一种马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法技术

本发明专利技术公开了一种马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法，烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型；步骤B，将马蹄焰玻璃窑的墙壁散热损失分为三大控制体边界，建立窑壁散热损失模型；步骤C，通过获取燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型的能耗预测数据，建立玻璃窑局部能耗标杆，并通过玻璃窑局部能耗标杆分析马蹄焰玻璃窑的能耗，优化玻璃窑的比能耗。反映了玻璃窑各关键模块能源消耗情况、能源浪费百分比、能耗标杆管理效率以及玻璃窑节能潜力所在，为企业制定切实可行的目标和采取节能降耗工作提供了重要依据。

Energy consumption modeling and local energy consumption benchmarking method for a horseshoe flame glass furnace

The invention discloses an energy consumption modeling and local energy consumption benchmarking method for horseshoe flame glass kiln, including a burning space energy consumption model, a melting pool energy consumption model and a regenerator energy consumption model; step B divides the heat loss of the wall of the horseshoe flame glass kiln into three control body boundaries, and establishes a heat loss model for the kiln wall; step C obtains the combustion through obtaining the heat loss model; According to the energy consumption prediction data of space energy consumption model, melting pool energy consumption model and regenerator energy consumption model, the local energy consumption benchmark of glass kiln is established, and the energy consumption of horseshoe flame glass kiln is analyzed through the benchmark of local energy consumption of glass kiln to optimize the specific energy consumption of glass kiln. It reflects the energy consumption of each key module of glass kiln, the percentage of energy waste, the benchmark management efficiency of energy consumption and the energy saving potential of glass kiln. It provides an important basis for enterprises to formulate practical goals and adopt energy saving and consumption reduction work.

