一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台技术

本申请提供一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台，设计方法包括：对燃烧器的结构进行参数化建模；基于多学科集成优化平台，利用燃烧器的参数化模型，构建燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台；以燃烧器的结构参数和控制参数作为设计变量，以燃烧效率和污染物排放量作为目标函数，利用集成优化平台进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到目标函数对设计变量的动态响应模型；根据动态响应模型，得到最大燃烧效率和最小污染物排放量对应的骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数；根据结构参数和控制参数设计骨料烘干煤粉燃烧器。本申请充分考虑了参数间存在的耦合作用，设计出的燃烧器能够达到高效燃烧和低污染物排放量的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台
本申请属于煤粉燃烧器结构设计
，具体涉及一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台。
技术介绍
骨料烘干煤粉燃烧器因燃料选择不同，大致可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器以及燃煤燃烧器。选择不同的燃料，对企业经济和社会环境会产生不同的影响。对燃油燃烧器来说，由于我国石油资源匮乏，导致近些年来燃油价格的不断攀升，加重了企业的经济负担。对燃气燃烧器来说，因其特殊的物理状态，气体的贮存和运输会增加额外的经济成本。而我国煤炭资源丰富，据统计，到2050年煤炭在我国燃料使用中依然占有很大比重，采用煤粉作为燃料，能够为有效降低骨料烘干的运行成本。但是，煤粉燃烧同样存在不利的一面，如煤粉燃烧行为较难控制，造成燃烧效率低以及大量污染气体的生成。煤粉燃烧器加装旋流器，产生的旋流风对煤粉燃烧效果影响显著。旋流风由轴向风速和切向风速复合而成，在燃烧器内部容易产生回流，加剧煤粉与氧气的混合，且回流烟气对煤粉具有预热作用，加速煤粉着火，虽然节省燃料，但会影响污染物排放，而且在煤粉高效燃烧的同时，容易生成大量NOX、SOX等污染气体，以及大量的烟灰，因此，高效燃烧和低污染物排放之间存在矛盾。当前，为解决高效燃烧和低污染物排放之间的矛盾，采取对燃烧器结构参数和控制参数进行优化的方法，或者采用低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧等技术对燃烧器进行改造。当采取优化燃烧器运行参数的方法对燃烧器进行改造时，通常采用单因素分析法研究，这样忽略了参数间存在的耦合作用对燃烧器性能优化的影响，造成分析结果不准确，进而设计出的燃烧器无法达到高效燃烧和低污染物排放的目的。
技术实现思路
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台。根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法，其包括以下步骤：利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行参数化建模；基于多学科集成优化平台，利用骨料烘干煤粉燃烧器的参数化模型，构建骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台；以影响骨料烘干煤粉燃烧器燃烧性能的结构参数和控制参数作为设计变量，以燃烧效率和污染物排放量作为目标函数，利用骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到目标函数对设计变量的动态响应模型；根据目标函数对设计变量的动态响应模型，分析设计变量对目标函数的敏感性并进行多参数多目标优化设计，得到最大燃烧效率和最小污染物排放量对应的骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数；根据得到的结构参数和控制参数设计骨料烘干煤粉燃烧器。进一步地，所述利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行参数化建模的具体过程为：利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行三维建模，在三维模型中设定结构参数，并对三维模型及其在相应坐标系中的相对位置进行约束，生成三维模型文件；所述结构参数包括风管的结构尺寸以及燃烧室的结构尺寸；所述各次风管包括一次风管、二次风管、三次风管或外二次风管；制作三维模型的结构参数的控制程序文件，并将控制程序文件作为更新三维模型的输入文件；所述控制程序文件是运用三维建模软件的开发语言根据结构参数化要求进行编写的。进一步地，所述构建骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台的具体过程为：制作软件启动文件以及操作命令文件；所述软件启动文件包括三维建模软件的启动文件、网格划分软件的启动文件以及CFD软件的启动文件；所述操作命令文件包括网格划分的操作命令文件和数值模拟的操作命令文件；在所述数值模拟的操作命令文件中设定骨料烘干煤粉燃烧器的控制参数，所述控制参数包括各次风的风速、风温、压力以及煤粉的种类和粒径；所述各次风包括一次风、二次风、三次风或外二次风。将控制程序文件、软件启动文件以及操作命令文件均载入多学科集成优化平台内，构建得到骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台。进一步地，所述得到目标函数对设计变量的动态响应模型的具体过程为：利用多学科集成优化平台中的试验设计模块，对骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数进行试验方案设计，得到至少一种试验方案；采用各试验方案分别进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到包括多组设计变量及其对应的目标函数的样本数据；对数值模拟的后处理文件中的多组样本数据进行模型拟合，得到目标函数对设计变量的动态响应模型。更进一步地，所述得到包括多组设计变量及其对应的目标函数的样本数据的具体过程为：首先，启动三维建模软件，导入生成的骨料烘干煤粉燃烧器的三维模型文件，利用控制程序文件更新三维模型文件，并导出，其中，结构参数赋值给控制程序文件；其次，启动网格划分软件，导入更新后的三维模型文件，并根据网格划分的操作命令文件进行网格划分和边界条件设定后导出网格文件；最后，启动CFD软件，读取网格文件，并根据数值模拟的操作命令文件对煤粉燃烧数值进行模拟后导出数值模拟的后处理文件，其中，控制参数赋值给数值模拟的操作命令文件；数值模拟的后处理文件包括多组设计变量及其对应的目标函数的样本数据；设计变量为骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数，目标函数为燃烧效率和污染物排放量。进一步地，所述分析设计变量对目标函数的敏感性具体包括：分析各结构参数、控制参数以及结构参数与控制参数的组合对目标函数的敏感性，其包括方差分析、贡献率分析、主效应分析、交互分析和因素相关性分析。