[发明专利]一种预测下行床快速热解炉辐射管磨损速率的方法

说明书

本发明涉及一种预测下行床快速热解炉辐射管磨损速率的方法，该方法包括步骤1）对煤粉热解炉装置的几何建模；2）采用MP‑PIC方法对几何模型网格划分，设置初始化流场和边界条件；3）采用MP‑PIC方法模拟并提取瞬时颗粒速度以及冲蚀角度；4）采用磨损模型计算辐射管的瞬时磨损速率，并将颗粒速度以及冲蚀角度所对应的磨损速率作为基础数据；5）采用神经网络对所述基础数据进行训练，得到磨损速率模型；6）根据所述磨损速率模型，预测磨损速率，获得瞬时磨损量。本发明采用MP‑PIC方法，耦合人工神经网络方法，在线预测辐射管瞬时磨损量，并监控累计磨损量，判断辐射管的磨损情况，及时有效的指导辐射管的维护，保证蓄热式快速热解炉的安全稳定运行。

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，尤其涉及一种预测热解炉辐射管磨损速率的方法。

背景技术

我国拥有丰富的含碳的低品位能源和废弃物资源，主要包括低阶煤、生物质、油页岩、废旧轮胎、污泥等，且我国油气资源缺乏，进口原油在每年递长，据统计2013年我国原油进口量达2.8亿吨，其原油对外依存度不断增加。基于此，一种蓄热式下行快速热解反应器，不使用热载体而采取蓄热式辐射管布置技术，工艺简单、运行可靠，并容易实现大型化，能够满足工业运行的要求。同时，可以从含碳的低品位能源和废弃物资源中提取人造石油、人造天然气资源，不仅能补充我国石油、天然气资源缺口，又能解决含碳的低品位能源和废弃物资源化利用这一世界难题。

然而，下行热解炉在长周期高温环境下运行过程中，热解原料为粉状，例如煤粉，其内煤粉颗粒的剧烈向下运动可能会引起热解炉中提供热源的关键部件辐射管出现冲蚀磨损现象。当辐射管表面的磨损量达到一定程度时，将不能承受炉膛内的颗粒对其表面的冲击，一旦辐射管表面材料被磨破，颗粒将会穿透辐射管，重则影响快速热解炉装置的高效长周期安全稳定运行，造成不安全因素和较大的经济损失。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种预测热解炉辐射管磨损速率的方法，该方法包括以下步骤：

1)采用三维设计软件对煤粉热解炉装置进行1:1的几何建模；

2)采用MP-PIC方法对构建的热解炉几何模型进行网格划分，设置初始化流场和边界条件，计算每个空间微元体的守恒方程；

3)采用MP-PIC方法模拟不同操作工况下的热解炉内热解化学反应过程，提取瞬时颗粒速度以及冲蚀角度；

4)采用磨损模型计算辐射管的瞬时磨损速率，并将所述颗粒速度、冲蚀角度、磨损速率等工艺参数作为基础数据；

5)采用神经网络对所述基础数据进行训练，得到磨损速率模型；

6)根据所述磨损速率模型，预测磨损速率，获得瞬时磨损量。

进一步地，所述步骤2)中的初始化流场和边界条件是根据热解炉操作条件以及相关物理性质来设置；所述相关物理性质包括：颗粒粒径、颗粒密度、流体性质、反应温度、颗粒进料量。

进一步地，所述步骤3)中模拟时间为100s，

优选地，提取10-100s之间的瞬时颗粒速度以及冲蚀角度。

进一步地，所述步骤4)中的磨损速率模型的计算公式为：

式中，e_r为磨损速率；K为材料相关参数；f(θ)为粒子冲击函数；θ取值为(0，π/2)，单位为弧度；u_rel为粒子与壁面间的相对速度，u_ref为颗粒参考速度常数；n为指数。

进一步地，所述f(θ)的计算公式为：