，V_R為反應體積，C為物質i的有效反應濃度，α為反應級數；k為指前因子；T為反應溫度，T₀為參考溫度，β為溫度系數，E為反應活化能，R為氣體常數；

熱量守衡關系q_fuel,cal+q_tra,air+q_kiln,gas＝(-ΔH)n_cal,con+q_cal,loss???（6）

其中，q_fuel,cal為燃燒放熱量，q_tra,air為三次風攜帶熱量，q_kiln,gas為回轉窯煙氣攜帶熱量，ΔH為反應的熱效應，q_cal,loss為分解爐子系統熱損失；

3-1）回轉窯子系統內的每一級物質守恒關系采用式（3）和式（4），串聯各級物質守恒關系構成整個回轉窯子系統的質量守恒關系式；每級的熱量守恒關系采用式（6），串聯各級熱量守恒關系構成回轉窯子系統的熱量守恒關系；

4-1）冷卻子系統采用固相物質守衡關系n_clin,hot＝n_air,ent+n_clin,col???（7）

其中，n_clin,hot為回轉窯進入冷卻子系統的熱熟料量，n_air,ent為熱空氣夾帶的熟料量，n_clin,col為系統產出冷卻熟料量；

5-1）根據上述步驟確定各單元操作模型的進出口物流和能流數，并連接各單元操作模型。

5.根據權利要求1所述的一種水泥熟料燒成過程清潔生產的建模優化方法，其特征在于：所述數據包括組分、物性方法、起始物流數據、單元操作模型數據。6．根據權利要求1所述的一種水泥熟料燒成過程清潔生產的建模優化方法，其特征在于：所述根據實際生產要求，選擇相對應的節能減排技術，優化水泥熟料燒成過程模型，并優化熟料燒成方法包括以下步驟：

首先根據實際生產要求，選擇一種或幾種節能減排技術；然后根據節能減排技術在水泥熟料燒成過程模型中添加或調整相應的物流或設備模塊，構成實現清潔生產方案的優化工藝模型，并輸入相應的物流數據和單元操作模型數據；最后初始化模型，調整可調節參數，反復運行優化工藝模型，直到能耗或污染物排放量達到期望值為止。