【技术实现步骤摘要】
一种马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法
本专利技术涉及玻璃窑领域，尤其涉及一种马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法。
技术介绍
蓄热式马蹄焰玻璃熔窑的燃烧空间有一宗火焰流股回转形成U型火焰并在回转处形成热带，由于对火焰长度的限制以及对回转动力的要求，因此该窑形短宽，结构紧凑。玻璃生产是一个高耗能行业，其中玻璃窑耗能量占全厂能耗的80％以上，其能源成本占据总生产成本的50％以上。玻璃窑作为玻璃生产的核心设备，对企业而言，是企业的“心脏”。其普遍存在保温措施方面不够合理、操作工艺水平落后和不尽完善的能源管理造成能流损失严重的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法，包括以下步骤：步骤A，采集马蹄焰玻璃窑的生产数据，根据物料守恒与热平衡，分别建立燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型；步骤B，将马蹄焰玻璃窑的墙壁散热损失分为三大控制体边界，所述三大控制体边界由燃烧空间碹顶和炉墙、熔化池池底和池壁以及蓄热室碹顶和墙壁组成，并建立窑壁散热损失模型；步骤C，通过获取燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型的能耗预测数据，建立玻璃窑局部能耗标杆，并通过玻璃窑局部能耗标杆分析马蹄焰玻璃窑的能耗，优化玻璃窑的比能耗。优选地，所述步骤A中建立熔化池能耗模型具体为：步骤A5，采集马蹄焰玻璃窑的熔化池的生产数据，根据质量平衡原理，在不考虑溢流的情况下输入的配合料总质量流量等于玻璃液质量流量加上玻璃反应产生的气体质量流量，即熔化池的质量平衡为：从熔化池输入输出角度得：为单位时间输入的配合料质量流量，为单位时间输出的玻璃液质量流量；从熔化池输入配合料成分角度得：为单位时间输入的原料质量流量，为单位时间输入的碎玻璃质量流量，为单位时间输入的配合料水分质量流量；步骤A6，根据热平衡原理，熔化池的玻璃液面从燃烧空间中接收热量并将热量用在玻璃液的显热和玻璃反应，从而熔化池能耗模型为：即其中h为配合料带入显热，为玻璃熔融反应热，为玻璃液带走的显热，为玻璃反应产生的气体带走的显热，为玻璃窑池与池壁的散热损失，Cbatch为入熔化池时配合料的比热，Cglass为熔融时玻璃液的比热，Cbatch,flue为玻璃反应气体的平均比热。优选地，所述步骤C中建立玻璃窑局部能耗标杆具体为：步骤C1，分别对燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型的输入参数进行采样，并将获得的采样数据对应输入到所述燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型，利用MATLAB在多个燃烧工艺周期下迭代循环实现逐次代换计算并求解出采样点下的模型输出响应结果；步骤C2，定义一个燃烧工艺周期为Tb，定义燃烧空间为关键模块A，定义燃烧空间为关键模块A，定义熔化池为关键模块B，定义蓄热室为关键模块C，分别计算出多个燃烧工艺周期下关键模块A、B、C的对应的平均能耗值Eave、最大能耗值Emax和能耗最小值Emin：Emax＝maxEbi，Emin＝minEbi，Tbi为一批料完成五个熔制阶段并输出该批次玻璃液的燃烧工艺周期数；步骤C3，计算输入每批配合料的整个马蹄焰玻璃窑的能源基准值，即理论最小能耗步骤C4，获得一批配合料的燃烧空间、熔化池和蓄热室的增值能耗，其中燃烧工艺周期中换向前与换向后的能耗被认为是增值能耗：Ev＝Eave-Tbi×60×Qx,wall，Qx,wall为各个关键模块的窑壁散热损失；步骤C5，通过计算增值能耗相对总能耗的比值得到能效，一批配合料的每个关键模块能耗标杆管理效率为最小能耗标杆效率为最大能耗标杆效率为其中Etotal为整个马蹄焰玻璃窑系统生产一批玻璃液的总能耗。所述马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法,将马蹄焰玻璃窑划分为三级结构，即燃烧空间、熔化池和蓄热室，并逐级展开分析建模；然后在能耗建模分析的基础上建立玻璃窑局部能耗标杆，反映了玻璃窑各关键模块能源消耗情况、能源浪费百分比、能耗标杆管理效率以及玻璃窑节能潜力所在，为企业制定切实可行的目标和采取节能降耗工作提供了重要依据。附图说明附图对本专利技术做进一步说明，但附图中的内容不构成对本专利技术的任何限制。图1是本专利技术其中一个实施例的马蹄焰玻璃窑整体结构示意图；图2是本专利技术其中一个实施例的马蹄焰玻璃窑热量传递关系图；图3是本专利技术其中一个实施例的预测误差关系图；图4是本专利技术其中一个实施例的碎玻璃含量对玻璃窑的能效影响图；图5是本专利技术其中一个实施例的空气过剩系数对玻璃窑的能效影响图；图6是本专利技术其中一个实施例的烟气出口温度与玻璃窑的能效关系图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例一本实施例的马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法，包括以下步骤：步骤A，采集马蹄焰玻璃窑的生产数据，根据物料守恒与热平衡，分别建立燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型；步骤B，将马蹄焰玻璃窑的墙壁散热损失分为三大控制体边界，所述三大控制体边界由燃烧空间碹顶和炉墙、熔化池池底和池壁以及蓄热室碹顶和墙壁组成，并建立窑壁散热损失模型；步骤C，通过获取燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型的能耗预测数据，建立玻璃窑局部能耗标杆，并通过玻璃窑局部能耗标杆分析马蹄焰玻璃窑的能耗，优化玻璃窑的比能耗。所述马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法,将马蹄焰玻璃窑划分为三级结构，即燃烧空间、熔化池和蓄热室，并逐级展开分析建模；然后在能耗建模分析的基础上建立玻璃窑局部能耗标杆，反映了玻璃窑各关键模块能源消耗情况、能源浪费百分比、能耗标杆管理效率以及玻璃窑节能潜力所在，为企业制定切实可行的目标和采取节能降耗工作提供了重要依据。蓄热式马蹄焰玻璃窑是玻璃生产中的一种中小型窑炉，设有双通道蓄热室，马蹄焰玻璃窑整体结构如图1所示。马蹄焰玻璃窑炉由小炉、燃烧器、窑炉配料系统、投料口、玻璃熔化部、蓄热室、格子体等构成。小炉主要是负责热源的输入，窑炉配料系统主要是负责原料的输入，玻璃熔化部又分为两个紧密联系的两部分，上部是燃料的燃烧空间，下部是玻璃熔化池。从小炉的燃烧器喷射出的火焰必须确保与玻璃熔化表面之间有最佳热传递。燃烧空间产生的烟气由闲置喷枪端的蓄热室进入，故蓄热室是余热回收能源循环再利用并预热助燃空气的重要设备。马蹄焰玻璃窑的四大核心模块的热量传递关系如图2所示。马蹄焰玻璃窑的能源消耗模型的建立是根据热力学第一、第二定律以及质量守恒理论来进行研究的。基于质量平衡和能源守恒，空气质量流量和燃料质量流量以及配合料质量流量的输入总和要等于玻璃液质量流量和烟气质量流量的输出总和；燃料提供的热量和空气的热量的输入总和要等于烟气带走的热量和玻璃液带走的热量与炉壁散热的输出总和：其中，为单位时间输入的空气质量流量[kg/s]，为单位时间输入的燃料质量流量[kg/s]；为单位时间输入的配合料质量流量[kg/s]；为单位时间输出的玻璃液质量流量[kg/s]；为单位时间输出的烟气质量流量[kg/s]；为单位时间燃料输入热量[J/s]；为单位时间空气输入热量[J/s]；为单位时间烟气带走的输出热量[J/s]；为单位时间玻璃液带走的输出热量[J/s]；为单位时间窑炉墙壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，采集马蹄焰玻璃窑的生产数据，根据物料守恒与热平衡，分别建立燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型；步骤B，将马蹄焰玻璃窑的墙壁散热损失分为三大控制体边界，所述三大控制体边界由燃烧空间碹顶和炉墙、熔化池池底和池壁以及蓄热室碹顶和墙壁组成，并建立窑壁散热损失模型；步骤C，通过获取燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型的能耗预测数据，建立玻璃窑局部能耗标杆，并通过玻璃窑局部能耗标杆分析马蹄焰玻璃窑的能耗，优化玻璃窑的比能耗。

