[發(fā)明專利]基于流程模擬的鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111041374.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN113868787A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉澤鋮;鐘文琪;邵應(yīng)娟;劉雪嬌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/28;G06F119/14;G06F113/14;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

1.一種基于流程模擬的鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、初步設(shè)計(jì)：選定鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)，建立鍋爐燃燒熱平衡，確定燃料量和總風(fēng)量，并對(duì)爐膛結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行預(yù)估；

S2、建立流程模擬，基于模擬結(jié)果開展鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算：

S21、構(gòu)建模塊化燃燒模擬模型：將爐膛劃分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)反應(yīng)器，各反應(yīng)器沿?zé)煔庾呦虼?lián)連接，利用各反應(yīng)器模擬燃料干燥、裂解和揮發(fā)析出以及焦炭在爐膛內(nèi)的燃燒過程，進(jìn)而得到每個(gè)區(qū)域的爐膛燃燒過程及熱量釋放；

S22、建立爐膛燃燒與工質(zhì)吸熱之間的熱量傳遞關(guān)系；

S23、通過流程模擬獲得爐膛各區(qū)域的熱量分布、煙氣成分及物性、各級(jí)受熱面煙氣側(cè)和工質(zhì)側(cè)的沿程參數(shù)、工質(zhì)在各級(jí)受熱面的吸熱量和進(jìn)出口狀態(tài)、各級(jí)受熱面的具體換熱量以及爐膛出口的排放情況；

S24、根據(jù)煙氣側(cè)熱量梯級(jí)利用和排煙溫度確定各級(jí)受熱面的布置順序；

S25、結(jié)合煙氣側(cè)和工質(zhì)側(cè)的溫度和所述具體換熱量，建立由煙氣側(cè)和工質(zhì)側(cè)溫度、換熱量和流動(dòng)狀態(tài)確定的傳熱關(guān)系，確定各級(jí)受熱面的換熱面積和結(jié)構(gòu)，校核S1中預(yù)估的結(jié)構(gòu)和尺寸，并重復(fù)流程模擬過程直到滿足所需的各級(jí)受熱面均能夠在鍋爐的相應(yīng)位置布置得當(dāng)；

S3、評(píng)估優(yōu)化：

S31、對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估：計(jì)算鍋爐的熱效率和效率、各級(jí)受熱面的損失和效率、由各級(jí)受熱面溫度和換熱面積估算的鍋爐成本、由煙氣成分計(jì)算的污染物排放及其對(duì)應(yīng)的環(huán)境影響潛力；

S32、根據(jù)步驟S31的評(píng)估結(jié)果，對(duì)受熱面布置方式、爐膛尺寸、運(yùn)行條件按照最優(yōu)原則進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，獲得最終優(yōu)化后的設(shè)計(jì)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益指標(biāo)評(píng)估結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，模擬時(shí)焦炭燃燒反應(yīng)在爐膛預(yù)先劃定的各區(qū)域?qū)?yīng)的反應(yīng)器中進(jìn)行，一個(gè)反應(yīng)器根據(jù)其輸入?yún)?shù)和數(shù)據(jù)庫中物性參數(shù)計(jì)算其中各常規(guī)組分的反應(yīng)速率，并根據(jù)反應(yīng)速率得到各組分的反應(yīng)結(jié)果，將未燃燒的物質(zhì)和已燃燒的產(chǎn)物傳遞給下一個(gè)反應(yīng)器繼續(xù)燃燒，從而得到每個(gè)區(qū)域的物質(zhì)成分和熱量分布；其中，燃燒速率由爐膛的氣固流動(dòng)參數(shù)和化學(xué)反應(yīng)方程及其動(dòng)力學(xué)速率方程控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S22中，燃燒放熱與工質(zhì)吸熱之間的熱量傳遞關(guān)系包括三部分：

第一部分，爐膛內(nèi)各反應(yīng)器燃燒釋放熱量與對(duì)應(yīng)位置的內(nèi)部受熱面吸收熱量的熱量交換模型：將基于爐膛保持溫度的條件下燃燒反應(yīng)的焓變計(jì)算得出的爐膛內(nèi)反應(yīng)器中的燃燒釋放熱量，輸入到對(duì)應(yīng)的所述內(nèi)部受熱面，通過迭代計(jì)算，直到釋放熱量與吸收熱量差值達(dá)到允許的誤差范圍，使?fàn)t膛內(nèi)燃燒放熱與內(nèi)部受熱面內(nèi)的工質(zhì)吸熱達(dá)到平衡；

第二部分，煙氣或循環(huán)物料與外部換熱器的熱量交換模型：設(shè)置外部換熱器的工質(zhì)側(cè)及煙氣側(cè)的換熱條件，其包括工質(zhì)以及煙氣出口溫度或換熱量、出口壓力或壓降，計(jì)算換熱量以及煙氣側(cè)出口溫度；

第三部分，尾部煙氣與空氣在空預(yù)器的熱量交換模型：通過設(shè)定空預(yù)器中預(yù)熱空氣的進(jìn)出口溫度和兩側(cè)的壓力條件，計(jì)算煙氣側(cè)的出口溫度和換熱量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S25，具體包括：結(jié)合所述具體換熱量、煙氣具體成分的物性、工質(zhì)側(cè)的物性、傳熱兩側(cè)的溫度和壓力以及流動(dòng)參數(shù)，選取傳熱系數(shù)，確定各換熱面的換熱面積，從而確定鍋爐各級(jí)受熱面結(jié)構(gòu)、換熱面積和外部尺寸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S21中，所述燃燒過程的模擬通過動(dòng)力學(xué)反應(yīng)器連接外部子程序?qū)崿F(xiàn)，子程序通過計(jì)算各組分濃度來計(jì)算反應(yīng)器中各組分的反應(yīng)速率。