煅烧过程优化方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种煅烧过程煤耗优化方法和系统，适用于例如水泥生产过程中节能并降低煤耗。所述方法包括：利用质量守恒、能量守恒和/或最小二乘法对分解炉、回转窑和篦冷机装置构建数学模型；以低煤耗为优化目标，控制回路设定值作为决策变量，利用约束条件构建优化模型；求解优化模型获得控制回路设定值。

Optimization method and system of calcination process

【技术实现步骤摘要】
煅烧过程优化方法和系统
本专利技术涉及煅烧过程优化方法和系统，尤其涉及煅烧过程煤耗优化方法和系统。
技术介绍
新型干法水泥窑炉煅烧过程主要包括分解炉、回转窑和篦冷机三个装置。水泥窑炉煅烧过程主要流程如下。粉磨后的生料从悬浮预热器顶部进入预热器，生料由于重力作用下落，热风进行充分热交换达到脱水预热的目的。预热后的生料进入分解炉，约90％的碳酸盐在分解炉进行煅烧分解；分解后的生料由分解炉进入回转窑进行固相、液相反应，最终形成水泥熟料。高温熟料进入篦冷机进行冷却、破碎，同时换热后的热风可用于回转窑二次风、分解炉三次风以及煤磨用风、余热发电，提高能量利用效率。水泥窑炉煅烧过程具有高能耗、高污染的特点，国家层面高度重视节能降耗，因此，水泥窑炉煅烧过程迫切需要有效的优化方法，起到节能降耗的作用，提高企业利润。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化煅烧过程煤耗并构建煅烧过程煤耗模型的方法，所述煅烧过程包括使用分解炉、回转窑和篦冷机装置，所述方法包括：/n(1)采集物料参数和系统参数，/n(2)利用最小二乘法对分解炉、回转窑和篦冷机装置构建模型，对回转窑喂煤量、分解炉喂煤量、单位时间进入分解炉生料量进行预处理，/n(3)以低煤耗为优化目标，控制回路设定值作为决策变量，利用约束条件构建优化模型，所述控制回路设定值包括分解炉出口温度、回转窑主电机电流和篦冷机篦下压力，/n优选的(4)根据约束条件获得控制回路设定值，/n优选地，物料参数包括分解炉喂煤量、进料量、窑尾烟室温度、三次风温度、回转窑喂煤量，系统参数包括高温风机转速S

【技术特征摘要】
1.一种优化煅烧过程煤耗并构建煅烧过程煤耗模型的方法，所述煅烧过程包括使用分解炉、回转窑和篦冷机装置，所述方法包括：
(1)采集物料参数和系统参数，
(2)利用最小二乘法对分解炉、回转窑和篦冷机装置构建模型，对回转窑喂煤量、分解炉喂煤量、单位时间进入分解炉生料量进行预处理，
(3)以低煤耗为优化目标，控制回路设定值作为决策变量，利用约束条件构建优化模型，所述控制回路设定值包括分解炉出口温度、回转窑主电机电流和篦冷机篦下压力，
优选的(4)根据约束条件获得控制回路设定值，
优选地，物料参数包括分解炉喂煤量、进料量、窑尾烟室温度、三次风温度、回转窑喂煤量，系统参数包括高温风机转速SFan。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中分解炉的模型结构如下：
TCal＝f(CoalCal,FRaw,TTail,TThird,SFan)
式中模型输出TCal为分解炉出口温度，模型输入CoalCal为分解炉喂煤量，FRaw为进料量，TTail为窑尾烟室温度，TThird为三次风温度，SFan为高温风机转速，
其中，分解炉模型基于分解炉内的质量守恒和能量守恒构建，
优选地，分解炉内质量守恒模型如下：
MThird+MTail+MClear+MRaw+MCoal＝MGout+MSout+MError
式中MThird为三次风流量，MTail为窑尾烟室风流量，MClear为入炉一次风流量，MRaw入炉物料流量，MCoal入炉煤粉流量，MGout和MSout分别为分解炉出口气体流量和入窑物料流量，MError为质量守恒补偿项，
分解炉能量守恒模型如下：
QThird+QTail+QClear+QRaw+QCoal+QR_Coal-QR_Caco3
＝QGout+QSout+QError
式中QThird为三次风显热，QTail为二次风显热，Qclear为入炉一次风显热，QRaw为入炉物料显热，QCoal为入炉煤粉显热，QR_Coal为煤燃烧放热，QR_Caco3为碳酸钙分解吸热，QGout为分解炉出口气体显热，QSout为入窑物料显热，QError为补偿项，优选地，QSout＝Cs*MSout*TCal，QError＝Cs*MError*TCal，
更优选地，所述方法还具有选自以下的一个或多个特征：
分解炉内包含生料分解反应和煤燃烧反应，其中生料分解反应是碳酸钙分解反应，
其中，碳酸钙反应的吸热QR_Caco3为
QR_Caco3＝HRaw*RRaw
式中HRaw为每千克碳酸钙分解吸热量，RRaw为碳酸钙反应速率，与分解炉下料管温度和分解炉内二氧化碳分压相关，
其中，碳酸钙反应速率RRaw为



式中为ACaco3反应界面的表面积，MCaco3为碳酸钙分子量，PCo2为分解炉中CO2分压，Pe为生料温度为TCal时CO2平衡分解压力，其中ks和Pe为






其中，煤燃烧反应的放热QR_Coal为
QR_Coal＝HCoal*RCoal*ηCoal
式中HCoal为煤粉的燃烧热，RCoal为煤反应速率，ηCoal为分解炉内煤粉燃尽率，煤反应速率RCoal与分解炉温度、分解炉内O2含量相关，
优选地，煤反应速率RCoal为



式中kc为反应速率常数，ACoal为煤燃烧反应表面积，PO2为氧气分压，氧气分压与窑尾高温风机转速SFan关联。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中回转窑模型结构如下：
IKiln＝f(TCal,CoalKiln,TThird)
式中回转窑主电机电流Ikiln为模型输出，TCal为分解炉出口温度，TThird为三次风温度，CoalKiln为回转窑喂煤量，Coalcal为分解炉喂煤量，
优选地，回转窑模型如下：
IKiln＝A1*TCal+A2*CoalKiln+A3*TThird+A4
式中A1,A2,A3,A4为模型参数，参数采用最小二乘法进行辨识。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中篦冷机模型结构如下：
TThird＝f(PCool,IKiln,SFan)
式中三次风温度TThird为模型输出，PCool为篦冷机篦下压力，IKiln为回转窑主电机电流，SFan为高温风机转速，
优选地，篦冷机主体部分为一段篦冷机，一段篦冷机的气体热量守恒模型如下：
QG,In+QC,G＝QG,Out，
且，一段篦冷机的固体能量守恒模型如下：
QC,In＝QC,G+QC,Out，
式中QG,In和QG,Out分别为进入一段篦冷机气体和离开一段篦冷机气体热量，QC,In和QC,Out分别为进入一段篦冷机熟料和离开一段篦冷机一段熟料的热量，其中QC,G为熟料和气体间换热，
更优选地，所述方法还具有选自以下的一个或多个特征：
其中，
QC,In＝CC,In*MC*TC,In
式中TC,In为进入篦冷机熟料温度，
其中，进入一段篦冷机气体热量为
QG,In＝CG,In*MG,In*TG,In
式中MG,In...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱锋，钟伟民，朱远明，杜文莉，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31