1.一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,包括以下步骤:S1:确定水泥回转窑的稳态参数及其分段参数;
S2:对水泥回转窑的输入输出变量进行分析,根据变量是可测或不可测变量确定变量类型;
S3:对复杂窑况及次要因素进行假设,推断模型关键参数;
S4:根据质量守恒和能量守恒原理对每段区域建立动态模型。
2.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,所述步骤1,具体为:根据水泥回转窑煅烧工艺及煅烧机理,将水泥回转窑划分为碳酸盐分解带、升温过渡带、烧成带和冷却带四个工艺带;
对水泥回转窑四个工艺带进行稳态值分析,确定相关参数。
3.根据权利要求2所述的一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,所述水泥回转窑的输入变量包括:生料下料量、生料进入温度、窑头喷煤量、窑头二次风送风量和窑头二次风温度;
所述水泥回转窑的输出变量包括:烧成带物料温度、窑头熟料出料温度、窑尾烟气温度和窑尾O2浓度;
所述变量类型包括:被控变量、操纵变量和主要干扰变量,所述变量包括烧成带物料温度和窑尾O2浓度;
所述操纵变量包括窑头喷煤量和窑头二次风送风量;
所述主要干扰变量包括生料下料量和窑转速、生料进入温度和窑头二次风温度。
4.根据权利要求3所述的一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,所述步骤3,具体为:忽略生料进料成分分解成气体后随尾气排出,则Qs=Qs,out=Qs,in,即生料进料量与熟料出料量相等;假设空气为理想气体情况,则:ρa0Qa0=ρa,TQa,T
ρg0Qg0=ρg,TQg,T
假设煤炭的C含量为100%,则反应瞬时完全生成CO2;
忽略一次风量,煤粉燃烧瞬时等效于将O2部分变成CO2,则送风体积流量等于尾气体积流量,即Qa0=Qg0。
5.根据权利要求4所述的一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,所述步骤4,具体为:将碳酸盐分解带、升温过渡带、烧成带和冷却带每个区域看作一个一阶模型,即每个区域的物料温度、气体温度、物料质量密度都是均一的;
根据质量守恒和能量守恒原理,建立物料的质量守恒方程、物料的能量守恒方程、气体的能量守恒方程、氧气浓度的守恒方程。
6.根据权利要求5所述的一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,所述物料的质量守恒方程为:下标s:solid,表示物料;下标i:第i个反应器,共4个,i=0代表输入项,即input;ms,i:每米的物料质量,称为物料密度;Qs,i:分段i的物料流量;us:物料延窑炉倾斜方向的流动速度,其计算关系为:us=θ*N*πD;
碳酸盐分解带、升温过渡带、烧成带和冷却带的分段物料质量守恒方程为:物料输入量;ms,4us=Qs,out,物料的输出量。
7.根据权利要求5所述的一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,所述物料的能量守恒方程为:cps:物料的质量比热容;kgs:gas-solid的换热系数;ΔHs,i:第i个反应器的反应焓,碳酸盐分解带和升温过渡带为吸热过程,烧成段为放热过程;kl:单位长度的热量损耗系数;
将物料的能量守恒方程进行分解整理,得到:碳酸盐分解带、升温过渡带、烧成带和冷却带的分段物料能量守恒方程为:
8.根据权利要求5所述的一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,所述气体的能量守恒方程为:mg:气体的单位质量;cpg:气体的质量比热容;ρg0:气在标准情况下的密度;Qg0:气体在标准情况下的流量,即送风量;
气体的流向与物料流向是相反的,有:
ρg,1=ρg,2=ρg,3=ρg0,ρg,4=ρg,5=ρa0Qg,5=Qg,4=Qg,3=Qg,2=Qg,1=Qa0Tg,5=Ta,in
在烧成带有煤粉,有
Qf,3=Qf,Qf,i≠3=0
碳酸盐分解带、升温过渡带、烧成带和冷却带的分段气体能量守恒方程:取气体密度为ρg0,体积V=L*S,S为窑的横截面积,由直径计算得到:mg=ρg0S。
9.根据权利要求5所述的一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,所述氧气浓度的守恒方程为:氧气含量质量百分比。
10.一种水泥回转窑的分段机理建模方法,其特征是,包括:参数确定模块,用于确定水泥回转窑的稳态参数及其分段参数;
变量类型确定模块,用于对水泥回转窑的输入输出变量进行分析,根据变量是可测或不可测变量确定变量类型;
模型参数推断模块,用于对复杂窑况及次要因素进行假设,推断模型关键参数;
模型建立模块,用于根据质量守恒和能量守恒原理对每段区域建立动态模型。