[發(fā)明專利]一種預(yù)測下行床快速熱解爐輻射管磨損速率的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711289796.7
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN108121857A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭麗;孟嘉樂;鄭倩倩;張宏偉;竇從從;肖磊;吳道洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京神霧電力科技有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06N3/08
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11254
• 代理人: 劉伍堂

本發(fā)明涉及一種預(yù)測下行床快速熱解爐輻射管磨損速率的方法，該方法包括步驟1）對(duì)煤粉熱解爐裝置的幾何建模；2）采用MP?PIC方法對(duì)幾何模型網(wǎng)格劃分，設(shè)置初始化流場和邊界條件；3）采用MP?PIC方法模擬并提取瞬時(shí)顆粒速度以及沖蝕角度；4）采用磨損模型計(jì)算輻射管的瞬時(shí)磨損速率，并將顆粒速度以及沖蝕角度所對(duì)應(yīng)的磨損速率作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；5）采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，得到磨損速率模型；6）根據(jù)所述磨損速率模型，預(yù)測磨損速率，獲得瞬時(shí)磨損量。本發(fā)明采用MP?PIC方法，耦合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，在線預(yù)測輻射管瞬時(shí)磨損量，并監(jiān)控累計(jì)磨損量，判斷輻射管的磨損情況，及時(shí)有效的指導(dǎo)輻射管的維護(hù)，保證蓄熱式快速熱解爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)測熱解爐輻射管磨損速率的方法。

背景技術(shù)

我國擁有豐富的含碳的低品位能源和廢棄物資源，主要包括低階煤、生物質(zhì)、油頁巖、廢舊輪胎、污泥等，且我國油氣資源缺乏，進(jìn)口原油在每年遞長，據(jù)統(tǒng)計(jì)2013年我國原油進(jìn)口量達(dá)2.8億噸，其原油對(duì)外依存度不斷增加。基于此，一種蓄熱式下行快速熱解反應(yīng)器，不使用熱載體而采取蓄熱式輻射管布置技術(shù)，工藝簡單、運(yùn)行可靠，并容易實(shí)現(xiàn)大型化，能夠滿足工業(yè)運(yùn)行的要求。同時(shí)，可以從含碳的低品位能源和廢棄物資源中提取人造石油、人造天然氣資源，不僅能補(bǔ)充我國石油、天然氣資源缺口，又能解決含碳的低品位能源和廢棄物資源化利用這一世界難題。

然而，下行熱解爐在長周期高溫環(huán)境下運(yùn)行過程中，熱解原料為粉狀，例如煤粉，其內(nèi)煤粉顆粒的劇烈向下運(yùn)動(dòng)可能會(huì)引起熱解爐中提供熱源的關(guān)鍵部件輻射管出現(xiàn)沖蝕磨損現(xiàn)象。當(dāng)輻射管表面的磨損量達(dá)到一定程度時(shí)，將不能承受爐膛內(nèi)的顆粒對(duì)其表面的沖擊，一旦輻射管表面材料被磨破，顆粒將會(huì)穿透輻射管，重則影響快速熱解爐裝置的高效長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成不安全因素和較大的經(jīng)濟(jì)損失。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種預(yù)測熱解爐輻射管磨損速率的方法，該方法包括以下步驟：

1)采用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)煤粉熱解爐裝置進(jìn)行1:1的幾何建模；

2)采用MP-PIC方法對(duì)構(gòu)建的熱解爐幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置初始化流場和邊界條件，計(jì)算每個(gè)空間微元體的守恒方程；

3)采用MP-PIC方法模擬不同操作工況下的熱解爐內(nèi)熱解化學(xué)反應(yīng)過程，提取瞬時(shí)顆粒速度以及沖蝕角度；

4)采用磨損模型計(jì)算輻射管的瞬時(shí)磨損速率，并將所述顆粒速度、沖蝕角度、磨損速率等工藝參數(shù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

5)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，得到磨損速率模型；

6)根據(jù)所述磨損速率模型，預(yù)測磨損速率，獲得瞬時(shí)磨損量。

進(jìn)一步地，所述步驟2)中的初始化流場和邊界條件是根據(jù)熱解爐操作條件以及相關(guān)物理性質(zhì)來設(shè)置；所述相關(guān)物理性質(zhì)包括：顆粒粒徑、顆粒密度、流體性質(zhì)、反應(yīng)溫度、顆粒進(jìn)料量。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中模擬時(shí)間為100s，

優(yōu)選地，提取10-100s之間的瞬時(shí)顆粒速度以及沖蝕角度。

進(jìn)一步地，所述步驟4)中的磨損速率模型的計(jì)算公式為：

式中，e_r為磨損速率；K為材料相關(guān)參數(shù)；f(θ)為粒子沖擊函數(shù)；θ取值為(0，π/2)，單位為弧度；u_rel為粒子與壁面間的相對(duì)速度，u_ref為顆粒參考速度常數(shù)；n為指數(shù)。

進(jìn)一步地，所述f(θ)的計(jì)算公式為：