[发明专利]球式热风炉烧炉过程建模与能耗优化方法及系统

权利要求书

1.一种球式热风炉烧炉过程建模与能耗优化方法，其特征在于，包括：

S1、根据传热学和流体力学原理建立热风炉在烧炉和送风两个阶段的蓄热室瞬态传热模型，并给出模型计算的边界条件和初始条件；

S2、计算所述蓄热室瞬态传热模型，根据所述蓄热室瞬态传热模型的计算结果并结合热风炉的工作制度，采用分时段优化煤气流量的方法建立以煤气量为优化目标，满足拱顶温度、废气温度、热风流量和温度以及热效率约束条件的优化模型；

S3、求解所述优化模型，得到使得能耗最小的煤气流量随时间变化曲线；

S4、根据所述煤气流量随时间变化曲线对球式热风炉烧炉过程的煤气流量进行控制。

2.根据权利要求1所述的球式热风炉烧炉过程建模与能耗优化方法，其特征在于，所述蓄热室瞬态传热模型包括：烟气模型和蓄热球模型；其中，

所述烟气模型为所述蓄热球模型为

其中，ρ_f为烟气密度，和分别为烟气中的CO₂、N₂和H₂O的密度，和分别为高炉煤气中的CO、CO₂、H₂和N₂的体积分数，为烟气体积流量，为高炉煤气的体积流量，为高炉煤气中的H₂的体积分数，c_f为烟气比热容，和分别为烟气中的CO₂、N₂和H₂O的比热容，T_f(x,t)为开始烧炉后t时刻流经离蓄热室顶部x处的烟气的温度，Δx为蓄热室纵向方向上的位置微元，为烟气沿纵向方向流动时与蓄热球对流换的热流量，h为烟气与蓄热球的对流换热系数，Nu为努塞尔数，k为烟气的导热系数，L为蓄热室的长度，A为烟气流过蓄热室微元体时与蓄热球总的换热面积，R为蓄热室截面半径，μ为蓄热室的孔隙率，r为蓄热球的半径，dx为蓄热室空间从纵向上被划分成的多个连续的微元体的厚度，T_s(x,t)为离蓄热室顶部x处的蓄热球在开始烧炉后t时刻的温度，为烟气沿纵向方向流动时辐射给蓄热球的热流量，ε_s为蓄热球的辐射发射率，σ为黑体辐射常数，α_f为烟气的辐射吸收率，ε_f为烟气的辐射发射率，ρ_s为蓄热球的密度，V_s为单个蓄热球体积，c_s为蓄热球的比热容，为烟气与单个蓄热球间对流换热的热流量，A_s＝4πr²，A_s为单个蓄热球的表面积，为烟气对单个蓄热球辐射热流量。

3.根据权利要求2所述的球式热风炉烧炉过程建模与能耗优化方法，其特征在于，所述计算所述蓄热室瞬态传热模型，包括：

S21、初始化蓄热室的烟气和蓄热球温度分布，即给定烟气初始温度分布为蓄热球的初始温度分布为给定边界条件，即蓄热室入口的烟气温度给定烧炉时间迭代初值j＝0，最大的空间迭代步数和时间迭代步数，i表示蓄热室中烟气或蓄热球的位置；

S22、空间迭代步数赋初值i＝1，时间迭代步j＝j+1；

S23、利用瞬态传热模型的离散方程式计算第i空间迭代步，第j时间迭代步的烟气温度分布和蓄热球温度分布空间迭代步数i＝i+1，其中，瞬态传热模型的离散方程式包括和表示第i+1空间迭代步，第j时间迭代步的烟气温度，表示第i空间迭代步，第j时间迭代步的蓄热球温度，Δt为每个时间迭代步的步长；

S24、判断空间迭代步数是否达到迭代终止条件，若是则停止迭代，转到S25；否则继续执行S23；

S25、判断时间迭代步数是否达到迭代终止条件，若是则停止迭代，结束整个计算过程；否则转到S22。