[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

技術領域

本發明涉及水泥燒成技術領域，具體地說是通過過程模擬技術，進行水泥熟料物料和能量衡算，研究影響水泥熟料燒成過程的能耗和污染排放的因素并優化，對水泥行業實現清潔生產有重大意義。

背景技術

伴隨著水泥工業的迅速發展也帶來了嚴重的資源、能源、環境等問題。據統計2012年我國水泥產量超過21億噸，每生產一噸硅酸鹽水泥熟料需要石灰石1.4噸、粘土0.2噸、標準煤0.23噸、電75千瓦時，同時產生0.9噸CO2氣體(其中60%來自碳酸鈣分解，其余由燃料燃燒產生)，加上SO2、NO等氣體的產生，最終導致嚴重的環境污染。

經過對我國的20余條技術較為先進的熟料燒成生產線現場標定，預熱器系統實際廢氣溫度超過345℃，2000t/d以上回轉窯筒體表面散熱平均高達150kJ/(kg﹒cl)，篦冷機的熱回收效率低于70％，平均生產熱耗約3360kJ/(kg﹒cl)，電耗大于25kWh/（t﹒cl），生料烘干后多余的廢氣一般排至大氣，少數用來發電(需增設鍋爐、汽輪機、發電機組)。就新型干法本身來說，我國和世界先進水平相比，單位熟料熱耗高250kJ/kg左右，單位水泥電耗高10kWh/t左右。

2012年8月，國務院發布《節能減排“十二五”規劃》。《規劃》在“十一五”節能、COD和SO2這三個約束性指標的基礎上，在“十二五”期間新增了氮氧化物和氨氮這兩個污染物減排的指標，形成了五個約束性目標。因此如何在水泥生產中節能降耗、如何打造綠色環保水泥成為水泥行業清潔生產的重點。

水泥生產中污染物的生成和能量消耗主要發生在預熱分解系統和回轉窯的物理化學反應階段，因使用原料、燃料種類或喂料量的不同，所產生能耗和污染氣體的量有很大差異，因此研究影響能耗和污染排放的因素并對其進行控制，對水泥行業實現清潔生產有重大意義。然而燒成過程很多關鍵參數無法直接測量，生產過程中對生產參數進行調整優化，對新工藝設計進行風險評價，以及對各種備選方案進行可行性評定等都難以實現現場試驗。即使有條件進行試驗研究，也會造成大量的資源浪費。

而穩態流程模擬能夠基于計算機輔助計算手段，對過程進行物料、能量衡算、裝置尺寸和費用計算。它可以對系統的工況特性進行分析研究，在計算機上逐次改變各種條件的輸入信息，就可以得到表明相應變化了的工況特性分析結果。這些結果若是在實驗或生產裝置上用改變操作條件逐一實踐，花費的人力、物力將是巨大的。因此，有必要通過過程分析和模擬計算手段模擬水泥熟料燒成過程，為水泥工業實施適當的清潔生產技術提供理論和數據支持。

發明內容

針對現有水泥熟料燒成過程中存在的能源和環境問題，本發明的目的在于提供一種基于流程模擬的方法，綜合物料、能量衡算和節能減排技術，能夠有效地對不同生產工藝或工況進行物耗、能耗和環境影響對比分析，以便進一步穩定工藝操作，優化操作參數，從而為水泥工業清潔生產提供理論和數據支持。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種水泥熟料燒成過程清潔生產的建模優化方法，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。

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。

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。

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：