[发明专利]一种基于系统工程的水泥工艺预热器建模方法

说明书

本发明涉及水泥工艺技术领域，公开了一种基于系统工程的水泥工艺预热器建模方法，包括建模模块和参数校验模块，本发明首先调研所需建模的预热器情况，分析该预热器内所发生的物理变化和化学反应。建立预热器模型，在参数校核模块中，将实际测量得到的进口数据作为预热器模型的输入量，建立规划求解最小目标函数，获得校正后的水泥工艺预热器模型。本发明能够有效评价同个预热器在不同工况或不同时期的换热效果，也能评价不同预热器在同一工况下的换热效果；预热器模型所需数据量不大，完全可由生产数据或者热工标定提供；不会出现过拟合的情况；适用于流程建模，能很好的预测同一工况下预热器的运行状态，也能适用于工艺优化。

技术领域

本发明涉及水泥工艺技术领域，尤其涉及一种基于系统工程的水泥工艺预热器建模方法。

背景技术

新型干法水泥生产工艺是现代水泥生产工艺中最为先进的一种，其主要特征在于悬浮预热和分解系统。该系统的主要设备构成是预热器和分解炉。预热器承担着气固分离、物料加热及部分物理、化学反应等多个重要职责。因此，无论是实际生产操作还是水泥生产工艺研究，对预热器的研究愈发重要。

当前国内外对预热器的研究主要集中在3个方向。

第一个方向是计算流体力学模拟(简称CFD模拟)。利用CFD软件，对单个预热器进行结构建模，输入相关工艺参数，如烟气流速及温度、粉尘浓度、物料组成及温度等参数，进行CFD模拟，最终输出当前结构和参数下预热器内流场分布、分散效果和温度场分布等结果。CFD模拟可以帮助评价预热器硬件结构的优劣，也可以帮助分析各工艺参数对预热器性能的影响。这一方向缺点在于计算过于复杂，往往需要借助专用CFD软件进行单个设备的建模计算，不适用于整个系统的工艺优化。

第二个方向是热工领域的反求。这方向主要基于质量守恒和能量守恒，利用一些相对容易获得的工艺参数对整体预热系统运行进行评价。反求方法中对换热的评价方法是热效率的概念。这个热效率是热力学中的有效功与总功之比的概念。这种方法的缺点在于无法对系统进行准确预测，也就无法利用模型进行系统优化。

第三个方向是自控领域的动态结构的神经网络建模。这方向避免了复杂的计算和分析，基于现有的监测参数就能建立相关模型，同时模型具有较好的动态特性。但建立的模型容易存在过饱或过拟合的问题，另外训练时间长，网络训练中存在主观因素等缺陷。

以上三个方向对预热器的研究或者建模手段都没法满足水泥熟料生产工艺进行流程建模及工艺优化的需求。因此，需要开发一种能应对用于工艺优化的流程建模的水泥工艺预热器建模方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于系统工程的水泥工艺预热器建模方法，从而解决现有技术中的上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于系统工程的水泥工艺预热器建模方法，包括建模模块和参数校验模块，

建模模块用于建立若干个预热器模型方程组；

参数校验模块用于对建模模块中的若干个预热器模型方程组进行参数校验。

进一步的，建立若干个预热器模型方程组，包括步骤：

S1)对所需建模的预热器分析其内部发生的物理变化和化学反应；

S2)根据所需建模的预热器内发生的物理变化和化学反应建立预热器模型方程组；

预热器模型方程组包括：

不参与物理变化、化学反应的气、固相组分质量守恒方程组；

参与物理变化、化学反应的气、固相组分的质量传递方程组；

涵盖物理变化热、化学反应热和热损失的总体的能量平衡方程；