[发明专利]一种水泥熟料烧成过程清洁生产的建模优化方法

权利要求书

1.一种水泥熟料烧成过程清洁生产的建模优化方法，其特征在于包括以下步骤：

根据水泥熟料烧成过程中各工序的物质平衡关系和热量守恒原理在Aspen Plus软件中建立水泥熟料烧成过程模型；设定并输入水泥烧成过程的数据并运行该模型，直到模拟结果满足误差要求；根据实际生产要求，选择相对应的节能减排技术，优化水泥熟料烧成过程模型，并优化熟料烧成方法。

2.根据权利要求1所述的一种水泥熟料烧成过程清洁生产的建模优化方法，其特征在于：所述根据水泥熟料烧成过程中各工序的物质平衡和热量守恒式在Aspen Plus软件中建立水泥熟料烧成过程模型包括以下步骤：根据水泥熟料烧成各生产工序操作任务选定各个单元操作模型：根据各个工序的物质平衡和热量守衡式，确定各单元操作模型进出口物流和能流数，连接各单元操作模型形成水泥熟料烧成过程模型。

3.根据权利要求2所述的一种水泥熟料烧成过程清洁生产的建模优化方法，其特征在于：所述根据水泥熟料烧成各生产工序操作任务选定各个单元操作模型包括：

1）悬浮预热子系统采用Aspen Plus中的分离模块Cyclone和换热模块Heater，用于模拟气固换热和分离任务；

2）分解炉采用RCSTR模块、Mixer模块和煤粉燃烧模块，用于模拟燃料燃烧、助燃气混合和生料的分解任务；

3）回转窑子系统采用多级RCSTR模块、Mixer模块、气固分离模块和煤粉燃烧模块，用于模拟生料分解、矿物锻烧、燃料燃烧、助燃气混合和气固分离任务；

4）冷却子系统采用HeatX模块和FSplit模块，用于模拟熟料的骤冷、热量回收任务和气体分割任务。

4.根据权利要求2所述的一种水泥熟料烧成过程清洁生产的建模优化方法，其特征在于：所述根据各工序的物质平衡关系和热量守衡关系，确定各单元操作模型进出口物流和能流数包括以下步骤：

1-1）悬浮预热子系统采用固相物质守衡关系

n_cyc,raw＝n_cyc,env+n_cyc,cal＝n_cyc,raw×η_m+n_cyc,raw×(1-η_m)   （1）

其中，n_cyc,raw为进入悬浮预热子系统的生料总量，n_cyc,env为烟气夹带生料量，n_cyc,cal为进炉分解炉的生料量，η_m为旋风筒分离效率；

热量守衡关系q_cal,gas＝Δq_cyc,raw+q_cyc,gas+q_cyc,loss   （2）

其中，q_cal,gas为自分解炉进入悬浮预热子系统的烟气携带热量，Δq_cyc,raw为提升生料温度的热量，q_cyc,gas为排放出系统的烟气携带的热量，q_cyc,loss为设备的热损失；

2-1）分解炉采用固体的物质守衡关系n_cyc,cal＝n_cal,kiln+n_cal,ent+n_cal,con   （3）

其中，n_cal,kiln为由分解炉进入回转窑的分解产物量，n_cal,ent为烟气夹带的分解产物量，n_cal,con为参与化学反应的转化量；

气相物质守衡关系n_tra,air+n_kiln,gas+n_cal,con+n_cal,com,gas＝n_cyc,gas   （4）

其中，n_tra,air为由三次风量，n_kiln,gas为窑尾烟气量，n_cal,con为固相反应释放气体量，n_cal,com,gas为燃料燃烧净产生烟气量，n_cyc,gas为流出分解炉烟气量；

燃料燃烧反应和生料分解反应均采用化学反应动力学描述，即反应速率

ncal,con=VRΠCiαk(TT0)βexp([-(ER)(1T-1T0)])---(5)]]>

其中，V_R为反应体积，C为物质i的有效反应浓度，α为反应级数；k为指前因子；T为反应温度，T₀为参考温度，β为温度系数，E为反应活化能，R为气体常数；

热量守衡关系q_fuel,cal+q_tra,air+q_kiln,gas＝(-ΔH)n_cal,con+q_cal,loss   （6）

其中，q_fuel,cal为燃烧放热量，q_tra,air为三次风携带热量，q_kiln,gas为回转窑烟气携带热量，ΔH为反应的热效应，q_cal,loss为分解炉子系统热损失；

3-1）回转窑子系统内的每一级物质守恒关系采用式（3）和式（4），串联各级物质守恒关系构成整个回转窑子系统的质量守恒关系式；每级的热量守恒关系采用式（6），串联各级热量守恒关系构成回转窑子系统的热量守恒关系；

4-1）冷却子系统采用固相物质守衡关系n_clin,hot＝n_air,ent+n_clin,col   （7）

其中，n_clin,hot为回转窑进入冷却子系统的热熟料量，n_air,ent为热空气夹带的熟料量，n_clin,col为系统产出冷却熟料量；

5-1）根据上述步骤确定各单元操作模型的进出口物流和能流数，并连接各单元操作模型。

5.根据权利要求1所述的一种水泥熟料烧成过程清洁生产的建模优化方法，其特征在于：所述数据包括组分、物性方法、起始物流数据、单元操作模型数据。6．根据权利要求1所述的一种水泥熟料烧成过程清洁生产的建模优化方法，其特征在于：所述根据实际生产要求，选择相对应的节能减排技术，优化水泥熟料烧成过程模型，并优化熟料烧成方法包括以下步骤：

首先根据实际生产要求，选择一种或几种节能减排技术；然后根据节能减排技术在水泥熟料烧成过程模型中添加或调整相应的物流或设备模块，构成实现清洁生产方案的优化工艺模型，并输入相应的物流数据和单元操作模型数据；最后初始化模型，调整可调节参数，反复运行优化工艺模型，直到能耗或污染物排放量达到期望值为止。