[發明專利]一種基于響應面法的燃燒器結構優化方法

有效

• 申請號: 201410246922.0
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104036075B
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發明（設計）人: 王元華;吳曉磊;劉波;徐宏;費達
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F19/00
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙)31230
• 代理人: 朱小晶

【技術領域】

本發明涉及燃燒器結構優化技術領域，具體地說，是一種基于響應面法的燃燒器結構優化方法。

【背景技術】

環境問題關系國家安全，愈發得到政府和企業層面的重視。2013年7月30日，中石化宣布實施“碧水藍天”環保計劃，而氮氧化物就是其重點關注的污染物之一。氮氧化物大量存在于管式加熱爐的出口煙氣中，對環境安全構成巨大威脅：氮氧化物是光化學煙霧和酸雨的一個重要原因，汽車尾氣中的氮氧化物與碳氫化合物經紫外線照射發生反應形成的有毒煙霧，稱為光化學煙霧。另外，氮氧化物與空氣中的水反應生成的硝酸和亞硝酸是酸雨的成分。

低氮燃燒一直以來是煉化企業以及加熱爐廠家追求的方向。目前，國內廠家對燃燒器的結構進行了一定的改造，通過采用燃氣分級等燃燒技術來實現對燃燒過程中氮氧化物的控制。雖然這些燃燒技術一定程度上降低了NOx的排放，但是尚不能達到含量低于50ppm的環保要求。如何在現有燃燒器結構的基礎上采用合理結構尺寸來優化燃燒器的燃燒性能，是一個值得考慮的問題。

經過對現有技術的檢索以及現場調研發現，加熱爐廠家以及國內學者對燃燒器結構的優化主要采用單因素法。李元青，陸曉峰在《南京工業大學學報(自然科學版)》2010，32(5)上的發表的文章“石化管式加熱爐燃氣燃燒器的CFD研究”中利用單因素法考察了燃燒器噴射角度和噴口直徑兩個因素對燃燒過程的影響。王娟，毛羽等人在《煉油技術與工程》2007，37(8)上發表的文章“燃燒器結構對氣體火焰形狀和爐內溫度分布的影響”中也分別采用單因素法考察了噴孔直徑、噴孔角度、旋流角度的影響。但燃燒器結構較為復雜，單因素試驗無法確定各結構參數之間的交叉影響，因此優化數值一般并非目標函數(即出口NO_x含量)的極值區域。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于響應面法的燃燒器結構優化方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種基于響應面法的燃燒器結構優化方法，其具體步驟為：

(1)確定燃燒器需要考慮的結構因素，并對其進行編碼變換；

所述的結構因素為燃燒道，噴槍，穩燃器，燃燒道形狀，直徑，噴槍位置，噴嘴角度，噴嘴直徑中的一種或者幾種組合；

所述的編碼變換為：在響應面設計中各結構因素的變化范圍有所不同，某些自變量的范圍差別極其懸殊；為統一處理的方便，將設計參數的取值作編碼變換，建立起結構因素水平值與“編碼”的一一對應關系；編碼是為了解決量綱不同給設計與分析帶來的麻煩；

(2)采用中心復合設計CCD確定試驗方案；

CCD＝central composite design即中心復合設計的簡寫；

所述的中心復合設計CCD是指：中心復合設計是一種經典的二階設計，試驗點包括立方點，中心點和軸向點三種；

具體為以三因子中心復合設計來說，立方點分布于邊長為1的立方體的頂點，中心點位于立方體中心，軸向點又稱始點，星號點，分布在穿過中心點的軸向上，除一個坐標為+α或-α外，其余坐標皆為0；

(3)按照CCD試驗方案完成試驗；

所述的按照CCD試驗方案完成試驗是指：根據CCD試驗方案，采用熱態試驗或者計算流體力學CFD軟件完成所有立方點，中心點和軸向點的設計試驗，通過煙氣分析儀或者計算流體力學CFD后處理獲得試驗點的NO_x數值。

(4)建立響應面模型，分析試驗結果；

所述的建立響應面模型，分析試驗結果，是指：將試驗點數據輸入響應面軟件，例如，Statistica，Design-Expert或者SAS；根據軟件分析結果，提取多項式系數，得到各因素與響應值之間的多項式關系；輸出響應面三維圖并判斷各因素對目標函數的影響情況；根據典型值分析表，判斷是否需要進行嶺嵴分析；

(5)進行嶺嵴分析，確定優化結構參數組合。

所述的嶺嵴分析，是指：以原始設計中心點為球心，對每個坐標從球心開始不斷擴大，在R為半徑的超球面與響應面的交點形成的軌跡范圍內找出最佳響應值，其中，半徑R不能超過試驗范圍。

所述的交點又名嵴點；

與現有技術相比，本發明的積極效果是：

本發明優于傳統的單因素優化方法，比如單因素優化方法這樣無法確定噴孔直徑、噴射角度、旋流角度之間的交叉影響。