[發(fā)明專利]一種基于熱平衡計(jì)算的水泥回轉(zhuǎn)窯溫度實(shí)時(shí)估計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310211711.2
• 申請(qǐng)日: 2023-03-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116151022A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊春節(jié);趙雨辰;肖航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

1.一種基于熱平衡計(jì)算的水泥回轉(zhuǎn)窯溫度實(shí)時(shí)估計(jì)方法，其特征在于，包括如下6個(gè)步驟：

步驟1：獲取計(jì)算所需的水泥回轉(zhuǎn)窯靜態(tài)尺寸參數(shù)、動(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)；

步驟2：綜合水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)、傳熱機(jī)理、物化反應(yīng)，構(gòu)建零維模型；

步驟3：設(shè)置物料溫度初始值，初步求解物料化學(xué)反應(yīng)熱；

步驟4：通過(guò)水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的物料平衡、熱平衡初步求解回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度；

步驟5：利用水泥回轉(zhuǎn)窯輸入輸出的熱平衡對(duì)求解效果進(jìn)行評(píng)估并調(diào)整求解方法；5％以下的熱平衡誤差予以接受，熱平衡誤差過(guò)高則調(diào)整模型參數(shù)，或者重新尋找其他的求解起點(diǎn)對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯的溫度進(jìn)行求解；

步驟6：使用步驟4得到的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度求解物料化學(xué)反應(yīng)熱，然后使用求解得到的物料化學(xué)反應(yīng)熱，綜合回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的物料平衡、熱平衡重新求解回轉(zhuǎn)窯溫度，迭代上述過(guò)程直到相鄰兩次溫度計(jì)算結(jié)果的差異為可接受的范圍，輸出回轉(zhuǎn)窯溫度的計(jì)算結(jié)果。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述的水泥回轉(zhuǎn)窯靜態(tài)尺寸參數(shù)包括窯長(zhǎng)、窯外徑、窯內(nèi)徑、窯傾角、物料休止角結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，所述的動(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù)為反映回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行狀態(tài)的、實(shí)時(shí)更新的參數(shù)，包括生料CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃含量化驗(yàn)值、燃煤低位發(fā)熱量化驗(yàn)值、分解爐出口溫度、二次風(fēng)溫度、窯尾煙室溫度、喂料量、喂煤量、回轉(zhuǎn)窯進(jìn)風(fēng)量。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2、3中：

所述的水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)的表示方法如下：

其中，h為物料料床高度，A_g為窯內(nèi)的氣體橫截面積，R為窯內(nèi)半徑，β為窯傾角，γ為窯內(nèi)物料的休止角，φ_v為窯內(nèi)物料的體積流量，n為窯轉(zhuǎn)速，θ為料床角，其計(jì)算公式為：

θ＝2arcos((R-h)/R)；

所述的水泥回轉(zhuǎn)窯傳熱機(jī)理的表示方法如下：

其中，分別表示煙氣對(duì)物料的熱對(duì)流、煙氣對(duì)內(nèi)壁的熱對(duì)流、煙氣對(duì)物料的熱輻射、煙氣對(duì)內(nèi)壁的熱輻射、內(nèi)壁對(duì)物料的熱傳導(dǎo)、內(nèi)壁對(duì)物料的熱輻射、內(nèi)壁對(duì)窯殼的熱傳導(dǎo)、窯殼對(duì)外界的熱對(duì)流以及窯殼對(duì)外界的熱輻射，T_g、T_s、T_w、T_sh、T_ext分別表示煙氣、物料、內(nèi)壁、窯殼和外界的熱力學(xué)溫度，h_gs、h_gw、h_nv分別表示煙氣與物料、煙氣與內(nèi)壁、窯殼與外界之間的換熱系數(shù)，k_ws、k_comp分別表示內(nèi)壁與物料、內(nèi)壁與窯殼之間的導(dǎo)熱系數(shù)，∈_g、∈_s、∈_w、∈_sh分別表示煙氣、物料、內(nèi)壁、窯殼的發(fā)射率，α_g表示煙氣的吸收率，σ為斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，_gs、P_gw、P_cws、P_rws、P_rsw、P_sh分別表示煙氣與物料、煙氣與內(nèi)壁、內(nèi)壁與物料傳導(dǎo)、內(nèi)壁到物料輻射、物料到內(nèi)壁輻射、窯殼與外界之間的換熱周長(zhǎng)；

所述的水泥回轉(zhuǎn)窯物化反應(yīng)的表示方法如下：

其中，E_melt表示物料在熔融過(guò)程中吸收的熱量，其中m_s為喂料量，e_melt為物料熔融潛熱，其值為416kJ/kg，T_S、T_L分別為物料完全為固態(tài)、完全轉(zhuǎn)換為液態(tài)時(shí)的溫度，分別為1273K和2200K；E_chem表示物料中的礦物成分在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，即物料化學(xué)反應(yīng)熱，其中，和分別為物料中碳酸鈣(CaCO₃)、硅酸二鈣(C₂S)、硅酸三鈣(C₃S)、鋁酸三鈣(C₃A)、鐵鋁酸四鈣(C₄AF)的單位摩爾反應(yīng)焓值，r_CaCO3、r_C2S、r_C3S、r_C3A、r_C4AF分別為物料中CaCO₃、C₂S、C₃S、C₃A和C₄AF的單位千克反應(yīng)摩爾數(shù)。