进一步地，所述进行多参数多目标优化设计时采用梯度优化算法、直接搜索算法或全局优化算法分别对燃烧效率和污染物排放量进行优化，采用多目标优化算法对燃烧效率和污染物排放量进行多目标优化。根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计平台，其包括多学科集成优化平台以及在所述多学科集成优化平台中搭建的三维建模软件、网格划分软件和CFD软件；所述多学科集成优化平台中的试验设计模块用于对骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数进行试验方案设计，得到至少一种试验方案；所述三维建模软件用于骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行参数化建模，得到三维模型文件；其中，在燃烧器的三维模型中设定结构参数并对三维模型及其在相应坐标系中的相对位置进行约束；所述网格划分软件用于对更新后的三维模型进行网格划分和边界条件设定的，得到网格文件；所述CFD软件用于读取网格文件，并根据数值模拟的操作命令文件对煤粉燃烧数值进行模拟，得到数值模拟的后处理文件；所述多学科集成优化平台中的计算模块采用各试验方案分别进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到衡量燃烧效率的指标和衡量污染物排放量的指标并反馈给多学科集成优化平台中的试验设计模块；所述多学科集成优化平台中的分析模块对设计变量对目标函数的敏感性进行分析，并进行多参数多目标优化设计，得到最大燃烧效率和最小污染物排放量对应的骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数。进一步地，所述多学科集成优化平台中搭建三维建模软件、网格划分软件和CFD软件时，需要制作三维建模软件的启动文件、网格划分软件的启动文件以及CFD软件的启动文件，并将制作的各启动文件载入所述多学科集成优化平台中；所述骨料烘干煤粉燃烧器的控制参数赋值给所述数值模拟的操作命令文件。进一步地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行参数化建模；基于多学科集成优化平台，利用骨料烘干煤粉燃烧器的参数化模型，构建骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台；以影响骨料烘干煤粉燃烧器燃烧性能的结构参数和控制参数作为设计变量，以燃烧效率和污染物排放量作为目标函数，利用骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到目标函数对设计变量的动态响应模型；根据目标函数对设计变量的动态响应模型，分析设计变量对目标函数的敏感性并进行多参数多目标优化设计，得到最大燃烧效率和最小污染物排放量对应的骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数；根据得到的结构参数和控制参数设计骨料烘干煤粉燃烧器。

【技术特征摘要】
1.一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行参数化建模；基于多学科集成优化平台，利用骨料烘干煤粉燃烧器的参数化模型，构建骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台；以影响骨料烘干煤粉燃烧器燃烧性能的结构参数和控制参数作为设计变量，以燃烧效率和污染物排放量作为目标函数，利用骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到目标函数对设计变量的动态响应模型；根据目标函数对设计变量的动态响应模型，分析设计变量对目标函数的敏感性并进行多参数多目标优化设计，得到最大燃烧效率和最小污染物排放量对应的骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数；根据得到的结构参数和控制参数设计骨料烘干煤粉燃烧器。2.如权利要求1所述的骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法，其特征在于，所述利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行参数化建模的具体过程为：利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行三维建模，在三维模型中设定结构参数，并对三维模型及其在相应坐标系中的相对位置进行约束，生成三维模型文件；所述结构参数包括风管的结构尺寸以及燃烧室的结构尺寸；制作三维模型的结构参数的控制程序文件，并将控制程序文件作为更新三维模型的输入文件；所述控制程序文件是运用三维建模软件的开发语言根据结构参数化要求进行编写的。3.如权利要求1所述的骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法，其特征在于，所述构建骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台的具体过程为：制作软件启动文件以及操作命令文件；所述软件启动文件包括三维建模软件的启动文件、网格划分软件的启动文件以及CFD软件的启动文件；所述操作命令文件包括网格划分的操作命令文件和数值模拟的操作命令文件；在所述数值模拟的操作命令文件中设定骨料烘干煤粉燃烧器的控制参数，所述控制参数包括风速、风温、压力以及煤粉的种类和粒径；将控制程序文件、软件启动文件以及操作命令文件均载入多学科集成优化平台内，构建得到骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台。4.如权利要求1所述的骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法，其特征在于，所述得到目标函数对设计变量的动态响应模型的具体过程为：利用多学科集成优化平台中的试验设计模块，对骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数进行试验方案设计，得到至少一种试验方案；采用各试验方案分别进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到包括多组设计变量及其对应的目标函数的样本数据；对数值模拟的后处理文件中的多组样本数据进行模型拟合，得到目标函数对设计变量的动态响应模型。5.如权利要求4所述的骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法，其特征在于，所述得到包括多组设计变量及其对应的目标函数的样本数据的具体过程为：首先，启动三维建模软件，导入生成的骨料烘干煤粉燃烧器的三维模型文件，利用控制程序文件更新三维模型文件，并导出，其中，结构参数赋值给控制程序文件；其次，启动网格划分软件，导入更新后的三维模型文件，并根据网格划分的操作命令文件进行网格划分和边界条件设定后导出网格文件；最后，启动CFD软件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程海鹰，李建新，永亮，王京，张勇，赵宁，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15