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专利号: 2020102546720
申请人: 盐城工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种交互式水泥生产仿真方法,其特征在于,所述水泥生产仿真方法具体包括如下步骤:步骤(1)、利用计算机建模平台对水泥厂的燃烧反应过程进行建模,该计算机建模平台利用门捷列夫发热量公式以计算得到煤粉的应用基高位发热量;

以“平均密度法”对生成的烟气的各成分进行计算得到各成分的质量含量,质量含量为煤粉量、空气量、水份;再通过能量守恒定律计算得到煤粉量、空气量、水份各组分的带入热量;将得到煤粉量、空气量、水份、带入热量与燃烧产物的输出参数进行函数计算;

针对水泥厂的燃烧反应过程进行建模具体包括如下步骤:步骤(1a)、对煤粉按照应用基进行成份分析:Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=1其中,Car为碳元素含量、Har为氢元素含量、Oar为氧元素含量、Nar为氮元素含量、Sar为硫元素含量,Mar为水分含量,Aar为灰分含量;

步骤(1b)、根据门捷列夫发热量公式得出煤粉燃烧发热量公式:Qar=K·100.0·(339.0·Car+1030.0·Har-109.0·(Oar-Sar)-25.0·Mar)其中,Qar为煤粉发热量,单位kJ/kg;K为高位发热量系数;

步骤(1c)、根据过量空气系数计算煤粉燃烧效率公式:η=(Har/4.0+Sar/32.0+Car/12.0-Oar/32.0)*32.0其中,η为煤粉燃烧效率;

步骤(1d)、根据“平均密度法”计算燃烧后的烟气各组分质量流量:MNO=VNO·30.0,其中MNO为NO的质量流量,单位kg/s;VNO为NO的摩尔体积流量;

MN2=VN2·28.0,其中MN2为N2的质量流量,单位kg/s;VN2为N2的摩尔体积流量;

MCO2=VCO2·44.0,其中MCO2为CO2的质量流量,单位kg/s;VCO2为CO2的摩尔体积流量;

MCO=VCO·28.0,其中MCO为CO的质量流量,单位kg/s;VCO为CO的摩尔体积流量;

MSO2=VSO2·64.0,其中MSO2为SO2的质量流量,单位kg/s;VSO2为SO2的摩尔体积流量;

MO2=VO2·32.0,其中MO2为O2的质量流量,单位kg/s;VO2为O2的摩尔体积流量;

Mh=Vh·18.0,其中Mh为水蒸汽的质量流量,单位kg/s;Vh为水蒸汽的摩尔体积流量;

步骤(1e)、以质量流量法计算煤粉燃烧后的烟气温度:其中,Hf为烟气焓值,Mair为进入的冷空气质量流量,Hair为进入的冷空气焓值,Mm为燃烧前喷入的煤粉的质量流量,Hm为燃烧前喷入的煤粉焓值,Tf为烟气温度,P为当前气体压力,Cp为烟气比热容;

步骤(2)、利用能量守恒定律,对水泥厂烟气与物料的传热过程进行建模,将烟气和物料的各种组分热量以“焓”的形式进行计算;

步骤(3)、模拟水泥厂的工质流动特性,计算出工质在管路中的流量、流速;

步骤(4)、计算机建模平台将步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中得到的计算结果通过OPC通讯方式反馈显示在工艺流程界面上,形成直观的仿真交互界面,通过交互界面对输入水泥生产参数进行修订,即可仿真出当前的水泥生产状态。

2.根据权利要求1所述的一种交互式水泥生产仿真方法,其特征在于,所述步骤(2)中对水泥厂烟气与物料的传热过程进行建模具体包括如下步骤:步骤(2a)、计算对流换热系数:

其中,Kf1为对流换热系数,Fm为物料质量流量,Far为烟气质量流量;

步骤(2b)、计算导热换热系数:

Kf2=0.000698+Fm*0.00064,其中,Kf2为导热换热系数;

步骤(2c)、将对流和导热两种换热方式系数计算为总换热系数:Kf=1/Kf1+1/Kf2;

步骤(2d)、计算传热速率:

步骤(2e)、计算换热量:

Qf=Kf·Far·Sf·(Tar-Tm)

式中,Tar为烟气温度,Tm为物料温度。

3.根据权利要求1所述的一种交互式水泥生产仿真方法,其特征在于,所述步骤(3)中计算工质在管路中的流量、流速具体包括如下步骤:步骤(3a)、确定阻力损失计算公式:

其中,hf为阻力造成的液柱长度损失,单位m;ΔP为阻力造成的流体压强损失,单位Pa;λ为阻力损失系数;L为管路长度,单位m;ρ为阀入口蒸汽密度,单位kg/m3;d为管径,单位m;V为流体流速,单位m/s;Q为流体质量流量,单位kg/s;g为重力加速度;

步骤(3b)、定义管路流通能力adm,推导出adm计算公式:其中,Q为液体质量流量,单位kg/s;ρ为阀入口蒸汽密度,单位kg/m3;dP为阀门进出口压差,单位MPa;

步骤(3c)、输入管路或阀门的进出口压差及工质密度,得出流量与流通能力的线性关系;以管路尺寸数据得到流通能力,进而计算出管路中的流量及流速。