[发明专利]一种基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法及系统

权利要求书

1.一种基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)从DCS系统中提取数值模拟计算所需要的炉膛燃烧边界条件，所述边界条件包括炉膛燃烧入口参数数据；

2)根据所述炉膛燃烧边界条件进行数值模拟计算，得到不同工况下的炉膛出口NOx浓度，具体包括：

根据炉膛实际尺寸，建立炉膛的物理模型，包括炉膛的水冷壁、燃烧器、燃尽风、和过热器；

构建炉膛燃烧模型，包括：Realizable k-ε湍流模型、颗粒运动模型、气相燃烧模型、挥发分析出模型、焦炭燃烧模型、辐射换热模型以及NOx生成与还原模型；

3)建立不同工况下的炉膛燃烧入口参数数据以及对应的炉膛出口NOx浓度数据的数据库；

4)以炉膛燃烧入口参数数据为自变量，以炉膛出口NOx浓度数据为因变量，采用支持向量机的方法建立炉膛出口NOx预测模型；

5)获取实际工况下的炉膛实时入口参数；

6)利用所述NOx预测模型根据炉膛实时入口参数，实时预测炉膛出口NOx浓度。

2.根据权利要求1所述的基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法，其特征在于，步骤2)中，所述气相燃烧模型采用非预混燃烧模型，构建并求解非预混燃烧模型包括以下步骤：

依据原子质量分数，定义混合分数为：

式中，Z_i为元素i的元素质量分数；下标ox代表氧化剂流入口处的值，下标fuel代表燃料流入口处的值；

根据混合分数建立时均混合分数方程：

式中，S_m为煤粉颗粒传入气相中的质量；S_user为自定义源项；

利用下式求解平均混合分数均方值的守恒方程：

式中，σ_i＝0.85，C_g＝286，C_d＝2.0。

3.根据权利要求1所述的基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法，其特征在于，步骤2)中，所述焦炭燃烧模型选用扩散-动力控制反应速率模型，同时考虑扩散作用和反应动力学对颗粒表面反应速率的影响，结合氧气扩散到焦炭表面的速率和焦炭表面的化学反应动力学速率，加权计算得到焦炭表面反应燃烧速率为：

上式中，m_p、A_p分别为液滴的质量和面积；ρ为气体密度；R为气体摩尔常数；T_∞为周围介质温度；Y_ox为局部气体中氧化剂的质量分数；D₀为扩散速率系数；为动力学速率；M_W，OX为氧化剂的摩尔质量。

4.根据权利要求1所述的基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法，其特征在于，步骤2)中，所述颗粒运动模型采用随机颗粒轨道模型，根据下式建立：

式中，u_ip为颗粒在某一方向上的速度分量；u′_ig分别为气相在某一方向上的平均速度和脉冲速度；m_p、A_p分别为颗粒质量和表面积；ρ_g为当地气体的密度；g_k为重力加速度；C_D为阻力系数；

所述挥发分析出模型采用单步热解模型，根据下式建立：

式中，m_p表示颗粒质量，f_v，0是颗粒初始挥发分质量分数，f_w，0是颗粒可蒸发沸腾物质的质量分数；m_p，0是颗粒的初始质量；k是反应速率常数。

5.根据权利要求1所述的基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法，其特征在于，步骤2)中，所述辐射换热模型采用P-1模型，其局部入射辐射求解方程为：

式中，n是介质的折射率，σ是Stefan-Boltzmann常数，S_G是用户定义的辐射源，a为吸收系数，G为入射辐射，T是温度，Γ为描述该方程引入的参数，其公式为：

式中，σ_s为散射系数；C为各相异性相位函数系数。