[發(fā)明專利]一種基于系統(tǒng)工程的水泥工藝預(yù)熱器建模方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911355121.7
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111177914A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張翼;夏凌風(fēng);秦憲明;李響;蒙景怡;姚俊宇;趙峙杰;鄭明迪;邱林;徐明明;范金磊;孫盈盈;崔靜宇;黃楚晴;喬鵬;任婧;張璐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)北京天譽(yù)有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 于國強(qiáng)

本發(fā)明涉及水泥工藝技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于系統(tǒng)工程的水泥工藝預(yù)熱器建模方法，包括建模模塊和參數(shù)校驗(yàn)?zāi)K，本發(fā)明首先調(diào)研所需建模的預(yù)熱器情況，分析該預(yù)熱器內(nèi)所發(fā)生的物理變化和化學(xué)反應(yīng)。建立預(yù)熱器模型，在參數(shù)校核模塊中，將實(shí)際測量得到的進(jìn)口數(shù)據(jù)作為預(yù)熱器模型的輸入量，建立規(guī)劃求解最小目標(biāo)函數(shù)，獲得校正后的水泥工藝預(yù)熱器模型。本發(fā)明能夠有效評價(jià)同個預(yù)熱器在不同工況或不同時期的換熱效果，也能評價(jià)不同預(yù)熱器在同一工況下的換熱效果；預(yù)熱器模型所需數(shù)據(jù)量不大，完全可由生產(chǎn)數(shù)據(jù)或者熱工標(biāo)定提供；不會出現(xiàn)過擬合的情況；適用于流程建模，能很好的預(yù)測同一工況下預(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)，也能適用于工藝優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水泥工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于系統(tǒng)工程的水泥工藝預(yù)熱器建模方法。

背景技術(shù)

新型干法水泥生產(chǎn)工藝是現(xiàn)代水泥生產(chǎn)工藝中最為先進(jìn)的一種，其主要特征在于懸浮預(yù)熱和分解系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要設(shè)備構(gòu)成是預(yù)熱器和分解爐。預(yù)熱器承擔(dān)著氣固分離、物料加熱及部分物理、化學(xué)反應(yīng)等多個重要職責(zé)。因此，無論是實(shí)際生產(chǎn)操作還是水泥生產(chǎn)工藝研究，對預(yù)熱器的研究愈發(fā)重要。

當(dāng)前國內(nèi)外對預(yù)熱器的研究主要集中在3個方向。

第一個方向是計(jì)算流體力學(xué)模擬(簡稱CFD模擬)。利用CFD軟件，對單個預(yù)熱器進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模，輸入相關(guān)工藝參數(shù)，如煙氣流速及溫度、粉塵濃度、物料組成及溫度等參數(shù)，進(jìn)行CFD模擬，最終輸出當(dāng)前結(jié)構(gòu)和參數(shù)下預(yù)熱器內(nèi)流場分布、分散效果和溫度場分布等結(jié)果。CFD模擬可以幫助評價(jià)預(yù)熱器硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，也可以幫助分析各工藝參數(shù)對預(yù)熱器性能的影響。這一方向缺點(diǎn)在于計(jì)算過于復(fù)雜，往往需要借助專用CFD軟件進(jìn)行單個設(shè)備的建模計(jì)算，不適用于整個系統(tǒng)的工藝優(yōu)化。

第二個方向是熱工領(lǐng)域的反求。這方向主要基于質(zhì)量守恒和能量守恒，利用一些相對容易獲得的工藝參數(shù)對整體預(yù)熱系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行評價(jià)。反求方法中對換熱的評價(jià)方法是熱效率的概念。這個熱效率是熱力學(xué)中的有效功與總功之比的概念。這種方法的缺點(diǎn)在于無法對系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，也就無法利用模型進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

第三個方向是自控領(lǐng)域的動態(tài)結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模。這方向避免了復(fù)雜的計(jì)算和分析，基于現(xiàn)有的監(jiān)測參數(shù)就能建立相關(guān)模型，同時模型具有較好的動態(tài)特性。但建立的模型容易存在過飽或過擬合的問題，另外訓(xùn)練時間長，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中存在主觀因素等缺陷。

以上三個方向?qū)︻A(yù)熱器的研究或者建模手段都沒法滿足水泥熟料生產(chǎn)工藝進(jìn)行流程建模及工藝優(yōu)化的需求。因此，需要開發(fā)一種能應(yīng)對用于工藝優(yōu)化的流程建模的水泥工藝預(yù)熱器建模方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于系統(tǒng)工程的水泥工藝預(yù)熱器建模方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于系統(tǒng)工程的水泥工藝預(yù)熱器建模方法，包括建模模塊和參數(shù)校驗(yàn)?zāi)K，

建模模塊用于建立若干個預(yù)熱器模型方程組；

參數(shù)校驗(yàn)?zāi)K用于對建模模塊中的若干個預(yù)熱器模型方程組進(jìn)行參數(shù)校驗(yàn)。

進(jìn)一步的，建立若干個預(yù)熱器模型方程組，包括步驟：

S1)對所需建模的預(yù)熱器分析其內(nèi)部發(fā)生的物理變化和化學(xué)反應(yīng)；

S2)根據(jù)所需建模的預(yù)熱器內(nèi)發(fā)生的物理變化和化學(xué)反應(yīng)建立預(yù)熱器模型方程組；

預(yù)熱器模型方程組包括：

不參與物理變化、化學(xué)反應(yīng)的氣、固相組分質(zhì)量守恒方程組；

參與物理變化、化學(xué)反應(yīng)的氣、固相組分的質(zhì)量傳遞方程組；

涵蓋物理變化熱、化學(xué)反應(yīng)熱和熱損失的總體的能量平衡方程；