【技术特征摘要】
1.一种马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，采集马蹄焰玻璃窑的生产数据，根据物料守恒与热平衡，分别建立燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型；步骤B，将马蹄焰玻璃窑的墙壁散热损失分为三大控制体边界，所述三大控制体边界由燃烧空间碹顶和炉墙、熔化池池底和池壁以及蓄热室碹顶和墙壁组成，并建立窑壁散热损失模型；步骤C，通过获取燃烧空间能耗模型、熔化池能耗模型和蓄热室能耗模型的能耗预测数据，建立玻璃窑局部能耗标杆，并通过玻璃窑局部能耗标杆分析马蹄焰玻璃窑的能耗，优化玻璃窑的比能耗。2.根据权利要求1所述的马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法，其特征在于，所述步骤A中建立燃烧空间能耗模型具体为：步骤A1，采集马蹄焰玻璃窑的燃烧空间的生产数据，根据质量平衡原理，燃烧空间的质量平衡为：其中，单位时间输入的燃料质量流量，为单位时间输入的助燃空气质量流量，为单位时间输入的油雾化空气质量流量，为单位时间玻璃反应生成气体质量流量，为单位时间燃烧空间产生的总干烟气质量流量；步骤A2，根据热平衡原理，燃料提供的热量和空气的热量的输入总和等于烟气带走的热量、玻璃液带走的热量与炉壁散热的输出总和，从而燃烧空间能耗模型为：其中，为单位时间燃料输入热量，为单位时间助燃空气输入热量，为单位时间烟气带走热量，为单位时间玻璃液带走热量，为单位时间窑炉墙壁散热损失，C1为预热助燃空气进口比热，C2为预热助燃空气出口比热,Cflue,reg为燃烧空间出口烟气的比热，t1，t2,tflue,reg分别为助燃空气进口温度、助燃空气出口温度和燃烧空间出口烟气温度；步骤A3，计算所述燃烧空间能耗模型中的单位时间燃料输入热量单位时间燃料与氧气的燃烧热其中Qd为燃料的燃值，Rh为每小时燃料的消耗量，Rh＝P·1000·r/Qd÷24，P为马蹄焰玻璃窑炉的拉引量，r为马蹄焰玻璃窑炉单位能耗；单位时间燃料带入的物理热其中，tfuel为重油燃烧前温度，Cfuel为燃料在重油燃烧前温度tfuel时的比热，Cfuel＝1.74+0.0025tfuel；从而获得单位时间燃料输入热量步骤A4，计算所述燃烧空间能耗模型中的单位时间玻璃液带走热量火焰直接辐射给液面的热量其中，εf为火焰黑度，C0为黑体辐射系数，tf为火焰温度，Fm为熔化面积；炉墙通过燃烧空间辐射给液面的热量其中为炉墙对液面的角系数，Qef,w为炉墙有效辐射；液面本身的辐射其中εm为液面黑度，tm为液面温度；被液面反射出去的火焰辐射被液面反射出去的炉墙辐射从而液面的有效辐射为：则单位时间玻璃液带走热量为：Cfm为火焰对液面的辐射系数，为火焰对液面的对流换热量。3.根据权利要求2所述的马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法，其特征在于，所述步骤A中建立熔化池能耗模型具体为：步骤A5，采集马蹄焰玻璃窑的熔化池的生产数据，根据质量平衡原理，在不考虑溢流的情况下输入的配合料总质量流量等于玻璃液质量流量加上玻璃反应产生的气体质量流量，即熔化池的质量平衡为：从熔化池输入输出角度得：为单位时间输入的配合料质量流量，为单位时间输出的玻璃液质量流量；从熔化池输入配合料成分角度得：为单位时间输入的原料质量流量，为单位时间输入的碎玻璃质量流量，为单位时间输入的配合料水分质量流量；步骤A6，根据热平衡原理，熔化池的玻璃液面从燃烧空间中接收热量并将热量用在玻璃液的显热和玻璃反应，从而熔化池能耗模型为：即其中为配合料带入显热，为玻璃熔融反应热，为玻璃液带走的显热，为玻璃反应产生的气体带走的显热，为玻璃窑池与池壁的散热损失，Cbatch为入熔化池时配合料的比热，Cglass为熔融时玻璃液的比热，Cbatch,flue为玻璃反应气体的平均比热。4.根据权利要求3所述的马蹄焰玻璃窑能耗建模与局部能耗标杆方法，其特征在于，所述步骤A中建立蓄热室能耗模型具体为：步骤A7，采集马蹄焰玻璃窑的蓄热室的生产数据，根据质量平衡原理，蓄热室从燃烧空间接收烟气，助燃空气通过鼓风机供给蓄热室换热，从而蓄热室的质量平衡为：其中，为单位时间流入到蓄热室烟气质量流量，为单位时间蓄热室负压一侧漏入空气质量流量，为单位时间进入蓄热室的助燃空气质量流量，为单位时间烟气出口质量流量，为单位时间经蓄热室预热后助燃空气出口质量流量；步骤A8，根据热平衡原理，以燃烧空间的高温烟气和负压一侧漏入空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海东，李骏，印四华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44